یکی از شایع ترین پدیده ها در سیستم قدرت که به خوبی معرفی نشده است “ولتاژ بازگشتی گذرا” یا Transient Recovery Voltage یا TRV نام دارد. این پدیده زمانی اتفاق می افتد که یک وقفه در تامین جریان رخ می دهد. به عبارتی دیگر، زمانی که یک قسمت از شبکه که دچار خطای اتصال کوتاه شده توسط یک بریکر جدا می شود، ولتاژ در دو سر پل های کلید افزایش می یابد که  بزرگی این ولتاژ به دو برابر مقدار ولتاژ نامی هم می رسد. TRV به مشخصه های سیستمی که بریکر در آن وجود دارد و نوع خطایی که بریکر را مجبور به واکنش می کند بستگی دارد. مشخصه های سیستم عبارتند از: نوع بارها، نوع اتصال کابل ها  و خطوط و نوع سیستم زمین به کار رفته. همیشه شدیدترین TRV به پل های اولیه کلید وارد می شود که قسمت خطا دار را جدا می کند. به این پل ها اصطلاحا پل هایی اولیه ای گفته می شود که سیستم را از نظر خطا پاک می کند.

بطور ساده تر مطابق شکل زیر، اگر یک بریکر ۱۳۲ کیلوولتی را در نظر بگیرید که در شبکه قرار گرفته، زمانی که اتصال کوتاهی رخ می دهد و این بریکر فرمان گرفته و قسمت آلوده به خطا را جدا می کند، یک اختلاف ولتاژ در دو سر پل های آن به وجود می آید. در شکل زیر، ولتاژ در یک قطب کلید برابر ۵۷ کیلوولت است (ولتاژ سمت قسمتی که اتصال کوتاه شده) و در سمت پل دیگر بریکر ولتاژ ۲۷۶ کیلوولت است. اگر چه استراتژی خاموش کنندگی قوس درون کلید یا Intrupting chumber دارای دی الکتریک به اندازه کافی قوی می باشد تا این افزایش ولتاژ را تحمل کند، مقدار ولتاژ بازگشتی می تواند قسمت های عایقی کلید را تحت تاثیر قرار دهد. این عمل باعث تشدید قوس در پل های کلید یا Re-ignition می شود.

TRV

خطوط انتقال توان الکتریکی شامل مقادیر اهمی، سلفی و خازنی می باشند. مقادیر سلفی و خازنی خط در اثر انرژی دار کردن خط به وجود می آیند. یعنی اگر خطی بدون برق باشد فقط خاصیت اهمی آن قابل اهمیت می باشد. این پارامترها مطابق شکل زیر هستند.

پارامترهای خط انتقال

زمانی که جریان AC از یک کابل یا یک شمش عبور می کند، اطراف آن هادی یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند. از انجایی که منشا تولید این میدان متناوب می باشد، خود این میدان نیز متناوب است و ولتاژی به همان هادی القا می کند که با تغییرات جریان مخالفت می کند که به همان سلف اشاره دارد. ولتاژ متناوب در خطوط انتقال باعث ایجاد اثر خازنی در خطوط می شود. از انجایی که سیم زمین یک رسانا هست، به عنوان یک صفحه و خطوط انتقال حامل جریان نیز صفحه دیگر در نظر گرفته می شوند. هوا نیز نقش دی الکتریک را بین این دو صفحه بازی می کند. اما قسمت سوم خط انتقال بخش مقاومتی آن می باشد. مقاومت خط به مقاومت موادی مانند مس و آلومینیوم است که در برابر عبور جریان الکتریکی از خود نشان می دهند. با اینکه مس و الومینیوم رسانا هستند اما رسانای خالص نیستند و با افزایش طول آنها مقداری جریان تلف شده و ولتاژ ابتدا و انتهای آنها یکی نیست. حال یک مدار RLC داریم که می خواهیم رفتار آن را زمانی که اتصال کوتاه رخ می دهد بررسی کنیم. شکل زیر را درنظر بگیرید که مدار معادل یک سیستم واقعی را بصورت گرافیکی نشان می دهد.

مدار معادل خط انتقال

حال فرضیات زیر را در نظر میگیریم:

  • یک خطای سه فاز در نزدیکی بریکر اتفاق می افتد که شدیدترین TRV را تولید می کند.
  • از مقاومت اهمی خط صرفه نظر می شود.
  • ظرفیت خازنی بین خط و زمین در نزدیکی بریکر در نظر گرفته می شود. این ظرفیت خازنی به دلیل ظرفیت خازنی در بوشینگ ها، ترانس جریان و ترانس اصلی موجود در پست وجود دارد.

 

حال خطای اتصال کوتاه در یک زمان معین اتفاق می افتد و خازن بین خط و زمین اتصال کوتاه می شود. با این وجود همانطور که بریکر باز می شود، جرقه هایی تولید می شود که با توجه به تکنولوژی اطفاء آن در یک زمان معین خاموش می شوند. در حالیکه قوس های الکتریکی در حال خاموشی هستند، شروع می کند تا خازن بین خط و زمین را از طریق اندوکتانس سیستم شارژ کند. نتیجه چه می شود؟ در این حالت ولتاژ در طول پل های بریکر برابر است با ولتاژ نامی سیستم به اضافه ولتاژ تولید شده توسط پاسخ طبیعی مدار L-C. اکنون دو مدار برای ایفای نقش وجود دارند. مدار L-C را در نظر بگیرید. ولتاژ در یک مدار L-C بدون تلفات بطور نامحدود نوسان می کند. انرژی ذخیره شده در خازن دشارژ شده و سلف را شارژ می کند (ذخیره انرژی در میدان مغناطیسی). در مرحله بعدی سلف دشارژ شده تا خازن را شارژ کند و این سیکل بطور نامحدود طی می شود. یا این وجود، مدار L-C در سیستم های قدرت بدون تلفات نیست زیرا شما مقداری مقاومت ناشی از هادی های مسی یا آلومینیومی دارید که این مقاومت باعث میرایی نوسانات می شود. مقدار پیک TRV به چندین فاکتور بستگی دارد که یکی از آنها نوع خطا می باشد. ما یک خطای سه فاز متقارن را در نظر گرفته ایم. اما ممکن است خطای یک فاز یا دو فاز به زمین نیز رخ دهد. عامل بعدی نوع سیستم زمین می باشد که دارای امپدانس کم است یا امپدانس زیاد. زمانیکه شما شکل موج نوسانات L-C میرا شده را روی شکل موج ولتاژ کاری سیستم قرار دهید، شکل موج متنجه به صورت شکل زیر خواهد شد.

 

شکل موج TRV

 

 

در شکل بالا به مدت زمان نوسانات توجه کنید. ظرفیت خازنی نزدیک بریکر ۱۳۸ کیلوولت بطور معمول بر حسب پیکو فارا اندوکتانس برحسب میکرو هانری است. زمانیکه مقدار فرکانس را با استفاده از مقادیر L و C بدست بیاوریم، یک فرکانس با دامنه کیلو هرتز تولید می شود. این گذرای فرکانس بالا زمانی اتفاق می افتد در چنین زمان سریعی اتفاق می افتد که شکل موج ولتاژ نامی در مقایسه با آن ثابت است. این اتفاق به دلیل این است که بریکر مجهز نشده است تا TRV را خنثی کند. در نتیجه شکل موج ولتاژ در آن زمان معین دارای افزایش های ناگهانی می شود که به آن TRV می گویند.