2-2-2-3- انتخاب نهایی ولتاژ نامی برق‌گیر

پس از انتخاب اولیه ولتاژ نامی، احتمال اینکه برق‌گیر قبل از وقوع TOV تا در معرض تخلیه انرژي قرار گرفته باشد نیز باید لحاظ گردد. در غیر این صورت ممکن است انتخاب نادرست قابلیتTOV برق‌گیر منجر به ناپایداري حرارتی آن شود. براي برآورد انـرژي، انتخاب اولی‌های از سطح حفاظتی هم باید انجام گیرد (انرژي تلف شده در ازاي اضافه ولتاژهـاي کلید زنی و صـاعقه تـابعی از سطح حفاظتی برق‌گیر هستند). با مشخص بودن حداقل ولتاژ نامی،TOV10 و ظرفیت جذب انـرژي مـورد نیـاز می‌توان بـا مراجعـه به کاتالوگ‌های کارخانه سازنده برق‌گیر، به انتخاب نهایی ولتاژ نامی برق‌گیر دست یافت و همچنین می‌توان تحمل برق‌گیر را در مقابل هـرگونه TOV ویژه مورد بررسی قرار داد.

2-2-3- انتخاب مشخصه‌های حفاظتی برق‌گیر

براي فراهم نمودن حفاظت مناسب براي تجهیزاتی که قرار است توسـط برق‌گیر محافظـت گردنـد لازم اسـت عـلاوه بـر ولتاژ باقی مانده در پایانه‌های برق‌گیر در ازاي امواج ضربه مختلف، موارد دیگري از قبیل شرایط محیطی، اثر فاصله برق‌گیر تا تجهیـز مـوردحفاظت و غیره در نظر گرفته شوند. براي این منظور گام‌هاي زیر براي انتخاب مشخصه‌های حفاظتی برق‌گیر می‌بایستی انجام گیرند: گام اول ـ تعیین سطوح استقامت عایقی

در گام اول باید سطوح استقامت عایقی تجهیز موردنظر مشخص گردد. این سطوح استقامت عایقی عبارت‌اند از:

- سطح استقامت عایقی تجهیز در برابر موج ضربه صاعقه (LIWL).

- سطح استقامت عایقی تجهیز در برابر موج ضربه کلید زنی (SIWL).

مقادیر استاندارد سطوح استقامت عایقی براي سطوح ولتاژي مختلف در پیوست 3-2() ارائه گردیده‌اند.

گام دوم ـ تصحیح به علت شرایط محیطی

از آنجایی که سطوح استقامت عایقی تجهیزات متأثر از شرایط محیطی هستند، در ایـن مرحلـه بایـد محاسـباتی جهـت تصحیح سطوح استقامت عایقی تجهیزي که قرار است توسط برق‌گیر حفاظت گردد با توجه به شرایط محیطی که تجهیز در آن کـار می‌کند انجام گیرد. این کار را می‌توان با ضرب سطوح استقامت تجهیز در شرایط استاندارد در یک ضریب تصحیح انجـام داد. شـیوه به دست آوردن این ضریب تصحیح در پیوست 4-2() ارائه شده است.

گام سوم ـ محاسبه سطوح حفاظتی مورد نیاز براي تجهیز

سطوح حفاظتی برق‌گیرها و استقامت عایقی تجهیزات تحت تأثیر عواملی از قبیل شیب، مدت زمان استمرار و انـدازه مـوج ضـربه اعمالی تغییر می‌کنند. لذا ضروري است که جهت پوشش عواملی از این قبیل همواره یک حاشیه ایمنی براي استقامت عایقی تجهیـز در نظر گرفته شود. براي این منظور ضرایب ایمنی زیر تعریف می‌گردند:

CPL = LIWL

LIPL

CPS = SIWL SIPL 7-2() CPS : ضریب ایمنی براي موج ضربه کلید زنی که به‌صورت زیر مشخص می‌گردد:

 ()2-8

CPL : ضریب ایمنی براي موج ضربه صاعقه که به‌صورت زیر مشخص می‌گردد:

که در آن:

LIPL : سطح حفاظتی مورد نیاز براي تجهیز در برابر موج ضربه صاعقه و SIPL : سطح حفاظتی مورد نیاز براي تجهیز در برابر موج ضربه کلید زنی می‌باشد.

مقادیر پیشنهادي براي این ضرایب ایمنی در جدول 1-2() نشان داده شده است.

جدول 2-1: مقادیر پیشنهادي براي ضرایب ایمنی

U

 m ‡300KV 52KV £ Um < 300KV ضرایب ایمنی

 1/25 ‡ 1/2 ‡ CPL

 1/15 ‡ ـــــ CPS

این ضرایب اثر افت ولتاژ در هادی‌هایی که برق‌گیر را به خط و شبکه زمین متصل می‌کنند و نیز اثر فاصله برق‌گیر تـا تجهیـز را در نظر نمی‌گیرند. ضرایب ایمنی تنها براي پوشاندن اثر اضافه تنش‌های اجتناب ناپذیر ناشی از عدم قطعیت در پیش بینی اضافه ولتاژهای سیستم و استقامت عایقی تجهیزات منظور می‌گردند.

با مشخص شدن مقدار ضرایب ایمنی از جدول فوق می‌توان سطوح حفاظتی مورد نیاز بـراي تجهیـز، یعنـیLIPL و SIPL را از روابط 7-2(و) (2-8) تعیین نمود.

گام چهارم ـ برآورد اثر فاصله برق‌گیر از تجهیز مورد حفاظت

با نصب برق‌گیر در ترمینال‌های تجهیز تحت حفاظت می‌توان از سطوح حفاظتی مورد نیاز تجهیز به‌عنوان سـطوح حفـاظتی کـه برق‌گیر باید فراهم آورد استفاده نمود. اما در صورتی که برق‌گیر از تجهیز موردنظر فاصله داشته باشد، موج ورودي در حد فاصل مـابین برق‌گیر و تجهیز تحت حفاظت افزایش یافته و موجب افزایش تنش‌های ولتاژي موضع تحت حفاظت می‌گردد. این وضعیت در صورتی که شیب موج ورودي تندتر و فاصله برق‌گیر از موضع تحت حفاظت بیشتر باشد، خطرناک‌تر خواهد بود و ممکن اسـت موجـب صدمه دیدن عایق تجهیز مورد حفاظت گردد. به‌طور کلی براي در نظر گرفتن این پدیده ضروري است که اثر فاصله بـین برق‌گیر و موضع تحت حفاظت و اتصالات برق‌گیر به زمین و هادي فشار قوي در نظر گرفته شود.

براي این کار می‌توان از یک روش ساده مطابق شکل (2-5) استفاده نمود.

 شکل 2-5: دیاگرام ساده‌ای جهت ارزیابی اثر فاصله برق‌گیر از موضع تحت حفاظت

در این روش با داشتن فاصله برق‌گیر تا موضع تحت حفاظت و شیب موج ورودي به پست می‌توان با استفاده از معادلـه زیـر این پدیده را نیز لحاظ نمود.

U LIPL = Ures + 2·S L· A (9-2)

V

در این رابطه:

ULIPL : ولتاژ ظاهر شده در ترمینال‌های موضع تحت حفاظت [[kVPeak.

Ures : ولتاژ تخلیه (باقی مانده) برق‌گیر [[kVPeak در مقابل موج صاعقه (با در نظر گرفتن جریـان تخلیـه برق‌گیر و افـت ولتـاژ روی هادی اتصال برق‌گیر) S : شیب موج ولتاژ ورودي [kV/μsec].

LA : فاصله (طول سیم ارتباطی و نه فاصله طولی مقطعی) بین برق‌گیر و موضع تحت حفاظت همراه با اتصالات برق‌گیر و ارتفاع آن [m].

V : سرعت سیر موج که براي خطوط هوایی برابر m/μs 300 و براي کابل m/μs 150 در نظر گرفته می‌شود.

باید توجه نمود که ضریب تصحیح ارتفاع می‌بایستی در پارامتر ULIPL منظور گردد.

همان‌طور که از رابطه 9-2() مشاهده می‌گردد، با افزایش شیب موج ورودي، ولتاژ اعمال شده به موضع تحت حفاظت نیز افزایش پیدا می‌کند. انتخاب شیب به عواملی چند بستگی دارد:

سطح ولتاژ سیستم (که محدوده تقریبی سطح عایقی خطوط منتهی به پست را مشـخص می‌کند)، تعـداد روزهـاي رعدوبرقی منطقه1 یا چگالی برخورد صاعقه به زمین در منطقه (برحسب تعداد در کیلومتر مربع در سال)، مقاومت پـاي بـرج بخصـوص در چنـد

اسپنی پست و کیفیت حفاظت از صاعقه خطوط منتهی به پست (که نرخ وقوع پدیدة قوس برگشتی2 را مشـخص می‌کنند) و نهایتاً اهمیت پست و عواقب بعدي خاموشی در سیستم.

شیب پیشانی موج ورودي بر روي خطوط انتقال را می‌توان برابرKV/μsec 100 برحسب هر 12 کیلوولت از ولتاژ نامی برق‌گیر تا حداکثر مقدار KV/μsec 2000 انتخاب نمود:

UR ØKV ø 3 < UR < 240KV

S = 12 ·100 Œº msœß

S = 2000 ØŒºKVmsøœß UR ‡ 240KV (10-2)

چنانچه فاصله برق‌گیر از موضع تحت حفاظت از حد خاصی افزایش یابد ولتاژ پایانه‌های تجهیز تحت حفاظت بـه مقـدار دو برابر ولتاژ باقی مانده خواهد رسید و پس از آن با افزایش فاصله، ولتاژ دوسر تجهیز تغییر نخواهد کرد.

با معلوم بودن مقادیرV،L،S وUres می‌توان اضافه ولتاژي که در پایانه‌های تجهیز ظاهر می‌گردد را تخمین زد و بر اساس آن استقامت عایقی موضع تحت حفاظت را تعیین نمود. چنانچه سطح استقامت عایقی لازم غیرقابل قبول باشد، باید سعی کنـیم اضافه ولتاژ ظاهر شده در ترمینال‌های موضع تحت حفاظت را کاهش دهیم. این کار را می‌توان با کاهشUres برق‌گیر از طریق انتخاب یک برق‌گیر با مشخصات بهتر، کاهش فاصله L و یا کاهش شیب S انجام داد.

از طرف دیگر چنانچه سطح استقامت عایقی موضع تحت حفاظت و مقادیرS،Ures وV معلوم باشند می‌توان بـا محاسـبهL از رابطه 9-2() حداکثر فاصله حفاظتی برق‌گیر را پیدا کرد.

.1 Isokeraunic level

.2 Back Flashover

در این روش از اثر خازنی موضع تحت حفاظت، ولتاژ اولیه سیستم در لحظه‌ای که موج سوار خط می‌شود و افت ولتاژ در هادی‌های برق‌گیر صرف‌نظر شده است. هر چه مقادیر اخیر بیشتر باشند، اضافه ولتاژهاي ظاهر شده در ترمینال‌های موضع نیز بزرگ‌تر خواهـد بـود.

شکل (2-6)، این روش ساده را با یک روش کامپیوتري مقایسه می‌کند. در روش کامپیوتري اثـر افـت ولتـاژ در هـادي برق‌گیر، اثر خازنی ترانسفورماتور تحت حفاظت و ولتاژ اولیه سیستم در لحظه‌ای که موج ظاهر می‌شود، در نظر گرفته شـده اسـت. در ایـن مثال طول برق‌گیر و اتصالات آن به همراه فاصله آن تا موضع تحت حفاظت روي هم 6 متر اسـت، سـطح عـایقی تـرانس در برابـر موج صاعقه برابر 650 کیلوولت است و ولتاژ نامی برق‌گیر 120 کیلوولت انتخاب گردیده است که در این حالت سطح حفاظتی آن در برابر موج ورودي Ures برابر 276 کیلوولت فرض شده است.

همان‌طوری که دیده می‌شود اثر خازنی موضع تحت حفاظت، اضافه ولتاژ ظاهر شده در ترمینال‌های آن را افـزایش داده اسـت در.

این شکل محور افقی فاصله محل اتصال هادي برق‌گیر تا تجهیز را نشان می‌دهد. همان‌طوری که دیده می‌شود در حواشـی 40 متر حاشیه ایمنی کافی وجود ندارد.

شکل 2-6: مقایسه روش محاسبه ساده با محاسبه کامپیوتري فاصله حفاظتی برق‌گیر

و نکته آخر اینکه، به علت کوچک‌تر بودن شیب امواج ضربه کلید زنی در مقایسه با امواج صاعقه، فرض می‌شود که این فواصل بر روی ولتاژ ظاهر شده در پایانه‌های تجهیز در ازاي ولتاژ باقی مانده برق‌گیر ناشی از امواج کلید زنی تـأثیر چنـدانی ندارنـد. بـه عبارت ساده‌تر فرض می‌شود که ولتاژ باقی مانده در برابر امواج کلید زنی به‌طور یکسانی در پایانه‌های موضع تحت حفاظت ظاهر می‌گردد.

گام پنجم ـ برآورد اثر افت ولتاژ در هادی‌های برق‌گیر

برق‌گیر از طریق هادی‌هایی به سیستم زمین پست و هادي فشار قوي متصل گشته است. در صورتی که شیب موج جریان عبـوري از آن‌ها در هنگام تخلیه موج ولتاژ توسط برق‌گیر خیلی تند باشد افت ولتاژ روي اندوکتانس این هادی‌ها قابل توجـه خواهـد بـود. برای لحاظ داشتن این پدیده باید از اندوکتانس هادي برق‌گیر و شیب موج جریان عبوري از آن‌ها اطلاع کـافی موجـود باشـد. در محاسبات عملی اندوکتانس هادي برق‌گیر معادل باmH/m 2/1 و شیب جریان تخلیه KA/μs 5 در نظر گرفته می‌شود. بـا ایـن فرضـیات افـتولتاژ در هر متر هادي برق‌گیر در اثر عبور جریان تخلیه برابر خواهد بود با:

Vind = L  dtdi =1.2· 5 = 6 kV / m (11-2)

این افت ولتاژ باید در تعیین سطح حفاظتی برق‌گیر در نظر گرفته شود.