تاثیر عدم تعادل بار بر تلفات شبکه توزیع

تاثیر عدم تعادل بار بر تلفات شبکه توزیع

اسلاید 1: تاثیر عدم تعادل بار بر تلفات شبکه توزیعتهیه کننده: دفتر کاهش تلفاتبهمن 87

اسلاید 2: چکیدهبخش عظیمی از تلفات شبکه سراسری در قسمت شبکه فشار ضعیف ایجاد می شود که سهمی از آن نیز به خاطر عدم تعادل بار در شبکه های توزیع است. در این ارائه، ابتدا محاسبات تلفات این بخش انجام می شود و در انتها به تاثیر تعادل بار بر کاهش تلفات خواهیم پرداخت.

اسلاید 3: شرحدر شبکه فعلی توزیع، برای برق رسانی به مشترکین، از سیستم سه فاز چهار سیمه استفاده می شود که سه هادی، هادی فاز بوده و هادی چهارم به عنوان نول است که به نقطه ستاره ترانسفورماتور وصل می باشد.در این شبکه، اکثر بارها تک فاز بوده و بین یکی از هادی های فاز و هادی نول وصل می شود. از آنجا که تعداد انشعاب ها اغلب در روی هر یک از فازها مساوی نیست و در صورت تساوی هم، به علت مصرف متفاوت مصرف کننده های تک فاز، معمولا جریانی از هادی نول می گذرد.

اسلاید 4: به همین دلیل شبکه توزیع عموما شبکه نامتعادلی است. عدم تعادل این سیستم، تبعات مختلفی را ایجاد می کند که در ابتدا عناوین آن ها را بازگو کرده و در انتها در مورد تلفات انرژی که عمده ترین مشکل آن است، بحث و بررسی می نماییم.

اسلاید 5: تبعات نامتعادلی بار 1. افزایش تلفات توانتلفات توان در اثر نامتعادلی بار شبکه را باید در دو مورد جداگانه یعنی تلفات توان در فازها و تلفات توان در نول جستجو نمود. قابل توجه آن که تلفات توان در فازها در حالت عدم تعادل بار، بیش از تلفات در حالت تعادل بار بوده که به آن تلفات در نول هم اضافه خواهد شد. هم چنین اکثرا مقاطع هادی ها در نول کم تر از مقاطع فازها می باشد و با توجه به این امر، مقاومت اهمی هادی نول بیشتر از فازها شده و تلفات، در صورت جریان های کم عبوری از آن، باز هم قابل توجه است.

اسلاید 6: 2. افت ولتاژحتی اگر مقاطع هادی های فاز را در شبکه یکسان فرض کنیم که دارای امپدانس مساوی خواهند شد، در اثر عبور جریان نابرابر، هادی های فاز، افت ولتاژ متفاوتی داشته و در نتیجه دارای نامتعادلی ولتاژ در سمت مصرف کننده ها خواهیم بود که این موضوع اثرات نامطلوبی به خصوص بر مصرف کننده های سه فاز خواهد گذاشت.

اسلاید 7: 3. جریان دار شدن سیم نولبا نامتعادل شدن جریان در سیستم سه فاز و عبور جریان از سیم نول، سیم نول نسبت به زمین دارای ولتاژی می شود که در صورت عبور از حد مجاز، از نظر ایمنی نامطلوب بوده و چنانچه مصرف کننده با سیم نول تماس پیدا کند، ممکن است دچار برق گرفتگی شود.

اسلاید 8: علاوه بر مسائل یاد شده، زیاد بودن نامتعادلی بار شبکه باعث وضعیت نامطلوبی در اجزای دیگر شبکه از جمله ترانسفورماتورها خواهد شد. به عنوان مثال به علت عدم تعادل بار ممکن است بار یکی از فازهای ترانسفورماتور از بار نامی فراتر رود. این امر در زمانی که حتی بار ترانس کمتر از بار نامی است، سبب عدم بهره برداری بهینه از ترانس ها، گرم شدن و فرسوده شدن ترانس و در نتیجه وارد شدن خسارت های زودرس به ترانس خواهد شد.

اسلاید 9: محاسبات حالت نامتعادلیبرای انجام محاسبات مربوط به نامتعادلی بار در شبکه های اهمی کامل، شکل زیر را که یک منبع تغذیه (ثانویه یک ترانس 20/0.4 کیلوولت) و یک خط فشار ضعیف با بارهای L1 و L2 و L3 می باشد را در نظر می گیریم:

اسلاید 10: می دانیم که برای بار اهمی خالص، ضریب قدرت یک می باشد. لذا از هادی های فاز، سه جریان هم فاز با ولتاژ I1 و I2 و I3 می گذرد که دیاگرام برداری ولتاژها و جریان ها مطابق شکل زیر است:

اسلاید 11: محاسبه جریان هادی نولجریان در هادی نول با توجه به دیاگرام برداری فوق و تصویر جریان ها بر محورهای x و y به طریق زیر انجام می گیرد:In (x) = I2cos30° – I3cos30° = √3/2 (I2 – I3)In (y) = I1 – I2sin30° – I3sin30° = I1 – 1/2 (I2 + I3)In = √[In2 (x) + In2 (y)] = √[(I12 + I22 + I32) – (I1I2 + I1I3 + I2I3)]که اگر جریان ها با هم مساوی باشند، جریان نول صفر می شود.

اسلاید 12: مقایسه تلفات در حالت های متعادل و نامتعادلتلفات هادی های فاز در حالت نامتعادل که به ترتیب از آن ها جریان های I1 و I2 و I3 می گذرد برابر خواهد بود با:PL (Ub) = RI12 + RI22 + RI32 = R (I12 + I22 + I32)در این حالت فرض بر این است که هر سه بار در یک محل از خط وارد می شوند و مقطع هادی های فاز یکسان است و لذا مقاومت اهمی هر سه فاز برابر و مساوی R خواهد بود.

اسلاید 13: حال اگر فرض کنیم که سه بار فوق به طور متعادل بین سه فاز تقسیم شده باشند در نتیجه از سه فاز، جریان مساوی I که میانگین سه جریان I1 و I2 و I3 می باشد می گذرد:I = (I1 + I2 + I3)/3در نتیجه تلفات فازها در حالت متعادل برابر است با:PL (B) = 3RI2 = R (I1 + I2 + I3)2/3با توجه به موارد فوق الذکر، تفاوت تلفات فازها در حالت متعادل و نامتعادل برابر است با:∆PL(p) = PL (Ub) - PL (B) =(2/3)R[(I12 + I22 + I32)-(I1I2 + I1I3 + I2I3)] =

اسلاید 14: = (2/3) RIn2در نتیجه تلفات فازها در حالت نامتعادل همواره بیشتر از تلفات کل در حالت متعادل خواهد بود که در همین جا یکی از اثرات نامناسب و غیراقتصادی نامتعادلی بار آشکار می شود و این بدون احتساب تلفات نول می باشد.

اسلاید 15: تلفات در هادی نولبا توجه به مقدار In که قبلا بدان اشاره گردید و هم چنین با فرض Rn برای مقاومت هادی نول می توان تلفات هادی نول را از رابطه زیر به دست آورد:PL (n) = RnIn2

اسلاید 16: محاسبه کل افزایش تلفات ناشی از نامتعادلیبا توجه به موارد فوق الذکر می توان مقدار افزایش تلفات کل را در حالت نامتعادل به دست آورد:∆PL = ∆PL(p) + PL (n) = In2 [(2/3)R + Rn]می توان مقدار افزایش تلفات کل را در دو حالت مختلف یعنی زمانی که سطح مقطع فاز و نول یکی باشد و حالتی که سطح مقطع نول نصف سطح مقطع فاز باشد به دست آورد.

اسلاید 17: محاسبه افزایش تلفات در دو حالتحالت اول:Rn = R ∆PL = (5/3) RIn2 ≈ 1.7 RIn2حالت دوم:Rn = 2R ∆PL = (8/3) RIn2 ≈ 2.7 RIn2همان طور که مشاهده می شود میزان افزایش تلفات در حالت دوم 60 درصد بیشتر از حالت اول می باشد!

اسلاید 18: بررسی عملیتدابیر لازم برای متعادل کردن جریان های فاز معمولا گران نیستند و می توانند منجر به صرفه جویی چشم گیری در حالت هایی شوند که اتفاقات تصادفی باعث عدم تعادل قابل توجهی روی فیدرها شده اند. باید تعادل فاز روی همه فیدرها را بررسی و آنهایی که به تصحیح نیاز دارند را شناسایی کرد. این بررسی ها را باید در پیک بار یا نزدیک آن انجام داد زیرا شرایط غیر پیک عموما با شرایط پیک کاملا متفاوت هستند.

اسلاید 19: پس از اینکه فیدرهای نیازمند به متعادل کردن بار شناسایی شدند، باید نقشه خطوط بررسی شود تا نقاطی که می توان بارها را از یک فاز با بارگذاری سنگین به یک فاز با بارگذاری سبک تر متصل کرد، شناسایی شود. باید توجه کنیم که تلاش ما این است که یک فیدر سه فاز را در تمام طول آن و نه فقط در ابتدای آن متعادل کنیم. معمولا محاسباتی ساده، لیستی از تغییرات را به دست می دهد که فیدر را به بهترین تعادل، بسیار نزدیک خواهد کرد. پس از اتمام کار، باید تغییرات اعمال شده را روی نقشه ها ثبت کرد تا بتوان در مطالعات بعدی از آن ها استفاده کرد.

اسلاید 20: مثالفرض کنید در بار پیک، جریان های فاز زیر برای یک خط توزیع سه فاز قرائت شـده اند: فاز R، 40 آمپر؛ فاز S، 130 آمپر و فاز T، 100 آمپر. با فرض اینکه (برای سادگی) اکثر بار در انتهای خط قرار دارد، می خواهیم میزان درصد کاهش تلفات را در صورتی که بار به صورت کاملا متعادل و به مقدار 90 آمپر روی هر سه فاز توزیع شده باشد، حساب کنیم.

اسلاید 21: پاسخمحاسبات برداری نشان می دهد که حدود 80 آمپر از طریق نول بر می گردد. تلفات زیر برای فازهای خط نامتعادل به دست می آید:PL (Ub) = 28500Rتلفات نول را در دوحالت محاسبه می کنیم:حالت اول: سطح مقطع نول با فاز یکی باشد.PL (n)1 = 6400R

اسلاید 22: حالت دوم: سطح مقطع نول، نصف سطح مقطع فازها باشد.PL (n)2 = 12800Rتلفات کل در حالت نامتعادلی:PL 1 = PL (Ub) + PL (n)1 = 34900RPL2 = PL (Ub) + PL (n)2 = 41300Rتلفات کل بعد از ایجاد تعادل کامل:PL (B) = 24300R

اسلاید 23: و بدین ترتیب تلفات را در حالت اول 30 درصد و در حالت دوم 41 درصد کاهش داده ایم.

اسلاید 24: با تشکر