گام هفتم ـ تعیین ظرفیت سوپاپ اطمینان

با توجه به اینکه قدرت اتصال کوتاه در محل نصب برق‌گیرها مشخص نمی‌باشد از ظرفیت قطع کلیدها در ماکزیمم ولتاژ سیسـتماستفاده می‌کنیم. با توجه به اطلاعات مسئله این ظرفیت برابر 40 کیلو آمپر می‌باشد. براین اساس برق‌گیر انتخابی باید مجهز به سوپاپ اطمینانی باشد که داراي کلاسی معادل با 40 کیلو آمپر با مدت زمان استمرار 2/0 ثانیه باشد.

گام هشتم ـ تعیین استقامت عایقی محفظه برق‌گیر

بر اساس جدول 6-2() سطوح استقامت عایقی محفظه برق‌گیر به‌صورت زیر تعیین می‌گردند:

LIWL ‡1.3 U PL LIWL 1.3‡ ·568.5 LIWL ‡ 740kV

SIWL 1.25 U‡ PS SIPL ‡ 1.25· 457.75 SIPL ‡572kV

گام نهم ـ تعیین طول فاصله خزشی محفظه برق‌گیر

با توجه به اطلاعات مسئله و جدول 7-2() طول فاصله خزشی محفظه برق‌گیر به‌صورت زیر تعیین می‌گردد:

میزان آلودگی بر اساس اطلاعات مسئله: سنگین

حداقل فاصله خزشی از جدول (2-7): mm/kV 52

 mm · U m 52 ‡ طول فاصله خزشی مقره محفظه برق‌گیر

kV

 mm 6125 ‡ طول فاصله خزشی مقره محفظه برق‌گیر

با توجه به اطلاعات به دست آمده، براي سیستم مورد نظر می‌توان از برق‌گیرهایی که شرایط زیر را فراهم آورند استفاده نمود:

UC ‡ 141/45kV

TOV10 ‡ 189/26kV UR = 216kV

LIPL £ 568/5kV SIPL £ 457/75kV W0¢ ‡1/8J / kV

 2= کلاس تخلیه خط

نتیجهگیري: سطح حفاظتی برق‌گیر بسیار مهم بوده و در صورتی که عددي بزرگ‌تر انتخاب شود ممکن است این انتخـاب درسـتنباشد و کلاس بالاتر تخلیه انتخاب شود.

پیوست 1-2(): روش تعیین اضافه ولتاژهاي موقت در شبکه

الف ـ اضافه ولتاژهاي ناشی از اتصال زمین در شبکه

یکی از عوامل ایجاد اضافه ولتاژهاي موقت در شبکه وقوع اتصالی هاي تک فاز در سیستم می‌باشد. دامنه و مـدت زمـان اسـتمراراین نوع اضافه ولتاژها متأثر از نحوه زمین کردن شبکه، امپدانسهاي توالی مختلف شبکه، امپدانس خطاي زمین، وجود یا عـدم وجـودسیستم برطرف کننده اتوماتیک خطاي زمین در شبکه و عوامل دیگر است.

این‌گونه از اضافه ولتاژهاي موقت شایع ترین نوع اضافه ولتاژها هستند. در سیستمهایی که نوترال آن‌ها زمین شده است مدت زمـانتداوم این اضافه ولتاژها عموماً کمتر از یک ثانیه است. سیستمهایی که نوترال آن‌ها به وسیله امپدانس زمین شـده اسـت، داراي زمـانرفع خطایی عموماً کمتر از01 ثانیه هستند. در سیستمهاي بدون برطرف کننده خطاي زمین این مـدت زمـان ممکـن اسـت چنـدینساعت بطول انجامد.

در هر مکان مشخصی از شبکه سه فاز و براي یک آرایش مشخص از شبکه، نسبت حداکثر ولتاژ مؤثر فرکانس قدرت فاز به زمین در فاز سالم (در حین خطاي تک فاز به زمین یا دو فاز به زمین) به مقدار ولتاژ مؤثر فرکانس قدرتی که در آن مکـان ویـژه در غیـابخطاي زمین موجود است را ضریب اتصال زمین ((Ke تعریف می‌کنند.

ضریب اتصال زمین جهت تعیین اندازه اضافه ولتاژ موقت ظاهر شده در مکان مشخصی از سیستم (به جهت اتصال زمـین) مـورداستفاده قرار می‌گیرد. به این معنی که اضافه ولتاژ موقت ظاهر شده در آن مکان برابر با حاصل ضرب ضریب اتصـال زمـین در ولتـاژمؤثر فاز به زمین قبل از خطا می‌باشد (مدت زمان رفع این خطا توسط سیستم حفاظتی شبکه تعیین می‌گردد).

ضریب اتصال زمین با استفاده از امپدانسهاي توالی مثبت (1(Z، منفی (2(Z و صفر (0(Z سیستم و با در نظر گرفتن مقاومتی که از طریق آن اتصال زمین برقرار شده است (R) محاسبه می‌گردد.

در صورتی که شبکه به‌صورت امپدانسی زمین شده باشد، ضریب اتصال زمین ممکن است در نقاط دیگر بزرگ‌تر از مقـدار آن درمحل وقوع اتصال زمین باشد. لذا باید در هنگام مطالعه این‌گونه سیستم‌ها این پدیده مورد بررسی قرار گیرد.

شکل (2-11) یک حالت کلی را نمایش می‌دهد که در آن 1R1 << X و R= 0 است. در این شکل، مقادیر بزرگ 1X0 / X بـ راي سیستمهایی که به‌صورت امپدانسی زمین شده‌اند یا نوترال آن‌ها ایزوله می‌باشد، به کار می‌رود. مقادیر مثبت و کوچک 1X0 / X بـرايسیستمهایی که نوترال آن‌ها مستقیماً زمین شده است، معتبر خواهد بود.

مقادیر منفی و کوچک 1X0 / X که با هاشور مشخص شده‌اند، بـراي کاربردهـاي عملـی جهـت وضعیت‌های تشـدیدي مناسـبنمی‌باشند.

K

شکل 2-11: ضریب اتصال زمین بر اساس 1X0 / X به ازاي R1 << X1, R=0

براي سیستمهایی که نوترال آن‌ها زمین شده است، شکل‌های (2-12) تا (2-51)، مقادیر ضریب اتصـال زمـین را بـه ازاي مقـادیرویژه‌ای از 1R1 / X نشان م یدهند. این منحنی ها براي مقادیر مقاومت اتصال به زمین مختلف، بزرگترین ضریب اتصال زمین را نتیجه می‌دهند.

براي نشان دادن شرایط بحرانی، منحنی ها به نواحی مختلفی تقسیم شده‌اند که از نمادگذاریهاي زیر براي نشان دادن این نـواحی استفاده گردیده است:

ـــــ ماکزیمم ولتاژ در حین خطاي فاز به زمین در فازي اتفاق می‌افتد که نسبت به فاز خطا دیده پی شفاز بوده است.

…… ماکزیمم ولتاژ در حین خطاي فاز به زمین در فازي اتفاق می‌افتد که نسبت به فاز خطا دیده پسفاز بوده است.

ـ.ـ.ـ.ـ. ماکزیمم ولتاژ در حین خطاي فاز به زمین در فازهاي سالم اتفاق می‌افتد.

 شکل 2-21: نسبت بین 1R0 /X و 1X0 /X براي مقادیر ثابتی از ضریب اتصال زمین که در آن 0=1R است

  شکل 2-31: نسبت بین 1R0 /X و 1X0 /X براي مقادیر ثابتی از ضریب اتصال زمین که در آن 1R1=0.5 X است

شکل 2-41: نسبت بین 1R0 /X و 1X0 /X براي مقادیر ثابتی از ضریب اتصال زمین که در آن 1R1 = X است

 R0

 X1

 Ke=1.4

 Ke=1.3

Ke=1.4

 Ke=1.2

 Ke=1.5

 Ke=1.6

 X0 X1

شکل 2-51: نسبت بین 1R0 /X و 1X0 /X براي مقادیر ثابتی از ضریب اتصال زمین که در آن 1R1=2 X است

حداکثر ضریب اتصال زمین براي شبکه‌های 63 الی 400 کیلوولت ایران به شرح جدول زیر می‌باشد. شبکه‌هایی کـه در آن کلیـهنقاط نوترال ترانسها مستقیماً به زمین متصل شده‌اند، به‌طور مؤثر زمین شده محسوب می‌گردند و شبک ههایی که در آن‌ها تنهـا تعـدادمحدودي از ترانسها مستقیماً زمین شده‌اند و یا اینکه ترانسها از طریق مقاومت و راکتور به زمین متصل شده‌اند، به‌طور غیرمـؤثرزمی نشده محسوب میگردند.

جدول 8-2: ضرایب اتصال زمین براي شبکه‌های ایران

ضریب اتصال زمین ((Ke پیشنهادي نحوه زمین شدن سیستم حداکثر ولتاژ سیستم ((Um

 [kV] ولتاژ نامی سیستم ((Un

 [kV]

 1/4 بطور مؤثر 420 400

 1/4 بطور مؤثر 245 230

 1/4 بطور مؤثر 145 132

 1/4

 1/73 بطور مؤثر بطور غیر مؤثر 72/5 36 و 66

 1/73 بطور غیر مؤثر 24 20

ب - اضافه ولتاژهاي ناشی از قطع بار1

پس از جداسازي بارها، ولتاژهاي سمت منبع کلیدهاي قدرت افزایش می‌یابند. اندازه اضافه ولتاژ بستگی به مشخصه بار جدا شـدهو قدر ت اتصال کوتاه پست تغذیه دارد. اضافه ولتاژهاي موقت در ترانسفورماتورهاي نیروگاهی بسته به وضـعیت مغناطیسـی و شـتابگرفتن ژنراتور پس از قطع کامل بار داراي اندازه هاي نسبتاً بزرگی است. اندازه اضافه ولتاژهاي ناشی از قطع بار معمولاً در طول مدت

.1 Load rejection

زمان استمرار آن‌ها ثابت نمی ماند. محاسبات دقیق مستلزم در نظر گرفتن پارامترهاي فراوانـی اسـت. ولتاژهـاي فـاز بـه زمـین بطـوریکسانی افزایش پیدا می‌کنند و از این رو اضافه ولتاژهاي فاز به زمین و فاز به فاز بطور نسبتاً یکسانی اتفاق می افتنـد. بـه علـت اثر خازنی خطوط بلند بیبار1 ولتاژ انتهاي این خطوط میتوانند در اثر قطع باري در انتهاي آن‌ها، افزایش چشم گیري داشته باشند.

مقادیر زیر را می‌توان جهت تعیین اضافه ولتاژهاي ناشی از قطع بار مورد استفاده قرار داد:

ـ در شبکه‌های در حال توسعه2 قطع کامل بار می‌تواند موجب اضافه ولتاژهاي فاز به زمین با اندا زه هاي معمولاً کمتر از 2/1 پریونیت گردد. مدت زمان استمرار این اضافه ولتاژها بستگی به عملکرد تجهیزات کنترل ولتاژ داشته و ممکن اسـت تـا چنـدین دقیقـه طـولبکشد.

ـ در شبکه‌های توسعه یافته 3، پس از جداسازي کامل بار، اضافه ولتاژهاي فاز به زمین ممکن است به مقدار 5/1 پریونیت و یا حتـیبیشتر (هنگامی که اثر فرانتی یا رزونانس رخ دهند)، برسند. مدت زمان استمرار آن‌ها ممکن است تا چند ثانیه باشد.

ج – سایر عوامل

در برخی از سیستم‌ها لازم است عوامل زیر نیزکه می‌توانند منجر به اضافه ولتاژهاي موقت گردند در نظر گرفته شوند:

- اثر رزونانس، مانند وقتی که خطوط بی بار طولانی باردار میگردند

- افزایش ولتاژ در طول خطوط بلند

- اضافه ولتاژهاي هارمونیکی همانند زمانی که ترانسفورماتورها قطع و وصل می‌شوند

- قطع و وصل تک فاز ترانسفورماتور سه فاز با بار ثانویه نامتعادل

اضافه ولتاژهاي ناشی از فرو رزونانس نباید براي انتخاب برق‌گیر به‌عنوان مبنا در نظر گرفته شوند، اما آن‌ها را باید به‌گونه‌ای کاهشداد.

- اثر فرانتی که ولتاژ ابتداي خط برابر است با ولتاژ انتهاي خط تقسیم بر (2ZY  +1) محاسبه می‌شود. که 2ZY  +1 براي خطوط بلندکوچکتر از یک بوده و با افزایش طول خط مقدار آن کاهش می یابد.

د – نمایش اضافه ولتاژهاي موقت

وقتی که اندازه و مدت زمان استمرار اضافه ولتاژهاي موقت مشخص گردید، یک نمایش مناسب براي نشان دادن اضافه ولتاژهـاآن است که بزرگترین اضافه ولتاژ را بعنوان دامنه اضافه ولتاژ موقت انتخاب نمود و مدت زمان استمرار آن را معادل با مجموع مـدتزمانی گرفت که در آن دامنه‌های اضافه ولتاژهاي موقت بیش از 90% این مقدار هستند.

.1 Ferranti effect

2. Moderately Extended Systems

.3 Extended Systems

پیوست (2-2): انتخاب ولتاژ نامی برق‌گیر با در نظر گرفتن TOV با فرکانسی متفاوت از فرکانس قدرت

عموماً منشأTOV با فرکانسهایی متفاوت از فرکانس شبکه قدرت، شرایط رزونانس می‌باشد کـه در طراحـی سیسـتم بایـد از آناجتناب گردد. این گونه از اضافه ولتاژهاي موقت تحت شرایط ویژه‌ای رخ داده و بنابراین معمولاً در هنگام انتخاب ولتاژ نامی برقگیـراز آن‌ها صرف‌نظر می‌گردد. به هر حال در شرایطی که مجبور به در نظر گرفتن آن‌ها باشیم می‌توان از روش زیر استفاده نمود:

برايTOV هاي با دامنه یکسان و مدت زمان استمرار متفاوت، نسبت میان انرژي هاي جذب شده (1W و 2W) در طی نیم سـیکل ازموجهاي با فرکانسهاي 1f و 2f برابر است با (رابطه 2-4):

W 1 f 2 T1

W 2 = f1 = T2 (18-2)

که در آن 1f و 2f فرکانس دو موجTOV است و 1T و 2T مدت زمان تداوم نیم سیکل از آن‌ها می‌باشد. این رابطه نشان می‌دهدکه براي یک دامنه یکسان ازTOV ها، مدت زمان تحمل برق‌گیر برحسب ثانیه یکسان و مستقل از فرکانس می‌باشد (ایـن امـر درصورتی صادق است که مدت زمان تداوم TOV ها کمتر از 10 ثانیه باشد).

همان‌طور که در بخش 2-2-2-2() بدان اشاره گردید، اضافه ولتاژ موقت 10 ثانیه (10(TOV با فرکانس قـدرت می‌بایستی بـهعنوان مبناي انتخاب ولتاژ نامی برق‌گیر محاسبه گردد. در صورتی کهTOV با فرکانس متفاوت از فرکانس شبکه وجود داشته باشـد، از روابط 6-2(و) (2-18) می‌توان به 10TOV با فرکانس قدرت دست یافت. براي تشریح این روش به مثالی بسنده می‌شود:

TOV هاي نشان داده شده در شکل (2-16) را در نظر بگیرید. در جدول 9-2() TOV ها براي یـکTOV معـادل در فرکـانس 50 هرتز به ازاي اندازه 5(/1 پریونیت) و مدت زمان تداوم (3/15 میل یثانیه) مجدداً محاسبه شده‌اند.

اضافه ولتاژ (10(TOV با استفاده از معادله 6-2() برابر است با: TOV 10 = 1.5(0.0153) 151 = 1.32 PU

10

در نتیجه یک برق‌گیر بـا ولتـاژ نـامی معـادل یـا بزرگ‌تر از 32/1 پریونیـت بایـد انتخـاب گـردد (یـا یـک برق‌گیر باقابلیت،

.(TOV10 ‡1.32PU

شکل 2-61: مثالی از TOV متشکل از چندین فرکانس مختلف متفاوت از فرکانس قدرت

جدول 2-9: نحوه محاسبه 10TOV ناشی از TOV هاي با فرکانسی به غیر از فرکانس قدرت

اضافه ولتاژ

 [PU] تداوم زمانی

 [Ti]

 [ms] مدت زمان تداوم TOV معادل HZ 05

با میزان اتلاف انرژي یکسان [ms] مدت زمان تداوم TOV معادل با دامنه PU 5/1 با میزان اتلاف انرژي یکسان [ms]

 1/3 5/0 5/0 0/0034

 1/4 5/0 5/0 0/148

 1/4 7/5 7/5 0/222

 1/5 12/0 12/0 12/0

 1/3 5/5 5/5 0/0037

 1/4 8/5 8/5 0/252

 1/3 6/0 6/0 0/004

 1/5 2/5 2/5 2/5

 1/4 4/0 4/0 0/119

T= 15/3m sec