|
حالتهاي گذرا در سيستمهاي قدرت
- فصل
3 - امواج سيار
امواج سيار
سيستمهاي قدرت بعنوان سيستمهاي بزرگ و پيچيده بشمار ميآيند، اما
براي آناليز حالت ثابت، طول موج جريانهاي سينوسي و ولتاژها در مقايسه
با ابعاد فيزيكي شبكه هنوز بزرگ ميباشند- براي فركانس قدرت Hz-50،
طول موج km6000
است. براي آناليز ثابت، شاخص عناصر متمركز، براي اغلب موارد كفايت
دارد. با اين وجود، براي آناليز گذار، چنين موردي وجود نداشته و زمان
سير امواج الكترومغناطيسي را ميبايست بحساب آورد. بطور مثال، شاخص
متمركز، يك خط انتقال اورهد بوسيله بخشهاي-pi
براي زمان سير امواج الكترومغناطيسي به حساب نميآيد، همانگونه كه
ميتوان اين امر را به سادگي از شكل 1-3 مشاهده نمود...
داشتن شاخص خطوط اورهد و كابلهاي زيرزميني به وسيله عناصر متمركز كمك
چنداني در فهم پديده امواج نمينمايد، چرا كه امواج الكترومغناطيسي
داراي زمان سير ميباشند. تنها در زماني كه ابعاد فيزيكي بخش خاصي از
سيستم قدرت كوچك باشند، در مقايسه با طول موج حالتهاي گذرا، زمان سير
امواج الكترومغناطيسي را ميتوان ناديده گرفت و بر اين اساس شاخص عنصر
متمركز بخش خاصي از سيستم قدرت را ميتوان براي آناليز كامل مورد
استفاده قرار داد...
در صورتي كه زمان سير جريان و امواج ولتاژ را به حساب آوريم و خواسته
باشيم خصيصههاي ميدان مغناطيسي را با استفاده از ويژگي مقاومت خازني و
خصيصههاي ميداني مغناطيسي را از طريق ويژگي مقاومت القايي مورد سنجش
قرار دهيم، ما اين موارد را بنام مقاومتهاي خازني و القايي توزيعي
ميخوانيم. يك خط انتقال اورهد، يك شمش برق، يا يك كابل زيرزميني داراي
ابعاد فيزيكي خاصي بوده و از اينرو اقلام كلي القايي، خازني و مقاومتي
بنظر با توجه به اندازه آنها بصورت مساوي توزيع شده اند. به هنگاميكه
ما با عناصر يا پارامترهاي توزيع شده كار ميكنيم، ميبايست اين نكته
را درك نمائيم كه جريانها و ولتاژهاي ورودي، بطور مثال، يك خط به صورت
الزامياز ارزش مساوي، در امتداد كل طول خط در وهله زماني يكسان،
برخوردار نميباشد...
سرعت امواج سير كننده و امپدانس ماهيتي
در صورتي كه يك منبع ولتاژ
... به
يك خط انتقال دو سيمه در
... متصل
شود (به شكل 2-3 مراجعه شود)، آن خط بوسيله منبع ولتاژ داراي بار
الكتريكي خواهد گرديد...
مضامين انرژي امواج سيار
يك موج الكترومغناطيسي شامل انرژي ميباشد. اين انرژي در ميدان
مغناطيسي و ميدان الكتريكي ذخيره ميگردد. پاره خط كوچك
... در
شكل 3-3 داراي مقاومت خازني
... ميباشد
و بار كسب شده آن تا ولتاژ
... خواهد
بود...
انرژي موج الكترومغناطيسي بصورت مساوي در امتداد ميدان الكتريكي و
مغناطيسي توزيع ميشود. مجموع انرژي پاره خط
... در
زمان
... مساوي
جمع انرژي در ميدان الكتريكي و مغناطيسي خواهد بود:...
تضعيف و اعوجاج امواج الكترومغناطيسي
تاكنون ما به خط انتقال بعنوان موردي اشاره
كردهايم كه اصطلاحا به نام خط بدون اتلاف خوانده ميشود، كه بدان معنا
است كه اقلام زير به حساب نيامده است:
· مقاومت
سري رساناها
· تاثير
پوستي فركانسهاي بالاتر
· اتلاف
در رساناي ديالكتريك بين سيمها در يك كابل فشار قوي
·
جريانهاي نشتي در امتداد عايقهاي رشتهاي
· تاثير
مقاومت زميني
·
اتلافهاي كورونا و موارد ديگر
معادلههاي تلگراف
معادلههاي خط انتقال كه بر روي خطوط انتقال
يكپارچه دو سيمه عموميحاكم ميباشند، شامل صفحه موازي، خطوط دو سيمه و
خطوط كواكسيال بعنوان معادلههاي تلگراف خوانده ميشوند. معادلات خط
انتقال عموميبه نام معادلات تلگراف خوانده ميشوند چرا كه آنها براي
اولين بار بوسيله اوليور هويسايد (1925-1850) فرمولاسيون گرديده، به
هنگاميكه وي بوسيله شركت تلگراف استخدام شده بود و بر روي اختلالات
مربوط به سيمهاي تلفن بررسيهايي را انجام ميداد...
خط بدون اعوجاج
حالت نرمال
سيستمهاي قدرت بدين صورت است كه خطوط اورهد و كابلهاي زيرزميني داراي
موارد اتلاف اندكي ميباشند. اين بدين معنا است كه
... و
... كوچك
بوده و همچنين ثابت ميرايي
... و
ثابت فاز ... نيز
در مقايسه با نرخ تغييرات
... ولتاژ
و امواج جريان اندك ميباشند...
بازتاب و انكسار امواج سيار
به هنگاميكه يك
موج الكترومغناطيسي در امتداد يك خط انتقال همراه با امپدانس ماهيتي
خاص انتشار مييابد، ارتباط ثابتي بين امواج ولتاژ و جريان وجود دارد.
اما در صورتي كه امواج در حالت ناپيوسته انتشار يابند چه چيزي روي
خواهد داد، همانند مواردي چون مدار باز يا اتصال كوتاه، يا در نقطهاي
از خط كه در آن امپدانس ماهيتي
... تغيير
ميكند، بطور مثال، به هنگاميكه يك خط انتقال اورهد بوسيله يك كابل يا
يك ترانسفورماتور قطع ميگردد...
براي حالت گذار از خط اورهد به كابلي كه در يك
پست انتقال نيرو ميباشد، دامنه موج در حال ورود كاسته ميشود. به
هنگاميكه يك خط اورهد در حال ورود به وسيله كابلي كه داراي طول كوتاهي
ميباشد متصل شده باشد، اين كابل باعث ميشود تا پست انتقال نيرو در
برابر اورولتاژ محافظت شود. به هنگاميكه ضربات ناشي از صاعقه به پست
انتقال نيرو وارد ميآيد، حالت عكس روي ميدهد- يك موج ولتاژ بزرگ شده
از پست انتقال نيرو خارج شده و در امتداد خط اورهد به جريان در ميآيد...
بازتاب امواج سيار در ترانسفورماتور و
سيمپيچهاي ژنراتور
به هنگاميكه امواج سيار به سيمپيچهاي
ترانسفوماتورها و ژنراتورها ميرسند، آنها به سيمپيچهاي برخورد
ميكنند كه ابعاد فيزيكي آنها در مقايسه با ابعاد خود سيستم قدرت نسبتا
كوچكتر ميباشد. بر اين اساس، امواج سيار نسبت به توليد نوسانات همراه
با رزونانس در سيمپيچها اقدام نموده و موجب بروز امواج ايستاده
ميشوند. از آنجايي كه يك موج ايستاده ناشي از انطباق دو موج سيار در
مسيرهاي متضاد ميباشند، ولتاژها و جريانها در سيمپيچهاي ژنراتور و
سيمپيچهاي ترانسفورماتور را ميبايست بعنوان امواج سيار در نظر گرفت...
مبدا ولتاژهاي ريكاوري گذار
پس از وقفه
جريان اتصال كوتاه بوسيله يك فيوز ولتاژ بالا يا يك مدارشكن برق، يك
ولتاژ ريكاوري گذرا (TRV) در امتداد ترمينالهاي دستگاه داراي وقفه ظاهر
ميشود...
دياگرام شبكه
دياگرامهاي
شبكه بوسيله بولي (Bewley) معرفي شده و در زماني كه خواسته باشيم
محاسبات امواج سيار را انجام دهيم بعنوان كمك بزرگي مطرح ميباشند. به
منظور نشان دادن كاربرد دياگرامهاي شبكه، ما نسبت به بررسي چيزي كه در
شكل 15-3 اتفاق ميافتد اقدام ميكنيم، آن هم به هنگاميكه مدارشكن يا
كليد قطع بسته شده و نسبت به سوئيچ نمودن ترانسفورماتور تحريك شده بر
روي يك خط اورهد بيبار بصورت سري با يك كابل بيبار كه متصل به يك
ترانسفورماتور بيبار ميباشد اقدام ميكند...
|
