مقدمه
توسعه روز افزون سیستم های توزیع انرژی
الکتریکی و همچنین افزایش به هم پیوستگی درشبکه های قدرت به دلیل نیاز به
بالا بودن ظرفیت آنها منجر به افزایش سطح اتصال کوتاه و جریانهای خطای
بزرگتر و در نتیجه ازدیاد گرمای حاصله ناشی از عبور جریان القایی زیاد در
ژنراتورها ، ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات و همچنین کاهش قابلیت اطمینان
شبکه می شود. با وجود رعایت تمامی موارد مربوط به ایمنی سیستم قدرت ، وقوع
اتصال کوتاه در شبکه های قدرت امری اجتناب ناپذیر می باشد. در زمان اتصال
کوتاه صرف نظر از آسیبی که به خاطر بروز قوس الکتریکی به نقطه اتصال کوتاه
وارد میشود، جریانهای عظیمی که از ژنراتورها به طرف نقطه عیب جاری می شود
سبب وارد شدن تنش های دینامیکی و حرارتی بالا به تجهیزات سیستم قدرت ازقبیل
خطوط هوایی، کابلها، ترانسفورماتورها و کلیدهای قدرت می شود. عبور چنین
جریانی از شبکه نیاز به تجهیزاتی دارد که توانایی تحمل این جریان را داشته
باشند و برای قطع این جریان نیازمند کلیدهایی با قدرت قطع بالا هستیم که
هزینه های سنگینی به سیستم تحمیل می کند.کلیدهای قدرت مورد استفاده در شبکه
برای عملکرد کامل نیازمند زمانی معادل چند سیکل(چند میلی ثانیه) می
باشد. عبور مقادیر بزرگ جریان از خطوط و تجهیزات سیستم قدرت در همین چند
سیکل می تواند موجب تخریب جدی تجهیزات شود زیرا جریان اتصال کوتاه در لحظات
اولیه بویژه در پریود اول موج جریان دارای بیشترین دامنه است و بیشترین
اثرات مخرب ازهمین سیکل های اولیه ناشی می شود. این امر در صورت بالا بودن
جریان های اتصال کوتاه و عبور آن از سطح عایقی کلیدهای قدرت ممکن است موجب
برقراری یک اتصال کوتاه دایمی شود. افزایش سطح اتصال کوتاه در بعضی از
مناطق باعث شده جریان های اتصال کوتاه تا حد مقادیر نامی تجهیزات شبکه
افزایش یابد و یا حتی در بعضی حوزه ها مقادیر نامی تجهیزات جوابگوی نیاز
نباشد و نیاز به تعویض آنها درخواست شود. بنابر این در سالهای اخیر به
تجهیزاتی که توانایی محدود کردن جریان اتصال کوتاه داشته باشند، توجه ویژه
ای شده است. محدود ساز جریان خطا بلافاصله بعد از وقوع خطا در مدار قرار می
گیرد و توانایی دارد تا تمام جریان های اضافی را که بزرگتر از جریان شبکه
باشند با زمان پاسخگویی حداکثر نیم سیکل محدود کند. محدود کننده های جریان
اتصال کوتاه طراحی شده در دهه های اخیر، عناصر سری با تجهیزات شبکه هستند.
این تجهیزات در حالت عادی مقاومت کمی در برابر عبور جریان از خود نشان می
دهند،اما پس از وقوع اتصال کوتاه در لحظات اولیه شروع جریان، مقاومت آنها
یکباره بزرگ شده و از بالا رفتن جریان اتصال کوتاه جلوگیری می کنند. این
تجهیزات پس از هر بار عملکرد باید قابل بازیابی بوده و در حالت مانگار
سیستم باعث ایجاد اضافه ولتاژ و یا تزریق هارمونیک به سیستم نشوند. سیستم
هایی که از محدود کننده های جریان اتصال کوتاه استفاده میکنند دو مزیت
اساسی زیر را دارا می باشند:
1. تجهیزات سیستم قدرت این اجازه را پیدا
می کنند تا در زمان اتصال کوتاه بدون هیچگونه تنش حرارتی و دینامیکی تا
عملکرد کامل کلیدهای قدرت به کار عادی خود ادامه دهند.
2. نیاز به تعویض تجهیزات سیستم قدرت و افزایش مقادیر نامی اتصال کوتاه در آنها مرتفع شود و یا دست کم به آینده موکول شود
بنابراین
صاحبان این شبکه ها این امکان را پیدا می کنند تا از تجهیزاتی با مقادیر
نامی پایین تر استفاده کرده و صرفه جویی بالایی را در هزینه ها داشته
باشند. استفاده از FCL ها حتی در شبکه هایی که نیاز به این تجهیزات وجود
ندارد مزایای زیادی می تواند داشته باشد که در زیر به چند مورد اشاره شده
است:
1. بهبود کیفیت توان با کاهش افت ولتاژ در زمان اتصال کوتاه
2. بهبود پایداری سیستم قدرت
3. کاهش حداکثر گشتاور الکتریکی و مکانیکی ژنراتورها
4. کاهش جریان هجومی ترانسفورماتورها وموتورها
برای
مقابله با افزایش سطح اتصال کوتاه روشهای مختلفی تا به حال پیشنهاد شده
است که اکثر آنها در مرحله آزمایش می باشند و تا به حال کاربرد عملی نداشته
اند به نظر می رسد موثرترین و مفیدترین روشی که تا به حال برای این مشکل
پیشنهاد داده شده است، استفاده از محدود کننده های جریان اتصال کوتاه می
باشد. بنابراین در ادامه با ساختارهای مختلف محدود کننده های جریان اتصال
کوتاه بیشتر آشنا می شویم و در فصل آتی ضمن بیان مطالبی در مورد اتصال
کوتاه، عوامل تولید آن، خسارات ناشی از آن، به بررسی سطح اتصال کوتاه
تجهیزات سیستم قدرت پرداخته و مشارکت انواع ژنراتورها را در تولید پیک
جریان اتصال کوتاه و مقدار نامی آن را بررسی نموده و سپس روشهای مقابله با
افزایش سطح اتصال کوتاه را مورد بررسی قرار می دهیم و در این اثنا به
FCLها اشاره نموده و مختصری در مورد تاریخچه آنها صحبت خواهیم کرد. از آنجا
که یکی از FCLها از نوع ابر رساناها میباشد لذا به ابررساناها اشاره کرده و
از آنجا که انواع مهم تمرکز پژوهش جاری بیشتر روی این نوع از محدود کننده
هااست به بررس اجمالی ابررساناها پرداخته و تاریخچه آنها را بیان می کنیم
کاربردهای مختلف آنها را در بخشهای مختلف سیستم قدرت مورد ارزیابی قرار
داده و سپس مزایای استفاده از محدود کنندههای ابر رسانا را بیان خواهیم
کرد. در فصل سوم ساختارهای مختلف FCL ها را می شناسیم و مدارات الکتریکی
و نحوه عملکرد آنها را تشریح و معرفی می کنیم تا اینکه در پایان این فصل
محدودکننده های نوع ابر رسانا همچنین نوع غیر ابر رسانای راکتور DC را
معرفی میکنیم تا اینکه در فصل چهارم به آنالیز شبیه سازی ساختار سه فاز
محدود کننده های نوع فوق هادی و غیر فوق هادی پرداخته و آنها را در حالت
کار عادی شبکه، در هنگام بروز اتصال کوتاه، و پس از رفع اتصال کوتاه مورد
بررسی قرار می دهیم و با معرفی یک ساختار تکمیل شده به یک نتیجه مطلوب از
بحث جاری خواهیم رسید.
