2-2-9- تعیین طول فاصله خزشی محفظه برق‌گیر

بر اساس سطح آلودگی موجود در محل کاربرد برق‌گیر می‌توان فاصله خزشی ویژه برحسبmm/kV را از جدول زیر به دست آورد.

سپس با ضرب حداکثر ولتاژ سیستم در این مقدار، طول فاصله خزشی مقره برق‌گیر محاسبه می‌گردد. میزان آلودگی منـاطق مختلـفکشور در گزارش "طبقه بندي شرایط محیطی و اقلیمی" از سري همین گزارشات آمده است.

جدول 2-7: حداقل فاصله خزشی ویژه بر اساس میزان آلودگی

حداقل فاصله خزشی ویژه (mm/kV) میزان آلودگی

 16 سبک

 20 متوسط

 25 سنگین

 31 خیلی سنگین

 ‡ 33 ویژه

2-3- نمونه اي از طراحی و انتخاب مشخصه‌های برق‌گیر

هدف از این بخش ارائه مثالی عددي به جهت آشنایی با نحوه تعیین پارامترهاي برق‌گیر در عمـل می‌باشد. بـدیهی اسـت کـهمشخصه‌های برق‌گیرهایی که در این مثال تعیین می‌گردند تنها جهت سیستم‌هایی با همان شرایط قابل اعمال هستند، لذا از بـه کـار بردن مشخصات حاصله از این محاسبات جهت مواردي که فاقد شرایط تشریح شده در این قسمت می‌باشند، باید اجتناب نمود.

مثال: مشخصات برق‌گیرهای مورد استفاده براي سیستمی با شرایط زیر را تعیین نمایید:

ولتاژ نامی سیستم ((Un: 230 کیلوولت حداکثر ولتاژ سیستم ((Um: 245 کیلوولت میزان آلودگی: سنگین

طول بلندترین خط وارده به پست با در نظر گرفتن طرح توسعه آتی پست: 360 کیلومتر نحوه اتصال برق‌گیرها: فاز به زمین

برق‌گیرهای مربوط به ترانسفورماتور در مجاورت بوشینگهاي آن نصب شده‌اند.

فاصله دورترین تجهیز تا برق‌گیر ((LA: 20 متر سطوح استقامت عایقی ترانس ((LIWLT: 950 کیلوولت سطح استقامت عایقی سایر تجهیزات ((LIWLe: 1050 کیلوولت

یادآوري می‌شود که سطح استقامت عایقی در برابر امواج کلید زنی در این سطح ولتاژ توسط سطح استقامت عایقی در برابر امـواجصاعقه پوشش داده می‌شود.

کلیدهاي استفاده شده در پست یا پستهایی که خطوط مربوط به این پست به آن‌ها متصل است فاقد مقاومت وصل است.

امپدانس موجی طولان یترین خط متصل به پست ((Zο: 400 اهم ضریب خطاي زمین ((Ke: 4/1

پست مجهز به قطع کننده خطاي زمین می‌باشد، همچنین نوترال ترانسفورماتورها مستقیماً زمین شده است.

سیستم به‌گونه‌ای طراحی شده است که امکان به وجود آمدن پدیده فرو رزونانس وجود ندارد.

پست موردنظر در ارتفاع کمی نسبت به سطح دریا قرار گرفته و حداکثر دماي محیط 40 درجـه سانتی‌گراد اسـت. ظرفیـت قطـعجریان اتصال کوتاه کلیدهاي پست نیز 40 کیلو آمپر می‌باشد.

انتخاب مشخصه‌های برق‌گیرها

گام اول: انتخاب ولتاژ کار دائم برق‌گیر

با توجه به اینکه برق‌گیرهای موردنظر به‌صورت آرایش فاز به زمین مورد استفاده قرار گرفته اند ولتاژ کار دائم برق‌گیر برابر خواهـد

 UC ‡ UCa, UCa = U m:بود با

3

245

 UCa = =141.45 kV

3

 ‡UC 141.45 kV

بنابراین در انتخاب نهایی برق‌گیر بر اساس کاتالوگ‌های برق‌گیرها باید نزدیکترین مقـدار بزرگ‌تر یـا مسـاوي بـا 141/45 کیلوولـتانتخاب گردد. این انتخاب باید با در نظر گرفتن ولتاژ نامی برق‌گیر همراه باشد.

گام دوم: انتخاب ولتاژ نامی برق‌گیر

از آنجایی که از وضعیت اضافه ولتاژهاي موجود در سیستم اطلاعی در دست نیست از رویه ساده انتخابUR اسـ تفاده می‌کنیم.

بر اساس مطالب مطرح شده در بخش 1-2-2-2() با توجه به اینکه سیستم مستقیماً زمین شده است و بر اساس اینکه ضریب خطـايزمین 4/1 می‌باشد، اضافه ولتاژ موقت ناشی از خطاي تکفاز به زمین برابر است با:

U 245

TOV1 = K.e   =1.4· =198 kV

در سیستم‌هایی که مجهز به برطرف کننده خطاي زمین هستند، عموماً مدت زمان رفع خطاي زمین کمتر از یک ثانیه است (رجوع کنید به پیوست 2-1)، لذا معادل10 ثانیه این اضافه ولتاژ موقت از رابطه 6-2() برابر است با:

TOV10 = TOV1 (T10)1/ 51 =198(10 1)1/ 51

 =TOV10 189.26 kV

با توجه به طراحی سیستم پست، احتمال وقوع اضافه ولتاژهاي موقت با دامنه بالاتر از مقدار فوق به علت وجود سیستم حفـاظتیمناسب کم است، لذا 10TOV به دست آمده را می‌توان به‌عنوان مبنا براي انتخاب اولیه ولتاژ نامی برق‌گیر در نظر گرفت. UR بایـد بـهگونه‌ای انتخاب شود که همواره رابطه زیر برقرار باشد:

U R ‡ TOV10 U R ‡189.26 kV

با توجه به جدول 2-1() و بر اساس ولتاژ نامی سیستم با پ لههاي 12 کیلوولت، اولین مقدار استاندارد بزرگ‌تر یا مساوي بـا62/981 کیلوولت انتخاب می‌شود. بر اساس این جدول مقدار ولتاژ نامی اولیه برق‌گیر برابر خواهد بود با:

U R=192 kV

گام سوم: انتخاب مشخصه‌های حفاظتی که برق‌گیر باید فراهم نماید ـ تعیین سطوح استقامت عایقی تجهیزات بدون اصلاح شرایط جوي:

از اطلاعات طراحی:

 ترانسفورماتورها LIWLT = 950 kV سایر تجهیزات LIWLe =1050 kV

با توجه به سطح ولتاژي مورد نظر، سطح استقامت عایقی تجهیـزات و ترانسـفورماتورها در برابـر امـواج کلید زنی توسـط سـطحاستقامت عایقی در برابر امواج صاعقه پوشش داده می‌شوند، لذا این سطوح استقامت عایقی در محاسبات وارد نمی‌گردند (رجوع کنیـدبه پیوست 3-2).

ـ تعیین فاکتور تصحیح شرایط محیطی و تعیین مقادیر واقعی سطوح استقامت مورد نیاز:

با توجه به اطلاعات طراحی و همچنین مطالب مندرج در پیوست 4-2() می‌توان ضریب تصحیح شرایط محیطـی را به دست آورد.

لذا خواهیم داشت:

K a =  K d, K h =1, K d = 293 = 293 = 0.9361 K h 273 + t 273 + 40

 =K a 0.9361

به ازاي این مقدار از ضریب تصحیح شرایط محیطی، مقادیر واقعی سطوح تحمل عایقی تجهیزات و ترانسفورماتورهاي پست برابرخواهند بود با:

 LIWLT = 889 kV ترانس LIWLe = 983 kV سایر تجهیزات

ـ تعیین سطوح حفاظتی مورد نیاز براي ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات

با اعمال حواشی ایمنی مطابق با جدول 1-2() مقادیر سطوح حفاظتی مورد نیاز جهت تجهیزات و ترانسفورماتورها را می‌توان ازرابطه 7-2() به دست آورد:

از جدول 1-2() مقدار 2.1 = CPL انتخاب می‌گردد.

LIPLT = LIWLT = 889 » 741kV:از معادله (2-7) داریم

CPL 1.2

 براي ترانسفورماتورها LIPLT 741kV = براي سایر تجهیزات LIPL e =   » 819 kV

برآورد اثر فاصله برق‌گیر از تجهیز مورد حفاظت

در مورد برق‌گیرهایی که در مجاورت ترانسفورماتورها نصب گردیده اند، از اثر فاصله برق‌گیر به علت کوچک بودن فاصله صـرفنظرمی‌شود. در نتیجه براي این دسته از برق‌گیرها سطوح حفاظتی فراهم شده توسط برق‌گیر در ازاي امواج ضربه صاعقه بایـد بزرگ‌تر یـامعادل باLIPLT یعنی 741 کیلوولت باشد. اما در مورد سایر تجهیزاتی که از برق‌گیر فاصله دارند باید اثر فاصله از برق‌گیر را نیز لحاظداشت.

با استفاده از معادله 9-2() می‌توان میزان سطح حفاظتی را که برق‌گیر باید جهت حفاظت از دورترین تجهیزات فراهم کند، بدستآورد. براي این منظور در این رابطهU را برابر سطح حفاظتی مورد نیاز واقعی دورترین تجهیز در برابر امواج صاعقه انتخاب می‌کنیم، یعنی U= 819 KV. سپس از معادلات 9-2(و) (2-10) و اطلاعات طراحی خواهیم داشت:

(10-2) از معادله:S =  U12R ·100 = 192 12 ·100 =1600kVmsec

 از معادله 9-2() و اطلاعات طراحی : Ures = U - 2·S·L, V = 300  m, LA = 20m

V ms

 U res = 819 -   = 605.66 kV

با توجه به نتایج فوق و با صرف‌نظر کردن از اثر افت ولتاژ در هادی‌های برق‌گیر، سطوح حفاظتی فراهم شده توسـط برق‌گیرها بایـدبصورت زیر باشند:

UPLT £ 741kV سطح حفاظتی برق‌گیر در برابر موج ضربه صاعقه براي حفاظت ترانسفورماتور

UPLe £ 605.66kV سطح حفاظتی برق‌گیر در برابر موج ضربه صاعقه براي حفاظت دورترین تجهیزات با توجه به حداکثر ولتاژ سیستم (Um = 245kV) و جدول 4-2() این سطوح حفاظتی باید به ازاي برق‌گیرهایی با جریـان تخلیـهنامی 10 کیلو آمپر برآورده شوند.

گام چهارم ـ انتخاب حداقل کلاس تخلیه اولیه

در این مرحله، با فرض اینکه به کاتالوگ‌های برق‌گیر دسترسی نداریم، می‌توان با استفاده از جدول (2-4) کـلاس تخلیـه اولیـه اي برابر 2 را انتخاب نمود.

گام پنجم ـ محاسبه ظرفیت جذب انرژي ویژه برق‌گیر (0¢(W براي کلاس انتخابی

در این مرحله از طراحی در صورت عدم دسترسی به کاتالوگ‌های برق‌گیر می‌توان با استفاده از جـدول (2-2) پیـک جریـان مـوجضربه کلید زنی را استخراج نمود و سپس با استفاده از این مقدار و جدول 3-2() مقدار تقریبی ولتاژ باقیمانده برق‌گیر در برابر این مـوجضربه کلید زنی را با توجه به کلاس انتخابی و ولتاژ سیستم به روش درونیابی به دست آورد.

A1000 = پیک موج جریان کلید زنی: از جدول (2-2)

رابطه درونیایی UR UPS 192 -180 = U PS - 382 از جدول 3-2() به ازاي

 382 - 483 180- 228 382 180 کلاس تخلیه 2 و جریان 192 UPS U PS » 407kV = U res کلید زنی یک کیلو آمپر 483 228

پس از مشخص شدن Ures می‌توان با استفاده از شکل (2-8) انرژي ویژه برق‌گیر (0¢(W را به‌صورت زیر به دست آورد.

کلاس تخلیه برابر 2 و 2.12 = 407 =U res: از شکل 8-2()

U R0 192

W0¢ =1.95kJ / kV

گام ششم ـ برآورد ظرفیت جذب انرژي ویژه برق‌گیر با توجه به مشخصات سیستم واقعی

در این مرحله، قابلیت جذب انرژي برق‌گیر به ازاي پارامترهاي سیستم واقعی مورد بررسی قرار می‌گیرد. براي این منظور با استفاده از اطلاعات طراحی و نتایج به دست آمده تا این مرحله می‌توان از معادله (2-14) انرژي جذب شده توسط برق‌گیر را به دست آورد:

W = {(U L - U PS)/ Z0 }· U PS · 2T· n (14-2)

مقادیر کمیتهاي این رابطه عبارت‌اند از:

Z 0 = 400W, U PS = 407kV,n =1

T = =VL 0.3360km /kmms =1200m sec

مقدارUL که ماکزیمم اضافه ولتاژ پیش بینی شده در اثر کلید زنی یا ولتاژ شارژ خط می‌باشد، میتواند بطور تقریبـی از شـکل (2-

10) بر اساس اطلاعات سیستم (نوع اتصال نوترال، جبرا نسازي، نوع کلیدهاي بکار رفته و غیره) و یا از جدول 5-2() تعیین گـردد. بـاتوجه به اینکه اطلاعات کاملی از وضعیت سیستم نداریم با استفاده از جدول 5-2() مقدار UL را به‌صورت زیر تعیین میکنیم.

UL =3PU= ·3 Um 2 = ·3 245· 2 kV

3 3

= UL 600 kV

با مشخص شدن UL، از رابطه 14-2() خواهیم داشت:

W ={(600 - 407) / 400}· 407 · ·2 1200

= W 471.3 kJ

حال ظرفیت جذب انرژي ویژه برق‌گیر از رابطه (2-15) برابر است با:

W ¢ =  UWR =   W ¢ = 2.454 kJ/kV

چنانچه مقدار ¢W با 0¢W مقایسه گردد، مشخص می‌گردد که 0¢W¢ > W است و این بدان معنی است که برق‌گیرهای نصـبشده در انتهاي خطوط (در مدخل ورودي پست) قادر به جذب انرژي ناشی از کلید زنی یا بـار شـارژ شـده در خـط نیسـتند. لـذا طبـقفلوچارت شکل 1-2() و مطالب ارائه شده در بخش 5-2-2() ولتاژ نامی را یک پله افزایش می دهیم. UR جدید با توجه به پله ولتاژي

12 کیلوولت (به جدول 2-1 مراجعه نمائید) برابر خواهد بود با:

U R = U Ro +12kV =192 +12

= U R 204 kV

حال سطوح حفاظتی فراهم شده به‌وسیله این UR جدید را به روش درونیابی از طریق جدول 3-2() تعیین می‌کنیم:

 204 - 180 U PS - 382

=

228 - 180 483 - 382

= U PS 432.5 kV

UR UPS

از جدول 3-2() به ازاي جریان کلید زنی

180 382

 204 UPS یک کیلو آمپر و کلاس تخلیه 2

228 483

از آنجایی که این سطح حفاظتی از سطح حفاظتی لازم براي ترانسفورماتورها و تجهیزات پایین تر است، مقدارUR جدیـد سـطوححفاظتی قابل قبولی را فراهم می‌کند. لذا به بررسی ظرفیت جذب انرژي برق‌گیر در شرایط جدید می پردازیم. با انجام مراحل مشـابهیاز گام پنجم مقادیر زیر به ازاي UR جدید به دست می آیند:

 UPS = Ures = 432.5kV

 ()2-8 از شکل: Ures = 432.5 = 2.11 W0¢ =1.97 kJ/kV

UR 204

 (14-2) از معادله: W = 434.66 kJ W¢ = 2.13kJ / kV

در این حالت نیز 0¢W¢ > W است، لذا UR را یک پله دیگر افزایش داده و مراحل فوق را دوباره تکرار می‌کنیم. نتایج حاصـله بـهصورت زیر می‌باشد:

UR = 216KV, UPL =568.5kV U£ PLT, Uple

= UPS 457.75kV W0¢ =1.98kJ/ kV W¢ =1.8kJ/kV

با توجه به اینکه ¢W¢0 > W است، آخرین ولتاژ نامی انتخابی را به همراه کلاس آن به‌عنوان پارامتر مشخصه برق‌گیر میپذیریم.