تحقیق مقاله مزایا و کاربرد برق گیرها در خطوط انتقال فشار قوی

اشاره:

در این مقاله استفاده از برق گیر آویزی به عنوان عامل حفاظتی در مقابل اصابت صاعقه انتقال و بالا بردن ضریب اطمینان شبکه تشریح شده است. در این راستا ساختمان داخلی و نحوه به کارگیری برقگیر آویزی در خطوط انتقال فشار قوی و تفاوتهای آن بر برقگیرهای متداول بیان شده است. در انتها، مدلی از شبکه با استفاده از نرم افزار ATP شبیه سازی و مورد مطالعه قرار گرفته و نتایج آن ارائه شده است.

ABSTRACT:

In order to increase the reliability of transmission lines against lightning strikes, application of arresters is the useful way. Lightning surges cause flashover on insulator string, especially in towers with high ground resistance. So a short circuit between line and tower will be app eared. If there is a arrester beside the insulator string, surge current will pass through the arrester to arrester to ground and there is not any flashover. Also in this paper the basic concepts and construction of transmission line arrester. Will be described. At the end of poper. Performance and application of arresters in line will be proved by results of simulating a line with EMTP.

1- مقدمه

استفاده از برقگیر در خطوط انتقال به منظور افزایش قابلیت اطمینان شبکه و کاهش خطاهای ناشی از اصابت صاعقه و همچنین حذف مطمئن اضافه ولتاژ ناشی از صاعقه، صورت می گیرد. اضافه ولتاژهای ایجاد شده در شبکه تاثیر مخربی بر تجهیزات و تاسیسات الکتریکی بر جای می گذارند، اما حدود آسیب با توجه به مقاومت عایقی وسیله الکتریکی متفاوت می باشد. اضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه که به صورت استاندارد 50/2/1 میکروثانیه بیان می شوند به دلیل پشتیبانی موج تیز و دامنه بالایی ک دارای اثرات تخریبی شدیدی در شبکه بر جای می گذارند.

از جمله این آثار، می توان به سوختن تجهیزات فشار قوی و ایجاد خطای اتصال کوتاه در پستهای فشار قوی و یا شکست الکتریکی سطحی در طول زنجیر مقره و ایجاد خطای اتصال کوتاه در آن اشاره کرد. تمامی این موارد منجر به ایجاد خطا و قطع شبکه می گردد. برای پیشگیری از این نوع خطاها در پستهای فشار قوی روشهای متعددی وجود دارد که عملی‌ترین و اقتصادی‌ترین آنها استفاده از سیم محافظ و برقگیر است. از طرف دیگر در خطوط انتقال فشار قوی نیز روشهای متعددی برای جلوگیری از شکست الکتریکی زنجیر مقره در اثر اصابت ساعقه وجود دارد که به طور خلاصه می‌توان از سیم محافظ و کاهش مقاومت پای برج و افزایش سطح عایقی نام برد.

افزایش سطح عایقی در برجها، اگر چه از بروز شکست الکتریکی سطحی در زنجیر مقره جلوگیری می کند لیکن منجر به بزرگ شدن بازوها و ارتفاع برج و افزایش هزینه می گردد. از طرف دیگر، در مناطق سنگی و صخره ای که مقاومت زمین بالا است، مقاوت پای برج، بزرگ خواهد بود. در این صورت‌حتی اگر خط انتقال، توسط سیم زمین محافظت گردد، به دلیل بالا بودن مقاومت پای برج، در زمان اصابت صاعقه به برج، پتانسیل برج آنچنان بالا می رود که اختلاف آن با ولتاژ خط، از سطح عایقی مقره فراتر می رود و بنابراین شکست الکتریکی سطحی در زنجیر مقره روی داده و در صورت تداوم قوس الکتریکی، خط انتقال توسط کلیدهای قدرت قطع می‌گردد. بدین لحاظ در صورتی که بتوان با بکارگیری الکترودهای زمین در عمق زیاد و یا روشهای دیگر، مقاومت پای برج را کاهش داد، پدیده اخیر و یا قوس برگشتی روی نخواهد داد. ولی در مواردی مانند سخت بودن یا سنگی بودن زمین در کوههای مرتفع، این امکان وجود ندارد و تاثیر روشهای ذکر شده در عمل کم می باشد.

بنابراین استفاده از برقگیر برای کاهش خطاهای ناشی از شکست الکتریکی سطحی زنجیر مقره در اینگونه موارد بیشتر مورد توجه قرار می گیرد. بکارگیری برقگیر در خطوط انتقال در چنین شرایطی درصد خطاهای ناشی از اصابت صاعقه به خط انتقال را به طور چشمگیری کاهش می دهد این امر به مفهوم افزایش قابلیت اطمینان که حذف مطمئن اضافه ولتاژهای حاصل از صاعقه و شدن خسارتهای مالی ناشی از قطع شبکه و تخریب تجهیزات می باشد.

2- ویژگیهای برقگیرهای خطوط انتقال

اساس کار و ساختمان برقگیرهای خطوط انتقال از برقگیرهای پستهای فشار قوی الهام گرفته شده است. اما تفاوتهایی نیز وجود دارد. به طور خلاصه، برقگیرهای متداولی که در پستهای فشار قوی به کار می رود. شامل برقگیرهای میله ای، انفجاری، فاصله هوایی‌کنترل کننده، کربورسیلیسیمی‌و اکسید فلزی می‌گردند. برقگیرهای یادشده، می توانند ترکیبی از یک یا چند جزء اساسی ساختمان برقگیر شامل محفظه، قسمت فعال شونده، (مانند مقاومت غیرخطی) و فاصله هوایی باشند. مشخصات هر یک از این برقگیرها در جدول خلاصه شده است.

با توجه به خواص ذکر شده برای برقگیرهای متداول، برقگیرهای خطوط انتقال، باید شرایط زیر را داشته باشند:

الف) قبل از فعال شدن کلید های فشار قوی، جریان پیرو را قطع کنند.

ب) حتی در شرایطی که برقگیر نتواند صحیح عمل کند، مانع بازبست مدار نشوند.

پ) در صورت عبور جریان صاعقه بیش از مقدار نامی، منفجر نشوند.

ت) از لحاظ فیزیکی کوچک و سبک باشند بطوری که بتوان آنها را در خطوط انتقال موجود، بدون  تغییر دادن 

ث) از لحاظ مکانیکی، شرایط مناسب را دارا باشند.

ج) هنگامی که خطایی در عملکرد برقگیر واقع شود، از آنجا که برقگیر بین خط و برج قرار می گیرد، بهتر است از لحاظ الکتریکی رابطه ای بین خط و برج برقرار نگردد. به این دلیل، در برقگیر بدون فاصله هوایی، در این خصوص باید تدبیری اندیشیده شود.

با توجه به موارد مطرح شده فوق، ذیلاً قسمتهای اساسی یک برقگیر خط، شرح داده می شوند

2-1- ساختمان و اصول کاربرقگیر خط

قسمتهای اساسی یک برقگیر خط شامل محفظه، قسمت فعال شونده یا مقاومت غیرخطی، فاصله هوایی سری و فشار شکن می بانشد که در برقگیرهای بدون فاصله هوایی مورد سوم وجود ندارد.

2-1-1- محفظه یا قسمت نگهدارنده

محفظه های پلیمری بطور کلی به دو دسته پلیمری و چینی تقسیم بندی می شوند و به شکل استوانه بوده و از دو لایه درونی و بیرونی تشکیل یم شوند. لایه درونی از جنس FRP و لایه بیرونی از جنس لاستیک اتیلن پروپیلن می باشد. علت بهره گیری از پلیمرها به دلیل سبکی آنهاست و از طرف دیگر در یک طول ثابت نسبت به پرسلین می توان فاصله خزشی‌را 5/1 برابر بزرگتر نمود. عمر این گونه محفظه ها بین 20 تا 30 سال برآورد شده است‌به طوری که در این زمان تغییری‌در خواص آنها ایجاد نمی‌شود.

نوع دیگر این محفظه ها از جنس پرسلین است که شبیه محفظه برقگیرهای متداول است. در سالهای اخیر نمونه جدید برقگیرهای بدون فاصله هوایی جهت استفاده در خطوط انتقال، ابداع شده است که در این برقگیرها قرص اکسید روی را در محفظه های استوانه ای شکلی که در باله مقره بشقابی تدارک دیده اند، قرار می دهند. این نوع برقگیرها به برقگیر آویزی موسوم هستند. از به هم پیوستن چند برقگیرآویزی، زنجیر مقره ای حاصل می شود که هر دو عمل مقره و برقگیر را انجام می دهد. از مزایای عمده این نوع برقگیر، حذف سریع و مطمئن اضافه ولتاژ ناشی از صاعقه می‌باشد