امپدانس توالی صفر مثبت منفی/ محاسبات خطای الکتریکی

امپدانس توالی صفر مثبت منفی/  محاسبات خطای الکتریکی

قبل از استفاده از سیستم حفاظت الکتریکی مناسب ، لازم‌است ازشرایط  استفاده‌از سیستم برق در هنگام خطا آگاهی داشته‌باشیم.

آگاهی از شرایط خطای الکتریکی برای استقرار رله‌های حفاظتی مناسب مختلف در مکان‌های مختلف سیستم برق مورد نیاز‌است.

اطلاعات مربوط به مقادیر حداکثر و حداقل جریان‌های خطا، مقدار بزرگی و زاویه فاز ولتاژها در زمان خطا با توجه به جریان‌های موجود در نقاط مختلف سیستم قدرت، برای انتخاب و تنظیم  صحیح رله‌های حفاظتی در قسمت‌های مختلف سیستم برق جمع‌آوری می‌شود.

جمع‌آوری اطلاعات از پارامترهای مختلف سیستم به طور کلی به عنوان محاسبات خطای الکتریکی شناخته‌می‌شود.

محاسبه خطا به طور گسترده به معنای محاسبه جریان خطا در هر سیستم برق است.

عمدتا سه مرحله برای محاسبه خطاها در یک سیستم وجوددارد:

• 1- انتخاب چرخش‌های امپدانس.
• 2- کاهش پیچیدگی شبکه برق به یک امپدانس معادل.
• 3- جریان خطای الکتریکی و محاسبه ولتاژ با استفاده‌از تئوری مؤلفه متقارن.

پریونیت سیستم برق

اگر به هر سیستم الکتریکی نگاه کنیم ، چندین سطح ولتاژ خواهیم‌یافت.

به عنوان مثال فرض کنید یک سیستم قدرت معمولی که در آن برق الکتریکی با 6.6 کیلو ولت تولید‌می‌شود، پس از آن با تبدیل و ولتاژ 132 کیلوولت به پست ترمینال منتقل‌می‌شود که در آنجا به سطح 33 کیلو ولت و 11 کیلو ولت کاهش می‌یابد و این سطح 11 کیلو ولت ممکن‌است، مجدد به 0.4 کیلو ولت کاهش یابد.

از این مثال مشخص‌است که یک شبکه سیستم قدرت مشابه ممکن‌است دارای ولتاژ متفاوتی‌باشد. بنابراین، محاسبه خطا در هر مکان از سیستم مذکور بسیار دشوار و پیچیده‌است؛ و به سختی می‌توان مقاومت سطح های مختلف سیستم را با توجه به میزان ولتاژ آنها محاسبه کرد.

در صورت محاسبه مقاومت قسمتهای مختلف سیستم، با توجه به یک مقدار پایه واحد ، می‌توان از این مشکل جلوگیری کرد. از این تکنیک در سیستم قدرت با عنوان پریونیت یاد‌می‌شود.

از این رو، می‌بایست پارامترهای سیستم، قبل از محاسبه خطای الکتریکی، به مقادیر پایه ارجاع داده‌شوند و به عنوان یک سیستم یکپارچه  واحد بر اساس مقادیر اهمی، درصد یا واحد ارائه‌شوند.

معمولاً، توان و ولتاژ به عنوان مقادیر پایه در نظر گرفته‌می‌شوند.در سیستم سه فاز، توان سه فاز، بر حست MVA یا KVA، و ولتاژ خط به خط، بر حسب KV، به عنوان مقادیر پایه در نظر گرفته‌می‌شوند. امپدانس پایه سیستم را میتوان از این توان پایه و ولتاژ پایه به شرح زیر محاسبه‌کرد.

امپدانس پایه سیستم:

پریونیت مقدار امپدانس هر سیستم چیزی نیست جز نسبت مقاومت واقعی سیستم به مقدار امپدانس پایه.

مقدار امپدانس درصد را میتوان با ضرب 100 با مقدار واحد (پریونیت) محاسبه کرد.

مجدداً گاهی اوقات برای ساده‌کردن محاسبات مختلف خطای الکتریکی ، نیاز به تبدیل مقادیر پر یونیت بر اساس مقادیر پایه جدید‌است. در این مورد،

انتخاب پریونیت به پیچیدگی سیستم بستگی‌دارد. به طور کلی ولتاژ پایه یک سیستم به گونه‌ای انتخاب‌می‌شود که نیاز به حداقل تبدیل مقادر پریونیت وجود داشته‌باشد. فرض کنید ، یک سیستم دارای تعداد زیادی خط هوایی 132 KV است و تعداد کمی خطوط 33 KV و تعداد بسیار کمی خطوط 11 KV دارد. ولتاژ پایه سیستم را می‌توان به عنوان 132 KV یا 33 KV یا 11 KV انتخاب‌کرد ، اما در اینجا بهترین ولتاژ پایه 132 KV‌است ، زیرا در هنگام محاسبه خطا به حداقل تبدیل مقادیر پایه نیاز‌دارد.

کاهش شبکه:

بعد از انتخاب مقادیر پریونیت پایه مناسب ، مرحله بعدی کاهش شبکه به یک امپدانس واحد‌است.برای این کار ابتدا باید امپدانس کلیه ژنراتورها ، خطوط ، کابلها، ترانسفورماتور را به یک مقدار پایه مشترک تبدیل کنیم و سپس، یک نمودار شماتیک از سیستم انرژی الکتریکی را آماده‌می‌کنیم و مقادیر پریونیتی را برای همان مقدار  ژنراتورها، خطوط، كابلها و ترانسفورماتور جایگزین‌می‌کنیم.

سپس شبکه با استفاده‌از تبدیل‌های ستاره / مثلث به یک امپدانس واحد معادل مشترک کاهش می‌یابد.نمودارهای امپدانس جداگانه باید برای شبکه توالی مثبت ، منفی و صفر آماده می‌شوند.خطاهای سه فاز منحصر به فرد هستند زیرا در سه فاز متعادل هستند، یعنی متقارن ، و میتوان از نمودار امپدانسی تک فاز توالی مثبت آنها را محاسبه کرد. بنابراین جریان خطای سه فاز توسط رابطه زیر بدست می‌آید:

که ، I _f کل جریان خطای سه فاز‌است ، v ولتاژ فاز به نول است z 1 امپدانس کل توالی مثبت سیستم است.

تجزیه و تحلیل مؤلفه متقارن

محاسبه خطای فوق با فرض سيستم متقارن سه فاز انجام شده‌است.

نکته: محاسبه فقط برای یک فاز انجام‌می‌شود، زیرا شرایط جریان و ولتاژ در هر سه فاز یکسان‌است.

هنگامی که خطاهای واقعی در سیستم انرژی الکتریکی مانند خطای فاز به زمین، خطای فاز به فاز و خطای دو فاز به زمین رخ دهند،سیستم به یک سیستم نامتعادل تبدیل می‌شود ، شرایط ولتاژ و جریان در تمام فازها دیگر متقارن نیستند.چنین خطاهایی با تجزیه و تحلیل مؤلفه متقارن حل می‌شوند.به طور کلی نمودار برداری ولتاژ سه فاز ممکن‌است توسط سه مجموعه بردارهای متعادل جایگزین‌شود.یکی دارای جهت چرخش فازی مخالف یا منفی‌است، دومی دارای جهت چرخش فازی مثبت و آخری هم شبه فازی (co-phasal)‌است.این بدان معنی‌است که این مجموعه بردارها به ترتیب منفی ، مثبت و صفر توصیف‌می‌شوند.

ولتاژ توالی صفر منفی – مثبت

معادله بین مقادیر فاز و توالی برابر است با،

از این رو،

به طور مشابه مجموعه‌ای از معادلات را می توان برای توالی جریان نیز نوشت .از ، معادلات ولتاژ و جریان می‌توان به راحتی امپدانس توالی سیستم را تعیین کرد.توسعه تجزیه و تحلیل مؤلفه متقارن بستگی به این واقعیت‌دارد که در سیستم متعادل امپدانس، جریان‌های توالی می توانند تنها افت ولتاژ با همان توالی ایجاد کنند.هنگامی که شبکه های توالی در دسترس هستند، این می تواند به یک امپدانس معادل واحد تبدیل‌شود.بیایید Z1 ، Z2 و Z0 را به عنوان امپدانس جریان مثبت، منفی و صفر در نظر بگیریم.

برای خطای زمین

خطای فاز به فاز

خطای دو فاز به زمین

خطا های سه فاز

اگر جریان خطا در هر شاخه خاص از شبکه مورد نیاز باشد، می‌تواند بعد از ترکیب مولفه های توالی  که در آن شاخه جریان دارند، محاسبه‌شود.این شامل توزیع جریان‌های مؤلفه توالی‌است که با حل معادلات فوق، در شبکه مربوطه با توجه به امپدانس نسبی آنها تعیین‌می‌شود.همچنین زمانی که مولفه‌های توالی جریانها و مولفه توالی امپدانس هر شاخه شناخته‌شوند ولتاژها در هر نقطه از شبکه می تواند تعیین‌شود.

امپدانس توالی

1-امپدانس توالی مثبت

به امپدانس ارائه‌شده توسط سیستم به جاری شدن جریان توالی مثبت ، امپدانس توالی مثبت گفته‌می‌شود.

2-امپدانس توالی منفی

به امپدانس ارائه‌شده توسط سیستم به جاری شدن جریان توالی منفی، امپدانس توالی منفی گفته‌می‌شود.

3-امپدانس توالی صفر

به امپدانس ارائه‌شده توسط سیستم برای جاری شدن جریان توالی صفر به عنوان مقاومت مقاومت توالی صفر شناخته‌می‌شود.در محاسبات خطای قبلی ، Z1 ، Z2 و Z0 به ترتیب امپدانس توالی مثبت ، منفی و صفر هستند. امپدانس‌های توالی با توجه به نوع اجزای سیستم قدرت مورد نظر متفاوت خواهند‌بود:

1- در اجزای سیستم قدرت استاتیک و متعادل مانند ترانسفورماتور و خطوط ، مقاومت توالی ارائه شده توسط سیستم برای جریانهای توالی مثبت و منفی یکسان است. به عبارت دیگر ، امپدانس توالی مثبت و امپدانس توالی منفی برای ترانسفورماتورها و خطوط برق یکسان‌است.

2- اما در مورد ماشین دوار امپدانس توالی مثبت و منفی متفاوت‌است.

3- اختصاص مقادیر امپدانس توالی صفر پیچیده‌تر‌است. این امر به این دلیل‌است که جریان سه توالی صفر در هر نقطه از یک سیستم انرژی الکتریکی که هم فاز‌است ، به صفر نمی رسد بلکه باید از طریق نول و یا زمین برگردد. در ترانسفورماتور و ماشین‌ها شار سه فاز به دلیل وجود توالی صفر در یوغ یا میدان درست به صفر نمی‌رسند. امپدانس بسیار بستگی به ساختار فیزیکی مدارهای مغناطیسی و سیم پیچ دارد.

4- راکتانس جریان توالی صفر خطوط انتقال می‌تواند در حدود 3 تا 5 برابر جریان توالی مثبت باشد ، مقدار کمتری برای خطوط بدون سیم زمین‌است. دلیل این امر این‌است که فاصله بین رفت و برگشت (یعنی نول و یا زمین) بسیار بیشتر از جریانهای توالی مثبت و منفی‌است که در سه گروه هادی سه فاز باز می‌گردند (متعادل).

5- راکتانس توالی صفر یک ماشین از راکتانس نشتی و راکتانس سیم پیچ تشکیل شده‌است ، و یک جزء کوچک به دلیل تعادل سیم پیچ دارد.

6- راکتانس متقابل توالی صفر ترانسفورماتورها هم به اتصالات سیم پیچ و هم به ساخت هسته بستگی دارد.

مقالات مرتبط :

حفاظت توالی منفی در ژنراتور(Negative-Sequence Protection)

جریان توالی منفی چیست و چگونه کار مولد(ژنراتور) را تحت تاثیر قرار می‌دهد

توالی فاز

لینک زبان اصلی مقاله :

Electrical Fault Calculation | Positive Negative Zero Sequence Impedance