theme wordpress
دیزل ژنراتور

سنکرون کردن دیزل ژنراتور های متفاوت: قسمت 3 – ژنراتور های سازگار

پیشنهاد می شود قبل از مطالعه ای این مطلب، قسمت ۱ و ۲ که در لینک های زیر نمایش داده شده است را بخوانید 

سنکرون یا موازی کردن دیزل ژنراتور های متفاوت – قسمت 1

سنکرون یا موازی کردن دیزل ژنراتور های متفاوت – قسمت 2

سنکرون کردن دیزل ژنراتور های متفاوت: قسمت 3 – ژنراتور های سازگار

ژنراتور های موازی شده زمانی سازگار هستند که بتوانند در حالت موازی بدون داشتن جریان مخرب و مزاحم بین نول ها کار کنند. اندازه جریان نول ایجاد به علت متفاوت بودن ژنراتور ها، بستگی به شکل موج آن ها دارد. بسته به مشخصات دمایی ژنراتور ، عمر ژنراتور و کیفیت و سطح عایقی ممکن است جریان در نول ژنراتور ها آسیب رسان نباشد. همچنین در نظر بگیرید که جریان در نول باعث عملکرد ناصحیح رله ها مخصوصا رله ی ارت فالت می شود.

هارمونیک های شکل موج ولتاژ

شکل موج ولتاژ ایجاد شده توسط ژنراتوز زمانی که به در حالت بی باری و یا تغذیه بار خطی ایجاد می شود را می توان بر اساس فرکانس اصلی و اندازه ی ولتاژ فرکانس اصلی و اندازه ی هارمونک های ولتاژ و فرکانس های مربوط به هارمونیک ها تشریح کرد. این تشریح مهم است زیرا تمام ژنراتور ها دارای مقداری انحراف و در نتیجه هارمونک هستند و حتی زمانی که این انحرافات ولتاژی از حالت سینوسی نسبت به زمانی که بار غیر خطی تغذیه می کنند خیلی کم باشند ممکن است دردسر ساز باشند مخصوصا در حالت کارکرد موازی

شکل ۱- شکل موج هارمونیکی
ضریب سیم پیج در طراحی ماشین- ۵/۶ و ۲/۳

مقالات مرتبط:

راهنمایی سنکرون کردن و تقسیم بار دیزل ژنراتورها به وسیله‌ی DeepSea

راهنمایی سنکرون کردن و تقسیم بار دیزل ژنراتورها به وسیله‌ی DeepSea قسمت ۲

 در شکل 2، که یک ماشین با 4 قطب و 48 شیار را نمایش می دهد، به ازای هر قطب 12 شیار وجود دارد و چون کلاف سیم پیچ 10 شیار را در بر می گیرد، نسبت ضریب شیار به سیم‌پیچ(ضریب سیم پیج) 12/10 است و یا 6/5. در قسمت پایین شکل 2 یک سیم‌پیچ می­بینیم که 8 شیار را در بر می گیرد، در نتیجه با 12 شیار در برگرفته توسط قطب، ضریب سیم‌پیچ ماشین 3/2 خواهد بود. ضریب سیم‌پیچ یک ژنراتور یک پارامتر طراحی است که  به وسیله ی آن می‌توان شکل موج ولتاژ و هزینه ساخت آن را کمتر کرد، زیرا ضریب سیم پیچ کوچکتر از حد از استاتور به صورت بهینه استفاده نمی کند و نیاز است سیم بیشتری استفاده کنیم تا توان مورد دلخواه را ایجاد کنیم.  برا مثال، یک ژنراتور می تواند با ضریب سیم پیچ 3/2 ساخته شود، که باعث حذف هارمونیک سوم ولی مقداری هارمنونیک 5 و 7 را افزایش می دهد. طراح ژنراتور می تواند یک ضریب سیم پیچ دیگر انتخاب کند، که باعث افزایش هارمونیک 3 شود ولی هارمونیک 5 و7 را کاهش دهد و مقداری ظرفیت توانی ماشین نیز افزایش پیدا کند. برای مثال، یک ضریب سیم پیچ 6/5 که در شکل نشان داده شده است دارای هارمونیک کمتر 5 و  7 است، اما هارمونیک 3 آن خیلی بیشتر است. در کل، هارمونیک‌های فرد بیشتر باعث نگرانی در سیستم می شوند، زیرا آن ها بیشترین تاثیر را در بار دارند و باعث گرمای زیاد در تامین کننده های توان و سیستم توضیع می شوند. هارمنیک های ضریب 3 وضرایب آن مشکل ساز هستند زیرا آنها مستقما در نول جریان جریان پیدا می کنند، و باعث جاری شدن جریان بزرگی در نول ژنراتور‌های سنکرون می‌شوند. آن ها همچنین می‌توانن از ترانسفورمرها انتقال پیدا کرده و در سیستم مشکل ایجاد کنند. هارمونیک‌های ضریب 5 باعث نگرانی هستند زیرا آنها جریان‌های مولفه‌ی منفی هستند ، و باعث ایجاد گرما و تلفات در ماشین‌های گردان می شوند.  با یک طراحی مناسب با ضریب سیم پیچ 3/2، هارمونیک سوم و پنجم را می‌توان تا حد مناسبی همانند ماشین‌های با ضریب سیم‌پیچ بالاتر کم کرد، که تنها مزیت ماشین ها با ضریب سیم پیچ کوچکتر هزینه ی ساخت کمتر آنها خواهد بود. برای کاربرد‌های موازی، بهترین انتخاب ماشین‌هایی با ضریب سیم‌پیچ 3/2 می‌باشد. به این دلیل که هارمونیکهای ضریب 3 تولید نخواهد شد، انطباق آن‌ها برای کارکرد موازی با شبکه و یا ژنراتور‌های ضریب سیم پیچ 3/2 بیمه خواهد شد به علت این که دیگر جریان نول وجود نخواهد داشت و هارمونیک‌های بالاتر امپدانس بزرگتری در فرکانس‌های بالاتر خواهند دید و از دید مشکل در جریان نول اهمیت کمتری پیدا می کنند. طراح سیستم باید ماشینی انتخاب کند که هم هارمونیک 3 نداشته باشد و هم کمترین هارمونیک‌های ضریب 5 و 7 کمتری داشته باشند. یک استاندارد مناسب بار انتخاب ژنراتور از رنج 100 کیلووات تا 4 مگاوات این است که ماشین نباید اعوجاج هارمونیکی بیشتر از 5 درصد (اندازه گیری شده در ولتاژ خط و خط به فاز)در هر باری از بی باری تا بار کامل داشته باشد. و همچنین در حالت تکفاز باید کمتر از 3 درصد باشد  

جاری شدن جریان در نول به علت تفاوت در ژنراتور ها

زمانی که ژنراتور‌ها موازی شده اند، ولتاژ ماشین‌ها سعی می کنند در مقدار یکسانی ست شوند. اختلاف در ولتاژ، جدا از فرکانس‌شان، باعث جاری شدن جریان از ماشین با ولتاژ بزرگتر به ماشین با ولتاژ کوچکتر می‌شود. تصویر 3 این رخداد را نمایش می‌دهد. در این تصویر، شکل موج دو ولتاژ(آبی و قرمز) روی یکدیگر رسم شده‌اند.

ولتاژ قبل و بعد از موازی شدن

در نظر بگیرید که شاید مقدار (RMS) این ولتاژ‌ها برابر باشد، ولی در نقاطی شکل موج آبی از قرمز بزرگتر است و برعکس. زمانی که ماشین‌ها با یکدیگر روی یک باس مشترک متصل شده اند، اختلاف بین ولتاژ‌ها باعث جاری شدن جریان بین ماشین‌ها می شود، که با منحنی سبز نمایش داده شده است. در نظر بگیرید که در این مثال ساده جریان نشان داده شده برای درک بهتر موضوع اغراق شده است و همچنین چون به این دلیل که منحنی آبی و قرمز 3 بار از روی یکدیگر در هر نیم رد شده‌اند، جریان نمایش داده شده هارمونیک 3 است. در نتیجه، در هر نقطه ای روی سیکل قبل از سنکرون شدن اختلاف ولتاژ وجود داشته باشد این اختلاف ولتاژ باعث جاری شدن جریان بین آن‌ها بعد از سنکرون شدن می‌شود. به این در واقع جریان گردشی نول می‌گویند، و زمانی وجود دارد که یک مسیر در نول سیستم برای جاری شدن جریان وجود داسته باشد.

مسیر عبور جریان در یک سیستم ۴ سیم

به راحتی می‌توان تاثیر عدم انطباق را به وسیله ی دستگاه های اندازه گیری مشاهده کرد، و معمولا با دستگاه های اندازه گیری مرسوم AC قابل مشاهده است. این جریان‌ها در زمان بی‌باری مشهود تر هستند. اگر جریان نول دارای فرکانس بالاتر از 50 هرتز (مخصوصا 150 هرتز در سیستم 50 هرتز و 180 هرتز در سیستم 60 هرتز) با بی‌باری و یا بار خطی وصل شده به سیستم، تفاوت‌های طراحی ژنراتور‌ها مشهود خواهد شد. عبور جریان 50 یا 60 هرتز به علت عدم تنظیم دقیق ولتاژ و یا تقسیم بار راکتیو ژنراتور‌ها می‌باشد. به این اصطلاحا شرایط جریان ضربدری(Cross-current) می گویند. جریان گردشی ایجاد شده به خاطر تفاوت داشتن ضریب سیم پیچی با دستکاری جبران کننده ی جریان ضربدری و یا تجهیزات دیگر از بین نمی‌ٔ‌رود.جریان ایجاد شده به علت متفاوت بودن شکل موج ولتاژ ژنراتور ها در سیستم اجتناب ناپذیر است. بسته به اندازه‌ی جریان هارمونیکی، توان ژنراتور‌ها در سیستم و تاثیر پذیری مخرب رله‌های حفاظتی نسبت به جریان‌های هارمونیکی، این جریان‌ها ممکن است به ژنراتور‌ها آسیب رسان باشد و یا نباشد،  به دلیل این‌که هارمونیک‌های شکل موج ژنراتور با بار تغییر می کند، تاثیر منفی استفاده از ژنراتور‌های متفاوت ممکن است در بار خاصی مشهود تر باشد، اما مهمترین نگرانی اندازه جریان در بار نامی می‌باشد، زیرا این بار است که ژنراتور بیشترین دمای کار را دارد و نسبت به خطا و یا افزایش دما شدیدا حساس تر می‌شود. یک طراح می‌تواند فرض‌ها را ساده تر کند تا مشکل به یک سطح قابل مدیریت برسد. به این دلیل که هارمونیک‌های بالاتر از 3 در ضریب سیم پیچ 3/2 در حدی نیستند که آسیب رسان باشند، طراح معمولا می تواند فقط هارمونیک‌های ضریب 3 ولتاژ را در نظر بگیرد. آن‌ها کاملا با استفاده از ضریب سیم پیچی 3/2 حذف می‌شوند. برای موازی کردن ژنراتور‌ها نباید ژنراتور حتما 3/2 باشد و ضریب های دیگر نیز می‌توان (موازی با ژنراتور ضریب سیم پیچ 3/2) استفاده کرد، ولی استفاده‌ی آن ها ممکن است قابلیت انعطاف سیستم را کاهش دهد و یا باعث شود که جریان نول در سیستم‌های دیگر را محدود کرد.

جبران کردن مشکلات ایجاد شده به علت استفاده از ژنراتور‌های متفاوت

زمانی که نیاز است تا ژنراتور‌های نا همانند و متفاوت را موازی کرد، یک طراح دارای چندین گزینه است تا مشکل ایجاد شده به دلیل عدم تطابق ژنراتور‌ها را کمتر و یا از بین ببرد. بر اساس هارمونیک‌های ولتاژی تولید شده به وسیله ی ژنراتورها در سیستم موجود، مخصوصا اگر ژنراتور‌ها درای اختلاف سایز زیادی هستند راهکار‌های متفاوتی وجود دارد.

  • اگر ممکن است، سعی کنید ژنراتور‌های جدید همانند تجهیزات قدیمی باشد. این ممکن است به دلیل هارمونیک‌های تولید شده توسط ژنراتور های موجود در سیستم عملی نباشد، مخصوصا اگر ماشین ها دارای اختلاف توانی زیادی باشند. به غیر از ماشین های ضریب سیم پینچ 3/2 ، فقط این که ژنراتور ها هم سایز باشند مشکل حل نمی شود زیرا ممکن است اختلاف در هارمونیک های ضریب 3 باعث جریان زیادی در نول شوند. جایی که عملی است این ممکن است بهترین راه حل باشد. ممکن است این روش خیلی هزینه بر به نظر برسد ولی در یک دیزل ژنراتور ممکن است هزینه ی تعویض ژنراتور فقط 10 درصد قیمت کل دیزل ژنراتور باشد و ممکن است ژنراتور عمر کارکرد بالایی داشته باشد به غیر از استفاده در حالت استندبای که در زمان قطعی برق شبکه در مدار بوده است. اگر ژنراتور دارای عمر بالای 25 سال است این بهتر است که در سیستمی که در حال ارتقا برای پارالل شدن است ژنراتور تعویض گردد.
    سیستم بدون مسیر جریان نول و مسیر جریان نول
     
    • از یک سیستم توزیع 3 سیم استفاده کنید. با حذف کردن اتصال زمین بین ژنراتور‌ها و باس و لودها، طراح می تواند اجازه دهد جریان‌های ناشی از اختلاف ولتاژی بین ژنراتور‌ها در سیستم بچرخد. در نتیجه مهمترین علت ایجاد کننده مشکل هارمونیک را می توان با حذف مسیر عبور مزاحم ترین جریان کم تر کرد.(جریان هارمونیک هنوز باعث گرم تر شدن ماشین های سیستم می شود، اما اختلال و تاثیر منفی جریان در سیستم نول حذف می گردد.)در این سیستم‌ها، بارهایی که نیاز به نول دراند باید از ترانس ستاره مثلت استفاده کنند تا نول را ایجاد کنند. طراح باید نول در این سیستم را به درستی ایجاد کند و نصب آن را کنترل کند، زیرا یک اتصال اشتباه نول به زمین باعث ایجاد جریان نول در سیم زمین (ارت) سیستم می‌شود، که امکان خطر برق گرفتگی و یا آتش سوزی به علت گرما به وجود می‌آید. از ترانس‌های پایین دست می‌توان برای فراهم اوردن سیستم 4 سیسم جهت در سرویس قرار دادن بار که نیاز به سیستم 4 سیم دارند استفاده کرد.
    • فقط نول ماشین هایی که دارای ضریب سیم پیچ همسان هستند را وصل کنید. در نظر بگیرید سیستم های ولتاژ خطی (آنهایی که زیر 1000VAC هستند) معمولا نیاز به اتصال نول به زمین دراند. در یک کاربرد موازی محل ایده‌آل اتصال زمین در کلید خانه است، در نتیجه فقط یک اتصال نول برای سیستم وجود دارد. باید راجع به اندازه بارهایی که نیاز به اتصال نول دارند و آن هایی که به نول نیاز ندارند توجه کرد. بارهای سیستم به صورت طبیعی تقسیم می گردد تا زمانی که مقدار مناسبی از ظرفیت خط به زمین در سیستم وجود داشته باشد.
     
    تصویر ۶- کنتاکتور نول
     
    • کنتاکتور های نول روی لینک بین ژنراتور ها و نول کلید خانه اضافه کنید تا فقط زمانی که اولین ژنراتور روی باس وصل می‌شود نول وصل گردد.این تاثیری همانند پیشنهاد قبلی دارد، ولی اجازه می دهد هر ماشینی بتواند به عنوان ژنراتور اول روی باس متصل گردد. در این طراحی این خیلی مهم است که خطا و عیب های کنتاکتور ها در نظر گرفته شود. در صورت خطا در وصل و یا قطع کنتاکتور نول، باید هشدار در سیستم وجود داشته باشد.باید از کنتاکتور‌های که وضعیت اتصال را نمایش می‌دهند استفاده کرد تا وضعیت کنتاکتور نول مشخص باشد.
    • از راکتور در شاخه‌ی نول هر ژنراتور استفاده کنید تا جریان هارمونیکی ضریب 3 و یا بالا تر را محدود کنید. راکتور‌ها را می‌توان برای یک فرکانس خاص که بیشترین مشکل را ایجاد می کند تنظیم کرد، اما آن‌ها معمولا برای فرکانس‌های 150/180 طراحی می‌شوند، از آنجایی که این هارمونیک بیشترین مشکل را ایجاد می‌کند. بزرگترین معایب راکتورها هزینه ی آن‌ها است، و تهیه و نصب آن‌ها ممکن است مشکل ساز باشد به این علت که ممکن است نیاز به تغییر سیستم زمین شود.
    • جبران عدم انطباق به وسیله ی بزرگتر کردن سیم نول و افزایش سایز ژنراتور

    ضریب دی‌ریتینگ برای ژنراتورها با در نظر گرفتن جریان هارمونیکی نول

در یک سیستم۴ سیم که از ژنراتور های متفاوت استفاده می کند، جریان نول ژنراتور باید محاسبه گردد تا تایید شود که ژنراتور در حالت موازی باعث اختلال در کارکرد سیستم و یا آسیب رساندن به ژنراتور نمی شود. اگر در سیستم مشکلات مرتبط دیگری وجود نداشت ممکن است طراح اجازه دهد جریان نول جاری باشد و آن را با دیریتنگ ژنراتور جبران کند. ضریب دی‌ریتینگ را می توان از فرمول زیر محاسبه کرد:

ضریب دی‌ریتینگ برای ژنراتورها با در نظر گرفتن جریان هارمونیکی نول

که IR جریان خروجی ژنراتور د بار کامل و ضریب توان تعیین شده می بشد IN جریان سیم نول در بار کامل متعادل و موزای می‌باشد KVAgen توان ژنراتور در بیشترین دمای مجاز (Temperature Rise) می باشد. د نظر داشته باشید که ژنراتور خودش مقداری هارمونیک تولید می‌کند، و بار‌ها ممکن است باعث اعوجاج ولتاژی به وسیله‌ی دریافت جریان غیر خطی از ژنراتور شوند. همانطور که قبلا گفته شد، بارها ممکن است  روی کیفیت ولتاژ ژنراتور تاثیر گذار باشند. و ممکن است این مشکل در سیستم وجود داشته باشد(مخصوصا دیتا سنتر‌ها و یا بیمارستان ها که از تجهیزات الکترونیک استفاده می کنند ممکن است بار آن ها دراری هارمونیک زیادی باشد ویا کوره های القایی و دستگاه‌های جوش نقطه‌ای) تنها راه جبران این مشکل فقط افزایش سایز ژنراتور می باشد. با تجهیزات جدید اگر بار هارمونیکی روی سیستم حدودا باعث اعوجاج هارمونیکی (THD) 10 الی 15 درصدی بر روی ولتاژ شوند مشکلی ایجاد نمی کنند.

نتیجه

ژنراتور‌ها تطبیق پذیر هستند در صورتی که ولتاژ آن ها همانند و تطبیق پذیر باشند. برای بیمه کردن انطباق بین جریان و ژنراتور هایی که در آینده در سیستم ممکن است اضافه شود، همیشه از ژنراتور‌هایی که دارای ضریب سیم پیچ 3/2 هستند برای کاربرد های ولتاژ خطی استفاده کنید. اگر نیاز بود که ژنراتور‌های نا‌همانند را سنکرون و موازی کنید، که تعدادی از آن‌ها دارای ضریب سیم پیچی 3/2 نیستند، بهترین روش تعویض ژنراتور‌های نا همانند با یک ژنراتور تطبیق پذیر است و در نتیجه همه‌ی ماشین‌ها دارای ضریب سیم‌پیچ 3/2 خواهند بود.

ادامه ی این مقاله را در لینک زیر بخوانید:

سنکرون کردن دیزل ژنراتور های متفاوت: قسمت۴ – تطبیق پذیری سیستم تقسیم بار

 

محسن ترابی

مهندس برق قدرت، فوق لیسانس برق قدرت از دانشگاه سراسری یزد، موسس ماه صنعت، متخصص در ژنراتور، دیزل، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی، سنکرون و سیستم های حفاظت الکتریکی به خصوص حفاظت ژنراتور. دارای گواهی ثبت اختراع ساخت موتور PMSM‌ معکوس گرد. هدف از ایجاد این وبسایت و مقالات آن آموزش در راستای توسعه ی صنعت برق کشور عزیزمان ایران می باشد و سعی می کنم مقالات کاربردی در راستای این هدف در وبسایت انتشار بدهم

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بستن
بستن