امروزه ساخت ماشين‌هاي الكتريكي ولتاژ بالا با استفاده از بكارگيري كابلهاي ولتاژ بالا در سيم‌پيچي استاتور امكان پذير شده است
  • 1397/1/23 4/12/2018 9:26:15 AM 4/12/2018 9:26:15 AM
  • 0
  • 66

امروزه ساخت ماشين‌هاي الكتريكي ولتاژ بالا با استفاده از بكارگيري كابلهاي ولتاژ بالا در سيم‌پيچي استاتور امكان پذير شده است. پس از ساخت ژنراتور ولتاژ بالا اكنون شركت ABB اكنون براي سطح ولتاژهاي 20 كيلوولت تا 66 كيلو ولت با توان خروجي 45-5 مگاوات عملي شده است كه با توسعه اين طرح انتظار مي‌رود سطح ولتاژ آن تا 150 كيلو ولت برسد. فن آوري موتور ولتاژ بالا بر مبناي يك طرح جديد و اثبات نشده نمي‌باشد زيرا اين طرح‌ براي ژنراتورهاي ولتاژ بالا با موفقيت اجرا گرديده است و اكنون ژنراتور ولتاژ بالا در نيروگاه آبي نصب شده است.

مقادير نامي موتور نمونه آزمايشي است و ماكزيمم توان قابل تحويل به محور آن MW 5/6 مي‌باشد. ميزان كابل مصرفي براي اين طرح سه حلقه مي‌باشد كه هر حلقه براي يك فاز است و هر كدام طولي در حدود 1500 متر دارد. اين موتور مستقيما به شبكه وصل مي‌گردد در نتيجه ترانسفورماتور و سوئيچگر ولتاژ متوسط حذف مي‌گردد. با حذف ترانسفورماتور و تجهيزات سوئيچگر سرمايه‌گذاري اوليه و همچنين هزينه‌هاي سرويس، نگهداري و تعميرات كاهش مي‌يابد. با حذف ترانسفورماتور خطر نشتي روغن و آتش سوزي از بين مي‌رود. سادگي اين طرح سبب كاهش خطرات ناشي از اغتشاشات شبكه مي‌گردد و هزينه‌هاي ناشي از توقف پائين مي‌آيد. يكي ديگر از مزاياي مهم اين طرح اين است كه موتورهاي ولتاژ بالا در مقايسه با موتورهاي رايج فضاي كمتري اشغال مي‌نمايند. سيستم خنك كنندگي اين نوع موتورها براساس مقادير نامي بر دو نوع مي‌باشد. براي توانهاي پائين از سيستم خنك كنندگي هوا استفاده مي‌شود ولي در براي توانهاي بالاتر استاتور با آب و روتور با هوا خنك مي‌گردد.

 

آزمايش موفقيت آميز ترانسفورماتورهاي ابررسانايي HTS

يك تيم تحقيقاتي صنعتي در آمريكا متشكل از مهندسين و دانشمندان كه زير نظر شركت Waukesha Electric Systems  فعاليت مي‌نمايند، در سال 1999 خبر تحول مهمي را در صنعت برق با انجام آزمايش موفقيت آميز نوع جديدي از ترانسفورماتورهاي قدرت اعلام نمودند. ترانسفورماتورهاي ابر رسانايي جديد در مقايسه با ترانسفورماتورهاي رايج، كوچك و سبك‌تر مي‌باشند و داراي طول عمر بيشتري نيز هستند. در اين نوع ترانسفورماتورها ديگر نيازي به هزاران گالن روغن جهت عايقي و خنك سازي نمي‌باشد و در نتيجه خطر ايجاد حريق و مسائل زيست محيطي را نخواهد داشت. در ابر رساناها به علت عدم وجود مقاومت اهمي در برابر جريان dc تلفات اهمي برابر با صفر است. لذا با استفاده از ابر رساناها در ترانسفورماتورها تلفات كل ترانسفورماتور كاهش قابل ملاحظه‌اي خواهد يافت. تلاشهايي كه جهت توسعه ترانسفورماتورهاي ابر رسانا انجام مي‌گيرد صرفا به خاطر مسائل اقتصادي و كاهش هزينه نيست. يكي ديگر از دلايل طرح اين مبحث اين است كه در مراكز پر تراكم شهري، رشد مصرف 2 درصدي (ساليانه) به معني نياز به ارتقاء ظرفيت سيستم‌هاي موجود است. از طرفي بسياري از پستهاي توزيع به صورت Indoor بوده و در كنار ساختمانها نصب شده‌اند. در اين نوع پست‌ها همانند ديگر پستهاي توزيع، از ترانسهاي روغني استفاده مي‌شود كه استفاده از روغن، مشكلات و خطرات زيست محيطي و ايمني مربوط به خود را دارد. در حالي كه ترانسفورماتورهاي ابر رسانا ماده خنك كننده نيتروژن است كه خطري براي افراد و موجودات زنده ندارد به علاوه در اين ترانسفورماتورها، خطر آتش‌سوزي نيز وجود ندارد. به همين لحاظ خنك كننده مورد استفاده در ترانسفورماتورهاي ابررسانا به هيچ عنوان قابل مقايسه با روغنهاي قابل اشتعال و مواد شيميايي شيمي همچون PCB نيست.

آزمايشات بر يك نوع از اين ترانسفورماتور با ظرفيت 1 MVA امكان سنجي فني و ساير مزاياي آن را به اثبات رسانده است. يكي از مزاياي آن كاهش وزن ترانسفورماتور مي‌باشد به طوري كه براي يك ترانسفورماتور 30 MVA وزن آن از 48 تن به 24 تن خواهد رسيد.

دو تغيير مهم در طراحي ترانسفورماتور كه منجر به طراحي و ساخت اين نوع ترانسفورماتورهاي جديد شده است عبارتند از استفاده از مواد ابررسانايي دماي بالا به جاي سيم پيچ‌هاي رايج مسي و بكارگيري از يك سيستم كوچك خنك سازي به جاي سيستم خنك كننده رايج ترانسفورماتورهاي معمولي.

ترانسفورماتور MVA , HTS 30 تقريبا به 200 پوند ابر رسانا نياز خواهد داشت كه هيچ گونه مقاومت الكتريكي ندارد و بنابراين هيچ‌گونه حرارتي توليد نخواهد كرد در حالي كه در ترانسفورماتورهاي رايج سيم‌پيچهاي مسي كه هزاران پوند وزن دارند منبع اصلي توليد گرما و ايجاد تلفات مي‌باشند. فن‌آوري ترانسفورماتور HTS از نظر استفاده از يك سيستم خنك كننده حلقه بسته جهت خنك سازي سيم‌پيچ‌هاي ترانسفورماتور يكتا مي‌باشد و قادر است كه دماي سيم پيچ را تا 382- درجه فارنهايت برساند.

ترانسفورماتور HTS آزمايشي 1 MVA به عنوان يك بستر آزمايشي مناسب براي ارزيابي نوآوريهاي تازه ساخته شده است.

 

ژنراتور ولتاژ بالا

شركت ABB اخيرا ژنراتوري با ولتاژ بالا ابداع كرده است. اين ژنراتور بدون نياز به ترانسفورماتور افزاينده به طور مستقيم به شبكه قدرت متصل مي‌گردد. ايده جديد به كار گرفته شده در اين طرح استفاده از كابل به عنوان سيم پيچ استاتور مي‌باشد. ژنراتور ولتاژ بالا براي هر دو كاربرد نيروگاههاي حرارتي و آبي مناسب مي‌باشد. راندمان بالا، كاهش هزينه‌هاي تعمير و نگهداري، تلفات كمتر، تاثيرات منفي كمتر بر محيط زيست از مزاياي اين نوع ژنراتور مي‌باشد. ژنراتور ولتاژ بالا در مقايسه با ژنراتورهاي معمولي در ولتاژ بالا و جريان پائين كار مي‌كند. ماكزيمم ولتاژ خروجي اين ژنراتور با تكنولوژي كابل محدود مي‌گردد كه در حال حاضر با توجه به تكنولوژي بالاي ساخت كابلها مي‌توان ولتاژ آن را تا سطح 400 كيلو ولت طراحي نمود. هادي استفاده شده در ژنراتور ولتاژ بالا به صورت دوار مي‌باشد در حالي كه در ژنراتورهاي معمولي اين هادي به صورت مثلثي مي‌باشد درنتيجه ميدان الكتريكي در ژنراتورهاي ولتاژ بالا يكنواخت‌تر مي‌باشد. ابعاد سيم پيچ براساس ولتاژ سيستم ماكزيمم قدرت ژنراتور تعيين مي‌گردد. در ژنراتورهاي ولتاژ بالا لايه خارجي كابل در تمام طول كابل زمين مي‌گردد، اين امر موجب مي‌شود كه ميدان الكتريكي در طول كابل محدود گردد و ديگر مانند ژنراتورهاي معمولي نياز به كنترل ميدان در ناحيه انتهايي سيم پيچ نباشد. مزاياي زمين كردن كابل سيم پيچ استاتور اين است كه ديگر خطر كرنا يا تخليه جزيي (PRTIAL Discharge) در هيچ ناحيه‌اي از سيم‌پيچ وجود ندارد و همچنين ايمني افراد بهره‌بردار و يا تعميركار افزايش مي‌يابد. سربندي‌ها و اتصالات معمول در فضاي خالي مورد دسترس در محل انجام مي‌گيرد، بنابراين محل اين اتصالات در يك نيروگاه نسبت به نيروگاه ديگر متفاوت مي‌باشد، اما درهر حال اين اتصالات در خارج از هسته استاتور مي‌باشد، براي مثال اتصالات و سربندي‌ها ممكن است زير ژنراتور و يا خارج از قاب استاتور انجام مي‌گيرد. بدين ترتيب اتصالات و سربندي‌ها، مشكلات ناشي از ارتعاشات و لرزش‌هاي به وجود آمده در ماشينهاي معمولي را نخواهند داشت.

در طرح كنوني ژنراتور ولتاژ بالا دو نوع سيستم خنك كنندگي وجود دارد، روتور و سيم‌پيچ‌هاي انتهايي توسط هوا خنك مي‌گردند در حالي كه استاتور توسط آب خنك مي‌گردد. سيستم خنك كنندگي آب شامل لوله‌هاي XLPE قرار گرفته شده و در هسته استاتور مي‌باشد كه آب از اين لوله‌ها جريان مي‌يابد و هسته استاتور را خنك نگه مي‌دارد.

مقايسه جريان اتصال كوتاه در نيروگاه مجهز به ژنراتور ولتاژ بالا با نيروگاه مجهز به ژنراتور معمولي نشان مي‌دهد كه به دليل اين كه در نيروگاه با ژنراتور ولتاژ بالا راكتانس ترانسفورماتور حذف مي‌گردد جريانهاي خطا كوچكتر مي‌باشد.

 

ميكروتوربينها

استفاده از ميكروتوربين‌ها در آمريكا گسترش روزافزوني يافته است. پديده‌اي كه امروز Deregulation Power ناميده مي‌شود باعث شده است تا در بسياري جاها، ژنراتورهاي خصوصي جاي تغذيه از سوي شركت‌هاي برق سراسري يا منطقه‌اي را بگيرند.

در حال حاضر بيش از 66 درصد از حرفه‌ها در ايالات متحده داراي نوعي از توليد برق اضطراري يا پشتيبان هستند. ميكروتوبين‌ها هم به صورت مستقل و هم در اتصال با شبكه مي‌توانند كار كنند. پراكنده شدن توزيع انرژي باعث شده است كه ميكروتوربين‌ها قابليت ايجاد انقلابي را در ساختار صنعت برق هم از نظر تغذيه و هم از نظر تقاضا داشته باشند. عوامل اصلي توسعه ميكروتوربين‌ها عبارتند از:

  • پيشرفت تكنولوژي
  • نياز به انرژي با كيفيت بالاتر
  • قابليت اطمينان بالا
  • راندمان بالاتر
  • سازندگان ميكروتوربين‌ها

در حال حاضر دو سازنده ميكروتوربين وجود دارند كه داراي دستگاههاي آماده فروش هستند.

ميكروتوربين Allied Signal با سوخت‌هاي مختلف گاز و مايع كار مي‌كند. اين ميكروتوربين‌ كه Parlon 75 ناميده مي‌شود براي شركت‌هاي متوسط و كوچك طراحي شده است. انتظار مي‌رود كه اكثر شركت‌ها به طور متناوب يا در زمان پيك بار از اين ميكروتوربين استفاده كنند. Parlon 75 تنها يك قسمت متحرك دارد. به اين دليل اصطكاك داخلي بسيار كم است هزينه‌هاي نگهداري پايين‌تر و قابليت اطمينان هم بالاتر است.

ميكروتوربين Copstone بيش از 6000 ساعت كار مداوم در نوامبر 1999 داشته است و براي مقاصد صنعتي و تجاري هر دو به كار مي‌رود. اين ميكروتوربين‌ها با گاز طبيعي فشار بالا و پايين، پروپان، گازوئيل و گاز H2S تا 7% كار مي‌كند. همه اجزاي گردشي روي يك شافت نصب شده‌اند و به وسيله ياتاقان‌‌هاي هوايي نگهداري مي‌شوند.

 

ارتقاء كيفيت توان با استفاده از ميكروتوربينها

شركت Harbec Plastics سازنده قطعات پلاستيكي براي صنايع پزشكي و غذايي داراي تجارب ناخوش آيندي از قطع توان در كارخانجاتش مي‌باشد. مجموعه تجهيزات اين كارخانه يك پروسه توليد پيچيده شامل 30 ماشين (Computer Numerical–Controlled) و تعدادي ماشين CAD(Computer Aided Design) مي‌باشد.

قطع لحظه‌اي قدرت در كارخانه باعث خروج از تنظيم ماشينهاي CNC خواهد شد. در بهترين وضعيت خروج يك ماشين نياز به شش تا هشت ساعت زمان براي بازيابي عملكرد عادي وراه‌اندازي مجدد دارد. در بدترين وضعيت باعث تخريب محصول شده، توليدات چند روز را ضايع مي‌سازد.

مديريت شركت خواهان يك راه حل بود كه مستقل از شبكه، بتواند يك منبع تغذيه AC مداوم و پيوسته را براي تغذيه بارها و موتورهاي الكتريكي كارخانه ايجاد نمايد. خصوصيات منبع مورد نياز در دسترس بودن به صورت مداوم اقتصادي بودن قابليت توليد ولتاژ سه فاز نياز كم به تعميرات اقتصادي بودن سوخت آن، تشعشعات و آلودگي كم بود. پس از مطالعه انواع سيستمها از جمله ژنراتورها، ميكروتوربينهاي بزرگ، سلولهاي سوختني و فتوولتائيك سرانجام شركت راه حل ميكروتوربينها را برگزيد.

فناوري ميكروتوربين

ميكروتوربينها ژنراتورهاي كوچك الكتريسيته و حرارت مي‌باشند كه عملكرد آنها مشابه يك توربين جت است با اين تفاوت كه مي‌توانند تنوعي از سوختهاي اقتصادي قابل دسترسي نظير گاز طبيعي، گازوئيل و پروپانول را بپذيرند. اين واحدها كه از نظر حجم تقريبا به اندازه يك يخچال مي‌باشند قابليت كار در يك شبكه (متصل به شبكه) عملكرد به صورت مستقل و جدا از شبكه و سرانجام مد دوگانه را دارا مي‌باشند.

كاركرد در حالت اتصال به شبكه به واحد اجازه كار به صورت موازي با شبكه را مي‌دهد به نحوي كه آن را براي تامين بار پايه و پيك زدايي مهيا مي‌كند. حالت عملكرد مستقل امكان كاركرد واحد را به صورت كاملا مستقل از شبكه فراهم مي‌كند. درحال دو گانه واحد مي‌تواند بين دو حالت ذكر شده قبلي به صورت اتوماتيك ( يا دستي) سوئيچ شود.

ميكروتوربينها شامل يك توربوژنراتور، بخش الكترونيك قدرت ديجيتالي و يك سيستم سوخت مي‌باشند. توربوژنراتور شامل يك سيستم احتراق مكانيكي با تنها يك قسمت متحرك ( يك محور با يك روتور توربين در يك انتها و يك ژنراتور مغناطيسي دائم در قسمت ديگر) و همچنين يك كمپرسور هوامي‌باشد. كمپرسور هوا را به داخل كشيده و پس از افزايش فشار آن و گرم كردن اوليه هوا هواي گرم شده با سوخت مخلوط شده، محترق مي‌گردد.

انبساط مخلوط هوا و سوخت باعث گردش محور توربين و نهايتا ايجاد الكتريسيته مي‌گردد. گرم كردن اوليه هوا راندمان سيستم را با توجه به كاهش سوخت مصرفي افزايش مي‌دهد.

سيستم ميكروتوربين‌ توسط هوا خنك شده و تنها داراي يك عضو متحرك روي تكيه‌گاههاي هوايي است.

اين امر فرسودگي و تعمير قطعات را حداقل كرده روغنكاري، خنك كننده و سيستمهاي مرتبط با آنها را حذف مي‌كند. همچنين قسمت الكترونيك قدرت كه شامل يك اينورتر با كليدهاي نوع IGBT و سيستم كنترل مبتني بر DSP مي‌باشد با هوا خنك مي‌گردد.

ديگر خصوصيات ميكروتوربينها به شرح زير مي‌باشد:

1-كاركرد دائم:

اگر چه اغلب براي تامين بار و پيك زدايي و حالت آماده به كار مي‌روند اما ميكروتوربينها براي كار دائم در بار نامي طراحي شده‌اند.

2-حداقل تعمير:

براي واحدهايي كه با سوخت گاز با فشار زياد كار مي‌كنند تميز كردن يا تعويض فيلترهاي هوا و سوخت به ازاء 8000 ساعت كار دائم ( حدود يك سال كار) توصيه مي‌شود. در هر 16000 ساعت تميز كردن يا تعويض سنسورهاي حرارتي و آتش زنها توصيه مي‌گردد. اكثر ميكروتوربينها به تعميرات اساسي تنها بعد از 40000 ساعت كار دائم نياز دارند.

3- آلودگي كم:

سيستم احتراق كنترل شده ديجيتالي در بار نامي كمتر از PPM 9 اكسيد نيتروژن و ديگر هيدروكربنهاي نسوخته ( در سوخت گازي ) توليد مي‌كند.

1ـ توليد مجدد:

از حرارت خروجي واحد مي‌توان در كاربردهاي مختلفي استفاده نمود. مهمترين موارد استفاده گرم كردن محيط ( در فصل زمستان ) و كاربردهاي خنك كننده و تهويه مطبوع ( در فصل تابستان) مي‌باشد. استفاده از حرارت خروجي، بازده سيستم را تا 70% و بيشتر بالا مي‌برد.

 

مشخصات  سيستم نصب شده

تجهيزات نصب شده شامل 24 واحد ميكروتوربين‌ها (هر يك به قدرت KW 30) و 5 واحد توليد مجدد مي‌باشد. در صورت ضرورت هر يك از واحدها را مي‌توان جهت سرويس و تعميرات از مجموعه جدا نمود بدون اين كه ضرورتي براي خروج ديگر واحدها باشد. خروجي سيستم سه فازه 60 هرتز با ولتاژ VAC 480 مي‌باشد.

سيستم نصب شده فعلا مستقل از شبكه مجموعه را تغذيه كرده از شبكه تنها به عنوان پشتيبان ميكروتوربين استفاده مي‌شود. انتقال قدرت از ميكروتوربينها به شبكه در حال حاضر به صورت دستي انجام مي‌شود اما سيستم كنترل مجموعه امكان انتقال اتوماتيك از ميكروتوربينها به شبكه و بالعكس را دارد.

5 واحد توليد مجدد، حرارت خروجي را جذب نموده تا آب 180 درجه فارنهايت توليد كنند. در زمستان بخشي از آب گرم براي گرم كردن محيط انبارهاي كارخانه و باقيمانده براي گرماي محيط استفاده مي‌شود. در تابستان گرماي حصله يك چيلر جذبي 200 تني كه آب سرد شده توليد مي‌كند را تغذيه مي‌كند در نتيجه بدون اضافه كردن بار الكتريكي به كارخانه سيستم تهويه مطبوع در دسترس مي‌باشد.

خلاصه: ميكروتوربينها راه حل مناسب و جذابي براي مواقعي كه يك منبع قدرت دائم مورد نياز است مي‌باشند. سوخت آنها متنوع بوده به نحوي كه قادر به سوئيچ كردن از گاز طبيعي به پروپان هستند. آلودگي آنها تقريبا صفر بوده نياز به تعميرات نداشته و امكان بازيافت حرارت خروجي آنها نيز وجود دارد.

 

ساخت ترانسفور ماتور قدرت خشك

در ژوئيه 1999 شركت ABB يك ترانسفور ماتور فشار قوي خشك به نام Dryfomer ساخته است كه به روغن به عنوان خنك كننده و دي الكتريك نيازي ندارد. در اين ترانسفورماتور به جاي استفاده از هادي‌هاي مسي با عايق كاغذي از كابل پليمري خشك با هادي سيلندري استفاده مي‌شود. تكنولوژي كابل استفاده شده در اين ترانسفورماتور قبلا در ساخت يك ژنراتور فشار قوي به نام Power Former در شركت ABB به كار گرفته شده است. نخستين نمونه از اين ترانسفورماتور اكنون در نيروگاه هيدروالكتريك Lotte fors واقع در مركز سوئد نصب شده كه انتظار مي‌رود به دليل نياز روز افزون صنعت به ترانسفورماتورهايي كه از ايمني بيشتري برخوردار باشند و با محيط زيست نيز سازگاري بيشتري داشته باشند با استقبال فراواني روبرو گردد.

در يك ترانسفورماتور خشك استفاده از تكنولوژي كابل امكانات تازه‌اي براي بهينه كردن طراحي ميدان‌هاي الكتريكي و مغناطيسي، نيروهاي مكانيكي و تنش‌هاي گرمايي فراهم كرده است.

ويژگيهاي ترانسفورماتور خشك

ترانسفورماتورخشك داراي ويژگيهاي منحصر به فردي است از جمله:

1ـ به روغن براي خنك شدن يا به عنوان عايق الكتريكي نياز ندارد.

2ـ سازگاري اين نوع ترانسفورماتور با طبيعت و محيط زيست يكي ازمهمترين ويژگي‌هاي آن است. به دليل عدم وجود روغن، خطر الودگي خاك و منابع آب زيرزميني و همچنين احتراق و خطر آتش‌‌سوزي كم مي‌شود.

3ـ با حذف روغن و كنترل ميدانهاي الكتريكي كه در نتيجه آن خطر ترانسفورماتور از نظر ايمني افراد و محيط زيست كاهش مي‌يابد، امكانات تازه‌اي از نظر محل نصب ترانسفورماتور فراهم مي‌شود. به اين ترتيب امكانات نصب ترانسفورماتور خشك در نقاط شهري و جاهايي كه از نظر زيست محيطي حساس هستند، فراهم مي‌شود.

4ـ در ترانسفورماتور خشك به جاي بوشينگ چيني در قسمتهاي انتهايي از عايق سيليكن رابر استفاده مي‌شود. به اين ترتيب خطر ترك خوردن چيني بوشينگ و نشت بخار روغن از بين مي‌رود.

5ـ كاهش مواد قابل اشتعال، نياز به تجهيزات گسترده‌ آتش نشاني را كاهش مي‌دهد. بنابراين از اين دستگاهها در محيط‌هاي سرپوشيده و نواحي سرپوشيده شهري نيز مي‌توان استفاده كرد.

 

انتقال اطلاعات مخابراتي و اينترنتي توسط شبكه‌هاي قدرت

در دالاس آمريكا تحقيقات و آزمايش‌هايي در دست انجام است كه اگر به نتيجه برسد همه كساني كه به شبكه برق متصل هستند قادر خواهند بود صدا، ويديو و اطلاعات اينترنتي را با قيمت كم و كيفيت بالا و با حجم تقريبا نامحدود به اساني و فقط با استفاده از يك آداپتور ارزان كه به برق خانه وصل مي‌شود رد و بدل كنند.

ويليام استورات مبتكر اين طرح بر اين باور است كه اين فن‌اوري شبكه‌هاي ملي برق را قادر خواهد كرد تا سرويس‌هاي ارتباطي را به خانه‌ها،مدارس، مراكز تجاري و نواحي روستايي ارائه دهند.در واقع بدين وسيله هرشبكه ملي برق يك شبكه گسترده و موثر اطلاعاتي و مخابراتي نيز خواهد شد.

در اين فن‌اوري به جاي سيم‌هاي حامل جريان برق از ميدان مغناطيسي اطراف آنها براي انتقال ويديو، صدا و ديگر داده‌ها استفاده مي‌شود. اين كار شبكه قدرت را قادر مي‌سازد تا داده‌هاي تلفني، راديويي، ويديو، اينترنت و ماهواره را به هر جايي در شبكه انتقال دهد.

شركت Media Fusion كه مجري اين پروژه مي‌باشد ادعا مي‌كند كه اين فن آوري از خطوط قدرت به شكلي استفاده مي‌كند كه مشكل نويز خط عدم تعادل بار الكتريكي و تداخل ترانسفورماتوري كه قبلا به صورت مشكلات و موانعي در سر راه انتقال اطلاعات از طريق سيستم PLC  خود را نشان مي‌دادند ديگر بروز نخواهد نمود.

Media Fusion در نظر دارد فن‌آوري ارتباطي خود را با استفاده از خطوط انتقال نيرو را به شركت‌هاي برق و مخابرات و ديگر شركت‌هاي علاقمند به آن عرضه كند. علاوه بر اينها، شركت Media Fusion ادعا مي‌كند كه اين تكنولوژي امكاني براي شركت‌ها فراهم مي‌آورد تا هزينه‌هاي توزيع و نگهداري و مصرف مشتركين را با دقت بيشتري بتوانند مونيتور كنند.

 

فن آوري جديد در انتقال اطلاعات با استفاده از خطوط برق

شركت برق توهوكو ژاپن در حال گسترش و تقويت سيستم اتوماسيون توزيع خويش است كه قادر است از راه دور كليدها و ديگر تجهيزات متصل به خطوط توزيع را كنترل نمايد.

براي بسط سيستم اتوماسيون و موثرتر كردن عملكرد آن اطلاعات بايد بين كامپيوترهاي ايستگاه مركزي (ايستگاه اصلي) و تجهيزات پراكنده توزيع ( ايستگاه پيرو) انتقال يابد. بنابراين شبكه‌هاي حجيم اطلاعاتي و ارتباطي براي پوشش تجهيزات توزيع از پست‌ها تا مصرف كنندگان خانگي لازم مي‌باشد. براي پاسخ به اين نيازها شركت توهوكو كه ناحيه خدماتي آن مناطق كوهستاني و مشتريان پراكنده است به سيستم حامل خط توزيع (DLc) روي آورده است كه در آن از خطوط موجود توزيع به عنوان مسير انتقال اطلاعات استفاده مي‌گردد تا هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري كم شده و ازتجهيزات موجود شركت به نحو احسن استفاده شود.

اين پروژه از امكانات DLc سرعت بالا براي قرائت اتوماتيك اندازه‌گيري‌ها، كنترل كيفيت قدرت و تشخيص تجهيزات از راه دور استفاده مي‌كند. در نتيجه با استفاده از خطوط توزيع 6.6kv كيلوولت موجود شركت برق توهوكو يك سيستم ارتباطي سريع هيبريد براي DA ساخته است كه تاكنون در ژاپن بيشترين سرعت انتقال اطلاعات را دارا است. اين سيستم قادر است اطلاعات را با سرعت bps1200 و تا فاصله 40 كيلومتر انتقال دهد. اين ميزان سرعت با سرعت عملكرد خطوط متاليك براي انتقال اطلاعات قابل مقايسه است.

در نتيجه گسترش سيستم هيبريد، شبكه‌هاي ارتباطي Interactive بين شركت برق توهوكو و مشتريانش را مي‌توان با هزينه كمتر و به شكل آسانتري برقرار نمود. به واسطه سيستم DLC شركت توهوكو قادر خواهد بود تا سيگنال‌ها را از كل شبكه توزيع از جمله سيم‌هاي خانگي انتقال دهد.

آزمايش ميداني يك سيستم با اين امكانات جديد ارتباطي در دست انجام است. همچنين فعاليت‌هاي تحقيقات و توسعه در سيستم‌هاي نمايش و كنترل بار و همچنين سيستم محل ياب خطا كه هزينه‌ها را بيش از پيش كاهش خواهد داد در دست انجام مي‌باشند.

در دوران اينترنت انتقال اطلاعات به صورت ديجيتال و ديگر شبكه‌هاي انتقال سريع اطلاعات با تقاضاي بيشتري روبرو مي‌باشند. مهمترين ويژگي سيستم‌هاي ارتباطي توانايي آنها رد انتقال مطمئن اطلاعات لازم با هزينه مناسب است. بدين صورت سيستم تازه تاسيس هيبريد، علي رغم وجود مشكلاتي در انتقال اطلاعات حجيم (مثل تصوير) قادر به انتقال كميات اندازه‌گيري شده، نوشته‌هاي متني و اطلاعات مشابه با راندمان بالا مي‌باشد. بنابراين سيستم هيبريد ثابت خواهد كرد كه براي طيف وسيعي از كاربردها در شرايط افزايش رقابت‌ها موثر خواهد بود.

 

دورنماي كاربرد تجهيزات ابررسانائي در شبكه‌هاي قدرت

در سالهاي اخير تمايل شديدي نسبت به كاربرد ابر رساناهاي از نوع پردما و كم دما در سيستم‌هاي قدرت پيدا شده است. با موفقيت‌هاي حاصله در فن‌آوري ابررساناها انتظار مي‌رود كه در طي چند دهه آينده مصارف صنعتي آن به بازار وارد شود.

در آمريكا برنامه سيستم‌هاي قدرت ابر رسانائي كه از طرف دپارتمان انرژي (DOE) اجرا مي‌شود وسايل و تجهيزات زير از ابر رساناي نوع HTS ساخته و مورد آزمايش قرار داده است.

  • محدود ساز جريان خطا (FCL) با ولتاژ 4/2 كيلو ولت
  • موتور سنكرون به قدرت 200 اسب بخار
  • كابل انتقال به طول 50 متر

يك سيم‌پيچي نمونه ژنراتور براي طراحي روتورهاي از نوع پيشرفته

موسسه DOE فعاليتهاي خود را عمدتا بر كاربرد ابر رساناي HTS متمركز نموده است. مهمترين مزيت ابر رساناي HTS بر نوع LTS حذف هليوم كريوژن مايع و صرفه‌جوئي در هزينه به علت عدم نياز به سيستم خنك سازي هليوم مي‌باشد. در حال حاضر هنوز هزينه و قيمت هادي‌هاي HTS بالا بوده و بدون كاهش آن تجاري شدن تجهيزات مربوطه مشكل خواهد بود. تمايل شركتهاي برق براي بكارگيري تجهيزات ابر رسانائي در شبكه‌هاي قدرت تا حد زيادي به نحوه عملكرد قابليت اطمينان و سهولت تعميرات آنها در مقايسه با تجهيزات سنتي بستگي دارد.

ويژگي‌هاي بهبود راندمان و كاهش هزينه عمر كه به طور سنتي از مهمترين برجستگي‌هاي تجهيزات ابر رسانائي شناخته مي‌شد امروزه از اهميت دومي برخوردار مي‌باشند. البته افزايش راندمان موتورهاي ابررسانائي هنوز يك ويژگي مهم بوده به گونه‌اي كه 2%‌افزايش راندمان مي‌تواند بسيار موثر باشد.

كاربرد وسيع تجهيزات ابر رسانائي در سيستم‌هاي قدرت باعث فروش اين تجهيزات در سطح جهان تا رقم 100 ميليارد دلار تا سال 2010 خواهد شد.

البته در آمريكا به علت خصوصي سازي توليد وانتقال انرژي الكتريكي تمايل شركتهاي برق براي كنترل و افزايش راندمان ديگر چندان جدي نمي‌باشد چرا كه در فضاي جديد مي‌توانند تلفات سيستم را به عنوان بخشي از هزينه‌هاي بهره‌برداري در نظر بگيرند.

ميزان تاثير و بهبود ناشي از بكارگيري تجهيزات ابر رسانائي در سيستم قدرت را مي‌توان با يك تحليل ساده محاسبه و ارزيابي نمود. كليه سيستمهاي قدرت به صورت يك سيستم تبديل انرژي از مرحله تبديل سوختهاي فسيلي به انرژي الكتريكي انتقال و تحويل آن به مصرف كنندگان عمل مي‌نمايند. راندمان بخش تبديل انرژي بين 30 تا 50 درصد مي‌باشد كه كمترين راندمان در فرآيند عملكرد سيستم‌هاي قدرت مي‌باشد. در حال حاضر سيستم قدرت آمريكا با بكارگيري 32 واحد كواد از انرژي فسيلي مي‌تواند 10 واحد كواد انرژي الكتريكي به بخش مصرف كنندگان تحويل دهد، به طوري كه هر كواد انرژي معادل با فروش 20 ميليارد دلارانرژي الكتريكي با نرخ KWh/$07/0 مي‌باشد. موتورهاي الكتريكي 64%  مصرف انرژي الكتريكي آمريكا را تشكيل مي‌دهند كه معادل با 4/6 كواد انرژي مي‌باشد، به طوري كه 50% آن توسط موتورهاي بزرگتر از 1000 اسب بخار مصرف مي‌گردد.

چنانچه در طي 10 تا 20 سال آينده بكارگيري موتورهاي بزرگ ابررسانائي با 2% افزايش در راندمان گسترش يابد صرفه حاصل از كاهش هزينه انرژي الكتريكي حدود 1/0 كواد يا 2 ميليارد دلار در سال خواهد شد. مسلما اين امر باعث صرفه‌جوئي معادلي در بخش سوخت وكاهش آلاينده‌هاي ناشي از تبديل انرژي خواهد شد.

موتورهاي بزرگتر از 1000 اسب بخار كانديد بسيار مناسبي براي بكارگيري فن آوري ابررسانائي جهت افزايش راندمان مي‌باشند.

در بخش انتقال و توزيع قابليت براي كاهش تلفات تا ميزان 7 تا 10 درصد با بكارگيري فن‌آوري ابر رسانائي بسيار جذاب مي‌باشد. هزينه يك خط انتقال هوائي سنتي برابر 100000 دلار بر مايل مي‌باشد در حالي كه هزينه كابل زيرزميني از نوع ابر رسانائي با همان ظرفيت برابر 5/1 تا 2 ميليارد دلار بر مايل است.

در بخش انتقال و توزيع شركتهاي برق رفته رفته به كاربرد فناوري ابر رسانائي در محدود سازهاي جريان خطا و ترانسفورماتورها علاقمند مي‌گردند. محدود سازهاي جريان خطا از نوع ابر رسانائي توانائي محدود نمودن صدمات ناشي از جريان‌هاي بزرگ و گذراي خطا به تجهيزات پستها را دارا مي‌باشند.

آزمايشهاي موفق اخير ژاپن و اروپا بر روي ترانفسورماتورهاي HTS ، بيانگر تمايل شركتهاي برق براي بكارگيري اين نوع ترانسفورماتورها در شبكه‌هاي قدرت به واسطه مزاياي اقتصادي، زيست محيطي و بهبود عملكرد آنها در مقايسه با ترانسفورماتورهاي سنتي مي‌باشد.

يك بررسي درباره استفاده از ترانسفورماتورهاي ابر رسانائي در شبكه‌هاي توزيع نشان مي‌دهد كه كاربرد نسبتا وسيع آنها براي قدرتهاي بيشتر از MVAنهاآنها1 30 مي‌تواند تلفات شبكه توزيع را نسبتا به نصف مقدار فعلي ( 4 تا 5 درصد) تقليل دهد. اين كاهش تلفات به ميزان 2% متناظر با صرفه‌جوئي در انرژي مي‌باشد كه در آمريكا برابر 2/0 كواد و معادل با فروش 4 ميليارد دلار انرژي الكتريكي در سال مي‌باشد.

بكارگيري وسيع ژنراتورهاي ابر رسانائي با 8/0 درصد بهبود در راندمان آنها در طي 10 تا 20 سال آينده مي‌تواند سبب صرفه‌جوئي در انرژي الكتريكي به ميزان 1/0 كواد گردد به علاوه اين كه باعث صرفه بيشتر در سوخت فسيلي و انتشار آلاينده‌هاي محيطي مي‌گردد.

صرفه كل حاصل در انرژي الكتريكي به واسطه بكارگيري ترانسفورماتور، موتور و ژنراتورهاي ابر رسانائي برابر 4/0 كواد خواهد شد كه معادل 8 ميليارد دلار فروش انرژي در سال مي‌باشد.

قابل توجه است كه يك كواد صرفه‌جوئي در سوخت باعث كاهش 238000 تن گاز Nox و 412000 تن گاز Sox و 68530000 تن گاز CO2 خواهد شد كه معادل با 26800000 تن كربن مي‌باشد.

از ديگر صرفه‌هاي مرتبط با كاهش آلاينده‌ها كاهش ماليات‌هاي ناشي از آنها مي‌باشد به گونه‌اي كه براي گاز Sox كاهش مقدار 100 دلار در هر تن، در سال باعث 40 ميليون دلار صرفه خواهد شد و براي كربن كاهش 100 دلار در هر تن نيز باعث 7/2 ميليارد دلار صرفه در سال خواهد شد.

هدايت رعد و برق بوسيله ليرز در ژاپن

شركت برق كانسايي ژاپن در پروژه‌اي مشترك با مركز تحقيقات تكنولوژي ليزري و دانشگاه اوزاكا، از ماده دسامبر سال 1994 آزمايش‌هايي را براي هدايت صاعقه توسط ليزر در واكياما، شهر ميهاما در فوكوكي شروع كرد و در يازدهم فوريه 1997 براي نخستين بار در جهان اين كار را با موفقيت به انجام رساند.

هدايت صاعقه به وسيله ليزر، تكنولوژي است كه در آن پالسهاي ليزري نسبتا قوي به سمت ابر باردار پرتاب مي‌شود. بدين وسيله يك مسير پلاسما در هوا شكل مي‌گيرد كه بار الكتريكي ابر مي‌تواند به راحتي از آن تخليه شود. بنابراين بدينوسيله صاعقه مي‌تواند به طور مصنوعي به مكان امني هدايت و تخليه گردد. در فصل زمستان با توجه به اين كه در ژاپن بخصوص در نقاطي مانند درياي ژاپن بيش از نصف خاموشي‌هاي برق ناشي از صاعقه‌هاي مكرر در زمستان مي‌باشد بنابراين روش ليزري در هدايت و تخليه كنترل شده صاعقه براي جلوگيري از بروز صدمات به تجهيزات شبكه‌هاي قدرت از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. به همين دليل براي توسعه روش ليزري مقابله با صاعقه انتظارات فراواني وجود دارد.

به منظور ارزيابي عملكرد دستگاه فوق‌الذكر آزمايشهاي مختلفي بر روي آن انجام گرفته است. انجام موفقيت‌آميز اين آزمايش‌ها شركت كانسايي را به استفاده عملي از سيستم هدايت ليزري صاعقه در آينده اميدوار نموده است.

پلاسما

حالتي است كه در آن الكترون‌ها (-) و يون‌هاي باقيمانده (+) در اتم‌هاي يك ماده از هم جدا مي‌شوند. پلاسماي به وجود آمده به راحتي الكتريسيته را هدايت مي‌كند. پلاسما در شرايط فشار كم و دماي بالا و يا در دماي بسيار بالا ايجاد مي‌گردد.

 

 تاثير طوفانهاي خورشيدي بر شبكه‌هاي مخابرات و برق

خورشيد همواره شاهد واكنشها و انفجارهايي در سطح خود است. اين واكنشها هر 11 سال به اوج خود مي‌رسند. با شدت يافتن انفجارها در سطح خورشيد، ذرات باردار و گازهاي داغ به فضا پرتاب مي‌شوند و آثاري بر محيط اطراف خود ( از جمله زمين) برجاي مي‌گذارند.

در سال 1989 بيشترين فعاليت خورشيدي دوره قبل، باعث وقوع طوفان مغناطيسي و در نتيجه سبب اختلال در شبكه برق شركت Hydro Quebec كانادا و آسيب به تجهيزات شبكه گرديد. در اثر اين حادثه شش ميليون نفر براي مدت 9 ساعت در خاموشي فرو رفتند. با افزايش حجم و گستردگي شبكه‌هاي مخابراتي و برق، تكرار چنين حوادثي مي‌تواند خسارات بيشتري به بار آورد. از آن زمان تاكنون، شركت هيدروكبك بيش از يك ميليارد دلار براي پيشگيري از وقوع مجدد چنين حادثه‌اي هزينه كرده است.

هنگامي كه خطوط ميدان مغناطيسي خورشيد در برخي نقاط مي‌گسلد، ميلياردها تن گاز يونيزه با سرعتي در حدود يك ميليون كيلومتر در ساعت به فضا پرتاب مي‌شود. قدرت تخريبي چنين حجمي از گازهاي خورشيدي معادل انفجار 100 ميليون مگاتن TNT است. چنين پديده‌اي را پرتاب جرم اكليلي (CME) مي‌ناميم.

وقوع طوفانهاي خورشيدي سبب ايجاد جريانهاي به بزرگي يك ميليون آمپر در لايه بيروني اتمسفر زمين مي‌شود. اين جريانها ثابت نيستند و از طبيعتي نوساني برخوردارند. جريانهاي نوساني در لايه يونوسفر ميدانهاي مغناطيسي ناپايداري را پديد مي‌اورد. در اثر تغييرات ناگهاني و شديد ميدانهاي مغناطيسي جريانهاي بزرگي در هاديهاي بزرگ (مانند پوسته زمين، اقيانوسها، خطوط لوله، كابلهاي مخابراتي و شبكه هاي برق) پديد مي‌آيد. جريانهاي القا شده در پوسته زمين به جريانهاي القايي زمين (GIC) شهرت دارند.

برخي سنگها به راحتي و برخي ديگر به سختي جريانهاي القايي زمين را هدايت مي‌كنند. اين امر سبب ايجاد اختلاف پتانسيل در نقاط مختلف زمين مي‌شود. سنگهاي خارا بيشترين مقاومت را در برابر اين جريانها از خود به نمايش مي‌گذارند و در نتيجه جريانها درجستجوي مسيري با كمترين مقاومت بر مي‌آيند و در مسير خود هاديهاي فلزي ساخته بشر ( مانند خطوط لوله، كابلهاي مخابراتي و شبكه‌هاي انتقال نيرو) را انتخاب مي‌كنند. اين جريانها مستقيم (dc)هستند. در صورت ورود جريانهاي مستقيم القايي زمين از طريق نقطه زمين پست يا ترانسفورماتورها، هارمونيكهايي با دامنه بسيار بالا پديد مي‌آيد. وقوع چنين هارمونيكهايي كه از اشباع نيم سيكل ترانسفورماتورها سرچشمه مي‌گيرد، عملكرد سيستم را مختل مي‌كند، به ژنراتورها آسيب مي‌رساند و سيگنالهاي قطع نامناسبي را پديد مي‌آورد.

با گسترش و به هم پيوستگي شبكه‌هاي برق سراسري، وقوع طوفانهاي مغناطيسي مي‌تواند جريانهاي بسيار بزرگي را در خطوط انتقال نيرو القا كند كه اضافه بار زيادي را در شبكه ايجاد مي‌نمايد. چنين شرايطي سبب عملكرد تعداد زيادي از رله‌هاي حفاظتي و در نتيجه خاموشي سراسري در شبكه مي‌شود.

 

فن‌آوري جديد در تشخيص كروناي خطوط انتقال در روز روشن

پديده كرونا ممكن است در اثر به وجود آمدن خطا در خط انتقال و يا اشكالات فني در مقره‌ها و يا يراق آلات خط و پست رخ دهد. حداقل مشكل ايجاد شده توسط كرونا نويز شنيداري و اختلالات راديويي است كه منجر به نارضايتي شهروندان مي‌گردد. تاكنون مشكل اساسي اين بوده است كه منابع كرونا را چگونه مي‌توان به صورت دقيق و كارآمد تشخيص داد. روشهاي تشخيص به وسيله نويز شنيداري و اختلالات راديويي اغلب جهت تشخيص كرونا مورداستفاده قرار گرفته‌اند ولي اين روشها قادر به تشخيص محل دقيق وقوع پديده كرونا نمي‌باشند. جهت به دست آوردن اطلاعات بيشتر درباره پديده كرونا مانند منبع، نوع و دامنه آن، شركت‌هاي برق ناچار به انجام اين كار در شب مي‌باشند زيرا دستگاههاي موجود براي اين منظور در تاريكي قادر به تشخيص كرونا هستند. اين عمليات مشكل گران و غيرموثر مي‌باشد.

دوربين كرونائي Day Cor كه به تازگي توسط موسسه EPRI ابداع گرديده است علاوه بر اين كه امكان تشخيص و محل يابي پديده كرونا را در روشنايي روز به سادگي فراهم مي‌كند قادر به تشخيص آتش‌سوزي در مكانهاي صنعتي و همچنين تشخيص شعله‌هاي آتش هيدروژن و الكل كه غير نمايان مي‌باشند است. اين طرح با موفقيت هم در آزمايشگاه و هم در محل آزمايش شده است. استفاده از اين دوربين جديد آسان، اقتصادي و مناسب مي‌باشد زيرا از اين دوربين مي‌توان هم در روز و هم در شب از روي زمين و يا هوا به وسيله هليكوپتر به طور موثر استفاده نمود.

اين طرح از دو واحد تصويرگر تشكيل شده است. تصويرگر نمايان كه تصاوير مربوط به تجهيزاتي كه پديده كرونا در آنها رخ مي‌دهد را برداشته و اين تصاوير قابل رويت مي‌باشند. تصويرگر غيرنمايان تصاوير غيرقابل مشاهده كرونا را تصويربرداري مي‌كند. اين تصاوير با هم تركيب مي‌شوند و به كمك پروسه پردازش طيفي تصوير كرونا بر روي تصوير تجهيزات خط انتقال منطبق و بدين وسيله محل تخليه كرونا مشخص مي‌گردد.

در اين دوربين از يك فيلتر جهت بلوكه كردن تشعشعات خورشيدي استفاده شده است تا امكان تصويرگري در روز روشن به راحتي فراهم گردد.

نظرات 0
برای ارسال دیدگاه وارد حساب کاربری خود شوید.

ورود به حساب کاربری ایجاد حساب کاربری
حمید نظری
موتور ولتاژ بالا
زیگماوب