بررسي نوع سيم بندي ترانسفورماتور منابع توليد پراكنده و اتصال زمين مربوطه جهت اتصال به شبكه سراسري

1
بررسي نوع سيم بندي ترانسفورماتور منابع توليد پراكنده و اتصال زمين مربوطه جهت
اتصال به شبكه سراسري
مجتبي گيلوانژاد 1 محمدرضا شريعتي 1 صفر فرضعلي زاده 1 همايون برهمندپور 2
1پژوهشگاه نيرو - گروه خط و پست
2پژوهشگاه نيرو - گروه مطالعات سيستم
ايران
واژه هاي كليدي: توليد پراكنده، حفاظت الكتريكي، اتصال زمين
چكيده
منابع توليد پراكنده در حال حاضر با توجه به مباحث كاهش
آلودگي محيط زيست، كاهش تلفات، عدم وابستگي به منابع
فسيلي، افزايش كيفيت توان، وارد شدن بخش خصوصي در
عرصه توليد گسترش روزافزوني در شبكه هاي توزيع انرژي
الكتريكي يافته اند. شبكه هاي توزيع سنتي ماهيتي شعاعي دارند
كه به واسطه يك منبع تغذيه از شبكه سراسري تغذيه
مي شوند. حضور منابع توليد پراكنده باعث مي شود شبكه هاي
توزيع ماهيت شعاعي خود را از دست بدهند و از اين رو
مسائلي جديدي در مطالعات شبكه هاي توزيع مطرح گر دد.
يكي ار اين موارد نوع اتصال ترانسفورماتور منبع توليد پراكنده
جهت اتصال به شبكه فشار متوسط در هنگامي است كه
انرژي توليدي توسط منبع توليد پراكنده در سطح فشار
ضعيف توليد گردد. نوع اتصال ترانسفورماتور و نحوه اتصال
زمين نوترال در كوپلاژ زمين بوجود آمده در اث ر خطاهاي
نامتقارن تاثيرگذار خواهد بود. هدف اين مقاله بررسي نحوه
زمين نمودن ترانسفورماتور موجود در خروجي منبع توليد
پراكنده و در نهايت آرايش مناسب جهت اتصال منابع توليد
پراكنده به شبكه سراسري ارائه شده است. براي اين منظور
شبيه سازيهايي بر مبناي يك شبكه تست نمونه در محيط
صورت پذيرفته است . شبيه سازيها براي ETAP نرم افزار
حالتهاي مختلف اتصال منبع توليد پراكنده به شبكه انجام
پذيرفته است و نتايج در انتها مويد اين مطلب است كه
استفاده از آرايش مثلث- ستاره زمين شده (ستاره زمين شده
در سمت فشار متوسط) در صورت رعايت گروه برداري مورد
نياز جهت اتصال به شبكه سراسري، يك اتصال مناسب جهت
منابع توليد پراكنده به شمار مي آيد كه ملزومات حفاظتي
20 در -0/ سيستم را پوشش ميدهد. اين نوع اتصال ترانس 4
09-F-PDS-0261
بررسي نوع سيم بندي ترانسفورماتور منابع توليد پراكنده و اتصال زمين مربوطه جهت اتصال به شبكه سراسري
بيست و چهارمين كنفرانس بين المللي برق
2
حال حاضر در كشور توليد نميگردد ولي با توجه به
رويكردهاي انجام شده براي استفاده هرچه بيش تر از منابع
توليد پراكنده، توليد اين ترانس از نظر فني و اقتصادي داراي
توجيه خواهد بود.
-1 مقدمه
توليدات پراكنده منابع توليد انرژي الكتريكي هستند كه به
شبكه توزيع متصل مي گردند . اين منابع در مقايسه با
ژنراتورهاي بزرگ و نيروگاه ها، حجم و ظرفيت توليد كمتري
داشته و با هزينه پايين تري راه اندازي مي شوند . همچنين
اتصال اين منابع به شبكه هاي توزيع منافع زيادي به دنبال دارد
1]. در طي چند سال گذشته در كشور ما نيز توجه زيادي به ]
مزاياي توليدات پراكنده نصب شده در شبكه هاي برق يا
سيستم توزيع صورت گرفته است. بعضي از مزاياي بيان شده
شامل موارد ذيل است: 1- پشتيبان اضطراري به هنگام بروز
خاموشيهاي تحميل شده به شبكه 2- ا رزشمند نمودن ذخاير
انرژي بواسطه كاهشپيكبار در زمانهاي پرمصرف 3- كاهش
افت ولتاژ 4- افزايش قابليت اطمينان شبكه 5- به تعويق
انداختن افزايش ظرفيت شبكه برق 6- تعديل قيمت ها در
.[ سيستمهاي قدرت تجديد ساختار شده [ 2 و 3
در (DG با وجود مزاياي ذكر شده از معايب توليد پراكنده ( 1
با تاثير در جريان DG شبكه مي توان به اين نكته اشاره كرد كه
خطا در شبكه باعث خطا در هماهنگي حفاظتي در شبكه
مي شود [ 4]. به طور كلي مشكلات ايجاد شده توسط منابع
توليد پراكنده براي حفاظت شبكه هاي توزيع عبارتند از: تريپ
اشتباه فيدرها، تريپ اشتباه واحدهاي توليدي ، كور شدن
حفاظت، افزايشوكاهشسطح اتصال كوتاه، جزيره اي شدن
ناخواسته، جلوگيري از بازبست اتوماتيك و بازبست
غيرسنكرون. ظهور اين مشكلات به مشخصات شبكه و منابع
.[ 5 و 6 ،2 ، توليد پراكنده بستگي دارد [ 1
يكي از مواردي كه در بروز مشكلات حفاظتي ناشي از اتصال
منابع توليد پراكنده به شبكه سراسري مهم است، نوع سيم
1 Dispersed (distributed) generation
بندي ترانسفورماتور مورد نياز جهت اتصال منابع توليد
پراكنده داراي ولتاژ خروجي فشار ضعيف، به شبكه فشار
متوسط است. چراكه در حال حاضر در كشور ما، سمت فشار
متوسط ترانسفورماتورهاي قدرت پستهاي فوق توزيع داراي
اتصال مثلث ميباشد و جهت آشكارسازي خطاهاي تكفاز، از
ترانس زمين كمكي جهت ايجاد اتصال زمين مجازي در
پستهاي فوق توزيع استفاده ميگردد. نكته اي كه در اين مقاله
مورد مطالعه قرار ميگيرد اين مطلب است كه در مورد منابع
توليد پراكنده كه داراي ظرفيت توليد كوچك و نوع اتصال به
مراتب ساده تر در مقايسه با نيروگاههاي بزرگ در شبكه
سراسري ميباشند، نحوه اتصال آنها به شبكه سراسري به چه
نحوي باشد تا با حداقل هزينه و تغييرات در شبكه م وجود
بتوان مشكل آشكارسازي خطاهاي تكفاز را در آنها برطرف
نمود.
-2 تشريح مسئله
منابع توليد پراكنده داراي انواع متفاوتي ميباشند كه هريك از
آنها با توجه به شرايط محيطي و ميزان تقاضاي موجود،
استفاده و در جاي مناسب به كار گرفته ميشوند. طبق مرجع
7]، توليد پراكنده به مراكز توليد با حداكثر توليد 25 مگاوات ]
اتلاق ميگردد. منابع توليد پراكنده با چنين ظرفيتي عمدتا
انرژي الكتريكي توليدي خود را به شبكه توزيع تحويل
ميدهند [ 8]. انرژي خروجي دسته اي از مولدهاي توليد پراكنده
در سطح ولتاژ فشار ضعيف توليد ميگردند و با توجه به ميزان
توليد آنها عمدتا نياز است كه اين توليد به شبكه فشار متوسط
تزريق گردد. براي اين منظور نياز است كه از يك
ترانسفورماتور قدرت جهت اتصال منبع توليد پراكنده به شبكه
فشار متوسط استفاده گردد. نكته اينجاست كه نوع سيم بندي
ترانسفورماتورهاي توزيع رايج در ايران كه جهت تبديل ولتاژ
Dyn فشار متوسط به فشار ضعيف بكار ميرود از نوع 5
ميباشد. چنانچه از اين ترانسفورماتورها جهت تبديل ولتاژ
فشار ضعيف خروجي منبع توليد پراكنده به ولتاژ فشار متوسط
جهت اتصال به شبكه سراسري استفاده گردد، دو مشكل در
بررسي نوع سيم بندي ترانسفورماتور منابع توليد پراكنده و اتصال زمين مربوطه جهت اتصال به شبكه سراسري
بيست و چهارمين كنفرانس بين المللي برق
3
پيش رو خواهد بود . مشكل اول مربوط به گروه برداري
ترانسهاي توزيع است. همانطور كه ذكر گرديد، گروه برداري
ترانسهاي توزيع برابر با 5 است در صورتيكه گروه برداري
ترانسهاي قدرت در سطوح انتقال و فوق توزيع عمدتا برابر با
11 است كه اين امر موجب ميگردد اتصال ترانسهاي توزيع
موجود به شبكه سراسري جهت انتق ال توليد منابع توليد
پراكنده ميسر نباشد. براي برطرف نمودن اين مسئله كافي
است با اعمال تغييراتي در سيم بندي ترانسهاي توزيع
مخصوص منابع توليد پراكنده، گروه برداري آنها را به عدد 11
تغيير داد. در اينصورت امكان اتصال فراهم خواهد شد.
اما مشكل دوم در هنگام بهره برداري و وقوع اتصال
كوتاههاي تكفاز رخ خواهد داد؛ زيرا سمت فشار متوسط
ترانسهاي توزيع مورد استفاده داراي اتصال مثلث است و در
صورت وقوع خطاي تكفاز بر روي شبكه فشار متوسط، اين
خطا از طرف منبع توليد پراكنده قابل آشكارسازي نخواهد
بود.
همانطور كه اشاره شد سمت فشار متوسط ترانسفورماتورهاي
قدرت پستهاي فوق توزيع نيز داراي اتصال مثلث هستند و
براي رفع مشكل عدم آشكارسازي خطاهاي تكفاز از ترانس
زمين كمكي استفاده مينمايند؛ اما تفاوت اندكي در اين ميان
وجود دارد. استفاده از ترانس زمين كمكي در پستهاي فوق
توزيع مقرون به صرفه است، زيرا ظرفيت ترانس زمين در
مقايسه با ترانس قدرت كوچك است و لذا با توجه به مزاياي
وجود اتصال مثلث در ثانويه ترانس قدرت پست فوق توزيع،
استفاده از ترانس زمين در اين پستها توجيه پذير است . اما
چنانچه از ترانس زمين در محل منابع توليد پراكنده نيز
استفاده گردد، عليرغم اينكه ميتوان از ترانسهاي زمين كوچكتر
با امپدانس مولفه صفر بزرگتر در محل اين مولدها استفاده
نمود اما كوچك نمودن ترانس و افزايش امپدانس مولفه صفر
آن با محدوديت جريانهاي اتصال كوتاه مقاومتي روبروست .
زيرا در صورت بالا بودن امپدانس ترانس زمين، با وقوع يك
خطاي مقاومتي، جريان خطاي ديده شده از سمت مولد توليد
پراكنده كوچك خواهد بود كه ممكن است توسط رله اتصال
زمين آشكار نگردد. لذا امپدانس ترانس زمين در محل توليد
پراكنده نميتواند از حد معيني (با توجه به مشخصات شبكه
مورد استفاده در آن) كوچكتر گردد كه اين امر از ك وچك
شدن ابعاد ترانس از يك حد مشخص جلوگيري به عمل
مي آورد. بنابراين ابعاد ترانس زمين در محل منبع توليد پراكنده
نسبت به ابعاد ترانس قدرت موجود در اين منابع قابل مقايسه
خواهد بود و كاربرد ترانس زمين در محل مولدها هزينه
سرباره اي را به شبكه تحميل خواهد نمود.
براي نمونه، در يك پست فوق توزيع كه داراي ترانس قدرت
با ظرفيت 30 مگاولت آمپر است، ترانس زمين منصوبه بطور
نوعي داراي ظرفيت 200 كيلوولت آمپر است كه 150
1 ظرفيت
ترانس قدرت است. اما اين نسبت در مورد ترانسهاي زمين
مورد استفاده در منابع توليد پراكنده به مراتب بزرگتر خواهد
بود. اين موضوع سبب ميگردد كه به استفاده از ترانس زمين
در مراكز توليد پراكنده قدري با تامل بيشتري نگريسته شود و
مزايا و معايب فني- اقتصادي آن با دقت بيشتري مورد بررسي
قرار گيرد. جزئيات فني استفاده و يا عدم استفاده از ترانس
زمين در مراكز توليد پراكنده در بخشهاي بعد مورد مطالعه و
بررسي قرار ميگيرد.
-3 شبيه سازي حالتهاي مختلف سيم بندي
ترانسفورماتور و اتصال زمين نوترال
در اين بخش از مقاله، حالتهاي مخ تلفي كه اتصال ترانس
مربوط به مولد توليد پراكنده با شبكه خواهد داشت از ديدگاه
نحوه آشكارسازي خطاي تكفاز مورد ارزيابي قرار ميگيرد .
البته در اين شبيه سازيها فرض بر اين است كه اولين مشكل
اتصال ترانس به شبكه يعني تطبيق گروه برداري كه در بخش
2) به آن اشاره شد در حالتهاي مختلف سيم بندي ترانس )
مرتفع گرديده است.
با توجه به اينكه ترانسفورماتور مورد اس تفاده در خروجي
ولتاژ فشار ضعيف را به فشار متوسط تبديل نموده و از ،DG
نوع افزاينده ميباشد، در نامگذاري سيم بندي ترانسفورماتور
بعكس ترانسهاي توزيع متداول ابتدا نام سيم بندي فشار
بررسي نوع سيم بندي ترانسفورماتور منابع توليد پراكنده و اتصال زمين مربوطه جهت اتصال به شبكه سراسري
بيست و چهارمين كنفرانس بين المللي برق
4
ضعيف (اوليه) و سپس نام سيم بندي فشار متوسط (ثانويه )
ذكر ميگردد.
-1-3 حالت سيم بندي ستاره زمين شده- مثلث
اين حالت، همان حالت سيم بندي متداول ترانسهاي توزيع
مورد استفاده در شبكه توزيع است. براي شبيه سازي حالتهاي
مختلف سيم بندي، تست بر روي يك شبكه نمونه ساده انجام
.(( ميگردد (شكل ( 1
به شبكه سراسري DG شكل ( 1):شبكه نمونه جهت مطالعه نحوه اتصال
در نيمه راست شكل ( 1)، يك پست فوق توزيع متشكل از دو
63 كيلوولت با ظرفيت هريك 30 مگاولت آمپر / ترانس 20
نمايش داده شده است كه به شبكه معادل بالادست با سطح
اتصال كوتاه 25 كيلوآمپر متصل گرديده است. يكي از
فيدرهاي فشار متوسط اين پست با بار 5 مگاولت آمپر كه
به طول 2 كيلومتر و با سطح مقطع XLPE توسط يك كابل
240 ميليمتر مربع تغذيه ميگردد معادل سازي گرديده است .
علت مدل سازي تنها يك فيدر اين است كه مقدار بار در
محاسبات اتصال كوتاه مورد نظر نقشي ندارد و مدل سازي
يك فيدر تنها براي بررسي وقوع اتصال كوتاه تكفاز بر روي
فيدر انجام شده است. همچنين در شكل ( 1) مشاهده ميگردد
كه يك عدد ترانس زمين جهت ايجاد نول مصنوعي به باس
بار فشار متوسط پست فوق توزيع متصل گرديده است . اين
ترانس داراي ظرفيت 200 كيلوولت آمپر و جريان صفر 500
آمپر در مدت زمان 15 ثانيه است.
در نيمه چپ شكل ( 1) نيز منبع توليد پراكنده مدل شده است.
در اين مدل، دو عدد ژنراتور 1 مگاوات به صورت موازي با
يكديگر قرار گرفته اند كه از طريق دو ترانسفورماتور 1600
كيلوولت آمپر به شبكه فشار متوسط متصل شده اند.
محاسبات ظرفيت اين ترانسفورماتورها بر مبناي ضريب
قدرت بار و شرايط نصب در محيط سربسته انجام شده است.
به منظور مطالعه بدترين حالت ممكن، فرض شده است كه
منبع توليد پراكنده در محل پست فوق توزيع نصب گرديده
به طول 200 متر و با سطح XLPE است و از طريق يك كابل
مقطع 120 ميليمتر مربع به شينه فشار متوسط پست فوق
،( توزيع متصل شده است. لازم به ذكر است كه در شكل ( 1
جزئيات دياگرام تك خطي از قبيل نمايش كليدهاي قدرت،
سكسيونرها، برقگير و ... به دليل وضوح شكل نشان داده
نشده اند.
با توضيحات ارائه شده در مورد شبكه تست، اكنون
KVA ترانس ) DG شبيه سازي براي حالتيكه ترانس پست
1600 ) داراي اتصال ستاره زمين شده - مثلث است توسط
انجام ميگيرد . در اين حالت وقوع خطاي ETAP نرم افزار
تكفاز بر روي شينه فشار متوسط پست فوق توزيع مورد
در جريان خطا و DG مطالعه قرار ميگيرد و ميزان مشاركت
تاثير آن بر جريان ديده شده از سوي رله هاي پست فوق
توزيع بررسي ميشود.
شكل ( 2) نتايج اين شبيه سازي را بر روي شبكه نمونه نمايش
ميدهد. در اين شكل مقادير مشخص شده در كنار باسبارها
مقادير ولتاژ باسبار و در كنار باسباريكه دچار خطا شده ولتاژ
و جريان باسبار نشان داده شده است. همچنين ميزان تزريق
جريان خطا توسط شاخه هاي مختلف در كنار آنها درج شده
است.
بررسي نوع سيم بندي ترانسفورماتور منابع توليد پراكنده و اتصال زمين مربوطه جهت اتصال به شبكه سراسري
بيست و چهارمين كنفرانس بين المللي برق
5
شكل ( 2): پخش بار اتصال كوتاه در محل شينه فشار متوسط پست فوق
DG توزيع در حالت اتصال ستاره زمين شده-مثلث ترانس
بر اين اساس، جريان خطاي تكفاز برابر با 540 آمپر است كه
تمامي آن از نوترال ترانس زمين پست فوق توزيع عبور
مينمايد و جرياني از ثانويه ترانسهاي منبع توليد پراكنده به
دليل دارا بودن اتصال مثلث عبور نمينمايد. لذا اين خطا توسط
رله هاي اضافه جريان نصب شده بر روي شينه فشار متوسط
منبع توليد پراكنده قابل آشكارسازي نخواهد بود. در حقيقت
به شبكه سراسري DG اين حالت معادل اين است كه اصلا
متصل نيست، زيرا نقشي در ميزان و مسير جريان خطا ايفا
نميكند.
البته كوپلاژ ناشي از مولف ههاي مثبت و منفي جريان خطا سبب
عبور جرياني از ژنراتورهاي توليد پراكنده كه داراي اتصال
ستاره زمين شده اند و همچنين اوليه ترانسهاي منابع توليد
پراكنده خواهند شد كه به علت كوچكي مقدارشان در مقايسه
با جريان بار عبوري از ژنراتور، قابل آشكارسازي توسط
حفاظتهاي اضافه جريان منصوبه بر روي خروجي ژنراتور
توليد پراكنده نخواهند بود . براي نمونه در حالت مورد
بررسي، جريان ناشي از كوپلاژ مولفه هاي مثبت و منفي در
بيشترين حالت در حدود 130 آمپر است حال آنكه جريان بار
هريك از ژنراتورها در هنگام پيك در حدود 2 كيلوآمپر
ميباشد. البته براي آشكارسازي مولفه منفي جريان خطا ميتوان
ازفيلتر مولفه منفي استفاده نمود كه در اينصورت سبب تحميل
هزينه و پيچيدگي مربوطه خواهد شد ضمن اينكه ممكن است
سبب بروز عملكرد نادرست در هنگام نامتعادلي بار گردد.
درصورتيكه خطاي تكفاز بر روي باس 10 در شكل ( 1) كه
همان انتهاي فيدر نمونه پست فوق توزيع است اتفاق بيافتد،
نتايج انجام شبيه سازي مشابه آنچه در شكل ( 2) ارائه شده،
بيانگر اين است كه جريان خطا در حدود 530 آمپر خواهد
بود. بر اساس اين نتايج، تنظيمات رله اتصال زمين موجود در
نوترال ترانس زمين پست فوق توزيع ميبايست متناسب با
جريان خطاي 540 آمپري و رله اتصال زمين موجود بر روي
فيدر فشار متوسط پست فوق توزيع متناسب با جريان خطاي
530 آمپري تنظيم گردند.
به اين ترتيب با اتصال شكل ( 2) بيم آن وجود دارد كه در
صورت وقوع خطاي تكفاز در سيستم، اين خطا بر روي شبكه
جزيره اي شده مربوط به منبع توليد پراكنده باقي مانده و سبب
به خطر افتادن ايمني پرسنل و سيستم گردد . براي رفع اين
معضل، ميتوان چند راهكار را بررسي نمود. اولين راهكار كه
تغييري در نحوه انتشار جريان خطا ايجاد نميكند اما ب ا بهبود
سيستم حفاظت، عيب موجود را ميپوشاند، استفاده از سيستم
حفاظت راه دور و يا حفاظت از طريق خطوط ارتباطي
(پايلوت) است. بدين نحو كه در صورت وقوع خطاي تكفاز
پست فوق توزيع، اين EF و آشكارسازي آن توسط رله هاي 1
رله ها فرمان قطع را از طريق يك كانال ارتباطي به بركرهاي
موجود در باسبار فشار متوسط پست مربوط به منبع توليد
پراكنده نيز ارسال نمايند. با باز شدن بركرهاي پست فوق
توزيع و پست منبع توليد پراكنده خطا ايزوله ميگردد. استفاده
از اين سيستم از دو جهت قابل بررسي است، يكي اينكه
كاربرد اين سيستم نياز به ايجاد زيرساخت ارتباطي دارد كه
پيچيدگي و هزينه خاص خود را به همراه خواهد داشت .
مورد دوم اينكه استفاده از اين سيستم در شرايطي كه فاصله
منبع توليد پراكنده از پست فوق توزيع زياد باشد سبب
افزايش بيش از حد هزينه و گاها غير ممكن خواهد بود. زيرا
نياز است كه مدياي ارتباطي حدفاصل بين پست فوق توزيع و
منبع توليد پراكنده را بپوشاند كه گاها از نظر اجرايي غيرممكن
1Earth fault
بررسي نوع سيم بندي ترانسفورماتور منابع توليد پراكنده و اتصال زمين مربوطه جهت اتصال به شبكه سراسري
بيست و چهارمين كنفرانس بين المللي برق
6
خواهد بود و در صورت اجرايي بودن با هزينه زيادي همراه
خواهد شد.
به غير از راهكار فوق، دو راهكار ديگر از طريق تغيير آرايش
در نحوه اتصال منبع توليد پراكنده به شبكه وجود خواهد
داشت كه در ادامه اين حالتها مورد بررسي قرار ميگيرند.
-2-3 حالت سيم بندي ستاره زمين شده - مثلث به
همراه ترانسفورماتور زمين
به منظور DG اولين راهكاري كه براي تغيير آرايش اتصال
رفع معضل آشكارسازي خطاي تكفاز به ذهن ميرسد، استفاده
از يك ترانس زمين در باسبار فشار متوسط پست مربوط به
ميباشد. در شبكه نمونه مورد مطالعه، از يك ترانس زمين DG
DG مشابه با ترانس زمين پست فوق توزيع در محل پست
استفاده شده است. اين آرايش در شكل ( 3) نمايش داده شده
است.
وقوع خطاي تكفاز در باسبار فشار متوسط پست فوق توزيع
(باس 2 در شكل ( 3))، سبب بروز جريان خطاي 1060 آمپري
خواهد شد كه از نوترال هر ترانس زمين جريان 540 آمپر
عبور ميكند.
داراي ترانس زمين در شينه فشار متوسط DG شكل ( 3):آرايش اتصال
به اين ترتيب، جريان نوترال ترانس زمين پست فوق توزيع در
هيچ DG 1) كه - هنگام وقوع خطاي تكفاز نسبت به حالت ( 3
مشاركتي در جريان خطاي تكفاز نداشت تغييري نميكند و در
نتيجه تنظيم رله اتصال زمين موجود در مسير نوترال ترانس
زمين پست فوق توزيع نياز به تنظيم مجدد ندارد . انتخاب
ترانس زمين با ظرفيت و امپدانسهاي متفاوت با ترانس زمين
پست فوق توزيع نيز تنها بر روي مقدار جريان خطا تاثيرگذار
است و تاثيري بر روي جريان عبوري از نوترال ترانس زمين
پست فوق توزيع ندارد. بنابراين با توجه به اينكه انتخاب
ترانس زمين مشابه نيز سبب بروز تغيير در مقدار جريان
خطاي تكفاز ميگردد، لذا مطالعه در مورد ترانسهاي زمين با
ظرفيتهاي متفاوت نيز مشابه همين حالت است و از آن
صرفنظر ميگردد.
در حالتيكه خطا بر روي فيدر فشار متوسط پست فوق توزيع
اتفاق افتد ديگر جريان خطاي تكفاز ديده شده توسط رله
1) نخواهد بود؛ زيرا - اتصال زمين فيدر، مشابه حالت ( 3
همانطور كه در بالا گفته شد اضافه شدن ترانس زمين در محل
منبع توليد پراكنده سبب افزايش مقدار جريان خطا خواهد
شد. نتايج اين شبيه سازي، يعني وقوع خطا بر روي باس 10
شكل ( 3) در شكل ( 4) نشان داده شده است.
شكل ( 4):پخش بار اتصال كوتاه با خطا در انتهاي فيدر فشار متوسط پست
DG فوق توزيع با وجود ترانس زمين در پست مربوط به
جريان خطاي تكفاز دراين حالت برابر با 1020 آمپر است با
اين تفاوت كه ورودي رله اتصال زمين ابتداي فيدر ديگر از
محل نوترال ترانس زمين نيست بلكه ترانسهاي جريان مربوط
به سه فاز در ابتداي فيدر به نحوي بسته ميشوند كه جريان
مولفه صفر از رله اتصال زمين عبور نمايد . اين امر موجب
ميگردد كه كل جريان خطا توسط رله ديده شود و به منظور
عملكرد صحيح رله اتصال زمين، اين رله ميبايست متناسب با
جريان خطاي 1020 آمپري تنظيم گردد و بنابراين نياز خواهد
بررسي نوع سيم بندي ترانسفورماتور منابع توليد پراكنده و اتصال زمين مربوطه جهت اتصال به شبكه سراسري
بيست و چهارمين كنفرانس بين المللي برق
7
بود كه تنظيم رله در پست فوق توزيع نسبت به حالت بدون
كه داراي جريان خطاي 530 آمپري است) تغيير ) DG وجود
كند.
اما به هر حال اين آرايش سبب ميگردد كه مشكل عدم
آشكارسازي وقوع خطاي تكفاز در سمت مولد توليد پراكنده
به دليل وجود ترانس زمين مرتفع گردد.
-3-3 حالت سيم بندي مثلث- ستاره زمين شده
يك راهكار موثر و در عين حال كم هزينه تر نسبت به حالت
قبلي كه توسط نويسنده پيشنهاد ميگردد، استفاده از ترانسهاي
قدرت با آرايش مثلث- ستاره زمين شده جهت تبديل انرژي
الكتريكي توليدي توسط منبع توليد پراكنده از سطح فشار
ضعيف به سطح فشار متوسط است. وجود اتصال ستاره زمين
سبب DG شده در سمت فشار متوسط پست مربوط به
ميگردد كه مسير جريان براي خطاهاي تكفاز بوقوع پيوسته در
سمت فشار متوسط بسته شود و لذا ديگر نيازي به استفاده از
ترانسهاي زمين كه منجر به تحميل هزينه اضافي خواهد شد
نخواهد بود. وجود اتصال مثلث در سمت فشار ضعيف
ترانس نيز سبب ايجاد تعادل بار و ديگر مزاياي سيم پيچ مثلث
خواهد شد. اين آرايش در شكل ( 5) نمايش داده شده است.
البته در مورد كاربرد اين آرايش ذكر اين نكته نيز ضروري
است كه با توجه به اينكه ورود ترانسهاي مربوط به مولدهاي
توليد پراكنده با اتصال ستاره زمين شده در سمت فشار
متوسط سبب تغيير امپدانس مولفه صفر شبكه خواهد شد و
طبيعتا تنظيمات رله هاي اتصال زمين شبكه بر مبناي جريانهاي
خطاي جديد عبوري از امپدانس مولفه صفر جديد خواهد
بود، لذا براي خروج واحدهاي توليد پراكنده از شبكه نبايد
اتصال سمت فشار متوسط ترانسهاي اين مولدها قطع گردد،
بلكه ميبايست قطع اتصال از سمت فشار ضعيف اين ترانسها،
(( يعني در خروجي ژنراتورها (باس شماره 3 در شكل ( 5
صورت پذيرد تا امپدانس مولفه صفر معادل شبكه و نتيجتا
خريان خطاي اتصال زمين شبكه با ورود و خروج مولدهاي
توليد پراكنده تغيير نكند. به منظور ايجاد ضريب اطمينان بيشتر
در تنظيمات رله هاي اتصال زمين شبكه در حالتيكه يكي از
ترانسهاي فوق الذكر بنا به ضرورت ميبايست از مدار خارج
گردد، بهتر است كه اين تنظيمات براي حالتي كه يك ترانس
از ترانسهاي مولدهاي توليد پراكنده از مدار خارج است انجام
پذيرد تا در صورت خارج شدن يكي از اين ترانسها، مشكلي
براي رله هاي اتصال زمين ايجاد نگردد . در اينصورت در
حالتيكه همه ترانسها در مدار است نيز امپدانس مولفه صفر
شبكه كوچكتر و جريان خطاي اتصال زمين بزرگتر خواهد
شد و به خوبي توسط رله هاي اتصال زمين قابل آشكارسازي
خواهد بود. البته مطالب مذكور در اين پاراگراف براي حالتي
كه از ترانس زمين در منابع توليد پراكنده استفاده گردد نيز
صادق است و براي ترانس زمين بكار برده شده، ميبايست
تمهيدات فوق اعمال گردد.
به اين ترتيب استفاده از آرايش پيشنهادي در اين بند سبب
ميگردد كه به دليل حذف امپدانس ترانس زمين مربوط به مولد
توليد پراكنده از مسير جريان خطاي تكفاز، مقدار جريان خطا
افزايش يابد و به دليل نامتقارن بودن امپدانس مسير مربوط به
نسبت به امپدانس مسير نوترال ترانس DG نوترال ترانس
زمين پست فوق توزيع، ديگر تقسيم جريان خطا نيز بين پست
و پست فوق توزيع متقارن نباشد. DG
با ترانس مثلث- ستاره زمين شده DG شكل ( 5): آرايش اتصال
نتايج شبيه سازي انجام شده براي حالت وقوع خطا بر روي
باسبار فشار متوسط پست فوق توزيع در شكل ( 6) نشان داده
شده است.
بررسي نوع سيم بندي ترانسفورماتور منابع توليد پراكنده و اتصال زمين مربوطه جهت اتصال به شبكه سراسري
بيست و چهارمين كنفرانس بين المللي برق
8
شكل ( 6): پخش باراتصال كوتاه در محل باسبار فشار متوسط پست فوق
DG توزيع با اتصال مثلث-ستاره زمين شده ترانس پست
همانطور كه اشاره شد جريان خطاي تكفاز در اين حالت
افزايش مي يابد و به حدود 3920 آمپر ميرسد . در اين ميان
480 آمپر از نوترال ترانس زمين پست فوق توزيع و 1680
عبور DG آمپر از نوترال هريك از دو ترانس موجود در پست
ميكند.
با توجه به تغيير جريان خطاي عبوري از نوترال ترانس زمين
پست فوق توزيع در اين حالت ( 480 آمپر) نسبت به حالت
قبل ( 540 آمپر)، تنظيم رله نصب شده در مسير نوترال ترانس
به شبكه تغيير كند . DG زمين نيز ميبايست پس از اتصال
(( علاوه بر آن وقوع خطا بر روي فيدر (باس 10 در شكل ( 5
نيز سبب بروز جريان خطاي 3410 آمپري خواهد شد كه
بيانگر نياز به تغيير تنظيمات رله اتصال زمين فيدر است.
بنابراين در اين آرايش نيز مانند حالت قبل، ميبايست تنظيمات
حفاظتي پست فوق توزيع تغيير كند زيرا همانطور كه
درابتداي مقاله ذكر گرديد، اضافه شدن منبع توليد پراكنده به
شبكه سبب خارج شدن شبكه از ماهيت شعاعي و تغيير در
ميزان جريانهاي اتصال كوتاه شبكه خواهد شد. اما آرايش آخر
داراي اين مزيت است كه سبب تحميل هزينه اضافي مربوط به
ترانس زمين نخواهد شد و يك ساختار حفاظتي كامل براي منبع
توليد پراكنده ايجاد مينمايد. لذا اين آرايش بمنظور استفاده در
منابع توليد پراكنده داراي توجيه فني و اقتصادي است.
-4 جمع بندي و نتيجه گيري
در اين مقاله، مبحث نحوه اتصال منابع توليد پراكند ه اي كه
خروجي خود را در سطح ولتاژ فشار ضعيف توليد مينمايند و
نياز است اين انرژي را به سطح فشار متوسط تزريق كنند
مورد بررسي و مطالعه قرار گرفت. زيرا براي اين منظور نياز
به ترانسفورماتور قدرت دارند و نحوه سي م بندي
ترانسفورماتور مسائلي را از ديدگاه آشكارسازي خطاي تكفاز
مطرح مينمايد كه در اين مقاله بدان پرداخته شده است.
بطور كلي اتصال منابع توليد پراكنده به شبكه فشار متوسط از
طريق ترانسفورماتور با سه نوع آرايش و اتصال امكان پذير
است: 1- آرايش اتصال ستاره زمين شده - مثلث
ترانسفورماتور قدرت بدون ترانسفورماتور زمين 2- آرايش
اتصال ستاره زمين شده- مثلث ترانسفورماتور قدرت به همراه
ترانسفورماتور زمين 3- آرايش اتصال مثلث - ستاره زمين
شده ترانسفورماتور قدرت . البته آرايشهاي ديگري در
سيم بندي ترانس از قبيل استفاده از سيم بندي يكسان در هردو
سيم پيچ ترانس نيز وجود دارد كه به علت عدم توجيه فني
مورد بررسي قرار نگفته اند. زيرا اتصال مثلث - مثلث فاقد
نقطه نول و اتصال ستاره- ستاره داراي عدم توانايي در متعادل
سازي بار و حذف هارمونيك سوم است. هريك از سه آرايش
موجه فوق، داراي ويژگيهاي خاص خود هستند كه اين
مشخصات از ديدگاه سيستم حفاظت در جدول ( 1) به ترتيب
شماره گذاري شده در فوق ذكر گرديده اند.
به شبكه از ديدگاه DG جدول ( 1): ويژگي آرايشهاي مختلف اتصال
حفاظت الكتريكي
نوع
آرايش
تنظيم مجدد
رله هاي پست
فوق توزيع
تغيير در
گروه برداري
DG ترانس
تغيير در سطح
اتصال كوتاه
تكفاز
آشكارسازي
خطاي تكفاز
در سمت
DG
    1
    2
    3
بررسي نوع سيم بندي ترانسفورماتور منابع توليد پراكنده و اتصال زمين مربوطه جهت اتصال به شبكه سراسري
بيست و چهارمين كنفرانس بين المللي برق
9
همانطور كه از جدول فوق برمي آيد، چنانچه حفاظت كام ل
شبكه مدنظر باشد، لاجرم يكي از دو آرايش دوم و سوم
ميبايست انتخاب گردد. طبيعي است كه براي ايجاد آرايش
سوم نياز است كه ترانسهاي توزيع با سيم بندي جديد كه
تاكنون در ايران توليد نشده است ساخته شوند اما مزيت اين
آرايش كه آشكارسازي خطاي تكفاز بدون استفاده از تر انس
زمين است توليد اين ترانسها را توجيه پذير ميسازد . در
20 كيلوولت (و يا بعضا -0/ حقيقت اين ترانسها، ترانسهاي 4
33-0/4 كيلوولت) با اتصال مثلث- ستاره زمين شده با گروه
برداري 11 ميباشند كه ميبايست در اتصال منابع توليدپراكنده
به شبكه سراسري در سطح فشار متوسط م ورد استفاده قرار
گيرند.
مراجع
1]. س. ع. م. جواديان، م. ر. حقي فام، م. شهابي، م. ا. ]
مرزوني، "روشي جديد براي حفاظت شبكه هاي توزيع در
حضور منابع توليد پراكنده و شبيه سازي آن با استفاده از
اطلاعات يك شبكه توزيع واقعي"، بيست و دومين كنفرانس
.PSC بين المللي برق، 2007
2]. ا. مهرتاش، م. ع. ا. گلكار، س. كمالي نيا، "تاثير توليدات ]
پراكنده بر حفاظت شبكه هاي توزيع "، بيست و يكمين
.PSC كنفرانس بين المللي برق، 2006
3]. ش. حسين زاده، م. ع. ا. گلكار، ش. ش. كجوري، ا. ]
حاجي زاده، "افزايش قابليت اطمينان و كاهش تلفات سيستم
توزيع با حضور منابع توليد پراكتده با استفاده از بهينه سازي
چند هدفه"، يازدهمين كنفرانس شبكه هاي توزيع برق،
.1385
DG 4]. ن. خالصي، م. ر. حقي فام، "حوزه احتمالاتي تغذيه ]
و اثر آن بر شاخصهاي قابليت اطمينان "، بيست و سومين
.PSC كنفرانس بين المللي برق، 2008
5]. س. ع. م. جواديان، ا. پيرايش نقاب، " بررسي رفتار ]
ديناميكي منابع توليد پراكنده در هنگام وقوع اتصال كوتاه و
تأثير آن بر هماهنگي تجهيزات حفاظتي شبكه توزيع"، بيست و
.PSC سومين كنفرانس بين المللي برق، 2008
[6]. S. Yusof, H. Osman, H. Ngah, F. M. Siam,
“Technical Issues with Respect to the Connection of
Distributed Generation and Development of
Connection Guidbook- A Malaysian Experience”, C6-
111, CIGRE 2006.
7]. "دستورالعمل اتصال منابع توليدات پراكنده به شبكه ]
توزيع"، معاونت هماهنگي توزيع- دفتر پشتيباني فني توزيع-
. كميته تخصصي منابع توليد پراكنده، ويرايش 01 ، مهر 1387
[8]. V. V. Thong, D. Van Dommelen, J. Driesen, R.
Belmans, “Impact of Large Scale Distributed and
Unpredictable Generation on Voltage and Angle
Stability of Transmission System”, C6-205, CIGRE
2004.