تجهیزات پست فشار قوی

انواع برقگیرهای فشار قوی و کاربرد آن در صنعت برق
به منظور حفاظت از شبکه در مقابل اضافه ولتاژها و تخلیه آنها به زمین از برقگیر استفاده می شود اضافه ولتاژهایی که در شبکه ایجاد می شود یا ناشی از عوامل خارجی بوده نظیر صاعقه و یا ناشی از اختلالات داخلی سیستم نظیر کلید زنی ، اتصال کوتاه ، قطع ناگهانی بار ، عدم تنظیم ریگالوتوری ولتاژ و غیره می باشد .

از وسایل حفاظتی محدود كننده ضربه برای حفاظت تجهیزات سیستمهای قدرت در برابر اضافه ولتاژها استفاده می شود یك وسیله حفاظتی محدود كننده ضربه باید اضافه ولتاژهای گزرا یا اضافه ولتاژهای كه باعث تخریب تجهیزات شبكه می شوند را محدود و به زمین هدایت كنند و بتواند این كار را بدون اینكه آسیبی ببیند به دفعات تكرار كند. برقگیرها نسبت به سایر وسایل حفاظتی بهترین حفاظت را انجام می دهند و بیشترین مقدار حذف امواج گزرا را فراهم می كند. برقیگرها به صورت موازی با وسیله تحت حفاظت یا بین فاز و زمین قرار می گیرند انرژی موج اضافه ولتاژ به وسیله برقگیر به زمین منتقل می شوند .
کلید های فشار قوی
کلید های فشار قوی تنها یک وسیله ارتباط بر قرار کردن بین مولد هاو ترانسفورماتورها و مصرف کننده ها و سیمهای انتقال انرژی و یا جدا کردن انها از یکدیگر نیستند.بلکه حفاظت دستگاهها و وسایل و سیستمهای الکتریکی را در مقابل جریان زیاد ، بار زیاد و جریان اتصال زمین نیز بعهده دارند. بدینجهت با چشم پوشی از بعضی حالتهای استثنائی باید کلیدهای فشار قوی بتوانند هر نوع جریانی را اعم از جریان کوچک بار سیمها ( جریان خازنی خطوط ) و یا جریان مغناطیسی ترانسفورماتور بدون بار تا بزرگترین جریانی که ممکن است در شبکه بوجود آید ( جریان اتصال کوتاه) از خود عبور دهند بدون اینکه اثرات حرارتی و یا دینامیکی این جریانها خطراتی برای کلید فراهم سازد. در ضمن نوعی از کلیدها ،( کلید قدرت ) باید قادر باشند هر نوع جریان با هر شدتی را ( جریانهای عادی و یا جریانهای اتصال کوتاه ) در کوتاه ترین مدت قطع و وصل کنند و بلاخره کلید های فشار قوی باید قادر باشند در حالت قطع ( جدا بودن تیغه ها ) هر نوع ولتاژی که بین دو سر باز کلید ( دو تیغه باز کلید ) بر قرار می شود بدون کوچکترین احتمال ایجاد قوس الکتریکی تحمل کنند .

بطور کلی کلید در حالت بسته ( عبور جریان ) و یا در حالت باز ( قطع جریان ) دارای مشخصاتی بشرح زیر می باشد:
۱-در حالت قطع دارای استقامت الکتریکی کافی و مطمئن در محل قطع شدگی است .
۲-در حالت وصل باید کلید در مقابل کلیه جریانهائی که امکان عبور آن در مدار هست ٬ حتی جریان اتصال کوتاه ٬ مقاوم و پایدار باشد و این جریانها و اثرات ناشی از آن نباید کوچکترین اختلالی در وضع کلید و هدایت صحیح جریان بوجود آورد .
بدین ترتیب باید کلید فشار قوی در مقابل اثرات دینامیکی و حرارتی جریانها مقاوم باشند. البته برای اینکه ساختمان کلید ساده تر و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد ٬ اغلب استقامت الکتریکی و دینامیکی و حرارتی کلید را توسط دستگاههای حفاظتی تا حدودی محدود می کنند . کلید های فشار قوی را میتوان بر حسب وظایفی که به عهده دارند به انواع مختلف زیر تقسیم نمود:
۱-کلید بدون بار یا سکسیونر
۲-کلید قابل قطع زیر بار یا سکسیونر قابل قطع زیر بار
۳-کلید قدرت یا دژنکتور

انتخاب بهينه ي پست هاي فوق توزيع به صورت فشرده
افزايش تراكم جمعيت و بكارگيري سيستم هاي برقي از عوامل عمده اي مي باشند كه در شهر هاي بزرگ لزوم احداث سيستم هاي فوق توزيع را در مركز شهري و نقاطي كه كمبود فضا بسيار حاد مي باشد ايجاب مي نمايد به منظور مقابله با اين مشكل انواع مختلف ايستگاه هاي فوق توزيع كه در كاهش فضاي مورد نياز و نحوه ي استفاده از فضا از ويزگي هاي خاص برخوردار مي باشند مورد توجه سازندگان ودستگاه هاي اجرايي قرار گرفته اند . از جمله اشكال معمول اين پست ها مي توان از پست هاي سر پوشيده و يا روباز يا رو بازمعمولي GIS كه مخفف Gas Insulated Switchgear است و پست هاي نوع HIS (Hybrid Insulated Switchagear ) نام برد.
الف) پست هاي GIS به طور اصولي در سه شكل وفرم ساخته مي شوند:

۱-شكلي كه باس بار ها وتجهيزات براي هر فاز داخل محفظه ي جداگانه اي قرار مي گيرند اين شكل براي ولتاز هاي بالا از ۳۰۰ KV بكار گرفته مي شود .
۲-شكلي كه تجهيزات وباس بار ها براي هر سه فاز در يك محفظه قرار مي گيرند اين شكل براي ولتاز هاي زير ۳۰۰ KV وبخصوص ولتاز هاي فوق توزيع (۷۲/۵ و ۱۴۵ KV ) كاملا پذيرفته
شده مي باشند .
۳- اين شكل تنها براي ولتاز هاي فوق توزيع ۷۲/۵ وحداكثر ۱۴۵ KV ساخته مي شوند .ودر ان مشابه ولتاز هاي توزيع تجهزات در داخل تابلو قرار گرفته و محفظه ي تابلو با گاز SF6 با فشاري كمتر از يك اتمسفر پر مي شود .

ب) طراحي واحداث پستهاي معمولي به صورت سر پوشيده حداكثر براي ولتاز هاي فوق توزيع تا ۱۴۵ KV متداول است و بسته به مورد دو شكل براي طراحي وجود دارد :
۱-پست هاي سر پوشيده به صورت يك طبقه كه ترتيب استقرار تجهيزات مشابه پست هاي بيروني است.
۲-پست هاي سر پوشيده بصورت مدولار كه تجهيزات فشار قوي در سطوح مختلف قرار مي گيرند.

ج) پست هاي HIS نسل جديد پست هاي فوق توزيع مي باشند كه تا ولتاز ۱۷۰ KV ساخته شده اند و عمدتا براي افزايش ظرفيت پست هاي موجود و يا توسعه ي پست ها در مواقعي كه مشكل فضا وجود دارد كار برد دارند .در طراحي اصلي اين پست ها تجهزاتي شامل بريكر
سكسيونر، سكسيونر زمين و ترانس جريان در يك محفظه ي گاز SF6 قرار دارند وبقيه ي تجهزات واتصالات از جمله باس بار ها در فضاي باز قرار دارند.
پست هاي GIS با استفاده از باس داكت هر گونه چرخش و تغيير جهت فيدرها را امكان مي كند و لذا خطوط ارتباطي از هر جهت مي توانند به فيدر مربوطه متصل گردند در حالي در ساير پست ها اين عمل به سادگي امكان پذير نيست.

در پست هاي GIS كليه ي تجهيزات به صورت فشرده ودر محفظه هاي گاز SF6 قرار دارند .

در پست هاي HIS بخشي از تجهزات به صورت فشرده خواهند بود ولي اتصالات فيدر ها و باس بار ها در فضاي باز بوده ولذا نسبت به پست هاي GIS فضاي بيشتري مورد نياز است

تئوری و تعاریفی از ترانسفورماتورها
ترانسفورماتورها به زبان ساده و شکل اولیه وسیله‌ای است که تشکیل شده از دو مجموعه سیم پیچ اولیه و ثانویه که در میدان مغناطیسی و اطراف ورقه‌هایی از آهن مخصوص به نام هسته ترانسفورماتور قرار می‌گیرند. مقره‌ها یا بوشینگها یا ایزولاتورها و بالاخره ظرف یا محفظه ترانسفورماتور.
کار ترانسفورماتورها بر اساس انتقال انرژی الکتریکی از سیستمی با یک ولتاژ و جریان معین به سیستم دیگری با ولتاژ و جریان دیگر است. به عبارت دیگر ترانسفورماتور دستگاهی است استاتیکی که در یک میدان مغناطیسی جریان و فشار الکتریکی را بین دو سیم پیچ یا بیشتر با همان فرکانس و تغییر اندازه یکسان منتقل می‌کند.
چ

انواع ترانسفورماتورها
سازندگان و استانداردها در کشورهای مختلف هر یک به نحوی ترانسفورماتورها را تقسیم بندی کرده و تعاریفی برای درجه بندی آنها ارائه داده‌اند. برخی ترانسها را بنا بر موارد و ترتیب بهره برداری آنها متفاوت شناخته‌اند، مانند ترانسهای انتقال قدرت ، اتو ترانس و یا ترانسهای تقویتی و گروهی از ترانسها را به غیر از ترانسفورماتور اینسترومنتی(ترانس جریان و ولتاژ) ، ترانس قدرت می‌نامند و اصطلاحا ترانس قدرت را آنهایی می‌دانند که در سمت ثانویه آنها فشار الکتریکی تولید می‌شود.

این نوع تقسیم بندی در عمل دامنه وسیعی را در بر می‌گیرد که در یک طرف آن ترانسفورماتورهای کوچک و قابل حمل با ولتاژ ضعیف برای لامپهای دستی و مشابه آن قرار می‌گیرند و طرف دیگر شامل ترانسهای خیلی بزرگ برای تبدیل ولتاژ خروجی ژنراتور به ولتاژ شبکه و خطوط انتقال نیرو است. در بین این دو اندازه (حد متوسط) ترانسهای توزیع و یا انتقال در مؤسسات الکتریکی و ترانسهای تبدیل به ولتاژهای استاندارد قرار دارند.

ترانسها اغلب به صورت هسته‌ای یا جداری طراحی می‌شوند. در نوع هسته‌ای در هر یک از سیم پیچها شامل نیمی از سیم پیچ فشار ضعیف و نیمی از سیم پیچ فشار قوی هستند و هر کدام روی یک بازوی هسته‌ای قرار دارند. در نوع جداری ، سیم پیچها روی یک هسته پیچیده شده‌اند و نصف مدار فلزی مغناطیسی از یک طرف و نصف دیگر از طرف هسته بسته می‌شود.
در اکثر اوقات نوع جداری برای ولتاژ ضعیف و خروجی بزرگ و نوع هسته‌ای برای ولتاژ قوی و خروجی کوچک بکار می‌روند (بصورت سه فاز یا یک فاز)

ترانسهای تغذیه و قدرت مانند ترانس اصلی نیروگاه ترانس توزیع و اتو ترانسفورماتور ، ترانسفورماتورهای قدرت معمولا سه فاز هستند، اما گاهی ممکن است در قدرتهای بالا به دلیل حجم و وزن زیاد و مشکل حمل و نقل از سه عدد ترانس تک فاز استفاده کنند. ترانسهای صنعتی مانند ترانسهای جوشکاری ، ترانسهای راه اندازی و ترانسهای مبدل ترانس برای سیستمهای کشش و جذب که در راه آهن و قطارهای الکتریکی بکار می‌رود. ترانسهای مخصوص آزمایش ،‌ اندازه گیری ، حفاظت مصارف الکتریکی و غیره.

ترانسفورماتور (Transformer) وسیله‌ای است که انرژی الکتریکی را به وسیله دو سیم‌پیچ و از طریق القای الکتریکی از یک مدار به مداری دیگر منتقل می‌کند. به این صورت که جریان جاری در مدار اول (اولیه ترانسفورماتور) موجب به وجود آمدن یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم‌پیچ اول می‌شود, این میدان مغناطیسی به نوبه خود موجب به وجود آمدن یک ولتاژ در مدار دوم می‌شود که با اضافه کردن یک بار به مدار دوم این ولتاژ می‌تواند به ایجاد یک جریان در ثانویه بینجامد.
ولتاژ القا شده در ثانویه VS و ولتاژ دو سر سیم‌پیچ اولیه VP دارای یک نسبت با یکدیگرند که به طور ایده‌آل برابر نسبت تعداد دور سیم پیچ ثانویه به سیم‌پیچ اولیه است:

به این ترتیب با اختصاص دادن امکان تنظیم تعداد سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور, می‌توان امکان تغییر ولتاژ در ثانویه ترانس را فراهم کرد.
یکی از کاربرد‌های بسیار مهم ترانسفورماتورهای کاهش جریان پیش از خطوط انتقال انرژی الکتریکی است. دلیل استفاده از ترانسفورماتور در ابتدای خطوط این است که همه هادی‌های الکتریکی دارای میزان مشخصی مقاومت الکتریکی هستند, این مقاومت می‌تواند موجب اتلاف انرژی در طول مسیر انتقال انرژی الکتریکی شود. میزان تلفات در یک هادی با مجذور جریان عبوری از هادی رابطه مستقیم دارد و بنابر این با کاهش جریان می‌توان تلفات را به شدت کاهش داد. با افزایش ولتاژ در خطوط انتقال به همان نسبت جریان خطوط کاهش می‌یابد و به این ترتیب هزینه‌های انتقال انرژی نیز کاهش می‌یابد, البته با نزدیک شدن خطوط انتقال به مراکز مصرف برای بالا بردن ایمنی ولتاژ خطوط در چند مرحله و باز به وسیله ترانسفورماتورها کاهش می‌یابد تا به میزان استاندارد مصرف برسد. به این ترتیب بدون استفاده از ترانسفورماتورها امکان استفاده از منابع دوردست انرژی فراهم نمی‌آمد.
ترانسفورماتورها یکی از پرراندمان‌ترین تجهیزات الکتریکی هستند به طوری که در برخی ترانسفورماتورهای بزرگ راندمان به ۹۹٫۷۵٪ نیز می‌رسد. امروزه از ترانسفورماتورها در اندازه‌ها و توان‌های مختلفی استفاده می‌شود از یک ترانسفورماتور بند انگشتی که در یک میکروفن قرار دارد تا ترانسفورماتورهای غول‌پیکر چند گیگا ولت-آمپری. همه این ترانسفورماتورها اصول کار یکسانی دارند اما در طراحی و ساخت متفاوت هستند.

اصول پایه
به طور کلی یک ترانسفورماتور بر دو اصل استوار است:
• اول اینکه, جریان الکتریکی می‌تواند یک میدان مغناطیسی پدید آورد (الکترومغناطیس)
• و دوم اینکه, یک میدان الکتریکی متغییر در داخل یک حلقه سیم‌پیچ می‌تواند موجب به وجود آمدن یک ولتاژ در دو سر سیم‌پیچ شود.
ساده‌ترین طراحی برای یک ترانسفورماتور در شکل ۲ آمده است. جریان جاری در سیم‌پیچ اولیه موجب به وجود آمدن یک میدان مغناطیسی می‌گردد. هر دو سیم‌پیچ اولیه و ثانویه بر روی یک هسته که دارای خاصیت نفوذپذیری مغناطیسی بالایی است (مانند آهن) پیچیده شده‌اند. بالا بودن نفوذپذیری هسته موجب می‌شود تا بیشتر میدان تولید شده توسط سیم‌پیچ اولیه از داخل هسته عبور کرده و به سیم‌پیچ ثانویه برسد.

ساختمان ترانسفورماتور
ترانسفورماتورها را با توجه به کاربرد و خصوصيات آنها به سه دسته کوچک متوسط و بزرگ دسته بندي کرد. ساختن ترانسفورماتورهاي بزرگ و متوسط به دليل مسايل حفاظتي و عايق بندي و امکانات موجود ، کار ساده اي نيست ولي ترانسفورماتورهاي کوچک را مي توان بررسي و يا ساخت. براي ساختن ترانسفورماتورهاي کوچک ، اجزاي آن مانند ورقه آهن ، سيم و قرقره را به سادگي مي توان تهيه نمود.

اجزاي تشکيل دهنده يک ترانسفورماتور به شرح زير است؛
هسته ترانسفورماتور:
هسته ترانسفورماتور متشکل از ورقه هاي نازک است که سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفورماتور ها محاسبه مي شود. براي کم کردن تلفات آهني هسته ترانسفورماتور را نمي توان به طور يکپارچه ساخت. بلکه معمولا آنها را از ورقه هاي نازک فلزي که نسبت به يکديگر عايق‌اند، مي سازند. اين ورقه ها از آهن بدون پسماند با آلياژي از سيليسيم (حداکثر ۴٫۵ درصد) که داراي قابليت هدايت الکتريکي و قابليت هدايت مغناطيسي زياد است ساخته مي شوند.
در اثر زياد شدن مقدار سيليسيم ، ورقه‌هاي دينام شکننده مي شود. براي عايق کردن ورقهاي ترانسفورماتور ، قبلا از يک کاغذ نازک مخصوص که در يک سمت اين ورقه چسبانده مي شود، استفاده مي کردند اما امروزه بدين منظور در هنگام ساختن و نورد اين ورقه ها يک لايه نازک اکسيد فسفات يا سيليکات به ضخامت ۲ تا ۲۰ ميکرون به عنوان عايق در روي آنها مي مالند و با آنها روي ورقه ها را مي پوشانند. علاوه بر اين ، از لاک مخصوص نيز براي عايق کردن يک طرف ورقه ها استفاده مي شود. ورقه هاي ترانسفورماتور داراي يک لايه عايق هستند.
بنابراين ، در مواقع محاسبه سطح مقطع هسته بايد سطح آهن خالص را منظور کرد. ورقه‌هاي ترانسفورماتورها را به ضخامت هاي ۰٫۳۵ و ۰٫۵ ميلي متر و در اندازه هاي استاندارد مي سازند. بايد دقت کرد که سطح عايق شده ى ورقه هاي ترانسفورماتور همگي در يک جهت باشند (مثلا همه به طرف بالا) علاوه بر اين تا حد امکان نبايد در داخل قرقره فضاي خالي باقي بماند. لازم به ذکر است ورقه ها با فشار داخل قرقره جاي بگيرند تا از ارتعاش و صدا کردن آنها نيز جلوگيري شود.

سکسیونر
سکسیونر وسیله قطع و وصل سیستم هایی است که تقریبآ بدون جریان هستند به عبارت دیگر سکسیونر قطعات و وسایلی را که فقط زیر ولتاژ هستند از شبکه جدا می سازد . لذا می توان به کمک سکسیونر جریان های خازنی مقره ها و کابل های کوتاه و یا ترانسفورماتورهای با قدرت کم را که تحت ولتاژباشند با سکسیونر قطع کرد. همان طور که که از تعریف بالا مشخص است سکسیونر یک ارتباط دهنده یا قطع کننده مکانیکی بین سیستمها است و در درجه اول به منظور حفاظت اشخاص در مقابل برق زدگی بکار برده می شود . از آنجا که سکسیونر باعث بستن یا باز کردن مدار الکتریکی نمی شود لذا برای باز کردن و بستن هر مدار الکتریکی در هر شرایطی به وسیله کلید قدرت صورت می پذیرد .

سکسیونر نوعی کلید است که در قطع و وصل سیستم‌هایی که تقریبا جریانی از آنها عبور نمی‌کند به کار رفته می‌شود.

سکسیونر یک ارتباط‌دهنده یا قطع‌کننده مکانیکی بین سیستم‌ها است و در درجه اول به منظور حفاظت اشخاص در مقابل برق‌گرفتگی بکار برده می‌شود.
از سکسیونر می‌توان در قطع و وصل جریان خازنی مقره‌ها و کابل‌های کوتاه و ترانسفورماتورهایی با قدرت کم استفاده کرد.
از آنجا که سکسیونر باعث بستن یا باز کردن مدار الکتریکی نمی‌شود لذا باز کردن و بستن هر مدار الکتریکی در هر شرایطی به وسیله کلید قدرت صورت می‌پذیرد.
سکسیونر و کلید قدرت
از آنجایی که سکسیونر باعث بسته یا باز شدن مدار نمی‌شود، بنابراین برای باز کردن یا بستن هر مدار الکتریکی فشار قوی احتیاج به یک کلید دیگری بنام کلید قدرت داریم که قادر است مدار را تحت هر شرایطی باز کند و سکسیونر وسیله‌ای برای ارتباط کلید قدرت و یا هر قسمت دیگری از شبکه که دارای پتانسیل است.
طبق قراردهای علمی متداول الکتریکی جلوی هر کلید قدرتی، برای جلوگیری از برق‌گرفتگی سکسیونر نصب می‌گردد.
انواع سکسیونر
• سکسیونر تیغه‌ای: مورد استفاده در ولتاژهای کم تا ۳۰ کیلوولت
• سکسیونر کشویی: مورد استفاده در کیوسک‌ها و قفسه‌هایی که عمق کمی دارند.
• سکسیونر دورانی: مورد استفاده در ولتاژهای بالا علی‌الخصوص ۶۰ و ۱۱۰ کیلوولت
• سکسیونر قیچی‌ای: مورد استفاده در ولتاژهای بالاتر از ۱۱۰ کیلوولت

سکسیونر باید در حالت بسته یک ارتباط گالوانیکی محکم و مطمئن در کنتاکت هر قطب برقرار می سازد و مانع افت ولتاز می شود.لذا باید مقاومت عبور جریان در محدوده سکسیونر کوچک باشد تا حرارتی که در اثر کار مداوم در کلید ایجاد میشود از حد مجاز تجاوز نکند .این حرارت توسط ضخیم کردن تیغه و بزرگ کردن سطح تماس در کنتاکت و فشار تیغه در کنتاکت دهنده کوچک نگهداشته می شود .در ضمن موقع بسته بودن کلید نیروی دینامیکی شدیدی که در اثر عبور جریان اتصال کوتاه بوجود می آید .باعث لرزش تیغه یا احتمالاباز شدن آن نگردد.از این جهت در موقع شین کشی و نصب سکسیونر دقت باید کرد تا تیغه سکسیونر
در امتداد شین قرار گیرد .بدین وسیله از ایجاد نیروی دینامیکی حوزه الکترومغناطیسی جریان اتصال کوتاه
جلوگیری بعمل آید.

موارد استعمال سکسیونر
همانطور که گفته شد اصولا سکسیونر ها وسائل ارتباط دهنده مکانیکی وگالوانیکی قطعات وسیستمهای مختلف می باشندودر درجه اول بمنظظور حفاظت اشخاص و متصدیان مربوطه در مقابل در مقابل برق زدگی
بکار برده میشوند.بدین جهت طوری ساخته میشوند که در حالت قطع یا وصل محل قطعشدگی یا چسبندگی بطور واضح واشکار قابل رویت باشد سعنی عمل قطع شدگی در هوای ازاد انجام گیرد.
از انجاییکه سکسینر باعث بستن یا باز کردن مدارالکتریکی نمیشود برای باز کردن یا بستن هر مدار الکتریکی فشار قوی احتیاج به یک کلید دیگری بنام کلید قدرت خواهیم داشتکه قادر است مدار را تحت هر شرایطی باز کند و سکسیونر وسیله ای برای ارتباط کلید قدرت ویا هر قسمت دیگری از شبکه که دارای پتانسیل است به شین میباشد .طبق قوانین متداول الکتریکی جلوی هر کلید قدرتی از ۱کیلوولت ببالا ویاهردو طرف در صورتیکه ان خط از هر دو طرف پتانسیل می گیردسکسیونر نصب می گردد.
برای جلوگیری از قطع ویا وصل بی موقع ودر زیر بار سکسیونر معمولا بین سکسیونر وکلید قدرت چفت وبست(مکانیکی یا الکتریکی)بنحوی برقرار می شود که با وصل بودن کلید قدرت نتوان سکسیونر را قطع ویا وصل کرد.