فایل ورد قابل ویرایش

توضیحی مختصر از مقاله  :

چكيده:

فرورزونانس پديده اي است كه در سيستم قدرت الكتريكي در محلي كه يك عنصر غير خطي اندو‌كتيو تحت شرايط خاصي از طريق يك عنصر غير خطي كاپاسيتيو تغذيه مي‌شود، به وقوع مي‌پيوندد. عنصر غير خطي مي‌تواند اندوكتانس غير خطي راكتور يا ترانسفورماتور باشد. مشخصه‌هاي هسته مغناطيسي آنها در وقوع پديده نقش مهمي را ايفا مي‌نمايد. از اين رو در اين بررسي علاوه بردر نظر گرفتن مشخصه واقعي اشباع، اثرات هيسترزيس نيز مورد توجه خاص قرار گرفته است. بر اين اساس نقش پارامترهاي مختلف سيستم و مقادير بحراني آنها در تحقق فرورزونانس مورد مطالعه قرار گرفته و شرايط مرزي و نواحي مصون از فرورزونانس مشخص گرديده است. مسئله به روشهاي تحليلي و شبيه سازي مورد بررسي قرار گرفته و نشان داده شده است كه با در نظر گرفتن هيسترزيس مقادير بحراني و نواحي مصون از فرورزونانس تغيير خواهند كرد.

شرح مقاله:

مسئله فرورزونانس در سيستم‌هاي قدرت الكتريكي حائز اهميت قراواني است زيرا بر طبق گزارشات موجود اضافه ولتاژ ناشي از آن منجر به سوختن و از كار افتادن مكرر ترانسفورماتورها (‌قدرت و اندازه‌گيري) و سيستم‌هاي حفاظتي گرديده است. احتمال وقوع آن در سيستم‌هاي قدرت در موارد متعددي وجود دارد از آن جمله در ترانسفورهاتورهاي ولتاژ، خطوط انتقال و سيستم‌هاي توزيع انرژي الكتريكي مي‌باشد [1]. اين پديده عموما در اثر عمل متقابل بين اندوكتانس غير خطي ترانسفورماتور و كاپاسيتانس سيستم با وقوع يك اغتشاش پيش مي‌آيد. اغتشاش مي‌تواند قطع شدن يك يا دو خط تغذيه ترانسفورماتور،‌ شرايط نامطلوب سوئيچينگ، باز و بسته  نشدن همزمان پل‌هاي كليدهاي قدرت و  وسايل حفاظتي باشد. در سيستم توزيع،‌ زماني كه ترانسفورماتور توزيع از طريق كابل تغذيه مي‌شود، در شرايط بي‌باري و يا كم‌باري،‌ با بروز چنين اغتشاشاتي،‌ سيم پيچ ترانس از طريق كاپاسيتانس خطوط مجاور، مدار رزونانس را تشكيل مي‌دهد و با اشباع شدن هسته ترانسفورماتور،‌ فرورزونانس تحقق مي‌يابد[2]. در نتيجه ولتاژ دو سرسيم پيچ افزايش يافته و شكل موج آن تقريبا به صورت شكل موج مربعي اعوجاج مي‌يابد و جريان عبوري از آن در نقاطي كه ولتاژ تغيير جهت مي‌دهد،‌ داراي پيك هاي تند مي‌گردد كه نشان دهنده اشباع زياد هسته ترانس مي‌باشد. در خطوط انتقال انرژي دو مداره،‌ با قطع شدن يك مدار ترانسفورماتور ايزوله شده از طريق كوپلاژ خازني با مدار موازي ديگر تغذيه مي‌شود. چنانچه انرژي لازم براي اشباع آن از منبع تغذيه انتقال يابد فرورزونانس رخ مي‌دهد. اگر اين انرژي بر تلفات سيستم غلبه نمايد، پديده ادامه مي‌يـابد [3]. همانطوريكه بيان شد عنصر غير خطي اندوكتيو عموما هسته مغناطيسي ترانسفورماتور (ولتاژ يا قدرت) است و عنصر خطي كاپاسيتيو، مي‌تواند محدوده وسيعي از عناصر كاپاسيتيو (اعم از خازنهاي موجود در سيستم و يا خاصيت كاپاسيتيو اجزا سيستم) را در برگيرد و در نتيجه مكانيزم انتقال انرژي در موارد مختلف،‌ متفاوت خواهد بود. اين پديده مي‌تواند به شيوه‌هاي مختلف در ترانس ولتاژ نيز رخ دهد. اگر ترانس ولتاژ در خلال گذراي سوئيچينگ ناشي از بي‌برق كرده آن،‌ از طريق خازن دو سر كليد قدرت،‌ تغذيه شود و اگر انرژي انتقال يافته زياد باشد، ترانس در مد ولتاژ زياد (فرورزونانس) قرار مي‌گيرد [4]. در اغلب موارد مي‌توان با اعمال قضيه تونن براي طرف تغذيه عنصر غير خطي،‌ مدار را به مدار تكفاز ساده رزو نانس تبديل كرد. همچنين گاهي مي‌توان سيستم سه فاز را به دو يا سه قسمت تجزيه كرد كه در هر يك از اين قسمت‌ها پديده بطور يكسان رخ مي‌دهد و هر قسمت يك مدار رزونانسي ساده است. از اين دو در تجزيه تحليل اين پديده غالبا يك مدار پايه،‌ مورد استفاده قرار گرفته است. از آنجائيكه مشخصه مغناطيسي ترانسفورماتور در وقوع اين پديده نقش مهمي را ايفا مي‌نمايد چگونكي مدل كردن آن حائز اهميت فراواني است. نمايش آن بصورت قطعه قطعه خطي با دو يا سه شيب توسط تعدادي از مولفين بكار رفته است [4]. مدلهاي نسبتا دقيق‌تري همچون چند جمله‌اي مرتبه سوم تا پنجم نيز مورد مطالعه، قرار گرفته است [6ـ5]. روشن گرديد كه چنين مدلي براي ترانسفورهاي با ظرفيت پايين مناسب است ليكن اين مدل نمي‌تواند براي ترانسهاي جديد با ظرفيت بالا مناسب باشد و قادر نيست كه بعد از نقطه زانو از مشخصه مغناطيسي ترانسفورماتور تبعيت نمايد،‌ از اينرو چند جمله‌اي با مرتبه بالاتر يعني مرتبه يازدهم براي مدل كردن مشخصه معناطيسي پيشنهاد گرديد [7]. در تمامي اين مطالعات از پديده مهم هسته مغناطيسي يعني پديده هيسترزيس صرفنظر گرديده است. هدف ما در اين مطالعه اين است كه مشخصه مغناطيسي ترانسفورماتور را با در نظر گرفتن هيسترزيس مدلسازي نماييم و پديده فرورزونانس را با در نظر گرفتن اثر آن مورد تجزيه و تحليل قرار دهيم. نتايج بدست آمده در اين مطالعه با آنچه كه از صرفنظر كردن هيسترزيس بدست آمده [7]،‌ مقايسه شده است. نتايج نشان مي‌دهندكه مقادير بحراني پارامترها شرايط مرزي و نواحي مصون از فرورزونانس تغيير مي‌يابند. بخصوص در تراتسفورماتورهائيكه داراي حلقه هيسترزيس باريك نمي‌باشند،‌ اين تغييرات قابل اغماض نيست.