طراحی یک سیستم حفاظتی مبتنی بر کلید فیوز برای سیستم توزیع انرژی الکتریکی کشتی با ساختار ناحیه‌ای

یکی از مهمترین چالش‌های پیش روی سیستم‌های انتقال قدرت الکتریکی کشتی مدرن با ساختار ناحیه‌ای، حفاظت آنها در شرایط وقوع خطا به منظور حفظ پایداری و قابلیت اطمینان در سطح قابل قبول می‌باشد. عدم آشکارسازی خطا و جدا کردن قسمت معیوب در زمان مناسب عواقب فاجعه آمیزی برای سیستم‌ انتقال قدرت الکتریکی کشتی در پی دارد. نیاز به قابلیت اطمینان بالای کشتی‌های مدرن، منجر به توسعه ساختار ناحیه‌ای برای سیستم توزیع انرژی الکتریکی کشتی شده است. هدف این مقاله ارائه یک طرح حفاظتی کارا برای کلیه قسمت‌های سیستم توزیع برق کشتی با ساختار ناحیه‌ای و از نوع ترکیبی جریان متناوب-جریان مستقیم است. در روش پیشنهادی، حفاظت در برابر خطاهای تکفاز به زمین با بهره‌گیری از سیستم زمین مقاومت-بالا و تایمر انجام می‌شود در حالیکه جریان خطاهای دو فاز و سه فاز با استفاده از کلید-فیوز قطع می‌شود. استفاده از سیستم زمین با مقاومت بالا امکان عملکرد بدون وقفه سیستم برق کشتی را در هنگام وقوع خطاهای تکفاز به زمین فراهم می‌کند. بدلیل عدم استفاده از رله‌های حفاظتی، هزینه اجرای طرح پیشنهادی کم است. طرح حفاظت پیشنهادی شامل حفاظت اصلی و پشتیبان بوده و به زیرساخت مخابراتی نیاز ندارد. همچنین کلیه اجزای سیستم برق کشتی شامل ژنراتور، موتور پیشران، باسبار، فیدر، خط، بار و شبکه جریان مستقیم در طرح پیشنهادی در نظرگرفته شده‌اند. عملکرد هماهنگ طرح حفاظت پیشنهادی با استفاده از مدل یک سیستم تست برق کشتی با ساختار ناحیه‌ای در نرم افزار etap مورد ارزیابی قرار می‌گیرد.

a fuse-isolator-switch based protection scheme for shipboard electrical distribution systems with zonal configuration

the need for high reliability of modern ships has led to the development of a zonal structure for their electrical distribution systems. one of the most important challenges of the electric distribution systems of modern ships with a zonal structure is their protection in the event of a fault to maintain stability and reliability at an acceptable level. failure to detect the fault and to isolate the faulty section at the proper time has disastrous consequences for the shipboard electrical system. this paper aims to present an effective protection scheme for all equipment of the hybrid ac/dc distribution system of ships with a zonal structure. in the proposed scheme, protection against single-phase to ground faults is performed using a high-resistance grounding system and timer, while the current of two-phase and three-phase faults is cleared using the fuse-isolator-switches. the use of a high-resistance grounding system allows uninterrupted operation of the ship's electrical system when single-phase to ground faults occur. due to not using protective relays, the cost of the proposed scheme implementation is low. the proposed protection scheme includes primary and backup protections and does not require communication infrastructure. also, all equipment of the ship's electrical system including generator, propulsion motor, busbar, feeder, line, load, and direct current system are considered in the proposed scheme. the coordinate operation of the developed protection scheme is assessed on the etap simulation model of a test zonal electrical system of the ship.