بخشی از مقاله
چکیده
طراحی سیستم زمین برای پست های فشارقوی همواره موضوعی مهم و اساسی بوده است. هزینه های بالای انجام طرح های متداول سیستم زمین سبب شده که محققان به فکر طرح های جایگزین جدیدی باشند. سیستم طراحی شده می بایست قادر به ایجاد ایمنی برای پرسنل و تجهیزات الکتریکی در حالت عملیات ماندگار - پایا - و توزیع های ناپایدار باشد.
در این مقاله، روش جدیدی برای طراحی سیستم زمین پست های فشارقوی براساس استاندارد IEEE پیشنهاد شده است. در این مقاله طراحی سیستم زمین براساس نرم افزار Autogrid Pro انجام می شود که پارامترهای خروجی بیشتری خواهدداشت و سبب می شود مدل موثرتری ایجاد و جایگزین مناسبی برای دیگر روش های متداول باشد. شبیه سازی در شاخص های عملکرد شبکه زمین مانند مقاومت زمین، ولتاژشبکه، ولتازگام و تماس و همچنین افرایش پتاسنیل زمین توسط نرم افزارهای مربوطه انجام و مقایسه می شود.
یک مطالعه موردی در پست فشارقوی 400/63/20KV مهریز واقع در مرکز ایران - استان یزد - انجام شده و با استفاده از نرم افزار Autogrid Pro و پکیج نرم افزاری CymGrd مورد تجزیه و تحلیل قرارگرفته است.
-1 مقدمه
هدف اصلی از اتصال زمین تجهیزات و ایجاد شبکه زمین، تامین ایمنی کافی برای کسانی است که با این تجهیزات در تماس می باشند. همچنین تامین حفاظت کافی برای تجهیزات الکتریکی در برابر زوال یا خرابی آن ها از دیگر اهداف شبکه زمین می باشد. لذا بخشی از طراحی ها و عملیات مهندسی پست های فشارقوی، طراحی سیستم زمین و اتصال بدنه تجهیزات فشارقوی و اسکلت های فلزی می باشد. به این ترتیب کلیه تجهیزات نصب شده برروی زمین، تحت ولتاژ یکسانی، معادل با ولتاژ زمین واقع می شوند.
بروز خطا و اتصالی در پست های فشارقوی، بصورت بروز قوس الکتریکی در فواصل هوایی ایزولاسیون فاز-زمین، فاز-فاز و یا در پی صدمه به تجهیزات فشارقوی معمول می باشد. بروز قوس الکتریکی و اتصال کوتاه فاز-زمین در طول فاصله هوایی ایزولاسیون و یا در سطح خارجی ستون ها و زنجیره های مقره، جریان اتصالی فاز-زمین را به سمت زمین برقرارمی سازد. وجود مقاومت در نقطه خطا و در مسیر جریان، موجب کاهش جریان خطا و ایجاد ولتاژ درنقطه اتصال و بدنه تجهیزات خواهدشد.
بخش اعظم اتصالی های فاز-زمین در پی بروز قوس الکتریکی در فواصل ایزولاسیون تحت تاثیراضافه ولتاژهای صاعقه و یا قطع و وصل حاصل می شوند. با بروز قوس در بین دو شاخک برقگیرهای واقع در ورودی پست ها و در دو انتهای بوشینگ ترانسفورماتورها، جریان صاعقه در فاصله چند میکروثانیه برقرار می گردد. ایجاد این قوس باعث می شود تا بلافاصله، جریان موجی، به جریان اتصالی سینوسی فاز-زمین تبدیل گردد. بدین ترتیب، جریان برقرارشده در فاصله چند میکروثانیه ابتدای قوس، جریان موجی ضربه ای با فرکانس چند مگا هرتز خواهدبود. به همین علت، سیستم زمین پیشنهادی لازم است تا مقاومت مناسب و محدودی را در قبال جریان های موجی نیز عرضه نماید.
شبکه زمین پست ها متشکل از هادی های متعدد افقی و قائم می باشد که به صورت یکپارچه به یکدیگر متصل شده و در عمق مناسبی از سطح پست نصب می شوند. شکل 1 اجزاء، عناصر اصلی و نمای کاملی از سیستم اتصال زمین را برای بخش های مختلف فشارضعیف، فشارقوی، ساختمانی و تجهیزات مربوطه نشان می دهد. با انجام پیش بینی فوق، ارتباط و اتصال الکتریکی تجهیزات واقع برروی فونداسیون و در سطح زمین با لایه های درونی خاک با مقاومت نسبتاً ثابت و ناچیز از طریق شبکه زمین برقرارمی شود.
در این مقاله، نویسندگان کاربرد پکیج نرم افزاری جدیدی تحت عنوان Autogrid Pro Grounding Software of SES & Technology Canada را پیشنهاد می کنند. این نرم افزار محیط ساده و جامعی برای انجام مطالعات سیستم زمین فراهم می کند. در این پکیج قابلیت های برنامه های مختلف مهندسی از جمله RESAP - ماژول اندازه گیری خاک - ، MALT - ماژول مالت برای تجزیه و تحلیل شبکه های زمین سیستم قدرت و همچنین اغلب برای بدست آوردن پتانسیل و جریان های تقریبی منحرف شده به سازه های فلزی دفن شده استفاده می شود - و FCDIST - ماژول توزیع جریان خطا - که بصورت خودکار با برنامه اصلی در ارتباط هستند، درنظرگرفته شده است.
دربخش دوم این مقاله، تحلیل مقاومت خاک و زمین طبق استانداردهای بین المللی ارائه می شود. در ادامه نیز یک مطالعه موردی واقعی و اجراشده سیستم زمین پست فشارقوی مهریز در مرکز ایران با استفاده از نرم افزارهای Autogrid Pro Grounding و CygmGrd تحلیل و بررسی می شود. نتایج نشان خواهند داد مدل نهایی از لحاظ کنترل ولتاژهای خطا تاچه میزان دقیق و درست می باشد. در بخش سوم این مقاله، مدل و شبیه سازی در چهار مرحله مشخص خواهد شد و نتیجه گیری نیز در ادامه ارائه می شود.
-2 تحلیل خاک و مقاومت زمین
می توان مشخصه های خاک کاملاً غیریکنواخت را از نتایج آزمون Wenner که در منطقه احداث پست فشارقوی انجام شده، مشاهده کرد. درچنین شرایط خاکی، هردو مدل خاک دولایه و چند لایه را می توان به کار گرفت. مدل های خاک چند لایه ای را فقط درصورتی می توان به کار گرفت که طبق مرجع [2] طرح مدل دولایه عملیاتی مشابهی وجود نداشته باشد. مدل خاک دولایه - n=2 - به شکل گسترده ای در طرح های سیستم زمین مهندسی قدرت مدرن استفاده می شود.
برنامه RESAP برای محاسبه پارامترهای توابع مجهول 2 , 1 و h جهت بدست آوردن بهترین تطبیق میان مقادیر مقاومت ظاهری و اندازه گیری شده، استفاده می شود. روشی که برای نیل به این هدف استفاده شده "روش حداقل گرادیان" نامیده می شود. این روش بصورت ذیل است:
مشخصات زمین توسط سه پارامتر مشخص می شود :[3]
1 - مقاومت ویژه لایه فوقانی
2 - مقاومت ویژه لایه تحتانی
3 - h ضخامت لایه فوقانی
- a - مقاومت ویژه ظاهری در فضای a همانند آنچه درمعادله - 1 - ارائه شده است
، مقادیر مقاومت ظاهری بوده که توسط روش های Four-Probe - چهارمیله پتانسیل - یا Wenner برای فضای
a اندازه گیری شده است.
برای بدست آوردن بهترین مطابقت، n باید حداقل باشد. بنابراین از روش حداقل گرادیان استفاده می کنیم
