پایان نامه بررسي نامتعادلي بار در شبكه توزيع و روشهاي كاهش آن
پيشگفتار
موضوع كلي اين گزارش , بررسي نامتعادلي با رواثر آن در تلفات شبكه توزيع مي‌باشد كه شامل دو فصل مي‌باشد بدين ترتيب كه در فصل اول اثر عدم تعادل بار در افزايش تلفات شبكه توزيع بوده و به طور كلي مربوط به مطالعات اوليه مي‌باشد تا ديد كلي از هدف گزارش بدست آيد. فصل دوم به بررسي روشهاي كاهش تلفات نامتعادلي بار اختصاص دارد.
فصل اول شامل دو بخش است كه بخش نخست اثر عدم تعادل بار در افزايش تلفات در شبكه فشار ضعيف مي‌باشد كه به طور كلي به بررسي عدم تعادل بار در شبكه فشار ضعيف مي‌پردازد و مقدار تلفات ناشي از آن محاسبه نمودخ و درصد آنرا نسبت به تلفات شبكه سراسري بيان مي‌دارد. بدين وسيله به ارزش بررسي و تحقيق در اين مورد پي برده مي‌شود.
در بخش بعدي اثر عدم تعادل بار در افزايش تلفات ترانسفورماتورهاي توزيع مورد بحث و بررسي قرار گرفته است. از آنجائيكه ترانسفورماتورها مقداري تلفات نامتعادلي به علت غير يكساني مشخصات الكتريكي سيم پيچي ها دارند , همچنين به عنوان يك واسط سبب انتقال نامتعادلي فشار ضعيف به سمت فشار متوسط مي‌شوند , لذا توجه به آن از اهميت بسزايي برخوردار است. در اين بخش در مورد انواع اتصالات ترانسها بحث شده است و ميزان تلفات نامتعادلي در دون ترانس YZ و كه بيشتر از همه در شبكه توزيع بكار مي‌روند , محاسبه شده است.
فصل دوم شامل دو بخش مي‌باشد. در بخش اول الگوريتمي جهت تقسيم مناسب انشعابها بين فازها در شبكه فشار ضعيف ارائه شده است تا با متعادل كردن فازها تا حد امكان از تلفات ناشي از نا متعادلي بار كاسته شود. همچنين اين الگوريتم قادر است تا شبكه موجود را به شكل بهينه تغيير شكل دهد تا تلفات نامتعادلي آن به حداقل برسد.
در بخش دوم به بررسي امكان افزايش سطح مقطع نول به منظور كاهش مقاومت نول و به تبع آن كاهش تلفات نول پرداخته شده است. همانطور كه از فصل اول نتيجه گرفته شده است تلفات نول حدود سه برابر تلفات نا متعادلي بار در فازها مي‌باشد , لذا نياز به توجه و رسيدگي دارد. بخصوص در خطوط با بار زياد اهميت تعويض كابل‌هاي نول با سطح مقطع بالاتر به خوبي احساس مي‌شود.
سيستم زمين كامل علاوه بر اين كه نقش مهمي در حفاظت شبكه توزيع دارد , تا حدي زياد از مقاومت نول نيز مي‌كاهد. بخش سوم به اين موضوع اختصاص دارد بدين ترتيب كه با احداث زمينهاي متوالي تا حد زيادي از مقاومت نول كاسته شده و به تبع آن تلفات نول و تلفات نامتعادلي كاهش مي‌يابد. لذا در اين بخش با ارائه نمودارها و محاسبات به امكان احداث زمينهاي متوالي پرداخته شده است.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول : اثر عدم تعادل بار در افزايش تلفات شبكه توزيع
1-1-اثر عدم تعادل بار در افزايش تلفات شبكه فشار ضعيف…………………………………….1
1-1-1-تبعات نامتعادلي بار …….………………………………………………………………….1
1-1-2-شبكه فشار ضعيف ….……………………………………………………………………..2
1-1-2-1- عدم تساوي بار فازها[4] ……………………………………………………………2
1-1-3- اضافه تلفات ناشي از جريان دار شدن سيم نول[4] ……………………………………4
1-1-4-رسم نمودار چگونگي‌رابطه‌بين افزايش عبور جريان از سيم نول و ميزان ………………8
تلفات در شبكه (بار كاملاً اكتيو)[3]
1-1-5-شرايط لازم براي تعادل شبكه علاوه بر يكسان نمودن بار فازها……..……………………9
1-2- اثر نامتعادلي بار در افزايش تلفات ترانسفورماتورهاي توزيع………………………………..11
1-2-1-عملكرد نا متعادل ترانسفورماتورهاي سه فاز[6] ………………………………………….11
1-2-2-بارهاي تكفاز روي ترانسفورماتورهاي سه فاز………………………………………………12
1-2-3-بار تكفاز خط به خنثي در ترانسفورماتورهاي سه فاز …………………………………….13
1-2-4-بررسي تلفات نامتعادلي در ترانسهاي توزيع………………………………………………15
1-2-5-ارائه پيشنهاد جهت كم كردن تلفات نامتعادلي در ترانسفورماتورهاي توزيع……………21
فصل دوم : بررسي روشهاي كاهش تلفات ناشي از نامتعادلي بار
فهرست مطالب
عنوان صفحه
2-1- ارائه الگوريتم جهت تعادل بار فازها …………………………………………………………23
2-1-1- اساس روش ………………………………………………………………………………..23
2-1-2-تعيين آرايش بهينه شبكه …………………………………………………………………28
2-1-3-تخصيص انشعاب جديد بودن تغيير آرايش شبكه…………………………………………31
2-1-4-تخصيص انشعاب جديد به شبكه بهينه شده ……………………………………………34
2-1-5-ارائه الگوريتم ……………………………………………………………………………….38
2-2- امكان سنجي افزايش سطح مقطع نول ……………………………………………………..43
2-2-1- امكان سنجي افزايش سطح مقطع نول در خطوط با بار سبك…….……………………44
2-2-2-امكان سنجي افزايش سطح مقطع در خطوط با بار متوسط …….………………………52
2-2-4-امكان سنجي افزايس سطح مقطع نول در خطوط با شعاع تغذيه طولاني………………55
2-2-5- نتيجه گيري ……………………………………………………………………………….59
2-3- سيستم زمين و اثر آن در كاهش تلفات شبكه توزيع ………………………………………60
2-3-1- تلفات در سيستم نول [1] …………………………………………………………………61
2-3-2- كاهش تلفات در سيم نول ……..…………………………………………………………61
2-3-3-كاهش افت ولتاژ در سيم نول ………..……………………………………………………64
2-3-4- اثر زمين نول در محل مصرف …………………………………………………………..64
فهرست مطالب
عنوان صفحه
2-3-5- زمين كردن شبكه توزيع …………………………………………………………………65
2-3-6-مقاومت سيم اتصال زمين و مقاومت زمين[9] ….…….…………………………………66
2-3-6-1- مدل خط توزيع …………………………………………………………………..67
2-3-6-2- اثر نامتعادلي فازها بر روي تلفات با توجه به سيستم زمين ….…………………70
2-3-6-3-حساسيت تلفات نسبت به مقاومت اتصال به زمين ………………………………72
2-3-6-4- جنبه اقتصادي خطا در تلفات ………………………………………………… …74
2-3-6-5- مقايسه هزينه ايجاد سيستم زمين و صرفه جوئي ناشي از كاهش تلفات پيك…76
2-3-6-6- اثرات جريان عبوري از سيستم زمين …….………………………………………77
مراجع ………………………………………………………………………………………………..78
فهرست اشكال
عنوان صفحه
شكل (1-1):دياگرام برداري جريانهاي فازها و جريان نول ….……………………………………5
شكل (1-2):درصد افزايش تلفات برحسب افزايش عبور جريان از سيم نول ….…..……………9
شكل(1-3):دياگرام برداري جهت محاسبه جريان نول….………………………………………10
شكل(1-4):بار تكفاز در ترانسفورماتورهاي سه فاز………………………………………………13
شكل(1-5):بار تكفاز بين خط خنثي در گروه ترانسفورماتور Yyبدون خط خنثي….………14
شكل(1-6):بار خط به خنثي فاز A گروه ترانسفورماتورYy ….……………………………….15
شكل(1-7):ترانسفورماتورDY با سيم نول ….…………………………………………………..16
شكل (1-8): مقادير جريانها در ترانسفورماتور DY با سيم نول …….…………………………18
شكل(1-9): ترانسفورماتور YZ با سيم نول …….………………………………………………20
شكل (2-1):شبكه شعاعي از يكسو تغذيه ………………………………………………………24
شكل(2-2):جريانهاي فاز در شبكه شعاعي………………………………………………………25
شكل(2-3):شبكه شعاعي با در نظر گرفتن تعداد انشعابها به جاي جريان آنها …….…………27
شكل(2-4):شبكه شعاعي از يكسو تغذيه با سه گره ……………………………………………28
شكل(2-5):متعادل سازي انشعابها در گره‌ها …..……………………………………………….29
شكل(2-6):مجموع انشعابهاي فازها پس از متعادل سازي انشعابهاي گره‌ها……..……………29
شكل(2-7): متعادل سازي مجموع انشعابهاي فازها ……………………………………………30
فهرست اشكال
عنوان صفحه
شكل(2-8): شبكه مثال (1) …….…………………………………………………………………..31
شكل (2-9): شبكه پس از تخصيص انشعاب جديد به فاز S در گره سوم …………………….31
شكل(2-10):شبكه پس از تخصيص انشعاب جديد به فاز T در گره سوم …….….…………..32
شكل(2-11):شبكه پس از تخصيص انشعاب جديد به فاز Rدر گره سوم….…………………..32
شكل(2-12):شبكه پس از تخصيص انشعاب جديد به فاز R در گره سوم ..………………….33
شكل(2-13):شبكه پس از تخصيص انشعاب جديد به فاز S در گره دوم ………..……………33
شكل (2-24): شبكه پس از تخصيص انشعاب جديد به فاز T در گره دوم ……………………34
شكل (2-15): شبكه بهينه شده مثال ……….……………………………………………………..35
شكل(2-16):شبكه پس از تخصيص انشعاب جديد به فاز R در گره سوم ……..…………….35
شكل(2-17): شبكه پس از تخصيص دومين انشعاب به فاز R در گره سوم …………………36
شكل(2-18):شبكه پس ازتخصيص دومين انشعاب به فاز S در گره سوم …………………..36
شكل(2-19):شبكه پس از تخصيص دومين انشعاب به فازT در گره سوم ….………………..37
شكل(2-20):شبكه پس از تخصيص انشعاب به فاز S در گره دوم ……….………………………37
شكل(2-21):شبكه پس از تخصيص انشعاب به فاز T در گره دوم ………………………….38
شكل (2-22): الگوريتم متعادل سازي بار فازها و افزودن انشعاب جديد در شبكه فشار ضعيف….42
شكل (2-23):مدارشماتيك جهت نمايش عبور بخشي از جريان نول توسط سيستم زمين……62
فهرست اشكال
عنوان صفحه
شكل(2-24):تقسيم جريان در دو مقاومت موازي …..…………………………………………….63
شكل (2-25):مدار معادل مثال ….…………………………………………………………………65
شكل(2-26):مدل خط توزيع با چهار سيم …….…………………………………………………..67
شكل(2-27):مدل نمونه خط توزيع براي شرح محاسبات ……..………………………………….68
شكل(2-28):تغييرات تلفات بر حسب ميزان نامتعادلي بار……..…………………………………71
شكل(2-29):توزيع جريان سيم نول در حالت بار نامتقارن با مقاومت‌اتصال‌زمينRg …………72
شكل(2-30): تأثير مقاومت اتصال زمين Rg بر روي تلفات خط …………………………………73
شكل(2-31): نسبت تلفات در فيدر با مقاومت اتصال زمين مشخص به تلفات ……..…………..74
در فيدر با اتصال زمين كامل
شكل(2-32):ارزش كنوني تلفات خطوط انتقال ………………………………………………….76
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول(2-1):قيمت‌كابلهاي4رشته‌اي‌وتك‌رشته‌اي كه درسطح ولتاژ توزيع به‌كاربرده‌ميشوند..….44
جدول(2-2):ميزان كاهش مقاومت سيم نول در اثر زمين كردن ….……………………………63
جدول (2-3):ماتريس امپدانس HZ60 …………………………………………………69
جدول (2-4):شكل مؤلفه‌هاي متقارن معادل ..………………………………………….70
جدول(2-5):امپدانس خطوط با زمين مستقيم …………………………………………70
جدول(2-6):تلفات خطوط با زمين مستقيم …..……………………………………….71
جدول(2-7): تقسيم تلفات بين خط و اتصال زمين ….…………………………………72
جدول(2-8): تلفات در فيدرهاي با بار توزيع شده متمركز….……………………………75
فصل اول
اثر عدم تعادل بار در افزايش تلفات شبكه توزيع
1- اثر عدم تعادل بار در افزايش تلفات شبكه توزيع
يكي از مؤلفه‌هاي مطرح در افزايش تلفات شبكه توزيع مسأله عدم تعادل بار در اين شبكه اعم از شبكه فشار ضعيف , ترانسفورماتورهاي توزيع و شبكه فشار متوسط مي‌باشد. اين مؤلفه كه به عنوان يك عامل اختلال در عملكرد شبكه توزيع اعلام وجود مي‌كند به دو صورت عدم تساوي بار فازها و عدم تساوي ضريب توان بار فازها ( يا تركيبي از هر دو ) متظاهر مي‌گردد و بايد در هريك از بخشهاي سه گانه شبكه توزيع مورد بررسي و تجزيه و تحليل قرار بگيرد.
با آماري كه از پستها و شبكه توزيع تهيه شده عدم تعادل بار مأيوس كننده است و اين مشخصه نشان دهنده عدم رعايت اصول فني از طرف پرسنل توزيع و بعضاً سهل انگاري و عدم وجود دانش فني در ايجاد شبكه‌هاي برق رساني مبتني بر اصول فني براي مصرف كننده‌ها مي‌باشد.
1-1- اثر عدم تعادل بار در افزايش تلفات شبكه فشار ضعيف
1-1-1- تبعات نامتعادلي بار
الف) افزايش تلفات قدرت : تلفات قدرت در شبكه فشار ضعيف شامل دو دسته تلفات قدرت در فازها و تلفات قدرت در سيم نول مي‌باشد. با فرض ثابت بودن مجموع جريان سه فاز , تلفات قدرت در فازها در حالت عدم تعادل بار بيش از تلفات در حالت تعادل بار بوده كه به آن تلفات در نول هم اضافه مي‌شود و با توجه به اين امر كه اكثراً مقاطع سيمها در نول نصف مقاطع سيم فازها و بنابراين مقاومت اهمي سيم نول حدود دو برابر مقاومت سيم فازها مي‌باشد , تلفات حتي در حالت جريانهاي عبوري كم , باز هم قابل توجه است.
ب) افت ولتاژ در اثر نامتعادلي : حتي با فرض اين كه سيمهاي فاز در شبكه مقاطع يكسان و در نتيجه امپدانس مساوي داشته باشند , در اثر عبور جريان نا برابر , سيمهاي فاز افت ولتاژ متفاوتي داشته و در نتيجه داراي ولتاژ نامتعادلي در طرف مصرف كننده‌ها بخصوص مصرف كننده‌هاي حساس مانند موتورهاي سه فاز خواهند بود. اين موضوع اثرات نامطلوبي بر مصرف كننده‌هاي سه فاز خواهد داشت.
ج) خطرات ناشي از جريان دار شدن سيم نول : با نامتعادل شدن جريان در سيستم سه فاز و عبور جريان از سيم نول , نسبت به زمين داراي ولتاژي مي‌شود كه درصورت عبور از حد مجاز از نظر ايمني نامطلوب بوده و چنانچه مصرف كننده با سيم نول تماس حاصل كند , احتمال برق گرفتگي وجود خواهد داشت. علاوه بر مسائل ياد شده زياد بودن نامتعادلي بار شبكه باعث وضعيت نامطلوبي در اجزاء ديگر شبكه از جمله ترانسفورماتورها خواهد شد.
1-1-2- شبكه فشار ضعيف
عدم تعادل بار در شبكه ضعيف بدلايل زير بوجود مي آيد :
– عدم تساوي بار مشتركين در هر لحظه روي هر فاز
– وجود شبكه‌هاي تكفاز طولاني و پربار روي خطوط فشار ضعيف
– وجود لوازم برقي تكفاز موتوري با ضريب توان پائين روي خط ( مثل موتورهاي تكفاز جوشكاري و000) نامتعادلي بار , به دو صورت عدم تصاوي بار فازها و جريان دار شدن سيم نول باعث افزايش تلفات شبكه مي‌شود.
1-1-2-1- عدم تساوي بار فازها [4]
در يك خط فشار ضعيف سه فاز با فرض ثابت بودن مجموع بار فازها , اگر بار فازها بصورت نا متعادل توزيع شده باشد , طبق نا مساوي كوشي , تلفات ايجاد شده در سيمهاي فاز بيشتر از تلفات حالتي است كه بار فازها به طور مساوي تقسيم شده باشند.
نا مساوي كوشي
اگر بارهاي هر فاز به ترتيب و بار متوسط آنها را بناميم , خواهيم داشت :
اگر طول خط L و مقاومت واحد طول خط به اهم R فرض شود داريم :
در مورد خطوط فشار ضعيف موجود كه بار آنها در چند نقطه از خط برداشته مي‌شود , بهترين راه براي توجيه قضيه فوق و همچنين اندازه گيري افزايش تلفات ناشي از عدم تعادل بار پيدا كردن الگوي مناسب براي آنهاست. تلفات در يك فاز با توزيع يكنواخت طبق فرمول چنين مي‌باشد (Iچگالي واحد طول جريان مي‌باشد ) :
در صورت مساوي بودن بار سه فاز
در نتيجه : (1-1)
حال جهت محاسبه اضافه تلفات سيمهاي فاز ناشي از عدم تساوي بار فازها , اگر اندازه آن ناميده شود و تلفات در حالت تساوي بار فازها و عدم تساوي بار فازها در سيمهاي فاز و باشد خواهيم داشت :
(1-2)
پایان نامه بررسي نامتعادلي بار در شبكه توزيع و روشهاي كاهش آن