Επιτρεπόμενη φόρτιση καλωδίων χαμηλής τάσης παρουσία μη γραμμικών φορτίων

Abstract

[…] Στην παρούσα εργασία εξετάζονται τα χαρακτηριστικά λειτουργίας των καλωδίων χαμηλής τάσης J1VV, όταν διαρρέονται από μη ημιτονοειδή ρεύματα. Το περιεχόμενο της διατριβής αποτελείται από δύο βασικές ενότητες. Στην πρώτη ενότητα, εξετάζεται η ικανότητα μεταφοράς μη ημιτονοειδών ρευμάτων των καλωδίων χαμηλής τάσης, που οδεύουν σε ελεύθερο χώρο ή πάνω σε μεταλλικές σχάρες. Η εξέταση γίνεται με τη μοντελοποίηση ικανού πλήθους αντιπροσωπευτικών διατάξεων καλωδίων σε λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων. Διαπιστώνεται ότι η ύπαρξη αρμονικών μπορεί να μειώσει την ικανότητα μεταφοράς ρεύματος των καλωδίων μέχρι και 46 %, ανάλογα με την αρμονική σύνθεση των μη ημιτονοειδών ρευμάτων. Επίσης, η όδευση των καλωδίων πάνω σε μεταλλική σχάρα, όταν υπάρχουν αρμονικές ρεύματος, μπορεί να προκαλέσει περαιτέρω μείωση της ικανότητας μεταφοράς μέχρι και 6 %. Στη δεύτερη ενότητα, προτείνεται ένας επαναληπτικός αλγόριθμος υπολογισμού της κατανομής των ρευμάτων σε παραλληλισμένους αγωγούς καλωδίων, σε όλες τις αρμονικές συχνότητες. Σε αντίθεση με την υφιστάμενη βιβλιογραφία, ο προτεινόμενος αλγόριθμος μπορεί να εφαρμοσθεί σε όλες τις γεωμετρίες καλωδίων, χωρίς την εκ των προτέρων γνώση των πτώσεων τάσης στους αγωγούς και λαμβάνοντας υπόψη την αλληλεπίδραση μεταξύ των γειτονικών αγωγών. Με την επίλυση ενδεικτικών παραδειγμάτων με τη χρήση αυτού του αλγορίθμου, αποδεικνύεται ότι η κατανομή των ρευμάτων σε παραλληλισμένους αγωγούς δε γίνεται ισομερώς, αλλά η διαφορά τους μπορεί να φθάσει μέχρι και σε αναλογία 1 προς 7. Τα αποτελέσματα του αλγορίθμου επιβεβαιώνονται με ηλεκτρικές μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν σε μία πραγματική διάταξη καλωδίων. Ως εκ τούτου, η παραδοχή της ισοκατανομής των ρευμάτων για τη διαστασιολόγηση παράλληλων καλωδίων αποδεικνύεται εσφαλμένη, καθώς οδηγεί στην υπερφόρτιση των καλωδίων. Επίσης, διαπιστώνεται ότι η ανισοκατανομή των ρευμάτων στους παράλληλους αγωγούς αυξάνεται με την αύξηση της συχνότητας του ρεύματος και την αύξηση του πλήθους των παραλληλισμένων αγωγών. Η βασική συμβολή της παρούσας διατριβής εντοπίζεται στο ότι υπολογίζεται η επίδραση των αρμονικών στην ικανότητα μεταφοράς ρεύματος των καλωδίων Χαμηλής Τάσης και προτείνεται ένας συντελεστής διόρθωσης που μπορεί να εφαρμοσθεί συμπληρωματικά στα υφιστάμενα πρότυπα, ώστε να ληφθεί υπόψη και η επίδραση των αρμονικών. Ο συντελεστής αυτός υπολογίζεται βάσει των απωλειών που προκαλούνται στα καλώδια που διαρρέονται από ημιτονοειδή ρεύματα στα 50 Hz, σύμφωνα με όσα προβλέπονται στο πρότυπο HD384 [Γ7]¹. Επίσης, με τη χρήση ενός προτεινόμενου αλγορίθμου υπολογισμού της κατανομής των ρευμάτων σε παράλληλα καλώδια, εξετάζεται το πρόβλημα της ανισοκατανομής και προτείνεται μία μεθοδολογία υπολογισμού της βέλτιστης συνδεσμολογίας παραλληλισμένων καλωδίων. Η βέλτιστη συνδεσμολογία μπορεί να ορισθεί βάσει διαφόρων κριτηρίων, όπως είναι η ισοκατανομή των ρευμάτων, η ελάχιστη πτώση τάσης στα καλώδια, η ελάχιστη αρμονική παραμόρφωση, το ελάχιστο ρεύμα ουδετέρου, κ.α..