صفحه 1:
بررسي علت تخریب برقگیرها (4001-23010)
دانشجویان:
ناصر رجبی
مرتضی قریانی
صفحه 2:
فصل اول: مقدمه
فصل دوم: بررسي انواع اضافه ولتاژها در سيستمهاي
قدرت و علل پیدایش آنها
فصل سوم: بررسي علل ایجاد اختلال در برقگيرهاي
اكسيد روي
صفحه 3:
كليات
در سيستمهاي قدرت و شبكههاي انتقال و توزیع انرژي الكتريکي, تكتك تجهيزات
نقش اساسي دارند و بروز هركونه عيبي در آنهاءايجاد اختلال در شبکه, اتصال
کوتاه و قطع برق را به همراه دارد.خاموشي و جايگزيني تجهیزات معیوب
هزينههاي هنگفتي af Ly نتبکه تحمیل مينماید. لذا بزرتسي و تخلیل بزوز عیب دز
تجهيزات أ آهمیت حاضي بزجوزداز ميباسد و دز ضورت: ستاخت این عبوب و
سعي در جلوگيري از بروز آنها از هدر رفتن سرمایه اقتصادي کشور جلوگيري به
silica: Tse:
برقگیرها از جمله تجهيزاتي هستند که جهت محدود کردن اضافه ولتاژهاي گذرا
( صاعقه و کلیدزنی) در شبكههاي انتقال و توزیع به کار ميروند. برقگیرها ضمن
اینکه حفاظت تجهیزات در مقابل اضافه ولتاژهاي گذرا را بر عهده دارند.باید در
مقابل اضافه ولتاژهاي موقتي از خود واكنشي نشان ندهند و همچنین با توجه به
صفحه 4:
انواع مختلف اضافه ولتاژها در شبکه:
کلیه اضافه ولتاژهاي ظاهر شده در شبکه بر حسب شکل و یا منبع بروز
خود,تقسيمبندي ميشوند. که ميتوان آنها را به شرح زیر تقسيمبندي نمود:
1- اضافه ولتاژهاي صاعقه
2- اضافه ولتاژهاي کليدزني
3- اضافه ولتاژهاي موقتي
که با توچه به عامل بوجود آورنده نیز به دو دسته داخلي و خازجي تقسیم
ميشوند.
بر اساس این تقسيمبندي اضافه ولتاژ ناشي از صاعقه a اضافه ولتاژ خارجي و دو
نوع دیگر به اضاقه ولتاژهاي داخلي موسوم ميباشد.
صفحه 5:
1-اضافه ولتاژهاي صاعقه
در پي تخلیه جوي الكتريکي بر قسمتهاي مختلف شبکه, بارهاي الكتريكي انباشته
در ابرها و فصل از طریق کانال بونیزه تشکیل شده در فضا بصورت قوس مرئي
رعد و برق در قسمتهاي مختلف شبکه تخلیه گشته,اصطلاحاً به تخلية جوي
الكتريكي موسوم ميباشد.تخلیه بارهاي الكتريكي جوي, موجبات افزایش ولتاژ را
به طور لحظهاي در محل تخلیه فراهم ساخته,ولتاژ موجي با سرعت نور در طول
اضافه ولتازهاى صاعقه
۷
هاديهاي فاز منتشر ميشود
ميآورد.
pene seit wut
اضافه ولتاژهای موقتی
ew ae OMe
شکل (1-2):انواع مختلف اضافه ولتاژها در شبکه
صفحه 6:
اصافه:ولناتهاي :موجن زعد وبرق حداکتر سرعت آفرانش را :جر میان انواع قلف
اضافه ولتاژهاي موجي دارا ميباشند..سرعت افزایش آنها در حدود 500-5000
کیلوولت بر میکروئانیه متغیر ميباشد.
مشخصه اضافه ولتاژهاي صاعقه
اضافه ولتاژهاي صاعقه ميتوانند با يك موج صاع8؟ استاندارد 2 -1
مطابق شکل زیر مدل شوند.یه عبارت دیگر اين دسته امواج غیر پريوديكي داراي
زمان پيشاني حدود يك و نیم میکروثانیه و زمان پشت موح در حدود چند ده میکرو
کانیه هستند.با نوچه به نیب پينتناني اينآذننتته اضافة:ولتاژهاء Say Golly Ji
عایق بندي طولي پيچكهاي اندوکتیو اعمال ميکنند و به دلیل زمان کوتاهتر,عموماً
تشن قابل براي عايقبندي ذر فقاینسةبا امواج کليدزني با دامته یکستان قدري
خواهد بود.میزان تنش تحمل شده با
شکل (2-2) : موح استاندارد صاعفه
صفحه 7:
2- اضافه ولتاژهاي کلید زني (قطع و وصل)
اضافه ولتاژهاي قطع و وصل به صورت موح در شبکه ظاهر گردیده و از نظر
شکل و تغییرات لحظهاي خود,کاملاً مشابه اضافه ولتاژهاي موجي تخلیه جوي
ميباشند. تفاوت عمده در زمان پيشاني و زمان استهلاك یا کاهش دامنه موج
بوده.سرعت افزایش دامنه ولتاژهاي موجي قطع و وصل به حدود چند کیلوولت بر
میکروثانیه بالغ ميگردد.چون اين اضافه ولتاژها از عوامل و تجهیزات داخلي شبکه
ناشي ميگردند لذا به اضاقه ولتاژهاي داخلي موسوم ميباشند.اضاقه ولتاژهاي
موجي قطع و وصل در پي قط 5 1
منقيجعوشمة در آنا بي نجع كويد me
Td و زماندم موح (پشنموج )71
مشخص ميگردد.حدود اين پارامترها on
در استانداردهاي مختلف تعيين .-
كرديدهاند.در استاندارد آمريكا وع6|
مقدار معمول آن به ترتیب در سس eo ==
حدود250 و2500 عم ب
ده وج سید
فیکزونانبه مضعض گرییده نت بون رمه وه رازه مج و ون
صفحه 8:
علل بروز اضافه ولتاژهاي کلید زني:
:اضافه ولتاژهاي ناشي از کلید زني جريانهاي سلفي و خازني ۱
این مسئله ممکن است در هر دو زمینه توزیع و تاسیسات صنعتي و نبروگاهها GA
نیازمند توجه باشند.در حالت آخیر چنانچه کلید قدرت آن چنان دیونیزه شود که 4
جریان را پیش از موقع صفر کند ممکن است اضافه ولتاژهاي بزرگي به وجود آیند. ۲
در همین زمینه باید موارد زير را در نظر گرفت:
اف ] قطیم جویانهاي مسلفین. مقلا هنگامسن کته چریان ما طی ین گفنده باق
تزانسخورماتور با راکنور فطع سيشود:
یه کلید زنيرو عملکزدیاف کوره قوس الكتريكي بو ترانسقورمائون آن:ممكن:است
باعث برش جریان شود.
ج) کلید زني كابلهاي بي بار و بانكهاي خازني.
د) قطع جریان با فيوزهاي ولتاژ با
اضافه ولتاژهاي کلید زني ناشي از تفییرات ناگهاني بار
در اثر تغییرات ناگهاني بار ممکن است اضافه ولتاژهاي کلید زني که توسط اضافه
ولتاژهاي موقتي دنبال ميشوند بوجود آیند.
صفحه 9:
که انامه وفتازهایجوفت
اضافه ولتاژهاي موقت,نوعي اضافه ولتاژ نوساني فاز به زمین.یا فاز به فاز
میبا هس طولانی بت وبا مرا مد وبا نطو صعيفي le
ميشوند.ا آنجا که اضافه ولتاژهاي موفت از تظز کار برفگیر حافز اهمیت فراوان
هستند(برقگیرها باید بتوانند اضافه ولتاژهاي موقت را تحمل کنند),لازم است درصد
اضافه ولتاژهاي موقت شبکه محاسبه گردد.اضافه ولتاژهاي موقت از علل زیر
نات مماكيزنة
1- خطاها.
2- تغييرات ناكهاني بار.
3-اثر فرانتي.
4-رزونانس خطي.
5-فرورزونانس.
6-قطع هادي (بارگي خط).
7تووونانس نافتي ازهدارهای کول رسندة,
صفحه 10:
برق كير اكسيد روي:
این برق گیر را معمولا تحت عنوان اکسید روي ميشناسند.در این برقگیرها تعدادي
قرص سراميك اکسید روي بصورت سري - موازي با یکدیگر در داخل يك پوشش
از جنس پرسلین با صمغ مصنوعي در محيطي از هوا قرار داده شدهاند.پوشش
خارجي مذکور در معرض آلودگيهاي جوي و صنعتي ميباشد.این آلودگيهاي
سطحي مي توانند در کار آن اختلال بوجود آورند.عدم طراحي صحیح حرارتي و
الكتريكي محفظه برقكير نيز ممكنست به علت عدم كيفيت لازم مواد
مصرفي.صحیح طي نشدن مراحل ساخت و یا ایرادات موجود در الكترودهاي دو
سر قرص.ها نتوانند وظیفه خود را به نحو احسن انجام دهند و لذا طول عمر
مناسب را دارا نباشند.اينك به شرح يکايك موارد فوق خواهیم پرداخت:
صفحه 11:
اشکالات مربوط به طراحي و ساخت برقگیر:
چون برقگیر اكسيد روي فاقد فاصله هوايي است هميشه تحت ولتاژ شبکه قرار
دارد.در نتيجه يك جريان نشتي کوچك از آن ميگذرد که آنرا اندکي گرم
ميکند.مقدار موثر ولتاژ اعمال شده متناوب 4600 ولت بوده که در دماي 85 ۱
درجه سلسیوس به يك وریستور به قطر و به ارتفاع 40 ميلي متر اعمال گردیده
است.هر خانه در جهت عمودي نشان دهنده 250 میکروآمبر ميباشد.جهت
اندازهگيري جریان از مقاومت سري به مقدار 10 کیلو اهم استفاده بعمل آمده
است.همانگونه که ملاحظه ميگردد موج جریان به علت داشتن مولفهخازني نسبت
به ولتاژ پیش فاز است.اين موج از دو مولفه تشکیل شده است:مولفه جریان
رآکتبو که بستگي به ظرفیت خازني وریستورها داشته و یا ولتاژ 90 درجه اختلاف
فاز دارد و مولفه جریان آکتیو يا مقاومتي که با ولتاژ همفاز بوده و مسئولیت گرم
شدن وریستورها را بعهده دارد.اگر توان ورودي به برقگیر از طریق شبکه۴ و
گرماي دفع شده از آن به محیط بیرون مساوي 0 باشد .
در حالت عادي و پایدار 0-خواهد بود و اين شرط تعادل حراراتي يك برق گیر
اکسید روي است.
بير شدن فقرصهاي اكسيد روي نحت ولتاز نامي در طول زمان:
صفحه 12:
.۰ منجر به کاهش ارتفاع سدهاي پتانسیل شاتكي موجود در مرز بین دانههاي
اکسید روي ميشود. سدهاي مزبور عامل خواص غیر خطي وریستور اکسید روي
هستند و با ضعیف شدن آنها کیفیت وریستور تنزل خواهد کرد. میزان این پیر شدن
بستگي به طبیعت و کیفیت سراميك مورد استفاده و میزان و نوع اكسيدهاي اضافه +
شده دارد و در انواع جدید برقگیر ممکن است به يك میزان ق مهم
يافته باشد. كه
شکل (3-4): وریستور اکسید
روي
شكل (4-4): دو وریستور اکسید روي سری همراه با فضاساز با بدون آن
صفحه 13:
عدم كيفيت لازم عايق سطحي روي وریستورها:
شکل (3-4): تیار با اهمیت است:دق وظیفه.مهم آن: عبازت آنست:آز:
آلف-حفظ آکست ند روی و اين اکت بدهاي هرا انعر معایتل فعل:وانستال
شیسیای نبا معی طد او یل بای ر محیظهاي گآهنده ماد زوین معدسین
براسعورما يور زوق سطح وزیستور ویا فعل:واتفغال با مجمتولات ناشي از تخلید
جزئي در فضاي داخل برفگیر در طول زمان
ب-جلوگيري از وقوع فروياشي روي سطح وریستور در اثناي تخلیه امواج صاعقه
.از طریق برقگیر
لازم به ذکر است که در صورت وقوع تخلیه از روي سطح وریستورها, علاوه بر
آنکه برقگیر وظیفه خود را انجام نميدهد.اضافه ولتاژ منتقل شده به ترمينالهاي
<a
ف ل اللو بو لد ةا
a
صفحه 14:
اشکالات ناشي از نحوه نگهداري و بهرهبرداري از برقگیر
1- وجود تخلیه جزئي در داخل محفظه برقگیر
اگر بعلتي مثلاًنفوذ رطوبت,در داخل محفظه برقگیر تخلیه جزئي پیش بیاید.این
امر باعث خرابي تدريجي وریستورها ميگردد.لذا وجود تخلیه جزئي باعث کاهش .
طول عمر برقگیر ميگردد.
2- آلودگي سطح خارجي محفظه برقگیر
عمل کثافت سطحي روي برقگيرهاي اکسید روي پدیدهاي پیچیده است. این
آلودكيها اكر از نوع نمكي باشند در هنكام رطوبت و اگر از نوع فلزي یا دوده
باشند در حالت خشك یا تر داراي تاثیر منفي روي عملکرد برقگیر
هستند.آلودگيهاي سطحي بطور یکنواخت روي سطح خارجي محفظه برقگیر
توزیع نميشوند و لذا علاوه بر نزديك نمودن الکترودها و کوتاه کردن فاصله
عايقي,نحوه توزیع پتانسیل روي سطح برقگیر را نیز تغییر ميدهند.براي رهايي از
مشکل آلودگي اکسید روي,قرار دادن وریستورها در داخل تانك ترانسفورماتورهاي
غوطهور در روغن است که آنها را در برابر آلودگيهاي خارجي محافظت خواهد
تمود.
3- اكسيد شدن و خرابي اتصالات خارجي برقكير:
صفحه 15:
فوزربانن کي از پجیمهای باذر و معربر ستگیهای هدوتس نامه غسو دلیل
وقوع تصادفي و کم تعداد بودن آن در سيستمهاي قدرت اطلاعات دقیق,کامل و
تدوین شده بسیار کمي در دسترس مهندسین و متخصین برق قرار دارد.
شناسايي پدیده فرورزونانس:
فوورويانسويك بديده ررمانس غير خطي السب كه موتواند روي شيقة ها قورت
تاثیر گذارد.مقایدر غیر عددي هارمونيكها و یا اضافه ولتاژ یا اضافه جريانهاي گذرا
یا پایدار که توسط آن ایجاد ميگردد. معمولا براي تجهیزات برقي خطرناك است.
بعضي از شكستهاي الكتريكي توجیه نشده را ميتوان به اين پدیده غیر خطي
نادر نسبت داد.
واژه فرورزنانس که تقریبا از اواخر دهه دوم قرن بیستم وارد مقالات و کتابها
گردید. به کلیه پديدههاي نوساني رخ داده در مدارهاي الكتريكي اطلاق ميگردد که
این مدارها حداقل شامل آيتمهاي زیر باشند:
صفحه 16:
الف) سلف غیر خطي (فرومغناطیس قابل اشباع).
ب) خازن.
ج) منبع ولتاژ (عموما سينوسي).
د) تلفات بسیار کم.
شبكههاي قدرت شامل تعداد بسیار زيادي از این سلفهاي قابل اشباع مانند
ترانسفورماتورهاي قدرت, ترانسفورماتورهاي ولتاژراکتورهاي شنت ميباشد
همچنین به عنوان خازن ميتوان از کابلها,خطوط هوابي بلند. ترانسفورماتورهاي
ولتاز خازني, بانكهاي خازني موازي با پل بریکرها نام برد.
فرورزونانس
1- فرورزونانس سري یا ولتاژي:
مدار ٩۱ زیر را در نظر بگیرید که در آن کاپاد و
اندوکتانس غیر خطي (سلف با هسته آهن قابل
6 م 4
شکل(1-5) RUC Ia سري
صفحه 17:
مشخصه ولت آمپر سلف مذکور با توجه به اینکه ميدانیم مقدار ولتاژ سلف تابعي
از جریان آن ميباشد يعني (۷۱-۴)۱ بصورت منحني يك در شکل (2-5) خواهد
بود. مشخصه ولت - آمپر خازن با توجه به رابطه بصورت يك خط راست یعنی
منحني 2 و همچنین مشخصه ولت - آمپر مقاومت با توجه به
وم هم ۷
بصورت خط راست يعني منحني 3 خواهد بود. poy
شكل (2-5): مشخصه ولت- آمپر المانهاي مدار 1 2 ۱
فرورزونانس سري L
1
7 ۶
حال اگر مقادیر مختلف ولتاژ را به مدار قوق اعمال کنیم با در نظر داشتن اينکه
مقدار ولتاژ روي سلف و خازن همواره 180 درجه با هم اختلاف فاز دارند منحني
شماره 4 بدست ميآید. لازم به ذکر است هر چه قدر مقدار مقاومت کوچکتر
باشد در ازاي جریان ,ا که ,۷ و ۷ از نظر قدر مطلق برابر هستند مقدار ولتاژ بين
دو نقطه 2 و ۵ کوچکتر بوه و به صفر نزدیکتر ميشود در حوالي اين نقطه که
جریان هارمونيك اول با ولتاژ همفاز است,پدیده فرورزونانس روي ميدهد.
پدیده فرورزونانس سري با فرورزونانس ولتاژي را ميتوان با تغییر دادن مقدار
ولتاژ منبع یا فرکانس آن و یا تغییر در ظرفیت خازن پا مشخصات سلف با هسته
صفحه 18:
2- فرورزونانس موازي يا فرورزنانس جرياني: 4
مدار 8۱6 موازي رو به رو را در نظر ميگيريم:
شكل(4-5) مدار RUC موازي
مطابق آنجه در بخش قبلي كفته شد مشخصه ولت - آمير سلف و خازن به ترتيب
با منحني 1 و خط 2 نشان داده شده است. شكل
شکل(5-5)-مشخصه ولت-آمپرالمانهاي مدار فرورزناس
موازي
منحني شماره 3 مقدار | يعني حال جمع جبري ,| و ,ا ميباشد. پایینتر از نقطه ۴
جریان | بزرگتر .| و بالاتر از نقطه 8 چریان | بزرگتر از ,| ميباشد.در نقطه ۴ که
هارمونيك اول جریان راکتیو ,| برابر ,| است فرورزونانس موازي یا (جرياني) روي
ميدهد.در اين حالت يعني نقطه 6 در شکل (6-5) مجموع جریان صفر نميباشد
بلکه برابر هارمونيك اول مقلفه اهمي چریان .ا ميباشد
صفحه 19:
طبقهبندي مدلهاي فرورزونانس:
به چهار حالت تقسیم بندي مي شوند:
Pil sis
در اين حالت ولتاژ و جریان پربوديك ميباشد و پریود آلها يعني با یریود
يعر تراب cecal
شكل (7-5): تغييرات ولتاز نسبت به زمان در
مد پایه ,+
2- مدل زیر هارمونيك:
در این حالت جریان و ولتاژ با پريودي نوسان مي کنند که ضريبي از پریود منبع
است.اين حالت به زیر هارمونيك ام یا هارمونيك ام معروف است.حالت
فرورزونانس زیر هارمونيك از مرتبه فرد است.
شکل (8-5): تغیبرات ولتاژ نسبت به زمان در مد زیر ۰ ۷)
هارمونيك 3
3- مدل آشوب كونه
در اين نوع فرورزونانس نوسانات کاملا اتفاقي و غیر پربوديك ميباشند. شکل, (5-
0) این حالت را نشان ميدهد
شکل (10-5): تغییرات ولتاژ نسبت به زمان در مد آشوب
گونه
صفحه 20:
4- مدل شیه پريوديك:
آین:حالت پريوويك مجمن بوده ولي: [شمكيها ويوسانات حود چا راما منود حاصی:
میباشد |
شكل (9-5) اين حالت را نشاكق ؤي 8 #تغبيرات ولاز نسیت به زمان در مد«
Lge aed
شناسايي فرورزنانس:
:بروز فرورزنانس معمولا با اثرات و علائمي به شرح زیر همراه است
اضافه ولتاژهاي با دامته زیاد و دائتن بضورت فاز به فاز یا فاز به زمین:
اضافه جريانهاي با دامنه زیاد و دائمي.
اعوجاحهاي با دامنه زیاد و دائمي در شکل موح ولتاژ و جریان.
جابجايي ولتاژ نقطه صفر.
اقزایش دماي ترانسفورماتور (در حالت بي باري).
افزایش پیوسته بلندي نویز ترانسفورماتورها و راکتورها.
وارد شدن صدمات به تجهیزات الكتريكي از قبیل بانكهاي خازني و ترانسهاي ولتاژ
خازني (0۷۲) به دلیل افزایش اثر حرارتي و یا شکست عايقي.
تریپ بي موقع تجهیزات حفاظتي.
صفحه 21:
در این صورت ابتدا باید اقدام به تجزیه و تحلیل ترکیب شبکه با در نظر گرفتن
اثرات موجود و همچنین بررسي حوادث قبل از آسن,از قبیل برقدار كردن
ترانسفورماتور یا برگشت بار که ميتواند موجب بروز پدیده فرورزنانس
گردند,نمود. قدم بعدي این است که تعیین کنم آیا سه شرط لازم (نه كافي) براي
پروز پدیده فرورزنانس وجود داشته است یا خیر.
اين سه شرط عبارتنداز:
1- حضور همزمان خازن با راکتور غیر خطي در سیستم.
2- وجود حداقل يك نقطه از سیستم که داراي ولتاژ ثابت نباشد.
3- وجود اجزاء سیستم با بار کم مانند ترانسفورماتور یا ترانسفورماتور ولتاژ بدون
بار.
بار.
در صورتي که هر کدام از این سه شرط برقرار نباشد احتمال بروز پدیده
فرورزنانس بسیار ضعیف است در غیر این صورت باید تحقیقات گستردهاي بعمل
oval
صفحه 22: