بخشی از مقاله
چکیده
برقگیرها به عنوان یکی از تجهیزات بسیار مهم، نقش کلیدي در حفاظت ادوات مختلف شبکه قدرت در برابر اضافه ولتاژ را داشته و مانع از آسیبدیدگی آنها میشوند. یکی از عواملی که میتواند رفتار و عملکرد برقگیر را حتی در شرایط کار نرمال مختل و منجر به عملکرد نابجاي آنها گردد، مقادیر آلودگی مستقر بر بدنه چینی آن، بسته به شرایط محیطی محل نصب میباشد. شایان ذکر است در مواردي که آلودگی مستقربر سطح عایقی برقگیر بصورت غیریکنواخت و یا با ایجاد باند خشک باشد، عملکرد ناخواسته برقگیر، تشدید و حتی میتواند موجبات تخریب آن را فراهم آورد.در این مقاله به منظور بررسی رفتار و عملکرد برقگیرهاي اکسیدروي نصب شده در پستهاي فشار قوي، در ولتاژ نامی و تحت تأثیر آلودگی مستقر بر آن، با انتخاب برقگیر نمونه، ضمن مدلسازي مداري آن، شبیهسازيهاي لازمه در شرایط مختلف و به کمک نرمافزار PSPICE انجام شده است. بدین منظور اثرات مقادیر آلودگی یکپارچه مستقر بر آن، وجود باندخشک و محل تشکیل آن و همچنین تأثیر قطر بدنه چینی برقگیر مورد مطالعه، بر توزیع پتانسیل و تلفات حرارتی قرصهاي اکسیدروي و همچنین کل برقگیر، ارزیابی و نتایج حاصله آنالیز شده است.
-1 مقدمه
یکی از تجهیزات بسیار مهم و کلیدي شبکه قدرت که بمنظورمحافظت تجهیزات در برابر اضافه ولتاژها مورد استفاده قرارمیگیرد، برقگیر میباشد. یکی از انواع برقگیرها، برقگیراکسیدروي بوده که کاربرد فراوانی در سیستمهاي انتقال و یا توزیع و نیز پستهاي فشار قوي دارد. عملکرد یک برقگیر اکسیدروي، تابعی از مشخصه حرارتی و الکتریکی عناصر و قرصهاي اکسیدروي، مواد عایقی بکار رفته در آن وملاحظات انجام شده در طراحی آن میباشد.[1] از جمله عواملی که متأثر از شرایط محیطی بوده و میتواند باعث اختلال در عملکرد برقگیر شود، آلودگیهاي مستقر بر روي سطح چینی - ایزولاتور - برقگیر میباشد. لذا بررسی اثر آلودگی و نحوه توزیع آن میتواند نقش مهمی بر روي رفتار برقگیر و طراحی مناسب آنها داشته باشد.
بر اساس نتایج بدست آمده در [2]، مقدار بار الکتریکی عبوري از قرصهاي اکسیدروي،تأثیر کمی بر روي افزایش دماي برقگیر دارد، در صورتی که شدت و غیریکنواختی ولتاژ خارجی اعمال شده بر روي برقگیر، میتواند تأثیر مهم و بسزایی در عملکرد حرارتی وافزایش دماي ستونهاي وریستور داشته باشد.[3] در [4] نشان داده شده است که تزویج خازنی بین بدنه چینی - ایزولاتورها - و ستونهاي وریستور، عامل اصلی در افزایش دماي عناصروریستور میباشد. همچنین در [4-5] نشان داده شده است که بدترین شرایط آلودگی مربوط به ایجاد باند خشک در نزدیکی یکی از فلنچها و در شرایط کاري با حداکثر دامنه ولتاژ متناوب میباشد.
در این مراجع جهت بررسی رفتاربرقگیر به صورت تئوري، مدلی براي برقگیر آلوده ارائه شده و در [6] رفتار آن بر اساس متعادلسازي انرژي و شبیهسازي-هاي انجام شده، تحلیل گردیده است. در [7] نتایج بدست آمده از عملکرد و رفتار برقگیرها و مقرههاي نصب شده در شبکه، تحت شرایط آلودگی محیطی، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و بر اساس آن، استقامت الکتریکی بین عایقهاي چینی، سیلیکونرابر و فلورواتان با یکدیگر بررسی شده است.در این مقاله یک برقگیر اکسیدروي، با ولتاژ 110 کیلوولت و8 بلوك وریستور انتخاب شده است. سپس مدل مداري اینبرقگیر استخراج و آلودگیهاي مستقر بر روي بدنه چینی آن نیز در آن مدل لحاظ گردیده است. این مدار به کمک نرمافزار PSPICE مورد شبیهسازي قرار گرفته و تأثیر مقادیر آلودگی ومکان باند خشک بر روي بدنه چینی و حتی قطر بدنه چینی بر روي توزیع پتانسیل قرصها، جریان برقگیرها و تلفاتحرارتی آن محاسبه و نتایج حاصله مورد آنالیز قرار گرفتهاست.
-2 مدلسازي برقگیر اکسیدروي با ملاحظه بر اثر آلودگی
در این قسمت به جهت شبیهسازي عملکرد و رفتار برقگیر اکسیدروي در محیطهاي آلوده، برقگیر 110 کیلوولت بامشخصات و پارامترهاي مندرج در جدول - 1 - انتخاب شده است. ضمناً ساختمان داخلی این برقگیر در شرایطی که یک باند خشک، بر روي بلوك شماره 1 آن ایجاد شده است، در شکل - 1 - نشان داده شده است.همانطور که از شکل - 1 - ملاحظه میگردد، برقگیر اکسیدروي از قرصهاي اکسیدروي یا بلوكهاي وریستور که بر روي ستون عمودي چیده شده و در داخل محفظه چینی قرار دارند، تشکیل شده است. این بلوكها با توجه به ساختار و عملکردموردنظر در برقگیر، همانند مقاومت غیرخطی عمل کرده و ازطرفی داراي نقش خازنی نیز میباشند. لذا مقاومت غیرخطی - مقاومتهاي - Rs و خازن متناظر - خازنهاي - Cs با هر قرص اکسیدروي موجود در برقگیر، بصورت موازي بایکدیگر که مجموع آنها با یک مقاومت خطی - مقاومتهاي - R1,R2,…,R8 دیگر سري شدهاند، میتواند مدلسازيگردد.[5]
از طرف دیگر از آنجایی که با توجه به محل نصب برقگیر وشرایط آلودگی محیطی، امکان استقرار آلایندهها بر رويمحفظه چینی آن وجود دارد، در نتیجه ضمن آنکه خود آلودگی میتواند با مقاومت - مقاومتهاي - Rp8,Rp7,…,Rp1مدل گردد، خازن آلودگی نیز متناظر با سطح آلودگی و قرص-هاي برقگیر ایجاد خواهد شد که باید در مدل نهائی مدنظرقرار گیرد. باید توجه داشت که این خازن، مجموع دو خازن سري است که بواسطه وجود عایقهاي چینی و هوا مابین لایه آلودگی و قرص برقگیر وجود دارد. لذا این دو خازن بطور جداگانه در شکل آورده شده است، بطوریکه خازنهاي مدل مداري برقگیر مورد مطالعه، در محیط نرمافزار PSPICEنشان داده شده است.
مطابق شکل - 2 - ، هر قرص برقگیر با یک مقاومت غیرخطی یا دو دیود زنر بصورت موازي با خازن Ci - i=1,2,…,8 - کهمجموعاً با مقاومتهاي Ri - i=1,2,…,8 - بصورت سري می-باشند، درنظر گرفته شده است. ضمناً آلودگی مستقر بر بدنه برقگیر مورد مطالعه با مقاومتهاي Rpi - i=1,2,…,8 - مدلشده و خازنهاي Cpi - i=1,2,…,8 - نمایانگر تزویج بین لایهآلودگی و بلوكهاي وریستور میباشند - اندیس i شمارهبلوكهاي وریستور برقگیر را نشان میدهد - . نکته آنکه در برقگیر مورد مطالعه، مقدار خازن موازي متناظر با هر بلوكبرابر 180 پیکوفاراد و مقدار مقاومت سري برابر 25 کیلواهم درنظر گرفته شده است. همچنین در شبیهسازيهاي انجام شده، به جهت آنکه بتوان جریان گذرنده از داخل برقگیر و سطح بیرونی آن را تمییز و تعیین نمود، دو مقاومت Rin. و
