پایان نامه بررسي جریان های هجومی در شبکه های قدرت
چکيده
جريان هجومي که در هنگام اتصال ترانسفورماتور به منبع انرژي رخ مي دهد، ناشي از اضافه شار مغناطيسي موقت در هسته ترانسفورماتور مي باشد. اندازه آن بستگي به پارامترهاي کليدزني از قبيل مقاومت سيم پيچ، زاويه کليدزني و چگالي شار پسماند در لحظه اتصال ترانسفورماتور به منبع انرژي دارد. در اين مقاله بررسی و شبيه سازی پديده جريان هجومی در پست های ترانسفورماتوری، بر اساس بدست آوردن معادلات رياضی برای ترانسفورماتور و بيان مشخصه مغناطيسی هسته ترانسفورماتور با استفاده از روشهاي حل عددی معادلات ديفرانسيل مربوطه را توضيح مي دهد. بر اين اساس می توان شکل مو جهای مورد نظر مانند جريان،شار مغناطيسي و همچنين جريان کل پست را بدست آورد. تأثير عوامل مختلف بر روی جريان هجومی ترانسفورماتور و جريان پست بررسي شده است و در پايان تأثير خازن تصحيح ضربب توان بر روی شکل موجهای مربوطه مورد بررسی قرار گرفته است. شايان ذکر است که اطلاعات ارائه شده در اين مقاله مي تواند کمک موثری در حفاظت ترانسفور ماتورها و پست ها داشته باشد.
كلمات كليدي: مدل سازي و شبيه سازي -جريان هجومي ترانسفورماتور-پست-حفاظت
مقدمه
پديده جريان هجومي در ترانسفورماتورها در لحظه اتصال به منبع انرژي از دير باز بعنوان يک مشكل اساسي در طراحي و راندمان رله هاي حفاظتي ديفرانسيل که در سيستمهاي انتقال و توزيع مورد استفاده قرار می گيرند، بوده است.
بررسی پديده جريان هجومی در ترانسفورماتورها در مقالات متعدد گزارش شده که بيشترين آنها در مورد نحوه حفاظت ترانسفورماتور و ارائه الگوريتم هايی جهت تشخيص خطای داخلی ترانسفو رماتور به منظور قطع سريع آن و خطای ناشی ازجريان هجومی که باعث قطع نا صحيح رله های حفاظتی شده، ميباشد
(1-5 ). در پست هاي ترانسفورماتوري معمولا ترانسفورماتورها بطور موازي و به يك شين مشترك متصل مي گردند . اين موضوع سبب اختلال در جريان هر كدام ازترانسفورماتورها و در نهايت جريان كل پست در موقع كليد زني مي گردد. به دليل اهميت اين موضوع در اين مقاله به بررسی جريان هجومی در
پست هاي ترانسفورماتوري براساس شکل(۱)پرداخته مي شود.
شکل (۱) شماي يک پست ترانسفورماتوری ساده
بدليل آنكه جريان هجومي ترانسفورماتور تكفاز و سه فاز رفتار مشابهي در موقع كليد زني دارند و ساده تر نشان دادن مساله مهم جريان هجومي در پست هاي ترانسفورماتوري، از يك پست ترانسفورماتوري كه از دو ترانسفورماتور تكفاز كه بصورت موازي به شين مشترك وصل گرديده اند مطابق شكل)1(استفاده شده است.
با توجه به شکل (1(مي توان استنباط نمود که يک تداخل متقابل بين ترانسفورماتورهایT1 وT2 ناشي از امپدانس منبع پديدار شده که اين امپدانس توسط مقاومتRs واندوکتانسLs (شکل(1)) مدل مي شود.
شکل ۲: مدار معادل پست
:e(t)ولتاژمنبع سينوسي با اندازه Em
:V(t) ولتاژشين مشترک ترانسفورماتورهای پست
IT2(t), IT1(t) : جريان های ترانسفورماتورهای T1 وT2
j1(t),j2 (t): شارهای هسته
Rc2 ,Rc1 : مقاومت های معادل تلفات هسته ترانسفورماتورها.
1-1- مد ل سازی مشخصه اشباع مغناطيسي ترانسفورماتور
مدل سازی دقيق هسته مغناطيسی غير خطی نقطه شروع برای بررسی و شبيه سازی دقيق پديده گذرا در ترانسفورماتورها می باشد. اگرچه مدلهاي زيادي برای ارزيابی مشخصه مغناطيسی ترانسفورماتورها تاکنون گزارش شده، اما در اين مقاله شبيه سازی براساس رابطه شارj(t) وجريان مغناطيسی I(t) ترانسفورماتور بوده که بصورت معادله زير بيان می شود (٦)
I=C. tan [j / a- b.I ] (1)
رابطه (۱)را مي توان بصورت زير نيز بيان نمود.
j = a. tan -1 (1/c) +a.b.I (2)
در رابطه(2) a ,b ,cثابت های ترانسفورماتور می باشند و با استفاده از روش Curve fitting بدست می آيند.
1-2- روش مدل سازی
با توجه به شکل (2) مقاومت های موازی1 Rc2 ,Rcمبين تلفات هسته ترانسفورماتور بوده و می توان با انتخاب مناسب آنها شرايط ضريب توان واحد را برای ترانسفورماتور ايجاد نمود. باتوجه به شکل (۲)
می توان نوشت :
e(t) = Em.sin(wt + a)=V(t) + Rs.Is(t)+ Ls. dIs(t) /dt (3)
d j 2(t) /d (t) =d j 1(t)/d (t) (4)
Is(t) = [ I 1 (t) +V(t) / Rc1 ] + [ I1(t)+ V(t) /Rc2 ] (5)
I1(t) ,I2(t) بترتيب جريان های مغناطيس کننده ترانسفورماتورهاي T1 وT2 وw فرکانس زاويه ای و a زاويه کليد زنی شکل موج ولتاژ منبع مي باشند.
به عنوان مثال 0 a =يعنی ترانسفورماتور در صفر ولتاژ وصل می شود2/ a = pنشان دهنده وصل ترانسفورماتور در پيک ولتاژe(t) می باشد.شرايط اوليه بصورت زير بدست می آيند:
I2 (0)=0 Is (0 )= I1 (0 ) »- Em . cos a / [ w .( Ls+ (a .b+a/ c) ]
اگرخازن اصلاح ضريب توان به اندازه C فاراد به شين مشترک پست متصل شود، معادله (5 ) به صورت زير تصحيح می گردد:
Is(t) = [ I 1 (t) +V(t) / Rc1 ] + [ I1(t)+ V(t) /Rc2 ]+C.dV(t) / d (t) (6)
در اين حالت شرايط اوليه مطابق زير بدست می آيند:
Is(0)= Em. sin[a-p/2].(w .Lp.C 1) / [w3 .Lp.Ls.C- (Ls+ Lp) w ]
V(0)= Em. Sin a .LP / (LP+(1- w2.LP.C).LS)
I1(0)= Em. sin[a-p/2] / { w[LP+LS(1- w2.LP.C)]} و I2 (0)=0
LPمقدار معادل اندوکتانسهای اوليه دو ترانسفورماتور می باشد.با استفاده از نرم افزار MATLAB و روش الگوريتم عددی معادلات فوق را مي توان حل نمود.جريانهای زير بدست مي آيند:
I1 (t) =I1(t)+ V(t) /Rc1
I2 (t) =I2(t)+ V(t) /Rc2
شارهای مغناطيسي هر دو ترانسفورماتور يعني j1(t),j2 (t) و جريان کل پست، نيز با اين شبيه سازی قابل محاسبه مي باشند.
نتايج
در اين مقاله مدل سازی وشبيه سازی بر اساس اطلاعات زير انجام گرفته است:
Em=154V, Ls=0.01105, Rs=10Ω Rc1=Rc2=400Ω, a=0.3215, b=0.0115, c=1.1571
1-3- کليد زنی ترانسفورماتور تكفاز
دراين حالت ترانسفورماتور با ثانويه باز فرض شده است. اشکال ( ۳( و ) ۴( نتايج شبيه سازی برای کليدزنی در صفر ولتاژيعنی 0=a وپیک ولتاژ2 /a = p را نشان مي دهند.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.