نصب برق گيرها

سيستم برقگير ميله اي
سيستم برقگير ميله اي از روشهاي سنتي براي مقابله با صاعقه است كه از زمان فرانكلين مورد استفاده بوده و بر اساس هدايت بار الكتريكي صاعقه به زمين عمل مي‌نمايد. صاعقه يكي از پديده هاي قدرتمند ومخرب دنياي طبيعي است كه سطح ولتاژ آن تا ۱۰۰ ميليون ولت در هر ضربه مي‌رسد. ضربات صاعقه به تجهيزات شبكه هاي قدرت يكي از عوامل جدي خطر و آسيب براي شركتهاي برق و مصرف كنندگان مي‌باشد. در بعضي از مناطق آمريكا بخصوص مناطق جنوب

 

شرقي ، صاعقه يك پديده تقريباً روزانه است ، اما تابحال امكان پيش بيني و كنترل اين پديده وجود نداشته است. در سالهاي اخير فناوري پيش بيني و رهيابي توسعه يافته و شبكه ملي آشكار سازي صاعقه NLDN هنوز براي رهيابي صاعقه بيش از پيش تأكيد دارد زيرا اين امر مي‌تواند در شبكه هاي حمل و نقل هوايي ، دريايي و فضانوردي بسيار موثر واقع گردد.
برق‌گير يا رساناي آذرخش
برق‌گيري يا رساناي آذرخش، ساختمان‌هاي بلند را از يورش آذرخش (صاعقه) مصون مي‌دارد. يك رساناي آذرخش ازيك نوار مسي كلفت تشكيل شده است كه نوك‌هاي فلزي تيزي دارند و در بالاي

بلندترين قسمت ساختمان كار گذاشته مي‌شود. اين نوار را به تيغه فلزي بزرگي كه در اعماق مرطوب زمين زير ساختمان مدفون گشته است متصل مي‌كنند.
اين رسانا مسيري را براي شارش بار الكتريكي از بالاي ساختمان به زمين فراهم مي‌كند.
نشست تدريجي بار مثبت از نوكها (تخليه الكتريكي از نوك‌هاي تيز بهتر انجام مي‌شود) بسوي ابرها و شارش الكترونها از برق‌گير به زمين، از انباشته شدن انبوه بار روي بلندترين بخشهاي ساختمان جلوگيري مي‌كند. اگر اين تخليه الكتريكي از نوكها و از طريق برق‌گيري صورت نگيرد تخليه ناگهاني بار «آذرخش» صورت خواهد گرفت. شارش ناگهاني و بسيار عظيم بار كه آذرخش روي مي‌دهد آن قدر انرژي دارد كه مي‌تواند خسارتهاي جدي به ساختمان وارد كند.
ايمني از اصول مهم خلقت و راز دوام و بقاي جهان طبيعت است . حفاظت موجودات زنده كره زمين از پرتوهاي لايه ازن ، دفاع فيزيكي پوست بدن و مقابله شيميايي گلبولهاي سفيد خون در مقابل ميكروبهاي مضر ، از نمونه هاي پديده ، ايمني و حفاظت در آفرينش هستند . انسان متمدن امروز اين قانون طبيعي را در مهار نيروها و مصنوعات ماشيني خود تجربه نموده است . هر واحد صنعتي و شبكه برقي ، كه استفاده از سيستم ايمني و حفاظت را ناديده گرفته باشد ، دير يا زود از ميدان رقابتهاي صنعتي دنيا ، عقب مانده و از دور خارج مي شود . لذا با پيشرفت صنعت و پيچيدگي روز افزون تجهيزات و سيستم ها ، وجود قوانين و مقررات و همچنين تجهيزات لازم جهت رعايت موارد ايمني و حفاظـت ، از اهميـت بيشتري برخوردار ميشود . امروزه انرژي الكتريكي جاي خود را به عنـوان يك انرژي برتر تثبيت كرده است ، و با پيشرفت صنايع و كارخانجات و مصرف كننده ها ، لزوم افزايش توان انتقالي بيش از پيش شده است و اين خود مستلزم صرف هزينه ها و تجهيـزات لازم و كارآمد جهت ارائه خدمـات انتقال انرژي به صورت دائـم و مستمر و بدون خطر و با كيفيت مطلوب مي باشد . و اين مهم بدون حفاظت و مراقبت از تجهيزات و امكانات پرهزينه مورد بهره برداري در صنعت برق حاصل نمي شود . بيشتر تجهيزات به كار رفته در صنعت برق بويـژه پستها ، داراي هزينه بسيار بالايي هستند ، لذا آسيب ديدگي اين تجهيزات ازيكطرف موجب تحميل هزينه هاي سنگين بر صنعت برق مي شود و از طرف ديگر تامين انرژي الكتريكي مورد نياز مصرف كننده ها را دچار اشكال مي كند . اضافه ولتاژهايي نظير اضافه ولتاژ ناشي از رعد و برق ، كليد زني و اضافه ولتاژهاي موقت كه از بوجود آمدن آنها در سيستم به طور كامل نمي توان جلوگيري كرد موجب بروز مشكلاتي مي شونـد . اين گونه مشكـلات در نقاطي از شبـكه ، كـه سطـح عايـقي تجهيزات كمتر از مقدار اضافه ولتاژ باشد به وجود مي آيد . حال اگر از سطح عايقي بالا براي تجهيزات و سيستم استفاده كنيم ، مشكلاتي از جمله سرمايه گذاري زياد ، افزايش حجم تجهيزات و غيره را به دنبال خواهد داشت . لذا براي كاهش سطح عايقي تجهيزات و كم كردن هزينه ، بايستي اضافه ولتاژها را كنترل و به زمين هدايت نمود . اين كار با استفاده از تجهيزاتي همچون برقگيرها محقق مي شود . از طرف د

يگر نصب برقگيرها در شبكه ها نياز به آشنايي كامل با انواع برقگيرها ، بررسي و تحليل اصول كار و ساختمان آنها ، عوامل موثر در بروز اشكال در اين تجهيزات و نحوه انتخاب و محل نصب آنها مي باشد . با پيشرفت تكنولوژي ساخت مقاومتهاي وابسته به جريان ، بتدريج مقاومتهايي ساخته شده كه در ولتاژ نامي جريان اندكي از خود عبور مي دهند . با ساخت اين مقاومتها گام بزرگي در جهت كنترل اضافه ولتاژهاي شبكه اعم از تخليه جوي ، ولتاژهاي موقت و كليد زني برداشته شد .

اين تجهيزات هر چند وظيفه حفاظت شبكه در مقابل اضافه ولتاژها را دارند ولي بروز اشكال در اين تجهيزات علاوه بر هزينه بالا جهت تهيه و نصب آنها ، همواره شبكه هاي توزيع و انتقال كشور را ساعت ها به حال خاموشي فرو برده اند كه در پاره اي از موارد خسارت وارده از اين ناحيه خيلي بيشتر از هزينه نصب و نگهداري اين ادوات مي باشد . طرز كار و ساختمان برقگيرهاي فشار قوي در طي دو دهه اخير با دگرگوني و تحول كامل روبرو شده است . نوع ابداع شده خصوصيات كاملاً متفاوت از نوعهاي گذشته را دارا مي باشد . در حال حاضر ساخت نوع قديم منسوخ گشته ، كليه كارخانجات سازنده به تدريج و در طي دو دهه ، از سال ۱۹۸۰ خط توليد خود را به نوع جديد تغيير داده اند .
ساخت و استفاده از برقگيرهاي نوع جديد در حالي معمول گشته است كه بسياري از خصوصيات و پديده هاي اين نوع برقگيرها به طور دقيق و روشن شناخته نبوده ، دستورالعمل هاي انجام آزمايشات و انتخاب آنها در استانداردهاي مختلف كاملاً قطعي نمي باشد .

ضرورت استفاد ه از برقگيرها
معمولاً وقتي درباره يك سيستم برق رساني مي انديشيم ، اجزاي چشمگير آن ، از قبيل نيروگاههاي بزرگ ، ترانسفورماتورها ، خطهاي فشار قوي و غيره به ذهنمان مي آيند . در عين حال كه اين اجزاء قسمت اصلي يك سيستم برق رساني را تشكيل مي دهند ، بسيار اجزاي ضروري و جالب نيز در سيستم وجود دارند . از جمله سيستم حفاظت و ايمني ، كه وجود آنها در يك سيستم لازم و ضروري مي باشد .
اساس كار دستگاه LCM آناليز هارمونيك سوم موجود در جريان نشتي پيوسته برقگير است.

برخلاف سيستم هاي اندازه‌گيري موجود كه بر اساس آناليز هارمونيكها است ، LCM به هارمونيكهاي موجود در ولتاژ سيستم حساس نيست ، زيرا با استفاده از يك پروب ميدان الكتريكي كه بر روي فلنج انتهايي برقگير تحت آزمايش بسته مي‌شود هارمونيكهاي موجود در ولتاژ سيستم بوسيله پروب ميدان جدا شده و خنثي مي‌شوند. بنابراين نتايج اندازه گيري كاملاً مستقل از هارمونيكهاي موجود در ولتاژ سيستم است. رابطه بين هارمونيك سوم جريان و اندازه مولفه مقاومتي جريان با اندازه گيري هاي انجام شده روي انواع مختلف وريستورهاي ZnO به اثبات رسيده است. با لحاظ كردن اين رابطه در روش اندازه گيري LCM مستقيماً به صورت مولفه مقاومتي جريان نشتي برقگير نشان داده مي‌شود.
تاثيرات جريان نشتي خارجي ( از روي بدنه برقگير ناشي از وجود آلودگي روي آن)حذف شده و خطاي قابل ملاحظه اي بر روي مقدار متوسط جريان نشتي اندازه گيري شده ايجاد نخواهد شد.
سيستم هاي حفاظت صاعقه به دو گروه تقسيم بندي مي‌شوند :
۱ـ جمع آوري ضربه هاي صاعقه.
۲ـ پيش بيني ضربه هاي صاعقه.
ميله هاي برقگير فرانكلين به عنوان جمع كننده محسوب مي‌شوند بدين صورت كه ضربه هاي صاعقه را در مجاورت خود جذب مي‌نمايند. سيستم انتقال بار CTS يك سيستم جلوگيري كننده است و مانع از پيشروي جرقه هاي صاعقه مي‌گردد.
بعبارتي ديگر ارزيابي مكانيزم عملكرد سيستم DAS نشان مي‌دهد كه اين سيستم بطور ساده همان نظريه رد شده فرانكلين براي ميله هاي برقگير است كه با خنثي نمودن بار الكتريكي ابرهاي صاعقه اي از تشكيل صاعقه جلوگيري مي‌نمود. اگر چه اين ميله ها احتمال ضربه ها را كاهش مي‌دهنداما اين اثر غيرقابل پيش بيني است براي اينكه بتوان نتايج سيستم هاي DAS , CTS را در حفاظت صاعقه ارزيابي نموده و در مورد وسعت محدوده قابل حفاظت تصميم گيري نمود لازم است كه درباره اثرات فن آوري اين دو سيستم اندازه گيري هاي سازمان يافته و علمي‌انجام دهيم.

بعضي از مشتريهاي استفاده كننده از فن آوري CT راضي هستند به طوري كه در جنوب شرق آمريكا مشكلات متعددي در خصوص رعد و برق هست و كاربرهاي اين سيستم . استفاده از آن را مورد تاكيد قرار داده اند. شركت برق Auburndale داراي ژنراتورهاي بوده و در منطقه اي قرار گرفته كه ميزان صاعقه در آن بالاست ودستگاهها بايستي ۴تا۶ صاعقه سنگين را در روز تحمل نمايندكه در بعضي موارد به خاموشي هاي ۱۲ تا ۲۴ ساعته منجر شده است. پس از استفاده از سيستم DAS براي مهار كردن (محدودسازي ) جريانهاي صاعقه در سال ۲۰۰۰ فقط يكبار در طول طوفانها و صاعقه خاموشي داشته اند و مهندسين اتاق كنترل از اين موضوع متعجب شده اند كه صدمه اي به دستگاهها وارد نشده است. آنها مصمم هستند كه دستگاههاي بعدي را نيز به سيتم DAS

مجهز نمايند تا تعداد ضربه هاي صاعقه را از ۶ به يك كاهش دهند .چنين تجربه مشابهي نيز در Lexington كه منطقه پر صاعقه اي است نيز اتفاق افتاده است.
در آنجا نيز با استفاده از سيستم DAS هزينه هاي سنگين صدمه ديدن تجهيزات بواسطه صاعقه را كاهش داده اند و از كاربرد اين سيستم راضي هستند. در گزارش Ayers امده است كه قبل از استفاده از اين سيستم صدمات ناشي از صاعقه در طول يك دوره پنج ساله بين ۲۵/۱ تا ۵/۱ ميليون دلار بوده حال آنكه پس از استفاده از سيستم DAS اين رقم به ۵۰۰۰ دلار كاهش يافته

است.
اما كارايي فناوري انتقال بار صاعقه ،بحث انگيز بوده ونظر منتقدين بر اين است كه اين سيستم مانع از وقوع صاعقه نمي‌شود ضمن اينكه هزينه نصب آن نيز گران است اين اختلاف نظرها ادامه داشته تا اينكه در سالهاي اخير انجمن IEEE تصميم گرفت كه يك استاندارد براي سيستمهاي انتقال بار صاعقه ارائه نمايد.
به طور خلاصه اين سيستمها در مقابل ضربه هاي صاعقه نمي‌توانند به طور كامل عمل حفاظت را انجام دهند زيرا روش معيني براي اندازه گيري يا اثبات درستي كار اين دستگاه ها وجود ندارد. البته خبرهاي دريافت شده از مشتريهاي كاربرد اين تجهيزات هنوز جالب است. منتهي خود مهندسين برق سيستمهاي قدرت هستندكه بايد از دستگاههاي خود در مقابل صاعقه حفاظت و مراقبت

بنماينداگر چه اين كار با اطمينان كامل، دست نيافتني است، لذا آنها بايد تلاش كنند تا ضربه هاي صاعقه تا حد امكان كاهش يابد كه در اين راه سيستم DAS يا CTS مي‌تواند به آنها كمك كند.
بررسي برقگيرهاي اكسيد فلزي در حالت بهره برداري عادي
عملكرد صحيح برقگيرها براي داشتن قابليت اطمينان بالا در سيستم هاي انتقال فشار قوي و توزيع بسيار حائز اهميت است.
در مورد برقگيرهاي اكسيد فلزي ( Metal Oxide Surge Arrester) وضعيت آنها را با استفاده از دستگاه نشان دهنده جريان نشتي LCM[1] در حين كار مي‌توان وارسي نمود. اين وسيله اطلاعات مهمي‌را در مورد قابليت اطمينان عملكرد برقگير در اختيار استفاده كننده قرار مي‌دهد. از آنجا كه LCM در برابر شرايط جوي كاملاً محافظت شده است ، مي‌تواند براي اندازه گيري جريان نشتي براي مدت طولاني نيز مورد استفاده قرار گيردو با استفاده از آن يك فرصت مناسب براي بدست آوردن تاثيرات هرگونه شرايط گذرا بر ميزان مولفه مقاومتي جريان نشتي به دست آيد.
مقادير اندازه گيري شده يا از روي صفحه نمايش خوانده شده يا با كامپيوتر شخصي ( PC ) براي نسخه برداري يا نمايش گرافيكي فرستاده مي‌شود. در حالت مونتورينگ بلند مدت ،مقدار متوسط مولفه جريان مقاومتي در هر دقيقه ، ساعت ، روز ، ماه و سال در حافظه LCM ذخيره مي‌شود.
روش كار
برقگير اكسيد فلزي بطور پيوسته جريان نشتي كوچكي را عبور مي‌دهد .مولفه مقاومتي اين جريان نشتي زماني كه تنش هاي متفاوتي به برقگير اعمال مي‌شود افزايش مي‌يابد كه اين باعث فرسودگي ودر نهايت سبب معيوب شدن برقگير مي‌شود. اندازه گيري مولفه مقاومتي جريان نشتي پيوسته ،روش دقيقي براي چك كردن وضعيت برقگير در حال كار به دست مي‌دهد.
سيستمهاي حفاظتي جايگزين بجاي روش سنتي ميله هاي برقگير ، سيستم انتقال بار الكتريكي CTS[2] وسيستم استهلاك بار الكتريكي DAS[3] ميباشند. اصول كار سيستمهاي انتقال بار الكتريكي CTS بر طبق نظر جري كر و كولوبلدر كه از صاحبنظران موضوع صاعقه هستند بر اين استوار است كه يك نقطه تيز با ميدان الكترواستاتيكي قوي مي‌تواند الكترونهايي از مولوكولهاي هواي اطراف را كه يونيزه شده اند هدايت نمايد. پتانسيل اين نقطه بيش از ۱۰ كيلوولت نسبت به نقاط اطراف مي‌باشد.
سيستم DAS از هزاران نقطه تيز تشكيل گرديده كه بر روي سازه اي نصب مي‌شوند و در شر

ايط ابري و طوفاني نقاط يوني فراواني در فضا ايجاد نموده و بدين ترتيب احتمال تشكيل مسيرهاي جريان بار صاعقه را كاهش مي‌دهند. در واقع سيستم DAS بعنوان يك محدودساز ميدان الكتريكي عمل مي‌نمايد.
انتخاب مشخصات مناسب برقگيرها
انتخاب برقگيرها و تعيين مشخصات مناسب آنان با توجه با خصوصيات شبكه و سطح ايزولاسيون داخلي تجهيزات فشار قوي صورت مي پذيرد. برقگيرها به منظور محافظت ايزولاسيون داخلي در قبال ولتاژهاي موجي تخليه جوي و قطع و وصل به كار برده مي شوند. به همين علت ضروري

خواهد بود منحني ولت- ثانيه يا ولتاژ قابل تحمل ايزولاسيون داخلي تجهيزات فشار قوي در قبال ولتاژهاي موجي و بخش ثابت و مشخص منحني فوق تحت عنوان BIL، همچنين دامنه اضافه ولتاژهاي تخليه جوي و قطع و وصل ظاهر شده در شبكه بدون وجود برقگير و ساير خصوصيات شبكه از جمله دامنه اضافه ولتاژهاي موقت و نسبت هاي و و غيره در دسترس باشند. تعريف ايزولاسيون داخلي و خارجي در تجهيزات فشار قوي و روش رسم منحني ولت- ثانيه و سطح قابل تحمل BIL و سطح محافظت P.L به طور مشروح در فصل هفتم كتاب: «ايزولاسيون و طرح ايستگاه هاي فشار قوي» آورده شده است كه مي توانند مورد مطالعه قرار گيرند.
تعاريف لازم به منظور انتخاب مشخصات مناسب برقگيرها
طبق آنچه كه در فصل قبل بررسي نموديم برقراري شرايط تخليه در برقگيرها بر طبق منحني ولت-آمپر غيرخطي مقاومت ها صورت مي پذيرد. بخشي از منحني فوق به طور مداوم تحت ولتاژ فركانس ۵۰ واقع بوده، جريان ناچيز فركانس ۵۰، تحت عنوان جريان نشتي به طور دائم در مقاومت ها برقرار مي باشد. در بخش فوق ولتاژ واقع بر برقگير همواره كمتر از ولتاژ مبنا بوده، مي باشد. بخش ديگر منحني به منظور برقراري بارهاي تخليه جوي به زمين به كار مي رود. شرايط برقراري جريان در اين بخش ها تنها در قبال ولتاژهاي تخليه جوي و قطع و وصل براي فاصله زماني كوتاه چند ميكروثانيه تا چند ميلي ثانيه فراهم مي شود. در اين بخش از منحني مي باشد. هنگامي كه جريان نشتي فركانس ۵۰ همواره در فاصله A، و جريان موجي كوتاه مدت همواره در فاصله B شكل ۲-۱ برقرار شوند، كار برقگير ايده آل بوده، عمر و دوام آن حداكثر خواهد بود. به عبارت ديگر جريان نشتي و تغييرات قابل ملاحظه آن در قبال اضافه ولتاژهاي موقت (فركانس ۵۰) از محدوده A تجاوز ننمايد. بخش A يا ناحيه جريان هاي نشتي به عنوان ناحيه جريان هاي كم اصطلاحاً Low Current Region و بخش B به عنوان ناحيه جر يان هاي موجي اصطلاحاً ناحيه جريان هاي بالا يا High Current Region ناميده مي شود.

در عمل و در طي بهره برداري تفكيك دقيق جريان هاي برقرار شده در برقگير در شرايط گوناگون كار شبكه، به شرح فوق، امكان پذير نمي باشد. به منظور جلوگيري از برقراري جريان هاي نشتي فركانس ۵۰ در ناحيه B، منحني مشخصه ولت-آمپر مقاومت ها به طور مناسب انتخاب مي شود آنچنانكه نقطه كار برقگير در طي بهره برداري و در قبال ولتاژهاي فاز-زمين فركانس ۵۰ هيچگاه از

ناحيه A فراتر نرود. براي اين منظور كليه اضافه ولتاژهاي موقت كه در طي بهره برداري ظاهر مي شوند، برآورده شده، بالاترين مقدار آنان بر نقطه شكست منحني و يا نقطه Reference منطبق مي شود. كارخانجات سازنده در كليه رديف ولتاژهاي اسمي، برقگيرها با منحني هاي مشخصه متفات را طبق استاندارد توليد مي نمايند، كه تفاوت ناچيز بالغ بر kv5-3 را با يكديگر دارا مي باشند.نقا

ط شكست و نقاط Reference منحني ها نيز تفاوت مشابه را با يكديگر دارا ي باشند. با توجه به دامنه اضافه ولتاژهاي موقت شبكه، منحني ولت-آمپر مناسب مقاومت ها منطبق با آنان انتخاب مي شوند. آنچنانكه پيك ولتاژ سينوسي اضافه ولتاژدر مجاور نقطه Reference، به ميزان kv3-2 كمتر از آن واقع شود.
به منظور تأمين شرط فوق دو تعريف زير در استاندارد IEC صورت گرفته است:
۱- ولتاژ اسمي برقگير و انتخاب مناسب آن
۲- ولتاژ دائم واقع بر برقگير و انتخاب مناسب آن
عليرغم پيش بيني هاي فوق احتمال افزايش ولتاژ فركانس ۵۰ شبكه به صورت اتفاقي و پيش بيني نشده همواره موجود بوده، نقطه كار برقگير تا بيش از نقطه Reference جابجا مي شود كه با جريان قابل ملاحظه از نوع اكتيو همراه بوده، به علت افت حرارتي بالا، درجه حرارت مقاومت ها را تا مقدار خطرناك فزوني مي بخشد. نظير اضافه ولتاژهاي ناشي از پديده رزنانس و فرو رزنانس.
الف- تعريف ولتاژ اسمي و انتخاب برقگير با توجه به اضافه ولتاژهاي موقت: در استاندارد IEC حداكثر اضافه ولتاژ فركانس ۵۰ ناشي از عيوب فاز- زمين در فازهاي سالم، كه به تعداد دفعات پيش بيني شده در استاندارد به فواصل زماني معين ظاهر شده، در قبال آن درجه حرارت محفظه برقگير كمتر از مقدار بحراني خواهد بود، به عنوان ولتاژ اسمي يا rated برقگير تعريف شده، برقگيرها به منظور تحمل ولتاژهاي ناشي از عيوب فاز- زمين ، (تحمل اضافه ولتاژ گذرا در فاز سالم) طراحي و مورد آزمايش قرار مي گيرند.

اضافه ولتاژهاي موقت فاز- زمين به صورت متوالي و پي در پي، به دنبال عيوب فاز- زمين و كار دستگاه وصل مجدد ظاهر مي شوند. با بروز اولين عيب و جابجايي نقطه كار در منحني مشخصه غيرخطي، درجه حرارت تا حدودي افزايش مي يابد، با قطع كليد درجه حرارت مقاومت ها طبق منحني ۲ شكل ۲-۲ تقليل مي يابد، با بروز عيب دوم و افزايش مجدد ولتاژ فاز سالم، درجه حرارت مجدداً طبق منحني ۳ افزايش مي يابد، با قطع كليد طبق منحني ۴ تقليل مي يابد. در صورت كار دستگاه وصل مجدد و باقي بودن عيب، ولتاژ افزايش يافته درجه حرارت تا درجه حرارت افزايش

مي يابد. چنانكه ديده مي شود با جابجايي متوالي نقطه كار برقگير درجه حرارت مقاومت ها به تدريج افزايش يافته، درجه حرارت حداكثر را دارا شده است. منحني a براي درجه حرارت محيط و منحني b براي درجه حرارت محيط رسم شده اند.
منحني هاي خط پر درجه حرارت مقاومت ها و منحني هاي خط چين درجه حرارت محفظه را مشخص مي سازد.

چنانكه ملاحظه مي شود در منحني a با درجه حرارت محيط معادل درجه حرارت محفظه به تدريج افزايش يافته است در حالي كه در منحني هاي b درجه حرارت افزايش نيافته است.
برقراري جريان هاي تخليه جوي همزمان با افزايش درجه حرارت مقاومت ها و ظهور اضافه ولتاژهاي موقت كار برقگيرها را بيش از بيش دشوار مي سازد. معمولاً پس از بروز عيب ناشي از اضافه ولتاژهاي موجي، كه با كار برقگيرها همراه مي باشد، كليد قطع شده، شبكه با اضافه ولتاژهاي موقت براي مدت طولاني بالغ بر ۳۰-۱۵ دقيقه روبرو مي شود. برقگيرهاي موجود، در فازهاي سالم پس از برقراري جريان هاي تخليه موجي، تحت اضافه ولتاژها به شرح فوق واقع مي شوند. شرايط فوق نقطه كار برقگير را به ناحيه II، بالاتر از نقطه Reference جابجا مي سازد. شرايط فوق درجه حرارت مقاومت ها را بيش از بيش فزوني مي بخشد.
به منظور اطمينان از تحمل حرارتي برقگيرها در شرايط عادي بهره برداري به شرح فوق، آزمايشات مشابه تحت شرايط بهره برداري در استانداردها پيش بيني شده اند. در اين آزمايشات برقگير به ترتيب معين تحت جريان هاي ۲ موجي تخليه با دامنه بالا قرار گرفته، سپس درجه حرارت مقاومت ها از طريق گرم نمودن افزايش داده شده، مجدداً تحت اضافه ولتاژهاي موقت قرار داده مي شوند (ولتاژ اسمي به مدت ۱۰ ثانيه) در طول اين آزمايشات ميزان افزايش درجه حرارت مقاومت ها و پايداري حرارتي آنان برآورد مي شود. آزمايشات به شرح فوق به عنوان سيكل آزمايشات بهره برداري يا اصطلاحاً Operating Duty Cycle موسوم مي باشند. آزمايشات سيكل بهره برداري طبق استاندارد IEC در فصل چهارم تشريح شده اند.
در استاندارد IEC مقدار ولتاژ فركانس ۵۰، به عنوان بالاترين اضافه ولتاژ فركانس ۵۰ در طي انجام آزمايشات طبق سيكل فوق، آنچنانكه درجه حرارت مقاومت ها مقدار بحراني را دارا نشود به عنوان ولتاژ اسمي برقگير موسوم مي باشد.
ولتاژ اسمي برقگير در رديف مشخصات عمده محسوب گشته، لازم است به طور مناسب، انتخاب و به كارخانه سازنده اعلام شود. براي اين منظور حداكثر اضافه ولتاژ موقت فركانس ۵۰ با توجه به مشخصات شبكه برآورد شده با جدول استاندارد مقادير ولتاژ اسمي مقايسه شده، مقدار بالاتر و نزديك تر به آن به عنوان ولتاژ اسمي برقگير انتخاب مي شود. چنانچه بالاترين مقدار اضافه ولتاژهاي موقت، با توجه به عيوب فاز-زمين نتيجه شود، كه حالت معمول در شبكه هاي توزيع و انتقال انرژي مي باشد، دامنه اضافه ولتاژهاي موقت طبق رابطه زير محاسبه مي شود:
(۲-۱)

Kg- ضريب زمين، در رديف توزيع ۳/۱-۴/۱ و در رديف ۱۵/۱-۱/۱ مي باشد.
مقدار ولتاژ به شرح فوق به جدول استاندارد برده شده، مقدار بالاتر و نزديك به آن، به عنوان ولتاژ اسمي برقگير انتخاب مي شود. همچنانكه اشاره شد پيك ولتاژ اسمي طبق رابطه فوق معادل ولتاژ Reference يا ولتاژ نقطه شكست در منحني مقاومت هاي غيرخطي در نظر گرفته مي شود، در اين صورت:

در رديف انتقال و به ازاء ۱۵/۱-۱/۱ =kg خواهيم داشت:

در رديف توزيع و به ازاء ۴/۱-۳/۱= kg خواهيم داشت:

طبق رابطه فوق ولتاژ Reference برقگير در حدود برابر رديف ولتاژ توزيع مي باشد، به عنوان مثال براي رديف kv20 ولتاژ نقطه شكست منحني مشخصه برقگيرهاي توزيع، kv25-24 خواهد بود.
معمول ترين اضافه ولتاژهاي موقت را در شبكه اضافه ولتاژهاي موقت ناشي از عيوب فاز- زمين تشكيل مي دهند. شرايط ديگر ظهور اضافه ولتاژهاي موقت به شرح زير مي باشند:
– قطع كليد در انتهاي خطوط و افزايش ولتاژ در انتها و در ايستگاه تغذيه
– قطع كليد در انتهاي خطوط و بروز اتصالي فاز- زمين و افزايش ولتاژ در فازهاي سالم
– بروز رزنانس و فرو رزنانس به عنوان اضافه ولتاژهاي غيرخطي
هنگامي كه احتمال بروز پديده هاي فوق و افزايش ولتاژ به شرح فوق موجود باشد، لازم است بالاترين مقدار دامنه اضافه ولتاژ موقت به منظور برآورد ولتاژ اسمي به كار رود.
طبق پيش بيني و توصيه استاندارد IEC بالاترين مقدار اضافه ولتاژ موقت به منظور برآورد ولتاژ اسمي برقگير، به شرح زير مي باشد:
– هنگامي كه مدت اضافه ولتاژ عمده ظاهر شده در شبكه باشد، ولتاژ rated خواهد بود:
(۲-۲)
– هنگامي كه مدت اضافه ولتاژ ظاهر شده در شبكه باشد، ولتاژ rated خواهد بود:
(۲-۳)
– هنگامي كه مدت اضافه ولتاژ عمده ظاهر شده در شبكه باشد، مناسب خواهد بود تا ولتاژ rated با تبادل نظر با سازنده برقگير انتخاب شود.
– براي اضافه ولتاژها كه مدت برقراري آنان باشد، اضافه ولتاژ TOV به عنوان ولتاژ COV در نظر گرفته شده، ولتاژ COV=TOV خواهد بود.

ب- ولتاژ COV و انتخاب برقگير به منظور مقابله با اضافه ولتاژهاي موقت درازمدت: در استاندارد IEC حداكثر ولتاژ فركانس ۵۰ كه براي مدت بيش از ۱۰ ثانيه ظاهر مي شود، به عنوان حداكثر ولتاژ كار دائم شبكه تعريف شده با نشان داده مي شود. عبارت COV مخفف عبارت زير مي باشد:

عبارت فوق به عنوان «ولتاژ كم دائم» قابل ترجمه مي باشد، بر طبق آن ولتاژ COV حداكثر ولتاژ فاز – زمين شبكه مي باشد كه به طور دائم به برقگير اعمال مي شود. (بيش از ۱۰ ثانيه)، بدون اينكه درجه حرارت المانها افزايش يابد . (مؤلفه اهمي جريان نشتي افزايش يابد) كارخانجات سازنده ولتاژ قابل تحمل فركانس ۵۰ را كه مي تواند به طور دائم بيش از ۱۰ ثانيه به برقگير اعما

ل شود، بدون اينكه درجه حرارت المانها افزايش يابد را به عنوان ولتاژ COV تعيين نموده، در رديف مشخصات آن ذكر مي نمايند. در هنگام سفارش برقگير لازم است ولتاژ كار دائم برقگير برآورد شود، به عبارت ديگر اضافه ولتاژهاي دراز ولتاژ فركانس ۵۰ در هر رديف به منظور محاسبه ولتاژ COV طبق رابطه زير به كار مي رود:
(۲-۴)
در شرايط خاص و بر حسب نوع شبكه و موقعيت نصب برقگير ممكن است ولتاژ قرار گرفته بر روي برقگير، براي فاصله زماني بيش از ۱۰ ثانيه از حدود فوق تجاوز ننمايد، نظير برقگيرهاي واقع در انتهاي خطوط با طول بالا، در ساعات كم باري شبكه، نظير ساعات نيمه شب.
مي توان گفت بالاترين مقدار اضافه ولتاژ دراز مدت شبكه به منظور برآورد ولتاژ COV به كار مي رود. در هنگام انتخاب برقگير ولتاژ COV به شرح رابطه فوق محاسبه شده، ارائه مي شود. در كاتالوگ و دفترچه مشخصات كليه برقگيرها چند مقدار ولتاژ COV براي هر رديف ولتاژ اسمي ارائه شده است. به عنوان مثال براي رديف ولتاژ kv63، كه حداكثر ولتاژ كار دائم در رديف فوق kv5/72 مي باشد، برقگير براي چند مقدار ولتاژهاي ۶۳ الي kv5/72، نظير ۶۵، ۶۸، ۷۰ و ۵/۷۲ به عنوان ولتاژ COV ساخته شده، در هنگام انتخاب برقگير در رديف ولتاژ اسمي kv63 برقگير متناسب با ولتاژ COV شبكه، در رديف مقادير فوق انتخاب مي شود.
منحني هاي ولتاژ – آمپر غيرخطي برقگيرهاي فوق اختلاف محدود ۲-۱ كيلو ولت را با يكديگر دارا بوده، ولتاژ COV بر حسب ولتاژ Reference در منحني هاي ولت- آمپر به شرح زير مي باشد:
(۲-۵)
با جابجايي منحني و تغيير ولتاژ COV، نقطه شكست منحني يا نقطه Reference آن نيز جابجا شده، ولتاژ Reference مخصوص خود را دارا مي شود. بدين ترتيب در هر منحني ولتاژهاي rated و COV مقادير مشخص و معين را دارا مي باشند، از آنجا كه مقادير ولتاژ اسمي يا rated و ولتاژ COV به يكديگر بستگي نداشته، متفاوت و مستقل از يكديگر مي باشد، لذا در هنگام انتخاب برقگير و منحني مناسب آن لازم است هر دوولتاژ اسمي (rated) و ولتاژ COV محاسبه و در نظر گرفته شوند.
ولتاژ COV تحت عنوان: « COV» بر روي پلاك برقگير در رديف مشخصات اسمي ذكر مي شود. آزمايشات به منظور مناسب بودن مقدار ولتاژ COV در رديف آزمايشات type test و routin test محسوب مي شود. بر طبق استاندارد IEC به منظور انجام آزمايشات فوق، مقاومت ها تا درجه حرارت گرم شده، سپس تحت امپولسهاي جريان بالا قرار داده مي شوند، بلافاصله پس از آن براي مدت ۱۰ ثانيه تحت ولتاژ اسمي (rated) و براي مدت ۳۰ دقيقه تحت ولتاژ COV قرار داده مي

شوند. تعداد و مقدار امپولسها به جريان تخليه و كلاس انرژي برقگير بستگي داشته، در فصل چهارم به طور مشروح آزمايشات فوق آورده شده اند سيكل آزمايش به شرح فوق كه در آن ولتاژ COV اعمال مي شود، همان سيكل آزمايش Operating Duty در آزمايش ولتاژ اسمي يا rated مي باشد كه در انتهاي سيكل آزمايشات ولتاژ COV به مدت ۳۰ دقيقه اعمال مي شود

. در شكل ۲-۹ امتداد ولتاژهاي COV و rated در منحني مشخص ولت- آمپر مقاومت ها نشان داده شده است.
با انجام پيش بيني هاي فوق و موقعيت مناسب دو امتداد COV و rated نسبت به منحني ولت- آمپر برقگير، جريان نشتي در قبال حداكثر ولتاژ كار دائم شبكه، همواره كمتر از جريان Reference خواهد بود. با توجه به روابط ۲-۱ و ۲-۴ ولتاژ rated به اندازه ضريب بيش از ولتاژ COV مي باشد. ضريب kg با توجه به وضعيت نقطه نول شبكه و ولتاژ با توجه به شرايط بهره برداري و محل نصب برقگير تعيين مي شود، لذا نسبت مشخص بين ولتاژهاي فوق موجود نبوده، در هنگام انتخاب برقگير برآورد هر دوولتاژ ضروري است.
همچنانكه خواهيم ديد در هنگام مقايسه كيفي المانها و برقگير ساخت كارخانجات مختلف، تنها توجه به مقدار ولتاژ COV و بالا بودن آن، توانايي بيشتر المانها را در قبال جريان هاي نشتي و اضافه ولتاژهاي موقت درازمدت مشخص نساخته بلكه لازم است ولتاژ Reference، شكل منحني ولت-آمپر، توانايي مبادله حرارتي بدنه برقگير و درجه حرارت بحراني در نظر گرفته شود.

انتخاب مناسب برقگير به منظور مقابله با اضافه ولتاژهاي موقت در استاندارد آمريكا (استاندارد ANSI/IEEE)
در استاندارد آمريكا، ولتاژ و جريان Reference تعريف نشده، متقابلاً تحمل برقگيرها در قبال اضافه ولتاژهاي موقت با دو ولتاژ به شرح زير تعيين و تعريف مي شود.
الف- ولتاژ مناسب برقگير به منظور تحمل اضافه ولتاژهاي موقت يا ولتاژ Duty-Cycle: در استاندارد آمريكا، تحمل حرارتي برقگير در قبال اضافه ولتاژهاي موقت فركانس ۵۰ با ولتاژ Duty-Cycle نشان داده شده است، كه به عنوان ولتاژ سرويس سيكليك قابل ترجمه مي باشد، اين ولتاژ به عوض

ولتاژ rated در استاندارد IEC به كار برده مي شود. در استاندارد آمريكا، ANSI، به منظور پيش بيني تحمل حرارتي برقگيرها در قبال اضافه ولتاژهاي موقت كوتاه مدت (ناشي از اتصالي فاز-زمين) در هر رديف ولتاژ اسمي، چندين مقدار ولتاژ تحت عنوان ولتاژ Duty-Cycle تعريف شده است. در ولتاژ فوق افزايش ولتاژ به فواصل زماني كوتاه، ناشي از عيوب متوالي و يا كار متوالي دستگاه وصل مجدد به ازاء عيوب دائم در نظر گرفته شده است. كارخانجات سازنده نسبت به طرح برقگيرها با ولتاژ D

uty-Cycle استاندارد اقدام مي نمايند. سپس با انجام آزمايشات استاندارد از نوع Type-test، كه در طي آن نوع طراحي شده برقگير تحت اضافه ولتاژهاي موقت، طبق سيكل مشخص به فواصل زماني كوتاه، كه متوالياً به برقگير اعمال مي شوند، قرار گرفته، از تحمل حرارتي برقگير، در سيكل فوق و همزمان با اعمال ولتاژ فوق، اطمينان حاصل مي شود. چون در اين استاندارد ولتاژ و جريان Reference تعريف نشده اند، لذا جزئيات طرح المانها و خصوصيات ساختماني برقگير مورد نظر نبوده، تنها انطباق اضافه ولتاژ موقت ظاهر شده با مقدار استاندارد Duty-Cycle برقگير تعيين كنن

ده خواهد بود.
آزمايشات ايزولاسيون خارجي برقگير
ستون مقره برقگير به عنوان بدنه، ايزولاسيون خارجي برقگيررا در فاصله فاز- زمين تأمين مي نمايد. ايزولاسيون خارجي به صورت فواصل هوايي ايزولاسيون با زنجير يا ستون مقره در كليه تجهيزات فشار قوي موجود مي باشد. مشخصات ايزولاسيون خارجي، بخش عمده از مشخصات، تجهيزات فشار قوي محسوب گشته، در استانداردهاي مختلف آزمايشات متعدد با دستورالعمل هاي خاص به منظور اطمينان از مشخصات ايزولاسيون خارجي توجيه گرديده اند. در برقگيرها ايزولاسيون خارجي بيش از ساير تجهيزات فشار قوي از اهميت برخوردار بوده، بروز اختلال و تشكيل آلودگي در ايزولاسيون خارجي حتي در صورت عدم بروز قوس عمر و دوام المانها را تحت تأثير قرار مي دهد. به همين علت در اين فصل به ايزولاسيون خارجي برقگيرها و محفظه ايزوله آن پرداخته مي شود.

آزمايشات آلودگي برقگيرها تحت عنوان Salt Fog Test (آزمايش با بخار نمك)
اين آزمايش بر طبق استاندارد ۵۷۰-IEC در مقره هاي چيني توخالي، به صورت استوانه كه به عنوان محفظه تجهيزات فشار قوي به كار برده مي شوند، نظير محفظه قطع كليدها، برقگيرها، ستون هاي نگاهدارنده كليدها و غيره انجام مي شود. در اين آزمايش تعداد ۴ بدنه برقگير در اطاق مه به مدمعادل gr/lit 80 تهيه مي شود. به منظور انجام آزمايش كليه قطعات و اجزاء نصب شده در داخل بدنه برقگير از آن خارج مي شوند. ولتاژ به طور مرتب و تناوبي افزايش داده شده، سپس كاهش داده مي شود. مجدداً افزايش داده شده و كاهش داده مي شود. آنچنانكه شرايط بروز قوس در هر ۴ محفظه مورد آزمايش فراهم گشته، قوي روس دهد. پس از بروز قوس در هر ۴ محفظه، محفظه ها توسط آب تحت فشار شسته شده، تميز مي شوند. مدت آزمايش به حدود ۶۰ دقي

قه طول مي انجامد. كه فاصله زماني معمول انجام آزمايش مي باشد.
به منظور بررسي تأثير برقراري جريان هاي نشتي در كار مقاومت هاي غيرخطي و افزايش درجه حرارت آنان، آزمايش فوق همراه با ستون مقاومت غيرخطي تكرار مي شود. در اين حالت به منظور اندازه گيري درجه حرارت مقاومت ها در طول آزمايش، نوارهاي مخصوص نشان دهنده درجه حرارت در مجاور ستون هاي مقاومت نصب مي شوند. پس از انجام آزمايش مجدد در اطاق بخار و اعمال ولتاژ MCOV به مدت ۶۰ دقيقه ستون هاي مقاومت از داخل محفظه ها خارج شده، حداكثر درجه حرارت آنان با استفاده از نوارهاي تعيين كننده درجه حرارت با تغيير رنگ تعيين مي شوند. در طول آزمايش سطح تحتاني ستون مقاومت هاي غيرخطي از حلقه فلزي نشيمنگاه ستون مقره عايق مي شود، آنچنانكه جريان هاي نشتي ستون مقاومت از جريان هاي سطحي برقرار شده در سطح خارجي مقره جدا شده، به طور جداگانه اندازه گيري شوند. تفكيك جر يان هاي نشتي مقاومت ها از جريان هاي برقرار شده در سطح خارجي مقره تنها در طول آزمايش پيش بيني شده، در طي بهره برداري و در مقره هاي ساخته شده، سطح تحتاني ستون مقاومت ها مستقيماً يا از طريق فنر به درپوش و حلقه فلزي تحتاني ستون مقاومت متصل مي باشد.

پيك هر دو جريان هاي نشتي در سطح خارجي و در ستون مقاومت ها يادداشت مي شوند، نمونه قرار گرفتن برقگير مورد آزمايش در اطاق بخار و جهت وارد گشتن بخار بر ستون مقره در شكل ۵-۳ نشان داده شده است. بر طبق شكل ۵-۳ دريچه هاي خروج مه در دو لوله قائم روبروي هم هر يك به فاصله ۱۰ فوت از ستون مقره و سطح تحتاني ستون مقره در حدود m6/2 بالاتر از سطح زمين واقع مي باشد.
پـائين ترين دريچـه خروج مه در ارتفاع ۶/۰ متر از سطح تحتاني ستون مقره برقگير طبق شكل ۵-۳ واقع مي باشد.
روش انجام آزمايشات با لايه سطحي يا Slurry Test در استاندارد IEEE آمريكا
اين آزمايشات توسط كميته «محافظت در قبال ولتاژهاي موجي» مربوط به انجمن مهندسين برق و الكترونيك آمريكا (IEEE) ابداع و پيشنهاد گرديده است. به منظور آزمايش، سطح خارجي برقگير با لايه آلوده، به صورت خمير يا Slurry پوشانده شده، سپس در شرايط عادي محيط به مدت ۱۵ دقيقه، تحت ولتاژ MCOV فركانس ۵۰ قرار داده مي شود.
در پايان مدت فوق و قطع ولتاژ، سطح برقگير مجدداً با لايه خميري توسط Spray پوشانده شده، به مدت ۱۵ دقيقه تحت ولتاژ قرار داده مي شود. آزمايش به شرح فوق به تعداد ۲۰ بار تكرار مي

شود. تعداد كل دقايق اعمال ولتاژ به حدود يا ۵ ساعت به طور مي انجامد به همين علت به عنوان ۵-Hour Slurry Test موسوم مي باشد.
در آخرين نوبت ولتاژ MCOV به مدت ۱۵ دقيقه اعمال گشته، سپس ولتاژ اسمي به مدت نيم ساعت اعمال مي گردد، آنچنانكه آثار و عوارض ناپايداري حرارتي برقگير آشكار شود، پايداري حرارتي به يكي از سه طرق زير مشخص مي شود:

۱- اندازه گيري افت حرارتي برقگير تحت ولتاژ فركانس ۵۰ فاز-زمين و مقايسه آن با مقدار مناسب و قابل قبول
۲- اندازه گيري مؤلفه اهمي جريان برقرار شده در مقاومت هاي توزيع ولتاژ تحت عنوان Grading Current و مقايسه آن با مقدار قابل قبول
۳- اندازه گيري درجه حرارت داخل محفظه توسط ترموكوپل هاي پيش بيني شده در داخل محفظه
آزمايش رطوبت غيركامل ستون مقره برقگير يا Partial Wetting Test
در اين روش بخشي از ارتفاع ستون مقره با لايه پوشيده شده، سپس تحت آزمايش قرار داده مي شود. به همين علت به آزمايش Partial Wetting Test يا رطوبت بخشي از سطح ستون مقره موسوم مي باشد. اين حالت معمولاً در برقگيرهاي نصب شده بر روي ترانسفورماتورها مشاهده مي شود. در اين برقگيرها تنها بخش تحتاني ستون مقره برقگيرها واقع در مجاور بدنه ترانسفورماتور، نزديك به زمين، تحت لايه آلوده قرار گرفته، در هنگام آزمايش نيز اين بخش از لايه پوشانده مي شود. آزمايش فوق به منظور بررسي شرايط كار برقگير در قبال اين نوع آلودگي صورت مي پذيرد. حالت ديگر تشكيل لايه كه در طي بهره برداري مشاهده مي شود، تراكم لايه آلوده در برقگيرهاي نصب شده بر روي پايه مي باشد كه تحت آلودگي محيط واقع مي باشند. بخش پوشيده از لايه سطحي همزمان با اعمال رطوبت و در طي بهره برداري همزمان با افزايش رطوبت محيط تا حدود ۸۰%، رطوبت جذب نموده، لايه سطحي برخوردار اط هدايت الكتريكي را به وجود مي آورد.
در هر دو حالت وجود لايه رطوبتي با هدايت بالا، برقراري جريان هاي سطحي را به سمت فوقاني يا ناحيه خشك و تراكم آنان را در اين ناحيه از طريق ستون مقاومت هاي غيرخطي سبب مي گردد. به عبارت ديگر جريان هاي سطحي از سطح خارجي ستون مقره به بخش داخلي برقرار مي شوند.
شرايط فوق موجب افزايش درجه حرارت المانهاي مقاومت غيرخطي واقع در قسمت فوقاني ستون مقامت مي گردد. چنانچه ميزان آلودگي محيط قابل ملاحظه باشد، پديده با بروز قوس در سطح خارجي برقگير همراه خواهد بود. در اين آزمايش و آزمايش قبل ستون مقره مورد آزمايش در ارتفاع دو feet بالاتر از سطح زمين نصب مي شود. مقاومت اهمي خمير به عنوان لايه آلوده طبق استاندارد: «۶۱ ANSI-C» حدود ۴۴۰-۴۲۵ اهم پيش بيني شده است.
نصب برقگيرها درخطوط انتقال انرژي
مقدمه
در سال هاي اخير نصب برقگيرها در خطوط انتقال انرژي موردتوجه قرار گرفته است. انگيزه نصب برقگيرها در خطوط از خصوصيات فيزيكي مناسب برقگيرهاي نوع MOA ناشي مي شود. با وجود اين نصب برقگيرها در خطوط همواره از مشكلات متعدد برخوردار است، در حالي كه مزاياي قابل توجه را عرضه نمي سازد. با توجه به مشكلات بالا، نصب برقگيرها در خطوط در حال حاضر جنبه آزمايشي وتجربي دارد و در برخي خطوط با درصد قابل ملاحظه قطعي ها ناشي از تخليه جوي به كار برده شده است.
در اين فصل تنها به ضرورت نصب برقگيرها در خطوط و مزاياي ناشي از آن و مشكلات مربوطه اشاره مي شود. در صورت عموميت نصب آنها در خطوط و ارائه استانداردهاي مربوطه، مورد مطالعه كامل قرار خواهد گرفت.
منظور از نصب برقگيرها در شبكه هاي فشار قوي

منظور از نصب برقگيرها در شبكه و ايستگاه هاي فشار قوي (توزيع و انتقال انرژي) در طي فصل هاي قبل تا حدودي آشكار ومشخص شد. با وجود اين اشاره مختصر به هدف استفاده از برقگيرها، از نظر تأثير نصب آن در خطوط ضروري است.
برقگيرهاي فشار قوي در حال حاضر به منظور محافظت ايزولاسيون داخلي تجهيزات فشار قوي در قبال ولتاژهاي موجي به كار برده مي شوند. ايزولاسيون تجهيزات فشار قوي به طور كلي به دو نوع تقسيم مي شوند. ايزولاسيون نوع خارجي واقع در فضاي باز متشكل از فواصل هوايي و ايزولاسيون داخلي واقع در فضاي بسته و آب بندي شده، كه توسط تركيبي از مواد ايزوله جامد، مايع و گاز تأمين مي شود. بروز هرگونه اختلال و قوس در ايزولاسيون داخلي با انهدام و آسيب كامل به دستگاه فشار قوي و خسارت هاي فراوان همراه بوده، به همين علت انتخاب سطح ايزولاسيون داخلي در قبال انواع مختلف اضافه ولتاژها، به طور مناسب صورت مي پذيرد. آن چنان كه احتمال بروز قوس پايين ترين حد ممكن يعني صفر را دارا شود. نظير ايزولاسيون داخلي در ترانسفورماتورها، كليدها، كابل ها، سركابل ها، ترانسفورماتورهاي جريان وولتاژ، بوشينگها و غيره. ايزولاسيون خارجي شامل فواصل هوايي ايزولاسيون واقع در فضاي باز، طبق كليه استانداردها با احتمال ۱۰% بروز قوس طرح و پيش بيني مي شود.
به همين ترتيب كليه فواصل هوايي ايزولاسيون با ولتاژ قابل تحمل خود به عنوان ولتاژ ۹۰% مشخص مي شوند (۱۰% احتمال بروز قوس در قبال ولتاژ قابل تحمل ۹۰% يا ). بروز قوس در ايزولاسيون خارجي يا فواصل هوايي آسيب و صدمه جدي را به تجهيزات فشار قوي وارد ساخته، به طوري كه دستگاه فشار قوي بلافاصله پس از بروز قوس و قطع كليد و برداشته شدن ولتاژ، قابل بهره برداري مجدد خواهد بود. احتمال بروز قوس در ايزولاسيون خارجي به ميزان ۱۰% در مقايسه با احتمال بروز قوس در ايزولاسيون داخلي به ميزان ۰%=P، امكان مي دهد تا در قبال ظهور اضافه ولتاژها، شرايط بروز قوس در ايزولاسيون خارجي قبل از ايزولاسيون داخلي فراهم شود و از بروز قوس در ايزولاسيون داخلي محفظه بسته تجهيزات فشار قوي و صدمه و انهدام دستگاه فشار قوي جلوگيري شود. بدين ترتيب بروز قوس در ايزولاسيون خارجي و فواصل هوايي در قبال اضافه ولتاژهاي موجي قبل از قوس در ايزولاسيون داخلي به عنوان محافظت ايزولاسيون داخلي تجهيزات فشار قوي محسوب مي شود. با وجود اين پيش بيني فوق مطمئن نبوده، قوس در ايزولاسيون خارجي، نظير قوس در شاخك هاي برقگير ترانسفورماتورها، اتصالي فاز-زمين را به وجود آورده، با قطع كليد و بي برق شدن ترانسفورماتور و قطع انرژي مصرف كننده ها همراه خواهد بود. روش مطمئن كاهش دامنه اضافه ولتاژهاي موجي تا حداقل ممكن كمتر از سطح ايزولاسيون داخلي تجهيزات فشار قوي با استفاده از بر قگيرهاي فشار قوي است. شرايط كار ومقررات نصب آنها در شبكه هاي توزيع و انتقال انرژي د

ر طي فصل هاي پيش مورد مطالعه قرار گرفت.
نصب برقگيرها علاوه بر حفظ دستگاه فشار قوي در قبال اضافه ولتاژهاي موجي، موجب كاهش سطح ايزولاسيون داخلي (كاهش سطح BIL) و ابعاد و اندازه دستگاه فشار قوي و هزينه آن مي شود. چنانكه ديده شد هنگامي كه تجهيزات فشار قوي متعدد در مجاور يكديگر واقع باشند، از يك دستگاه برقگير به منظور محافظت آنان استفاده مي شود. براي تجهيزات با اهميت بيشتر و هزينه بالاتر از برقگيرهاي متعدد استفاده مي شود، نظير برقگيرهاي نصب شده در مجاور ترانسفوماتورها در ايستگاه هاي فشار قوي و يا در طول خطوط هوايي توزيع در مجاور سركابل ها و

 

ترانسفوماتورهاي توزيع واقع بر روي پايه ها. ايزولاسيون خطوط انتقال انرژي از نوع خارجي بوده و از فواصل هوايي با زنجير و يا ستون مقره تشكيل شده است. اختلال وبروز قوس در فواصل هوايي خطوط انتقال انرژي به طور مداوم تحت تأثير عوامل طبيعي از جمله جابجايي رساناهاي فاز (ناشي از نيروي باد)، تخليه جوي بر بدنه برج ها و سيم زمين، آلودگي بشقاب هاي مقره، اضافه ولتاژهاي قطع و وصل و عوامل اتفاقي ديگر مشاهده مي شود. همچنان كه اشاره شد اختلال به شرح بالا با آسيب به تجهيزات فشار قوي (مقره ها، رساناها و بدنه برج) همراه نيست و امكان وصل مجدد كليدها بلافاصله پس از خفه گشتن قوس وجود دارد. برق دار كردن خط بلافاصله پس از قطع كليد و ناشي از بروز قوس در ايزولاسيون خارجي، به طور دستي و يا اتوماتيك صورت مي پذيرد. برق دار كردن اتوماتيك خط با استفاده از رله وصل مجدد در فاصله زماني كوتاه پس از قطع انجام مي شود. فاصله زماني بالا به منظور خفه شدن قوس و ديونيزاسيون محل قوس و ارائه ولتاژ دي الكتريك كافي در نظر گرفته مي شود، كه به حدود ۷/۰-۳/۰ ثانيه بالغ مي شود. به اين ترتيب در خطوط انتقال انرژي در پي بروز قوس در فواصل هوايي ايزولاسيون به عنوان عيوب توأم با قوس يا Arc Fault، كليد خط قطع شده، به فاصله زماني ۷/۰-۳/۰ ثانيه به طور اتوماتيك توسط رله وصل مجدد اتوماتيك مجدداً وصل مي شود و خط مجدداً مورد بهره بردار ي قرار مي گيرد. در فاصله زماني فوق محل قوس ديونيزه مي شود و ولتاژ دي الكتريك كافي را عرضه مي كند. در ولتاژهاي بالا ( ) اختلال ايزولاسيون در ۹۰% موارد در يك فاز به صورت اتصالي تك فاز به زمين رخ داده از طريق قطع و وصل مجدد فازي كه در آن عيب روي داده، با آن مقابله مي شود. اين پيش بيني به وصل مجدد تك فاز در خطوط انتقال انرژي بوده، تأخير زماني وصل مجدد تك فاز پيش از تأخير زماني وصل مجدد سه فاز و به حدود ۲ برابر آن بالغ مي شود.
اختلال و بروز عيب در ايزولاسيون خارجي در خطوط انتقال انرژي به طور روزمره روي مي دهد ك

ه با استفاده از دستگاه وصل مجدد اتوماتيك سه فاز و تك فاز با قطعي هاي ناشي از آن مقابله مي شود، آن چنان كه قطع ووصل خط از نظر مصرف كننده محسوس نبوده، بدون هرگونه قطعي به نظر مي رسد. خطوط انتقال انرژي به طول km600-30 دور از دسترس، در معرض كليه عوامل طبيعي و حوادث غيرقابل پيش بيني واقع بوده، تعداد قطعي ها در صورت عدم نصب دستگاه وصل مجدد اتوماتيك قابل ملاحظه بوده، امكان بهره برداري خط غيرممكن خواهد بود. مقابله با قطعي ها و عيوب Arc Fault در خطوط انتقال انرژي، آنچنان كه بهره برداري خط بدون قطعي امكان پذير شود، مستلزم پيش بيني رله وصل مجدد اتوماتيك و كار موفق آن با درصد بيش از ۹۵% است. منظور از كار موفق دستگاه وصل مجدد، وصل موفقيت آميز كليد خط در ۹۸-۹۵% موارد است.
عامل عمده در كاهش درصد موفق وصل مجدد اتوماتيك سه فازخط، اضافه ولتاژ ظاهر شده در هنگام وصل كليد است، كه به اضافه ولتاژ وصل يا Closing Overvoltage موسوم است، اين اضافه ولتاژ در فازهاي سالم كه در آنها عيب رخ نداده، ظاهر شده، موجبات بروز قوس مجدد را بلافاصله پس از وصل مجدد كليد فراهم مي سازد و قطع مجدد كليد را سبب مي شود. قطع كليد بلافاصله پس از وصل مجدد آن توسط دستگاه وصل مجدد اتوماتيك به منزله قطع دائم خط و كار ناموفق دستگاه وصل مجدد خواهد بود. به منظور افزايش درصد كار موفق دستگاه وصل مجدد اتوماتيك تا بيش از ۹۵% كه حائز اهميت فراوان از نظر حفظ پايداري شبكه و تأمين انرژي مصرف كننده محسوب مي شود، سه پيش بيني زير در خطوط موجود صورت مي پذيرند.
۱- پيش بيني وصل مجدد تك فاز به عوض وصل مجدد سه فاز خط: با پيش بيني وصل مجدد تك فاز از قطع و وصل مجدد فازهاي سالم جلوگيري شده، اضافه ولتاژ در فازهاي سالم ظاهر نشده، موجبات قطع مجدد كليد را پس از وصل مجدد فراهم نمي سازد. انجام پيش بيني فوق با هزينه اضافي مربوط به نصب سه مكانيزم جدا در كليد و رله هاي حفاظتي مناسب همراه است.
۲- پيش بيني مقاومت وصل در كليد موسوم به Closing Resistor: به منظور كاهش دامنه اضافه ولتاژهاي وصل در فازهاي سالم در هنگام وصل مجدد كليد مجهز به مقاومت وصل يا Closing Resistor پيش بيني مي شود. انجام پيش بيني فوق با هزينه اضافي تا حدود ۷/۱-۶/۱ هزينه كليد همراه است.
۳- پيش بيني كليد از نوع سنكرن (Synchronous Closing): روش ديگر به منظور كاهش دامنه اضافه ولتاژ وصل پيش بيني كليد از نوع سنكرن مي باشد، در كليد سنكرن لحظه وصل كليد توسط رله سنكرن كنترل شده، در لحظه مناسب فرمان وصل توسط رله وصل مجدد صادر مي شود. پيش بيني كليد از نوع سنكرن با هزينه بيشتر بالغ بر ۶/۱-۵/۱ برابر هزينه كليد نوع معمولي همراه است.
چنانكه ديده مي شود مقابله با قطعي ها در خطوط انتقال انرژي مستلزم صرف هزينه و پيش بيني هاي اضافي نظير رله هاي وصل مجدد و كليدهاي مخصوص خواهد بود. به علاوه قطع و وصل مداوم كليدها توسط دستگاه هاي وصل مجدد اتوماتيك بالغ بر ۲۰-۱۰ باردرماه، با استهلاك سريع آنها همراه بوده و بر هزينه هاي خط مي افزايد.

درصد عمده اختلال در ايزولاسيون خطوط انتقال انرژي از تخليه جوي بر خطوط نتيجه مي شود. دامنه اضافه ولتاژها حاصل از تخليه جوي بر قسمت هاي مختلف خطوط انتقال انرژي و نحوه اختلال و بروز قوس در فواصل هوايي ايزولاسيون در طي فصول قبل مورد مطالعه قرار گرفت. همچنان كه شرح داده شد دامنه اضافه ولتاژها در هنگام تخليه مستقيم رساناهاي فاز قابل ملاحظه است. جريان هاي تخليه جوي با دامنه بيش از kA5، شرايط بروز قوس در فواصل هوايي ايزولاسيون و كار دستگاه هاي وصل مجدد را فراهم مي سازند. تخليه بر برجها نيز به صورت قوس هاي برگشتي موجبات قطع خطوط را فراهم مي سازند. آنچنان كه نصب سيم هاي زمين به طور كامل از مانع از بروز قوس نشده، نصب دستگاه وصل مجدد اتوماتيك در هر حال ضروري اند. در جدول ۱-۱ قطع خط ناشي از اضافه ولتاژهاي تخليه جوي و اضافه ولتاژهاي قطع ووصل و طرق مقابله با آنها در خطوط معمول نشان داده شده است. چنانچه دامنه اضافه ولتاژهاي حاصل از تخليه جوي مستقيم بر رساناهاي فاز تا سطح حداقل ممكن توسط برقگيرهاي فشار قوي كاهش يابند، در اين صورت براي اضافه ولتاژهاي حاصل از تخليه مستقيم بر رساناهاي فاز به زمين تخليه شده، نياز به سيم زمين نخواهد بود. چون اضافه ولتاژهاي حاصل از كار رله وصل مجدد و وصل اتوماتيك كليد به زمين تخليه مي شوند و به پيش بيني هاي اضافي در كليد نظير مقاومت وصل و رله سنكرن نياز نخواهد بود، همچنين درصد موفق كار رله وصل مجدد به ميزان قابل ملاحظه تا حدود ۱۰۰% افزايش خواهد يافت . به علاوه نصب برقگيرها در خطوط نوع مدرن و نوع Compact كه پيش بيني حداقل فاصله ايزولاسيون در آنها ضروري است، شرايط بهره برداري خطوط فوق را بهبود مي بخشد و احداث آنها بيش از پيش مفيد واقع خواهد شد.

به منظور كاهش دامنه اضافه ولتاژهاي تخليه جوي ناشي از تخليه مستقيم بر رساناهاي فاز برقگيرها به صورت معلق از رساناهاي فاز در مجاور برج هاي نصب شده، به رساناهاي فاز متصل مي شوند (شكل ۸-۲). با توجه به مشخصات برقگيرها و سطح محافظت ارائه شده، نصب آنها در كليه برجها ضروري نيست و تنها در فواصل km10-5 از يكديگر كافي خواهند بود.
به طور خلاصه برقگيرها به منظور محافظت ايزولاسيون داخلي در قبال اضافه ولتاژهاي موجي تخليه جوي ساخته و به كار برده مي شوند، با نصب در خطوط انتقال انرژي، به صورت معلق از برج و يا رساناهاي فاز، مانع از بروز قوس در فواصل هوايي ايزولاسيون تحت تأثير اضافه ولتاژ تخليه جوي و يا قطع و وصل مي شوند و موجب مي گردند تا درصد عيوب توأم با قوس (Arc Fault) و تعداد دفعات كار دستگاه وصل مجدد به ميزان قابل ملاحظه كاهش يابد، بدين ترتيب به كليد با مقاومت وصل و يا كليد نوع سنكرن نياز نباشد. به عبارت ديگر نصب برقگيرها در خطوط با نتايج زير همراه است:
۱- كاهش قابل ملاحظه درصد كار كليد خطوط (قطع و وصل كليد خطوط)، ناشي از كاهش درصد بروز عيوب توأم با قوس
۲- عدم نياز به مقاومت وصل (Closing Resistor) و يا عدم نياز به نصب كليد سنكرن
لازم به يادآوري است عيوب توأم با قوس ناشي از بروز BFO در پي تخليه بر برجها، و يا نزديك شدن رساناها به يكديگر تحت تأثير نيروي باد، آلودگي محيط و عوامل اتفاقي نظير پرندگان و غيره همواره وجود داشته است. رله وصل مجدد اتوماتيك به منظور مقابله با عيوب فوق پيش بيني شده، درصد موفق كار آن حائز اهميت است. با نصب بر قگيرها ضمن كاهش تعداد دفعات كار دستگاه وصل مجدد، درصد كار موفق آن به ميزان قابل ملاحظه افزايش مي يابد آنچنان كه بالغ بر ۹۹% تعداد دفعات كار دستگاه وصل مجدد موفقيت آميز خواهد بود.

خصوصيات نصب برقگيرها در خطوط

برقگيرها به منظور نصب در خطوط لازم است خصوصيات زير را دارا باشند:
۱- نصب برقگيرها بر روي برج مستلزم نصب رساناي ارتباط از رساناهاي فاز به برقگيرها به طول چند متر خواهد بود. لذا نصب برقگيرها در مجاور زنجيرهاي مقره بر روي رسانااي فاز، طبق شكل ۸-۲ و يا به موازات زنجيرهاي مقره، طبق شكل ۸-۳ مناسب خواهد بود. براي اين منظور لازم است وزن برقگيرها حداقل بوده، بار اضافي مكانيكي را بر رساناهاي فاز و يا بدنه برج وارد نسازند.
۲- انفجار برقگير موجبات صدمه به خط از جمله شگستگي مقره ها، قطع رساناهاي فاز با سيم هاي زمين را فراهم نسازد. براي اين منظور لازم است بروز عيب و صدمه در برقگير با هيچ گونه انفجار برقگير همراه نباشد.