پدیده رزونانس در شبکه های توزیع برق

مقدمه:

درمدارهای الکتریکی متشکل ازخازن با خاصیت خازنی Cوسیم پیچی با خاصیت القایی L در شرایط خاص,کمیات ولتاژ وجریان مدار برای دراز مدت از مقادیر قابل ملاحضهایبرخورداراست. افزایش قابل ملاحظه مقادیر ولتاژ و جریان با توجه به وجود خازنی C وخاصیت القا یی L از بروز پدیده موسوم به رزوناس (تشد ید) ناشی می شود  

 

 . پدیده رزوناس و فرزوناس در شبکه های توزیع  :

با توجه به خصوصیات مناسب شبکه های توزیع بروز پدیده های رزوناس وفرزناس در این شبکه ها بسیار معمول است. به عنوان مثال استفاده عمده از فیوز وFuse-cut-out ,استفاده از کابلهای با خاصیت خازنی قابل ملاحظه در مقایسه با خطوط هوایی شرایط بروز دو پدیده را دراین شبکه ها فراهم می سازد. با سوختن فیوز در یک فاز ویا قطع یک فاز توسطFuse-cut-out , شرایطمناسب بروز پدیده فراهم می شود. بروز پدیده فرزوناس در شبکههای توزیع با افزایش ولتاژ وصدمه به ایزولاسیون تجهیزات فشار قوی از جمله برقگیرها کابلها و ترانسفورماتورها همراه است که ترکیدن سر کابلها انفجاربرقگیرها را موجب میشود.به علاوه جریان نشتی برقگیرهای غیر خطی را افزایش میدهد و از عمر و دوام آنها می کاهد.

خصوصیات و شرایط بروز پدیده در شبکه های توزیع :  

همانطور که میدانیم پدیده فرو رزنانس در برابر خاصیت خازنی مناسب C و اندوکتانس به ازای مقادیر اسمی ولتاژ و جریان روی میدهد.هنگامی که هسته های فرو مغناطیسی تجهیزات فشار قوی اشباع و در مدار با خاصیت خازنی C واقع شوند شرایط بروز پدیده فراهم خواهد بود.در شبکه های ترانسفورماتورها به طور عمده توسط کاباهاع kv 30-6 تغذیه می شوند و کابلها از خاصیت خازنی بالا بر خوردارند به طور سری با سیم پیچی ترانسفورماتورهامجهز به هسته فرومغناطیسی واقع می باشند. کابلها به شرح فوق در محل انشعاب از خط اصلی به فیوز یا Fuse -cut- out مجهزند. در صورت سوختن فیوزها یا قطع یک یا دو فاز ترانسفورماتور و کابل تغذیه آن به صورت تکفاز یا دوفاز تحت ولتاژ واقع می شوتد. در این حالت شرایط بروز رزنانس در مدارهای بسته دو فاز و یا تک فاز فراهم می شوند.مدار به شرح فوق تنها در شبکه های توزیع kv 30-6 مشاهده می شود.خصوصیات مدارها به شرح فوق از نظر بروز پدیده فرورزنانس در این جا مورد بحث قرار میگیرد و روش مقابله با شرح داده میشود . از انجا که مدارها شامل کابلها با خاصیت خازنی بالا و اتصال مستقیم به ترانسفورماتورها از طریق فیوز و یا Fuse -cut- out تنها در شبکه های توزیع معمول بوده است در پی سوختن فیوز در شرایط یک فاز بروز پدیده فراهم . شرایط بروز پدیده در طی رژیم گذرا و ظهور اضافه ولتاژهای موقت بادامنه بالا در پی بروز عیب و یا بروز رزنانس و افزایش قابل ملاحظه مقدار جریان و اشباع هسته های مغناطیسی فراهم می شود . در صورت بروز پدیده روزنانس و افزایش قابل ملاحظه ولتاژهسته مغناطیسی سیم پیچها اشباع گشته بروز پدیده فرو رزنانس را موجب می شود.اشباع هسته سیم پیجها و بروز پدیده فرورزنانس با اضافه ولتاژها از نوع موقت همراه بوده دارای دامنه ضربه ای با فرکانس چند سیکل بر ثانیه خواهند بود . افزایش ولتاژ به شرح یالا با توجه به مدت طولانی خود بالغ بر چند سیک فرکانس 50ایزولاسیون داخلی تجهیزات فشار قوی از جمله ترانسفورماتورها کابلها سر کابلها ترانسفور ماتورهای ولتاژ را تهدید می کند و شرایط بروز قوس و تخلیه را در برقگیرهابدون فاصله هوایی فراهم می سازد .

این متن برگرفته از سایت مهندسی برق قدرت و شبکه های انتقال و توزیع مهندس هادی حداد خوزانی می باشد. در برقگیر های غیر خطی اضافه ولتلژ به شرح فوق جریان تخلیه برقگیر را تا چند امپر افزایش می دهد و انرژی حرارتی حاصل ازان دمای المانهای غیر خطی را به سرعت افزونی می بخشذ و از عمر ودوام انها تا چندین برابر کاهش میدهد . بر طب قمطالعلت صورت گرفته درصد عمده بروز عیب و اسیب در برقگیرهای غیر خطی د رشبکه های توزیع از بروز پدیده فرورزنانس ناشی میشود . به همین علت در شبکه ها و مدارها با هسته های فرومغناطیسی که احتمال بروزه پدیده بالاست حتی الامکان از برق گیرهای غیر خطی استفاده نشده است و از برق گیرها با فواصل هوایی استفاده می شود. 

به طور کلی بروز پدیده فرو رزنانس در شبکه های توزیع مستلزم تشکیل مدار بسته به صورت مستقل از شبکه با خصوصیات زیر است:  

1-مدار بسته شامل خاصیت القایی ناشی از هسته مغناطیسی خاصیت خازنی و نیروی الکترو موتوری مناسب 

2-برقراری جریان در مدار بسته با مقدار بالا و کافی به منظور اشباع هسته مغناطیسی سیم پیچها 

3-امپدانس معادل شبکه از سمت سیم پیچها با مشخصه خازنی (وجود خاصیت خازنی قابل ملاحظه در مدار) 

وجود مولفه فعال در امپدانس دیده شده (بند3) ضربات و نوسانات پدیده را در ولتاژ شبکه مستهلک می کند. به همین علت بالاترین مقدار اضافه ولتاژ ناشی از پدیده فرو رزنانس در شرایط بی باری و یا بار اکتیو خالص مشاهده می شود. در شرایط معمول و متقارن بهره برداری که در ان تجهیزات با خاصیت خازنی نظیر خطوط بی بار و یا کابلهای زمینی موجودند و یا بانکهای خازنی به منظور جبران قدرت راکتیو نصب شده اند خاصیت خازنی مدار با سیم پیچی مجهز به هسته فرو مغناطیسی به طور موازی واقع بوده احتمال بروز پدیده فرورزنانس به علت عدم اشباع هسته مغناطیسی نا چیز خواهد بود . با این همه احتمال بروز پدیده فرورزنانس در حالت نا متقارن کمیات مدار افزایش می یابد عدم تقارن به طور عمده در هنگام قطع یک یا دو فاز شبکه روی می دهد.

به عنوان مثال هنگامی که در پی وصل کلید به علت اشکال و نقص فنی در کلید تنها یک یا دو فاز وصل شوند و یا در خط در حال بهره برداری با سوختن فیوز و یا کار دستگاه Fuse -cut- out یک یا دو فاز قطع شوند. بروز نقص و اشکال مکانیکی در کلید هنگام وصل در هر دو ردیف ولتاژهای توزیع و انتقال امکان پذیر است ولی عدم تقارن ناشی از سوختن فیوز و یا کار Fuse -cut- out تنها در شبکه های توزیع مشاهد می شود . در این شبکخه ها از فیو زو فیوز cut- out استفاده می شود به همین علت احتمال بروز پدیده در شبکه های توزیع بالاست. احتمال بروز پدیده هنگامی که نقطه نول د رشبکه توزیع ویا نقطه نول د رترانسفورماتور مورد تغذیه زمین شده باشد کاهش می یابد و احتمال بروز پدیده با افزایش خاصیت خازنی مدا رافزونی می یابد. در شبکه های توزیع که بطور عمده به کابلهای زمینی مجهز اند به علت خاصیت خازنی بیشتر کابلها نسبت به خطوط هوایی احتمال بروز پدیده نسبت به شبکه های توزیع نوع هوایی فزونی می یابد.