پیوست (2-3): سطوح عایقی استاندارد

سطوح عایقی استاندارد بر اساس حداکثر ولتاژ سیستم ((Um براي سطوح ولتاژي 63 الی 400 کیلوولت در جـدول (2-10) نشـانداده شده‌اند.

جدول 2-01: سطوح استقامت عایقی مطابق با استاندارد (IEC 60071-1)

ولتاژ استقامت کوتاه مدت فرکانس قدرت

 [kVr.m.s] سطح استقامت عایقی در برابر موج ضربه صاعقه استاندارد

 [kVPeak] سطح استقامت عایقی در برابر موج ضربه کلید زنی استاندارد حداکثر ولتاژ سیستم Um[kV] ولتاژ نامی

 Un[kV]

فاز به فاز [[kVPeak فاز به زمین [[kVPeak

 140 325 ــــــ ــــــ ـ 72/5 63-66

 (185) (450) ــــــ ___ 145 132

 230 550

 275 650

 (275) (650) ـــــــ ـــــــ 245 230

 (325) (750)

 360 850

 395 950

 460 1050

ـــــــ 5711 یا 1050 1360 850 420 400

0031 یا 1175 1425 950

5241 یا 1300 1575 1050

* اعداد ستون اول مربوط به ولتاژهاي متعارف شبکه برق ایران است.

توجه:

چنانچه ولتاژهاي نشان داده شده در داخل پرانتزها استفاده گردند، ضروري است آزمایشاتی جهت اثبات استقامت عـایقی فـاز بـهزمین علاوه بر آزمون‌های استقامت عایقی فاز به فاز انجام گیرد و فقط انجام آزمون‌های فاز به فاز کافی نخواهد بود.

پیوست (2-4): اثر شرایط محیطی بر استقامت الکتریکی عایقها [01]

بدیهی است که عایقهاي داخلی متأثر از شرایط محیطی نظیر رطوبـت، فشـار، آلـودگی و درجـه حـرارت نبـوده و لـذا اسـتقامتالکتریکی آن‌ها را می‌توان براي شرایط مختلف آب و هوایی ثابت فرض کرد. برخلاف آن عایقهاي خارجی از شرایط آب و هوایی تاثیرمی‌پذیرند بطوري که:

- استقامت الکتریکی عایق با افزایش چگالی هوا (کاهش دما، کاهش ارتفاع از سطح دریا یا افزایش فشار هوا) بعلت کاهش فاصلهمولکولهاي هوا، افزایش می یابد (زیرا فاصله لازم براي شتاب گرفتن الکترون‌ها و برخورد مؤثر آن‌ها با اتمهاي هم جوارشان کاهشمی یابد).

- استقامت الکتریکی عایق با افزایش رطوبت هوا، به دلیل جذب شدن بارهاي حامل توسط ذرات آب، افزایش مـی یابـ د. در صـورتوجود رطوبت بالا یا مه و یا باران سبک، میزان کاهش استقامت عایقی افزایش می یابد.

- میزان بارندگی اثر قابل توجه اي در تقلیل ولتاژ شکست عایق در ولتاژهاي فرکانس شبکه و اضافه ولتاژهاي کلید زنی دارد، ولـیاثر آن در ولتاژهاي شکست صاعقه نامحسوس است.

- آلودگ یهایی که به دو صورت آلودگی ناشی از نمکها و آلودگی ناشی از دوده هاي صنعتی ظاهر می‌شوند، باعث کاهش اسـتقامتعایقی سطوح خارجی در ولتاژهاي با فرکانس شبکه می‌گردند (عامل تعیی نکننده در طول خزشی مقره ها آلودگی منطقه است).

ضرایب تصحیح شرایط جوي:

شرایط استاندارد آب و هوایی به‌صورت زیر تعریف می‌شوند:

- درجه حرارت استاندارد (ot) برابر 20 درجه سانتی‌گراد

- فشار هواي استاندارد (ob) برابر 160 میل یمتر جیوه (3/101 کیلوپاسکال)

- رطوبت مطلق استاندارد (oh) برابر 11 گرم بر متر مکعب

چنانچه 0U ولتاژ آزمون در شرایط استاندارد (o(ho, bo, t و Ua ولتاژ آزمون تحت شرایط مـورد نظـر (h, b, t) فـرض شـود، خـواهیمداشت:

 Ua = KaU0 (19-2)

در این رابطه Ka ضریب تصحیح شرایط جوي نامیده شده و مقدار آن توسط رابطه زیر محاسبه می‌گردد:

K d

(2-02) K a =  K h Kd ضریب تصحیح چگالی هوا1 و Kh ضریب تصحیح رطوبت هوا2 بوده و مقدار آن‌ها توسط روابط زیر داده می‌شود:

K d = (b)m (273++tto)n (21-2)

b 273

 Kh = (K)W (22-2)

.1 Air density correction factor

.2 Humidity correction factor

در این روابط،m, n, w ثابتهایی هستند که مقادیر آن‌ها از صفر تا یک تغییر کرده و تابع شکل موج ولتاژ، شکل الکترودها، پلاریته و طول فاصله هوایی1 میباشند (به جدول (2-11) مراجعه نمائید).

K نیز ضریبی است که تابع شکل موج ولتاژ و رطوبت مطلق هوا است (شکل 2-17).

جدول 2-11: عوامل تأثیرگذار بر روي استقامت عایقی هوا

فاکتور تصحیح رطوبت ضریب تصحیح چگالی هوا فاکتورهاي n و m پلاریته شکل

الکترود نوع ولتاژ

فاکتور K فاکتور w

شکل (2-71)

منحنی (b) 0

 0 1 +-   موج ضربه

صاعقه

1/0

 0/8 1 +-  

1/0

 0 1 +

 -

شکل (2-71)

منحنی (b) 0

 0 1 +

 -   موج ضربه کلید زنی

شکل (2-18) * شکل (2-18) * +

 -  

شکل 18-2() * شکل (2-18) * +-  

* در حال حاضر اطلاعات بسیار کمی در این زمینه موجود است و هیچ فاکتور تصحیحی پیشنهاد نمی‌شود.

1. Gap spacing

شکل 2-71: فاکتور K براي جداول (2-11)

شکل 2-81: ضرایب n،m و w براي الکترودهاي جدول (2-11) برحسب فاصله بین الکترودها

در هنگام استفاده از این ضرایب باید نکات زیر را در نظر داشت:

نکته 1: چنانچه m=n باشد خواهیم داشت:

K d = ŒØ b (273 + t)0 øœ m = dm (23-2)

ŒºŁ b0 ł (273 + t) œß

در این رابطه d چگالی نسبی هوا نامیده می‌شود: (2-24) 0d = b 273+ t

Ł b0 łŁ 273+ t ł

نکته 2: فشار هوا در یک نقطه، تابع ارتفاع آن نقطه، از سطح دریا (H) می‌باشد:

b -H /18400

=10 (25 -2)

0b نکته 3: چنانچه یک مقایسه نسبی میان ضرایب تصحیح درجه حرارت، فشار هوا (یا ارتفاع محل) و رطوبت هوا بعمل آوریم، می‌توانمشاهده نمود که در میان آن‌ها ضریب تصحیح فشار هوا (یا ارتفاع محل) داراي اهمیت نسبی بیشتري است. از طرف دیگر به کاربردن سایر ضرایب، هرچند از دقت بیشتري برخوردار است، مشکلات خاص خود را بهمراه دارد (جمـع آوري اطلاعـات هواشناسـی، بـرآوردنامطلوب ترین شرایط آب و هوایی، برآورد فاصله بازه و …).

b

چنانچه مطابق استاندارد شرایط نرمال در ارتفاع زیر 1000 متر فرض شود، می‌توان با تقریـب قابـل قبـولی را از رابطـه زیـر

به دست آورد.

 (26-2)

که در این رابطه A، ارتفاع محل از سطح دریا برحسب کیلومتر است.

با استفاده از معادله (2-26) و جایگزینی آن در معادله (2-21) خواهیم داشت:

 (27-2)

b0

b A

= 1b0 10

A m 293 m

K d = 1Ł 10ł Ł 273 + t ł

به‌طور کلی در محاسبات عایقی پستها می‌توان از روابط زیر براي یافتن ضرایب Kd و Kh استفاده نمود:

الف) براي امواج صاعقه:

(2-28) (K d = (1- A10)(273293+ t ب) براي امواج کلید زنی: K h =1 (2-29) 0.7(K d = (1- A10)0.7 (273293+ t 0.7K h = K پیوست 5-2(): عملکرد سوپاپ اطمینان برق‌گیر

براي فراهم آوردن بهترین حفاظت ممکن، برق‌گیرها ترجیحاً در نزدیکی تجهیزات مورد حفاظت نصب می‌گردند تا فاصله انعکاسامواج و آثار ناشی از آن‌ها تا حد امکان کاهش یابد. از طرف دیگر در انتخاب برق‌گیرها، انواع اضافه ولتاژهاي موجـود در شـبکه درنظـرقرار گرفته شده است. با وجود این، شرایط خیلی نادري وجود دارد که تحت آن شرایط ممکن است برق‌گیر بـا اضـافه جریـان مواجـهشود. این قبیل اضافه جریانها می‌توانند موجب ناپایداري حرارتی و نهایتاً اتصالی شدن برقگیرگردند کـه به‌موجب آن گازهـاي داغیونیزه شده اي با فشارهاي بالا در داخل محفظه برق‌گیر ایجاد شده و ممکن است موجب منفجر شدن برق‌گیر گردنـد. در ایـن حالـتقطعات حاصل از انفجار برق‌گیر می‌توانند باعث صدمه دیدن تجهیزات و افراد پیرامون آن گردند. استفاده از سوپاپ اطمینان در برق‌گیر به‌منظور پرهیز از بروز چنین حوادثی می‌باشد. از این رو امروزه کلیه برق‌گیرهای مدرن به وسیله سـوپاپ اطمینـان مجهـز شـده انـ د.

ظرفیت سوپاپ اطمینان برق‌گیر نشاندهنده قابلیت برق‌گیر براي هدایت ایمن جریان اتصال کوتاه سیستم در حالتی است که برق‌گیر دراثر اضافه بار معیوب شده است. طبق استاندارد برق‌گیرهای که با ظرفیت هایی،5،01 و02 40 کیلو آمپر ساخته می‌شوند باید قـادر بـهتحمل جریان اتصالی حداقل به مدت 2/0 ثانیه باشند، بدون آنکه منفجر شوند. در صورتی که سوپاپ اطمینـان برق‌گیر در اثـر یـکاضافه جریان عمل کند، برق‌گیر از بین رفته است و باید تعویض گردد.

شکل‌های (2-19) و (2-20) نحوه عملکرد مکانیزم سوپاپ اطمینان یک برق‌گیر را نشان می‌دهند. مطابق این شکلها کانال سوپاپ اطمینان به موازات ستونی از دیسکهايZnO قرار گرفته است. وقتی برق‌گیر با اضافه بار مواجه می‌شود، قوسی در این کانـال ایجـادشده و متعاقب آن اتصال کوتاه تکفاز به زمین در شبکه رخ می‌دهد. قوس به‌سرعت باعث افزایش درجه حرارت هواي کانال شـده وبسته به شدت جریان اتصال کوتاه، در طی مدت زمان 2 الی 8 میکروثانیه فشار داخلی به حدي می‌رسد که سوپاپهاي اطمینـان در دوطرف برق‌گیر باز شده و گازهاي داغ یونیزه به توسط دریچه هاي ویژه‌ای به سمت معینی از برق‌گیر هدایت می‌شوند و بلافاصـله یـکقوس الکتریکی در خارج چینی برق‌گیر ایجاد می‌شود. انتقال قوس از داخل برق‌گیر به خارج آن فشار داخل محفظه برق‌گیر را کـاهشداده و از انفجار آن جلوگیري به عمل میآورد.

اتصال کوتاه در شبکه با فرمان قطع کلیدها دنبال می‌شود و چنانچه کلیدها به سیستم وصل مجدد1 مجهز باشـند، اعمـال مجـددولتاژ شبکه به برق‌گیر معیوب، باعث روشن شدن قوس خواهد شدکه در این حالت قوس خیلی سریعتر ایجاد می‌گردد. اما به علت بـازبودن دریچه هاي اطمینان، فشار داخلی خیلی کمتر خواهد بود. چنانچه جریان اتصال کوتاه کوچک باشد، فرآیند قوس کنـدتر و دیرتـررخ می‌دهد. بنابراین احتمال افزایش درجه حرارت موضعی، باعث ایجاد شکافهایی در محفظه چینی و نهایتاً خرد شدن آن خواهد شد.

آزمون‌ها این نحوه معیوب شدن برق‌گیر را که در آن قطعات به اطراف پراکنده نشده و نمی‌توانند موجب خسارت بـه افـراد و تجهیـزاتپیرامون گردند را مجاز می دانند. چنانچه زمان برقراري قوس افزایش یابد، ممکن است موجب سرایت قوس به سایر تجهیزات گـردد.

جریان اتصال کوتاه بسته به امپدانس سیستم و نحوه زمین شدن آن ممکن است کوچک یـا بـزرگ باشـد. بنـابراین قابلیـت سـوپاپاطمینان باید هم توسط جریان‌های کوچک و هم جریان‌های بزرگ اثبات گردد.

.1 Auto recloser

شکل 2-91: نمایش شماتیک از عملکرد سوپاپ اطمینان برق‌گیر در مواقع اضافه بار شدن آن  

شکل 2-02: برش شماتیکی از سوپاپ اطمینان نمونه اي یک برق‌گیر

همچنین برش شماتیکی از برق‌گیر که در آن اجزاء مختلف نشان داده شده است در شکل (2-21) آورده شده است.

شکل 2-12: برش شماتیکی از برق‌گیر در شکل زیر نیز شکلی نمونه اي از انواع قرص هاي ZnO نشان داده شده است.

شکل 2-22: شکل نمونه اي از انواع قرص هاي ZnO

زمانی که کلاس تخلیه خط معلوم باشد، به‌صورت خودکار قطر قرصهايZnO برق‌گیر مشخص می‌شود. جـدول زیـر جهـتآشنایی اولیه و نمونه اي براي نحوه انتخاب و رابطه کلاس تخلیه و قطر قرص هاي ZnO آورده شده است.

جدول 2-21: رابطه بین کلاس تخلیه و قطر قرص هاي ZnO

کلاس تخلیه خط قطر قرص هاي ZnO (برحسب میلی متر)

1 و 2 50

2 و 3 60

3 و 4 70

4 و 5 80

5 و بالاتر 001 (یا 2 ردیف 70 میل یمتري به‌صورت موازي)