اضافه ولتاژها و حفاظت تجهیزات سیستم قدرت

اضافه ولتاژها و حفاظت تجهیزات سیستم قدرت

اسلاید 1: 1

اسلاید 2: 2اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتفهرست مطالب: 1- بررسي انواع اضافه ولتاژها در سيستم‌هاي قدرت 2- حفاظت تاسيسات الكتريكي در برابر اضافه ولتاژهاي سيستم

اسلاید 3: 3مشخصات اصلي اضافه ولتاژهاي مهم سيستم قدرت ( طبق استاندارد 71IEC ) گذرا فركانس پاييننوع اضافه ولتاژشيب خيلي تند شيب تند شيب كند موقتي دائمي شكل موج انواع اضافه ولتاژها:_ اضافه ولتاژهاي موجي (گذرا)_ اضافه ولتاژهاي موقتي ( فركانس پايين)اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت

اسلاید 4: 4اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتاضافه ولتاژهاي موجي:اهميت و خطرناكي اضافه ولتاژها براي سيستم قدرت: - اضافه ولتاژ ناشي از اصابت صاعقه: براي خطوط HV (زير kV 345 )- اضافه ولتاژ ناشي از كليدزني: براي خطوط EHV (بالاي kV 345 )- داراي سرعت نزديك به سرعت نور- داراي انتشار موجي شكل (گذرا)- با مشخصاتي مثل سرعت افزايش دامنه، فركانس و زمان پيشاني خود مشخص مي‌گردند ويژگيها- ناشي از بروز صاعقه - ناشي از كليدزني (سوئيچينگ) در سيستم قدرتعلل ايجاد:

اسلاید 5: 5اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتاضافه ولتاژهاي ناشي از بروز صاعقه مهمتريناثرات وقوع صاعقهدر سيستم قدرت حرارتي مكانيكي - شكست عايقي مقره ها؛ شكست دي الكتريكي عايق تجهيزات- افزايش پتانسيل زمين- تداخل الكترومغناطيسي فركانس بالا -تخريب تجهيزات سيستم -كاهش قابليت اطمينان سيستم قدرتتخليه جوي يا صاعقه: تخليه بارهاي الكترواستاتيكي ابرها به زمين يا به ابرهاي مجاور خود

اسلاید 6: 6 شكل موج‌هاي صاعقه استانداردجريان صاعقه اندازه‌گيري شدهشكل موج ولتاژ صاعقهشكل موج جريان صاعقهاضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتشكل موج ولتاژ و موج جريان صاعقه

اسلاید 7: 7معيارهايطبقه بندي صاعقه-پلاريتهمنفي (ابر با بار منفي و زمين با بار مثبت): (بيش از 85% )- مثبت: (كمتر از 10%) ـ ولي با دامنه شديدتر- جهتازطرف ابر به زمين ( بيشتر در مناطق هموار و دشت)از طرف زمين به ابر (بيشتر در مناطق كوهستاني و مرتفع)اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت

اسلاید 8: 8 صاعقه با پلاريته منفي و با جهت از زمين به طرف ابر مشخصات اصلي امواج صاعقه - دامنه ؛ ( بر حسب احتمال وقوع آنها از kA1 تا kA1000 متغير است.)- پيشاني موج؛ ( بر حسب احتمال وقوع آنها از) 1/0 تا kA /µs 100 متغير است.)- بار الكتريكي ؛ ( از دهها كولن تا 300 كولن متغير مي‌باشد.)- فركانس ؛ ( بين KHZ 10 تا چندين MHZ) - سرعت انتشار موج؛ ( از 150000 تا 300000 كيلومتر بر ثانيه متغير است.) اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت

اسلاید 9: 9پيش بيني وقوع صاعقه: 1- سطح يا عدد كرونيك (Nk) : تعداد روزهايي از سال که در آن رعد و برق مشاهده يا شنيده مي شودمنحني ايزوكرنيك ساليانه ايران اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت2- چگالي يا شدت بروز صاعقه(N) : تعداد صاعقه هايي که در يک سال به واحد سطح زمين (کيلو متر مربع) اصابت مي کند.

اسلاید 10: 10اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتدرصد احتمال وقوع صاعقه هاي مثبت و منفي برحسب دامنه جريان صاعقه

اسلاید 11: 11اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتدرصد احتمال وقوع صاعقه هاي مثبت و منفي برحسب دامنه تغييرات جريان صاعقه

اسلاید 12: 12صاعقه و تأسيسات الكتريكي: در اكثر مناطق، صاعقه عامل اصلي وقوع خطا و ايجاد وقفه در سيستم‌هاي قدرت مي‌باشد مستقيمغير مستقيماصابت صاعقه- اصابت مستقيم صاعقه روي هادي‌هاي فاز اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت

اسلاید 13: 13 اصابت غير مستقيم صاعقه - سيم‌هاي محافظ- دكل‌هاي خطوط- زمين, ساختمان و درختان مجاور خطوطاصابت به: S.Rusck اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت

اسلاید 14: 14اضافه ولتاژهاي ناشي از كليد‌زني (سوئيچينگ)مهمترين علل ايجاد- ناشي از قطع و وصل خطوط - ناشي از كليدزني جريانهاي خازني و سلفي - ناشي از قطع ناگهاني و نوسانات بار شكل موج‌ اضافه ولتاژ قطع و وصلمشخصاتشكل موج- داراي شيب كمتر نسبت به صاعقه- متغير با نوع كليدزني, كليد و شرايط انتشار- متغير با شرايط و ولتاژ شبكه (دامنه آن وابسته به سطح ولتاژ سيستم دارد)اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت

اسلاید 15: 15شكل موج ولتاژ استاندارد كليدزني اضافه ولتاژ ناشي از سوئيچينگشكل موج ولتاژ در لحظه قطع ترانسفورماتورشكل موج ولتاژ در لحظه شارژ بانك خازنياضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت

اسلاید 16: 16اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتاضافه ولتاژهاي موقتي مشخصات- داراي نوسانات با ميرائي كم و اغلب به همراه هارمونيك - داراي پريودي در حدود چند صد ميلي‌ثانيه (بيش از 5 سيكل) - فاقد كيفيت موجي- داراي فركانس شبكه (50 يا 60 هرتز) علل ايجاد- ناشي از بروز رزونانس و فرورزونانس - ناشي از خطاي عايقي سيستم - ناشي از اثر خطوط انتقال بي بار طولاني جبران نشده (اثر فرانتي) - ناشي از جريان هجومي ترانسفورماتورها - ناشي از قطع (پس زدن) بار

اسلاید 17: 17اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتحفاظت تاسيسات الكتريكي در برابر اضافه ولتاژهاي سيستم

اسلاید 18: 18حفاظت تأسيسات الكتريكي در برابر صاعقهحفاظت پست‌ها در مقابل صاعقه: 1- نصب برقگير در محل ورودي خطوط هوايي به پستاضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت

اسلاید 19: 192- استفاده از ميله هاي فلزي بلند نوك تيز (و يا چتري) در چهار گوشه محوطه پست3- تحت پوشش درآوردن سطح پست بوسيله سيمهاي محافظ يا زميناضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت

اسلاید 20: 20اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتتاثير ميله هاي فلزي بلند در جذب صاعقه و ايجاد چتر حفاظتي براي تجهيزات پست

اسلاید 21: 21حفاظت تأسيسات الكتريكي در برابر اضافه ولتاژهاي كليد‌زني:براي كاهش دامنه اين نوع اضافه ولتاژها:ـ استفاده از برقگيرها (در ابتداي خطوط يا ورودي پست, قبل از كليد قدرت و سكسيونر)ـ بكارگيري فيلتر در كنار كليدهاي قدرت و بانكهاي خازنيـ استفاده از ترانسفورماتورهاي ولتاژ مغناطيسي (در خطوط)ـ استفاده از راكتورهاي شنتـ استفاده از دژنكتورهاي مقاومت دار يا CRCB (در شبكه‌هاي فشارقوي )استفاده از برقگيرهابهترين روش جهت كاهش دامنه اضافه ولتاژهاي گذراي ناشي از سوئيچينگ و صاعقهاضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت

اسلاید 22: 22اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتحفاظت كابلي ترانسفورماتورها:اساس حفاظت كابلي : تضعيف دامنه موج اصلي بوسيله انعكاس آن در نتيجه تغيير امپدانس مسير انتشار موج Fr = (ZL - Zc)/( ZL + Zc) ضريب انعكاس موج: Fp = 2*Zc/( ZL + Zc) ضريب انتشار موج: If : Zc= 50 & ZL= 350 Then : Fr =0.75 & Fp= 0.25TZcZLFpFr1 P.UHV LV

اسلاید 23: 23اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتويژگيهاي يك برقگير خوب:1) در ولتاژ نامي شبكه, داراي امپدانس بينهايت2) در اضافه ولتاژها، داراي امپدانس كم3) توانايي دفع يا ذخيره انرژي موج اضافه ولتاژ4) قابليت برگشت به شرايط كار عادي پس از حذف و عبور اضافه ولتاژبرقگير: موازي با تجهيز تحت حفاظت - فاز به زمين (حفاظت ترانس)- فاز به فاز (حفاظت خازن سري)براي حفاظت :- ترانسهاي قدرت، راکتورها، خازنها، کابل ها

اسلاید 24: 24اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتانواع برقگيرها1) برقگير ميله‌اي (جرقه‌گير يا شاخكها)ـSpark Gap 2) برقگير لوله‌اي 3) برقگير سيليكون كاربايد (SiC)4) برقگير نوع اكسيد فلزي (MOV) 5) برقگير قوس طولاني ) LFA)بهترين و متداولترين نوع برقگير در حال حاضر: برقگيرهاي ZnO بدون فاصله هوايي

اسلاید 25: Metal Oxide Surge Arresters

اسلاید 26: 26اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتانواع برقگيرها

اسلاید 27: 27اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت1) برقگير ميله‌اي (جرقه‌گير يا فواصل هوايي) يك نوع از جرقه‌گيرهاي خطكاربرد: براي حفاظت بوشينگ ترانسفورماتورهاي كوچك و خازنها و زنجيره مقره‌هامزيت: ـ سادگي ساختار( قابل اطمينان) ـ ارزان بودن آنـ عدم نياز به تعمير و نگهداري_ تداوم عبور جريان به زمين حتي پس از حذف اضافه ولتاژ _ افت شديد ولتاژ فاز _ ايجاد موج بريده شده _ تحت تاثير قرار گرفتن عملكرد آن با شكل موج اضافه ولتاژ و همچنين شرايط محيطي _ داراي تأخير زماني متناسب با اضافه ولتاژ _ پراكندگي زياد ولتاژ جرقه (بيش از 40%) معايب:

اسلاید 28: 28اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتحفاظت ترانسفورماتورها بوسيله شاخكها:ـ بعنوان حفاظت اوليه ترانسفورماتورهاي بزرگـ براي حفاظت ترانسفورماتور تا kVA200 با طراحي مناسب شاخك‌ها مي‌تواند جايگزين ارزان و مطمئن براي برقگيرها باشد در اينصورت بايد: ـ ميله‌هاي برقگير كاملاً تميز و سپس آبكاري گردد ـ فاصله دو الكترود طبق استاندارد تنظيم شود.  

اسلاید 29: 29اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتبرقگير لوله‌اي بيشتر در شبكه‌هاي با ولتاژ 10 تا 30 كيلوولت استفاده مي‌شود شبيه جرقه‌گيرها ولي داراي عملكرد بهتري نسبت به آنها بوده و قابليت خاموش كردن جرقه را دارد.- قابليت قطع جريان هدايت كننده با فركانس قدرت، بستگي به ظرفيت اتصال كوتاه سيستم در نقطه خطا دارد. - قادر نيستند كه به نحو مطلوب دامنه جريان هدايت شده را قبل از قطع محدود كنند - ولتاژ جرقه اين نوع برقگيرها بالاتر از برقگيرهاي با مقاومت غيرخطي است نماي كلي برقگير لوله‌اي

اسلاید 30: 30اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت3) برقگير سيليكون كاربايدSiC) )از تركيب سري فواصل هوائي با مقاومت ساخته مي‌شوند مقاومتها از نيمه هادي سيليكون كاربايد (SiC) ساخته مي‌شوندبرقگير SiC با شاخك جرقه‌گير بر خلاف جرقه‌گيرها، پس از عملكردن، شبكه قدرت قابليت بازگشت به حالت اوليه را خواهد داشت

اسلاید 31: 31اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت4) برقگيرهاي نوع اكسيد فلزي MOV))داراي بلوك‌هايي با مقاومت الكتريكي غيرخطي و از جنس اكسيد فلزات بعضي از مزاياي برقگيرهاي ZnO عبارتند از: - هزينه نصب و تعمير و نگهداري کمتر- پراكندگي كم ولتاژ پسماند و همچنين داراي ولتاژ پسماند خيلي كم - داراي تأخير زماني خيلي كم - برگشت طبيعي به وضعيت اوليه يا مدار باز ـكارائي بهتر نسبت به ساير برقگيرها

اسلاید 32: 32اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت- داراي مشخصه ولت ـ جريان خطي‌تر از برقگير SiC - داراي سطح حفاظتي خيلي خوب - جريان نشتي پايين در شرايط كار نامي سيستم (حداقل تلف توان) از مهمترين عيبهاي برقگيرهاي ZnO - قيمت زياد آنها نسبت به ديگر برقگيرها- برقگيرهاي ZnO در سيستم‌هاي داراي نوسانات ولتاژ قابل ملاحظه، بيشتر از برقگيرهاي SiC در معرض خطر و آسيب ديدگي قرار مي‌گيرند مشخصات ولتاژ ـ جريان چند نوع برقگير

اسلاید 33: 33اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت

اسلاید 34: 34اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت5) برقگير قوس طولاني (LFA) - سطح طولاني جهت هدايت قوس الكتريكي ناشي از تخليه - عدم جاري شدن جريان با فركانس شبكه (PAF) پس از اتمام تخليه جريان موج گذرا و بروز قوس بر روي مقره - روي خط و بصورت موازي يا سري با مقره نصب مي‌شوند.- داراي ساختار خيلي ساده نسبت به ساير برقگيرها ارزانتر مي‌باشد

اسلاید 35: 35اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتپارامترهاي مهم براي انتخاب برقگير مناسب جهت حفاظت عايقي 5) حداکثر جريان تخليه (Discharge Current): حداکثر جريان قابل تحمل برقگيرمقادير استاندارد موج (8/20uSec) : 1.5, 2.5, 5, 10, 20, 40kA6) قابليت تحمل جذب انرژي يا ظرفيت انرژي ورودي (kJ/kV):ماکزيمم انرژي مجازي که برقگير مي تواند در طي يک زمان مشخص جذب کند. بعضي از مقادير: 2.5, 4.5, 7 , 13 kJ/kV1) ماكزيمم ولتاژ كار دائم(MCOV) 2) ولتاژ نامي (Rated Voltage) MCOV25/1 Ur = 3) ولتاژ باقيمانده (Residual Voltage) : ولتاژ برقگير در زمان تخليه جريان و عمل برقگير4) ولتاژ جرقه (Spark Over Voltage) : ولتاژي که باعث عمل کردن برقگير شود

اسلاید 36: 36اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتاضافه ولتاژ کليدزني30/60uSec3kAاضافه ولتاژ صاعقه1/50uSec10kAمشخصه حفاظت يک برقگير براساس موج اضافه ولتاژهاي سيستمانواع برقگيرها1- برقگير تيپ پست (Station Type) : براي حفاظت ترانسها و پستهاي بزرگ (فشارقوي)2- برقگير تيپ خط (Line Type) : براي حفاظت ترانسهاي توزيع و پستهاي کوچک3- برقگير تيپ توزيع (Distribution Type) : براي حفاظت ترانسهاي توزيع

اسلاید 37: 37اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتانتخاب ولتاژ برقگير طبق استاندارد ASEA (گام به گام): 1: تعيين پارامترهاي شبکه - ماکزيمم ولتاژ شبکه - مقدار و زمان دوام اضافه ولتاژ موقتي (با فرکانس شبکه) - حالت زمين شبکه (زمين موثر، زمين غير موثر) و تعيينCe بطور غير موثر73/110Sec – 2Hourبطور موثر4/13 -15 Secنوع زمين شدنمقدار Ceزمان استمرار اضافه ولتاژ2: ماكزيمم ولتاژ كار دائم(MCOV):3: ولتاژ نامي (Rated Voltage)Ur=1.25MCOV

اسلاید 38: 38اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتانتخاب ولتاژ برقگير طبق استاندارد ASEA (گام به گام): 4: تعيين اضافه ولتاژ موقتي (TOV): 6: انتخاب مقدار ماکزيمم مقادير VRe و Ur بعنوان ولتاژ نامي برقگير (مقدار استاندارد شده)5: تعيين ولتاژ پسماند (VRe): مقدار Kt با توجه به ولتاژ نامي و مدت زمان استمراراضافه ولتاژ، از روي جداول مشخص مي شودجريان تخليه برقگير مطابق استاندارد IECاضافه ولتاژهاي کليدزني0.5kA1kA2kAاضافه ولتاژهاي صاعقه10kAنوع اضافه ولتاژ145>145-362 362<

اسلاید 39: 39اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتمحاسبه انرژي قابل جذب توسط برقگير:بدليل طولاني تر بودن اضافه ولتاژ کليدزني، اين اضافه ولتاژ ملاک محاسبه می باشد.بدليل طولاني تر بودن اضافه ولتاژهاي کليدزني، انرژي برقگير بر اساس اين نوع اضافه ولتاژ انتخاب مي شود.>7653002345-5253502145- 3454002-6<1454502-6ولتاژ نامي (kV)امپدانس موجي Z (ohm)دامنه اضافه ولتاژ بدون برقگير VOV (P.U)w: انرژي جذب شدهVOV: اضافه ولتاژ بدون برقگيرVP: سطح حفاظتي برقگيرZ: امپدانس موجيN: تعداد جريان تخليهT: مدت زمان عبور موج

اسلاید 40: 40 = بازة حفاظتولتاژ استقامت:سطوح حفاظتي لازم براي هماهنگي عايقي ترانسفورماتور - سطح حفاظتي موج سوئيچينگ (BSL)- سطح حفاظتي موج صاعقه (BIL)- سطح حفاظتي موج قطع شده (CWW)منحني ولت ـ ثانيه شامل سه سطح حفاظتي مذكوراضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت

اسلاید 41: 41اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتمثال: انتخاب برقگير براي پست 400 / 230 / 63 kV66192330ولتاژ نامي برقگير65(kt=1.12)168(kt=1.18)293(kt=1.16)VRe =VTOV/Kt72198339.5VTOV =Ce*MCOV52176.81303Ur=1.25*MCOV63kV72.51.7341/5230kV2451.4141.5400kV420kV1.4242.5سطح ولتاژحداکثر ولتاژ سيستم(Ui)CeMCOV=Ui/1.73

اسلاید 42: 42تعيين فاصله نصب برقگير از تجهيزات عملكرد برقگير در برابر اضافه ولتاژها براي حفاظت ترانسبراي حفاظت كليداضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت

اسلاید 43: 43اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرتمثال: تعيين حداکثر فاصله برقگير حداکثر فاصله مجاز برقگير از تجهيز تحت حفاظت آن:سطح ولتاژ400kV230kV63kVحداکثر فاصله مجاز برقگير از ترانس (Dmax)10m9m7.5mحداکثر ولتاژ مجاز سر ترانس750kV500kV200kVولتاژ پسماند برقگير (VSA) 686kV )5kA(442kV )10kA(152kV )10kA( &

اسلاید 44: 44زمان استمرار موج دامنه بر حسب P.Uنوع اضافه ولتاژµs 300 _ µs302 الي 7صاعقهms20_ms3 2 الي 4سوئيچينگs3600_ms301.5 الي 2موقتي3600s9.0 الي 1.1 دائميدامنه و زمان استمرار انواع اضافه ولتاژها در يك سيستم با حفاظت كامل اضافه ولتاژها و حفاظت تجهيزات سيستم قدرت