کمبودهایی در استانداردهای حفاظتی تولید پراکنده- بخش دوم

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز :

مشکل اول

ناکافی بودن یک دستورالعمل عمومی برای زمین کردن ترانسفورماتور‌های اتصال به شبکه.

استاندارد‌ها پیچیده بودن پی آمد‌های ناشی از اضافه ولتاژ‌هایی که به دلیل زمین کردن ترانسفورماتور‌های اتصال نیروگاه محلی به شبکه سراسری ایجاد می‌شوند را چنین توضیح می‌دهد: " الگوی زمین کردن ترانسفورماتور اتصال به شبکه نباید به گونه‌ای باشد که اضافه ولتاژ‌ها از ولتاژ نامی تجهیزات شبکه بیشتر شوند و یا هماهنگی رله‌های حفاظتی را از بین ببرند. " فقدان جزئیات اجرایی، یک نقطه ضعف اساسی در استاندارد‌ها محسوب می‌شود. شبکه و نیروگاه محلی بیشتر از دو گزینه برای سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور‌های اتصال ندارند؛ اولیه زمین شده یا اولیه زمین نشده.

الف) سیم پیچ اولیه زمین نشده.

بزرگترین نگرانی از اتصال ترانفسورماتور با سیم پیچ زمین نشده در این است که هنگامی که فیدر A. (تصویر ۲) به دلیل اتصال کوتاه در محل F۱ تریپ می‌دهد تمامی سیستم بدون زمین می‌شود. این موضوع در ترانسفورماتور‌های هوایی و برقگیر‌های متصل به آن‌ها اضافه ولتاژی در فاز‌هایی که بدون اشکال بوده اند ایجاد می‌کند که می‌تواند به ولتاژ خط به خط نزدیک باشد. این وضعیت هنگامی بدتر می‌شود که در زمان تریپ دادن فیدر A. توان خروجی ژنراتور‌های نیروگاه محلی نزدیک به بار فیدر باشند. در نتیجه این اضافه ولتاژ سبب می‌شود که ترانسفورماتور‌های هوایی، که به صورت معمولی در پاشنه منحنی اشباع هستند، به سرعت به ناحیه اشباع بروند.

بسیاری از شبکه‌ها تنها زمانی از ترانسفورماتور‌های بدون اتصال زمین استفاده می‌کنند که در زمان تریپ دادن فیدر A. ۲۰۰% یا بیشتر اضافه بار برای نیروگاه محلی اتفاق بیافتد. در طی اتصال زمین یک فاز، این اضافه بار به ولتاژ فاز‌های دیگر اجازه نمی‌دهد که از ولتاژ فاز به نول نامی شبکه خیلی بیشتر شوند و از به اشباع رفتن ترانسفورماتور‌های هوایی جلوگیری می‌کند. به همین دلیل، سیم پیچ اولیه زمین نشده معمولا برای تولید کننده‌های کوچک، جایی که اضافه بار‌ها دست کم ۲۰۰% مقدار مورد انتظار هستند، اختصاص داده می‌شود.

ب) سیم پیچ اولیه زمین شده.


این انتخاب دو نقطه ضعف عمده دارد: اول اینکه یک جریان زمین ناخواسته تولید می‌کند که برای تغذیه مدارات حفاظت زمین مشکل ایجاد می‌کند و دوم اینکه جریانی که از فیدر A. می‌گذرد را کاهش می‌دهد. این امر ممکن است که هماهنگی بین رله‌ها را از بین ببرد. موارد زیر را در نظر بگیرید:

اگر محل خطای اتصال به زمین دور از فیدر باشد کاهش جریان اتصال کوتاه ممکن است که از عمل کردن رله پست توزیع جلوگیری کند. در این صورت، شبکه سراسری ناچار است تا برای کشف خطا‌های دور از فیدر از وصل مجدد خودکار استفاده کند.

  اگر شبکه برای حفاظت از فیوز استفاده کند کم شدن جریان منبع و افزایش جریان فیوز به همین نتیجه منفی منتهی می‌شود: از بین رفتن هماهنگی بین رله‌های حفاظتی.

 اگر اتصال کوتاه به زمین در نزدیکی فیدر اتفاق بیافتد (نقطه F۲ در تصویر ۲) جریان زمینی که از باس‌های پست توزیع عبور می‌کند می‌تواند هماهنگی رله‌ها را از بین ببرد و سبب قطع ناخواسته بریکر A. بشود. برای اجتناب از این وضعیت، ممکن است تا ناچار شویم در بریکر A. از رله‌های جریان بالا جهت دار استفاده کنیم که در این صورت این رله‌ها تنها به خطا‌های اتفاق افتاده در فیدر A. پاسخ خواهند داد.

۱-اتصال ستاره (اولیه) / مثلث (ثانویه) ترانسفورماتور اتصال با ستاره زمین شده.

برای استفاده از این اتصال لازم است به خاطر داشته باشیم که حتی اگر هنگامی که نیروگاه محلی خاموش است (بریکر‌های ژنراتور بازهستند)، اگر ترانسفورماتور اتصال به شبکه وصل باشد ممکن است تا جریان خطای زمین در شبکه ایجاد شود. این امر عادی است چرا که نوعا حفاظت اتصال به شبکه، بریکر ژنراتور را تریپ می‌دهند. ترانسفورماتور‌های پخش شده در نیروگاه محلی (برای مصرف کننده‌های داخلی) مانند یک ترانسفورماتور زمین با جریان توالی صفر که در سیم پیچ‌های مثلث شده ثانویه می‌چرخند عمل می‌کنند. علاوه بر این مشکلات، بار‌های نامتقارن، که مقدم بر ترانسفورماتور اتصال به شبکه هستند، از طریق زمین این ترانسفورماتور به زمین بازمی گردند و این در حالی است که زمین‌های بین ترانسفورماتور‌های مصرف محلی و ترانسفورماتور اتصال به شبکه از همدیگر جدا شده اند. این امر می‌تواند ظرفیت تغذیه بار‌ها را برای ترانسفورماتور‌های محلی کاهش دهد و هنگامی که جریان تغذیه فاز‌ها به دلیل عملکرد وسایل حفاظتی مانند فیوز‌ها و وصل مجدد خودکار غیرمتعادل می‌شود مشکل ساز شود. اگر چه اتصال ستاره زمین شده/ مثلث به صورت عمومی برای اتصال ژنراتور‌های بزرگ به شبکه سراسری مورد استفاده قرار می‌گیرند زمانی که برای پخش از روش‌های چهار سیمه استفاده کنیم می‌توانند مشکلات عدیده‌ای ایجاد کنند.

۲-اتصال ستاره (اولیه) / ستاره (ثانویه) ترانسفورماتور اتصال به شبکه با نقطه نول زمین شده برای هر دو طرف.

بزرگترین نگرانی در هنگام استفاده از اتصال ترانسفورماتور اتصال به شبکه با اولیه و ثانویه ستاره زمین شده نیز ایجاد یک جریان زمین ناخواسته برای رله‌های شبکه، مانند آنچه در بخش قبل توضیح دادیم، می‌باشد. این امر حساسیت رله‌های پست توزیع را برای پاسخ به خطای اتصال زمین در ثانویه ترانسفورماتور نیروگاه محلی (نقطه F۳ در تصویر ۲) را بالاتر می‌برد. این امر می‌تواند سبب شود تا شبکه ناچار جریان نمونه گیری برای رله هایش را افزایش دهد یا برای ایجاد هماهنگی بین رله‌ها یک تأخیر زمانی درنظر بگیرد. کاهش حساسیت و یا سرعت پاسخ رله‌ها ممکن است که در هنگام اتصال کوتاه سبب آسیب دیدن خود فیدر شود.

مشکل دوم

عدم توجه به تشدید آهنی (تشدید غیرخطی یا ferroresonance)

پدیده خود تحریکی ژنراتور‌های القایی سال‌ها است که شناخته شده است. این امر زمانی اتفاق می‌افتد که یک ژنراتور ایزوله به وسیله یک خازن هم اندازه یا بزرگتر از رآکتانس مورد نیاز به یک سیستم وصل می‌شود. بسته به به اندازه خازن و توان مصرف کننده‌ها ممکن است که ولتاژ ژنراتور به ۱.۵ تا ۲ برابر مقدار نامی برسد.

ترکیب مشکل ژنراتور‌های ایزوله با سیستم‌های توزیع دارای بانک خازنی ممکن است که سبب پدیده بی مانندی تشدید آهنی شود که در ژنراتور القایی اتفاق نمی‌افتد، ولی در ماشین‌های سنکرون ممکن است بوجود آید. ممکن است که ولتاژ تا ۳ پریونیت افزایش پیداکند. شارژ و دشارژ خازن از طریق سیم پیچ‌های غیرخطی ترانسفورماتور اتصال به شبکه این ولتاژ اضافی را ایجاد می‌کند.

این تشدید با تشدید آهنی معمولی که به دلیل سوئچینگ در شرایط بار‌های غیرمتعادل ایجاد می‌شود تفاوت دارد. اگر تمام شرایط زیر برقرار باشند تشدید آهنی ممکن است روی دهد:

- ژنراتور محلی باید از شبکه سراسری جدا (ایزوله) باشد.

- بار مصرف داخلی باید از یک سوم توان نامی ژنراتور کمتر باشد.

- ظرفیت سیستم باید بیشتر از ۲۵ درصد و کمتر از ۵۰۰ درصد توان نامی ژنراتور باشد.

- یک ترانسفورماتور باید وجود داشته باشد که شرایط غیرخطی را فراهم کند.

اما چنین اضافه ولتاژی را چگونه می‌توان کاهش داد؟ مطالعات نشان می‌دهند که ژنراتور‌های القایی و سنکرون و تمام ترانسفورماتور‌های اتصال استعداد دارند در این چرخه بحرانی وارد شوند. برقگیر‌ها پیک موج ولتاژ را خواهند گرفت، اما آن‌ها نمی‌توانند تشدید آهنی را متوقف کنند و ممکن است که آسیب ببینند. برقگیر‌های متال-اکساید ممکن است که شانس بیشتری برای نجات داشته باشند. بهترین راه حل عملی در این موارد تریپ دادن ژنراتور برای از بین بردن منبع ولتاژ ناخواسته است. البته تریپ دادن ژنراتور در عمل به سادگی گفتن آن نیست چرا که موج ولتاژ این تشدید غیرسینوسی است و بیشتر رله‌های دیجیتال امروزی تنها می‌توانند اضافه ولتاژ‌های سینوسی ۵۰ یا ۶۰ هرتز را تشخیص دهند. یک شرکت سازنده رله به این مشکل اشاره کرده اگرچه یک رله اضافه ولتاژ (رله I. ۵۹) وظیفه حفاظت در برابر پیک اضافه ولتاژ را برعهده دارد.