بخشی از مقاله

چکیده

ایمنی در بهره برداری از انرژی الکتریکی امری مهم بوده از این رو در انتقال برق از محل نیروگاهها به محل توزیع در پستها سطح ولتاژ افزایش و مجدداً کاهش مییابد که به دلیل سطح ولتاژ بالا در داخل پستهای انتقال بحث تامین سیستم ارت بسیار لازم و ضروری بوده، لذا جهت منازل مسکونی و صنعتی که با سطح ولتاژ فشار ضعیف تامین برق میشود ایجاد چاه ارت ایده آل است ولیکن در پستهای فشارقوی سیستم زمین شامل مش بندی و بعضا اضافه نمودن راد در نظر گرفته و اجراء میشود. در خصوص طراحی بهینه مدنظر به حداقل نرساندن اختلاف ولتاژ گام و تماس محاسبه شده نسبت به حد مجاز، با آلترناتیو تغییرات ابعاد مش شبکه زمین در این مقاله مد نظر می باشد.

-1 مقدمه

طراحی و احداث پستهای فشار قوی، یکی از مهمترین مسائلی که باید مد نظر قرار گیرد، طراحی سیستم زمین حفاظتی مربوط به آن است. بروز شرایط اتصال کوتاه در سیستمهای قدرت به علت وجود اضافه ولتاژهای موقت و گذرا و همچنین آسیب دیدن برخی تجهیزات الکترونیکی اتفاقی عادی محسوب میشود. در شرایط اتصال کوتاه تکفاز به زمین، ولتاژهای فازهای سالم نسبت به زمین و بدنه تجهیزات به مقدار قابل توجهی افزایش مییابد. زمین کردن موثر نقاط نوترال در سیستم قدرت باعث کاهش این اضافه ولتاژها میشود. از سوی دیگر بروز خطای اتصال کوتاه فاز به زمین جریان زیادی را به زمین منتقل میکند که این نیز به نوبه خود باعث ایجاد گرادیانهای ولتاژ در سطح زمین در محوطه پست شده که در این صورت نقاط مختلف سطح زمین نسبت به هم و نسبت به زمین مرجع دارای اختلاف پتانسیل میشوند.

از مهمترین پارامترهای مدنظر میتوان به ولتاژهای حلقه - مس - ، ولتاژ گام، ولتاژ تماس و مقاومت شبکه زمین اشاره نمودکه با طراحی شبکه مناسب این پارامترها تا حد مجاز پایین میآیند. طراحی این شبکهها بر اساس استاندارد IEEE80 انجام میپذیرد. همچنین برای تعیین دقیق ولتاژهای تماس و گام، محققین روشهای مختلفی پیشنهاد میدهند.

برای این منظور به مرور زمان کاربران به فکر طراحی بهینه سیستم زمین از جهت مالی و کارآمدی افتادند. تاکنون روش های زیادی جهت بهینه سازی سیستم زمین ارائه شده است که در هرکدام از آنها سعی شده تا نوع خاصی از مسائل طراحی سیستم زمین مورد توجه قرار گیرد. به عنوان مثال در برخی از این روش ها برای تعیین فاصله بین هادی های شبکه زمین در زمینهای دارای خاک دو لایه و با دو مقاومت ویژه متفاوت از روشهای عددی استفاده شده است[7-1] در [8] طراحی برای پستهایی با مش نامتقارن انجام شده است. همچنین در بعضی روشها از الگوریتم ژنتیک برای تعیین تعداد بهینه هادیها با تضمین سطح ایمن برای ولتاژ تماسی استفاده شده است استفاده شده است.

آقایان لی و شن [10] یک تکنیک جدید برای بهینهسازی شبکه زمین پست از استاندارد ANSI/IEEE80 ارائه کردند.

این روش از بهینهسازی ازدحام ذراتٌ PSO بهره میگیرد که در آن تابع هدف متشکل از اختلاف قیمت لوازم، حفاری و اثرات جوشکاری میباشد. آنها دریافتند که این روش به مراتب از نتایج بدست آمده توسط الگوریتم ژنتیک بهتر است. همچنین در ادامه یک روش مبتنی بر PSO پیشنهاد شد که در آن تابع هدف شامل قطر و فواصل بین هادیها؛ تعداد، طول و قطر رادها؛ عمق شبکه مسی و اختلاف هزینه مواد، حفاری و اثرات جوشکاری بود.[11]
در تعداد زیادی از مطالعات برای حل مسائل پیچیده بهینهسازی از تکنیک هیبریداسیون بین GA و PSO استفاده شده است.[12] استراتژیهای متفاوت هیبریداسیون در میدانهای متفاوت، بخصوص در ساختار الکترمغناطیسی - EM - با موفقیت بکاربرده شده است.

تحقیق پیرامون سازگاری الکترومغناطیسی در پستهای فشارقوی که گستره وسیعی از میدانهای الکتریکی و مغناطیسی را در بر میگیرد، از اهمیت بسزائی برخوردار است. از سه مبحث اساسی ملاحظات سازگاری الکترومغناطیسی - منبع، محیط انتقال و قربانی - در [14] شناخت منابع مغناطیسی و توزیع میدان آنها مورد تاکید قرار گرفته است.

در نهایت در 15] و [16 رفتار سیستم زمین در حالت گذرا مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقاله هدف بر این است تا با حداقل کردن تعداد هادیهای شبکه زمین و در نتیجه کاهش هزینه نهایی ساخت با احتساب در نظر گرفتن حداکثر ولتاژ تماس، گام و تداخلات الکترومغناطیسی، به ایمنی هر چه بیشتر افراد و تجهیزات و همچنین انتقال ایمن اطلاعات توسط کابلهای مخابراتی و ابزاردقیق رسیده شود. برای این منظور از یک روش بهینهسازی مبتنی بر استفاده از سطوح پاسخ [4-2] استفاده شده است.

-2 مروری بر سیستم زمین :

سیستمهای الکتریکی به چند دلیل زمین میشوند یا به زمین متصل میشوند. دلایل اصلی برای زمین کردن به این شرح هستند: ایجاد امنیت در شرایط نرمال یا خطادار برای تضمین عملکرد دقیق ابزارهای الکتریکی، پایدار کردن ولتاژ در طی شرایط گذرا و کمینه کردن جرقه زنی در حالات گذرا و نیز پخش کردن ضربههای صاعقه و کلیدزنی.

هنگامی که گفته می شود یک سیستم زمین شده است، منظور اتصال سیستم مورد نظر به یک ساختار فلزی مدفون در زمین میباشد. ساختارهای فلزی پیادهسازی شده بر روی زمین سیستم زمین نامیده شده و مسیر رسانایی را برای الکتریسیته ایجاد میکنند تا به زمین جاری شود.[17] یک سیستم زمین پست نوعی شامل میلههای زمین هدایتی، کابلها یا شبکه متصل مدفون شده، کابلهای اتصال که شبکه زمین مدفون را به قسمتهای فلزی ساختمانها و تجهیزات متصل میکنند، اتصالات به قسمتهای خنثی سیستم زمین، و نیز ماده عایقی سطوح میشود

اختلاف سطح پتانسیل بین زمین و سیستم زمین شده ممکن است شرایط خطرناکی را برای انسان ایجاد کند. این شرایط دو امکان اصلی را بوجود می آورند:

.1 شخصی به ساختار زمین شده دست بزند که دارای پتانسیلی است که متفاوت از نقطه ای از زمین باشد که شخص روی آن ایستاده است. در این حالت شخص تحت ولتاژی است که جریان الکتریکی را در بدن وی ایجاد می کند. این ولتاژ دو سر بدن شخص، ولتاژ تماسیٌ گفته میشود.

.2 شخصی که بر روی سطح زمین راه میرود ولتاژی را بین پاهای خود حس کند. این ولتاژ جریان الکتریکی را در بدن تولید میکند. این ولتاژ، ولتاژ گامٍ نامیده میشود.

عبور جریان الکتریکی در بدن شخص یک عامل خطر است. سیستمهای زمین باید طوری طراحی شوند که جریان الکتریکی عبوری از بدن فرد در هر رویداد بد قابل پیش بینی از حد مجاز فراتر نرود.

-3 معرفی سیستم زمین در پستهای فشارقوی :

به هنگام اجرای یک پست فشار قوی، شبکهای از هادیهای موازی در عمق مناسب - در حدود 0/3 تا 1/5 متر - دفن میگردد تا از نظر الکتریکی پتانسیل زمین را داشته باشد. همچنین میلههایی با طول متناسب با مقاومت خاک به طور عمودی در زمین قرار میگیرند و به شبکه زمین متصل میشوند تا مقاومت معادل سیستم زمین کاهش یابد. بدنه تجهیزات و سطوح فلزی در دسترس، مانند اسکلتهای فلزی، توسط هادیهای مناسب به شبکه زمین متصل میشوند.

سیستم زمین عبارت است از مجموعه تجهیزاتی که درون زمین نصب میشوند تا یک شبکه زمین مناسب و با مقاومت کم و در حد صفر برای شبکه ایجاد کنند.

-4 هادی زمین :

متداولترین هادیها عبارتند از مس و استیل با روکش مس میباشد. هر دوی آنها دارای مزایا و معایبی هستند.[18] مس معمولا متداولترین ماده برای زمین کردن است. مس دارای مزایایی در رابطه با مقاوم بودن در برابر خوردگی زیرزمین است، زیرا مس نسبت به بسیاری از فلزات دیگر که در مجاورت آن دفن میشوند کاتدیتر است. در عین حال، استیل با روکش مس معمولا برای میلههای زیرزمینی مورد استفاده قرار گرفته و در بسیاری از موقعیتها برای شبکههای زمین مورد استفاده قرار میگیرد.

همچنین گزینهای مناسب برای مواردی است که در آنها مس دزدی داریم. مواد دیگری که میتوان مورد استفاده قرار داد عبارتند از آلومینیوم و استیل. آلومینیوم هادی خوبی است ولی با این حال مس هدایت بهتری دارد. مزایای آلومینیوم این است که کمتر دزدیده شده و ارزان تر از مس است.[19] دمای گداخت آلومینیوم در حدود نصف مس است در حالی که ظرفیت گرماییاش در حدود دو سوم آن است. استیل هنوز گزینه موجود برای هادیها و میلههای شبکه زمین میباشد. دزدی آن نیز زیاد نیست. مشخصههای دمایی و ظرفیت گرمایی برای استیل بسیار مناسب هستند.

-5 تحلیل ولتاژ گام و تماس در پستهای فشارقوی و روشهای مدلسازی آن :

سیستم زمین در یک پست، کارخانه یا نیروگاه و یا هر مرکز صنعتی دیگر به چند دلیل دارای اهمیت ویژهای است. این دلایل اکثرا مربوط به حفاظت از افراد و تجهیزات و یا بهرهبرداری بهینه از سیستم الکتریکی میشوند

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید