بخشی از مقاله
چکیده:
نیاز نیروگاه های برق، خطوط و پست های برق فوق توزیع وانتقال، تاسیسات هسته ای و اغلب صنایع، به تجیزات فشار قوی برق می باشند. درشبکه توزیع انرژی برق ، همیشه بروز خطا در یک قسمت از آن، منجر به ایجاد اختلالات شدیدی در قسمتهای دیگر می گردد.
از این رو شبکه برق بطور هوشمند - - Smart grid با ابزار های هوشمند مانند Black Box Smart Grid وکلید - بریکر یا دژنکتور - ، بخش معیوب شبکه را با سرعت محاسبه شده و مشخصی توسط سیستم DCS PMU شناسایی کرده، جدا می نماید. اما برای بهینه شدن عملکرد تجهیزات قطع کننده مدارو همچنین در جدا کننده های شبکه - سکسیونر - ، بایستی مواد جدید و موثر بکار گیری گردد. در این مقاله نقش فناوری نانو در رشد و توسعه کلید های قابل قطع در زمان اتصال کوتاه و رخ داد خطا در شبکه برق بررسی می گردد. و تاثیر آن بر قابلیت اطمینان و پایداری دینامیکی شبکه برق تاکید می گردد.
مقدمه
شبکه برق با وسعت و گستردگی زیاد خود، در معرض بروز حوادث متعددی قرار دارد که بدترین نوع آنها، منجر به اتصال کوتاه و جریانهای خطا می گردد.برای رفع خطا ،نزدیکترن کلید یا همان بریکر - دژنکتور - به محل بروز خطا،قسمت معیوب شبکه را فورا قطع می نماید.هر چه این زمان قطع کوتاهتر گردد،پایداری تاسیسات الکتریکی شبکه و کیفیت توان برق مصرف کنندگان حفظ و بهبود می یابد.از طرفی، عامل کاهش عملکرد کلید برق، سیستم مکانیکی،پنوماتیکی، یا هیدرولیکی باز و بست آن نیست، بلکه عدم خاموش شدن قوس الکتریکی در هنگام جدا شدن دو سر آن از هم برای قطع جریان الکتریکی است.البته روشهای متعددی برای این منظور تاکنون پیشنهاد گردیده است اما با معایب خاصی چون افزایش هزینه احداث و بهره برداری ، افزایش میزان تجهیزات، افزایش مکان مورد نیاز جهت نصب و ... روبرو می باشد. این مطلب زمانی بقرنج تر می گردد که بدانیم امروزه با ایجاد شبکه های هوشمند - Smart grid - ، نیاز صنایع بطور خاص، صنعت برق، نفت و انرژی به کلیدهای سریعتر ، بیشتر می گردد
اصول عملکرد بریکرهای فشار قوی :
بیشترین تاثیر در میان پست های برق بر روی پست های نیروگاهی می باشد. زیرا بایستی اتصال کوتاه های شدیدتری را نسبت به بریکر پست های دور افتاده و در زمان کوتاه تری رفع نمایند.لذا بایستی محاسبات لازم در جهت زمان بحران کافی برای رفع خطا که در غالب موارد اتصال کوتاه می باشد،انجام می پذیرد.
محاسبه تاثیر میزان قوس الکتریکی بر عملکرد بریکر پست نیروگاهی:
حساس ترین کلید در شبکه برق ،بریکرهای نیروگاهی هستند.زیرا در صورت روز خطا بایستی جریان های اتصال کوتاه شدیدتر را در زمانهای کوتاه تر قطع نمایند.بعد از اندازه گیری و تست بریکرهای ساخته شده در کارخانجات تولید کننده کلید، بایستی نتیجه آزمایش های انجام شده در آزمایشگاه فشار قوی بصورت نتایج آماری استخراج شود و با رابطه ی زی به محاسبه زمان های لازم برای رفع خطای اتصال کوتاه ،پرداخت و تاثیر آنبر یک بریکر پست نیروگاهی متصل به یک ژنراتور را بررسی نماییم. با استفاده از فرمول زیر زمان بحرانی برای رفع خطا را بدست می آوریم.
√زاویه بحرانی رفع اتصال کوتاه بر حسب رادیان زمان بحرانی رفع خطا بر حسب ثانیه
H ثابت اینرسی ژنراتور نیرو گاهی بر حسب ثانیه توان ژنراتور قبل از خطا
fo فرکانس شبکه بریکر پست نیروگاهی بایستی در لحظه بروز خطا در محدوده تاخیر - مجاز شکل - 1 عمل نماید و زمان عملکرد بریکر بایستی کمتر از tcr باشد.
:tcrزمان بحرانی رفع خطا
:treceive زمان دریافت فرمان مخابراتی قبل از تجهیزات[1] PMU , DCS :tarcتاخیر زمانی ناشی از خاموش شدن قوس الکتریکی یا همان زمان عملکرد بریکر
شرط پایداری ژنراتور زمانی تامین می گردد که در زاویه کمتر از زاویه بحرانی ،خطا برطرف شود،در غیر این صورت ژنراتور پایدار نمی ماند .لذا با احتساب جیتر،زمان عملکرد بریکر بایستی،کمتر از زمان بحرانی رفع خطا باشد .و سیستم فرصت رسیدن به پایداری را از دست ندهد.اصولا زمان عملکرد بریکر نیز فاصله بین زمان دریافت فرمان مخابراتی قطع و خاموش شدن قوس الکتریکی می باشد.و نبایستی از 2 تا 3 سیکل - کمتر از 60 میلی ثانیه در فرکانس - HZ-50 بیشتر شود.
لذا عملکرد بریکر با احتساب تاخیر ناشی از خاموش کردن قوس الکتریکی ،بایستی سریعتر از سر رسید زمان بحرانی رفع خطا داشته باشد.
مشخصات قوس الکتریکی:
مشخصات قوس الکتریکی بسته به نوع کلید و خاموش کننده های داخل محفظه خفه کننده قوس الکتریکی آنها ، متنوع می باشد.که انواع آن در جدول - 1 - بیان شده است.
جدول : - 1 - مشخصات قوس الکتریکی
خاموش کردن قوس الکتریکی برای شبکه و تاسیسات صنعتی بسیار مهم است. لذا تکنیک های فنی متعددی برای آن دارد.
روش های خاموش کردن قوس الکتریکی
این روشها عبارتند از :[3]
-1افزایش فاصله بین دو تیغه - کنتاکت - کلید.
-2خاموش کردن قوس الکتریکی با روغن ،گاز،خلاء.
-3اضافه کردن محفظه های متعدد خاموش کننده قوس الکتریکی. -4استفاده از آلیاژهای نانو فلز در تیغه های کلید.
کاربرد نانو فلزها در بهبود عملکرد کلیدهای فشار قوی :
-1کاهش فاصله بین دو تیغه - کنتاکت - کلید:
با کاهش طول قوس الکتریکی با آلیاژهای نانو،می توان فاصله تیغه های بریکرها - کلیدهای قطع کننده شبکه و جریان خطا - و سکسیونرها - کلیدهای جدا کننده شبکه بدون بار و خطا - را کاهش داد.
-2خاموش کردن قوس الکتریکی همراه با عدم اتلاف روغن ،گاز،خلاء در کلید:
با هر بار ایجاد قوس الکتریکی ،از میزان روغن یا گاز یا خلاء موجود در کلید کاسته می شود. با کاهش قوس الکتریکی این فرایند کندتر،از میزان کاهش ماده خاموش کننده قوس الکتریکی ،کاسته می گردد.
-3عدم خوردگی و ساییدگی تیغه های دو سر کلید :
با هر بار باز و بست کلید ،تیغه های دو سر کلید ساییده شده است و ذرات آن در قوس الکتریکی می سوزد و به حرارت آن دامن می زنند.و این موجب طولانی شدن قوس می گردد.آلیاژهای نانو بکار رفته در کنتاکتهای دو سر کلید ،از ساییدگی و نقاط جوش جلوگیری می نمایند. چرا که نانو ساختارهای فلزی دارای استحکام بیشتر و در عین کوچکی می باشند.
