پروژه بررسی اثرات هارمونیک های ولتاژ و جریان بر روی ترانسفورماتورهای قدرت. doc

نوع فایل: word

قابل ویرایش 140 صفحه

مقدمه:

در سیستم های قدرت پیشرفته انرژی الکتریکی توسط ژنراتورهای سه فاز تولید می شود که پس از انتقال به صورت سه فاز توزیع می شود. به دلایل اقتصادی از ایستگاه تا مصرف ولتاژ چندین بار افزایش و کاهش می یابد.در هر باز افزایش و کاهش ولتاژ ت سه فاز موردنیاز است. بدین جهت در سیستم های قدرت سه فاز از تعداد زیادی ترانسفورماتور سه فاز استفاده می شود. برای هر تبدیل ولتاژ از مقداری به مقدار دیگر ممکن است از سه واحد ترانسفورماتور تک فاز یا یک واحد ترانسفورماتور سه فاز استفاده شود. در ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع جریان تحریک تنها درصد کوچکی ( 2 تا 6%) از جریان نامی است. پدیده هارمونیک در ترانسفورماتورهای قدرت بسیار مهم است. زیرا تحت شرایط معینی هارمونیک های جریان تحریک باعث عمل عمدی تجهزات حفاظتی می گردند ممکن است باعث تداخل در مدارهای مخابراتی شوند. نظر به این مسئله مهندسین مخابرات و سیستم انرژی باید قادر به بررسی و حذف چنین شرایط باشند. از این رو هارمونیک در ترانسفورماتور از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

اولین مورد از مشکلات اعوجاجات هارمونیکی در سال 1893 در شهر هارتفورد امریکا پیش آمد،به این صورت که یک موتور الکتریکی با گرم شدن زیاد باعث خرابی عایقبندی خود شد. پس از آزمایشات معلوم شد که علت این امر تشدید ایجاد شده در خط انتقال ، ناشی از وجود هارمونیکها بوده است.

مشکل بعدی ،یک ژنراتور سه فاز 125 هرتز با ولتاژ 8/3 کیلوولت ساخت شرکت جنرال الکتریک امریکا بود. در این موردهمه محاسبات با تقریبهای خوبی انجام شده بودولی بازهم تشدید در خط انتقال بود. با محاسبه اندوکتانس و ظرفیت خازنی خط انتقال و احتمالاً اندوکتانس بار،مشاهده شد که در فرکانس حدود 1600 هرتز ( هارمونیک سیزدهم‌ ) در خط تشدید ایجاد می شود.شکل موجهای ولتاژ ژنراتور نیروگاه و موتور سنکرون دارای مؤلفه های هارمونیکی قابل توجه بودند.

این فرایند محاسبات واندازه گیری توسط یک موج نمای ساده در آن سال انجام شد که شکل موج را به صورت نقطه به نقطه از طریق قطع و وصل مرتب یک زبانه ،نمونه گیری می کرد. امروزه با استفاده از هارمونیک سنجهای دیجیتال و با بکارگیری الگوریتم های سریع " تبدیل فوریه گسسته " می توان بصورت بدون وقفه اعوجاجات هارمونیکی را اندازه گیری کرد.

دو سال بعداز اولین مورد مشاهده مشکلات هارمونیکی ، شرکتهای وستینگهاوس و جنرال الکتریک، طرحهای جدیدی را برای ژنراتورها معرفی نمودند که در این طرح ها، از سیم پیچهای غیر متمرکز در آرمیچر استفاده کردند و به تبع آن شکل موج را بهبود بخشیده و به اصطلاح سینوسی تر کردند.

مشکل دیگر هارمونیکها در شکل موج ژنراتورها ، مربوط به جریان بسیار زیاد نول ژنراتورهایی بود که به صورت موازی نصب و مستقیماً زمین می شدند. امروزه این مساله کاملاً شناخته شده است و مربوط به هارمونیک سوم ولتاژ و صفر بودن توالی این هارمونیک در ماشینهایی می باشد که به صورت ستاره بسته شده اند.

مشکل دیگر ، " هماهنگی هارمونیکی " یا همان " ضریب تداخل تلفنی TIF " می باشد.

فهرست مطالب:

چکیده

مقدمه

فصل ۱-   شناخت ترانسفورماتور

۱-۱- مقدمه

۱-۲- تعریف ترانسفورماتور

۱-۳- اصول اولیه

۱-۴- القاء متقابل

۱-۵- اصول کار ترانسفورماتور

۱-۶- مشخصات اسمی ترانسفورماتور

۱-۶-۱-   قدرت اسمی

۱-۶-۲-   ولتاژ اسمی اولیه

۱-۶-۳-   جریان اسمی

۱-۶-۴-   فرکانس اسمی

۱-۶-۵-   نسبت تبدیل اسمی

۱-۷- تعیین تلفات در ترانسفورماتور ها

۱-۷-۱-  تلفات آهنی

۱-۷-۲-  تلفات فوکو در هسته

۱-۷-۳-  تلفات هیسترزیس

۱-۷-۴-  مقدار تلفات هیسترزیس

۱-۷-۵-  تلفات مس

۱-۸- ساختمان ترانسفورماتور

۱-۸-۱-  مدار مغناطیسی ( هسته )

۱-۸-۲-  مدار الکتریکی ( سیم پیچها )

۱-۸-۳-  مخزن روغن

۱-۸-۴-  مواد عایق

۱-۸-۵-  وسایل حفاظتی

۱-۹- جرقه گیر

۱-۱۰-  پیچ ارت

فصل ۲-   بررسی بین منحنی B–H و آنالیز هارمونیکی  جریان مغناطیس کننده

۲-۱- مقدمه

۲-۲- منحنی مغناطیس شوندگی

۲-۳- پس ماند ( هیستر زیس )

۲-۴- تلفات پس ماند ( تلفات هیستر زیس )

۲-۵- تلفات هسته

۲-۶- جریان تحریک

۲-۷- پدیده تحریک در ترانسفورماتور ها

۲-۸- تعریف و مفهوم هارمونیک ها

۲-۸-۱-  هارمونیک ها

۲-۸-۲-  هارمونیک های میانی

۲-۹- ناپایداری هارمونیکی مرتبط با هسته ترانسفورماتور در سیستم های AC- DC

۲-۱۰-  واکنشهای فرکانسی AC-DC

۲-۱۱-  چگونگی ایجاد ناپایداری

۲-۱۲-  تحلیل ناپایداری

۲-۱۳-  کنترل ناپایداری

۲-۱۴-  جریان مغناطیس کننده ترانسفورماتور

۲-۱۴-۱-   عناصر قابل اشباع

۲-۱۴-۲-   وسایل فرومغناطیسی

فصل ۳-   تاثیر هارمونیکهای جریان و ولتاژ بر روی ترانسفورماتورهای قدرت

۳-۱- مقدمه

۳-۲- مروری بر تعاریف اساسی

۳-۳- اعوجاج هارمونیکها در نمونه هایی از شبکه

۳-۴- اثرات هارمونیکها

۳-۵- نقش ترمیم در سیستم  های قدرت با استفاده ازاثر خازنها

۳-۵-۱-  توزیع هارمونیکهای جریان در یک سیستم  قدرت بدون خازن

۳-۵-۲-  توزیع هامونیکهای جریان در یک سیستم  پس از نصب خازن

۳-۶- رفتار ترانسفورماتور در اثر هارمونیکهای جریان

۳-۷- عیوب هارمونیکها در ترانسفورماتور

۳-۷-۱-  هارمونیکهای جریان

۳-۷-۲-  هارمونیک های ولتاژ

۳-۸- حذف هارمونیکها

۳-۹- طراحی ترانسفورماتور برای سازگاری با هارمونیکها

۳-۱۰-  چگونگی تعیین هارمونیکها

۳-۱۱-  اثرات هارمونیکهای جریان مرتبه بالا( High orde Harmonics ) روی ترانسفورماتور

۳-۱۲-  مفاهیم تئوری

۳-۱۲-۱-   مدل سازی

۳-۱۳-  نتایج عملی

۳-۱۴-  راه حل ها

۳-۱۵-  نتیجه گیری نهایی

فصل ۴-   بررسی عملکرد هارمونیکها در ترانسفورماتورهای قدرت

۴-۱- مقدمه

۴-۲- پدیده هارمونیک در ترانسفورماتورهای سه فاز به عوامل زیر بستگی دارد

۴-۳- اتصال ستاره (بدون اتصال زمین)

۴-۳-۱-  ترانسفورماتورهای با مدار مغناطیسی مجزا ومستقل

۴-۳-۲-  ترانسفورماتورها با مدار مغناطیسی پیوسته یا تزویج شده

۴-۴- اتصال Yy ستاره با نقطه خنثی

۴-۵- اتصال Dy

۴-۶- اتصال yd

۴-۷- اتصال Dd

۴-۸- سیم پیچ ثالثیه یا پایدار کننده

۴-۹- تلفات هارمونیک  در ترانسفورماتور

۴-۹-۱-  تلفات جریان گردابی در هادی های ترانسفورماتور

۴-۹-۲-  تلفات هیستر زیس هسته

۴-۹-۳-  تلفات جریان گردابی در هسته

۴-۹-۴-  کاهش ظرفیت ترانسفورماتور

فصل ۵-   جبران کننده های استاتیک

۵-۱- مقدمه

۵-۲- راکتور کنترل شده باتریستور TCR

۵-۲-۱-  ترکیب TCR و خازن های ثابت موازی (TCR/FC)

۵-۳- راکتوراشباع شده SR

۵-۳-۱-  شیب مشخصه ولتاژ

نتیجه گیری

منابع و ماخذ ایرانی

منابع و ماخذ خارجی

فهرست اشکال:

شکل (1-1) نمایش خطوط شار

شکل (2-1) شمای کلی ترانسفورماتور

شکل (3-1) رابطه فوران و نیروی محرکه مغناطیسی

شکل (5-1) نمایش بوشینگهای عایق

شکل (6-1) یک نمونه رله بوخهلتس

شکل(8-1) نمونه ای از ظرف سیلی کازل

شکل (9-1) شمای کلی یک ترانسفورماتور با مخزن روغن و سیستم جرقه گیر

شکل(10-1) نمایش پیچ ارت

شکل (1-2) نمایش شدت جریان در هسته چنبره شکل

شکل (2-2) منحنی مغناطیس شوندگی هسته

شکل (3-2) منحنی های مغناطیس شوندگی

شکل (4-2) منحنیهای هیسترزیس

شکل (5-2) حلقه های ایستا و پویا

شکل (6-2) (a) شکل موج جریان مغناطیسی کننده I در غیاب پس ماند ( b ) مولفه های اصلی و هارمونیک سوم I

شکل (7-2)

شکل (8-2)

شکل (9-2) نمایش هارمونیکهای توالی مثبت و منفی

شکل (10-2) ترکیب dc توالی منفی تولید شده توسط مبدل Hvdc

شکل(11-2) نمایش امپدانسهای AC , DC در روش سیستم حوزه فرکانس

شکل (12-2) مقایسه حالات مختلف اشباع

شکل (13-2) مشخصه مغناطیسی ترانسفورماتور

شکل (14-2) جریان مغناطیس کننده ترانسفورماتور و محتوای هارمونیکی آن

شکل (16-2) منحنی شار مغناطیسی بر حسب جریان ترانسفورماتور ( منحنی

اشباع )

شکل 1-3 مولدهای هارمونی جریان

شکل (2-3) هارمونیک پنجم با ضریب 35%

شکل (5-3)شکل (3-3)

شکل (6-3)شکل (4-3)

شکل (7-3) مسیر هارمونیکی جریان در سیستم بدون خازن

شکل (8-3) مسیر هارمونی های جریان در سیستم پس از نصب خازن

شکل (9-3) تداخل الکترو استاتیکی با مدارهای مخابراتی

شکل (10-3):ولتاژ تشدید بزرگ در اثر هارمونیک سوم

شکل (11-3) ترانسفورماتور ستاره مثلث زمین، برای حذف هارمونیکهای مضرب 3 ولتاژ

شکل (12-3) طراحی ترانسفورماتور برای سازگاری با هارمونیکها

شکل (13-3) مدار معادل ساده شده سیم پیچ ترانسفورماتور

شکل (14-3) توزیع ولتاژ در طول یک سیم پیچ

شکل (1-4) نمودار برداری برای ولتاژهای مولفه اصلی ، سوم ، پنجم ، هفتم

شکل (2-4) نمودار برداری ولتاژهای اصلی ، هارمونیک و پنجم و هفتم

شکل (3-4) نمایش نیروی محرکه الکتریکی emf برای ستاره در هر لحظه

شکل (4-4) مربوط به هارمونیک های سوم در اتصال مثلث

شکل 5-4 مربوط به نوسان نقطه خنثی

شکل (6-4)مسیر شارهای هارمونیک سوم (مضرب سه) در ترانسفورماتور سه فاز

شکل (7-4) ترانسفورماتور با اتصال Y-Y بدون بار

شکل (8-4) سیم پیچ سومین ( ثالثیه )

شکل(1-5) ساختمان شماتیک TCR

شکل (2-5) منحنی تغییرات بر حسب زاویه هدایت و زاویه آتش

شکل(3-5) مشخصه ولتاژ-جریان TCR

شکل(4-5) یک نمونه صافی با استفاده از L , C

شکل (5-5)حذف هارمونیک سوم با استفاده از مدار TCR بااتصال ستاره

شکل (7-5) منحنی مشخصه ترکیب TCR و خازن موازی

شکل(10-5) منحنی مشخصه ولتاژ – جریان SR

شکل (11-5) حذف هارمونیکهای شبکه قدرت با استفاده از راکتور اشباع شده SR

شکل (12-5)منحنی مشخصه ولتاژ – جریان SR با خازن اصلاح شیب

منابع و مأخذ:

ماشین های الکتریکی(تحلیل ، بهره برداری ،کنترل)

تالیف: دکتر پ. س. سنترجمه: دکتر مهرداد عابدی

ماشین های الکتریکی (تحلیل ، بهره برداری ،کنترل) تالیف:پروفسور بیم بهارا جلد دوم ترجمه:دکتر لسانی – دکتر سلطانی

بررسی هارمونیکهای سیستم قدرت

تالیف:آریلاگا ، جوس مترجم: محمد علی شرکت معصوم

jen- hao & ou-yean chang" a farst harmonic load flow method for industrial dist system " IEEE 1999

alexander emanuel, mighao yang , david pileggi "the engineering economics of power systems harmonics in sub distribution feedrs " IEEE 1999