بخشی از مقاله
چکیده- اصابت مستقیم و القائات ناشی از اصابت القائات غیر مستقیم صاعقه می تواند اثرات مخربی بر روي واحدهاي تولید انرژي،خطوط انتقال توان،مراکز بار،مصرف کنندگان و سایر تجهیزات به بارآورد و علاوه بر خسارات مالی،پایداري اطلاعات،گردش اطلاعات و امنیت ملی را نیز تهدید می کند. لذا حفاظت از تجهیزات سیستم هاي قدرت در برابر صاعقه توسط برقگیر هاي فعال از اهمیت فوق العاده اي برخوردار می باشد .در این مقاله سعی بر آن داشته ایم که با استفاده از شرایط موجود،مدلی را براي حفاظت ارائه دهیم که با استفاده از آن مدلو انتخاب مناسب برقگیر و تخلیه اضافه ولتاژهاي گذرا به زمین،عملاً پایداري شبکه قدرت تقویت گردد .
-1 مقدمه
صاعقه در صورت برخورد مستقیم به ساختمان ها و تجهیزات اثر مخربی از خود به جا می گذارد . لذا پست هاي فضاي باز به سبب حساسیت و اهمیت آن ها درسیستم از یک طرف و قیمت گران آن ها از سوي دیگر بایستی از اصابت مستقیم صاعقه محفوظ بمانند . حفاظت پست هاي فشارقوي در برابر برخورد صاعقه مستلزم دو کار می باشد :
الف - جلوگیري از برخورد مستقیم صاعقه به دستگاه ها و شینه ها که این کار با شیلد کردن پست به طرز مناسب امکان پذیر می باشد .
ب - حفاظت درمقابل امواج سیار که از طریق خطوط انتقال وارد پست می شوند. این کار با رعایت فواصل دستگاه ها از یکدیگر و استفاده از برقگیرها قابل انجام است . امواج سیار وارد شده به پست که در بیرون پست در اثر صاعقه بوجود آمده و موجب اضافه ولتاژ می شوند در طراحی مربوط به حالت گذرا در نظر گرفته می شوند. تجهیزات فشارقوي بسته به ولتاژ نامی و سطح عایقی آن ها با ولتاژهاي نسبتاً بالایی آسیب پذیرند . در حالی که تجهیزات فشارضعیف پست که شامل رله ها ، کامپیوترها و تجهیزات الکترونیکی و مخابراتی هستند با ولتاژ نسبتا کم - در حد چند صد ولت - ممکن است تخریب شوند . در محل برخورد صاعقه بدلیل بالا بودن جریان صاعقه ولتاژ بسیار بالایی می تواند ایجاد گردد و به صورت موج در طول خط حرکت نماید و چنان چه این ولتاژ از سطح عایقی تجهیزات بزرگتر باشد ایجاد قوس خواهد نمود . همین جریان علاوه بر اثر مستقیم ، در اثرهدایت بوسیله هادي ها، اثر القائی نیز بر روي تجهیزات دورتر از محل برخورد خواهد داشت . ولتاژ القاء شده بر روي تجهیزات فشار قوي پست هایی که ولتاژ نامی آن هانسبتاً بالاست خطر چندانی ندارد ولی القاء ولتاژ - مغناطیسی یا خازنی - بر روي دستگاه هاي فشار ضعیف در صورت حفاظت نشدن خطرآفرین است. بنابراین حفاظت این دستگاه ها علاوه برحفاظت از برخورد مستقیم نیاز به حفاظت هاي دیگري دارند تا اثر القاء را کم نمایند که در زیر به تعدادي از آن ها اشاره می شود:
- 1 جلوگیري از القاء خازنی و مغناطیسی در سیم ها و کابل هاي فشار ضعیف .
- 2 هم پتانسیل کردن هادي هایی که وارد دستگاه می شوند . - 3 استفاده از سلف و یا خازن براي جلوگیري از اختلاف سطح زیاد ناشی از موج .
- 4 استفاده از ترانسفورماتور جدا کننده با چتر زمین براي تغذیه دستگاه ها .
- 5 دور کردن هادي هاي مربوط به تخلیه صاعقه به زمین .
- 1-1 طراحی سیستم حفاظت از صاعقه
اطلاعات مورد نیاز جهت طراحی سیستم حفاظت از صاعقه و روش انجام آن به دو بخش زیر تفکیک می گردد :
- 1 مشخصات سیستم و پست فشارقوي که در برابر برخورد مستقیم صاعقه بایستی حفاظت شوند .
- 2 روش طراحی و مشخصه ها و پارامترهایی که بایستی در طراحی سیستم حفاظت از صاعقه در نظر گرفته شوند .
-1-1-1 مشخصات سیستم و پست فشارقوي که در برابر برخورد مستقیم صاعقه بایستی حفاظت شوند[1]
پست ها ازنظر سطح ولتاژي که براي کار در آن ولتاژ طراحی شده اند متفاوت می باشند . لذا هماهنگی عایقی و سطح عایقی و وسعت پست به طور مستقیم بستگی به ولتاژ نامی پست دارد بنابراین درطراحی سیستم حفاظت از صاعقه بایستی اطلاعات زیر مورد توجه قرار گیرند .
- ولتاژ نامی
- سطح عایقی
- مشخصات هادي هاي استفاده شده در شینه ها - از قبیل تعداد باندل و شعاع هادي ها - - ابعاد پست و تعداد شین ها و ارتفاع شینه ها .
-2-1-1 روش طراحی و پارامترهاي مورد نیاز در طراحی
براي حفاظت سیستم هاي فشارقوي از برخورد مستقیم صاعقه روش هاي مختلفی بکار برده شده است.هرکدام از این روش ها داراي معایبی هستند که با گذشت زمان و در طول مدت استفاده از آن ها درصنعت ، به اثبات رسیده انداخیراً. از روش الکتریکی – هندسی استفاده می شود . دراین روش می توان از هادي هاي حفاظتی یا میله هاي برقگیر جهت حفاظت استفاده نمود . میله هاي برقگیر از نقطه نظر اقتصادي مقرون به صرفه نیستند لذا این جا بحث خودرا عمدتاً به هادي هاي حفاظتی معطوف خواهیم نمود. قبل از پرداختن به طراحی سیستماتیک سیستم حفاظتی ، لازم است مدل الکتریکی – هندسی شرح داده شود .
-1-2-1-1 مدل الکتریکی _ هندسی
در این مدل براي هر شئی فاصله اي به نام فاصله جذب محاسبه می شود و مفهوم آن این است که اگر نوك صاعقه وارد این فاصله شود - همانند شکل - 1 آن گاه از طرف شئی جریانی به طرف ابر جاري خواهد شد. فاصله جذب بستگی به جریان جاري شده از طرف شئی به ابر دارد. رابطه پیک جریان برحسب کیلوآمپر و فاصله جذب برحسب متر به صورت زیر می باشد :
شکل- 1 فاصله جذب - نقاطی که فاصله آنها بیشتر از فاصله جذب می باشد کمتر در معرض برخورد صاعقه هستند
شکل - 2 - مفهوم حفاظت یک سیم مانندW بوسیله هادي حفاظتی G را نشان می دهد . با توجه به شکل -2 - الف - اگر صاعقه وارد ناحیه cef شود آنگاه توسط هادي G جذب خواهد شد. فاصله جذب Se براي زمین ، Ss براي هادي حفاظتی و St براي میله برقگیر با توجه به رابطه - 1 - به صورت زیر بدست می آیند .
