تحقیق مقاله وسایل حفاظتی اضافه ولتاژ

برقگیرها نسبت به سایر وسایل حفاظتی بهترین حفاظت را انجام می دهند و بیشترین مقدار حذف امواج گزرا را فراهم می کند. برقیگرها به صورت موازی با وسیله تحت حفاظت یا بین فاز و زمین قرار می گیرند انرژی موج اضافه ولتاژ به وسیله برقگیر به زمین منتقل می شود .

حفاظت تجهیزات پست

از وسایل حفاظتی محدود کننده ضربه برای حفاظت تجهیزات سیستمهای قدرت در برابر اضافه ولتاژها استفاده می شود یک وسیله حفاظتی محدود کننده ضربه باید اضافه ولتاژهای گزرا یا اضافه ولتاژهای که باعث تخریب تجهیزات شبکه می شوند را محدود و به زمین هدایت کنند و بتواند این کار را بدون اینکه آسیبی ببیند به دفعات تکرار کند. برقگیرها نسبت به سایر وسایل حفاظتی بهترین حفاظت را انجام می دهند و بیشترین مقدار حذف امواج گزرا را فراهم می کند. برقیگرها به صورت موازی با وسیله تحت حفاظت یا بین فاز و زمین قرار می گیرند انرژی موج اضافه ولتاژ به وسیله برقگیر به زمین منتقل می شوند.
یک برقگیر خوب باید دارای مشخصات زیر باشد :

1- در ولتاژ نامی شبکه،به منظور کاهش تلفات دارای امپدانس بینهایت باشد

2- در اضافه ولتاژ به منظور محدود سازی سطح ولتاژ دارای امپدانس کم باشد
3- توانایی دفع یا ذخیره انرژی موج اضافه ولتاژ را بدون اینکه خود صدمه ببیند داشته باشد

پس از حذف عبور اضافه ولتاژ بتواند به شرایط مدار (حالت کار عادی) برگردد
انواع برقگیرها:

-1 برقگیر میله ای

-2 برقگیر لوله ای

3 -برقگیر سیلیکون کارباید (SIC)

-4 برقگیر نوع اکسید فلزی (MOV)

معایب برقگیر میله ای:

-1 تداوم عبور جریان به زمین حتی پس از حذف اضافه ولتاژ
-2 افت شدید ولتاژ فاز به خاطر اتصال کوتاه شدن فاز در لحظه عبور جریان از برقگیر

-3 دارای تاخیر زمانی متناسب با اضافه ولتاژ

-4 پراکندگی زیاد ولتاژ جرقه

پارامترهای مهم برای انتخاب برقگیر مناسب جهت حفاظت عایقی:

-1 ماکزیمم ولتاژ کار دائم (MCOV)

-2 ولتاژ نامی (Ur)

-3 جریان تخلیه نامی ( 8.20 µsec )

-4 ماکزیمم جریان ضربه قابل تحمل ( 4.10 µsec )

-5 قابلیت تحمل جذب انرژی W

عوامل مهم در آسیب دیدگی برقگیرها:

-1 نفوذ رطوبت و آلودگی

-2 اضافه ولتاژهای گزرا و موقتی

-3 عدم انطباق شرایط بهره برداری با مشخصه برقگیر (طراحی غلط )

-4 عوامل ناشناخته

مزایای برقگیر نوع اکسید فلزی (MOV)

-1 کارایی بهتر نسبت به سایر برقگیرها

-2 پراکندگی کم ولتاژ پسماند همچنین دارای ولتاژ پسماند خیلی کم

-3 دارای تاخیر زمانی خیلی کم

-4 برگشت طبیعی به وضعیت اولیه یا مدار باز

-5 دارای مشخصه ولت-جریان خطی تر از برقگیر SIC

-6 دارای سطح حفاظتی خوب

بررسی سیستم های توزیع و وسایل حفاظتی

از اجزای اصلی یک سیستم قدرت الکتریکی ، سیستم توزیع به طور سنتی ، به

صورت یک سیستم نه چندان جذاب توصیف شده است . در نیمه پایانی قرن بیستم ، طراحی ، بهره برداری در تولید و    همچنین در بخش ادوات انتقال انرژی ، باعث به وجود آمدن رقابت تنگاتنگی بین مهندسان و محققان در این عرصه گشت . نیروگاهها بزرگ و بزرگتر شدند . خطوط انتقال متقاطع ، مناطق را مانند شبکه های به هم متصل در آورند . این اتصالات به هم پیوسته شبکه ها باعث شد که به تحلیل و تکنیکهای کاربردی پیشرفته تری نیاز پیدا کنیم . هم زمان سیستم های توزیع کار انتقال توان را با تحلیل یا حتی بدون تحلیل ، به آخرین مصرف کننده ادامه دادند . در نتیجه ، سیستم های توزیع بدین صورت طراحی شدند . حال زمان عوض شده ، لذا بسیار مهم و لازم است که سیستمهای توزیع باحداکثر ظرفیت و به صورت بهینه کار کنند . بعضی از سوالاتی که نیاز به پاسخ دارند ، عبارتند از :

-1 حداکثر ظرفیت چیست ؟

-2 چطور باید این ظرفیت را بدست آورد ؟

-3 محدودیت های کاری که باید رعایت شوند ، کدامند ؟

-4 چه کاری می توان انجام داد تا سیستمهای توزیع در محدوده کاری خودی عمل کنند ؟

-5 برای بهینه کردن سیستم توزیع چه باید کرد ؟

شبکه سراسری انتقال

Interconnected Transmission System

پست توزیع

Distribution

Substation

Primary

Feeders نیروگاه (Generation )

شبکه توزیع

Subtransmission

network

پست فوق توزیع

Bulk Power Substaion

اگر یک سیستم توزیع درست و دقیق مدل شود ، تمام سوالات بالا را می توان پاسخ داد . هدف این بخش ، به دست آوردن مدلهای دقیق برای تمام اجزای اصلی یک سیستم توزیع است . هر گاه مدلها ایجاد شوند ، تکنیکهای آنالیز حالت پایدار و اتصال کوتاه نیز به دست می آیند .

1-1 سیستم توزیع

یک سیستم توزیع بطور معمول ، از یک پست توزیع آغاز می شود که بوسیله یک یا چند خط انتقال فرعی تغذیه می شود . در بعضی موارد ، یک پست توزیع بوسیله خط انتقال ولتاژ بالا ، بطور مستقیم تغذیه می شود که در آن حالت ، سیستم انتقال فرعی وجود نخواهد داشت . ساخت و طراطی هر   پست ، به کمپانی سازنده آن بستگی دارد که می تواند یک یا چند فیدر ( تفذیه گر ) اصلی را سرویس دهی نماید . به جز چند مورد استثنایی ، فیدرها همگی شعاعی هستند . این بدین معنا است که تنها یک راه برای پخش توان از پست توزیع به مصرف کننده وجود دارد .

1- 2 پستهای توزیع

دیاگرام بسیار ساده یک خط پست در شکل (1-2 ) آمده است . همچنین شکل ( 1-2 ) یک پست     توزیع ساده را نشان می دهد که شامل تمام اجزای اصلی است که در هر پستی یافت می شود .

1- قسمت سوئیچ ولتاژ بالا و پایین : در شکل ( 1-2 ) قطع و وصل ولتاژبالا به وسیله یک سوئیچ ساده انجام می شود . پست گسترده تر ممکن است از بریکر های ولتاژ بالا در طراحی های مختلف شینه بالا استفاده کنند . قطع و وصل ولتاژ پایین در این شکل ، بریکر های کنترل شده به وسیله رله ها انجام می شود و در بسیاری از حالات به جای ترکیب بریکر و رله از یک ریکلوزر ( Recloser ) استفاده می شود . در بعضی از طراحی های پست علاوه بر یک بریکر برای شینه ولتاژ پایین ، بریکر هایی نیز برای هر فیدر وجود دارد . همانند حالت شینه ولتاژ بالا ، برای شینه ولتاژ پایین نیز طراحی های گوناگونی می تواند وجود داشته باشد .

شبکه توزیع ( Subtransmissn Line )

کلید جدار ساز ( Disconnect Switch )

فیوز

ترانس ( Tranformer )

تنظیم کننده ولتاژ ( Voltage Regulator )

( Fuse )

لوازم اندازه گیری

Meters

کلید های بریکر ( Circuit Breakers )

فیدرهای اولیه ( Primary Feeders )

شکل (1-2 ) : یک پست توزیع ساده 2- انتقال ولتاژ : 3- رگولاسیون ولتاژ : 4- حفاظت :               5- اندازه گیری :

بریکر بسته : X , Y , 1 , 3 , 4 , 6

بریکر باز : Z , 2 , 5

با قرار بریکرها در حالت نرمال خود ، هر ترانسفورماتور از یک خط انتقال فرعی جداگانه تغذیه و به دو خط دیگر سرویس می دهد . چنان یک خط انتقال فرعی از سرویس خارج شود ، بریکر X یا Y باز شده و بریکر Z بسته می شود . حال هر دو ترانسفورماتور از یک خط انتقال فرعی تغذیه می شوند .    ترانسفورماتورها با توجه به اینکه تحت شرایط کار اضطراری باید هر چهار خط را سرویس دهند ، سایز بندی می شوند . برای مثال اگر که ترانسفورماتور 1-T خارج از سرویس دهند ، بریکر 4, 1 , X باز و بریکرهای 5 و2 بسته می شوند . با این ترکیب بریکر ها ، تمام چهار خط به وسیله ترانسفورماتور T-2 سرویس داده می شوند.

هر پست توزیع ، چند شیوه برای اندازه گیری دارد. این اندازه گیری می تواند به صورت یک اندازه گیری آنالوگ ساده ، از مقدار جریان جاری در پست نمایش جریانهای حداقل و حداکثر که در زمانهای خاص  ( یک دوره تناوب ) باشد . ثبت دیجیتالی این اندازه گیری ها متداول است . این اندازه گیری حداقل ، متوسط و حداکثر مقدار جریان ، ولتاژ ، توان ، ضریب توان و ... را در یک محدوده زمان مشخص ثبت کی کند . زمانهای معمول برای اندازه گیری 15 دقیقه ، 30 دقیقه و یک ساعت است . این اندازه گیری های دیجیتالی ، خروجی هر ترانسفورماتور پست و خروجی هر فیدر ( تغذیه گر ) را نمایش می دهند . در شکل (1-3 ) طرح جامع از یک پست نمایش داده شده است . این پست دارای دو ترانسفورماتور با سر متغیر است که چهار خط توزیع را در بر می گیرد و با دو خط انتقال فرعی تغذیه می گردد . در شرایط  عادی بریکر ها ( Circuit Breaker ) در حالات زیر قرار دارند : پست توزیع باید در مقابل اتصال کوتاه محفاظت شود . در شکل ساده ( 1-2 ) ، تنها حفاظت اتوماتیک در مقابل اتصال کوتاه داخل پست بوسیله فیوزهای موجود در سمت ولتاژ بالای ترانسفورماتور صورت می گیرد . همان طور که طراحی پست ها پیچیده می شود ، شماهای حفاظتی گسترده تری باید برای حفاظت ترانسفورماتور ، شینه های ولتاژ کم ، شینه های ولتاژ بالا و بسیاری تجهیزات دیگر در نظر گرفته شود . از آنجایی که بار روی فیدرها تغییر می کند ، افت ولتاژ بین پست و مصرف کننده نیز تغییر می نماید . برای این که ولتاژ مصرف کننده در محدوده قابل قبول باقی بماند ، باید ولتاژ پست با تغییرات بار تغییر کند . در شکل (1-2 ) ولتاژ ، با رگولاتور نوع پله ای تنظیم ( رگوله ) شده است که به ولتاژ اجازه می دهد تا حول 10% ± در سمت شینه ولتاژ پایین نوسان کند . گاهی اوقات این عمل توسط ترانسفورماتور با سر متغییر ( LTC ) انجام گیرد . LTC سر سیم پیچ ترانسفورماتور ولتاژ کم را طبق تغییرات بار عوض می کند . بسیاری از ترانسفورماتورهای پست ، یک  سر ثابت روی سیم پیچ ولتاژ بالا دارند . وقتی که ولتاژ منبع بالاتر یا پایین تر از ولتاژ نامی باشد ، از این سر استفاده می شود . در تنظیمات ، سر ثابت می تواند بین 5%± ولتاژ تغییر کند . خیلی از اوقات به جای رگولاتور شینه یا شینیه هر فیدر دارای رگولاتوری از آن خود است . این رگولاتور می تواند بفرم رگولاتور سه فاز یا رگولاتورهایی به صورت فازهای مستقل از هم عمل نمایند . مهمترین کار یک پست توزیع ، کاهش ولتاژ به سطح ولتاژ توزیع است . در شکل ( 1-2 ) تنها یک ترانسفورماتور نمایش داده شده است . در سایر طراحی های پستها ممکن است که از دو یا چند ترانسفورماتور سه فاز استفاده شود . ترانسفورماتور پست به صورت یک ترانس سه فاز و یا سه ترانسفورماتور تک فاز متصل به هم به صورت صالهای استاندارد طراحی شود . سطوح استاندارد مختلفی برای ولتاژ وجود دارد که بعضی از   آنها عبارتند از : 12.47 KV , 13.2 KV , 14.4 KV , 23.9 KV KV , 34.5 KV KV که در سیستم های  قدیمی ، KV 4.16 بوده است . سیستم های قدرت اغلب در معرض اضافه ولتاژهایی قرار دارند که یا ریشه در تخلیه های جوی دارند یا ناشی از کلید زنی در شبکه می باشند . اگر عایق تنها در معرض ولتاژ نامی سیستم باشد مشکلی متوجه آن نخواهد شد . در حقیقت پست های فشار قوی باید توانایی استقامت در مقابل نه تنها شرایط عملکرد پیوسته بلکه تنش های برخاسته از ولتاژهای غیر قابل احتراز بزرگتر از ولتاژ نامی را داشته باشند . مبنای انتخاب سطوح عایقی پست های فشار قوی از طرفی شکست عایقی خطوط انتقال ناشی از برخورد صاعقه و بروز وقایع جرقه برگشتی و نفوذ صاعقه و از طرف دیگر اضافه ولتاژهای ناشی از کلیدزنی در سیستم قدرت می باشد . همواره این امکان وجود دارد که سیستم عایقی را به گونه طراحی کرد که بتواند در مقابل شدیدترین تنش ممکنه استقامت کند اما قبل از محدودیت های تکنیکی ، محدودیت اقتصادی مطرح می گردد . بنابراین یک احتمال معین از شکست یا درصد خطا بایستی برای تعیین نیازمندی های عایق پذیرفته شود .

هماهنگی عایقی مدرن بر اساس دانش تنش های اضافه ولتاژ، استقامت الکتریکی عایق و مشخصه های تجهیزات فشار قوی در مقابل اضافه ولتاژ استوار   می باشد . روش توصیه شده در این مجموعه برای مطالعه هماهنگی عایقی مشتمل بر سه مرحله است: .

تعیین فواصل بحرانی و ..