World Academy of Science, Engineering and Technology 2008

1. World Academy of Science, Engineering and Technology 2008 طراحی و ارزیابی اقتصادی کنترل توان راکتیو در پست های توزیع استاد : دکتر انتظاری ارائه دهنده :حمید تقوی رکن آباد مقطع :کارشناسی ارشد اسفند 1390 دانشگاه آزاد اسلامی بافق

2. مقدمه يكي از اهداف شركتها و موسسات توليدي نيروي الكتريسيته، سرويس و رساندن برق ارزان و مطمئن به مشتريان خود مي‌باشد. در راستاي توليد برق ارزان ارزشهاي گوناگوني ارائه مي‌گردد كه قريب به اتفاق آنها تمايل به كاهش تلفات ناشي از انتقال انرژي در خطوط دارند (نظير پخش بار اقتصادي ـ انتخاب محل نيروگاه، توليد مگاوار مورد نياز مصرف كننده در نقطه مصرف و ...). در اين مقاله سعي شده است نشان داده شود كه توليد مگاوار مورد نياز مصرف كننده در محل مصرف (توسط نصب خازن) و يا به عبارتي ديگر، تغيير دادن (افزايش) ضريب قدرت بار تابع پارامترهاي مختلفي بوده و ضريب قدرت بهينه در يك شبكه و حتي در شينهاي مختلف آن عدد واحدي نخواهد بود و در جهت يافتن ضريب قدرت بهينه در حالتهاي گوناگون روشهاي مناسب ارائه گردد. به بياني ديگر، هدف رائه روش جهت محاسبه ضريب قدرت بهينه حالات مختلف مي‌باشد، اين شيوه كه با نصب خازن در نقاط مختلف شبكه صورت مي‌گيرد نشان مي‌دهد كه همواره ضريب قدرت واحد نمي‌تواند ضريب قدرت بهينه مصرف باشد بلكه در هر مورد اين ضريب متفاوت مي‌باشد. دانشگاه آزاد اسلامی بافق

3. هدف شكي نيست كه با افزايش ضريب قدرت يك مصرف كننده و رساندن آن به مقدار واحد (به ازاي توان واته ثابت مصرف كننده) مي‌توان تلفات انرژي و ديماند ناشي از عبور جريان از شبكه انتقال را كاهش داد ليكن از آنجائي كه افزايش ضريب قدرت بار مستلزم نصب و بكارگيري تجهيزاتي نظير خازن، كمپانساتور سنكرون و ... در نقطه مصرف مي‌باشد و نصب اينگونه تجهيزات نيز هزينه‌هايي را شامل خواهد شد لذا بايد بتوان ميزان بكارگيري آنها را با توجه به ملاحظات اقتصادي سيستم، توجيه نموده و نقطه يا نقاط مناسب نصب آنها را در شبكه يافتبمنظور مقايسه لازم است كه قيمت روز پارامترهاي گوناگون نظير هر كيلووات تلفات قدرت و انرژي، هر مگاوار خازن، فيدرهاي مربوطه و .... با توجه به نرخ تورم، بهره، عمر مفيد تجهيزات و ....تعيين گردد دانشگاه آزاد اسلامی بافق

4. پایین بودن COSǿ پايين بودن ضريب قدرت در خطوط انتقال سبب افزايش تلفات در سيستم قدرت مي شود که اين افزايش تلفات متناسب با مجذور جريان است و اين مساله موجب افت ولتاژ در شبکه مصرف کننده مي شود. علت های دیگری نیز می توان برای افت ولتاژ نام برد از جمله : 1)خطوط طولانی و اضافه بار شدن بیش از حد خط 2)ترانس توزیع نصب شده دور از بار 3)عدم جبران شنت موازی در شبکه های فرعی 4)تنظیم ولتاژ ضعیف از نظر وزارت نيرو کوچک بودن ضريب توان, هزينه هاي توليد، انتقال و توزيع و نيز مخارج سرمايه گذاري ونگهداري تجهيزات در شبکه توليد برق را افزايش مي دهد و اين هزينه به قبض هاي مصرف کننده ها اضافه مي شود دانشگاه آزاد اسلامی بافق

5. همانطور كه از منحني‌ها پيدا است در حوالي ضريب قدرت P.F = 0.98 كل هزينه سيستم به كمترين مقدار خود مي‌رسد و اين نقطه، ضريب قدرت اپتيمم سيستم فوق مي‌باشد. دانشگاه آزاد اسلامی بافق

6. جبران سازی • خازن شنت • خازن های شنت را می توان روی سیستم های توزیع جهت بهبود کنترل ولتاژ مورد استفاده قرار داد اگر خازن شنت مطابق به بار به شبکه وصل شود با عث کاهش افت ولتاژ در سیستم توزیع شده و در رسیدن به کنترل ولتاژ بهینه کمک می کند. • *اگر تجهیز مورد استفاده جریان ثابتی بکشد کنترل ولتاژ توسط خازن شنت موثر تر است . • اندازه خازن شنت از واحدهای تکی 5 الی 25 کیلو وار متصل شده به مدارهای اولیه یا ثانویه یک سیستم تا یک بانک خازنی با کیلو وار بالا متصل به باس های پست متغییر می باشد. • پست های HT • مزیت جبران سازی با خازن شنت در پست های HIGH TENSION • 1-1) بار گذاری توان راکتیو روی خط که میزان OVER LOAD شدن شبکه را کاهش می دهد • 1-2) آزاد سازی ظرفیت سیستم شبکه توزیع وکا هش تلفات • 1-3) تنظیم ولتاژ بالاتر • هزینه حاصل از صرفه جویی کیلو وات ساعت روی خطوط توزیع ممکن است به صورت هزینه متوسط در باس های توزیع محاسبه کرد رها سازی در ظرفیت ترانس (برداشتن بار اضافی روی ترانس ) به منزله کیلو وات ساعت اضافی برای فروش بیشتر شرکت ها ی توزیع باشد دانشگاه آزاد اسلامی بافق

7. 2) SW&USWخازن های HT’ 11تا 132 کیلو ولت ممکن است از نوع SWITCHING یا UN SWITCHING باشد که به حداقل بار گذاری’ شرایط حداکثر ولتاژ فیدرها بستگی دارد در حالت مربوط به خازن های UN SWITCHING راکتور دمپینگ و سوئیچگیر مورد نیاز نمی باشد.*این قضیه مشخص شده است که نصب خازن های ثابت با بار گذاری سنگین برای حالت جبران سازی تا 30 درصد کیلو وار متوسط بار فیدر ارزش اقتصادی داردخازن از نوع SWITCHING نیازمند ملاحظات ویژه ای است با توجه به اینکه این نوع ساختار که الزاما به دمپینگ (حذف جریان های هجومی ناشی از کلید زنی ) و هم چنین یک ساختاری برای ورود و خروج بانک خازنی نیاز است در حالت خازنی تکی نیازی به واکنش دمپینگ برای حذف جریان هجومی نیست چون دامنه پایینی دارد این دمپینگ یک راکتانس سری می باشد در مواقعی که جریان هجومی با دامنه بالا باشد از خود واکنش نشان می دهد دانشگاه آزاد اسلامی بافق

8. جریان هجومی inrush current دانشگاه آزاد اسلامی بافق

9. دانشگاه آزاد اسلامی بافق

10. جريان همجومي تابعي‌ست از: ـ ولتاژ باقي مانده‌ي خازن از وصل قبلي (به ويژه به هنگام سوييچينگ سريع در بانك‌هاي خازني خودكار).وقدرت اتصال كوتاه شبكه در محل نصب خازن می توان نام برد.امپدانس ارائه شده توسط خازن طبيعتا بسيار كم و مقاومتي است. اين امر منجر به جريان هجومي به بزرگي 50 تا 100 برابر جريان اسمي مي شود كه از خازن عبور مي كند ،اما چرا از خازن؟ زيرا امپدانس ترانسفورماتور در زمان روشن كردن خازن ها فقط در مقابل شار جريان مقاومت مي كند.نوعا جريان هجومي علاوه بر تخريب در شكل موج جريان سبب تخريب در شكل موج ولتاژ مي شود.راه حل ؟براي مقابله با اثرات جريان هجومي، يكي از راه‌هاي بسيار ساده و عملي، استفاده از يك سلف به طور سري با خازن است. بر اساس قانون KCL ميدانيم كه جريان سلف پرش ندارد؛ پس مي‌تواند براي محدود كردن جريان فزاينده‌ي خازن در لحظه‌ي وصل به شبكه، ابزار مناسبي باشد.عیب راه حل؟1) در هر تركيب سلفي – خازني چه در حالت سري و چه در حالت موازي ، در فركانسي خاص تشديد رخ مي دهد كه اين فركانس خاص فركانس تشديد ناميده مي شود. فركانس تشديد فركانسي است كه در آن رآكتنس خازني (Xc) و رآكتنس القايي (XL) برابر هستنددر همه فركانس هاي هارمونيك ها تركيب سري سلف و خازن مانند يك تركيب سلفي عمل خواهد كرد و امكان تشديد براي هارمونيك پنجم يا هر هارمونيك بالاتري از بين مي رود.بيشتر تجهيزات الكتريكي به هارمونيكهاي ولتاژ بسيار حساس اند. تجهيزات اصلي نيرو مانند موتورها، خازن ها و غيره بوسيله هارمونيكهاي ولتاژ متاثر مي شوند. دانشگاه آزاد اسلامی بافق

11. به طور عمده هارمونيكهاي جريان موجب تداخل مغناطيسي (Magnetic Interference) و همچنين موجب افزايش اتلاف در شبكه هاي توزيع مي شوند. هارمونيكهاي جريان وابسته به بار اند ، در حالي كه سطح هارمونيكهاي ولتاژ به پايداري سامانه تغذيه بستگي دارد. عموما هارمونيك هاي ولتاژ از هارمونيك هاي جريان كمتر خواهند بود. اثر هارمونیک بر روی خازن:افزایش جریان خازن ”افزایش تنش الکتریکی” افزایش تلفات دی الکتریک می توان نام بردمحاسبه جریان هجومی: محاسبه فرکانس جریان هجومی:محاسبه جریان هجومی پیک:چون امپدانس بین بانک خازنی برق دار وبانک خازنی که باید برق دار شود اندازه کوچکی دارد یک جریان هجومی پیک بالا می تواند ایجاد کند دانشگاه آزاد اسلامی بافق

12. پست LTخازن شنت LTخازن های فوق روی شبکه 380کیلو ولت فرعی برای افزایش ولتاژ وبهبود کیفیت برق مصرف کننده خانگی یا صنعتی کوچک به کار برده می شود ونکته مهمی که در این خازن ها قابل ذکر می باشد انتخاب صحیح موقعیت نصب در شبکه می باشد یعنی نقطه ای که ماکزیمم افت ولتاژرا دارد خازن سریدر کل خازن ها در حداقل کردن هزینه های بهره برداری کمک شایانی می کنندواین امکان را فراهم می کنند تا تجهیزات به بارها ومصرف کننده های جدیدی با یک سرمایه گذاری حداقلی در سیستم خدمت رسانی کنند در خازن سری توان راکتیو متناسب بامجذور جریان ولی در خازن موازی توان راکتیو متناسب با مجذور ولتاژ می باشد ویژگی های نا مطلوب معینی از خازن های سری وجود دارد درحالت عمومی هزینه نصب خازن سری بالاتر از هزینه نصب خازن موازی متناظر می باشد با توجه به اینکه تجهیزات حفاظتی برای یک خازن سری اغلب پیچیده تر می باشدیک خازن سری باعث پایداری بیشتر شبکه می شود که به صورت ویژه ای برای استارت موتورهای بزرگ از یک شبکه ضعیف و هم چنین کاهش فلیکر در اثر نوسان بارهای بزگ صنعتی به کار برده می شود درجه جبران سازی سری Xl/Kc ∂ =Xc∂ -در مورد درجه جبران سازی از نقطه نظر اقتصادی دانشگاه آزاد اسلامی بافق

13. دانشگاه آزاد اسلامی بافق

14. استفاده از خازن شنت در راستای توجیه اقتصادی 1)کاهش افت توان مگا وات به دلیل کاهش جریان2)کاهش افت توان مگاوار به دلیل کاهش جریان3)اضافه شدن مگاوات در ژنراتور تا جاییکه توربین بتواند انرژی به ژنراتور بدهد4)کاهش تقاضای دیماند به سود مصرف کننده 5)کاهش سرمایه گذاری در تجهیزات به ازای هر کیلو وات از بار عرضه شده دانشگاه آزاد اسلامی بافق

15. به دست آوردن هدف مقالهبرای یک سیستم ولتاژ ثابت بوده وجریان در اثر تلفات سیستم محدود می شود و قدرت سیستم کاهش می یابد ووقتی سیستم حداکثر توان خود را دارد که ضریب قدرت به یک نزدیک باشد در عمل به دست آوردن ضریب قدرت یک شاید امکان پذیر نباشد هر چه شما بیشتر جبران سازی می کنید دریک نقطه ای سرعت افزایش یا شیب ضریب قدرت کاهش پیدا می کند ودیگر به حالت شبه خطی نمی باشد هرچه بیشتر جبران سازی شود (ازیک نقطه خاص به بعد)اثر کمتری در اصلاح cosǿ حاصل می شود پس مقرون به صرفه نیست امکان دارد در سیستمهای با توان خیلی بالا ارزش اقتصادی داشته باشد هنگامی که یک مقدار معینی از انرژی باید منتقل شود کار با سطح توان پایین یکمزیت به شمار می رود چون این کار با سطح توان پایین تر در یک دوره زمانی طولانی مدت با یک ضریب بار بالا صورت می گیرد بنابراین می توان این گونه برداشت کرد که بار گذاری کیلو ولت آمپر با داشتن ضریب بار بالا ویک ضریب قدرت بالا ”کاهش یابد دانشگاه آزاد اسلامی بافق

16. به منظور پرداخت هزینه بیشتر از جانب کسانی که بیشترین تقاضا روی سیستم قدرت دارند ممکن است از یک برنامه دو تعرفه ای استفاده شود هزینه سالیانه مصرف کننده به فرم زیر می باشد (AM + keU) kwats Where A = kyats per annum per kVA maximum demand M= maximum demand Ke = a charge ( kyats) per kWhr for each energy consumed U = energy consumed in a years ( average load) دانشگاه آزاد اسلامی بافق

17. از روی فرمول ارائه شده این گونه دریافت می شود که مصرف کننده باید Mرا تا حد امکان کاهش دهد تا به حداکثر حالت اقتصادی برای یک مفدار انرژی معین برسد یا به معنای دیگر اگر یک توان ثابتی مورد نیاز باشد می توان با تصحیح ضریب قدرت به حالت اقتصادی یاد شده دسترسی پیدا خواهد کرد .امکان تصحیح رساندن ضریب قدرت پایین به نزدیک یک وجود دارد P=Sاما با توجه به اینکه مشتریان کمتر رغبت به این امر می دهند با توجه به هزینه های اقتصادی ’بار به صورت جزیی جبران سازی می شود دانشگاه آزاد اسلامی بافق

18. تخمین اقتصادی ترین ضریب قدرت براساس بهینه ترین ǿ دانشگاه آزاد اسلامی بافق

19. هدف نهایی دانشگاه آزاد اسلامی بافق

20. در این وضعیت هزینه حداقل خواهد بود بنابراین ǿبه دست آمده اقتصادی ترین ضریب قدرت خواهد بود دانشگاه آزاد اسلامی بافق

21. خاتمهبرای بهبود ضریب قدرت گزینه های متفاوتی وجود دارد ولی این مقاله از بانک خازنی به صورت شنت سود می برد چون بانک خازنی هیچ قطعه متحرکی ندارد هزینه اولیه اش پایین می آید این مقاله اطلاعات مربوط به تصحیح ضریب قدرت و کنترل ولتاژ را در اختیار ما قرار می دهد ما می توانیم موارد اقتصادی درباره تصحیح ضریب قدرت را در اختیار ما قرار می دهد اگر ما اطلاعاتی درباره کیلو ولت آمپر در اختیار داشته باشیم با استفاده از روابط به دست آمده حداقل هزینه واقتصادی ترین بهبود ضریب توان را به ما می دهد دانشگاه آزاد اسلامی بافق

22. راكتور سري ( در محل آزمايشگاه فشارقوي حهت انجام تستهاي عايقي) دانشگاه آزاد اسلامی بافق

23. راكتور موازی 100 مگاوار دانشگاه آزاد اسلامی بافق

24. نمای کلی از یک پست انتقال دانشگاه آزاد اسلامی بافق