ایران پروژه

 پروژه دانشجویی مقاله بررسی انواع اضافه ولتاژها در سیستمهای قدرت و علل پیدایش آنها فایل ورد (word) دارای 112 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد پروژه دانشجویی مقاله بررسی انواع اضافه ولتاژها در سیستمهای قدرت و علل پیدایش آنها فایل ورد (word)   کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی پروژه دانشجویی مقاله بررسی انواع اضافه ولتاژها در سیستمهای قدرت و علل پیدایش آنها فایل ورد (word) ،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن پروژه دانشجویی مقاله بررسی انواع اضافه ولتاژها در سیستمهای قدرت و علل پیدایش آنها فایل ورد (word) :

– کلیات
در سیستمهای قدرت و شبکه‌های انتقال و توزیع انرژی الکتریکی، تک‌تک تجهیزات نقش اساسی دارند و بروز هرگونه عیبی در آنها، ایجاد اختلال در شبکه، اتصال کوتاه و قطع برق را به همراه دارد. خاموشی و جایگزینی تجهیزات معیوب هزینه‌های هنگفتی را به شبکه تحمیل می‌نماید. لذا بررسی و تحلیل بروز عیب در تجهیزات از اهمیت خاصی برخوردار می‌باشد و در صورت شناخت این عیوب و سعی در جلوگیری از بروز آنها از هدر رفتن سرمایه اقتصادی کشور جلوگیری به عمل می‌آید.
برقگیرها از جمله تجهیزاتی هستند که جهت محدود کردن اضافه ولتاژهای گذرا ( صاعقه و کلید‌زنی) در شبکه‌های انتقال و توزیع به کار می‌روند. برقگیرها ضمن اینکه حفاظت تجهیزات در مقابل اضافه ولتاژهای گذرا را بر عهده دارند، باید در مقابل اضافه ولتاژهای موقتی از خود واکنشی نشان ندهند و همچنین با توجه به شرایط محیطی منطقه مورد بهره‌برداری ، نظیر رطوبت و آلودگی، عملکرد صحیح و قابل قبولی را ارائه دهند.

1-2- هدف:
بر طبق گزارشهای رسیده از تخریب برقگیرهای پست 230/400 کیلوولت فیروزبهرام و به منظور بررسی علل این حوادث این پروژه را به انجام رسید.
در این پروژه ابتدا به بررسی انواع اضافه ولتاژهای محتمل در شبکه‌های قدرت پرداخته می‌شود، سپس برقگیرها به عنوان یکی از تجهیزات مهم برای محدود کردن این اضافه ولتاژها معرفی شده و چگونگی طراحی و تعیین پارامترها و مشخصات برقگیر جهت حفاظت مناسب از شبکه مورد بحث قرار می‌گیرد. در فصل چهارم عوامل کلی که سبب اختلال در عملگرد برقگیر می‌شوند مورد بررسی قرار می‌گیرند. در فصل پنجم با استفاده از نرم‌افزار EMTP که قادر است حالات گذرا را بطور دقیق در شبکه آنالیز نماید شبکه مورد نظر شبیه‌سازی شده و شکل موج اضافه ولتاژهای تولید شده در شبکه در زمان وقوع حادثه محاسبه و ترسیم شده است.
با بررسی نتایج بدست آمده و مقایسه شکل موج اضافه ولتاژهای تولید شده با شکل موج اضافه ولتاژهای فروزرونانسی، وقوع پدیده فرورزونانسی در پست فیروزبهرام کاملاً مشهود است و اضافه ولتاژهای ناشی از این پدیده سبب تخریب برقگیرهای این پست گردیده است.
در پایان نیز پیشنهاداتی جهت جلوگیری از بروز مجدد چنین حوادثی در پست مذکور ارائه شده است.

خلاصه:
در سیستمهای قدرت و شبکه‌های انتقال و توزیع انرژی الکتریکی، تک‌تک تجهیزات نقش اساسی دارند و بروز هرگونه عیبی در آنها، ایجاد اختلال در شبکه، اتصال کوتاه و قطع برق را به همراه دارد. خاموشی و جایگزینی تجهیزات معیوب هزینه‌های هنگفتی را به شبکه تحمیل می‌نماید. لذا بررسی و تحلیل بروز عیب در تجهیزات از اهمیت خاصی برخوردار می‌باشد و در صورت شناخت این عیوب و سعی در جلوگیری از بروز آنها از هدر رفتن سرمایه اقتصادی کشور جلوگیری به عمل می‌آید.
برقگیرها از جمله تجهیزاتی هستند که جهت محدود کردن اضافه ولتاژهای گذرا ( صاعقه و کلید‌زنی) در شبکه‌های انتقال و توزیع به کار می‌روند. برقگیرها ضمن اینکه حفاظت تجهیزات در مقابل اضافه ولتاژهای گذرا را بر عهده دارند، باید در مقابل اضافه ولتاژهای موقتی از خود واکنشی نشان ندهند و همچنین با توجه به شرایط محیطی منطقه مورد بهره‌برداری ، نظیر رطوبت و آلودگی، عملکرد صحیح و قابل قبولی را ارائه دهند.
بر طبق گزارشهای رسیده از تخریب برقگیرهای پست 230/400 کیلوولت فیروزبهرام و به منظور بررسی علل این حوادث این پروژه را به انجام رسید.
در این پروژه ابتدا به بررسی انواع اضافه ولتاژهای محتمل در شبکه‌های قدرت پرداخته می‌شود، سپس برقگیرها به عنوان یکی از تجهیزات مهم برای محدود کردن این اضافه ولتاژها معرفی شده و چگونگی طراحی و تعیین پارامترها و مشخصات برقگیر جهت حفاظت مناسب از شبکه مورد بحث قرار می‌گیرد. در فصل چهارم عوامل کلی که سبب اختلال در عملگرد برقگیر می‌شوند مورد بررسی قرار می‌گیرند. در فصل پنجم با استفاده از نرم‌افزار EMTP که قادر است حالات گذرا را بطور دقیق در شبکه آنالیز نماید شبکه مورد نظر شبیه‌سازی شده و شکل موج اضافه ولتاژهای تولید شده در شبکه در زمان وقوع حادثه محاسبه و ترسیم شده است.
با بررسی نتایج بدست آمده و مقایسه شکل موج اضافه ولتاژهای تولید شده با شکل موج اضافه ولتاژهای فروزرونانسی، وقوع پدیده فرورزونانسی در پست فیروزبهرام کاملاً مشهود است و اضافه ولتاژهای ناشی از این پدیده سبب تخریب برقگیرهای این پست گردیده است. در پایان نیز پیشنهاداتی جهت جلوگیری از بروز مجدد چنین حوادثی در پست مذکور ارائه شده است.

2-1- مقدمه
سطح ایزولاسیون به عنوان یکی از پارامترهای مهم در طراحی شبکه مطرح می‌باشد و ارتباط مستقیمی با اضافه ولتاژهای موجود در شبکه دارد.
افزایش ولتاژ از مقدار نامی خود، به اضافه ولتاژ در شبکه موسوم می‌باشد. از آنجائیکه ظهور اضافه ولتاژ در شبکه اجتناب‌ناپذیر است، لذا احتمال بروز قوس در ایزولاسیون و ماده ایزوله در شبکه همراه وجود دارد.
کاهش درصد بروز قوس‌ها و اتصالی‌ها مستلزم شناخت کامل اضافه ولتاژها، انواع مختلف آنها، شرایط ایجاد و پدید آمدن آنها و همچنین نحوه تاثیر آنها در ایزولاسیون شبکه می‌باشد و در صورت برخورداری از چنین شناختی، انتخاب مشخصات مناسب شبکه و تجهیزات موجود در آن امکان‌ پذیر می‌گردد.

2-2- انواع مختلف اضافه ولتاژها در شبکه:
کلیه اضافه ولتاژهای ظاهر شده در شبکه بر حسب شکل و یا منبع بروز خود، تقسیم‌بندی می‌شوند. که می‌توان آنها را به شرح زیر تقسیم‌بندی نمود:
2-2-1- اضافه ولتاژهای صاعقه1
2-2-2- اضافه ولتاژهای کلیدزنی2
2-2-3- اضافه ولتاژهای موقتی1
که با توجه به عامل بوجود آورنده نیز به دو دسته داخلی2 و خارجی3 تقسیم می‌شوند.
بر اساس این تقسیم‌بندی اضافه ولتاژ ناشی از صاعقه به اضافه ولتاژ خارجی و دو نوع دیگر به اضافه ولتاژهای داخلی موسوم می‌باشد.

2-2-1- اضافه ولتاژ‌های صاعقه
در پی تخلیه جوی الکتریکی بر قسمتهای مختلف شبکه، بارهای الکتریکی انباشته در ابرها و فصل از طریق کانال یونیزه تشکیل شده در فضا بصورت قوس مرئی رعد و برق در قسمتهای مختلف شبکه تخلیه گشته ، اصطلاحاً به تخلیه جوی الکتریکی موسوم می‌باشد. تخلیه بارهای الکتریکی جوی، موجبات افزایش ولتاژ را به طور لحظه‌ای در محل تخلیه فراهم ساخته، ولتاژ موجی با سرعت نور در طول هادی‌های فاز منتشر می‌شود و اضافه ولتاژهای تخلیه جوی را در شبکه پدید می‌آورد.

شکل (2-1) : انواع مختلف اضافه ولتاژها در شبکه
اضافه ولتاژهای موجی رعد و برق حداکثر سرعت افزایش را در میان انواع مختلف اضافه ولتاژهای موجی دارا می‌باشند. سرعت افزایش آنها در حدود 5000-500 کیلوولت بر میکروثانیه متغیر می‌باشد.

2-2-1-1- مشخصه اضافه ولتاژهای صاعقه
اضافه ولتاژهای صاعقه می‌توانند با یک موج صاعقه استاندارد 50/2 –1 مطابق شکل زیر مدل شوند. به عبارت دیگر این دسته امواج غیر پریودیکی دارای زمان پیشانی حدود یک و نیم میکروثانیه و زمان پشت موج در حدود چند ده میکرو ثانیه هستند. با توجه به شیب پیشانی این دسته اضافه‌ ولتاژها، تنش بیشتری روی عایق بندی طولی پیچکهای اندوکتیو اعمال می‌کنند و به دلیل زمان کوتاهتر، عموماً تنش قابل برای عایق‌بندی در مقایسه با امواج کلید‌زنی با دامنه یکسان قدری بیشتر خواهد بود. میزان تنش تحمل شده بستگی به نوع عایق خواهد داشت.

شکل (2-2) : موج استاندارد صاعقه
2-2-2- اضافه ولتاژهای کلید زنی (قطع و وصل)
اضافه ولتاژهای قطع و وصل به صورت موج در شبکه ظاهر گردیده و از نظر شکل و تغییرات لحظه‌ای خود،‌کاملاً مشابه اضافه ولتاژهای موجی تخلیه جوی می‌باشند. تفاوت عمده در زمان پیشانی و زمان استهلاک یا کاهش دامنه موج بوده، سرعت افزایش دامنه ولتاژهای موجی قطع و وصل به حدود چند کیلوولت بر میکروثانیه بالغ می‌گردد. چون این اضافه ولتاژها از عوامل و تجهیزات داخلی شبکه ناشی می‌گردند لذا به اضافه ولتاژهای داخلی موسوم می‌باشند. اضافه ولتاژهای موجی قطع و وصل در پی قطع و وصل کلیدها و رژیم گذرای ظاهر شده در آنان نتیجه شده در آنان نتیجه گردیده، لذا اضافه ولتاژهای گذرا نیز نامیده می‌شوند.
بدین ترتیب منبع بروز این اضافه ولتاژها، رژیم گذرای ظاهر شده در شبکه بوده و خصوصیات اضافه ولتاژها بستگی کامل به کمیات، مشخصات الکتریکی شبکه و رژیم‌های گذرای آنان خواهد داشت. دامنه موجهای اضافه ولتاژ قطع و وصل به مشخصات شبکه، مشخصات کلید، نوع دستگاههای مورد قطع و وصل بستگی دارد. مهمترین عامل در افزایش دامنه موجها، ولتاژ اسمی شبکه می‌باشد. در ولتاژهای پایین این موجها محدود بوده و از حدود ایزولاسیون پیش‌بینی شده شبکه تجاوز نمی‌نمایند.
دامنه اضافه ولتاژهای گذرای قطع و وصل و احتمال بروز آنها در ولتاژهای اسمی پایین بسیار محدود بوده، بطوریکه هیچگونه پیش بینی را جهت کاهش آنها ایجاب نمی‌نماید.
2-2-2-1- موج استاندارد قطع و وصل یا کلید زنی
به منظور تامین توانایی سیستم ایزولاسیون شبکه و سایر تجهیزات فشار قوی در قبال موجهای اضافه ولتاژ گذرای قطع و وصل، موج استاندارد با شکل مشخص به عنوان موج ولتاژ استاندارد قطع و وصل تعیین گردیده است که منحنی آن در شکل زیر آورده شده است.

شکل (2-3) : موج استاندارد قطع و وصل یا کلید‌زنی

موج توسط زمان پیشانی خود Td و زمان دم موج (پشت موج) T1 مشخص می‌گردد. حدود این پارامترها در استانداردهای مختلف تعیین گردیده‌اند. در استاندارد آمریکا و IEC مقدار معمول آن به ترتیب در حدود 250 و 2500 میکروثانیه مشخص گردیده است.

2-2-2-2- علل بروز اضافه ولتاژهای کلید زنی:
اضافه ولتاژهای کلید زنی عوامل متعددی دارند و اهمیت نسبی آنها در رده‌های مختلف ولتاژی یکسان نیست.
2-2-2-2-1- اضافه ولتاژهای ناشی از کلید زنی جریان‌های سلفی و خازنی:
این مسئله ممکن است در هر دو زمینه توزیع و تاسیسات صنعتی و نیروگاهها نیازمند توجه باشند. در حالت اخیر چنانچه کلید قدرت آن چنان دیونیزه شود که جریان را پیش از موقع صفر کند ممکن است اضافه ولتاژهای بزرگی به وجود آیند در همین زمینه باید موارد زیر را در نظر گرفت:
الف) قطع جریان‌های سلفی، مثلا هنگامی که جریان مغناطیس کننده یک ترانسفورماتور یا راکتور قطع می‌شود.
ب) کلید زنی و عملکرد یک کوره قوس الکتریکی و ترانسفورماتور آن ممکن است باعث برش جریان شود.
ج) کلید زنی کابلهای بی بار و بانکهای خازنی.
د) قطع جریان با فیوزهای ولتاژ بالا.

2-2-2-2-2- اضافه ولتاژهای کلید زنی ناشی از تغییرات ناگهانی بار
در اثر تغییرات ناگهانی بار ممکن است اضافه ولتاژهای کلید زنی که توسط اضافه ولتاژهای موقتی دنبال می‌شوند بوجود آیند.

2-2-3- اضافه ولتاژهای موقت1
2-2-3-1- مقدمه:
اضافه ولتاژهای موقت، نوعی اضافه ولتاژ نوسانی فاز به زمین، یا فاز به فاز می‌باشند، که نسبتا طولانی مدت و یا نامیرا هستند و یا بطور ضعیفی میرا می‌شوند. از آنجا که اضافه ولتاژهای موقت از نظر کار برقگیر حائز اهمیت فراوان هستند (برقگیرها باید بتوانند اضافه ولتاژهای موقت را تحمل کنند)، لازم است درصد اضافه ولتاژهای موقت شبکه محاسبه گردد. اضافه ولتاژهای موقت از علل زیر نشات می‌گیرند:
2-2-3-1-1- خطاها.
2-2-3-1-2- تغییرات ناگهانی بار.
2-2-3-1-3-اثر فرانتی.
2-2-3-1-4-رزونانس خطی.
2-2-3-1-5-فرورزونانس.
2-2-3-1-6-قطع هادی (یارگی خط).
2-2-3-1-7-رزونانس ناشی از مدارهای کوپل شده.
در این مجال سعی می‌شود به بیان تئوری برخی از این علل پرداخته شود.

2-2-3-1-1- خطاهای زمین:
اضافه ولتاژهای موقت ممکن است یا میرا شده باشند و یا میرا نشده یک خطای زمین وضعیتی است که اضافه ولتاژ نامیرا را بوجود می‌آورد. که تا زمانی که ولتاژ توسط برخی از طرق کلید زنی برداشته نشود، بر روی عایق فشار وارد می‌آورد . نوع غالب خطا، خطای تکفاز به زمین می‌باشد (حدودا 95) خطاهای دو فاز به زمین و سه فاز به زمین و خطاهای غیر زمین، اغلب خیلی کمتر اتفاق می‌افتند. شکل زیر حداکثر اضافه ولتاژهای موقتی در فازهای سالم در طی یک اتصال کوتاه تکفاز را بر اساس امپدانسهای توالی صفر و مثبت سیستم نشان می‌دهد.
شکل (2-3) اضافه ولتاژهای موقت در اثر اتصال کوتاه تکفاز
حداکثر اضافه ولتاژهای موقتی بر حسب p.u. به عنوان ضریب خطای زمین نامیده می‌شود. این ضریب تعیین کننده شرایط سیستم مورد نظر می‌باشد. سیستمهای قدرت kv145 و بالاتر معمولا دارای نقطه صفر مستقیم زمین شده می‌باشند. و این باعث کوچکی ضریب خطای زمین در این سیستمها و در نتیجه کاهش اضافه ولتاژهای موقتی می‌شود (معمولا کمتر از p.u.1.4 و غالبا بین 12 تا 13) و به همین دلیل به سطوح عایقی پایین تری احتیاج دارند.
سیستمهای با ولتاژ کمتر از kv145 نیز در اروپا غالب از طریق سلف پترزن زمین می‌شوند. در این گونه سیستمها اضافه ولتاژهای موقتی برابر ولتاژ فاز به فاز می‌باشد و بعبارت دیگر دامنه اضافه ولتاژهای موقتی p.u.1.73 می‌شود.

2-2-3-2- تغییرات ناگهانی بار:
بدترین حالت تغییر بار، از دست دادن بار یا قطع بار می‌باشد. این موضوع زمانی اتفاق می‌افتد که کلید قطع مدار روی یک خط در پاسخ به برخی از شرایط سیستم یا عیوب کاذب عکس‌العمل نشان داده و عمل کند که این عمل منجر به کاهش جریان جاری و افزایش ولتاژ می‌شود.
دامنه اضافه ولتاژ موقت بستگی به محل قطع بار و قدرت اتصال کوتاه سیستم دارد. اضافه ولتاژهای موقت ناشی از قطع کامل بار در ترانسفورماتورهای ژنراتور، بعلت بوجود آوردن شرایط افزایش سرعت، اهمیت زیادی دارند. دامنه اضافه ولتاژهای ناشی از قطع بار، معمولا در طول مدتشان ثابت نیست. در زیر ماکزیمم مقادیر چنین اضافه ولتاژهایی آورده شده است:
قطع بار در ترانسفورماتورهای سیستم:
دامنه‌ها:
پستهای با قدرت اتصال کوتاه زیاد: 05/1
پست‌های با قدرت اتصال کوتاه کم:‌02/1
طول مدت وابسته به ترانسفورماتور (عمل تب چنجر) : (s-minutes)10.
قطع بار در ترانسفورماتورهای ژنراتور:
دامنه‌ها:
توربوژنراتورها: 4/1
هیدروژنراتورها: 5/1
طول مدت:‌s3.
در شکل‌های زیر مقدار اضافه ولتاژ موقت ظاهر شده در خط kv400 مجهز به راکتور شنت و خازن سری، بر حسب قدرت اتصال کوتاه شبکه تغذیه نشان داده شده است در شکل (b) طول خط 300 کیلومتر و در شکل (c)، 600 کیلومتر بوده است. ولتاژ در ابتدا وانتهای خط، به ترتیب با خط پر و خط چین نشان داده شده است. منحنی‌های 1و 1’ اضافه ولتاژهای موقت را بدون انجام جبران سازی خط، منحنی 2 به ازای 50% جبران سری و منحنی‌های 3 و ‘3 با 50% تعادل سری و 70% تعادل شنت نمایش می‌دهند.

شکل (2-4) : اضافه ولتاژ موقت ظاهر شده در خط 400 کیلوولت بر حسب قدرت اتصال کوتاه شبکه

2-2-3-1-2- اثر فرانتی:
ولتاژ دائمی در انتهای باز یک خط انتقال جبران نشده، همیشه بالاتر از ولتاژ در ابتدای خط است، این پدیده به اثر فرانتی مشهور می‌باشد. افزایش ولتاژ از شرایط خازنی خط و بار راکتیو آن در بی‌باری ناشی می‌گردد.
برای یک خط جبران نشده ولتاژ در انتهای باز خط برابر است با:
(2-1)
که در آن:
V2 = ولتاژ انتهای خط مدار باز
V1 = ولتاژ ابتدای خط انتقال
= ثابت فاز ( در فرکانس و در فرکانس )
L = طول خط انتقال
شکل زیر دامنه‌های تقریبی اضافه ولتاژهای ناشی از اثر فرانتی را نشان می‌دهد. عمل جبران سازی برای اثر فرانتی ممکن است با اندوکتانس شنت متعادل یا خازن سری متعادل بدست آید.
1- بدون جبران‌سازی
2- با جبران سازی
3- جبران سازی توسط 50% خازن سری و 70% راکتور شنت

شکل (2-5) : اضافه ولتاژ ناشی از اثر فرانتی
در یک خط باز، اضافه ولتاژهای ناشی از اثر فرانتی بصورت طبیعی سینوسی می‌باشند.
2-2-3-1-3- تشدید در شبکه
یکی از انواع اضافه ولتاژهای موقت که ممکن است بر روی یک سیستم انتقال بوقوع بپیوندد، از تشدید ناشی می‌شود. در شکل ساده شده سیستم، مدار مشتعل است بر یک منبع، یک کلید و یک مدار تشدید، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. به وضوح ملاحظه می‌گردد که اگر مدار LC سری دارای تلفات کمی بوده و المانهای آن با فرکانس قدرت تنظیم شده باشند پس از بستن کلید ولتاژ به طور نامعینی از طریق سلف یا خازن افزایش خواهد یافت. در عمل اثرات تلفات و اشباع هسته ترانسفورماتورها و راکتورها این نوع اضافه ولتاژها را محدود می‌کنند . با صرفنظر از تلفات :
(2-2)
که در آن:
L = اندوکتانس معادل منبع
C = کاپاسیتانس معادل بار

شکل (2-6) مدار رزونانس سری

اگر چه سیستمهای انتقال عمدتاً برای تشدید طراحی نشده‌اند، شرایط نزدیک به تشدید اتفاق می‌افتد. یک مثال از چنین شرایطی، حالتی است که قدرت انتقال داده شده از یک منبع فشار قوی، از طریق کابل و یک ترانسفورماتور به شبکه فشار ضعیف انجام گیرد، در این حالت راکتانس القایی ترانسفورماتور ممکن است تقریباً با راکتانس خازنی موازی کابل برابر شود.

2-2-3-1-4- تشدید در خطوط موازی ]3[
از دیگر حالات رزونانس که گاهی اوقات بوجود می‌آید، اثر تشدید در مدارهای موازی است. این حالت زمانی بوجود می آید که چند مدار انتقال سه فاز بر روی یک مسیر همراه با ، یا تعادل راکتور شنت، یا ترانسفورماتورهای به طور موثر زمین شده، توأمان گشته، در حالی که یکی از مدارها دارای انرژی است، دیگری باز باشد. یک مدار معادل ساده در شکل زیر نشان داده شده است.

شکل (2-4) : تشدید در خطوط موازی
در حالتهای سالم، سه حالت از تشدید که ممکن است منجر به اضافه ولتاژ شوند، وجود دارد. برای مدل توالی صفر، دامنه برابر است با:‌
(3-2)
که Cn و Cm توابعی از ظرفیت خازنی متقابل بین مدارها می‌باشند. اضافه ولتاژهای ناشی از این اثر سینوسی شکل هستند، مگر اینکه ولتاژ آنقدر زیاد شود که منجر به اشباع یا شرایط فرورزونانس شود. چنین اضافه ولتاژهایی غالباً به صورت احتمالی زمانی رخ می‌دهند که یک خط جهت تعمیرات خارج از سرویس است و می‌توان این پدیده را بطور ساده با زمین کردن خط بدون انرژی کنترل نمود.

3-1- مقدمه
در سیستمهای قدرت فقط ولتاژهای کار عادی مطرح نیست، بلکه اضافه ولتاژهای غیر قابل اجتنابی نیز بوجود می‌آیند که عایقهای سیستم را تحت تاثیر قرار می‌دهند. بنابراین باید با تدابیر خاصی اضافه ولتاژهای ایجاد شده در سیستم را در محدوده‌ای که از نظر فنی و اقتصادی توجیه پذیر باشد، محدود نمود.
جهت محدود کردن اضافه ولتاژهای ایجاد شده در سیستم از خازن‌های سری و راکتورهای شنت و برقگیر استفاده می‌شود. از خازن‌های سری و راکتورهای شنت جهت محدود کردن اضافه ولتاژهای موقتی استفاده می شود. از برقگیرها جهت حفاظت تجهیزات الکتریکی در مقابل اضافه ولتاژهای گذرا ( صاعقه و کلیدزنی) استفاده می‌شود.
برقگیرها در سه نوع میله‌ای، سیلیکون کاباید و اکسید روی وجود دارند. که امروزه در سیستمهای انتقال بیشتر از برقگیرها اکسید روی استفاده می‌شود.
در این فصل نحوه تعیین پارامترها و مشخصات برقگیرهای اکسید روی جهت حفاظت مناسب از شبکه در مقابل اضافه ولتاژها به تفصیل شرح داده شده است.

3-2- برقگیرهای اکسید روی ]5[
برقگیرهای غیرخطی اکسید روی عبارت از ستون مقاومتهای غیرخطی می‌باشند که در فاصله هوایی فاز – زمین نصب شده و بر خلاف برقگیرهای با فاصله هوایی هیچگونه فاصله هوایی بصورت فاصله ایزولاسیون بین ستون مقاومتها و هادی تحت ولتاژ موجود نمی‌باشد. با ظهور اضافه ولتاژهای موجی، مقاومتهای غیر خطی در چند میکروثانیه تغییر ماهیت داده، از قابلیت هدایت الکتریکی قابل ملاحظه‌ای برخوردار شده، جریان از هادیهای فاز به زمین را تا حدود چندین کیلوآمپر برقرار می‌سازند. این برقگیرها می‌توانند اضافه ولتاژهای با فرکانس قدرت را برای مدت مشخصی تحمل کنند. با در نظر گرفتن این ویژگی حتی در سیستمهای زمین نشده می‌توان سطح عایقی کمتری بدست آورد. این برقگیرها می‌توانند سطح حفاظت کمتری را نسبت به برقگیرهای معمولی ایجاد نمایند.

3-2-1- ساختمان مقاومتهای غیر خطی
مقاومتهای غیر خطی از مخلوط اکسید فلزات شامل اکسید روی بطور عمده و اکسید سایر فلزات تشکیل شده‌اند. به منظور ساخت مقاومت، اکسید روی به میزان 80-70 درصد و اکسید سایر فلزات شامل اکسید بیسموت (Bi2O3)، اکسید کبالت (CoO)، اکسید کروم (Cr2O3)، اکسید منگنز (MnO) و اکسید آنتیموان (Sb2O3) بصورت پودر آسیاب شده، به خمیر تبدیل شده، به استوانه به قطر cm 6-2 و ضخامت 5 تا 50 میلیمتر تغییر شکل یافته و در کوره پخته می‌شود.
مقاومتها با ابعاد و اندازه به شرح فوق، به عنوان المان مقاومت غیر خطی یا واریستور نامیده می‌شود. کریستالهای Zno با ابعاد 10-5 توسط مخلوط مناسب از اکسید فلزات دیگر بصورت لایه با ضخامت 1/0 احاطه گردیده‌اند. کریستالهای Zno از هدایت الکتریکی برخوردار بوده، مقاومت طولی آنها به حدود 1-1/0 بالغ می‌شود ، در حالیکه لایه واقع در حد فاصل کریستالها مقاومت اهمی قابل ملاحظه 1013 را دارا می‌باشد. لذا به عنوان لایه دی الکتریک یا لایه سد کننده عبور الکترونها محسوب شده ، پر مابلیته دی الکتریک لایه معادل می‌باشد.
در قبال شدت میدان ناچیز کریستالهای Zno و لایه سد کننده در وضعیت نامتقارن قرار داشته و المان واریستور فاقد هدایت الکتریکی می‌باشد. (‌فقط جریان نشتی کمی موجود است) با افزایش شدت میدان کریستالهای Zno و لایه سد کننده در وضعیت متقارن قرار گرفته و جریان تخلیه به حدود چندین کیلو آمپر بالغ می‌گردد.

3-2-2- منحنی – ولت – آمپر غیر خطی مقاومتها
مقاومتهای معمولی بعنوان المان خطی دارای منحنی ولت – آمپر بصورت خط مستقیم با رابطه U = RI ، مقاومتهای غیر خطی دارای منحنی ولت – آمپر نزدیک به اکسپونانسیل با رابطه و و مقاومتهای کاملاً غیر خطی با واریستورهای دارای منحنی ولت – آمپر با رابطه و یا با مقادیر متفاوت بر حسب ولتاژ می‌باشند. بعنوان ضریب غیر یکنواختی مشخصه ولت – آمپر مقاومتهای غیر خطی نامیده می‌شود.

شکل (3-1): منحنی ولت – آمپر مقاومتها : (a خطی (b غیر خطی (c کاملاً غیر خطی

3-2-3- پایداری حرارتی ، اختلال حرارتی
هنگامی که جریان نشتی برای دراز مدت از مقدار جریان مرجع1 ( نقطه پایین‌تر از نقطه زانوی منحنی ولت – آمپر که در قبال برقراری جریانهای نشتی و حداکثر مولفه اهمی، افزایش درجه حرارت المانها را سبب نشود، که ولتاژ و جریان آن توسط کارخانه سازنده تعیین می‌شود.) تجاوز نماید، درجه حرارت مقاومتها به میزان فوق‌العاده افزایش یافته ، خطر انهدام مقاومتها، برقراری جریان اتصالی فرکانس 50 و انفجار برقگیر موجود خواهد بود.
انرژی حرارتی تولید شده در مقاومتها به مقدار جریان نشتی و فاصله زمانی برقراری آن بستگی خواهد داشت. انرژی حرارتی درجه حرارت المانها را به تدریج افزونی بخشیده، درجه حرارت نهایی با توجه به ظرفیت مبادله انرژی حرارتی محفظه با فضای خارج از محفظه تعیین می‌شود. برای بررسی بیشتر شکل (3-2) را در نظر می‌گیریم.
ظرفیت تبادل حرارتی محفظه با فضای خارج بر حسب محفظه با خط مستقیم نشان داده می شود ( منحنی (Q. تغییرات افت انرژی حرارتی در ستون مقاومتها با درجه حرارت محفظه با منحنی P نشان داده شده است. این دو منحنی یکدیگر را در نقطه M قطع می‌کنند. در فاصله تغییرات حرارت بین صفر تا Tc انرژی حرارتی حاصل از جریان نشتی در مقاومتها، کمتر از فاصله تغییرات حرارتی محفظه بوده، فاصله فوق بعنوان ناحیه‌ با پایداری حرارتی1 مقاومتها موسوم می‌باشد.
درجه حرارت مربوط به نقطه M درجه حرارت بحرانی یا Tc نامیده می‌شود. در نقطه M افت حرارتی حاصل از ستون مقاومتها از ظرفیت تبادل حرارتی محفظه تجاوز نموده، درجه حرارت مقاومتها به سرعت افزایش می‌یابد. فاصله تغییرات درجه حرارت که در آن می‌باشد، بعنوان ناحیه اختلال حرارتی2 نامیده می‌شود . در ناحیه پایداری حرارتی که در آن می‌باشد. امکان کاهش درجه حرارت محفظه و المانهای غیر خطی همزمان با تقلیل دامنه اضافه ولتاژ موجود می‌باشد، در حالیکه در ناحیه اختلال حرارتی، به ازاء درجه حرارت مقاومتها بیش از درجه حرارت بحرانی ، امکان کاهش درجه حرارت مقاومتها علیرغم تقلیل دامنه اضافه ولتاژها موجود نمی‌باشد.
افزایش درجه حرارت محیط، تبادل انرژی حرارتی را از فضای داخلی محفظه به فضای خارج تقلیل داده موجب می شود تا امتداد مربوط به ظرفیت تبادل حرارتی محفظه برقگیر به موازات خود جابجا شود. اختلال حرارتی مقاومتها ممکن است تحت تاثیر عواملی چون اضافه ولتاژ موقت و تخلیه جزئی در داخل برقگیر ایجاد شود.
شکل (3-2) : منحنیهای تغییرات ظرفیت تبادل حرارتی محفظه و افت انرژی حرارتی در ستون مقاومتها

کلمات کلیدی :