نقش توان راكتیو در شبكه های انتقال و فوق توزیع

فصل اول:

جبران بار

مقدمه

توان راكتیو یكی از مهمترین عواملی است كه در طراحی و بهره برداری از سیستم های قدرت AC منظور می گردد علاوه بر بارها اغلب عناصر یك شبكه مصرف كننده توان راكتیو هستند بنابراین باید توان راكتیو در بعضی نقاط سیستم تولید و سپس به محل‌های موردنیاز منتقل شود.

در فرمول شماره (1-1)  ملاحظه می گردد

قدرت راكتیو انتقالی یك خط انتقال به اختلاف ولتاژ ابتدا و انتها خط بستگی دارد همچنین با افزایش دامنه ولتاژ شین ابتدائی قدرت راكتیو جدا شده از شین افزایش می‌یابد و در فرمول شماره (2-1) مشاهده می گردد كه قدرت راكتیو تولید شده توسط ژنراتور به تحریك آن بستگی داشته و با تغییر نیروی محركه ژنراتور می توان میزان قدرت راكتیو تولیدی و یا مصرفی آن را تنظیم نمود در یك سیستم به هم پیوسته نیز با انجام پخش بار در وضعیت های مختلف می‌توان دید كه تزریق قدرت راكتیو با یك شین ولتاژ همه شین ها  را بالا می برد و بیش از همه روی ولتاژ همه شین تأثیر می گذارد. لیكن تأثیر زیادی بر زاویه ولتاژ شین ها و فركانس سیستم ندارد بنابراین قدرت راكتیو و ولتاژ در یك كانال كنترل می شود كه آنرا كانال QV قدرت راكتیو- ولتاژ یا مگادار- ولتاژ می گویند در عمل تمام تجهیزات یك سیستم قدرت برای ولتاژ مشخص ولتاژ نامی طراحی می شوند اگر ولتاژ از مقدار نامی خود منحرف شود ممكن است باعث صدمه رساندن به تجهیزات سیستم یا كاهش عمر آنها گردد برای مثال گشتاور یك موتور القایئ یك موتور با توان دوم و ولتاژ ترمینالهای آن متناسب است و یا شارنوری كه لامپ مستقیماً با ولتاژ آن تغییر می نماید بنابراین تثبیت ولتاژ نقاط سیستم از لحاظ اقتصادی عملی نمی باشد از طرف دیگر كنترل ولتاژ در حد كنترل فركانس ضرورت نداشته و در بسیاری از سیستم ها خطای ولتاژ در محدوده 5% تنظیم می شود. توان راكتیو مصرفی بارها در ساعات مختلف در حال تغییر است لذا ولتاژ و توان راكتیو باید دائماً كنترل شوند در ساعات پربار بارها قدرت راكتیو بیشتری مصرف می كنند و نیاز به تولید قدرت راكتیو زیادی در شبكه می باشد اگر قدرت راكتیو موردنیاز تأمین نشود اجباراً ولتاژ نقاط مختلف كاهش یافته و ممكن است از محدوده مجاز خارج شود. نیروگاه های دارای سیستم كنترل ولتاژ هستند كه كاهش ولتاژ را حس كرده  فرمان كنترل لازم را برای بالا بردن تحریك ژنراتور و درنتیجه افزایش ولتاژ ژنراتور تا سطح ولتاژ نامی صادر می كند با بالا بردن تحریك (حالت كار فوق تحریك) قدرت  راكتیو توسط ژنراتورها تولید می شود لیكن قدرت راكتیو تولیدی ژنراتورها به خاطر مسائل حرارتی سیم پیچ ها محدود بوده و ژنراتورها به تنهایی نمی تواند در ساعات پربار تمام قدرت راكتیو موردنیاز سیستم را تأمین كنند بنابراین در این ساعات به وسایل نیاز است كه بتواند در این ساعات قدرت راكتیو اضافی سیستم را مصرف نمایند نیاز می باشد. وسائلی را كه برای كنترل توان راكتیو و ولتاژ بكار می روند «جبران كننده» می نامیم.

همانطوری كه ملاحظه می شود توازن قدرت راكتیو در سیستم تضمینی بر ثابت بودن ولتاژ و كنترل قدرت راكتیو به منزله كنترل ولتاژ می باشد.

به طور كلی كنترل قدرت راكتیو ولتاژ از سه روش اصلی زیر انجام می گیرد.

1- با تزریق قدرت راكتیو  سیستم توسط جبران كننده هائی كه به صورت موازی متصل می شوند مانند خازن- راكتیو كندانسور كردن و جبران كننده های استاتیك

2- با جابجا كردن قدرت راكتیو  در سیستم توسط ترانسفورماتورهای متغیر ازقبیل پی و تقویت كننده ها

3- از طریق كم كردن راكتانس القائی خطوط انتقال با نصب خازن سری

خازنها و راكتورهای نشت و خازنهای سری جبرانسازی غیر فعال را فراهم می آورند این وسایل با به طور دائم به سیستم انتقال و توزیع وصل می شوند یا كلید زنی می شوند كه با تغییر دادن مشخصه های شبكه به كنترل ولتاژ شبكه كمك می كنند.

كندانسورهای سنكرون و SVC ها جبرانسازی فعال را تأمین می كنند  توان راكتیو تولید شده یا جذب شده به وسیله آنها به طور خودكار تنظیم می شود به گونه ای كه ولتاژ شینهای متصل با آنها حفظ شود به همراه واحدهای تولید این وسایل ولتاژ را در نقاط مشخصی از سیستم تثبیت می كنند ولتاژ در محلهائی دیگر سیستم باتوجه به توانهای انتقالی حقیقی و راكتیو از عناصر گوناگون دارد ازجمله وسایل جبرانسازی غیرفعال تعیین می شود.

خطوط هوائی بسته به جریان بار توان راكتیو را جذب یا تغذیه می كنند در بارهای كمتر از بار طبیعی (امپدانس ضربه ای) خطوط توان راكتیو خالص تولید می كنند و در بارهای بیشتر از بار طبیعی خطوط توان راكتیو جذب می نمایند كابلهای زیرزمینی به علت ظرفیت بالای خازنی، دارای بارهای طبیعت بالا هستند این كابلها همیشه زیر بار طبیعی خود بارگذاری می شوند و بنابراین در تمام حالتهای كاری توان راكتیو جذب می كنند ترانسفورمرها بی توجه به بارگذاری همیشه توان راكتیو جذب می كنند در بی باری تأثیر راكتانس مغناطیس كننده شنت غالب است و در بار كامل تأثیر اندوكتانس نشتی سری اثر غالب را دارد بارها معمولاً توان راكتیو جذب می كنند یك شین نوعی بار كه از یك سیستم قدرت تغذیه می شود از تعداد زیادی وسایل تشكیل شده كه بسته به روز فصل و وضع آب و هوایی تركیب وسایل متغیر است معمولاً مصرف كننده های صنعتی علاوه بر توان حقیقی به دلیل توان راكتیو نیز باید هزینه بپردازند این موضوع آنها را به اصلاح ضریب توان با استفاده از خازنها شنت ترغیب می كند معمولاً جهت تغذیه یا جذب توان راكتیو و در نتیجه كنترل تعادل توان راكتیو به نحوه مطلوب وسایل جبرانگر اضافه
 می شود.

1- جبران بار

1-1- اهداف درجبران بار:

جبران بارعبارتست از مدیریت توان راكتیوكه به منظور بهبود بخشیدن به كیفیت تغذیه در سیستم های قدرت متناوب انجام می گیرد.اصطلاح جبران بار در جایی استعمال می شود كه مدیریت توان راكتیو برای یك بار تنها (یا گروهی از بارها ) انجام می گیرد و وسیله جبران كننده معمولا در محلی كه در تملك مصرف كننده قرار دارد , در نزدیك بار نصب می شود. پاره ای از اهداف و روشهای به كار گرفته شده در جبران بار با آنچه كه در جبران شبكه های وسیع تغذیه (جبران انتقال) مورد نظر است , به طور قا بل ملاحظه ای تفاوت دارد. در جبران بار اهداف اصلی سه گانه زیر مورد نظر است.

1-اصلاح ضریب توان

2- بهبود تنظیم ولتاژ