آشنایی با تجهیزات مورد استفاده در خطوط انتقال
    برج ها یکی از اجزاء اصلی خطوط انتقال نیرو می باشد ، که در برق رسانی نقش مهمی را ایفا می کنند . برج ها ضمن اینکه نگهداری هادی ها را در فاصله معینی از زمین بعهده دارد ، باید قادر باشد در بد ترین شرایط محیطی و جوی تحمل نیرو های مکانیکی وارده بر خود
  • 1397/1/18 4/7/2018 10:45:12 AM 4/7/2018 10:45:12 AM
  • 0
  • 29

1-2- کلیات:

     برج ها یکی از اجزاء اصلی خطوط انتقال نیرو می باشد ، که در برق رسانی نقش مهمی را ایفا می کنند . برج ها ضمن اینکه نگهداری هادی ها را در فاصله معینی از زمین بعهده دارد ، باید قادر باشد در بد ترین شرایط محیطی و جوی تحمل نیرو های مکانیکی وارده بر خود را دارا باشد . برج های خطوط انتقال و توزیع نیرو را می توان با شکل ها و جنس های مختلفی ساخت که نوع متداول آنها چوبی ، بتونی و فولادی می باشد که ذیلاً به چند مورد آنها اشاره می گردد.

2-2- انواع پایه های خطوط انتقال نیرو

    برج ها یا پایه های خطوط انتقال نیرو از انواع مختلفی چه از نظر شکل ظاهری و چه از نظرجنس ساخته می شود . اما به هر حال مستقل از نوع یا جنس باید دارای ویژگی های زیر نیز باشند.

  • تحمل کافی در مقابل نیروهای مکانیکی داشته باشد
  • باید دارای وزن مناسب باشند
  • هزینه ها تعمیرات آن کم باشند
  • باید دارای عمر مناسب با توجه به شرایط محیطی منطقه باشد
  • شرایط مناسب از نظر فنی و اقتصادی داشته باشد
  • و.......

برای یاد آوری با چند نوع پایه ها اشاره می کنیم

تیر های چوبی

این پایه ها معمولاً از چوب خشک درختان مقاوم ساخته می شود و برای جلوگیری از وسیدگی با مواد شیمیایی خاصی پخته یا اشباح می شوند.

مزایا:

  • انعطاف پذیری در مقابل تغییرات درجه حرارت محیط
  • ارزانی و آماده بودن
  • پایین بودن وزن آنها در مقایسه با سایر انواع پایه ها
  • سهولت حمل و نقل و جابجایی
  • سهولت نصب و در نتیجه کاهش زمان احداث
  • نیاز به فنداسیون کمتر و ارزانتر
  • دارا بودن خاصیت کمتر و ارزانتر

معایب:

  • عمر کمتر در مقایسه با سایر انواع تیرها و برج ها
  • تحمل کمتر در مقابل بار مکانیکی
  • عدم امکان استفاده در اسپن های طولانی
  • ضعیف بودن در مقابل آتش سوزی
  • دارای ضعف در مقابل تخریب عمدی
  • محدودیت ارتفاع تیر و در نتیجه عدم بکار گیری آنها در اسپن های طویل

 

 

تیر های بتونی:

تیر های ساخته شده از بتون مسلح یکی از دیگر انواع تیرهای هستند که در ستوح ولتاژ مختلف حتی در سطح ولتاژ 230 کیلوولت نیز مورد استفاده قرار گرفته اند.

مزایا:

  • دارای مقاومت مکانیکی نسبی بالا
  • دارای عمر بالا به خصوص در مناطق که دارای آلودگی و رطوبت کم می باشد
  • امکان تهیه و ساخت آن در اکثر نقاط کشور
  • امکان استفاده آنها در اسپن های متوسط
  • دارای قیمت مناسب در مقایسه با تیر های چوبی

معایب:

  • وزن آنها زیاد است
  • هزینه حمل و نقل آنها بیشتر است
  • در مقایسه با پایه های چوبی هزینه های نصب آنها بالا است
  • در مقایسه با پایه های چوبی هزینه نصب بالا می باشد
  • در مقایسه با تیرهای چوبی نیاز به فونداسیون بیشتری دارند
  • در مناطق خورنده حتمال خوردگی و تخریب بتون و میله گرد داخل آن وجود دارد
  • محدودیت ارتفاع به دلیل محدود نگهداشتن وزن

تیر های فولادی

مزایا:

  • پذیرش نیروهای مکانیکی بیشتر
  • دارا بودن عمر بیشتر
  • امکان حمل و نقل و نصی آسان
  • دارای زیبایی ظاهری بیشتر
  • دارای پهنای باند کمتر
  • امکان استفادده در سطوح مختلف ولتاژ
  • امکان بکارگیری آنها در اسپنهای متوسط

معایب:

  • قیمت نسبی بیشتر
  • امکان خورده شدن و زنگ زدگی در محیط های آلوده
  • نیاز به تعمیرات نسبی بیشتر
  • هزینه نصب بالا
  • غیر اقتصادی بودن بکارگیری آن در برخی نقاط

برج های فولادی

این برج ها برای خطوط انتقال ولتاژ بالا و طول زیاد مورد استفاده قرار می گیرند.

مزایا:

  • تقلیل آثار سوء برخورد صاعقه با برج ها
  • انعتاف پذیریآنها در مقابل نیروهای مکانیکی
  • سهولت حمل و نقل
  • دارای عمر طولانیتر
  • سهولت طراحی و ساخت آن برای شرایط متفاوت محیطی

معایب:

  • نیاز به فونداسیون بیشتر
  • نیاز به مواد و مصالح بیشتر
  • قیمت نسبی بالا
  • امکان جدا کردن و جداشدن نبشی ها عملی است
  • امکان خورده شدن یا زنگ زدگی آن در محیط های خورنده

برج های فولادی در اکثر خطوط انتقال نیرو ولتاژ بالا یا خیلی بالا چه بصورت ساده و چه بصورت برج های کمپاکت مورد استفاده قرار می گیرند.

برج های مهاری

 برج های معمولی

  

   برج های کمپاکت

     با گسترش شهرها و همچنین ضرورت انتقال توان زیاد در باند های محدود و گرانی زمین به خصوص در مناطق شهری سبب می شود تا مهندسین مربوطه در فکر استفاده بهتر از زمین و مسیر خطوط انتقال و توزیع شوند ،که یکی از این اقدامات استفاده از حریم خطوط موجود برای استفاده در ولتاژ بالاتر می باشد.

     برای استفاده از باند عبور موجود یکی از راه حلهای مناسب که باتوجه به محدودیت ها که در ادامه مورد بررسی قرار می گیرد ، استفاده از خطوط انتقال نیرو کمپاکت می باشد .

     در این برج ها تلاش براین است که به نزدیک سازی فاز ها به هم می باشد ، که این اقدام می توان با طراحی برجهای مخصوص با نزدیک کردن فازها به کمک فاصله نگهداری عایق مصنوعی (Senthetic Insulator) انجام می گیرد.

3-2-  وضعیت استقرار هادی ها روی برج ها

    برای نگهداری هادی ها درفاصله مناسبی از زمین لازم است هادی ها در روی برج ها بطور مناسبی نصب شوند. در خطوط انتقال نیرو ضمن اینکه تحمل برج ها خطوط انتقال نیرو در مقابل اضافه بار های ناشی از باد ، برف ، یخ و .... بسیار مهم است شکل برج ها و جایگذاری هادی ها بر روی آنها نیز از اهمیت بالائی برخوردار است.

جایگذاری فاز ها خطوط انتقال نیرو در روی برج ها می توان به صورت مختلفی انجام گیرد ، که در مجموع در سه حالت کلی می باشد :

  • فاز ها در روی هم قرا گیرند ( وضعیت عمدی فازها)
  • فازها در مجاورت هم نصب شوند ( وضعیت افقی فازها)
  • فازها در سه راس مثلث قرار گیرند

4-2-  مقره های خطوط انتقال نیرو

مقره ها عامل اصلی جدا سازی هادی ها از زمین و بدنه برج ها می باشد ، در نتیجه برای اینکه بتوان وظیفه خود را بخوبی انجام دهند باید دارای خواص کلی زیر باشند :

  • خاصیت عایقی مناسب
  • توان مکانیکی کافی
  • تحمل منایب در مقابل اضافه ولتاژها
  • مقاومت الکتریکی بالا در جهت کاهش نشت جریان الکتریکی

1-4-2- جنس مقره ها

     مقره ها مورد استفاده در اکثر خطوط انتقال نیرو از جنس چینی یا شیشه می باشد

مقره های چینی

مزایا:

  • تحمل مقره ها در درجه حرارت های بالاتر بیشتر است
  • احتمال ترک خوردن مقره ها در درجه حرارت های پایین کم است
  • در مواقع حمل و نقل و نصب به سادگی نمی شکند

معایب:

  • قیمت نسبی آن بیشتر است
  • برخلاف مقره های شیشه ای ترک خوردگی ها داخلی معلوم نمی شود

مقره های شیشه ای

مزایا:

  • دارای مقاومت مکانیکی بیشتری نسبت به مقره چینی دارد
  • دارای خاصیت عایقی بالا می باشد
  • افزایش حجم آن در مقابل درجه حرارت کمتر است
  • دارای مقاومت الکتریکی بالا است
  • شفافیت شیشه امکان خلل و فرج یا ترک و خرابی مقره ها را به سهولت میسر می کند
  • دارای قیمت کمتری نسبت به چینی دارد

معایب:

  • امکان تجمع مواد معلق و آلوده در مقره های شیشه ای بیشتر است
  • در مناطق آلوده جمع شدن سریع ذرات معلق در روی مقره ها احتمال افزایش نشتی جریان و بروز جرقه در روی مقره ها را دارد
  • در مناطق آلوده امکان خرابی مقره ها شیشه ای بیش از مقره های چینی است

 

 

 

 

 

2-4-2- انواع مقره ها

بر حسب کاربرد این نوع وسیله ، مقره ها را به سه دسته تقسیم می کنند :

  1. مقره های خطوط هوایی :

برای عایق کردن هادی ها نسبت به پایه (دکل) و نسبت به یکدیگر و نگهداری هادی ها بر روی پایه ها از این نوع مقره استفاده می شود.

  1. مقره های اتکایی :

برای عایق کاری باس بارها در پست ها و تابلوها نسبت به زمین و نگهداری آن ها از این نوع مقره ها استفاده می شود.

  1. مقره های عبوری یا بوشینگ ها :

 از این نوع مقره ها برای عبور باس بارها از دیواره ها یا ورود به تجهیزات استفاده می شود. همچنین برای ایزوله کردن خطوط یا باس بارها نسبت دیوارها یا بدنه تجهیزات هم به کار می رود.

اکنون به توضیح تک تک این نوع مقره ها خواهیم پرداخت . البته درصد بسیار زیادی از مقره های مورد استفاده از نوع مقره های خطوط هوایی می باشد.

1.1.انواع مقره های خطوط هوایی

الف) مقره های سوزنی (میخی) :

     از این مقره ها برای نگهداری خطوط توزیع 11 و 20 و 33 کیلو ولت استفاده می شود که بیشتر به صورت یکپارچه ساخته می شوند و معمولاً به شکل ناقوس کلیسا هستند و هادی خط روی شیار بالایی مقره قرار می گیرد و توسط یک سیستم به مقره محکم می شود. مقره توسط یک پیچ فولادی که در داخل مقره محکم شده است به بازوی دکل بسته می شود. اطراف پیچ فولادی را با فلز نرم مانند سرب یا سیمان پر می کنند تا چینی مقره با فولاد سخت در تماس نباشد و در اثر گشتاور خمشی شکسته نشود.

چترهای روی مقره هم به خاطر ایجاد مسیر طولانی و همچنین ایجاد نقاط خشک در هنگام بارندگی و هم لغزان بودن سطح مقره برای باقی نماندن باران بر روی سطح مقره ایجاد می شود. به عبارت دیگر در حالت مرطوب بودن مقره ، فاصله جرقه برابر مجموع کوتاهترین فاصله از لبه یک چتر به نزدیکترین نقطه روی چتر پایینی به اضافه فاصله از لبه چتر پایینی تا پایه فلزی مقره می باشد. همچنین در حالت خشک بودن مقره کوتاهترین فاصله از هادی تا پایه فلزی مقره است. به این منظور ، ضریب اطمینان مقره را به صورت زیر تعریف می کنند.

                           ولتاژ لازم برای جرقه سطحی     =    ضریب اطمینان مقره

                                 ولتاژ نامی نقره                                               

در شبکه های 20 کیلو ولت ، ضریب اطمینان هوای خشک مقره های میخی برابر 6 و برای هوای مرطوب به مقدار 4 است. همچنین در شبکه های 11 KV این ضریب در هوای خشک برابر 2/8  و برای هوای مرطوب به مقدار 5 است.

ب) مقره های آویزان (در مقره های خطوط هوایی) :

 در ولتاژهای بالاتر از 50 کیلو ولت که در سیستم های انتقال و فوق توزیع استفاده می شود ، استفاده از مقره های سوزنی به علت نیاز به ضخامت زیادتر و پیچیده تر شدن ساختمان مقره ها و گرانتر شدن و غیر اقتصادی بودن آن ها امکان پذیر نیست. لذا در ولتاژهای بالا از مقره های آویزان می شود و هادی خط به وسیله کلمپ فلزی به پایین ترین مقره بشقابی زنجیره متصل می گردد.

هر مقره بشقابی از یک دیک بشقاب از جنس چینی یا شیشه تشکیل شده است که در قسمت بالایی آن ،یک کلاهک چدنی گالوانیزه توسط سیمان مخصوصی به نام Alumina (که مقاومت الکتریکی بالا و از استقامت مکانیکی و چسبندگی بالایی برخوردار است) به شیشه یا چینی متصل شده است و در قیمت پایین مقره نیز یک پین (pin) فولادی گالوانیزه که آن  هم به وسیله سیمان مخصوص Alumina به مقره متصل شده است. همچنین مسیر زیر بشقاب ها به صورت چین دار است تا طول مسیر جریان نشتی افزایش یابد. پین فولادی هر مقره در داخل حفره کلاهک مقره پایینی قرار گرفته و با زدن گیره اطمینان ( اشپیل Split-Pin ).

حفره : کلاهک از سوراخ ریز مقابل آن اتصال پین و کلاهک محکم می شود. دو مقره ضمن اتصال محکم به مقره در محل اتصال به صورت لولایی حرکت آزادانه هم دارند. قطر بشقاب های این نوع مقره ها معمولاً بین 150 تا 360 میلیمتر و یا بیشتر می باشد . استقامت مکانیکی آن ها هم معمولاً بین 40 تا 300 کیلو نیوتن می باشد.

مزایای استفاده از مقره های بشقابی را می توان به صورت زیر بیان نمود :

  1. چون هر واحد مقره بشقابی برای یک ولتاژ نامی پایینی (در حدود 11 کیلو ولت) طراحی می شود. متناسب با ولتاژ خط می توان به تعداد دلخواه از این بشقاب ها را به هم متصل نمود تا یک زنجیره آن بتواند ولتاژ خط را تحمل کند (قابلیت انتخاب تعداد بشقاب ها).
  2. اگر هر کدام از بشقاب های یک زنجیره مقره آویزان ، معیوب یا صدمه ببیند فقط لازم است همان یک بشقاب عوض شود و نیازی به تعویض کل زنجیره نیست (اقتصادی بودن مقره).
  3. چون زنجیره مقره به کراس آرم خط آویزان است و می تواند به صورت آزادانه حرکت نماید ، حداقل فشار مکانیکی بر مقره های آویزان وارد می شود (تنش های مکانیکی کمتری به مقره وارد می شود).
  4. اگر به دلیلی بخواهند ولتاژ نامی خط را افزایش دهند به راحتی می توان با اضافه نمودن چند تا بشقاب ، قدرت عایقی مناسب را به دست آورد و نیازی به تعویض زنجیره مقره نیست (قابلیت انعطاف در افزایش ولتاژ خط).
  5. چونهادی خط به زنجیره آویزان می گردد و پایین تر از بازوی کراس آرم (صلیبی) دکل خط انتقال قرار می گیرد در نتیجه هنگام برخورد صاعقه به خط ، صاعقه ابتدا به بازوی کراس آرم خط برخورد می نماید تا حدود زیادی از خط حفاظت می شود (حفاظت خط در برابر صاعقه به وسیله بازوی کراس آرم دکل انجام می شود).
  6. اگر بار مکانیکی خط زیاد باشد مثلاً : در اسپن های بلند ، هنگام عبور خطوط انتقال از روی رودخانه ها ، دره ها ، اتوبان ها می توان از زنجیره های دوبل یا بیشتر استفاده نمود (قابلیت استفاده از زنجیره های دوبل یا بیشتر).

5-2- برقگير

          برقگيرهاي روي خط مانند سوپاپ اطمينان روي ديگ بخار عمل مي كنند. سوپاپ اطمينان ديگ بخار به وسيله خارج كردن بخار فشار را كاهش مي دهد تا زماني كه فشار به حالت عادي خود برگردد. وقتي كه فشار به حالت عادي خود برگشت، سوپاپ اطمينان مجدداً بسته و آماده براي شرايط غيرعادي بعدي مي شود

          عمل برقگيرها شبيه همين عمل سوپاپ اطمينان مي باشد. وقتي كه يك ولتاژ قوي بيشتر از ولتاژ عادي خط بر روي خط به وجود آورد برقگير فوراً مسيري را بر زمين مهيا مي كند و ولتاژ اضافي را خارج مي كند. بنابراين وقتي كه ولتاژ اضافي رها مي شود، عمل برقگير بايستي جلوگيري از جاري شدن جريان بيشتر به زمين مي باشد. بنابراين عمل برقگير اين است كه ابتدا براي جلوگيري از صدمه خوردن به مقره ها خط ترانسفورماتورها و ديگر لوازم خط، ولتاژ اضافي را به زمين تخليه كند و دوم اينكه بعد از برطرف شدن ولتاژ اضافي از ادامه جريان بر زمين جلوگيري نمايد.

انواع برقگير

1 ) برقگير كنترل شده

2 ) برقگير دفعي يا تخليه اي

6-2-  پست چیست؟و انواع آن
     پست محلي است که تجهيزات انتقال انرژي درآن نصب وتبديل ولتاژ انجاممي شودوبا استفاده از کليد ها امکان انجام مانورفراهم مي شود درواقع کاراصلي پست مبدل ولتاژ ياعمل سويچينگ بوده که دربسياري از پستها ترکيب دو حالت فوق ديده مي شود.

در خطوط انتقال DC چون تلفات ناشي از افت ولتاژ ندارد وتلفات توان انتقالي بسيار پايين بوده ودر پايداري شبکه قدرت نقش مهمّي دارند لزا اخيرا ُ اين پستها مورد توجه قراردارند ازاين پستها بيشتردر ولتاژهاي بالا (800 کيلو ولت وبالاتر) و در خطوط طولاني به علت پايين ; بودن تلفات انتقال استفاده مي شود.درشبکهاي انتقال DC درصورت استفاده ازنول زمين مي توان انرژي الکتريکي دا توسط يک سيم به مصرف کننده انتقال داد.

 

 انواع پست

     پستها را مي توان ازنظر نوع  وظيفه,هدف,محل نصب,نوع عايقي, به انواع مختلفي تقسيم کرد.
 
براساس نوع وظيفه وهدف ساخت:

پستهاي افزاينده , پستهاي انتقال انرژي , پستهاي سويچينگ و کاهنده فوق توزيع .
ــ  براساس نوع عايقی

پستها با عايق هوا, پستها با عايق گازي که داراي مزاياي زيراست:

پايين بودن مرکز ثقل تجهيزات در نتيجه مقاوم بودن در مقابله زلزله کاهش حجم, ضريب ايمني بسيار بالا باتوجه به اينکه همهً قسمت هاي برق دار و کنتاکت ها در محفظهً گازSF6   امکان آتش سوزي ندارد, پايين بودن هزينهً نگهداري باتوجه به نياز تعميرات کم تر, استفاده د رمناطق بسيار آلوده و مرطوب و مرتفع

 

-  معايب پستها با عايق گازي

گراني سيستم و گراني گاز SF6 , نياز به تخصص خاص براي نصب و تعميرات,مشکلات حمل و نقل وآب بندي سيستم.

ــ بر اساس نوع محل نصب تجهيزات:

  نصب تجهيزات در فضاي باز , نصب تجهيزات در فضاي سرپوشيده .
معمولاُ پستها را از 33 کيلو ولت به بالا به صورت فضاي باز ساخته وپستهاي عايق گازي راچون فضاي کمي دارندسرپوشيده خواهند ساخت.

 - اجزاء تشکيل دهنده پست

 پستهاي فشار قوي از تجهيزات و قسمتهاي زير تشکيل مي شود

ترانس قدرت , ترانس زمين و مصرف داخلي , سويچگر ,  جبران کنندهاي تون راکتيو , تاً سيسات جانبي الکتريکي ،  ساختمان کنترل , ساير تاًسيسات ساختماني

- ترانس زمين:

از اين ترانس در جاهايي که نقطهً اتصال زمين (نوترال) در دسترس نمي باشد که براي ايجاد نقطهً نوترال از ترانس زمين استفاده مي شود.

نوع اتصال در اين ترانس به صورت زيگزاک Zn 'است .اين ترانس داراي سه سيم پيچ مي باشد که سيم پيچ هر فاز به دو قسمت مساوي تقسيم مي شود و انتهاي نصف سيم پيچ ستون اوٌل با نصف سيم پيچ ستون دوٌم در جهت عکس سري مي باشد

 

 

 

 ـ  ترانس مصرف داخلي:

از ترانس مصرف داخلي  براي  تغذيه  مصارف داخلي  پست استفاده مي شود .
تغذيه ترانس مصرف داخلي شامل قسمتهاي زير است :
تغذيه موتورپمپ  تپ چنجر , تغذيه بريکرهاي Kv20  , تغذيه فن و سيستم خنک کننده , شارژ باتريها , مصارف روشنايي , تهويه ها.

نوع اتصال سيم پيچ ها به صورت مثلث – ستاره با ويکتورکرو)پنوع اتصال بندی DYn11  می باشد .

سويچگر:                                                                                                                   تشکيل شده از مجموعه اي از تجهيزات که  فيدرهاي مختلف  را به باسبار و يا باسبار ها را در نقاط  مختلف به يکديگر با ولتاژ معيني ارتباط مي دهند .
در پستهاي مبدل ولتاژ ممکن است از دو يا سه سويچگر با ولتاژهاي مختلف استفاده شود .

ـ تجهيزات سویچگر:

باسبار:
 
که خود تشکیل شده از مقره ها , کلمپها , اتصالات وهادیهای باسبار که به شکل سیم یا لولهًً توخالی و غیره است .
 
بریکر , سکسیونر , ترانسفورماتورهای اندازه گیری وحفاظتی , تجهیزات مربوت به سیستم ارتباطی , وسایل کوپلاژ مخابراتی(که شامل :  موج گیر ,  خازن کوپلاژدستگاه تطبیق امپدانس است (

ـ جبران کننده های توان راکتیو:

جبران کننده ها شامل خازن وراکتورهای موازی می باشندکه به صورت اتصال ستاره در مدار قرار دارند و نیاز به فیدر جهت اتصال به باسبار می باشند که گاهی اوقات راکتورها در انتهای خطوط انتقال نیز نصب می شوند .
ـــ انواع راکتور ازنظر شکل عایقی :
راکتور با عایق بندی هوا , راکتور با عایق بندی روغنی .
ـــ انواع نصب راکتور سری :
راکتورسری با ژنراتور, راکتورسری باباسبار, راکتورسری با فیدرهای خروجی, راکتورسری بافیدرهای خروجی به صورت گروهی.

ـ ساختمان کنترل:

کلیهً ستگاه های اندازه گیری پارامترها, وسایل حفاظت وکنترل تجهیزات ازطریق کابلها از محوطهً بیرونی پست به داخل ساختمان کنترل ارتباط می یابد همچنین سیستمهای تغذیه جریان متناوب ومستقیم (AC,DC) درداخل ساختمان کنترل قراردارند,این ساختمان اداری تاًسیسات مورد نیازجهت کار اپراتور می باشد که قسمت های زیر را دارا می باشد:

 اتاق فرمان , فیدر خانه , باطری خانه , اتاق سیستم های توضیع برق  (AC,DC) , اتاق ارتباطات , دفتر , انبار و ...

 ـ باطری خانه:

جهت تامین برقDC برای مصارف تغذیه رله های حفاظتی, موتورهای شارژ فنر و... مکانیزم های فرمان و روشنایی اضطراری و... نیاز به  باطری خانه دارند که در اطاقکی تعدادی باطری با هم سری می شوند و دردو مجموعه معمولاً 48 و110ولتی قرارمی گیرد وهرمجموعه با یک دستگاه باطری شارژ کوپل می شوند .


7-2- آشنایی با بانک های خازنی

     انواع توان در شبکه های توزیع می دانیم در شبکه های جریان متناوب توان ظاهری که از مولدها دریافت می شود به دو بخش توان مفید و غیر مفید تقسیم می شود . نحوه این تقسیم به شرایط مدار بستگی دارد به این معنی که هر قدر ضریب توان CosΦ به يك نزدیکتر باشد سهم توان مفید بیشتراست . این اتفاق در مدارتی رخ می دهد که مصارف اهمی آن بیشتر است .مانند سیستمهای روشنایی یا تولید گرما توسط انرژی برق . اما می دانیم که سهم عمده مصارف شبکه ها را مصرف کننده های (اهمی – سلفی ) دریافت می کنند . مانند الکتروموتورها – ترانسفورماتورهای توزیعچوکها و .... که درآنها سیم پیچ یا سلف نقش اصلی را ایفا می کند . در سیم پیچها به علت خاصیت ذخیره سازی انرژی الکتریکی بصورت میدان مغناطیسی توان همواره بین شبکه و سلف رد و بدل می شود . سلف در یک چهارم زمان تناوب توان دریافت می کند و در یک چهارم بعدی زمان ، توان را به شبکه پس می دهد .

     درست است که نتیجه ریاضی این عمل یعنی عدم مصرف انرژی زیرا توان داده شده به سلف با توان دریافت شده از ان برابر است اما در عمل این اتفاق رخ نمی دهد زیرا توان پس داده شده به شبکه امکان استفاده را برای مولد ایجاد نمی کند و این توان در هر حالتی از مولد دریافت شده است . و برای رسیدن به مصرف کننده اهمی – سلفی از شبکه توزیع شامل : سیمها – کابلها و ... عبور کرده است. نتیجه اینکه سلف توانی را از مولد دریافت می کند اما این توان را به شبکه پس می دهد . این توان قابل استفاده نیست و در مسیر عبور تلف می شود . پس مقدار از توان تلف می شود . مصرف کننده های فوق برای انجام اینکار به توان مذکور نیاز دارند اما این توان برای شبکه مضر است و زیانهای زیر را در پی دارد :

- اضافه شدن جریان مولد و درنتیجه نیاز به مولدهایی با توانهای بیشتر
- چون جریان شبکه زیاد می شود به سیمها و کابلهایی با سطح مقطع بالاتر برای کاهش افت ولتاژ نیاز است که این موضوع هزینه اولیه شبکه راافزایش می دهد .
- اتلاف توان در شبکه های توزیع بصورت حرارت روی می دهد در نتیجه هر کاری کنید نمی توانید از این اتلاف جلوگیری کنید . نتیجه این اتلاف توان ،کاهش ولتاژ مصرف کننده می باشد که این موضع راندمان مصرف کننده را پایین می آورد . نمی توان این توان را به مصرف کننده های اهمی سلفی تحویل نداد زیرا کار آنها مختل می شود .

خازن ناجی شبکه های تولید و توزیع توان هم در خازنها بصورت توان غیر مفید است درست مانند سلفها در یک چهارم پریود موج متناوب ،توان دریافت می کنند و در یک چهارم بعدی توان را تحویل می دهند پس خازنها هم مانند سلفها باعث افرایش توان راکیتو ( غیر مفید ) شبکه می شوند اما اتفاق بامزه زمانی روی می دهد که خازن و سلف با هم در شبکه قرار گیرند .
این دو برعکس هم عمل می کنند . یعنی زمانی که سلف توان می گیرد خازن توان می دهد و زمانی که سلف توان می دهد خازن توان می گیرد . پس توانهای غیر مفید این دو فقط یکبار از شبکه دریافت می شود و در زمانهای بعد بین آنها تبادل می شود بدون اینکه مولد این توان را تحمل کند . پس مصرف کننده های اهمی سلفی توان راکتیو خود را دریافت می کنند و مولد و شبکه توزیع آنرا تولید و پخش نمی کنند زیرا این کار را خازن انجام می دهد . این خازنها از حالا به بعد ، خازنهای اصلاح ضریب توان نام می گیرند و وظیفه آنها تامین توان راکتیو مورد نیاز مصرف کننده های اهمی سلفی است .

اتصال خازن به شبکه خازنهای اصلاح ضریب توان باید در شبکه بصورت موازی قرار گیرند . برای اینکار در شبکه های تکفاز باید به فاز و نول وصل شوند و در شبکه های سه فاز پس از اتصال بصورت ستاره یا مثلث آنگاه به سه فاز متصل می شوند .

این خازنها باید از انواعی انتخاب شوند که بتوانند دایمی در مدار قرار گیرند پس باید بتوانند ولتاژ شبکه را تحمل کنند در محاسبه خازن از انواعی استفاده می شود که ولتاژ مجاز آنها 15% بیشتر از ولتاژ شبکه باشد .

محاسبه خازن
نقش خازن در شبکه کاهش توان راکتیو مصرف کنند های اهمی – سلفی از دید مولدها است . با این اتفاق ضریب توان مفید به یک نزدیک می شود . پس با کنترل ضریب توان امکان کنترل توان راکتیو وجود دارد . این کار بکمک یک کسینوس فی متر صورت می گیرد . یعنی بکمک کسینوس فی متر می توان دریافت که ضریب توان و در نتیجه توان راکتیو در چه وضعیتی قرار دارد .

خازن مذکور باید برابر نیاز شبکه باشد در غیر اینصورت خود توان راکتیو از مولد دریافت می کند و همچنین سبب افزایش ولتاژ آن می شود . پس باید خازن مطابق نیاز شبکه محاسبه شود .

 

پرسش : شبکه به چه مقدار خازن نیاز دارد ؟
پاسخ : مقداری که ضریب توان را به یک نزدیک کند . این مقدار خازن خود توان راکتیوی ایجاد می کند که توان راکتیو مصرف کننده اهمی – سلفی را جبران می کند . پس مقدار خازن به مقدار توان راکتیو مدار بستگی دارد . هر قدر این توان قبل از خازن گذاری بیشتر باشد ، اندازه خازن نیز بزرگتر خواهد بود .

با توجه به مطالب گفته شده باید برای محاسبه خازن دو مقدار مشخص شود :

یک – مقدار ضریب توان شبکه قبل از خازن گذاری
دو – مقدار ضریب توان شبکه بعد از خازن گذاری که انتظار داریم شبکه به آن برسد
سه - اندازه توان اکتیو

پس از تعیین این مقادیرمراحل زیر را پی می گیریم . برای مقدار ضریب توان مطلوب مثلا عدد 9/0 مقدار خوبی است . حال دو مقدار ضریب توان داریم یکی ضریب توان شبکه قبل از خازن گذاری و دیگری ضریب توان مطلوب که می خواهیم با گذاردن خازن به آن برسیم . بکمک رابطه زیر مقدار توان راکتیو مورد نظر را که با آمدن خازن تامین می شود محاسبه می کنیم . ( توجه : در خرید خازنهای اصلاح ضریب توان بجای فارد برای تعیین ظرفیت خازن از میزان توان راکتیو آن خازن سخن گفته می شود).

8-2- آشنایی با پدیده کرونا

      یکی از پدیده هایی که در ارتباط با تجهیزات برقدار از جمله خطوط انتقال فشار قویمطرح می شود، کرونا است. میدان الکتریکی در نزدیکی ماده رسانا می تواند به حدیمتمرکز شود که هوای مجاور خود را یونیزه نماید. این مسئله می تواند منجر به تخلیهجزئی انرژی الکتریکی شود، که به آن کرونا می گویند. عوامل مختلفی ازجمله ولتاز، شکلو قطر رسانا، ناهمواری سطح رسانا، گرد و خاک یا قطرات آب می تواند باعث ایجادگرادیان سطحی هادی شود که در نهایت باعث تشکیل کرونا خواهد شد. در حالتی که فاصلهبین هادی ها کم باشد، کرونا ممکن است باعث جرقه زدن و اتصال کوتاه گردد. بدیهی استکه کرونا سبب اتلاف انرژی الکتریکی و کاهش راندمان الکتریکی خطوط انتقال می گردد. پدیده کرونا همچنین سبب تداخل در امواج رادیویی می شود.

تعریف کرونا

تخلیه الکتریکی ایجاد شده به علت افزایش چگالی میدان الکتریکی ،کرونا نام دارد. در حالی که این تعریف بسیار کلی است و انواع پدیده کرونا را شامل می شود.

ولتاژ بحرانی گرادیان ولتاژی که سبب شکست الکتریکی در عایق شده و به ازای آن،عایق خاصیت دی الکتریک خود را از دست می دهد، گرادیان ولتاژ بحرانی نامیده می شود. همچنین ولتاژی را که سبب ایجاد این گرادیان بحرانی می شود ولتاژ بحرانی مینامند.

ولتاژ مرئی کرونا

   هرگاه ولتاز خط به ولتاژ بحرانی برسد، یونیزاسیون در هوای مجاورسطح هادی شروع می شود. اما در این حالت پدیده کرونا قابل روئیت نمی باشد. برایمشاهده کرونا، سرعت ذرات الکترون ها در هنگام برخورد با اتم ها و مولکول ها بایدبیشتر باشید یعنی ولتاژ بالاتری نیاز است.
 

ماهیت کرونا

     هنگامی که میدان الکتریکی سطح هادی از ولتاژ بحرانی بیشتر شدهباشد، بهمن الکترونی بوجود خواهد آمد که بوجود آورنده تخلیه کرونای قابل روئیت درسطح هادی است. همواره تعداد کمی الکترون آزاد در هوا به علت مواد رادیو اکتیو موجوددر سطح زمین و اشعه کیهانی، وجود دارد. زمانی که هادی در هر نیمه از سیکل ولتاژمتناوب برقدار می شود، الکترون های هوای اطراف سطح آن بوسیله میدان الکترواستاتیکشتاب پیدا می کند. این الکترون ها که دارای بار منفی هستند در نیمه مثبت به طرفهادی شتاب پیدا می کنند و در نیمه منفی از آن دور می شوند. سرعت الکترون آزاد بستگیبه شدت میدان الکتریکی دارد. اگر شدت میدان الکتریکی خیلی زیاد نباشد برخورد بینالکترون و مولکول هوا نظیر O2 و یا N2 نرم خواهد بود به این معنی که الکترون ازمولکول هوا دور شده و به آن انرژی   نمی دهد. به عبارت دیگر اگر شدت میدان الکتریکیاز یک مقدار بحرانی معین بیشتر باشد، هر الکترون آزاد در این میدان سرعت کافی بدستمی آورد به طوری که برخوردش با مولکول هوا غیر الاستیک خواهد بود و انرژی کافی بدستمی آورد که به یکی از مدارهای الکترون های دو اتم موجود در هوا برخورد کند. اینپدیده یونیزاسیون نام دارد و مولکولی که این الکترون از دست می دهد تبدیل به یکیون مثبت می شود. الکترون نخستین که بیشتر سرعتش را در برخورد از دست داده والکترونی که مولکول هوا را رانده است هر دو در میدان الکتریکی شتاب می گیرند و هرکدام از آنها در برخورد بعدی توانایی یونیزه کردن یک مولکول هوا را خواهند داشت. بعد از برخورد دوم 4 الکترون به جلو می آیند و به همین ترتیب تعداد الکترون ها بعداز هر برخورد دو برابر می شود. در تمام این مدت الکترون ها به سمت الکترود مثبت میروند و پس از برخوردهای بسیار تعدادشان بطور چشم گیری افزایش می یابد. این مسئله فرایندی است به وسیله آن بهمن الکترونی ایجاد می شود، هر بهمن با یک الکترون آزادکه در میدان الکترواستاتیک قوی قرار دارد آغاز می شود. شدت میدان الکترواستاتیکاطراف هادی همگن نیست. ماکزیموم شدت آن در سطح هادی و میزان شدت با دور شدن از مرکزهادی کاهش می یابد. بنابراین با افزایش ولتاژ هادی در ابتدا تخلیه الکتریکی فقط درسطح بسیار نزدیک ان رخ می دهد. در نیمه مثبت ولتاژ الکترون ها به سمت هادی حرکت میکنند و هنگامیکه بهمن الکترونی ایجاد شد بطرف سطح هادی شتاب می گیرند. در نیمهمنفی، بهمن الکترونی از سطح هادی به سمت میدان ضعیف تر جاری می شود تا هنگامی کهمیدان آنقدر ضعیف شود که دیگر نتواند الکترون ها را شتاب دهد تا به سرع یونیزاسیونبرسند. یون های مثبت باقی مانده در بهمن الکترونی به طرف الکترود مثبت حرکت میکنند. با این وجود به دلیل جرم زیادشان که 50000 برابر جرم الکترون است بسیار کندحرکت می کنند. با داشتن بار مثبت این یون ها، الکترون جذب کرده و هرگاه یکی از آنهابتواند الکترون جذب نماید دوباره تبدیل به مولکول هوای خنثی می شود. سطح انرژی یکیون خنثی کمتر از یون مثبت مربوطه است و در نتیجه با جذب الکترون مقداری انرژی ازمولکول منتشر می شود. انرژی آزاد شده درست به اندازه انرژی نخستین است که لازم بودبرای جدا کردن الکترون از مولکول استفاده گردد. این انرژی بصورت موج الکترومغناطیسمنتشر می شود و برای مولکول های O2 و N2 در طیف نور مرئی قرار دارد.

بهترین زمان برای مشاهده کرونا

     کرونا در فضای آزاد بعد از یک روز بارانی تا قبل از زمانی که سطوحبرقدار خشک شده باشند قابل مشاهده است. پس از خشک شدن کرونا مشاهده نمی شود. نقاطدر معرض کرونا با رطوبت خود را بهتر نشان می دهند. باد می تواند فعالیتکرونا راکاهش دهد. کرونا می تواند در اثر قندیل هم ایجاد شود. موتورهای الکتریکی، ژنراتورهاو تابلو های داخلی می توانند کرونای شدید تری ار وسایل خارجی پست ها ایجاد نمایند. تشکیل هوای یونیزه در فضای بسته و عدم حرکت هوا پدیده کرونا را تسریع می کند وولتاژهایی را ایجاد می کند که در ان کرونا رخ دهد موتورها و ژنراتور ها می توانندبا توجه به وجود فن های خنک کننده شان هوایی با فشار های گوناگون ایجاد کنند.

آشکار شدن کرونا

     صدای هیس مانند قابل شنیدن، ازن، اسید نیتریک (در صورت وجود رطوبتدر هوا ) که بصورت گرد کدر سفید جمع می شود و نور (قوی ترین تشعشع در محدوده ماوراءبنفش و ضعیف ترین ان در ناحیه نور مرئی و مادون قرمز که می تواند با چشم غیر مسلحنیز در تاریکی با دوربین های ماوراء بنفش دیده شود) از نشانه های کرونای الکتریکیمی باشند. تخلیه بار ناشی از بهمن الکترونی در آزمایشگاه، به سه طریق مختلف مشاهدهمی شود. بهترین راه تشخیص کرونای مرئی است که به صورت نور بنفش از نواحی با ولتاژاضافی ساطع می شود.

دومین راه شناسایی کرونای صدادار است که در حالی که شبکه موردمطالعه در ولتاژی بالاتر از آستانه کرونا باشد صدایی به صورت هیس هیس قابل شنیدناست. امواج صوتی تولید شده به وسیله اغتشاشات موجود در هوای مجاور محل تخلیه بار،به وسیله حرکت یون های مثبت به وجود می آیند.
 

سومین و مهمترین راه مشاهده از نظر ظرکت برق اثرات الکتریکی استکه منجر به اختلال رادیویی می شود. حرکت الکترون ها (بهمن الکترونی) سبب ایجادجریان الکتریکی و در نتیجه به وجود آمدن میدان مغناطیسی و الکترواستاتیکی درمجاورت ان می شود. شکل گیری سریع و انی بودن این میدان ها ولتاز فرکانس بالایی درنزدیک آنتن رادیویی القا می کند و منجر به اختلال رادیویی می شود.
انواعکرونا

 سه نوع مختلف از کرونا وجود دارد که در نمونه تست EHV درآزمایشگاه مشخص می شود: تخلیه پر مانند، تخلیه قلم مویی و تخلیه تابشی. تخلیه پرمانند، دیدنی ترین آنهاست و علت نامگذاری هم این است که به شکل پر تخلیه می شود. زمانیکه در تاریکی مشاهده شود دارای تنه متمرکزی حول هادی است که قطر این هاله نورانی بنفش رنگ از چند اینچ در ولتازهای پایین تر تا یک فوت و بیشتر در ولتازهایبالا تغییر می کند. بروز آثار صوتی این نوع به صورت هیس هیس بوده و به راحتی توسطیک ناظر با تجربه تشخیص داده می شود. در تخلیه قلم مویی پرچمی از نور به صورت شعاعیاز سطح هادی خارج می شود. طول این تخلیه ها از کمتر از یک اینچ در ولتاژ های پایینتا 1 تا 2 اینچ در ولتاژهای بالا تغییر می کند. صدای همراه با ان صدایی در پسزمینه مانند صدای سوختن است. تخلیه تابشی نور ضعیفی دارد که به نظر می رسد سطح هادیرا در بر گرفته است ولی مانند نوع قلم مویی برجسته نیست. همچنین ممکن است در نواحیبحرانی سطح عایق ها در زمان بالا بودن رطوبت رخ دهد. معمولا صدایی با این نوع تخلیه همراه نیست.

نظرات 0
برای ارسال دیدگاه وارد حساب کاربری خود شوید.

ورود به حساب کاربری ایجاد حساب کاربری
حمید نظری
آشنایی با تجهیزات مورد استفاده در خطوط انتقال
زیگماوب