چالش تاثیر خطاهای زمین (Earth Fault) شبکه انتقال توان ۲۰ کیلوولت مترو بر روی UPSهای مصارف حساس و راهکار استفاده از ترانسفورماتور ایزوله یک به یک

تداوم و کیفیت تغذیه الکتریکی تجهیزات حساس یکی از الزامات اساسی در بهره برداری ایمن و پایدار سامانه های مترو است. در این میان، سیستم های برق بدون وقفه وظیفه تامین انرژی پیوسته برای مجموعه ای از بارهای حیاتی شامل تجهیزات مخابراتی، سامانه های پردازش و ذخیره اطلاعات، تجهیزات سیگنالینگ، کنترل و فرمان و روشنایی اضطراری را بر عهده دارند. این تجهیزات به دلیل استفاده گسترده از منابع تغذیه سوئیچینگ، مبدل های الکترونیکی و مدارهای کنترلی، نسبت به تغییرات سریع ولتاژ، افت ولتاژ، افزایش لحظه ای ولتاژ، اغتشاشات گذرا و اختلالات ناشی از مسیرهای زمین حساس هستند.ساختار شبکه توزیع برق در مترو با بسیاری از شبکه های متعارف تفاوت دارد. در شبکه مورد مطالعه، انتقال انرژی در سطح فوق توزیع ۶۶ کیلوولت انجام شده و توزیع در سطح ۲۰ کیلوولت عمدتا به وسیله کابل های زیرزمینی بین پست ها و ایستگاه ها صورت می گیرد. گستردگی کابل کشی در شبکه ۲۰ کیلوولت، تعداد زیاد سرکابل ها و مفصل ها و همچنین شرایط بهره برداری و نگهداری، احتمال بروز خطاهای زمین در این سطح را افزایش می دهد. خطاهای ناشی از نقص عایقی، آسیب سرکابل، خرابی یا اجرای نامناسب مفصل و سایر مشکلات کابل می توانند علاوه بر عملکرد حفاظتی و قطع بخش معیوب، موجب ایجاد اغتشاشات الکتریکی در شبکه شوند. بخشی از این اغتشاشات می تواند از طریق مسیرهای هادی، کوپل خازنی، کوپل الکترومغناطیسی و مسیرهای زمین به شبکه های ولتاژ پایین منتقل شود. یکی از بخش هایی که در برابر چنین شرایطی اهمیت ویژه ای دارد، ورودی UPSهای سه فاز ۳۸۰ ولت است. اگرچه ساختار UPSهای مدرن، به خصوص UPSهای دارای یکسوساز و اینورتر، امکان جداسازی بار از بسیاری از تغییرات منبع ورودی را فراهم می کند، اما این تجهیزات نیز دارای محدوده مشخصی از تحمل اغتشاشات ورودی هستند. رخدادهای شدید یا تکرارشونده در شبکه می توانند باعث عملکرد حفاظتی، انتقال به بای پس، ایجاد تنش در تجهیزات قدرت و در شرایط نامناسب، قطع بار حساس شوند.در این مقاله، اثر خطاهای زمین شبکه کابلی ۲۰ کیلوولت بر کیفیت تغذیه ورودی UPSهای سه فاز ۳۸۰ ولت مورد بررسی قرار گرفته و نقش استفاده از ترانسفورماتور ایزوله یک به یک در افزایش تاب آوری ورودی UPS بررسی می شود. ابتدا مسیرهای انتقال اغتشاش از شبکه ۲۰ کیلوولت تا شبکه ۳۸۰ ولت تشریح شده و سپس رفتار یک UPS حساس در برابر رخدادهای مختلف شبکه مورد تحلیل قرار می گیرد. در ادامه، ساختار پیشنهادی استفاده از ترانسفورماتور ایزوله یک به یک در ورودی UPS ارائه شده و مزایا و محدودیت های آن بررسی می شود. همچنین پیشنهاد می شود مدل سازی سیستم با استفاده از شبیه سازی گذرا، سناریوهای مختلف خطای زمین، افت ولتاژ، عدم تعادل و اغتشاشات گذرا را در دو حالت بدون ترانس و با ترانس مقایسه کند. نتایج مورد انتظار نشان می دهد که استفاده صحیح از ترانسفورماتور ایزوله می تواند به کاهش انتقال برخی مولفه های اغتشاش، بهبود جداسازی زمین و افزایش حاشیه ایمنی تجهیزات حساس کمک کند؛ هرچند این تجهیز جایگزین حفاظت شبکه، اصلاح کابل ها یا تجهیزات جبران ساز افت ولتاژ نیست.

کلیدواژه ها:

مترو ، شبکه ۲۰ کیلوولت ، خطای زمین ، UPS.