القوس الأرضي المرن وتنظيم الجهد الكهربائي الصفري

دراسة القوس الأرضي المرن وتنظيم الجهد الكهربائي الصفري

في شبكة توزيع نظام الطاقة الكهربائية، تنشأ معظم مشكلات الموثوقية من خطأ أحادي الخط إلى الأرض (SLG)، خاصةً إذا تجاوز التيار السعوي نطاقاً معيناً؛ فلن ينطفئ قوس التأريض ذاتياً، كذلك قد يؤدي القوس المتقطع إلى زيادة الجهد في الطور وأعطال من خط إلى خط وفشل في العزل، بالإضافة إلى ذلك سوف يهدد السلك الكهربائي المؤرض سلامة الماشية والبشر أو يشعل الشجيرات، مما قد يعرض سلامة الجمهور والموظفين للخطر ومما يتسبب في آثار اجتماعية وخسائر اقتصادية خطيرة.

ولتقييد تيار خطأ (SLG)، تم اعتماد أنظمة التأريض الرنانة في الصين وأوروبا، كذلك وقد تم التأكيد على قدرة القضاء التام على التيار في الممارسة، كما أن هناك طريقتان رئيسيتان للتخلص من العطل الحالي، وهي الطريقة التي يتم التحكم فيها حالياً وطريقة التحكم في الجهد. تعتمد الطرق التي يتم التحكم فيها حالياً، مثل ملف بيترسون والعاكس الذي يتم التحكم فيه حالياً، كذلك على قياس المعطيات الموزعة لتعويض التيار السعوي.

بحيث يكمن تأثير التعويض الحالي في دقة قياس المعطيات الموزعة الطرق التي يتم التحكم فيها بالجهد، مثل العاكس الذي يتم التحكم فيه بالجهد، كما تحد من تيار العطل عن طريق إجبار الجهد المحايد إلى الأرض على أن يكون عكس جهد إمداد الطور الخاطئ بدون قياس المعطيات الموزعة، ومع ذلك؛ فإن جهاز قمع القوس النشط المعتمد على العاكس يواجه مشاكل في القدرة على التحميل الزائد والتكلفة العالية والموثوقية.

كما تم اقتراح (ASD) للتحكم في الجهد السلبي لتنظيم الجهد بدون تسلسل صفري في هذا الطرح، وهي تتألف من محول تأريض متعرج وقواطع متعددة الأطراف ومحول عزل أحادي الطور، كما يمكن تقييد جهد التسلسل الصفري بسهولة ليكون عكس جهد إمداد الطور الخاطئ، فقط عن طريق تبديل القواطع متعددة الأطراف وضبط عدد الدورات في المحولات الكهربائية.

مبدأ جهاز قمع القوس الأرضي المقترح

يتم تقديم (ASD) الخامل للتحكم في الجهد مع طوبولوجيا شبكة توزيع غير فعالة مؤرضة (10) كيلو فولت، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (1).

كما تم اعتماد محول التأريض المتعرج (T1) لتشكيل النقطة المحايدة، حيث أنه من نوع الاتصال (Zny11)، كذلك تم اعتماد “محول معزول” أحادي الطور (T2) لحقن الجهد إلى “النقطة المحايدة” لغرض قمع القوس، بحيث ترتبط “الجوانب الثانوية” لكلا المحولات بستة قواطع (San ، Sbn ، Scn ، Sap ، Sbp ، Scp)، والتي تُستخدم لاختيار الفولتية المناسبة من خط إلى خط للجهد المحايد المحقون.

يمكن تعديل المنعطفات الخاصة بالملف الأولي (جانب الجهد العالي) لـ (T2) لتغيير الجهد المحقون في حالة تغير جهد الناقل (UAA ′ و UBB ′ و UCC) وهي الفولتية للملفات الرئيسية الأولية لـ (T1. UA′N UB′N UC′N) كذلك هي الفولتية لملفات إزاحة الطور الجانبي الأولية لـ (T1. ua ، ub ، uc) هي الفولتية للملفات الجانبية الثانوية لـ (T1. EA و EB و EC) وهي جهود إمداد ثلاثية الطور.

كذلك كل من اللفات الرئيسية ولفات التحول الطوري لها رقم دورة (Np1)، كما يحتوي الملف الثانوي على رقم دورة (Ns1)، حيث أن رقم الدوران للجانبين الابتدائي والثانوي من (T2) هو (Np2 ، Ns2)، وذلك على التوالي، بحيث يوضح الشكل التالي (2) مخطط طور الجهد للمحول (T1).

طريقة تنظيم الجهد الصفري المتسلسل

في بناء الهيكل الموضح في الشكل التالي (1)؛ فإن (uab ، ubc ، uca) هي مدخلات الجانب الثانوي في المحول (T2) وهو ما يعادل الجهد الكهربي (uq)، وبالتالي تظهر شبكة التوزيع المبسطة في الشكل التالي (3)، بحيث يتم التعامل مع الجهد الكهربائي من خط إلى خط كمصدر جهد مثالي يزود الجانب الثانوي من (T2).

كما يُفترض أن تكون المعلمات الموزعة لخط النقل متناظرة، حيث أن (C0) هي السعة من خط إلى أرض و (R0)، وهي مقاومة التسرب من خط إلى أرض، كذلك المنعطفات الأولية (Np2) من (T2) قابلة للتغيير للتحكم الدقيق في الجهد المحايد و (Np2-sum) هو إجمالي عدد الدورات في الجانب الأولي من (T2. iip) وهو التيار المحقون إلى النقطة المحايدة، كما أن (Iq) هو التيار من الجانب الثانوي لمحول العزل أحادي الطور (T2).

وبافتراض أن المحولين تحت السيطرة تماماً؛ فإنه يمكن معاملة نظام التأريض كمصدر جهد مثالي بدون تسلسل صفري كما هو موضح في الشكل التالي (4)، وذلك مع مراعاة محاثات التسرب في كلا المحولين (T1) و (T2)، كما أنه يمكن أن تكون شبكة التوزيع مبسطة إلى مصدر جهد متسلسل مع محاثات التسرب.

وعلى افتراض أن خطأ (SLG) يحدث في المرحلة (C)، ثم يمكن تبسيط دائرة النظام بأكمله في الشكل (1) إلى الشكل (4)، حيث يشير (ZΣ) إلى مقاومة شبكة التوزيع ويظهر في المعادلة التالية، حيث أن (YX) هي المرحلة الدخول إلى الأرض، أي [YX = jω0CX + 1 / RX] (X = A أو B أو C) و (0) يشير إلى التردد الزاوي الأساسي.

كما أن (llk T1) و (llk − T2) هما محاثات التسرب لـ (T1 و T2) على التوالي، من الشكل (4-B)، كما أنه يمكن الحصول على الجهد المحايد لقمع أقواس الخطأ بافتراض أن تيار الخطأ يساوي صفراً، وذلك من خلال:

نظراً لأن المعطيات الموزعة (GΣ) أكبر بكثير من محاثة التسرب للمحولات، بحيث يمكن تجاهل مقاومة شبكة التوزيع، وهذا يعني عن طريق اختيار (uq) ليكون (ubc) وتعيين نسبة دوران المحول، كما ويمكن تقييد تيار الخطأ إلى حوالي الصفر.

وأخيراً؛ فإنه تم التركيز على مشكلة خطأ (SLG)، وذلك من خلال جهاز قمع القوس القائم على التنظيم الصفري، بحيث يشتمل جهاز إخماد القوس (ZVR) المقترح على محول التأريض المتعرج والقواطع متعددة الأطراف ومحول العزل أحادي الطور، كما أنه يتم تحليل أبحاث صارمة على نظام محايد غير مؤرض لشبكة التوزيع والمبدأ الصارم لطريقة تنظيم التسلسل الصفري.

كذلك يتم محاكاة العديد من حالات الصدع الأرضي وإجراء التجارب تحت نفس الظروف، وكل ذلك من أجل إثبات صحة طريقة (ZVR) المقترحة، يتم تحليل ملفات (Peterson) و (ASD) القائم على الجهد ومفتاح تحويل الخطأ وطريقة (ZVR) المقترحة بشكل نسبي في تعقيد الكشف والموثوقية والتحكم في التعقيد والتكلفة.

أيضاً يوضح أن جهاز (ZVR) المقترح فعال من حيث التكلفة دون الحاجة إلى ملف بيترسون واستخدام عدد أقل من “المكونات الإلكترونية”، كما تتمتع بموثوقية ممتازة مع تقليل تعقيد التحكم، وتحقيق الفعالية المطلوبة لإخماد القوس الكهربائي، بحيث تتضمن الدراسة الإضافية تجربة في النموذج الأولي للقوس الأرضي الصدع والاختبار الميداني حول حساسية الطريقة المقترحة، وباختصار؛ فإن جهاز (ZVR) المقترح فعال من حيث التكلفة وسهل التشغيل.