بررسی علت تخریب برقگیرها (۴۰۰kv-230kv)
اسلاید 1: بررسي علت تخريب برقگيرها (400kv-230kv) دانشجويان:ناصر رجبیمرتضی قربانی ControlMakers.ir
اسلاید 2: فهرستفصل اول: مقدمهفصل دوم: بررسي انواع اضافه ولتاژها در سيستمهاي قدرت و علل پيدايش آنهافصل سوم: بررسي علل ايجاد اختلال در برقگيرهاي اكسيد رويفصل چهارم: شناسايي پديده فرورزونانس
اسلاید 3: فصل اولكلياتدر سيستمهاي قدرت و شبكه‌هاي انتقال و توزيع انرژي الكتريكي، تك‌تك تجهيزات نقش اساسي دارند و بروز هرگونه عيبي در آنها،ايجاد اختلال در شبكه، اتصال كوتاه و قطع برق را به همراه دارد.خاموشي و جايگزيني تجهيزات معيوب هزينه‌هاي هنگفتي را به شبكه تحميل مي‌نمايد. لذا بررسي و تحليل بروز عيب در تجهيزات از اهميت خاصي برخوردار مي‌باشد و در صورت شناخت اين عيوب و سعي در جلوگيري از بروز آنها از هدر رفتن سرمايه اقتصادي كشور جلوگيري به عمل مي‌آيد.برقگيرها از جمله تجهيزاتي هستند كه جهت محدود كردن اضافه ولتاژهاي گذرا ( صاعقه و كليدزني) در شبكه‌هاي انتقال و توزيع به كار مي‌روند. برقگيرها ضمن اينكه حفاظت تجهيزات در مقابل اضافه ولتاژهاي گذرا را بر عهده دارند،بايد در مقابل اضافه ولتاژهاي موقتي از خود واكنشي نشان ندهند و همچنين با توجه به شرايط محيطي منطقه مورد بهره‌برداري،نظير رطوبت و آلودگي،عملكرد صحيح و قابل قبولي را ارائه دهند.
اسلاید 4: فصل دومانواع مختلف اضافه ولتاژها در شبكه:كليه اضافه ولتاژهاي ظاهر شده در شبكه بر حسب شكل و يا منبع بروز خود،تقسيم‌بندي مي‌شوند.كه مي‌توان آنها را به شرح زير تقسيم‌بندي نمود: 1- اضافه ولتاژهاي صاعقه2- اضافه ولتاژهاي كليدزني3- اضافه ولتاژهاي موقتيكه با توجه به عامل بوجود آورنده نيز به دو دسته داخلي و خارجي تقسيم مي‌شوند. بر اساس اين تقسيم‌بندي اضافه ولتاژ ناشي از صاعقه به اضافه ولتاژ خارجي و دو نوع ديگر به اضافه ولتاژهاي داخلي موسوم مي‌باشد.
اسلاید 5: 1-اضافه ولتاژهاي صاعقه در پي تخليه جوي الكتريكي بر قسمتهاي مختلف شبكه، بارهاي الكتريكي انباشته در ابرها و فصل از طريق كانال يونيزه تشكيل شده در فضا بصورت قوس مرئي رعد و برق در قسمتهاي مختلف شبكه تخليه گشته،اصطلاحاً به تخلية جوي الكتريكي موسوم مي‌باشد.تخليه بارهاي الكتريكي جوي، موجبات افزايش ولتاژ را به طور لحظه‌اي در محل تخليه فراهم ساخته،ولتاژ موجي با سرعت نور در طول هادي‌هاي فاز منتشر مي‌شود و اضافه ولتاژهاي تخليه جوي را در شبكه پديد مي‌آورد. شكل (2-1):انواع مختلف اضافه ولتاژها در شبكه
اسلاید 6: اضافه ولتاژهاي موجي رعد و برق حداكثر سرعت افزايش را در ميان انواع مختلف اضافه ولتاژهاي موجي دارا مي‌باشند.سرعت افزايش آنها در حدود 5000-500 كيلوولت بر ميكروثانيه متغير مي‌باشد. مشخصه اضافه ولتاژهاي صاعقهاضافه ولتاژهاي صاعقه مي‌توانند با يك موج صاعقه استاندارد 50/2 –1 مطابق شكل زير مدل شوند.به عبارت ديگر اين دسته امواج غير پريوديكي داراي زمان پيشاني حدود يك و نيم ميكروثانيه و زمان پشت موج در حدود چند ده ميكرو ثانيه هستند.با توجه به شيب پيشاني اين دسته اضافه ولتاژها، تنش بيشتري روي عايق بندي طولي پيچكهاي اندوكتيو اعمال مي‌كنند و به دليل زمان كوتاهتر،عموماً تنش قابل براي عايق‌بندي در مقايسه با امواج كليدزني با دامنه يكسان قدري بيشتر خواهد بود.ميزان تنش تحمل شده بستگي به نوع عايق خواهد داشت. شكل (2-2) : موج استاندارد صاعقه
اسلاید 7: 2- اضافه ولتاژهاي كليد زني (قطع و وصل) اضافه ولتاژهاي قطع و وصل به صورت موج در شبكه ظاهر گرديده و از نظر شكل و تغييرات لحظه‌اي خود،كاملاً مشابه اضافه ولتاژهاي موجي تخليه جوي مي‌باشند. تفاوت عمده در زمان پيشاني و زمان استهلاك يا كاهش دامنه موج بوده،سرعت افزايش دامنه ولتاژهاي موجي قطع و وصل به حدود چند كيلوولت بر ميكروثانيه بالغ مي‌گردد.چون اين اضافه ولتاژها از عوامل و تجهيزات داخلي شبكه ناشي مي‌گردند لذا به اضافه ولتاژهاي داخلي موسوم مي‌باشند.اضافه ولتاژهاي موجي قطع و وصل در پي قطع و وصل كليدها و رژيم گذراي ظاهر شده در آنان نتيجه شده در آنان نتيجه گرديده،لذا اضافه ولتاژهاي گذرا نيز ناميده مي‌شوند. شكل (2-3) : موج استاندارد قطع و وصل يا كليد‌زنيموج توسط زمان پيشاني خود Td و زمان دم موج (پشت موج )T1 مشخص مي‌گردد.حدود اين پارامترها در استانداردهاي مختلف تعيين گرديده‌اند.در استاندارد آمريكا وIECمقدار معمول آن به ترتيب در حدود250 و2500 ميكروثانيه مشخص گرديده است.
اسلاید 8: علل بروز اضافه ولتاژهاي كليد زني:اضافه ولتاژهاي ناشي از كليد زني جريانهاي سلفي و خازني:اين مسئله ممكن است در هر دو زمينه توزيع و تاسيسات صنعتي و نيروگاهها نيازمند توجه باشند.در حالت اخير چنانچه كليد قدرت آن چنان ديونيزه شود كه جريان را پيش از موقع صفر كند ممكن است اضافه ولتاژهاي بزرگي به وجود آيند در همين زمينه بايد موارد زير را در نظر گرفت:الف) قطع جريانهاي سلفي، مثلا هنگامي كه جريان مغناطيس كننده يك ترانسفورماتور يا راكتور قطع مي‌شود.ب) كليد زني و عملكرد يك كوره قوس الكتريكي و ترانسفورماتور آن ممكن است باعث برش جريان شود.ج) كليد زني كابلهاي بي بار و بانكهاي خازني.د) قطع جريان با فيوزهاي ولتاژ بالا.اضافه ولتاژهاي كليد زني ناشي از تغييرات ناگهاني باردر اثر تغييرات ناگهاني بار ممكن است اضافه ولتاژهاي كليد زني كه توسط اضافه ولتاژهاي موقتي دنبال مي‌شوند بوجود آيند.
اسلاید 9: 3- اضافه ولتاژهاي موقتاضافه ولتاژهاي موقت،نوعي اضافه ولتاژ نوساني فاز به زمين،يا فاز به فاز مي‌باشند،كه نسبتا طولاني مدت و يا ناميرا هستند و يا بطور ضعيفي ميرا مي‌شوند.از آنجا كه اضافه ولتاژهاي موقت از نظر كار برقگير حائز اهميت فراوان هستند(برقگيرها بايد بتوانند اضافه ولتاژهاي موقت را تحمل كنند)،لازم است درصد اضافه ولتاژهاي موقت شبكه محاسبه گردد.اضافه ولتاژهاي موقت از علل زير نشات مي‌گيرند: 1- خطاها.2- تغييرات ناگهاني بار.3-اثر فرانتي.4-رزونانس خطي.5-فرورزونانس.6-قطع هادي (يارگي خط).7-رزونانس ناشي از مدارهاي كوپل شده.
اسلاید 10: فصل سوم برق گير اكسيد روي:اين برق گير را معمولا تحت عنوان اكسيد روي مي‌شناسند.در اين برقگيرها تعدادي قرص سراميك اكسيد روي بصورت سري – موازي با يكديگر در داخل يك پوشش از جنس پرسلين يا صمغ مصنوعي در محيطي از هوا قرار داده شده‌اند.پوشش خارجي مذكور در معرض آلودگي‌هاي جوي و صنعتي مي‌باشد.اين آلودگي‌هاي سطحي مي توانند در كار آن اختلال بوجود آورند.عدم طراحي صحيح حرارتي و الكتريكي محفظه برقگير نيز ممكنست به علت عدم كيفيت لازم مواد مصرفي،صحيح طي نشدن مراحل ساخت و يا ايرادات موجود در الكترودهاي دو سر قرص‌ها نتوانند وظيفه خود را به نحو احسن انجام دهند و لذا طول عمر مناسب را دارا نباشند.اينك به شرح يكايك موارد فوق خواهيم پرداخت:
اسلاید 11: اشكالات مربوط به طراحي و ساخت برقگير:چون برقگير اكسيد روي فاقد فاصله هوايي است هميشه تحت ولتاژ شبكه قرار دارد.در نتيجه يك جريان نشتي كوچك از آن مي‌گذرد كه آنرا اندكي گرم مي‌كند.مقدار موثر ولتاژ اعمال شده متناوب 4600 ولت بوده كه در دماي 85 درجه سلسيوس به يك وريستور به قطر و به ارتفاع 40 ميلي متر اعمال گرديده است.هر خانه در جهت عمودي نشان دهنده 250 ميكروآمپر مي‌باشد.جهت اندازه‌گيري جريان از مقاومت سري به مقدار 10 كيلو اهم استفاده بعمل آمده است.همانگونه كه ملاحظه مي‌گردد موج جريان به علت داشتن مولفه‌خازني نسبت به ولتاژ پيش فاز است.اين موج از دو مولفه تشكيل شده است:مولفه جريان رآكتيو كه بستگي به ظرفيت خازني وريستورها داشته و يا ولتاژ 90 درجه اختلاف فاز دارد و مولفه جريان آكتيو يا مقاومتي كه با ولتاژ همفاز بوده و مسئوليت گرم شدن وريستورها را بعهده دارد.اگر توان ورودي به برقگير از طريق شبكهP و گرماي دفع شده از آن به محيط بيرون مساوي Q باشد .در حالت عادي و پايدار P=Qخواهد بود و اين شرط تعادل حراراتي يك برق گير اكسيد روي است.پير شدن قرص‌هاي اكسيد روي تحت ولتاژ نامي در طول زمان:ولتاژ نامي شبكه در دماي ميحط كه در طول مدت زماني به طور دائم به برقگير اعمال مي‌شود.ممكن است در برخي از انواع وريستور پيري ايجاد نمايد.اين نوع خراب شدن وريستور كه عبارت از يك تغيير بسيار كند خواص ذرات ماده در طول زمان است . . .
اسلاید 12: . . . منجر به كاهش ارتفاع سدهاي پتانسيل شاتكي موجود در مرز بين دانه‌هاي اكسيد روي مي‌شود. سدهاي مزبور عامل خواص غير خطي وريستور اكسيد روي هستند و با ضعيف شدن آنها كيفيت وريستور تنزل خواهد كرد. ميزان اين پير شدن بستگي به طبيعت و كيفيت سراميك مورد استفاده و ميزان و نوع اكسيدهاي اضافه شده دارد و در انواع جديد برقگير ممكن است به يك ميزان قابل صرفنظر كاهش يافته باشد. شكل (4-3): وريستور اكسيد روي شكل (4-4): دو وريستور اكسيد روي سري همراه با فضاساز يا بدون آن
اسلاید 13: عدم كيفيت لازم عايق سطحي روي وريستورها:شكل (4-3)، بسيار با اهميت است.دو وظيفه مهم آن عبارت است از: الف-حفظ اكسيد روي و ساير اكسيدهاي همراه آن در مقابل فعل و انفعال شيميايي با محيط، از قبيل تاثير محيطهاي كاهنده مانند روغن معدني ترانسفورماتور روي سطح وريستور و يا فعل و انفعال با محصولات ناشي از تخليه جزئي در فضاي داخل برقگير در طول زمان.ب-جلوگيري از وقوع فروپاشي روي سطح وريستور در اثناي تخليه امواج صاعقه از طريق برقگير.لازم به ذكر است كه در صورت وقوع تخليه از روي سطح وريستورها، علاوه بر آنكه برقگير وظيفه خود را انجام نمي‌دهد،اضافه ولتاژ منتقل شده به ترمينالهاي ترانسفورماتور مورد حفاظت ممكن است مقادير بالايي داشته باشد و بعلاوه شب پيشاني موج نيز به نحوي باشد كه باعث وقوع شكست در عايق سيم‌پيچ گردد.توزيع غير يكنواخت ولتاژ ضربه روي سيم‌پيچ اين امر را تشديد خواهد كرد.
اسلاید 14: اشكالات ناشي از نحوه نگهداري و بهره‌برداري از برقگير1- وجود تخليه جزئي در داخل محفظه برقگيراگر بعلتي مثلاً نفوذ رطوبت،در داخل محفظه برقگير تخليه جزئي پيش بيايد،اين امر باعث خرابي تدريجي وريستورها مي‌گردد.لذا وجود تخليه جزئي باعث كاهش طول عمر برقگير مي‌گردد. 2- آلودگي سطح خارجي محفظه برقگيرعمل كثافت سطحي روي برقگيرهاي اكسيد روي پديده‌اي پيچيده است. اين آلودگي‌ها اگر از نوع نمكي باشند در هنگام رطوبت و اگر از نوع فلزي يا دوده باشند در حالت خشك يا تر داراي تاثير منفي روي عملكرد برقگير هستند.آلودگي‌هاي سطحي بطور يكنواخت روي سطح خارجي محفظه برقگير توزيع نمي‌شوند و لذا علاوه بر نزديك نمودن الكترودها و كوتاه كردن فاصله عايقي،نحوه توزيع پتانسيل روي سطح برقگير را نيز تغيير مي‌دهند.براي رهايي از مشكل آلودگي اكسيد روي،قرار دادن وريستورها در داخل تانك ترانسفورماتورهاي غوطه‌ور در روغن است كه آنها را در برابر آلودگي‌هاي خارجي محافظت خواهد نمود. 3- اكسيد شدن و خرابي اتصالات خارجي برقگير:در صورت خرابي يا شل شدن كنتاكتهاي مدار خارجي برقگير يا اتصالات زمين،افت ولتاژ روي آنها در هنگام تخليه جريان صاعقه بالا مي‌رود.اين افت ولتاژها با ولتاژ باقيمانده دو سر برقگير جمع شده و نتيجه آنها به عايق دستگاه مورد حفاظت (ترانسفورماتور) اعمال مي‌گردد كه ممكن است به آن صدمه برساند.
اسلاید 15: فصل چهارمفورزنانس يكي از پديده‌هاي نادر و مخرب در شبكه‌هاي قدرت مي‌باشد.كه به دليل وقوع تصادفي و كم تعداد بودن آن در سيستمهاي قدرت اطلاعات دقيق،كامل و تدوين شده بسيار كمي در دسترس مهندسين و متخصين برق قرار دارد. شناسايي پديده فرورزونانس:فرورزنانس يك پديده رزنانس غير خطي است كه مي‌تواند روي شبكه‌هاي قدرت تاثير گذارد.مقايدر غير عددي هارمونيك‌ها و يا اضافه ولتاژ يا اضافه جريانهاي گذرا يا پايدار كه توسط آن ايجاد مي‌گردد معمولا براي تجهيزات برقي خطرناك است. بعضي از شكست‌هاي الكتريكي توجيه نشده را مي‌توان به اين پديده غير خطي نادر نسبت داد.واژه فرورزنانس كه تقريبا از اواخر دهه دوم قرن بيستم وارد مقالات و كتابها گرديد، به كليه پديده‌هاي نوساني رخ داده در مدارهاي الكتريكي اطلاق مي‌گردد كه اين مدارها حداقل شامل آيتم‌هاي زير باشند:
اسلاید 16: الف) سلف غير خطي (فرومغناطيس قابل اشباع).ب) خازن.ج) منبع ولتاژ (عموما سينوسي).د) تلفات بسيار كم.شبكه‌هاي قدرت شامل تعداد بسيار زيادي از اين سلف‌هاي قابل اشباع مانند ترانسفورماتورهاي قدرت، ترانسفورماتورهاي ولتاژ،راكتورهاي شنت مي‌باشد همچنين به عنوان خازن مي‌توان از كابلها،خطوط هوايي بلند، ترانسفورماتورهاي ولتاژ خازني، بانكهاي خازني موازي با پل بريكرها نام برد. فرورزونانس1- فرورزونانس سري يا ولتاژي: مدار RLC زير را در نظر بگيريد كه در آن كاپاسيتانس و مقاومت خطي بوده و اندوكتانس غير خطي (سلف با هسته آهن قابل اشباع) ميباشدشكل(5-1) مدار سريRLC
اسلاید 17: مشخصه ولت آمپر سلف مذكور با توجه به اينكه مي‌دانيم مقدار ولتاژ سلف تابعي از جريان آن مي‌باشد يعني VL=F(I) بصورت منحني يك در شكل (5-2) خواهد بود. مشخصه ولت – آمپر خازن با توجه به رابطه بصورت يك خط راست يعني منحني 2 و همچنين مشخصه ولت – آمپر مقاومت با توجه به رابطه V=RI نيز بصورت خط راست يعني منحني 3 خواهد بود.شكل (5-2): مشخصه ولت- آمپر المانهاي مدار فرورزونانس سريحال اگر مقادير مختلف ولتاژ را به مدار فوق اعمال كنيم با در نظر داشتن اينكه مقدار ولتاژ روي سلف و خازن همواره 180 درجه با هم اختلاف فاز دارند منحني شماره 4 بدست مي‌آيد. لازم به ذكر است هر چه قدر مقدار مقاومت كوچكتر باشد در ازاي جريان Ip كه VL و Vc از نظر قدر مطلق برابر هستند مقدار ولتاژ بين دو نقطه a و b كوچكتر بوه و به صفر نزديكتر مي‌شود در حوالي اين نقطه كه جريان هارمونيك اول با ولتاژ همفاز است،پديده فرورزونانس روي مي‌دهد.پديده فرورزونانس سري يا فرورزونانس ولتاژي را مي‌توان با تغيير دادن مقدار ولتاژ منبع يا فركانس آن و يا تغيير در ظرفيت خازن يا مشخصات سلف با هسته آهني مدار، ايجاد نمود.
اسلاید 18: 2- فرورزونانس موازي يا فرورزنانس جرياني:مدار RLC موازي رو به رو را در نظر مي‌گيريم:شكل(5-4) مدار موازيRLCمطابق آنچه در بخش قبلي گفته شد مشخصه ولت – آمپر سلف و خازن به ترتيب با منحني 1 و خط 2 نشان داده شده است. شكل (5-5).شكل(5-5)-مشخصه ولت-آمپرالمانهاي مدار فرورزناس موازيمنحني شماره 3 مقدار I يعني حال جمع جبري Ic و IL مي‌باشد. پايين‌تر از نقطه P جريان Ic بزرگتر IL و بالاتر از نقطه P جريان IL بزرگتر از Ic مي‌باشد.در نقطه P كه هارمونيك اول جريان راكتيو IL برابر Ic است فرورزونانس موازي يا (جرياني) روي مي‌دهد.در اين حالت يعني نقطه C در شكل (5-6) مجموع جريان صفر نمي‌باشد بلكه برابر هارمونيك اول مؤلفه اهمي جريان IL مي‌باشد
اسلاید 19: طبقه‌بندي مدلهاي فرورزونانس:به چهار حالت تقسيم بندي مي شوند:1- مدل پايهدر اين حالت ولتاژ و جريان پريوديك مي‌باشد و پريود آنها يعني با پريود سيستم برابر است.Tشكل (5-7): تغييرات ولتاژ نسبت به زمان در مد پايه2- مدل زير هارمونيك:در اين حالت جريان و ولتاژ با پريودي نوسان مي كنند كه ضريبي از پريود منبع است.اين حالت به زير هارمونيك nام يا هارمونيك ام معروف است.حالت فرورزونانس زير هارمونيك از مرتبه فرد است.شكل (5-8): تغييرات ولتاژ نسبت به زمان در مد زير هارمونيك3- مدل آشوب گونهدر اين نوع فرورزونانس نوسانات كاملا اتفاقي و غير پريوديك مي‌باشند. شكل (5-10) اين حالت را نشان مي‌دهدشكل (5-10): تغييرات ولتاژ نسبت به زمان در مد آشوب گونه
اسلاید 20: 4- مدل شبه پريوديك:اين حالت پريوديك محض نبوده ولي آشفتگي‌ها و نوسانات خود داراي پريود خاصي ميباشدشكل (5-9) اين حالت را نشان مي‌دهد شكل (5-9): تغييرات ولتاژ نسبت به زمان در مد شبه پريوديكشناسايي فرورزنانس:بروز فرورزنانس معمولا با اثرات و علائمي به شرح زير همراه است:اضافه ولتاژهاي با دامنه زياد و دائمي بصورت فاز به فاز يا فاز به زمين.اضافه جريانهاي با دامنه زياد و دائمي.اعوجاج‌هاي با دامنه زياد و دائمي در شكل موج ولتاژ و جريان.جابجايي ولتاژ نقطه صفر.افزايش دماي ترانسفورماتور (در حالت بي باري).افزايش پيوسته بلندي نويز ترانسفورماتورها و راكتورها.وارد شدن صدمات به تجهيزات الكتريكي از قبيل بانكهاي خازني و ترانس‌هاي ولتاژ خازني (CVT) به دليل افزايش اثر حرارتي و يا شكست عايقي.تريپ بي موقع تجهيزات حفاظتي.
اسلاید 21: در اين صورت ابتدا بايد اقدام به تجزيه و تحليل تركيب شبكه با در نظر گرفتن اثرات موجود و همچنين بررسي حوادث قبل از آن،از قبيل برقدار كردن ترانسفورماتور يا برگشت بار كه مي‌تواند موجب بروز پديده فرورزنانس گردند،نمود. قدم بعدي اين است كه تعيين كنم آيا سه شرط لازم (نه كافي) براي بروز پديده فرورزنانس وجود داشته است يا خير.اين سه شرط عبارتنداز:1- حضور همزمان خازن با راكتور غير خطي در سيستم.2- وجود حداقل يك نقطه از سيستم كه داراي ولتاژ ثابت نباشد.3- وجود اجزاء سيستم با بار كم مانند ترانسفورماتور يا ترانسفورماتور ولتاژ بدون بار.در صورتي كه هر كدام از اين سه شرط برقرار نباشد احتمال بروز پديده فرورزنانس بسيار ضعيف است در غير اين صورت بايد تحقيقات گسترده‌اي بعمل آورد.
اسلاید 22: پايان
نقد و بررسی ها
هیچ نظری برای این پاورپوینت نوشته نشده است.