החלפת זרם לא מופז במחסומים חשמליים בעומסים גבוהים

כאשר שני חלקים של רשת חשמלית עם אותו מתח פעולה מתחברים, מתרחש תופעת החלפת פאזה אם המקורות המשויכים להם הם בעלי זוויות פאזה שונות, כאשר חלק מהפאזות או כולן נמצאות בזווית של 180°. במהלך פעולת ההחלפה, המפסק מתמודד עם מתחי מקור בעלי זוויות פאזה שונות, מה שגורם לזרמי פאזה מוזזים בהתחברות. על המפרקים משני צידי ההתחברות להפסיק את הזרמים הללו באופן אמין.

במיוחד, ההבדל בין זוויות הפאזה של וקטורי הסיבוב המייצגים את מתחי המקור גורם לתמונות מתח מיידי לא מסונכרנות, מה שמביא לזרמים טרנסינטיים משמעותיים ומתחים טרנסינטיים ברגע ההחלפה. עבור מתח השיקום הטרנסינטי (TRV), משימה זו מאופיינת במפעלים יצרנים של אנרגיה פעילה משני צידי המפסק, מה שמגדיל את מורכבות והאתגרים של פעולת ההחלפה.

כפי שמוצג בתמונה 1, נניח כי מקורות האנרגיה S1 ו-S2 מייצגים שני מקורות עם זוויות פאזה שונות. כאשר המפסק מחליף בין שני המקורות הללו, ההבדל בזוויות הפאזה יכול להוביל לעלייה משמעותית בזרם הטרנסינטי, מה שמחייב דרישות גבוהות יותר מהמפסק. לכן, על המפסק להיות בעל יכולת מספקת להתמודד עם מצבים אלה של מתח גבוה, כדי להבטיח פעולות החלפה בטוחות ונאמכות.

במשימות החלפה של תקלות שנידונו קודם, רכיב המתח השיקומי הטרנסינטי (TRV) צד העומס בסופו של דבר מתכווץ לאפס. לעומת זאת, בהחלפת פאזה, רכיב TRV צד S2 מתכווץ בהדרגה למתח השיקום בתדר החשמל (RV) של מקור S2. כפי שמוצג בתמונה 2, מניחים כי ההבדל בין הזוויות של שני המקורות הוא 90°, ומחסומי קצר החשמל הם בעלי ערך התנגדות שווה.

לכן, התכונה הראשית של פעולת החלפת פאזה היא פגיעות TRV גבוהות במיוחד, בעוד שקצב עליית מתח השיקום מחדש (RRRV) והזרם נשארים ביחס נמוך. מכיוון שהשיא של TRV בהחלפת פאזה הוא הגבוה ביותר מבין כל פעולות ההחלפה, הוא בדרך כלל משמש כנקודת מرجع להערכת מצבים אחרים מורכבים של החלפה, כגון סילוק תקלות על קווי העברה ארוכים או טיפול בתקלות על קווי תגמול סדרתי.

תקציר נקודות מפתח:

• TRV צד העומס: בכל המקרים, רכיב TRV צד העומס מתכווץ לאפס. TRV צד S2 בהחלפת פאזה: מתכווץ למתח השיקום בתדר החשמל (RV) של מקור S2.

• שיא TRV: גבוה מאוד בהחלפת פאזה.

• RRRV והזרם: נשארים ביחס נמוך.

• תקן chiếu: שיא TRV בהחלפת פאזה הוא הגבוה ביותר, מה שהופך אותו לנקודת מرجع נפוצה להערכת מצבים אחרים מורכבים של החלפה.

מאפייני TRV בהחלפת פאזה

במקרי החלפה של תקלות שנידונו קודם, רכיב המתח השיקומי הטרנסינטי (TRV) צד העומס מתכווץ לאפס בכל המקרים. לעומת זאת, בהחלפת פאזה, רכיב TRV צד S2 מתכווץ למתח השיקום בתדר החשמל (RV) של מקור S2. התנהגות זו מוצגת בתמונה 2, שם מניחים כי ההבדל בין הזוויות של שני המקורות הוא 90°, ומחסומי קצר החשמל שווים בערכם.

תיאור מפורט

במקרי החלפה של תקלות שנידונו קודם, רכיב המתח השיקומי הטרנסינטי (TRV) צד העומס תמיד מתכווץ לאפס. לעומת זאת, בהחלפת פאזה, רכיב TRV צד S2 מתכווץ למתח השיקום בתדר החשמל (RV) של מקור S2. כמו שמוצג בתמונה 2, מניחים כי ההבדל בין הזוויות של שני המקורות הוא 90°, ומחסומי קצר החשמל שווים בערכם.

לכן, המאפיינים העיקריים של פעולת החלפת פאזה הם:

• שיאים גבוהים מאוד של TRV: ערכי השיא של TRV גבוהים באופן משמעותי בהשוואה לשיטות החלפה אחרות.

• RRRV וזרם בינוניים: קצב עליית מתח השיקום מחדש (RRRV) וערכי הזרם נשארים בינוניים, למרות השיאים הגבוהים של TRV.

מכיוון ששיא TRV בהחלפת פאזה הוא הגבוה ביותר מבין כל שיטות ההחלפה, מצב זה לעיתים קרובות משמש כנקודת מرجع להערכת מצבים אחרים מיוחדים של החלפה, כגון:

• סילוק תקלות על קווי העברה ארוכים

• טיפול בתקלות על קווי תגמול סדרתי

תקציר נקודות מפתח:

• TRV צד העומס: תמיד מתכווץ לאפס בכל מקרי החלפה של תקלות.

• S2-צד TRV בהחלפת פאזה: מתכווץ למתח השיקום בתדר החשמל (RV) של מקור S2 .

• שיא TRV: גבוה במיוחד בהחלפת פאזה.

• RRRV וזרם: נשארים ביחס נמוך.

• נקודת מرجع: שיא TRV בהחלפת פאזה הוא הגבוה ביותר, מה שהופך אותו לנקודת מرجع נפוצה להערכת מצבים אחרים מורכבים של החלפה.

תמונה 3 מציגה שני מצבים שיכולים להוביל לתנאי החלפת פאזה. במצב הראשון (תמונת שמאל), מנוע חשמלי מחובר לרשת בצורה בלתי מכוונת על ידי מפסק בזווית פאזה שגויה. במצב השני (תמונת ימין), חלקים שונים של רשת ההעברה מאבדים סינכרוניזציה, לרוב בשל תקלה קצרה החשמל במקום מסוים ברשת.

בשני המקרים, זרמים מוזזים פאזה זורמים דרך הרשת, ועל המפסקים להפסיק אותם באופן אמין. מצבים אלו מציגים אתגרים משמעותיים למערכת החשמל, שכן החלפת הפאזה יכולה להוביל לזרמים ומתחים טרנסינטיים גבוהים, המחייבים ממפרקים להתמודד עם מצבים אלה בצורה יעילה.

תקציר נקודות מפתח:

• מצב 1 (תמונת שמאל): מנוע חשמלי מחובר לרשת בזווית פאזה שגויה, מה שגורם להחלפת פאזה.

• מצב 2 (תמונת ימין): חלקים שונים של רשת ההעברה מאבדים סינכרוניזציה, לרוב בשל תקלה קצרה החשמל, מה שגורם להחלפת פאזה.

• זרמים מוזזים פאזה: בשני המצבים, זרמים מוזזים פאזה זורמים דרך הרשת.

• דרישה ממפסק: המפסקים חייבים להפסיק באופן אמין את הזרמים המוזזים פאזה כדי לשמור על יציבות ואבטחת המערכת.

החלפה בין מנוע לחשמל למערכת

כאשר משתמשים במרומש תדר, ההחלפה בין המנוע לחשמל למערכת החשמל יכולה להתרחש על צד המתח הגבוה (HV) או צד המתח התיכון (MV) של המרום. ההחלפה יכולה לקרות לא רק במהלך תקלות מערכת או תקריות בתחנת כוח, אלא גם במהלך סינכרוניזציה והסרת סינכרוניזציה.

verity של מצבים לא מסונכרנים תלוי ב:

• הבדל זוויות פאזה: ככל שההבדל בין זוויות הפאזה של המנוע לחשמל לרשת גדול יותר, כך המצב הלא מסונכרן חמור יותר.

• מצב הזרמת הרוטור: רמת הזרמת הרוטור של המנוע לחשמל משפיעה גם היא על חומרת המצב הלא מסונכרן. בדרך כלל, מערכת הבקרה של הזרמת הרוטור תפחית במהירות את עוצמת השדה המגנטי של הרוטור כדי להפחית את השפעת המצב הלא מסונכרן.

כדי להתמודד עם אתגרים אלה, תחנות כוח מצוידות במכשירי הגנה ובקרה שונים:

• מכשירי הגנה נגד איבוד סינכרוניזציה: מכשירים אלה מגלים למנועים את איבוד הסינכרוניזציה של המנוע לחשמל עם הרשת.

• מכשירי בדיקת סינכרוניזציה: מכשירים אלה מבטיחים כי המנוע לחשמל מחובר לרשת בזווית פאזה הנכונה, כדי למנוע מצבים לא מסונכרנים.

• ציוד בקרה לסינכרוניזציה: מכשירים אלה עוזרים להשיג סינכרוניזציה חלקה בין המנוע לחשמל לבין הרשת.

תמונה 4 מציגה את התכנון הטיפוסי הזה, המציג את החיבור בין המרום, המנוע לחשמל והמערכת החשמלית, וכן את תכנון המכשירים ההגנתיים והבקרה הקשורים.

תקציר נקודות מפתח:

• מיקום ההחלפה: ההחלפה בין המנוע לחשמל למערכת החשמל יכולה להתרחש על צד המתח הגבוה (HV) או צד המתח התיכון (MV) של המרום.

• מצבים לא מסונכרנים: חומרת מצבים לא מסונכרנים תלויה בהבדל זוויות פאזה ובקצב הזרמת הרוטור.

• מכשירי הגנה ובקרה: תחנות כוח מצוידות במכשירי הגנה נגד איבוד סינכרוניזציה, מכשירי בדיקת סינכרוניזציה וציוד בקרה לסינכרוניזציה כדי להבטיח פעולות החלפה בטוחות ונאמכות.

החלפה בין שתי מערכות:

החלפה בין שתי מערכות חשמל בדרך כלל מתרחשת במצבים של חוסר איזון בחשמל ואינהביליות מערכת. דוגמאות לכך הן הפרעות גדולות למערכת, מצבים במהלך שחזור המערכת, ובעקבות תפעול שגוי של מערכות הגנה.

קווי ההעברה החשובים יותר עשויים להיות מצוידים בבלוק של חוסר סינכרוניזציה במערכות ההגנה שלהם, או שתינתן הגנה מיוחדת ברמה של המערכת כדי למנוע הפרדת המערכות בתנאים חסרי סינכרוניזציה חמורים.

מסקנות לגבי תופעות חסרות סינכרוניזציה:

• זרמי חסר סינכרוניזציה המוערכים הם 25% מהזרם המ kraות קצר החשמל. מסיבות כלכליות וסטטיסטיות, הוצעו ערכים מינימליים לשיאים מניתוחי TRV: RV של 2.0 p.u. ותת-הצפנה של 25% .

• עם הפרדת המערכת מגיעה תופעה של כיבוי מדורג של קווי חשמל, מה שמעלה את ערך ההתנגדות של המערכת. לכן, ערך מרבי של 25% מהזרם המ kraות קצר החשמל נראה הגיוני, אפילו כיום. ערך המירב של הזרם חסר הסינכרוניזציה הוא פרמטר חשוב עבור יכולות המפסקים של מתח גבוה.

• הפרעות גדולות מראות זוויות חסרות סינכרוניזציה הרבה יותר גדולות מהערכים של 105 מעלות עד 115 מעלות שקשורים לשיאי TRV בתקנים. זה מתייחס גם לרשתות רדיאליות וגם לרשתות משולבות; עם זאת, אירועים היסטוריים הראו כי זוויות חסרות סינכרוניזציה גדולות עשויות להופיע באותו הזמן בו מתחי פעולה נמוכים. המפגש בין זוויות חסרות סינכרוניזציה גדולות ומתחי פעולה נמוכים מוביל לשיאי TRV דומים לאלה המוזכרים בתקנים עבור מצבים בהם יש זווית חסרת סינכרוניזציה נמוכה יחסית ומתח מירבי (מתח פעולה מרבי).

• מפרקים של מערכות העברה המשמשים להתחברות או ניתוק תחנות כוח קונבנציונליות עשויים להיות מושפעים גם מהחלפת פאזה. כדי לנתק תחנות כוח במהלך תנודות חשמל לא יציבות, יש להפעיל את אותם התחשבויות כמו בהפרדת המערכת, אך עם זהירות לגבי האפשרות שאפשר יהיה לציין מצב ניסיון של תקלה מוגבלת על ידי ממריא.

• כדי לנתק תחנות כוח עקב סינכרוניזציה לקויה, יש להפעיל את אותן התנאים והדרישות המוזכרים למפרקים של מנועי חשמל במתח בינוני, והסימולציות חייבות להיעשות כדי לקבוע אם עיצוב יכול לעמוד במשימה. סימולציות של אירועים כאלה צריכות לכלול את זמן התגובה של מערכות ההגנה, תופעת הדיכאון של מתח המנוע, והתאוצה/האטת הרוטור כדי לזהות האם הזרם חסר הסינכרוניזציה וה-TRV לאחר סינכרוניזציה שגויה של מנועי חשמל מכסים את התנאים המוכתמים על ידי המשתמש, למשל, 180 מעלות.