آثار، اهداف و انواع اتصال کوتاه در شبکه چیست ؟
بحث اتصال کوتاه برای تمامی مهندسین برق واژه ای آشنا میباشد و در بسیاری از تجهیزات شبکه قدرت مقدار اتصال کوتاه در نظر گرفته میشود. در ادامه به آثار، اهداف و انواع اتصال کوتاه در شبکه چیست ؟
در این مطلب میآموزیم:
-
دلیل ایجاد اتصالات کوتاه در شبکه چیست؟
-
آثار اتصالات کوتاه درشبکه چیست؟
-
هدف و تعیین از محاسبات اتصال کوتاه چیست؟
-
انواع خطاها در اتصال کوتاه و چگونه بوجود میآید؟
دلیل ایجاد اتصالات کوتاه در شبکه چیست؟
در اغلب موارد اتصال کوتاه در اثر برخورد یکی از هادیهای شبکه با زمین و یا هادیهای دیگر رخ می دهد. اتصال کوتاه دارای دو اثر حرارتی و مکانیکی روی تجهیزات نصبشده سیستم است. اثرات حرارتی با دامنه و زمان جریان اتصال کوتاه تعیین میشوند، درحالیکه اثر دینامیکی حاصل از نیروی ناگهانی ایجاد شده با اولین دامنه جریان حداکثر جریان اتصال کوتاه است. بنابراین تمامی تجهیزات نصبشده در سیستم قدرت باید توانایی تحمل اثرات حرارتی و مکانیکی در بدترین شرایط ممکن را داشته باشند.
درواقع محاسبه و تحلیل اتصال کوتاه بدین دلیل بسیار حائز اهمیت میباشد که با توجه به حداکثر جریان اتصال کوتاه میتوان ظرفیت قطع کلیدهای قدرت، ظرفیت ساخت کلیدهای قدرت، تنظیمات رلههای حفاظتی، ظرفیت تحمل الکترودینامیکی سیستم کابل سوئیچ گیرها و غیره را تعیین نمود. البته باید به این نکته نیز اشاره کرد که حداکثر جریان اتصال کوتاه به ازای وقوع اتصال کوتاه بلافاصله بعد از (پاییندست) ترمینال تجهیزات حفاظتی به دست میآید.
آثار اتصالات کوتاه درشبکه چیست؟
۱ – عبور جریان نسبتاً زیاد از عناصر مختلف شبکه (خط، ترانسفورماتور، کلید و غیره) و تولید گرمای زیاد و در نتیجه وارد آمدن خسارت به تجهیزات و همچنین ایجاد نیروی الکترومغناطیسی و احتمالاً خسارت مکانیکی
۲- افت بیشازحد ولتاژ شینه ها و عدم امکان توان رسانی به مصرفکنندگان و احیاناً آسیب دیدن آنها
۳- امکان از دست رفتن پایداری ژنراتورها و سیستم قدرت، به علت اینکه بهواسطۀ افت ولتاژ، ژنراتورها
۴- قادر به انتقال توان اکتیو تولیدی در درون خود نبوده و لذا انباشتگی توان و انرژی در ژنراتورها باعث افزایش انرژی جنبشی آنها و در صورت عدم کنترل موجب ناپایداری و از دست رفتن سنکرونیزم آنها با شبکه گردد.
با توجه به آثار سوء اتصال کوتاه که به بعضی از آنها در بالا اشاره گردید و ضرورت حفاظت سیستم قدرت در مقابل این جریانها و بهمنظور طراحی صحیح سیستم حفاظتی لازم است که محاسبات و مطالعات اتصال کوتاه در یک شبکه بهطور دقیق انجام شود.
برای مطالعه بیشتر برگه روشهای محاسبات پخش بار سیستم قدرت را پیشنهاد میدهیم
هدف و تعیین از محاسبات اتصال کوتاه چیست؟
الف – تأثیر حرارتی جریانهای خطا بر روی اجزاء شبکه
ب – فشارهای مکانیکی بر روی اجزاء شبکه
ج – تعیین قدرت قطع مناسب برای کلیدهای قدرت
د – چگونگی تأثیرگذاری وقوع اتصال کوتاه بر پایداری گذرای ژنراتورها
ی – هماهنگی تجهیزات حفاظتی
انواع مختلف اتصال کوتاه میتواند در سیستمهای الکتریکی رخ دهد، اما مشخصه کلی همه آنها عبارتاند از:
الف – طول زمان خطا
ب – اضافه ولتاژهای جوی (صاعقه) و سوئیچینگ
ج – موقعیت محل خطا
انواع خطاها در اتصال کوتاه و چگونه بوجود میآید؟
۱ – خطای فاز به زمین ( 80% خطاها)
۲ – خطای فاز به فاز (حدود10 تا 15% خطاها)
۳ – خطای فاز به فاز به زمین
۴ – خطای سه فاز(حدود 5% خطاها)
۱ – محاسبه اتصالات کوتاه
در این بخش به بررسی مولفههای متقارن و نحوه محاسبه جریان اتصال کوتاههای مختلف پرداخته شده است.
۲ – محاسبه متقارن
در حالت نرمال و عملکرد متقارن متعادل ، تجزیه و تحلیل سیستم های سه فاز معادل یک سیستم تک فاز است که با ولتاژهای فاز به نوترال، جریان های فاز و امپدانسهای سیستم قدرت مشخص میشود (امپدانس های چرخشی). در این حالت که با استفاده از روش تجزیه و تحلیل ریاضی، از روش مولفه متقارن سیستم قدرت میتوان یک سیستم واقعی در حالت های مختلف مدلسازی و محاسبه کرد و البته هر حالت نامتقارن در سیستم را میتوان توسط سه سیستم متقارن تجزیه نمود. این مولفههای متقارن از سه توالی مثبت، منفی و صفر تشکیل شده است.
در ادامه به محاسبه اتصال کوتاه های مختلف در شبکه پرداخته شده است.
۳-اتصالات کوتاه سه فاز
در شکل زیر نمونهای ازخطای اتصال کوتاه سه فاز نشان داده شده است.
معادله خطای اتصال کوتاه سه فاز در نقطه اتصال کوتاه:
U مقدار ولتاژ فاز به فاز در نقطه اتصالی میباشد و Zsc مقدار امپدانس بالادست تا نقطه خطا میباشد. مقدار جریان اتصال کوتاه در بیشتر موارد بیشترین جریان اتصال کوتاه میباشد. جریان اتصال کوتاه سه فاز معمولا به عنوان بیشترین جریان سیستم قدرت در نظر گرفته میشود. مولفههای متقارن آن بصورت زیر میباشد.
برای مطالعه بیشتر منابع و آثار هارمونیک در شبکه را پیشنهاد میدهیم
۴-اتصال کوتاه تکفاز
در شکل زیر نمونهای ازخطای اتصال کوتاه تکفاز نشان داده شده است.
مقدار جریان اتصال کوتاه بصورت معادله زیر درنظر گرفته میشود:
ZN مقدار امپدانس زمین شده در نقطه خنثی مطابق شکل میباشد. در معادله اتصال کوتاه تکفاز به زمین می توان از مقادیر Z1، Z2 و Z0 صرفنظر کرد بنابراین داریم:
مولفههای متقارن اتصال کوتاه تکفاز بصورت زیر میباشد.
۵-اتصال کوتاه دوفاز
در شکل زیر نمونهای ازخطای اتصال کوتاه دوفاز نشان داده شده است.
مقدار جریان اتصال کوتاه دوفاز بصورت معادله زیر درنظر گرفته میشود:
در صورتی که مقادیر Z1 و Z2 با یکدیگر برابر باشند داریم:
البته بصورت تقریبی میتوان مقدار اتصال کوتاه دوفاز رو در حدود 0.86 درصد جریان اتصال کوتاه سه فاز در نظر گرفت. مولفههای متقارن اتصال کوتاه دوفاز بصورت زیر میباشد.
۶ – اتصال کوتاه دوفاز به زمین
در شکل زیر نمونهای ازخطای اتصال کوتاه اتصال کوتاه دوفاز به زمین نشان داده شده است.
مقدار این جریان برابر است با:
مقدار مولفههای متقارن در اتصال کوتاه دوفاز به زمین را میتوان مشابه معادلات زیر در نظر گرفت:
ما در این مقاله با آثار، اهداف و انواع اتصال کوتاه در شبکه چیست ؟ آشنا شدهایم.
دیدگاهها