- مد های کنترلی – که مربوط به کنترلگرهای نیروگاه، کنوروتورهای HVDC وجبرانگرهای استاتیکی توان راکتیو (SVC) ، بد تنظیم شده باشد، ناپایداری این گونه مدها اتفاق می افتد.
- مدهای پیچشی – که مربوط به اجزای چرخان روی محور توربین – ژنراتور است. ناپایداری این مدها ممکن است به علت تأثیر متقابل اجزای مذکور با سیستم تحریک، گاورنر، کنترولگرهای وخطوط انتقالی که با خازن سری جبران شده اند، اتفاق افتد. HVDC
( الف ) با ولتاژ تحریک
نمودار۲-۱ : طبیعت پاسخ اغتشاش کوچک
۲-۱-۲ -۲ پایداری گذرا:
توانایی سیستم را به منظور حفظ حالت سنکرونیزه در اثر بروز یک اغتشاش شدید گذرا نشان می دهد. عکس العمل سیستم، شامل بغییرات بزرگ زاویۀ روتور ژنراتور است و از رابطۀ غیر
خطی توان زاویه تأثیر می پذیرد. پایداری، هم به نقطۀ کار اولیۀ سیستم و هم به شدت اغتشاش بستگی
دارد. معمولا در این حالت، سیستم دستخوش تغییر می شود به گونه ای که نقطۀ کار حالت ماندگار سیستم بعد از اغتشاش با نقطۀ کار قبل از اغتشاش متفاوت است.
در سیستم ممکن است اغتشاش هایی با شدت درجات و احتمال وقوع بسیار متفاوت روی دهد. با وجود
این، سیستم به گونه ای طراحی می شود که در مقابل مجموعه ای از پیشامدهای برگزیده، پایدار بماند. این
پیشامدها، عمدتا اتصال کوتاه فاز به زمین، فاز به فاز به زمین و سه فاز است. معمولا اتصال کوتاه را روی
خطوط انتقال فرض می کنند اما گاهی اتصال کوتاه در شین یا ترانسفورمر نیز در نظر گرفته می شود. فرض
می شود که به وسیلۀ کلید زنی لازم، بخشی که تحت تأثیر خطا واقع شده از بقیۀ سیستم جدا می گردد. در
بعضی شرایط، می توان باز بست سریع را فرض کرد.
شکل ۲-۳ رفتار ماشینی سنکرون را در وضعیتهای پایدار و ناپایدار نشان می دهد. این شکل، عکس العمل زاویۀ روتور را برای یک حالت پایدار و دو حالت ناپایدار نشان می دهد. در حالت پادار ( حالت١ ) ، زاویۀ روتور ابتدا افزایش یافته ، به حداکثر خود می رسد و سپس کاهش یافته و با دامنۀ در حال کاهش به صورت نوسانی در می آید تا اینکه به حالت ماندگار می رسد در حالت ٢ ، زاویۀ روتور به طور پیوسته و یکنوا افزایش می یابد تا اینکه حالت سنکرون از دست برود. این شکل ناپایداری موسوم به ناپایداری اولین نوسان است و به علت کمبود گشتاور سنکرون کننده ایجاد می شود. در حالت ٣ ، سیستم ابتدا در اولین نوسان

پایدار است اما با افزایش دامنۀ نوسان ها، تدریجا ناپایدار می شود. این شکل ناپایداری عموما زمانی اتفاق می افتد که شرایط حالت ماندگار سیستم بعد از خطا، خود از دیدگاه “سیگنال کوچک ” ناپایدار است و لزوما به علت اغتشاش گذرا اتفاق نمی افتد.

نمودار۲-۲: پاسخ زاویه روتور به یک اغتشاش گذرا
در سیستم های قدرت بزرگ، ممکن است ناپایداری گذرا همیشه به صورت ناپایداری اولین نوسان بروز نکند بلکه می تواند به علت جمع آثار چندین مد نوسانی باشدکه اعث تغییرات شدید زاویۀ روتور بعد از
اولین نوسان می شود. در مطالعات پایداری گذرا، زمان مطالعه معمولا محدود به ٣ تا ۵ ثانیه بعد از اغتشاش
می شود هر چند که ممکن است برای سیستم های بسیار بزرگ با مد های نوسانی بین ناحیه ای غالب، این
زمان به ١٠ ثانیه هم برسد.
از واژۀ پایداری دینامیکی نیز در آثار چاپ شده به عنوان نوعی از پایداری زاویۀ روتور یاد شده است. با وجود این، نویسندگان مختلف از این واژه برای جنبه های متفاوت پدیده استفاده کرده اند. در امریکای
شمالی، از این واژه به همان معنای پایداری سیگنال کوچک با وجود تجهیزات کنترل خودکار ( عمدتا تنظیم
کننده های ولتاژ ژنراتور) در مقابل پایداری بدون وجود این تجهیزات یاد شده است]۳[. در فرانسه و آلمان، از این واژه به همان معنای پایداری گذرا، که در اینجا استفاده شده است یاد گردیده است. از آنجا که استفاده از این واژه ابهامات زیادی را ایجاد کرده، هم CIGREو هم IEEE به عدم استفاده از آن توصیه نموده اند.
در ادامه میتوان انواع پدیده گذرا در سیستم های قدرت را به صورت زیر بیان کرد :
۱- اضافه ولتاژهای موقت : (Tran Siant)
این اضافه ولتاژها دارای فرکانس ۵۰ هرتز و زمان سوارشدن این موج برروی موج اصلی حدود میلی ثانیه است. پس در این حالت چون که مدت زمان این حالت گذرا بسیار زیاد می باشد از لحاظ انتخاب دستگاه های حفاظتی بسیار مهم می باشد.
در طراحی کلیدهای قدرت وبرقگیر و خازن های برقگیر حالت Transiant به دلیل زمان زیادش مد نظر می باشد. برای بررسی بیشتر می توانیم بگوئیم که این نوع پدیده از تخلیه الکتریکی جوی روی خطوط انتقال و قطع و وصلهای سریعی که معمولا در شبکه ایجاد می گردد ناشی می شود.
این حالتهای گذرا سرشتی کاملا الکتریکی دارند و تنها در خطوط انتقال سیستم های قدرت دیده می شوند. از نظر فیزیکی اختلالی از این نوع منجر به یک سری موج الکترومغناطیسی می شود که با سرعتی نزدیک به سرعت نور در طول خطوط منتشر می شود و موجب افزایش دامنه امواج برگشتی در پایانه های خط می گردد. که بعد از چند رفت و برگشت در طول خط در طی چند ثانیه به دلیل تلفات موجود در خطوط ، این امواج تضعیف می شوند و پس ازچند رفت و برگشت این امواج میرا می‌گردند یعنی از بین می روند.
اندوکتانس بزرگ ترانسفورماتورها در اغلب مواقع به طور موثری مانع از ورود این اختلالات به سیم پیچهای ژنراتور می شود ولی برگشت این اختلالات موجب تولید موجهای با دامنه ولتاژ زیاد می شود ولی برگشت از این اختلالات موجب تولید موجهای با دامنه ولتاژ زیاد می شود که قادر است عایق تجهیزات فشار قوی را لطمه بزند. بارهای الکتریکی گذرا می توانند از طریق برقگیرها به زمینه انتقال یابد. ولی اگر عایق تجهیزات یا خطوط آسیب ببینند این امواج گذرا منجر به حالتهای گذرای جدیدی از نوع کند می شوند.
۲- اضافه ولتاژهای ناشی از کلید زنی (Fast Transiant)
این اضافه ولتاژها ناشی از قطع ووصل کلیدها می باشد که فرکانسی در حدود ۵۰ هرتز تا ۲۰ کلیوهرتز می باشد که مدت زمان اثر این امواج گذرای سریع در حدود میکروثانیه است.
۳- اضافه ولتاژ های صاعقه (Fast Transiant)
اضافه ولتاژهای تخلیه جوی دارای فرکانس بالایی هستند این فرکانس در حدود ۱۰ کیلوهرتز تا ۳ مگاهرتز می باشند و مدت زمان گذر این موج در حدود نانوثانیه است.
۴-اضافه ولتاژهای مربوط به پست (Very Fast Transiant GIS)
این اضافه ولتاژها مربوط به پستهای (SF6) می باشند و دارای فرکانسی در حدود ۱۰۰ کیلو هرتز تا ۵ مگاهرتز و مدت زمان اثر این موج نانوثانیه می شود[۸].
۲-۱-۲ -۲ -۱ دسته بندی حالتهای گذرا :
حالتهای گذرا را در قبل بر اساس فرکانس و زمان اثر آنها برشمردیم حال به بررسی این پدیده‌ها و علل و بروز آنها و سرعت آنها می پردازیم.
الف) حالتهای گذرا فوق سریع – ( پدیده موج)
این نوع پدیده های گذرا از تخلیه الکتریکی جوی روی خطوط انتقال و قطع و وصل های سریع که معمولا در شبکه ایجاد می گیرد ناشی می شود. این حالتهای گذرا سرشتی کاملا الکتریکی دارند و تنها در خطوط انتقال دیده می شوند. از نظر فیزیکی اختلال از این نوع منجر به یک موج الکترومغناطیسی می شود که با سرعتی نزدیک به سرعت نور در طول خطوط منتشر می شود و موجب افزایش دامنه امواج برگشتی در پایانه های خط می گردد که بعد از چند رفت و برگشت در طول خط در طی چند ثانیه به دلیل تلفات موجود در خطوط این امواج به صورتی تضعیف می شوند و پس از چند رفت و برگشت از بین می روند.
این حالتهای گذرا باعث صدمه رساندن به عایقهای ترانسها و ژنراتورهای سنکرون و عایق خطوط و همچنین موتورهای سنکرون می گردند که پس از صدمه رساندن به عایق ومقره ها باعث می گردند که اتصال کوتاهی یا حالت گذرا خطایی در آن نقطه بوجود بیاید. که در تست عایقی انواع مقاومت در مقابل اضافه ولتاژها و همچنین اتصال کوتاهها و صاعقه ها در آزمایشگاه فشار قوی این موارد مورد بررسی کافی قرار می گیرند که برای جلوگیری و یا حتی عدم بروز جنین حالت گذرایی منجر به طراحی مقره ها و یا حتی منجر به طراحی فاصله هوایی مناسب و طراحی و ساخت عایقهایی که قدرت تحمل ولتاژهای گذرا را داشته باشند و حتی در مواردی هم که بتوانیم صدمه زدن ولتاژهای گذرا به تجهیزات جلوگیری کنیم. برقگیرهایی را با توجه به امواج گذرای آن طراحی می کنیم. که برای محافظت از تجهیزاتی مثل ترانس و ژنراتور در کلیدهای قدرت آنها برقگیرهایی مناسب نصب می کنند تا بارهای الکتریکی گذرا از این طریق به زمین انتقال پیدا کند که همانطور که دیدیم این قسمت از حالتهای گذرا مبنایی برای انتخاب سطح عایق بندی و تجهیزات خط خواهد بود.
ب) حالتهای گذرای نیمه سریع «‌پدیده اتصال کوتاه »
تعداد زیادی اتصال کوتاه که در خطوط انتقال بدون حفاظ روی می دهند ناشی از شکست الکتریکی عایقها براثر موجهای تولید شده می باشند. و یا خرابی در مقره ها و عواملی مثل باران و برف و یخ زدگی مقره ها و همچنین برخورد اجسام خارجی با خطوط و سایر عوامل مکانیکی دیگر باعث چنین پدیده ای می گردد. بدین منظور است که در سیستم ما انواع و اقسام اتصال کوتاههای خطوط اتفاق می افتد که به بررسی انواع اتصال کوتاهها می پردازیم.
۱- اتصال کوتاه براثر برخورد سه فاز به یکدیگر بوجود می آید . اتصال سه فاز ممکن است مستقیما و با امپدانس صفرصورت گیرد و یا از طریق سه آمپدانس مساوی Zf بین هر فاز و نقطه صفر(زمین)‌بوقوع بپیوندد.
۲- اتصال کوتاه دوفاز به همدیگر: در این صورت باید دو وضعیت مورد بررسی قرار گیرد. در حالت اول دوفاز فقط به یکدیگر وصل می شوند. ودر حالت دوم دوفاز همزمان به زمین نیز متصل می گردند.
۳- اتصال کوتاه یک فاز به زمین :در حالتی است که فقط برای یک فاز خطا اتفاق بیافتد و دو فاز دیگر سالم هستند.
۴- از هم گسیختگی و یا پارگی هادیهای خط انتقال
اغلب اتصال کوتاهها در سیستم های قدرت بیش از ۷۵% از نوع اتصال کوتاه یک فاز به زمین می باشد که معمولا براثر شکست الکتریکی و ایجاد جرقه روی مقره ها پدید می آیند. احتمال وقوع اتصال کوتاه دوفاز نیز بیشتر از اتصال کوتاه متقارن می باشد. گرچه احتمال وقوع اتصال کوتاه متقارن بسیار کم ( حدود ۵%) می باشد لیکن بسیاری از محاسبات کلاسیک سیستم ها نظیر انتخاب کلیدهای قدرت بررسی پایداری گذرا و حفاظت از سیستم های قدرت برمبنای جریانهای اتصال کوتاه متقارن بنا شده اند.
ظرفیت انتقال قدرت یک خط انتقال براثر اتصال کوتاه متقارن به صفر می رسد در حالیکه در اتصال کوتاههای نامتقارن قسمتی از قدرت قبلی خط منتقل می گردد.
علاوه برکاهش ظرفیت انتقال قدرت ، جریانهای زیاد اتصال کوتاه می تواند به وسائل و تجهیزات سیستم آسیب برساند و لذا محل های اتصال کوتاه شده در اسرع وقت باید از سیستم قدرت جدا شوند.
بنابر این مطالعه سیستم قدرت در شرایط اتصال کوتاه برای حفاظت سیستم و تعیین مقادیر نامی کلیدهای قدرت در رله ها و وسایل حفاظتی و برق گیرها کاملا ضروری می باشد.
بسیاری از اتصال کوتاه ها موقتی بوده و بخودی خود برطرف می گردند. به همین منظور در عمل در بعضی نقاط سیستم از کلیدهای وصل مجدد استفاده می گردد. این کلیدها پس از وقوع اتصال کوتاه یک یا دوبار و یا بیشتر وصل می شوند تا از برطرف شدن اتصال کوتاه مطمئن شوند اگر پس از یک ، دو یا چند باروصل مجدد هنوز اتصال کوتاه برقرار باشد کلید به طور دائمی بازخواهند ماند. زمان کلی عمل این کلیدها ممکن است تا یک ثانیه نیز بطول انجامد.