وبلاگ

در یک شبکه قدرت الکتریکی ac ایده ال، ولتاژ و فرکانس در هر نقطه تغذیه ثابت و عاری از هارمونیک و ضریب توان واحد خواهد بود. مخصوصاً این پارامترها مستقل از اندازه و مشخصات بارهای مصرفی خواهند بود. در یک شبکه ایده ال، هر بار مصرفی طوری طراحی می شود که به جای آنکه در یک محدوده وسیعی از ولتاژ غیر قابل پیش بینی رفتار و عملکرد مناسبی داشته باشد، در یک ولتاژ معین تغذیه بهترین عملکرد را داشته باشد. به علاوه، تداخلی بین بارهای مختلف که می تواند از تغییرات جریان هر بار ناشی شود، وجود نداشته باشد.
معمولاً امروزه در شبکه های توزیع و انتقال به وفور از جبرانسازها جهت جبران افت ولتاژ خطوط، کاهش تلفات خطوط، بهبود ضریب توان و . . . استفاده می شود.

اهداف جبرانسازی بار
جبرانسازی بار عبارتست از مدیریت توان راکتیو که به منظور بهبود بخشیدن به کیفیت تغذیه در شبکه های قدرت ac انجام می گیرد.اصطلاح جبرانسازی بار در جایی کاربرد دارد که مدیریت توان راکتیو برای یک بار تنها (یا گروهی از بارها) انجام می گیرد و وسیله جبران کننده معمولاً در محلی که در تملک مصرف کننده قرار دارد، در نزدیک بار نصب می شود. پاره ای از اهداف و روش های به کار گرفته شده در جبرانسازی بار با آنچه که در جبران شبکه های وسیع تغذیه (جبرانسازی انتقال) مورد نظر است، به طور قابل ملاحظه ای تفاوت دارد.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

در جبرانسازی بار و شبکه های توزیع اهداف اصلی سه گانه زیر مورد نظر است:
۱- اصلاح ضریب توان،
۲- بهبود تنظیم ولتاژ،
۳- کاهش تلفات خط.
اصلاح ضریب توان به این معناست که توان راکتیو مورد نیاز بار به جای آنکه از نیروگاه دور تامین گردد، در محل نزدیک بار تولید گردد. اغلب بارهای صنعتی دارای ضریب توان پسفاز هستند، یعنی توان راکتیو جذب می نمایند. بنابراین جریان بار مقدارش از آنچه که برای تامین توان واقعی ضروری است بیشتر خواهد بود. تنها توان واقعی است که سرانجام در تبدیل انرژی مفید بوده و جریان اضافی نشان دهنده اتلاف است که مشتری نه تنها بایستی هزینه اضافی کابلی که آن را انتقال می دهد بپردازد بلکه تفاوت ژولی اضافی ایجاد شده در کابل تغذیه را نیز می پردازد. موسسات تولید کننده همچنین دلیل کافی برای عدم ضرورت انتقال توان راکتیو غیر ضروری از ژنراتورها به بار، را دارند و آن این است که ژنراتورها و شبکه های توزیع قادر نخواهند بود در ضریب بهره کامل کار کنند و کنترل ولتاژ در شبکه تغذیه بسیار مشکل خواهد بود. تعرفه های برق تقریباً همواره مشتریان صنعتی را به واسطه بارهای با ضریب توان پایین آنها جریمه می نمایند و این عمل سالیان متمادی انجام گرفته و در نهایت منجر به توسعه گسترده کاربرد سیستمهای اصلاح ضریب توان در مراکز صنعتی شده است.
تنظیم ولتاژ در حضور بارهای که توان راکتیو مصرفی آنها تغییر می کند، یک موضوع مهم و در مواردی یک مساله بحرانی خواهد بود. توان راکتیو مصرفی کلیه بارها تغییر می کند، گرچه مقدار و میزان تغییرات آنها کاملاً متفاوت است. این تغییرات توان راکتیو در تمامی موارد منجر به تغییرات ولتاژ در نقطه تغذیه می گردد و این تغییرات بر عملکرد مفید و موثر کلیه وسایل متصل به نقطه تغذیه مداخله نموده و منجر به امکان تداخل در بارهای مصرف کننده های مختلف می گردد. به منظور جلوگیری از این مساله موسسات تولیدکننده برق موظف می شوند که ولتاژ تغذیه را در یک حد قانونی نگه دارند . امکان دارد این حد از مقدار مثلاً مثبت – منفی پنج درصد میانگین در یک فاصله زمانی چند دقیقه یا چند ساعت، تا یک مقدار بسیار محدودتر تغییر نماید. این مقدار محدودتر از ناحیه بارهای بزرگ و دارای تغییرات سریع که منجر به ایجاد فرورفتگی در ولتاژ و اثر نامطلوب بر عملکرد وسایل حفاظتی یا چشمک زدن لامپ و آزار چشم می گردد، تحمیل شود. وسایل جبران کننده نقش اساسی را در نگاهداشتن ولتاژ در محدوده مورد نظر بازی می کنند.
بدیهی ترین روش بهبود ولتاژ قوی تر کردن شبکه قدرت به کمک افزایش اندازه و تعداد واحدهای تولیدکننده برق و با هر چه متراکم تر کردن شبکه های به هم پیوسته، می باشد. این روش عموماً غیر اقتصادی بوده و منجر به افزایش سطح اتصال کوتاه و مقادیر نامی کلیدها می شود. راه عملی تر و با صرفه تر این است که اندازه شبکه قدرت بر حسب ماکزیمم تقاضای توان واقعی طراحی شود و توان راکتیو به وسیله جبران کننده ها – که دارای قابلیت انعطاف بیش از مولدها بوده و در تغییر سطح اتصال کوتاه دخالت ندارند – فراهم گردد.

جبران کننده ایده ال
با معرفی اجمالی اهداف اصلی در جبرانسازی بار، هم اکنون می توان مفهوم جبران کننده ایده ال را بیان کرد. جبران کننده ایده ال وسیله ای است که در نقطه تغذیه (یعنی به موازات بار) متصل و وظایف سه گانه زیر را بر عهده می گیرد:

1. 1. ضریب توان را به مقدار واحد تصحیح می کند،

1. 1. تنظیم (تغییر) ولتاژ را حذف می کند (و یا مقدارش را تا سطح قابل قبولی کاهش می دهد)،

جبران کننده ایده ال در حذف اعوجاج ناشی از هارمونیک که در جریان و یا ولتاژهای تغذیه موجود است، نقشی ندارد (این عمل به عهده فیلتر مناسب می باشد)، لیکن جبران کننده ایده ال خودش نبایستی تولید هارمونی اضافی نماید. جبران کننده ایده ال همچنین توان مصرف نمی کند، یعنی بدون تلفات در نظر گرفته می شود.
عملیات اصلی جبران کننده ایده ال مستقل از یکدیگر هستند. البته، اصلاح ضریب توان خود بخود منجر به بهبود در وضع تنظیم ولتاژ می گردد. در حقیقت در بعضی موارد، مخصوصاً وقتی که تغییرات بار کند و یا وقوع آن کم است، جبران کننده ای که برای اصلاح ضریب توان طراحی شده است لازم نیست که عمل خاصی را به منظور تنظیم ولتاژ انجام دهد.

معرفی خازن به عنوان یک جبران کننده
خازنها با یک ساختمان ساده می توانند نقش بسزایی را در یک شبکه توزیع ایفا کنند. با بهره گرفتن از بانک خازنی در یک نقطه از شبکه میتوان وضعیت توان راکتیو را در نقطه مورد نظر بهبود بخشید. البته باید توجه داشت که خازنها به صورت مناسبی کنترل گردند چرا که در غیر این صورت ممکن است گاهاً موجب افزایش ولتاژ ویا افزایش تلفات گردند.
خازنها بر اساس ذخیره انرژی کار می کنند . یک خازن دارای ساختمان ساده ای شامل دو صفحه فلزی است که این صفحه ها در اطراف دی الکتریک خازن قرار می­گیرند. هنگامی که صفحات به یک پتانسیل خارجی متصل می گردند بر روی صفحات بارهایی با علامت مخالف ایجاد می گردد و به این صورت خازن دارای انرژی می گردد. با نصب این خازن در نزدیکی بار به راحتی می توان توان راکتیو مورد نیاز بار را در همان محل تأمین نمود و دیگر نیازی به تأمین توان راکتیو توسط ژنراتور نیروگاه نبوده و لذا مقداری از ظرفیت خط آزاد می­گردد.
یک واحد خازنی از چندین عنصر سری و موازی خازنی مطابق شکل ؟ تشکیل می شود. این عناصر خازنی شامل ورقه هایی از جنس پروپیلن بوده که که دی الکتریک خازن را شامل می شود. این ورقه ها بین فویل های آلومنیومی مطابق شکل قرار می گیرند.

ساختمان داخلی خازن
ضخامت ورقه های پروپیلنی کمتر از یک میلیمتر بوده و بایستی دارای قدرت عایقی ۷۸kv/mm باشند.

قسمتهای مختلف یک بانک خازنی

تئوری اساسی جبران
تئوری جبران بایستی در وهله اول ارتباط بین شبکه تغذیه، بار و جبران کننده را توضیح دهد. در این بخش به بیان اصل اصلاح ضریب توان می پردازیم که در ساده ترین شکلش بدون آنکه نیاز به مراجعه به شبکه تغذیه باشد قابل مطالعه است. در بخشهای بعدی، تنظیم ولتاژ را ارائه خواهیم کرد.
شبکه تغذیه، بار و جیران کننده را می توان به روش های مختلف مشخص و یا مدل کرد. بنابراین شبکه تغذیه را می توان به صورت مدار تونن با ولتاژ مدار باز همراه با امپدانس سری و جریانش و یا همراه با توان واقعی و توان راکتیوش (یا ضریب توان) مدل کرد. جبران کننده را می توان به صورت امپدانس متغیر یا منبع جریان راکتیو و یا منبع توان راکتیو متغیر مدل کرد. انتخاب مدل برای هر یک از اجزاء و بر حسب نیازمندیها تغییر میکند و در بخش بعدی ملاحظه خواهیم کرد که مدلها به طرق مختلف و مناسبی با هم ترکیب می شوند طوری که علاوه بر معادلات ریاضی بیشترین دید فیزیکی را ارائه می دهند. البته مدلهای متفاوت برای یک جزء اساساً با هم معادل بوده و قابل تبدیل به یکدیگر می باشند.
تئوری جبران را برای شرایط سکون و یا نزدیک به سکون که دلالت بر این دارند که مشخصات شبکه و بار یا ثابت و یا تغییرات کند دارند (طوری که فازور را می توان به کار برد)، ارائه می شود. با این فرض تحلیل و بررسی فوفق العاده آسان می شود. در اغلب موارد عملی معادلات فازور یا معادلات شبه سکون برای معین کردن مقادیر نامی و مشخصه های خارجی جبران کننده کفایت می کند. برای آن دسته از بار که توان واقعی و توان راکتیو آنها سریع تغییر می نماید (مثل کوره های الکتریکی)، معادلات فازور قابل قبول نخواهد بود و بایستی روش تحلیل خاصی را به کار برد.

ضریب توان و اصلاح آن
شکل ۱ الف یک بار تک فاز با ادمیتانس  که از ولتاژ  تغذیه می شود را نشان میدهد. جریان بار  و برابر است با
۱-۱

اصلاح ضریب توان
و  هر دو فازور هستند و معادله ۱-۱ در دیاگرام فازور شکل ۱ب که در آن  به عنوان مرجع انتخاب شده است، نشان داده شده است. جریان بارداری مولفه اهمی  همفاز با  و مولفه راکتیو  که با  اختلاف فاز ۹۰ درجه دارد. در این مثال  منفی و  پس فاز و بار القایی است ( حالتی که عمومیت دارد). زاویه بین  و  برابر  است. توان ظاهری که به بار داده می شود برابر است با
۱-۲
بنابراین توان ظاهری دارای مولفه حقیقی  (یعنی توان مفیدی که به حرارت، کار مکانیکی، نور و یا اشکال دیگر انرژی تبدیل می شود) و یک مولفه راکتیو  (توانی که به اشکال مفید انرژی تبدیل نمی شود اما با وجود این، وجودش ضرورت ذاتی بار است) است. به عنوان مثال در یک موتور القایی،  نشانگر توان راکتیو مغناطیس کننده است. رابطه بین  ،  و  در شکل ۱پ نشان داده شده است. برای بارهای پس فاز (القایی) برحسب قرارداد  منفی و  مثبت است.
جریان  که از طرف سیستم فراهم می شود مقدارش از آنچه که برای تامین توان واقعی ضروری است به اندازه ضریب زیر بزرگتر است.
۱-۳