فایل نقش توان راکتیو در شبکه های انتقال و توزیع

دانلود پایان نامه بررسی نقش توان راکتیو در شبکه های انتقال و توزیع
این پروپوزال در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد

توضیحات:

فهرست مطالب :
فصل اول :

جبران بار

مقدمه   02

اهداف در جبران بار  05

جبران کننده ایده ال   07

ملاحظات علمی

بارهایی که به جبران سازی نیاز دارند   08

مشخصات یک جبران کننده بار   08

تئوری اساسی جبران بار

اصلاح ضریب توان و تنظیم ولتاژ در سیستم تک فاز   09

ضریب توان و اصلاح آن   10

جدول 1 : توان راکتیو لازم جهت جبران کامل در ضریب توان های مختلف 13

بهبود ضریب توان ....................................13

جبران برای ضریب توان واحد ......................... 15

تئوری کنترل توان راکتیو در سیستم های انتقال الکتریکی در حالت ماندگار ........ 16

جدول 2 : مزایا و معایب انواع وسایل جبران کننده در سیستم انتقال ..........16

نیازمندی های اساسی در انتقال توان AC .................. 17

خطوط انتقال جبران نشده

پارامترهای الکتریکی ......................... 19

خط جبران نشده در حالت بارداری

اثر طول خط توان بار و ضریب توان بر ولتاژ و توان راکتیو ...... 20

جبران کننده های اکتیو و پاسیو .................................... 24

جدول 3 : طبقه بندی جبران کننده ها بر حسب نوع و عملکرد آنها ............. 25

اصول کار جبران کننده های استاتیک

موارد استعمال جبران کننده ها .................................. 27

جدول 4 : کاربردهای عملی جبران کننده های استاتیک در سیستم های قدرت الکتریکی ....... 27

مشخصات جبران کننده های استاتیک ...................... 27

انواع اصلی جبران کننده ......................... 28

TCR همراه با خازن های موازی ....................... 31

فصل دوم :

وسایل تولید قدرت راکتیو

مقدمه .............................................. 35

وسایل تولید قدرت راکتیو .............................. 35

خازن ها به دو دسته تقسیم می شوند  ....................... 36

ساختمان خازن ها ............................. 37

محل نصب خازن .................................. 38

اتصال مجموعه خازنی ....................39

حفاظت مجموعه خازنی ......................... 40

اشکالات مخصوص خازن های موازی و شرایط آنها

جریان لحظه ای اولیه inruch current ..................... 41

استفاده از راکتور برای محدود کردن جریان لحظه ای اولیه ..... 42

هارمونیک ها ........................... 43

قوس مجدد در دیژنکتورها ........................... 44

تخلیه discharge  ................................ 44

تهویه ........................................... 45

ولتاژ کار ............................................ 46

کلیدهای کنترل خارجی ( دیژنکتور ) ............... 46

کنترل خودکار خازن ها .................................... 46

آزمایش خازن ه................................................. 48

فصل سوم

خازنهای سری

مقدمه ...................................... 52

تاریخچه .......................................... 52

طراحی تجهیزات واحد های خازنی ..................... 53

حفاظت با فیوز .............................................. 55

فاکتورهای جبران سازی ................................... 55

وسایل حفاظتی ................................................... 56

روش های وارد کردن مجدد خازن .................. 57

اثرات رزونانس با خازن های سری .................... 58

خازن های سری

کاربرد خازن های سری ( متوالی ) ..................... 60

کاربرد خازن های متوالی در مدارهای فوق توزیع ....... 63

ظرفیت نامی خازن ......................................... 64

کاربرد در مدارهای تغذیه کننده های فشار متوسط .......... 66

فصل چهارم

جبران کننده های دوار

مقدمه ..................................................... 68

جبران کننده های دوار

ژنراتور سنکرون .......................................... 68

کندانسورهای سنکرون .................................... 68

موتورهای سنکرون ......................................... 69

خازن ها

کلیات ..................................................... 69

مبانی قدرت راکتیو .......................................... 70

اندازه گیری قدرت راکتیو و ضریب قدرت ................ 71

تعیین قدرت خازن ........................................... 71

بهای قدرت راکتیو مصرفی ................................ 72

کاهش تلفات ناشی از اصلاح ضریب قدرت ......... 72

مصارف جدید ( اضافی ) که می توان به پست ها ، کابل ها و ترانسفورماتورها متصل نمود ..... 72

انتقال اقتصادی تر قدرت در یک سیستم برق رسانی جدید در صورت منظور نمودن خازن اصلاح ضریب ...................... 73

خازن های مورد نیاز جهت کنترل ولتاژ .................................................................................. 73

راه اندازی آسان تر ماشین های بزرگ که در انتهای خطوط شبکه با مقطع نامناسب قرار دارند. 73

نکاتی پیرامون نصب خازن ...................................74

جبران کننده ها .............................................. 75

جبران کننده مرکزی ....................................... 75

جبران کننده گروهی .......................................... 76

جبران کننده انفرادی ..................................... 76

بانک های خازن اتوماتیک ................................ 77

فصل پنجم

نتیجه گیری

خازن گذاری در شبکه های توزیع .................... 80

آشنایی با بانک های خازنی

انواع توان در شبکه های توزیع ..................... 84

خازن ناجی شبکه های تولید و توزیع .................. 85

اتصال خازن به شبکه .......................................... 86

محاسبه خازن ................................................... 86

خازن گذاری در شبکه های توزیع و انتقال برق ......... 87

ورودی شبکه ............................................... 87

تلفات .......................................................... 88

خروجی شبکه ................................................. 88

ارتباطات ......................................................... 89

تابلوهای صنعتی و انواع تابلو برق کنترل – فرمان – توزیع ....... 89

کاهش هزینه برق کارخانجات با تابلو خازن .......... 89

رگلاتور اصلاح ضریب قدرت ( کاربردهای آن در بانک های خازنی ) .. 89

استفاده از محافظ الکترواستاتیکی به جای در هم کردن سیم پیچ ها جهت افزایش خازن سری سیم پیچ ها در ترانسفورماتورهای قدرت .... 90

ارائه الگوریتم کنترلی برقگیر کنترل شده با تریستور برای کاهش گذرای کلید زنی خازن در شبکه ........................... 90

تبیین ضریب قدرت دلخواه .............................. 91

تصحیح ضریب قدرت ( چگونگی عملکرد رگلاتور )

کنترل مراحل خازن ....................................... 91

محدوده های سوئیچینگ ................................... 91

قطع در ولتاژ صفر ........................................ 92

تابلوی خازن اصلاح ضریب قدرت

محاسبات خازن گذاری .................................... 93

طریقه ی محاسبه ظرفیت خازن و ساخت بانک خازن در سیستم های برق صنعتی ..... 93

بانک خازن ............................................... 94

جریان نامی قطع شارژ یک واحد بانک خازنی .......... 96

جریان نامی قطع شارژ بانک خازنی پشت به پشت ........ 96

جریان نامی هجومی وصل بانک خازنی ............. 97

ساخت خازن فشار قوی خشک توسط ABB ......... 97

خازن گذاری بر روی موتورها ............................. 98

کاهش تلفات برق در شبکه ها ........................... 98

مزایای استفاده از خازن ................................... 98

ساختمان و حفاظت خازن .................................. 99

ملاحظات کلی در نصب خازن ها ......................... 99 

تعیین ضریب توان ( COS  )

روش های تعیین میزان ضریب توان ...................... 100

رگلاتور تصحیح ضریب قدرت ........................... 101

نتیجه گیری ................................................. 102

نحوه محاسبه قدرت خازن های اصلاح ضریب توان .... 102

نحوه کار رگلاتور و تقسیم بندی پله ای خازن های اصلاح ضریب توان

نحوه کار رگلاتور ............................................ 102

مثالی از خازن گذاری در صنعت ........................... 103

منابع و مآخذ ................................................. 105

فصل اول
مقدمه :
توان راکتیو یکی از مهمترین عواملی است که در طراحی و بهره برداری از سیتم های قدرت AC منظور می گردد علاوه بر بارها اغلب عناصر یک شبکه مصرف کننده توان راکتیو هستند بنابراین باید توان راکتیو در بعضی نقاط سیستم تولید و سپس به محل های مورد نیاز منتقل شود.

در فرمول (1 -1 )  ملاحظه می گردد .

قدرت راکتیو انتقالی یک خط انتقال به اختلاف ولتاژ ابتدا و انتها خط بستگی دارد همچنین با افزایش دامنه ولتاژ شسن ابتدائی قدرت راکتیو جدا شده از شین افزایش می یابد و در فرمول :

  ( 2 – 1 )    مشاهده می گردد که قدرت راکتیو تولید شده توسط ژنراتور به تحریک آن بستگی داشته و با تغییر نیروی محرکه ژنراتور می توان میزان قدرت راکتیو تولیدی و یا مصرفی آنرا تنظیم نمود . در یک سیستم به هم پیوسته نیز با انجام پخش بار در وضعیت های مختلف می توان دید که تزریق قدرت راکتیو به یک شین ، ولتاژ همه شین ها را بالا می برد و بیش از همه روی ولتاژ همان شین تأثیر می گذارد ، لیکن تأثیر زیادی بر زاویه ولتاژ شین ها و فرکانس سیستم ندارد . بنابراین قدرت راکتیو و ولتاژ در یک کانال کنترل می شوند که آنرا کانال کنترل QV ، قدرت راکتیو- ولتاژ ، یا مگاوار- ولتاژ می نامیم. در عمل تمام تجهیزات یک سیستم قدرت برای ولتاژ مشخصی ، ولتاژ نامی طراحی می شوند . اگر ولتاژ از مقدار نامی خود منحرف شود ممکن است باعث صدمه رساندن به تجهیزات سیستم و یا کاهش عمر آنها گردد . برای مثال گشتاور یک موتور القائی با توان دوم ولتاژ ترمینالهای آن متناسب است ویا شار نوری یک لامپ مستقیماً با ولتاژ آن تغییر می نماید . بنابراین تثبیت ولتاژ نقاط یک سیستم قدرت کاملاً ضروری است . بدیهی است که کنترل و تثبیت ولتاژ تمام نقاط سیستم از لحاظ اقتصادی عملی نمی باشد . از طرف دیگر کنترل ولتاژ در حد کنترل فرکانس ضرورت نداشته و در بسیاری از سیستم ها خطای ولتاژ در محدوده  تنظیم می شود .

توان راکتیو مصرفی بارها در ساعات مختلف در حال تغییر است ، لذا ولتاژ و توان راکتیو باید دائماً کنترل شوند . در ساعات پربار ، بارها قدرت راکتیو بیشتری مصرف می کنند و نیاز به تولید قدرت راکتیو زیادی در شبکه می باشد.

مقدمه :

بار مصرفی با قدرت حقیقی ( اکتیو ) که به صورت کیلو وات یا مگا وات بیان می شود از نیروگاه ها تأمین می گردد . تمام اقداماتی که در یک سیستم قدرت انجام می گیرد به خاطر تأمین بار مصرفی می باشد . همچنین در یک سیستم جریان متناوب ( AC ) قدرت مجازی ( راکتیو ) که به صورت کیلووار یا مگاوار بیان می شود قسمت مهمی را تشکیل می دهد . اصطلاحاً جمع برداری قدرت حقیقی و قدرت مجازی را قدرت ظاهری می نامند .

تقاضا برای قدرت راکتیو را مدارهای الکترومغناطیسی موتورها و ترانسفورماتورها و خطوط و کوره های الکتریکی و مصارف صنعتی دیگر افزایش می دهند . در حالتی که نسبت قدرت حقیقی که از طریق خطوط انتقال پیدا می کند . اگر قدرت ظاهری کوچک باشد اصطلاحاً گفته می شود که ضریب قدرت سیستم پایین است . ضریب قدرت یعنی نسبت قدرت حقیقی به قدرت ظاهری برای یک مقدار مشخص .

قدرت حقیقی در صورتی که ضریب قدرت پایین باشد در خطوط انتقال و ترانسفورماتورها و ژنراتور به علت بالا بودن قدرت ظاهری جریان افزایش می یابد که نتیجه آن افزایش تلفات در سیستم بوده که متناسب با مجذور جریان می باشد . این مسئله همچنین باعث افت ولتاژ در شبکه و در نتیجه برای مصرف کننده می گردد .

 و........ادامه

 فصل دوم

وسایل تولید قدرت راکتیو :
وسایل زیر جهت تولید راکتیو به کار برده می شوند :

الف ) موتور سنکرون

ب ) خازن

موتور سنکرون دارای این مزیت می باشد که می تواند هم قدرت راکتیو تولید کند و هم جذب نماید و همچنین مقدار تولید آن می تواند به صورت پیوسته در یک محدوده وسیع تغییر نماید . با این حال قیمت آنها از خازن خیلی گران تر بوده و فقط جهت تنظیم ولتاژ در یک سیستم فشار قوی مورد استفاده قرار می گیرد .

 و........ادامه
 

فصل سوم

مقدمه :
بانكهاي خازني سري و موازي ابزاري هستند كه بهبود بازده سيستم و افزايش انتقال توان خطوط نقش مفيدي دارند ميزان رشد هر دوي آنها به طور قبال ملاحظه اي از ميزان رشد توليد توان اكتيو بيشتربوده است. خازن هاي موازي توان راكتيو توليد نموده و سعي مي كنند مقدار توان راكتيو عبوري از شبكه را كاهش دهند. خازن هاي موازي معمولاً نزديك بار در يك شبكه نصب مي گردند تا در كاهتلفات سيستم و كنترل ولتاژ بيشتر موثر باشند.

از خازن هاي سري بيشتر براي كاهش راكتانس اندوكتيو استفاده مي گردد خازن هاي سري معمولاًدر محلي دور از بار مثلاً در نقطه مياني خط انتقال نصب مي گردند و داراي فوايد زير مي باشند:

1-بهبود پايداري ماندگار سيستم

2-بهبود پايداري گذراي سيستم

3-تقسيم بهتر بار روي خطوط موازي

4- كاهش افت ولت در نواحي بار در خلال اغتشاشات شديد

5-كاهش تلفات سيستم انتقال

6-تنظيم بهتر بارگيري خطوط

 و........ادامه

تاريخچه:

فصل چهارم

مقدمه:
اغلب تجهیزات و وسایلی که به شبکه انرژی الکتریکی وصل می باشند نه تنها به ندرت اکتیو بلکه به میزان معینی از قدرت راکتیو نیازمندند. میدان مغناطیسی در موتورها و ترانسفورماتورها بوسیله جریان راکتیو ایجاد می شود. اندوکتانس سری خطوط انتقال به قدرت نیاز دارد. راکتورها، لامپهای فلورسنت و همه مدارهای سلفی برای کارکردن نیاز به قدرت راکتیو دارند.

قدرت راکتیو مورد نیاز بعضی از وسایل در جدول زیر نوشته شده است.

نوع وسیله                                                    قدرت راکتیو مورد نیاز

ترانسفورماتور                                                0/05 KVAR/ KVR

موتورهای القایی                                            0/5-0/9 KVAR/ KW

لامپ های فلورسنت                                       2 KVAR / KW

خطوط انتقال                                               20-50 KVAR / KW

قدرت راکتیو توسط جبران کننده های دوار یا خازن ها تولید می شود.

 

جبران کننده های دوار:

ژنراتورهای سنکرون:
ژنراتورهای سنکرون قدرت راکتیو با هزینه کم تولید می نمایند. اما باید توجه داشت که در این حالت بخشی از توانایی ژنراتور برای تولید قدرت اکتیو صرف تولید قدرت راکتیو می شود. با توجه به مسایل شبکه انتقال معمولاً بهتر است که در این حالت  از ژنراتورهای سنکرون در نقاط معینی از شبکه صرفاً جهت تولید قدرت راکتیو استفاده شود.
 
کندانسورهای سنکرون:
کندانسورهای سنکرون در مجاورت بعضی از منابع تولید power supply در شبکه قرار داده می شود این ماشین ها توانایی کار محدوده وسیعی از تولید تا مصرف قدرت راکتیو را داراست به دلیل سرمایه گذاری اولیه زیاد و تلفات قابل ملاحظه ای از کندانسورهای سنکرون فقط در مواردی که نیاز به تنظیم و تثبیت ولتاژ باشد استفاده می شود.
 
موتورهای سنکرون:
موتورهای سنکرون اگر به وضعیت فوق تحریک over excited برود قدرت راکتیو تولید می کند اما به دلیل گرانی موتورهای سنکرون در مقایسه با موتورهای معمولی آسنکرون این گونه موتورها به عنوان مولد قدرت اکتیو به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد.

 و........ادامه
 

فصل پنجم
با تحقیقاتی که در مورد این پروژه از اداره برق و نیروگاه انجام داده ام این است که امروزه توان راکتیو در نیروگاه تولید نمی شود بلکه توان اکتیو تولید شده و به مشترکین انتقال داده می شود . توان راکتیو در شبکه های انتقال و توزیع را با استفاده از خازن گذاری در شبکه جبران می کنند که برای مصارف خانگی خازن گذاری بر روی تیرهای برق انجام می گیرد که برای جبران توان راکتیو طبق شکل انجام می گیرد . همچنین برای مصارف صنعتی مانند : کارخانجات و کارگاههای صنعتی و تولیدی و ... با استفاده از بانک خازنی که براساس محاسباتی که انجام می گیرد نسبت به تولید توان راکتیو اقدام می نمایند که در ادامه به نحوه محاسبه و چگونگی انتخاب و محل نصب  این خازنها اشاره خواهم کرد .

خازن‏گذاري در شبكه ‏هاي توزيع :
از سال 1379 اجراي طرح ملي خازن گذاري در شبكه هاي فشارضعيف به عنوان يكي از روش هاي كاهش تلفات شبكه هاي فشارضعيف و با استفاده از اعتبارات تبصره 27 قانون برنامه سوم توسعه آغاز شد . طي سال 1380 حدود  1400 MVAR خازن فشارضعيف ثابت خريداري و حدود  800 MVAR نصب گرديد . اين مقادير تا پايان تابستان 1381 به ترتيب به 2000 MVAR  و 1100 MVAR  بالغ گرديد و تأثير آن حتي از نظر كاهش قابل ملاحظه رشدMVAR  شبكه سراسري و تقليل آن به حدود 2% مشاهده گرديد . دو تأثير عمده خازن گذاري در شبكه هاي فشار ضعيف، طي سال هاي 80 و 81 برمبناي گزارش چندين شركت برق منطقه اي و توزيع برق . در يك بيان اجمالي مي توان كاهش تلفات فيدرهاي فشار ضعيف و فشار متوسط، شبكه هاي فوق توزيع و انتقال و ترانسفورماتورها با هزينه هاي چند ده مرتبه ارزان تر از احداث نيروگاه و شبكه جهت جبران تلفات به ارزش دست كم 400 ميليون دلار، بهبود ولتاژ نقاط انتهايي فيدر فشار ضعيف بدون افزايش ولتاژ ابتداي فيدر، آزادسازي ظرفيت فيدرهاي فشار ضعيف، فشار متوسط، ترانسفورماتورها و ... نيروگاه ها، برآورد نقصا نيِ آزادسازي هر كيلووات ظرفيت نامي نيروگاه ها در پيك بار به ازاي هر 5 KVAR  خازن فشارضعيف نصب شده در شبكه هاي هوايي، كاهش احتمال سوختن ترانسفورماتور، فيوز و قطعي كليد فيدرهاي پربار در اثر اضافه بار، مزاياي فني ـ اقتصادي و سهولت نصب نسبت به خازن گذاري در فشار متوسط، كاهش آلودگي محيط زيست و بهبود رضايت مشتركين را به عنوان اثرات اجراي طرح برشمرد .

خازن‏گذاري در شبكه‏هاي توزيع باعث اصلاح ضريب‏قدرت و كاهش تلفات مي‏گردد. اين دو تأثير موجب آزادسازي قابل‏ملاحظه‏‏ ظرفيت شبكه‏ و توليد مي‏شود . به‏طوركلي مزاياي نصب خازن با نزديك‏ترشدن محل نصب آن‏ به‏محل مصرف افزايش مي‏يابد . سطح ولتاژ هم به‏ نحو موثرتري‏ بهبود مي‏يابد. با اين‏ حال تاكنون توجه كافي به‏ خازن‏گذاري در شبكه‏هاي توزيع و خصوصا" شبكه‏هاي فشارضعيف نشده ‏بود. شايد مهمترين دليل اين كم‏توجهي "مقايسه نشدن هزينه‏هاي خازن‏گذاري با هزينه‏هاي سنگين احداث نيروگاه‏ و شبكه‏هاي انتقال‏ و توزيع" باشد.

با اجراي طرح افزايش ولتاژ نقاط انتهايي فيدرهاي فشارضعيف از حدود 4 تا 15 ولت بدون افزايش ولتاژ نقاط ابتدايي ، كاهش جريان فيدرهاي فشارضعيف از 5 تا 20 درصد ، كاهش توان اكتيو و راكتيو فيدرها از 5 تا 20 درصد، كاهش10 تا 40 از تلفات فيدرهاي فشارضعيف، رفع نياز افزايش ظرفيت بسياري از فيدرها و ترانسفورماتورهاي توزيع، كاهش قابل‌ملاحظه قطعي كليد فيدرهاي پربار، جلوگيري از كم‌شدن طول عمر الكتروموتور وسايل خانگي مانند يخچال و فريزر به‎دليل افت ولتاژ قابل ملاحظه (افت ولتاژ موجب افزايش جريان دريافتي اين وسايل ، گرم شدن زياد سيم‎پيچي و درنتيجه كاهش عمر مي‎شود) و كاهش آلودگي محيط زيست به‎دليل كاهش توليد انرژي الكتريكي توسط نيروگاه‎ها (بخشي از انرژيي كه قبلا تلف مي‎شد) حاصل گرديد.
با خازن‏‏‏گذاري در مسير فيدرهاي فشارضعيف هوايي (به‎جاي ابتداي فيدرها) افت ولتاژ نقاط انتهايي فيدرها بدون افزايش ولتاژ نقاط ابتدايي ، جبران مي‏شود.