فایل ورد کامل مقاله تحلیل نامتعادلی بار در شبکه‌های توزیع برق و راهکارهای نوین کاهش آن

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 فایل ورد کامل مقاله تحلیل نامتعادلی بار در شبکه‌های توزیع برق و راهکارهای نوین کاهش آن دارای ۱۲۳ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد فایل ورد کامل مقاله تحلیل نامتعادلی بار در شبکه‌های توزیع برق و راهکارهای نوین کاهش آن  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل مقاله تحلیل نامتعادلی بار در شبکه‌های توزیع برق و راهکارهای نوین کاهش آن،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن فایل ورد کامل مقاله تحلیل نامتعادلی بار در شبکه‌های توزیع برق و راهکارهای نوین کاهش آن :

اثر عدم تعادل بار در افزایش تلفات شبکه توزیع
یکی از مؤلفه‌های مطرح در افزایش تلفات شبکه توزیع مسأله عدم تعادل بار در این شبکه اعم از شبکه فشار ضعیف , ترانسفورماتورهای توزیع و شبکه فشار متوسط می‌باشد. این مؤلفه که به عنوان یک عامل اختلال در عملکرد شبکه توزیع اعلام وجود می‌کند به دو صورت عدم تساوی بار فازها و عدم تساوی ضریب توان بار فازها ( یا ترکیبی از هر دو ) متظاهر می‌گردد و باید در هریک از بخشهای سه گانه شبکه توزیع مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار بگیرد.

با آماری که از پستها و شبکه توزیع تهیه شده عدم تعادل بار مأیوس کننده است و این مشخصه نشان دهنده عدم رعایت اصول فنی از طرف پرسنل توزیع و بعضاً سهل انگاری و عدم وجود دانش فنی در ایجاد شبکه‌های برق رسانی مبتنی بر اصول فنی برای مصرف کننده‌ها می‌باشد.
۱-۱- اثر عدم تعادل بار در افزایش تلفات شبکه فشار ضعیف

۱-۱-۱- تبعات نامتعادلی بار
الف) افزایش تلفات قدرت : تلفات قدرت در شبکه فشار ضعیف شامل دو دسته تلفات قدرت در فازها و تلفات قدرت در سیم نول می‌باشد. با فرض ثابت بودن مجموع جریان سه فاز , تلفات قدرت در فازها در حالت عدم تعادل بار بیش از تلفات در حالت تعادل بار بوده که به آن تلفات در نول هم اضافه می‌شود و با توجه به این امر که اکثراً مقاطع سیمها در نول نصف مقاطع سیم فازها و بنابراین مقاومت اهمی سیم نول حدود دو برابر مقاومت سیم فازها می‌باشد , تلفات حتی در حالت جریانهای عبوری کم , باز هم قابل توجه است.

ب) افت ولتاژ در اثر نامتعادلی : حتی با فرض این که سیمهای فاز در شبکه مقاطع یکسان و در نتیجه امپدانس مساوی داشته باشند , در اثر عبور جریان نا برابر , سیمهای فاز افت ولتاژ متفاوتی داشته و در نتیجه دارای ولتاژ نامتعادلی در طرف مصرف کننده‌ها بخصوص مصرف کننده‌های حساس مانند موتورهای سه فاز خواهند بود. این موضوع اثرات نامطلوبی بر مصرف کننده‌های سه فاز خواهد داشت.
ج) خطرات ناشی از جریان دار شدن سیم نول : با نامتعادل شدن جریان در سیستم سه فاز و عبور جریان از سیم نول , نسبت به زمین دارای ولتاژی می‌شود که درصورت عبور از حد مجاز از نظر ایمنی نامطلوب بوده و چنانچه مصرف کننده با سیم نول تماس حاصل کند , احتمال برق گرفتگی وجود خواهد داشت. علاوه بر مسائل یاد شده زیاد بودن نامتعادلی بار شبکه باعث وضعیت نامطلوبی در اجزاء دیگر شبکه از جمله ترانسفورماتورها خواهد شد.
۱-۱-۲- شبکه فشار ضعیف
عدم تعادل بار در شبکه ضعیف بدلایل زیر بوجود می آید :
– عدم تساوی بار مشترکین در هر لحظه روی هر فاز
– وجود شبکه‌های تکفاز طولانی و پربار روی خطوط فشار ضعیف
– وجود لوازم برقی تکفاز موتوری با ضریب توان پائین روی خط ( مثل موتورهای تکفاز جوشکاری و۰۰۰) نامتعادلی بار , به دو صورت عدم تصاوی بار فازها و جریان دار شدن سیم نول باعث افزایش تلفات شبکه می‌شود.

۱-۱-۲-۱- عدم تساوی بار فازها [۴]
در یک خط فشار ضعیف سه فاز با فرض ثابت بودن مجموع بار فازها , اگر بار فازها بصورت نا متعادل توزیع شده باشد , طبق نا مساوی کوشی , تلفات ایجاد شده در سیمهای فاز بیشتر از تلفات حالتی است که بار فازها به طور مساوی تقسیم شده باشند.
نا مساوی کوشی
اگر بارهای هر فاز به ترتیب و بار متوسط آنها را بنامیم , خواهیم داشت :

اگر طول خط L و مقاومت واحد طول خط به اهم R فرض شود داریم :

در مورد خطوط فشار ضعیف موجود که بار آنها در چند نقطه از خط برداشته می‌شود , بهترین راه برای توجیه قضیه فوق و همچنین اندازه گیری افزایش تلفات ناشی از عدم تعادل بار پیدا کردن الگوی مناسب برای آنهاست. تلفات در یک فاز با توزیع یکنواخت طبق فرمول چنین می‌باشد (Iچگالی واحد طول جریان می‌باشد ) :

در صورت مساوی بودن بار سه فاز

در نتیجه : (۱-۱)
حال جهت محاسبه اضافه تلفات سیم‌های فاز ناشی از عدم تساوی بار فازها , اگر اندازه آن نامیده شود و تلفات در حالت تساوی بار فازها و عدم تساوی بار فازها در سیمهای فاز و باشد خواهیم داشت :
(۱-۲)
(۱-۳)
(۱-۴)

(۱-۵)
همانگونه که ملاحظه می‌شود اضافه تلفات ناشی از عدم تساوی بار فازها فقط به اندازه آنها بستگی داشته و ارتباطی به ضریب توان آنها ندارد. همچنین در صورت تساوی بار فازها عبارت داخل پرانتز صفرشده و مقدار اضافه تلفات مذکور نیز صفر می‌گردد.
حال با فرض اینکه تلفات اضافی ناشی از عدم تساوی بار فازها بعلت جریان عدم تساوی بار در هر فاز به طور مستقل با توزیع یکنواخت عمل نماید :

(۱-۶)
یعنی هر قدر تفاوت جریان سه فاز نسبت به یکدیگر بیشتر باشد , جریان عدم تساوی بار بیشتر بوده و تلفات مربوط به آن بیشتر می‌شود. هرقدر بار سه فاز به یکدیگر نزدیکتر باشند جریان عدم تساوی بار کمتر شده و تلفات حاصله نیز کمتر می‌گردد.
۱-۱-۳- اضافه تلفات ناشی از جریان دار شدن سیم نول [۴]
از آنجائیکه جمع برداری جریان سه فاز از داخل سیم نول عبور می‌نماید جریان سیم نول به مجموعه عوامل عدم تساوی بار فازها و تفاوت ضریب توان بار فازها بستگی دارد.
اما از آنجائیکه مشترکین تکفاز , عموماً خانگی و تجاری می‌باشند و ضریب توان اینگونه مشترکین بعلت نبود بارهای موتوری بزرگ عمدتاً حدود ۹/۰ می‌باشد. بنابراین تفاوت ضریب توان بار فازها چندان قابل توجه نیست لذا با تقریب خوبی می‌توان اختلاف فاز بین جریانهای فازهای هر خط را در نظر گرفت , بدین ترتیب و با توجه به شکل (۱-۱) جریان نول را می‌توان محاسبه کرد :

(۱-۷)
ملاحظه می‌شود جریان نول به تفاوت اندازه بار فازهای خط بستگی داشته و هر قدر این بارها بهم نزدیکتر باشند , جریان نول کمتر و بر عکس هر چقدر اندازه بارها نسبت بهم دور باشند جریان نول بیشتر می‌گردد. با در نظر گرفتن الگوی توزیع جریان یکنواخت روی سیم نول , اندازه تلفان آن برابر است با :

بادر نظر گرفتن رابطه (۱-۷) و با توجه به اینکه مقطع سیم نول را عموماً نصف مقطع فاز در نظر می‌گیرند و به تبع آن مقاومت سیم نول دو برابر مقاومت فازهاست , خواهیم داشت :
(۱-۸)

با مقایسه روابط (۱-۶) و (۱-۷) با روابط (۱-۵) و (۱-۸) نتیجه می‌شود که :
(۱-۱۰)
(۱-۱۱)
به عبارت دیگر با محاسبه تلفات اضافی ناشی از عدم تساوی بار فازها روی سه فاز خط می‌توان تلفات اضافی مربوط به جریان دار شدن سیم نول را محاسبه کرد و بالعکس. اما از آنجائیکه جریان نول را می‌توان در نمونه‌های مورد مطالعه اندازه گیری نمود , راه بهتر محاسبه تلفات ناشی از جریان دار شدن سیم نول و سپس بدست آوردن تلفات اضافی مربوط به عدم تساوی بار فازها مطابق رابطه (۱۰-۱) می‌باشد.
بدترین حالت مربوط به ایجاد تلفات در سیم نول , برای خطوط تکفاز یا خطوط با انشعابهای فرعی طولانی تکفاز اتفاق می‌افتد زیرا در آن صورت جریان فاز تماماً از سیم نول عبور نموده و تلفات قسمت تکفاز شبکه را شش برابر می‌کند. تلفات در شبکه تکفاز با سیم نول به مقطع نصف مقطع فاز یا شبکه دو فاز با سیم نول به مقطع نصف مقطع فاز , مطابق با آنچه که در زیر آمده است به ترتیب به نه برابر و سه برابر افزایش می‌یابد. در روابط زیر , جریان فاز و تلفات شبکه سه فاز می‌باشند.

(۱-۱۲)
در صورتیکه اگر همین شبکه سه فاز می‌بود و بار آن متعادل تقسیم می‌شد , تلفات برابر بود با :

تلفات در شبکه تکفاز با مقطع نول نصف مقطع فاز عبارتست از :

اگر جریان نول صفر می‌بود یا به عبارت دیگر شبکه سه فاز متعادل به جای شبکه تکفاز مورد نظر کشیده می‌شد , آنگاه تلفات مربوط چنین می‌شد :

(۱-۱۳)
تلفات در شبکه دو فاز با مقطع سیم نول نصف مقطع سیم فاز برابر است با :

اگر باشد , آنگاه :
اگر همین شبکه سه فاز با بار متعادل می‌بود :

(۱-۱۴)
۱-۱-۴- رسم نمودار چگونگی رابطه بین افزایش عبور جریان از سیم نول و میزان تلفات در شبکه (بار کاملاً اکتیو) [۳]
چنانچه سطح مقطع سیم نول برابر سیم فاز فرض شود.

(۱-۱۵) از دیاد تلفات
برای حالتی که سطح مقطع سیم نول نصف سیم فاز باشد : (تلفات سیم نول ) ازدیاد تلفات
( جریان متوسط سه فاز است )
با توجه به رابطه (۱-۱۵) ازدیاد تلفات برابرخواهد بود با :
ازدیاد تلفات
درصد ازدیاد تلفات

و برای حالتی که سطح مقطع نول نصف سیم فاز باشد . درصد ازدیاد تلفات
شکل (۱-۲) درصد افزایش تلفات بر حسب افزایش عبور جریان از سیم نول برای دو حالت ۱ و ۲ نشان می‌دهد.

شکل (۱-۲) : درصد افزایش تلفات برحسب افزایش عبور جریان از سیم نول
۱-۱-۵- شرایط لازم برای تعادل شبکه علاوه بر یکسان نمودن بار فازها
بدیهی است که محاسبات انجام شده در حالت ساده شبکه و با فرض همسان بودن مقاطع سیمهای شبکه و ضریب قدرت مساوی در فازها انجام یافته است و در حالی که این دو شرط برقرار نباشد امکان محاسبه با حجم گسترده شبکه حتی با محاسبات کامپیوتری نیز نتیجه قابل قبولی را در بر نخواهد داشت. در اینجا هدف صرفاً نمایشی تقریبی افزایش تلفات انرژی در اثر عدم تعادل بار و زیانهای ناشی از آن می‌باشد که به همین وسیله توجه شرکتهای توزیع را به تعدیل بار فازها معطوف دارد و بنابراین با اندازه‌گیری جریان سیم نول یا جریان سیم‌های فاز میزان تلفات ناشی از نامتعادلی بار را محاسبه و بار مالی آنرا تعیین کند.
ذکر این نکته ضروری است که مساوی کردن بار فازها و متعادل نمودن آن برای صفر کردن یا کاهش جریان نول عملاً بسیار بعید و شاید غیر ممکن است و نیز ضریب قدرت هر فاز تأثیر بسزایی در جریان نول دارد. با این معنی که با متعادل کردن بار فازها زمانی جریان در سیم نول صفر خواهد شد که ضریب قدرت هر سه فاز نیز یکسان باشد. برای روشن نمودن مطلب ذکر یک مثال ضروری است :
– بار فازها متعادل و برابر ۱۰۰ آمپر منظور می‌شود :
– ضریب قدرت فازها عبارت باشند از:

با استفاده از شکل (۱-۳) روابط زیر بدست می‌آید :

شکل (۱-۳): دیاگرام برداری جهت محاسبه جریان نول
با استفاده از روابط مثلث نامشخص :
ملاحظه می‌گردد با وجودی که بار هر سه فاز متعادل و مساوی است , بعلت ضریب قدرتهای مختلف جریان نول صفر نشده است.
در بخش ۲-۱ با فرض داشتن ضریب قدرت یکسان برای سه فاز , الگوریتمی جهت متعادل کردن بار سه فاز پیشنهاد می‌گردد.

۱-۲- اثر نا متعادلی بار در افزایش تلفات ترانسفورماتورهای توزیع
چون اکثر مصرف کنندگان در شبکه‌های فشار ضعیف , تکفازند اجازه نمی‌دهند که جریان به طور یکسان بین فازها تقسیم شود. علاوه بر این استفاده از منابع تکفاز در برخی از شبکه ها نامتعادلی جریان سه فاز را به دنبال دارد. در بسیاری از کشورها ترانسهای توزیع (MV/LV) تکفازند. طرف اولیه ترانسهای توزیع , ممکن است بین یک فاز و زمین یا بین دو فاز خطوط فشار متوسط وصل شود. بنابراین در مدارهای سه فاز فشار متوسط , هم نامتعادلی ولتاژ و هم نامتعادلی جریان می‌تواند ظاهر شود [۱۷]
۱-۲-۱- عملکرد نامتعادل ترانسفورماتورهای سه فاز [۶]
در عمل ,‌باورهای تکفاز مورد نیاز مصرف کننده‌ها همواره از ثانویه‌های ترانسفورماتورهای سه فاز تأمین و تغذیه می‌گردند. اگر چه تلاشی برای متعادل نگه داشتن بارها صورت می‌گیرد , اما شرایط عدم تعادل ( عدم تقارن) در سیم پیچی‌های فاز یا عدم تعادل در بارهای تکفاز و یا به علت قطبی‌های تک فاز , باعث می‌شود در شرایط نامتعادل کار کنند.
عملکرد نامتعادل ترانسفورماتورها پدیده‌ای نامطلوب و ناخواسته است و این بدان علت است که جریان‌های نامتعادل در سیم پیچی‌های سه فاز , اثرات مضری به شرح زیر بر رفتار ترانسفورماتورها به دنبال خواهد داشت.
۱) تلفات هسته و تلفات اهمی افزایش می‌یابد به طوری که کارائی ترانسفورماتور کم می‌شود. علاوه بر این تلفات مذکور باعث ایجاد حرارت بیشتر و نتیجتاً کاهش عمر ترانسفورماتور می‌گردد.
۲) ولتاژهای فاز و خط نامتعادل و از شکل طبیعی خود خارج می‌گردند.
۳) ظرفیت باردهی ترانسفورماتور کاهش می‌یابد.
ولتاژی‌های خط یا فاز نامتعادل , اثرات زیان آوری برکار وسایل الکتریکی که به این ترانسفورماتورها متصل هستند , دارند. برای مثال , کاهش گشتاور راه اندازه‌ای و گشتاور حالت عادی , کاهش سرعت کار و کارآیی نامطلوب از جمله نتایج عملکرد موتور القائی است که از شبکه نامتعادل تغذیه می‌گردد.
برای بررسی و تحقیق هر چه دقیق‌تر رفتار ترانسفورماتورها تحت شرایط نامتعادل , باید روش مؤلفه‌های متقارن مورد استفاده قرار گیرد. موضوع و هدف این بخش تجزیه و تحلیل دقیق نیست , بلکه هدف تنها نشان دادن تصویر تقریبی از رفتار نا متعادل ترانسفورماتورهای سه فاز است.
۱-۲-۲- بارهای تکفاز روی ترانسفورماتورهای سه فاز
بارهای تکفاز بین خط و خنثی و یا بین دو خط ترانسفورماتور سه فاز , بدترین شرایط نامتعادلی را برای ترانسفورماتور مربوط بوجود می‌آروند. علاوه بر این می‌توان ادعا کرد که یک بار چند فاز نامتعادل برابر است با یک بار چند فاز متعادل و یک بار تک فاز بین خط و خنثی و یا بین دو خط , از این رو , بررسی رفتار ترانسفورماتورهای سه فاز در مقابل جریانهای تک فاز , امری ضروری است.
انواع گوناگون اتصال‌های مورد بحث در این بخش , تعادل نیروی محرکه مغناطیسی در دو طرف ثانویه و اولیه به تعیین جریان سیم پیچ‌ها کمک می‌کند. سیم پیچی اولیه و ثانویه مربوط به یکفاز به طور موازی یکدیگر رسم شده‌اند و برای سادگی , نسبت تبدیل آنها واحد فرض شده است. در شکلهای گوناگون فلش‌ها جهت جریان را مشخص می‌کنند و اعداد کنار این فلش‌ , بزرگی جریان را نشان می‌دهند.
الف ) در شکل ۱-۴ (a) دو سیم پیچی فاز و یک سیم خط , به گونه‌ای که نشان داده‌ شده , حامل جریان صفر هستند . دقت کنید که یک خط طرف اولیه حامل جریان صفر است.
ب ) در شکل ۱-۴ (b) توزیع جریان در یک ترانسفورماتور زیگراگ , ستاره (YZ) برای یک بار بین خط و خنثی در طرف ثانویه نشان داده شده است. توجه کنید که برای حفظ تعادل mmf , جریان طرف اولیه , نصف جریان طرف ثانویه است.
ج) برای اتصال DZ , بار بین دو خط طرف ثانویه فرض می‌شود. برای حفظ تعادل mmf , جریانهای فاز در طرف اولیه در شکل ۱-۴ (C) نشان داده شده است. توجه داشته باشید که جریانها در طرف ثانویه , واحد فرض شده‌اند , در حالیکه جریان در یک فاز ۱ و جریان در دو فاز دیگر طرف اولیه هستند. جریان خط طرف اولیه عبارت از جریان صفر در یک خط و جریان در دو خط دیگر می‌باشد.
د ) ترانسفورماتورهای سه فاز بدون نقطه خنثی در طرف اولیه ممکن است بتواند یا نتواند بار خط به خنثی را در طرف ثانویه تغذیه کند.

شکل (۱-۴): بار تکفاز در ترانسفورماتورهای سه فاز

۱-۲-۳- بار تکفاز خط به خنثی در ترانسفورماتورهای سه فاز
همانگونه که قبلاً بیان شد بار تکفاز به خنثی , بدترین حالت بارگذاری نامتعادل در ترانسفوماتورهای سه فاز است. در این قسمت این نوع بارگذاری نامتعادل برای ترانسفورماتورهای سه فاز بامدار مغناطیسی مجزا مورد مطالعه قرار می‌گیرد.
شکل (۱-۵) یک ترانسفورماتور سه فاز با سه مدار مغناطیسی مجزا , یا اتصال ستاره ستاره بدون نقطه خنثی در طرف اولیه را تشریح می‌کند.
به گونه‌ای که در شکل (۱-۵) نشان داده شده است به محض بارگذاری خط به خنثی در طرف ثانویه فاز A , جریان I از سیم پیچی فاز مربوط به بار عبور می‌کند. برای نسبت تبدیل واحد فازها جریان I به خاطر تعادل mmf در سیم پیچی ثانویه فاز A , در سیم پیچی اولیه فاز A جریان می‌یابد. این مطلب با رجوع به شکل (۱-۵ (a) ) معلوم و مشخص است. در فاز A بار دار شده باید که نیروهای محرکه مغناطیسی ناشی از جریان ثانویه I جریان اولیه مخالف یکدیگر باشند و از این رو :

علاوه بر این باید توجه داشت که جریان فاز A می‌باید از طریق فازهای B و C به منبع برگردد. به عبارت دیگر به گونه ای که در شکل نشان داده شده , اولیه‌های فازهای B و C مجبورند که جریان را حمل کنند.