پایان نامه خازن گذاری در شبکه های توزیع برای کاهش تلفات و بهبود ضریب توان

تعداد صفحات: ۱۱۷ | قابل ویرایش

فهرست مطالب

عنوان                                           صفحه

فصل اول :

مفاهیم اساسی ……………………………. ۷

فصل دوم :

منابع مصرف کننده توان راکتیو سلفی در شبکه ….. ۲۱

فصل سوم :

اثرات خازن های موازی در سیستمهای قدرت ……… ۳۴

فصل چهارم :     

توابع هدف ………………………………. ۶۴

فصل پنجم :

بررسی چند مقاله از IEEE………………………………………………. 80

ضمائم ………………………………….. ۱۰۴

ساختار مکانیکی و الکتریکی خازن

هرگاه اختلاف پتانسیلی بین دو صفحه ی هادی که در فاصله ی کمی از هم قرار گرفته اند، اعمال شود انرژی الکترواستاتیکی در سیستم موجود ذخیره می گردد که صفحات فلزی بعنوان الکترود و فضای بین آنها دی الکتریک نامیده می شود. اندازه ی توانایی عایق یا دی الکتریک در ذخیره سازی انرژی الکتروستاتیکی ثابت دی الکتریک یا پرمابیلیته نامیده می شود.

ثابت دی الکتریک تمام عایق ها معمولاً نسبت به هوا سنجیده می شود که ضریبی از دی الکتریک هوا می باشد. ثابت دی الکتریک هوا برابر۸.۸۵×۱۰^-۱۲  است که آنرا با علامت  می شناسیم و واحد آن نیز فاراد برمتر است (F/m) و ثابت نسبی دی الکتریک تمام عایقها که ضریبی از ثابت هوا هستند را با ε_r نمایش می دهیم که این مقدار برای هوا یک است. در جدول ۱-۱ اندازه ای ε_r برای بعضی عایقها آورده شده است.

خازن قدرت

در نگاه اول به نظر می رسد که خازن وسیله ی ساده ای است در حالی که در عمل خازن قدرت وسیله ای پیچیده و کاملاً فنی است که در آن از مواد دی الکتریک بسیار نازک که با فرآیندی کاملاً تخصصی ساخته می شود، استفاده شده است. به صورتی که فیلمهای فلزی مطابق شکل ۲-۱ روی هم قرار گرفته و تا رسیدن به ظرفیت مطلوب بدور محور پیچیده می شود.

مطابق شکل سه کویل خازن روی هم قرار گرفته و توسط چند رشته سیم به صورت مثلث بهم متصل می شود.

 پس از قرارگرفتن کاغذ کرافت دور این کویلها، کل مجموعه در داخل بدنه‌ی استوانه ای شکل آلومینیومی قرار گرفته و فضای خالی با گرانول پر می گردد و نهایتاً سه سرسیم خروجی برروی ترمینالها لحیم می شود. مجموعه ی حاصل شده یک عنصر خازنی نامیده می شود.

از این عناصر خازنی در مراکز صنعتی برای اصلاح ضریب توان استفاده می شود. برای استفاده  خازن در سیستمهای قدرت و توزیع، عناصر خازنی برای رسیدن به سطح ولتاژ مطلوبی که بتوان در سیستم قدرت و توزیع استفاده کرد، سری می شوند و برای رسیدن به ظرفیت های بالاتر خازن ها را موازی می کنند.

منابع مصرف کننده ی توان راکتیو سلفی در شبکه

اغلب دستگاهها و مصرف کنندگان الکتریکی برای انجام کار مفید نیازمند مقداری توان راکتیو سلفی برای مهیا کردن شرایط لازم برای انجام کار هستند از مهمترین منابع مصرف کننده ی توان راکتیو سلفی می توان به موتورها، ترانسفورماتورها، خطوط هوایی و کابلها، مشترکین (صنایع، خانگی) ، دستگاههای مورد استفاده در صنایع از جمله، کوره های القایی، کوره های قوس الکتریکی، سیستم های جوشکاری DC, AC مصرف کنندگان با تجهیزاتی که دارای مشخصه ی غیرخطی هستند، مبدلهای DC/AC, AC/DC ، AC/AC و چاپرها و بسیاری دیگر از مصرف کننده ها. برای نمونه تعدادی از این مصرف کننده های توان راکتیو سلفی را به طور اختصار بررسی می کنیم.

موتورها

موتورهای الکتریکی A.C برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی، نیازمند تولید شار مغناطیسی در فاصله ی هوایی موتور هستند. ایجاد شار در فاصله ی هوایی نیازمند کشیدن جریان از شبکه است. این جریان توسط کلافهای سیم پیچی شده ی موتور که درصد کمی از امپدانس آن اهمی و بقیه ی آن سلفی است تأمین می شود.

این جریان پس افتی، موتور را یک مصرف کننده ی توان راکتیو سلفی می سازد که با افزایش بار مکانیکی جریان موتور افزایش یافته و راکتیو مصرفی نیز افزایش می یابد. معمولاً موتورها را بزرگتر از بار موردلزوم انتخاب می کنند بنابراین هیچگاه به بار نامی خود نمی رسند و این باعث می شود که با P.F پائین تر در مصارف استفاده شود و P.F کمتر یعنی cosθ کمتر و sinθ ای بیشتر و در نتیجه طبق معادله ی Q,(1-10) سلفی مصرفی بالاتر.

ترانسفورماتورها

جریان بی باری یا همان جریان مغناطیس کنندگی هر ترانسفورماتوری دارای دو مولفه می باشد یکی از مولفه ها هم فاز با ولتاژاعمالی به ترانسفورماتور است و به همین دلیل با R_C مدل سازی می شود و نمایانگر تلفات هسته می باشد، مولفه ی دیگر که عمود بر ولتاژ اعمالی است و ۹۰ درجه عقب‌تر از آن با X_m مدل می شود و معمولاً مؤلفه‌ی اهمی جریان مغناطیس کنندگی کمتر از ۱۰ درصد مولفه ی سلفی است و می توان کل جریان مغناطیس کنندگی را سلفی درنظر گرفت. و با این فرض که به واقعیت نزدیک است می توان راکتیو مصرفی را در ترانسفورماتورهای هوایی و زمینی kv 20 و ولتاژهای بالاتر را به صورت زیر محاسبه کرد.

جریان بی باری برای ترانس های هوایی ۲.۵ درصد و برای ترانس های زمینی ۷/۱ درصد می باشد طبق یک آمار در کل تهران توان راکتیو بی باری بالغ بر ۲۳۰ Mvar می باشد که به صورت ثابت از شبکه دریافت می شود.

امپدانس- درصد هر ترانسفورماتور که در بار نامی مشخص می‌شود، سازندگان ترانسفورماتور برروی پلاک آن درج می کنند و در سیستمهای قدرت و توزیع از قسمت اهمی این امپدانس صرفنظر می شود. و در دیاگرامهای تک خطی نیز فقط به صورت یک سلف، سری با عناصر دیگر شبکه شبیه سازی می شود با استفاده از امپدانس- درصد داده شده می توان امپدانس سری ترانسفورماتور را بدست اورد.

منابع

۱-Electric Power Distribution System Engineering

By: Turan Gonen

۲- Power System Analysis

By: Grainger . JohnJ. Stevenson Wiliam

۳- Power System Analysis and Design

By: Glover, J. Doncan

۴- راهنمای خازن گذاری در شبکه های توزیع مرکز تحقیقات نیرو (متن)

۵- استاندارد خازنهای مورد استفاده در شبکه های توزیع مرکز تحقیقات نیرو

۶- راهنمای اصلاح ضریب توان شرکت FRAKO

۷- پایانه های کارشده با دکتر حقی فام در دانشگاه آزاد واحد تهران جنوب