جایابی مناسب تنظیم گرهای ولتاژ و انتخاب بهینه نقطه تنظیم ا ن در خطوط توزیع جاسم ده گری شرکت توزیع نیروی برق هرمزگان چکیده مقاله : برای نگهداری ولتاژهای توزیع در حدود مجاز باید وسایلی برای کنترل و جلوگیری از افت ولتاژ فراهم کرد که معمولا در خطوط با طول بسیار بلند که افت ولتاژ در طول مدار بیش از حد می باشد برای تنظیم سراسری ولتاژ سیستم توزیع از تنظیم گرهای ولتاژ استفاده می گردد.که می تواند راهکار مناسبی برای جبران افت ولتاژ در فیدرهای بلند باشد.در این مقاله به تا ثیر جایابی مناسب تنظیم گرهای ولتاژ و انتخاب نقطه بهینه ا ن بر روی یک فیدر نمونه که داده های ا ن معلوم هستند پرداخته و مشاهده شد که با کارکرد بخردانه تنظیم گرهای ولتاژ میتوان طول فیدر را افزایش داد و یا بیشتر بار زد. واژه های کلیدی : - مقدمه : تنظیم گر ولتاژ جبران افت خط افت ولتاژ پهناي باند تنظیم گرهای ولتاژ اتوترانسفورماتورهایی داراي سركهاي تنظيم خودكار مي باشند. محدوده تغييرات سركهاي يك ± 5 تا 0 ± درصد و از 4 تا 32 پله قابل تنظیم و از نوع پله ای یا نوع القایی اندکه بصورت تنظيم گر از تكفاز و سه فاز قابل استفاده مي باشد. نوع ايستگاهي ا ن تک فاز یا سه فاز و نوع توزیعی ا ن فقط تکفاز است و بر روی پایه های فیدر اولیه نصب می گردد.[ [ تنظیم گرهای ولتاژ برای تنظیم ولتاژ جداگانه هر فیدر و تا مین ولتاژ ثابت معقولی در نقطه مصرف کاربرد زیادی دارد بدین ترتیب که ولتاژ را بدون در نظر گرفتن اندازه بار یا ظرفیت توان ا ن در نقطه تنظیم معینی ثابت نگه می دارد. جبرانگر افت خط که برای کاهش دادن افت ولتاژ ناشی از امپدانس خط می باشد کنترلهای تپ چنجر را برای کنترل ولتاژ تنظیم می كند و حفظ خودکار ولتاژ را با تنظیم دکمه های مدرج عناصر مقاومتی و راکتانس که در تابلوی کنترل تنظیم گر قرار دارد انجام میدهد.[ ] بنابراين تنظيم گرها
م- 2 علاوه بر اتوترانسفورماتور دو مولفه ديگر يكي به نام مكانيزم تغيير دهنده تپ در پاسخ به يك كنترل كننده حساس به ولتاژ كه تپ هاي سيم پيچ را به طور خودكار در زير بار تغيير دهد تا ولتاژ خروجي از پيش تعيين شده اي را حفظ كند. ديگري مكانيزم كنترل با دريافت وروديهاي خود از ترانسفورماتورهاي پتانسيل و جريان تراز ولتاژ و پهناي باند را كنترل مي كند. درمدت پرباری ولتاژ در پایانه های خروجی تنظیم گر بیشترین افزایش و در مدت کم باری کمترین اقزایش را خواهد داشت.مقدار افزایش مستقیما با جریان خط و افت ولتاژ بین پایانه های تنظیم گر و نقطه تنظیم ولتاژ ا ن (نقطه بار مرکزی) متناسب است. نقطه تنظیم در مکانی بین تنظیم گر و ته فیدر تعیین می گردد.[ 2 [ دار داخلي جبرانگر افت خط : شکل های زیر نمودار طرح واره و نمودار فاز برداری مدار کنترل و جبرانگر افت خط در یک تنظیم گر را نشان می دهد. شکل - مدار داخلی جبرانگر افت خط در تنظیم گرها شکل 2- نمدار فاز برداری مدار کنترل جبرانگر افت خط جبرانگر افت خط برای تنظیم و چگونگی افزایش ولتاژ برای یک سطح جریان معین از یک فیدر نمونه از تنظيم گر اندازه گيري مي شود. CT و PT مدل امپدانسی شكل (2) پیروی می کند. جريان و ولتاژ خط بوسيله مقادير مقاومت و راكتانس تنظيمي با توجه به اندازه و نوع هادي و نيز با توجه به بار فرضي توزيع در طول فيدر براي جبران افت خط تنظيم مي گردد. اين تنظيم بايستي در نقطه تنظيم ولتاژ, ثابت نگه داشته شود. 3- فرمول بندي جهت محاسبه جبرانگر افت خط : : تنظیم مناسب جبرانگر افت خط به این بستگی دارد که ا یا در فاصله بین تنظیم گر و نقطه تنظیم باری از فیدر منشعب شده است یا نه. R و X به صورت زیر اگر در فاصله بین تنظیم گر و نقطه تنظیم باری از فیدر منشعب نگردد. تنظیم درجه تعیین می گردد CT P V ( ) R Re g = R eff PT N 2
CT P و PT N به ترتیب ظرفیت اولیه ترانسفورماتور جریان و سبت تبدیل تراسفورماتور ولتاژ بطوریکه تنظیم گر می باشد. نیز مقاومت موءثر هادی فیدر توزیع بین ایستگاه تنظیم گر و نقطه تنظیم میباشد که از رابطه زیر Reff به دست می ا ید : [ km] l s Reff = ra 2 [ ohm ] (2) که - r a مقاومت هادی بین ایستگاه تنظیم گر و نقطه تنظیم ohm و - s طول فیدر سه فاز بین ایستگاه تنظیم گر و نقطه تنظیم بر حسب کیلومتر و - l طول فیدر اولیه توزيع بر حسب کیلومتر تنظیم درجه جبرانگر افت خط را نیز می توان چنین حساب کرد : X Re g CT P X Re g = X eff PT N ohm ( 3) راکتانس موءثر هادی فیدر توزیع بین ایستگاه تنظیم گر و نقطه تنظیم میباشد که از رابطه زیر Xeff حاصل می شود : X eff l s = xl 2 ohm ( 4) xl که راکتانس القایی هادی فیدر می باشد. [ ohm km] حال اگر در فاصله بین ایستگاه تنظیم گر و نقطه تنظیم باری از فیدر منشعب گردد تنظیم R و X درجه جبرانگر افت خط را می توان همچنان ار معادله های () و (3) به دست ا ورد اما محاسبه Reff و X eff تا حدی پیچیده تر است. بنابراین لوکای [3] معادله های زیر را اراي ه می دهد : Reff n VD R i i = = I L ohm ( 5) که در ا ن n VDR i i = می باشد. برابر کل افت ولتاژ ناشی از مقاومت خط بین ایستگاه تنظیم گر و نقطه تنظیم به ولت می باشد. I L نیز مقدار جریان بار در مکان تنظیم به ا مپر می باشد. تنظیم درجه X جبرانگر افت خط را نیز بهمین ترتیب می توان از معادله لوکای[ 3 ] زیر به دست ا ورد : X eff n VD X i = i = I L 3
به همین ohm ( 6) VD X i i = برابر کل افت ولتاژ ناشی از راکتانس خط بین ایستگاه تنظیم گر و نقطه تنظیم n ترتیب به ولت می باشد. کیلوولت ا مپر نامی تنظیم گرهای نوع توزیعی از رابطه زیر [] تعیین می گردد : [ KVA ] (7) که در ا ن ( %) Rmax محدوده تغییرات ولتاژ بر حسب درصد و Sckt کیلوولت ا مپر مدار می باشد. برای تعیین افت ولتاژ فیدر توزیع از فرمولهای به شرح زیل استفاده می گردد : = K ( S3φ ( s S3φ ) L) s + K (( s S3φ L) ) ( s 2) [ puv ] ( 8) در رابطه (8) داریم : - VD افت ولناژ بين پست وايستگاه تنظيم گر بر حسب پريونيت - K درصد افت ولتاژ بر كيلوولت ا مپر كيلومتر خط - S3 بار پيك سه فاز يكنواخت توزيع شده بر حسب كيلوولت ا مپر φ s و - L به ترتیب فاصله از پست و طول خط برحسب كيلومتر و بالاخره مقدار افت ولتاژ فيدر از محل استقرار تنظيم گر تا انتهاي فيدر بر طبق رابطه زير محاسبه مي گردد : VD ( S ' ' ( )) ( ' 3φ s S3φ l s + K s S3 ( l s) ) s 2 VDS = K φ puv ( 9) 4 م - - S ' 3φ پيك بار سه فاز با توزيع يكنواخت در فاصله s برحسب كيلوولت ا مپر شخصات فيدر نمونه : S Re g = ( ) %Rmax 2 Sckt این فیدر از نظر مکان جغرافیایی یکی از فیدرهای موجود در شبکه توزیع شهرستان بستک واقع در هرمزگان بامشخصات زیر می باشد : استان نوع هادی ا ن ا لومینیم- فولاد با سطح مقطع 50 میلی متر مربع و طول ا ن در حدود 20 کیلومتر است. در فصل تابستان با توجه به افزایش بار بار اوج ا ن به 422 کیلوولت ا مپر با ضریب توان پس فاز 0.9 میرسد و فرض می شود بار ا ن در طول فیدر به طور یکنواخت توزیع شده و نوع واندازه هادی در تمام طول ا ن یکسان باشد. 5- معيارهاي ولتاژ بر طبق مشخصات فيدر نمونه : با توجه به اینکه حداکثر افت ولتاژ در نظر گرفته شده در سمت ثانویه (فشار ضعیف) %4 باشد بیشترین ولتاژ در سمت ثانویه.0455 پریونیت و کمترین ا ن 0.9545 پریونیت می گردد. بنابراین بیشترین ولتاژ در نظر گرفته شده در سمت اولیه (فشار متوسط) در بار اوج با در نظر گرفتن نزدیک ترین مشترک به تنظیم گر برابر.0855 یا (.0455+0.04) پریونیت فرض می شود و بهمین ترتیب 4
بیشترین ولتاژ اولیه در بار اوج با در نظر گرفتن دورترین مشترک به تنظیم گر برابر 0.9945 یا (0.9545+0.04) پریونیت می گردد. بیشترین ولتاژ در نظر گرفته شده در بار صفر نیز.05 پریونیت فرض می شود. پهنای ) BW ( رله تنظیم گر ولتاژ ) VRR ( در پهنه تقریبی از تا 6 ولت قابل تنظیم است که به فر ض باند ولت یا 0.00833 پریونیت در مبنای 20 ولت که ثانویه ترانسفورماتور ولتاژ داخل تنظیم گر می باشد در نظر گرفته شده است.بنابراین با توجه به پهنای باند معیار ولتاژ در بار اوج و در بار صفر طبق رابطه زیر تعیین میگردد : مقدار ماکزیمم در بار اوج : V =. 0855 BW مقدار مینیمم در بار اوج : V P, Pu =.0855.0083 =.0772 = 0. 9945 BW = 0.9945 +.0083 =.0028 و به همین ترتیب مقدار ماکزیمم و مینیمم معیار ولتاژ در کم باری به ترتیب برابر با.047 و.0028 پریونیت می باشند. P, Pu + 6- بررسي ولتاژ فيدر نمونه بوسيله منحني ولتاژ : در ابتدا ولتاژ فیدر مربوطه را با توجه به معیارهای فوق و افت ولتاژ ا ن بر طبق رابطه (8) و بدون نصب تنظیم گرهای ولتاژ به صورت شکل زیر مشاهده می گردد :. V (pu ).0 5 0.9 5 0.9 0.8 5 0.8 0.7 5 0 2 0 4 0 60 80 0 0 20 L (k m ) شکل 3 -ولتاژ فيدر نمونه بدون نصب تنظيم گر ولتاژ در شکل( 3 ) مشاهده می گردد که ولتاز از کیلومتري ابتداي خط تا انتهای ا ن از مقدار مینیمم معیار ولتاژ کمتر بوده و افت ولتاز بیش از حد می باشد.بنابراین بایستی از یک تنظیم گر ولتاژ استفاده نمود تا افت ولتاژ ایجاد شده برطرف گردد.بدین ترتیب از یک تنظیم گر ولتاژ که نقطه تنظیم ا ن در ایستگاه تنظیم تعیین شده استفاده ميكنيم. بنابراين تنظيم رله تنظيم گر ولتاژ براي بيشترين ولتاژ اوليه مجاز با در نظر گرفتن پهناي باند برابر است با : VRR =.05 0.0083 =. 042pu با نصب تنظیم گر و در نظر گرفتن معیارهای ولناز ولتاز فیدر به شکل زیر مشاهده می گردد : 5
V(pu).05 0.95 0.9 0.85 0.8 0 20 40 60 80 00 20 L(km) شکل 4 -ولتاژ فيدر نمونه با نصب تنظيم گر و نقطه تنظيم در خود تنظيم گر در شکل (4) مقدار افت ولتاژ تا حدودی بهبود یافته ولی میزان معیارهای فوق را برا ورده نمی کند. بدین منظور نقطه تنظیم را به انتهای خط منتقل می کنیم که در این حالت طبق رابطه (9) و با توجه به اینکه ولتاز نقطه تنظیم را بطور فرضی برابر با پریونیت بگیریم مقدار ولتاز رله تنظیم تنظیم گر با توجه به مقادیر جبرانگر افت برابر.0775 پریونیت بدست می ا ید بطوريكه ولتاژ نقطه تنظيم همواره براي بار سالانه برابر باشد.منحني ولتاژ مربوطه در شكل زير مشاهده مي گردد : 0.85 0 20 40 60 80 00 L(km) 20 شکل 5- ولتاژ فيدر نمونه با نصب تنظيم گر و نقطه تنظيم در انتهاي فيدر خط ) X (,R صفر و بار اوج. V(pu).05 0.95 0.9 در شکل (5) ولتاز انتهای خط به 0.88 پریونیت یعنی به 7 کیلوولت افزایش داده شده لست. هرچند معیارها را برا ورد نمی کند اما می توان با در نظر گرفتن و جایابی تنظیم گر دیگری همراه با تنظیم گر قبلی ولتاژ انتهای خط را بهبود بخشید.دراین صورت ولتاژ فیدر با بکار بردن دو تنظیم گر ولتاژ به صورت زیر می گردد :.5 V(pu)..05 0.95 0.9 0 20 40 60 80 00 20 L(km) شکل 6- ولتاژ فيدر نمونه با نصب دو تنظيم گر و نقطه تنظيم در انتهاي فيدر 6
با تاثير تنظيم گر دوم ولتاژ در انتهاي خط تا حدود زيادي بهتر از حالت قبل شده است. اما نظر به اينكه طول خط بسيار بلند مي باشد كمينه ولتاژ در انتهاي ا ن پايين تر از معيار در نظر گرفته شده ميباشد. كمينه ولتاژ انتهاي خط 0.955 پريونيت يا 9. كيلوولت مي باشد كه ميتوان با بالا بردن تپ ترانسفورماتورهاي توزيع اين افت را تا اندازه اي جبران نمود.البته با صرف هزينه بيشتر در بكار بردن تنظيم گر سومي ميتوان معيارهاي ولتاژ را به شكل مطلوبي برا ورد نمود.در اين حلت ولتاژ نقطه تنظيم تنظيم گر سوم در.04 پريونيت و در انتهاي خط تنظيم شده است.شكل زير بيانگر اين واقعيت مي باشد :. V(pu).08.06.04.02 0.98 0 20 40 60 80 00 20 L(km ) شکل 7- ولتاژ فيدر نمونه با نصب سه تنظيم گر و نقطه تنظيم در انتهاي فيدر با توجه به منحني هاي فوق نتيجه مي شود كه براي كاهش دادن افت ولتاژ و بهبود ولتاژ بطور سراسري در فيدر مورد بحث با توجه به طول بسيار بلند ا ن بايستي از سه تنظيم گر استفاده نمود تا معيارهاي ولتاژ رعايت گردد. بنابراين مشاهده مي شود كه براي داشتن ولتاژ مطلوب تنظيم گرها را بايستي به ترتيب در نقاط و 35 و 67 كيلومتري ابتداي فيدر نصب نمود. 7- انتخاب بهينه مكان نقطه تنظيم ولتاژ : جدول زیر میزان افت ولتاژ فیدر توزیع نمونه را با توجه به افزایش طول ا ن نشان می دهد.نقاط مشخص شده در جدول زیر نقاط تنظیم ولتازهاي فرضي در روی فیدر با افت ولتاژ متناظر با ا ن می باشد. مشاهده می شود که با انتقال نقطه تنظیم به انتهای خط افت ولتاژ متناظر با ا ن نیز افزایش می یابد. بنابراین استنباط می شود که هر چه نقطه تنظیم ولتاژ به انتهای فیدر نزدیک تر باشد دامنه بیشتری از افت ولتاژ را می پوشاند و باعث کاهش دامنه بیشتری از افت ولتاژ می گردد. L ( km) 65.7 7 8 9 0 20 ( pu) VDs 0.00077 0.0384 0.09928 0.336 0.653 0.907 0.2096 جدول - افت ولتاژ مربوط به نقاط انتخاب شده بر روی فیدر با توجه به منحني هاي فوق مشاهده مي شود كه جاي مناسب تنظيم گر مكاني است كه ولتاژ خط در ا ن مكان از كمينه معيار ولتاژ در نظر گرفته شده كمتر باشد. 7
8- جمع بندي و نتيجه گيري : در اين مقاله تاثير تنظيم گرهاي ولتاژ بر روي فيدر توزيع نمونه مورد بررسي قرار گرفت و مشاهده شد كه با نصب تنظيم گرها بر روي خطو ط توزيع مقدار افت ولتاژ به ميزان خوبي كاهش يافته و ولتاژ مطلوبي را در انتهاي خط خواهيم داشت.بدين ترتيب با كاهش افت ولتاژ مي توان طول خط را افزايش داد و يا اينكه بار خط را افزايش داد. همچنين ملاحظه شد كه هر چه نقطه تنظيم ولتاژ به انتهاي خط نزديك تر باشد ولتاژ مطلوب تري را در انتهاي خط خواهيم داشت و افت ولتاژ بيشتري را مي توان كنترل نمود. همچنين تنظيم گرها نيز براي كنترل افت ولتاژ فيدرها بطور جداگانه استفاده مي گردد و جاي مناسب ا ن مكاني از خط توزيع است كه ولتاژ خط در اثر افزايش طول پايين تر از كمينه معيار ولتاژ كمتر باشد. -9 مراجع : [] توران گونن ترجمه مهندس مصطفي رضايي سارويي مهندسي توزيع برق مركز نشر دانشگاهي تهران سال 375 [2] ANSI C84.-989, American Nnational Standard for Electric power System and Equipment Voltage Ratings. [3] IEEE Committee Report: Proposed Definitions of Terms for Repotring and Analyzing Outages of Electrical Transmission and Distribution Facilities and Interruptions, IEEE Trans. Power Appar. Syst.vol. 87, no. 5,May 968,pp.38-23. [4] An Assessment of Distribution System Power Quality: Volume 2: Statistical Summary Report, EPRI TR-06294-V2, palo Alto,California, May 996. 8