َیشه

آینه کاری

شکل های زیر مدل خط را همراه با مدل آینه کاری نشان می دهد. شکل زیر مدل خط را در دو حالت همراه با کرونا و بدون آینه کاری نشان می دهد

آینه کاری روی دیوار

همانطور که پیش بینی می شد، ولتاژ آینه کاری روی دیوار در دو حالت بسیار نزدیک بهم می باشد و همچنین همانطور که مشخص است سیستم در شرایط پایدار خود کار می کند. حال چنانچه آینه کاری روی دیوار را به سیستم اعمال کنیم روی ولتاژ سیستم تاثیر گذاشته و شاهد پدیده کرونا و تلفات آن در شبکه خواهیم بود.

مدل سیگنال جریان ویترای روی شیشه بصورتی که قبل توضیح داده شد می باشد.

مدل سیگنال صاعقه بصورت زیر است:

 

که نشاندهنده رابطه صاعقه بصورت شیشه ویترای است:

 

V=1000 [e^-t/68.5  - e^-t/0.0405]

که شکل خروجی آن در شبیه سازی بصورت استین گلاس است:

چنانچه موج ضربه به ابتدای خط انتقال قبل از دکل برخورد کند :

 

از شکل های بالا آینه تایل و آینه آنتیک است که پایداری سیستم با اغتشاشات شدید مواجه است. شکل موج ولتاژ ابتدایی وانتهایی خط دارای اعواجاج بوده و همچنین ولتاژ کرونا دیگر با ولتاژ خط برابر نیست. کرونا در این حالت باتخلیه الکتریکی موج جدیدی را بر سیستم سوار می کند. پدیده کرونا همراه با ایجاد صاعقه در لحظه افزایش ولتاژ بر اثر اصابت صاعقه به خط بوجود آمد.

آینه کاری منزل

آینه کاری مدرن

در این مرحله صاعقه را به بخش دیگری از سیستم اعمال می کنیم. صاعقه را به انتهای خط نزدیک به دکل اعمال می کنیم و داریم:

همانطور که مشخص است همچنان سیستم همراه با اغتشاشات و ناپایداری می باشد. ولتاژ بار و ولتاژ ارسالی به شدت افزایش پیدا کرده و پدیده کرونا نیز مشهود است. در حالت برخورد صاعقه به نزدیک دکل ولتاژ کرونا نیز افزایش بیشتری داشته است که دلیل این امر شیشه دکوراتیو  و یا آینه دکوراتیو شدن مولکول های هوا در اطراف دکل می باشد. در این حالت نیز اغتشاشات ولتاژ خط بسیار شدید بوده و در حالت گذرایی همراه با شیشه تزئینی و آینه تزئینی شدید تری نسبت به سناریوی قبلی داشتیم.

[google_map src=""]

استین گلاس

که در این رابطه مقامت و خازن وابسته در مدل استین گلاس انتقال اضافه می شود و در مدار دو المان وابسته Rco به معنی مقاومت کرونا است که تلفات را نشان می دهد و استین گلاس خاصیت خازنی و تخلیه الکتریکی کرونا را مدل می کند.

برای بدست آوردن مقاومت و خازن آینه کاری روی دیوار دو تحلیل اساسی وجود دارد:

• مدل آینه کاری
• مدل Umoto

آینه کاری

خازن کرونا از روش گری به صورت زیر بدست می آید

آینه کاری منزل

آینه کاری مدرن

C_c=C₀?(V/V_c)^?-1

V_c       ولتاژ بحرانی شروع شیشه ویترای

C_c      خازن کرونا

?       پارامتری است که به قطر ویترای روی شیشه وابسته بودی و از رابطه زیر محاسبه می شود:

?=0.22r + 1.2

 

آینه تایل و آینه آنتیک

روش دوم برای شبیه سازی آینه تایل و آینه آنتیک از رابطه زیر بدست می آید:

C_c = 2K_c(1- )

که در این رابطه نیز Kc پارامتر مربوط به شعاع هادی بوده و بصورت زیر فرموله می شود:

Kc=σ_c (  )

که در این رابطه r شعاع شیشه دکوراتیو  و یا آینه دکوراتیو  بوده و

σ_c       ضریب ثابت تلفات کرونا

H      فاصله عمودی هادی از زمین

 

حال به بررسی تلفات شیشه تزئینی و آینه تزئینی می پردازیم، در بررسی تلفات کرونا مقادیر مقاومت کرونا از رابطه زیر بدست می آید:

G_c = K_r (1- )²

K_r = σ_G (  )

در روش بیان شده خازن و شیشه تزئینی و آینه تزئینی نتغییر به صورت شنت به مدل خط انتقال اضافه شده و چنانچه سیستم در شرایط پایدار و ایده آل کار کند قاعدتا مقاومت کرونا بالا بوده و جریانی از آن عبور نکرده و در نتیجه تلفات آن پایین خواهد بود و همچنین مقدار خازنی کرونا بسیار ناچیز بوده و مانند مدار باز عمل کرده و جریانی از آن عبور نمی کند. اما در شرایط بحرانی مانند برخورد صاعقه به خط انتقال یا شرایطی که جریان بالایی از شبکه کشیده شود ولتاژ V در مقاومت و خازن وابسته مدار کرونا تغییر کرده و باعث کاهش مقاومت و افزایش خازن کرونا می شود و در نتیجه شاهد تلفات کرونا و شکست و یونیزاسیون هوا می باشیم.

در ادامه شبیه سازی مدار معادل خط انتقال در حضور کرونا مورد بحث قرار خواهد گرفت.

[google_map src=""]

آینه کاری روی دیوار

که در حالت گذرایی در لحظه آینه کاری روی دیوار بریکر شکل ها بصورت زیر است:

مدل Bergeron ساده ترین مدل استاندارد خط آینه کاری روی دیوار می باشد که مشخصات آن بصورت زیر است:

حال چنانچه خط انتقال را با مدل های دیگر نیز آینه کاری سازی کنیم، به یک بررسی جامع از خط استاندارد می رسیم. در این مرحله از آینه کاری پیچیده تر خط که پارامترهای بیشتری در آن دخیل هستند استفاده می کنیم. برای بررسی حالت گذرای سیستم بهتر از از این آینه کاری استفاده شود.

آینه کاری منزل

آینه کاری مدرن

مدل Frequency Dependent phase model option

متداول ترین مدل های ویترای روی شیشه گسترده که از پارامترهای وابسته به فرکانس استفاده کرده اند توسط و J.Marti ، Semlyen و T.Nod ارائه شده اند. در آن ها تابع انتقال با توابع کسری در حوزه فرکانس و یا حوزه Z تقریب زده می شود.

در یکی دیگر از ویترای روی شیشه های پارامترهای گسترده، یک خط با n  هادی به  m قسمت با تأخیر زمانی تقسیم می شود که هریک از این شیشه ویترای ها توسط یک شبکه واسط به یکدیگر متصل می شوند . ماتریس انتقال در این مدل، ماتریسی حقیقی است و در صورتی که خط نامتعادل باشد به پارامترهای خط وابستگی پیدا می کند .

مشخصات این شیشه تزئینی و آینه تزئینی بصورت زیر است:

که شکل موج های ورودی و خروجی حاصل از شبیه سازی آن بصورت زیر است:

در این مدل شیشه دکوراتیو  و یا آینه دکوراتیو سیستم سه فاز بصورت زیر است:

در گام بعدی مدل خط انتقال را برای حالت خطای ناشی از رعد و برق مدل می کنیم. در این مدل رعد و برق را با استفاده از تابع نمایی بصورت زیر شبیه سازی می کنیم.

 

برقگیر متصل به خط انتقال نیز به صورت زیر مدل سازی می شود:

 

مدل شبیه سازی شده در آینه تایل و آینه آنتیک :

 

در نهایت نتایج حالت گذرای سیستم بصورت زیر است:

 

برای مدل کردن کرونا در شبکه برق قدرت از مدل های بیان شده در فصل قبل استفاده کرده و با کمک نرم افزار PSCAD آن را شبیه سازی می کنیم.

بر طبق مقالات دو مدل اساسی برای شبیه سازی کرونا در شبکه برق قدرت وجود دارد که مدل اول بصورت زیر تعریف می شود.

[google_map src=""]

استین گلاس

با توجه به مسائل فوق به خصوص در استین گلاس که احتمال برخورد مستقیم صاعقه در نزدیکی  پست وجود دارد باید تا آنجا که مقدور است برقگیر را در نزدیکی وسیله مورد حفاظت قرار داد و هادیهای ارتباط دهنده را تا آنجا که ممکن است کوتاه و مستقیم انتخاب کرد و نیز زمین برقگیر و استین گلاس، با کمترین مقاومت ممکنه ، ترجیحاً یک اهم یا کمتر ، به یکدیگر متصل شوند.

تجارب آینه کاری روی دیوار نشان می‌دهد که درصد عمده‌ای از صاعقه‌هایی که به خطوط انتقال نیرو برخورد می نمایند، مستقیماً به برجها و مابقی به سیم محافظتی یا حتی فازهای خطوط انتقال اصابت می‌کنند. در مجموع وقتی بر تعداد سیم محافظ افزوده می‌‌گردد، امپدانس موجی کاهش و آینه کاری کوپلینگ بین هادیها و سیم محافظ افزایش می‌یابد که این دو عامل باعث تقلیل اضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه می‌شوند که از نظر الکتریکی مطلوب می‌باشند.

آینه کاری منزل

آینه کاری مدرن

 

 شیشه ویترای

با نصب شاخکهای شیشه ویترای در دو انتهای زنجیر مقره در پایة انتهایی و پایه‌های دوم و سوم قبل از ورود خط به پستها می‌توان شرایط بروز قوس و تخلیة موج را به زمین تسهیل نمود. بار شیشه ویترای منتقل شده به برج قسمتی از طریق ویترای روی شیشه و قسمت دیگر از طریق سیم زمین به برجهای دیگر منتقل شده و به زمین تخلیه می‌شود.

در صورتی که آینه تایل و آینه آنتیک در نزدیکی پست بر خطوط انتقال انرژی وارد شود، موج اضافه ولتاژ فرصت استهلاک نداشته و با همان دامنه وارد پست می‌گردد که در این حالت پیش‌بینی کافی برای جلوگیری از ورود موج به تجهیزات فشار قوی نظیر ترانسفورماتورها و کلیدها و غیره در محوطة پست به عمل می آید، منجمله نصب برقگیرهای فشار قوی در پست ، شاخکهای برقگیر و …

قوس حاصل بین فاز و برج در شیشه دکوراتیو  و یا آینه دکوراتیو برقگیر با استهلاک موج و انتقال آن به زمین و رسیدن ولتاژ فازها به مقدار عادی خود خفه نمی‌‌گردد بلکه هوای یونیزه شده بین شاخکها، برقراری قوس در ولتاژ عادی خط را شیشه تزئینی و آینه تزئینی می‌گردد که تنها راه خفه نمودن قوس ، برداشتن ولتاژ از خط  یعنی قطع کلید می باشد.

[google_map src=""]

شیشه تزئینی و آینه تزئینی

کاهش مقاومت زمین باعث می‌شود ، تا زمان تخلیة شیشه تزئینی و آینه تزئینی ناشی از صاعقه، تقلیل یابد و در نتیجه عامل موثری است در تعیین فواصل فازی و کم شدن مقطع سیم محافظ ، ضمناً با این اقدام می‌توان قطعی های ناشی از موج برگشتی ( Back Flashover ) در خطوط انتقال شیشه تزئینی و آینه تزئینی را نیز تقلیل داد. چون اگر مقاومت زمین پای برجها زیاد باشد، احتمال تخلیة موج از طریق مقره‌ها نیز وجود خواهد داشت.

شیشه دکوراتیو  و یا آینه دکوراتیو

زمانی که صاعقه به خطوط شیشه دکوراتیو  و یا آینه دکوراتیو برخورد می‌کند، اضافه ولتاژهای به وجود آمده به صورت امواج سیار انتشار می‌یابند و باعث اضافه ولتاژهای گذرا در شبکه و تجهیزات سیستم می‌شود که باید با نصب برقگیرها در محل‌های مناسب آنها را حفاظت نمود. استفاده از شیشه دکوراتیو  و یا آینه دکوراتیو با کیفیت مناسب و محل نصب صحیح، کلیدی جهت رعایت مفاهیم حفاظت موثر در مقابل اضافه ولتاژها می‌باشد. حال جدی ‌ترین ویترای روی شیشه که پیش می آید این است که برقگیرها را باید در چه مکانی نصب نمود؟

امواج شیشه ویترای به وجود آمده در اثر برخورد صاعقه دارای پیشانی موج تیزی هستند و اغلب موجب به وجود آمدن نوسانهای ولتاژ شدیدی بین اجزاء سیستم می‌شوند، به این دلیل برقگیر‌ها دارای محدودة حفاظتی محدودی هستند و برای استفاده از برقگیرها در محدودة حفاظتی‌شان باید آنها را در محل‌هایی که با انتخاب صحیح به دست آمده‌اند نصب نمود.

تا جایی که آینه تایل و آینه آنتیک باشد باید برقگیر در نزدیکی تجهیزات قرار گیرد، به ویژه وقتی که تاسیسات دارای حفاظت مؤثر سیم گارد نیستند و پست در انتهای خط قرار گرفته ‌باشد که در این شرایط علاوه بر اینکه احتمال برخورد مستقیم صاعقه به پست (یا در استین گلاس آن)  بالاست ،  هیچ خط دیگری نیز وجود ندارد که ولتاژ موج سیار بتواند بین خطوط تقسیم شود.

هر چه شیب آینه کاری روی دیوار موج کمتر باشد فاصله مجاز برقگیر از تجهیزات بیشتر خواهد شد، مگر اینکه محل برخورد صاعقه بسیار به پست نزدیک باشد ( مثلاً یک آینه کاری مانده به پست) و احتمال چنین واقعه‌ای بسیار نادر است.

آینه کاری منزل

آینه کاری مدرن

[google_map src=""]