توضیحات
5- 2-5 حفاظت در برابر سوء عمل تجهيزات
وسايل حفاظتي استاندارد و انتخاب هاي متعددي براي محرك هاي اوليه توسط سازندگان پیش‌بینی و ارائه می‌شود. سرمایه‌گذاری براي تجهيزات و ماهيت بارهاي مهم و اصلي نحوه اعمال اين حفاظت را تعيين می‌کند.
برخي وسايل از كار انداختن تجهيزات می‌تواند فقط به شكل هشدار (آلارم) بوده و سوء عمل را مي توان سريعا مورد رسيدگي قرارداد. مثالي از اين مورد، تأسیساتی است كه تحت مراقبت و نظارت قرار دارد. درزمانی كه تشخيص داده شد با توجه به شرايط سوء عمل، از كار انداختن و توقف تجهيزات الزامي است، يكپارچگي حفاظت برقرار شده و قابليت اعتماد منبع نيروي برق ارتقاء می‌یابد مشروط بر آن‌که سوء عمل بنحوي باشد كه هشدار و توقف متعاقب تجهيزات را بتوان به كار گرفت.
دماي بالاي آب، دماي بالاي روغن، فشار پايين روغن، اضافه سرعت، دماي بالاي اكزور و ارتعاشات زياد مثالهاي نوعي از سوء عمل هايي است كه براي آن‌ها حفاظت دو سطحي پيشنهاد شده در فوق ضروري است. در ماشین‌های بزرگ، اين امر معمولاً سرمایه‌گذاری بي اهميتي است. در بسياري تأسیسات، پیش‌بینی و تأمین وسايل اندازه‌گیری و نمايشگر براي مراقبت پيوسته از پارامترهاي فوق توسط پرسنل تأسیسات يا افراد در مکان‌های دوردست، امري مرسوم بوده و اغلب سازندگان ماشين بر آن تأکید دارند. هنگامی‌که ماشین‌های تحت كنترل از دور در نواحي با دسترسي مشكل قرار دارند، قرائت يكايك پارامترهاي ماشين اهميت بيشتري می‌یابد. در مواردي، به علت این‌که پرسنل عمليات با قابليت كنترل از راه دور، بدون اطلاع از سوء عمل و نوع آن، واحدها را مجدداً راه‌اندازی كرده يا كار واحدها را ادامه داده اند، به ماشين ها و توربین‌ها صدمه وارد شده است.
دستگاه‌های ژنراتور بزرگ كه به سيستمهـاي كنترل پيچيده نياز دارند غالباً براي توان كنترل از سیستم‌های برق بدون وقفه (UPS) استفاده می‌کنند. حفاظت منابع تغذيه برق با چنين ماهيتي، براي حفاظت كلي ماشين ضروري و حياتي است. توربین‌ها و ماشينهاي تقابلي با توجه به ماهيت طراحي و عمليات آن‌ها، به روال متفاوتي جهت حفاظت نياز دارند. ماشین‌های تقابلي کوچک‌تر معمولاً داراي حفاظت در برابر دماي بالاي آب، فشار پايين روغن، اضافه سرعت و ناتواني در راه‌اندازی و شروع به كار می‌باشند. واحدهاي بزرگ‌تر می‌توانند شامل حفاظت در برابر دماي بالاي روغن، ارتعاشات زياد و نيز حفاظت براي سیستم‌های پيچيده كنترل و تحريك باشند.
در توربین‌های احتراقي وسايل حفاظتي در برابر ناتواني در رسيدن به‌سرعت خود نگهدار، حدود دماي اگزوز و كنترل آن بايد اضافه شود. بديهي است اضافه سرعت و ارتعاشات در توربین‌ها به علت سرعت زياد آن از پارامترهاي مهم و اساسي محسوب می‌شوند.
دستگاه‌های فرعي برقي با تحريك موتوري در ژنراتورهاي عظيم مانند پمپ‌هاي روغن و پمپ‌هاي آب خنک‌کننده در حفاظت و قابليت اعتماد اين ژنراتورها نقش عمدهاي ايفاء می‌کنند. با حذف لغزشهاي اضافه‌بار حرارتي از مدارهاي كنترل موتوري و استفاده از آلارم فقط در اضافه‌بار موتور فرعي در تأسیسات مهم كه به‌طور محلي عمل می‌کنند، می‌توان قابليت اعتماد را افزايش داده و حفاظت را برقرار كرد. در اين حالت، دماي روغن و سطوح آن، دماي آب خنک‌کننده و بار موتور فرعي بايد به‌دقت مراقبت و مانيتور شود تا از سرمايه صرف شدهبراي تجهيزات حفاظت به عمل آيد.
5- 3-5 حفاظت سيستم سوخت
اهميت حفاظت در سیستم‌های سوخت، با توجه به قابليت اعتماد منابع نيروي برق، بر كسي پوشيده نيست.
براي مثال بديهي است هشدار و آلا رمهاي سطح و فشار پايين می‌تواند ازکارافتادن يا كار نكردن غیرضروری دستگاه‌های ژنراتور اضطراري كه به قابليت اعتماد بالايي نياز دارند، جلوگيري كند. آیین‌نامه‌هاي ساختمان و ضوابط بيمه آتش‌سوزی به تعيين مکان‌های بهينه سیستم‌های سوخت كمك می‌کند. به فصل 4 اين نشريه در مورد توصیه‌هاي مرتبط با ذخيره و نيز به استاندارد ANSI / NFPA 30 جهت الزامات حفاطت در لولهكشي براي سوخت مراجعه كنيد.
بايد توجه شود كه اگر گازولين و سوختهاي ديزل به مدت طولاني مصرف نشده باقي بمانند كيفيت خود را از دست خواهند داد. تمهيداتي بايد انديشيده شده وبه‌طور متناوب سوخت ها در فواصل زماني منظم مصرف يا جايگزين شده و مواد افزودني مناسب به آن‌ها اضافه شود.
5- 6 منبع برق شهري
حفاظت منبع برق شهري ثانوي كه در حالت اضطراري عمل می‌کند با حفاظت آن در حالت منبع نرمال تفاوتي ندارد با اين استثناء كه در هنگام اتصال هم‌زمان دو منبع مشكلاتي در اين رابطه امكان دارد ايجاد شود. معمولاً در تجهيزات از اين مورد عمدا پرهيز می‌شود ولي اگر پيش آيد، دو منبع پيش از این‌که به‌طور هم‌زمان بسته شوند (موازي شوند) بايد با هم سنكرون باشند. به‌هرحال، اگر مجاز باشد، امكان دارد دو منبع به‌طور پيوسته در حالت موازي عمل كرده ودر وظيفه تأمین نيروي برق مشاركت داشته به‌طوری‌که اگر هر يك از آن‌ها از كار بيافتد ديگري به‌عنوان جانشين (اضطراري) عمل كرده و تأمین برق كل بار را به عهده می‌گیرد. چنين حالتي را نيز می‌توان افزونگي منابع ناميد.
برخلاف ژنراتور اضطراري، ولتاژ برق شهري اضطراري بلافاصله در دسترس خواهد بود. اگر بار شامل موتورهاي بزرگ باشد، اين موتورها ازنظر وارد شدن منبع اضطراري به مدار در جايي كه ولتاژ مانده در موتورها با ولتاژ منبع اضطراري اختلاف فاز دارد، بايد موردحفاظت قرار گيرد. اگر انتقال با ازکارافتادن منبع نرمال آغاز شود، سرعت موتورها کاهش‌یافته و اختلاف فاز خواهند يافت. بنابراين لازم است انتقال توسط تايمر يا رله ولتاژ تا زماني كه، طبق مشخصات استاندارد ANSI / NEMA MG 1، ولتاژ به سطح قابل‌قبول 35٪ تنزيل يابد، دچار تأخیر گردد. به علت وجود افت‌های لحظه‌ای در ولتاژ برق شهري اغلب مقداري تأخیر در اين مورد اعمال می‌شود. اگر قرار باشد انتقال بين دو منبع كه هر دو در ولتاژ نرمال هستند صورت پذيرد، هنگامي می‌توان انتقال سريع را انجام داد كه در ابتد بدانيم دو منبع هم‌فاز هستند. در غير اينصورت انتقال گذار بستهاي را می‌توان صورت داد (موازي سازي لحظه‌ای). منبع اضطراري چه برق شهري باشد و چه يك ژنراتور مستقر درموسسات موردنظر، سويچينگ از منبع برق اضطراري به منبع برق نرمال همان الزامات سنكرون را ميطلبد.
درهر يك از اين دو مورد، بر اساس الزامات بار، می‌توان از گذار بسته يا باز استفاده كرد و موضوع سنكرون كردن همچنان به اعتبار خويش باقي است.
به علت وجود اختلالات غيرقابل‌کنترل در خط برق شهري، اين منبع به‌ندرت به‌عنوان منبع اضطراري همان‌گونه كه در نشريه تعريف شده، استفاده می‌شود. بنابراين فنون خاص و دستگاه‌های حفاظتي جهت حفظ قابليت اعتماد، مانند آنهايي كه براي منابع جانشين يا اضطراري داخل تأسیسات توصیه‌شده اند را نمی‌توان در اين مورد ضروري يا عملي در نظر گرفت. دستورالعمل‌های استاندارد براي دستگاه‌های حفاظتي در سيستم برق شهري، به خوبي در استاندارد IEEE Std. 242 پوشش داده‌شدهاند. لازم به يادآوري است كه همكاري نزديك بين نمايندگان مهندسي برق شهري و كاربر براي اطمينان از این‌که نيازهاي هر طرف به وضوح تعريف و تفهيم شده، ضروري است. تشريح دقيقي از بار و اثرات آن بر منبع برق شهري در تأمین حفاظت مناسب از منبع و درعین‌حال به حداكثر رساندن قابليت اعتماد، ضرورت دارد. موضوع مهم ديگر، مالكيت دستگاه تجهيزات سرويس دهنده است. اگر كاربر خواستار تجهيزات و اقلام حفاظت و كنترلي باشد كه معمولاً برق شهري به کار نگرفته و نصب نمی‌کند، می‌تواند تجهيزات ايستگاه فرعي را تهيه و با مالكيت آن، كنترل موردنظر را اعمال كند. برق شهري نيز می‌تواند به مشتري اجازه تعيين مشخصات تجهيزاتي را كه معمولاً برق شهري آن‌ها را تأمین نمی‌کند، بدهد ولي پرداخت هزينه اضافي را از او مطالبه خواهد كرد.
طرح‌های حفاظتي ازنظر پيچيدگي تفاوت داشته و به‌اندازه، سرمایه‌گذاری اقتصادي سيستم و تبعات اتلاف نيروي برق وابسته بوده ولي ازنظر اهداف، مشابه هستند. منبع برق شهر بايد در برابر اثرات خرابيها و معايب سيستم كاربر محافظت شود و متقابلا سيستم كاربر در مقابل شرايط گوناگون ممكن در سيسستم برق شهري موردحفاظت قرار گيرد.
حفاظت در برابر خطاهاي زمين مباحث خاصي را ميطلبد. آشكارسازي و حسگري خطاي زمين اگر به روش دقيقي طراحي و برنامه‌ریزی نشود می‌تواند مشكلي دردسرآور باشد. فصل شش روش‌ها و ملاحظات لازم در مورد تحليل خطاي زمين و مقابله با آن را ارائه می‌دهد.
5- 7 سيستم برق بدون وقفه (UPS)
اجزاء اصلي يك سيستم UPS ايستا عبارت‌اند از باتري، یک‌سوساز يا شارژ کننده باتري، اينورتر و اغلب يك سويچ انتقال ايستا. ازنظر تكنيكي، دستگاه موتور ـ ژنراتور نيز يك سيستم UPS است ولي اکثراً به آن سيستم انرژي ذخيره مكانيكي يا چرخشي اطلاق می‌شود. بررسي و مباحث مطروحه در بخش‌های ذيل به سيستم UPS ايستا محدود است.
5- 1-7 حفاظت باتري
هنگام استفاده از سيستم UPS باتری‌ها به‌عنوان منبع نيروي برق (يا توان) اضطراري يا جانشين عمل می‌کنند.
قابليت اعتماد سيستم تا حد زيادي به حفاظت پیش‌بینی‌شده براي باتري وابسته است. بسياري از حفاظت‌های اعمال‌شده در ذات اصول نگاهداري مناسب، كه در فصل 7 بررسي می‌شوند، نهفته است. معذالك اهميت اين موضوع بحث بيشتري را در سطور زير مي طلبد. باتری‌های اسيد ـ سربي مخصوصا به اثرات ناسازگار حاصل از كم شارژ شدن و زياد شارژ شدن حساس هستند. تحت شارژ بودن مداوم سبب تسريع در انباشته شدن سولفات سرب و درنتیجه كاهش ظرفيت باتري می‌گردد. شارژ اضافي باعث گازدار و گرم شدن سلول‌های منفذ دار در سلول‌ها با دريچه قابل تنظيم می‌شود. در باتري سرب ـ آنتيمون اگر ولتاژ شناور خيلي بالا باشد، آب به‌صورت غیرعادی مصرف شده و درنتیجه عمر باتري كاهش می‌یابد. باتری‌های سرب ـ كلسيم به مصرف آب زياد كمتر مستعد هستند.
اكثر مشخصات فني و توصیه‌هاي باتري مبتني بر دماي محيط ºC) 77ºF25) می‌باشند. شارژ شناور يا شارژ متعادل يك باتري اسيد ـ سربي در دماي محيط بالاتر از اين مقدار بهينه می‌تواند عمر باتري را كاهش داده و به پایین‌تر از عمر طراحي برساند مشروط بر آن‌که ولتاژ مطابق با آن كاهش نيابد. ولتاژهاي شناور توصیه‌شده نوعي براي باتری‌های اسيد سربي با شارژ كامل در جدول 65- نشان داده‌شده اند. درهرصورت، در هر تأسیسات معين، مقادير توصیه‌شده سازنده ارجحيت دارد.
جدول 5 -6: ولتاژهاي شناور براي ب اتريهاي اسيد ـ سربي با شارژ كامل
ولت به ازاء هر سلول باتري
2/15 – 2/17 سرب ـ آنتيمون
2/17 – 2/19 پلانته
2/17 - 2/25
2/23 - 2/33
2/28 - 2/37 سرب ـ كلسيم
215/1 وزن مخصوص
250/1 وزن مخصوص
300/1 وزن مخصوص
هنگامی‌که به‌منظور رساندن تمام سلول‌ها به حالت شارژ قابل‌قبول، شارژ متعادل توسط ولتاژ ثابت امري ضروري است، سطح ولتاژي بالاتر از ولتاژ شناور نرمال به كار می‌رود (مشروط بر آن‌که سطح ولتاژ از سطح قابل‌تحمل حداكثر براي بارهاي متصل تجاوز نكند). شارژ متعادل براي باتری‌های سرب ـ آنتيمون سبب حفاظت آن می‌شود چون با تنزل انتقال طبيعي آنتيمون از صفحه مثبت به منفي در باتري كم شارژ شده مقابله می‌کند.
شارژ متعادل باعث حفظ يكپارچگي باتري شده ولي نبايد بيش از مدت‌زمان لازم صورت پذيرد. بدترين حالت براي تغيير شكل و تحول هيدروژن اعمال جريان حداكثر به باتري با شارژ كامل است. برخي ولتاژها و مدت‌زمان‌های توصیه‌شده براي متعادل‌سازی باتری‌های اسيد ـ سربي در جداول 7-5 و 8-5 درج‌شده اند. اينمقادير بر اساس دماي سلول در گستره ºC) 70ºF21) تا ºC) 90ºF32) می‌باشند. مشابه مقادير توصیه‌شده ولتاژهاي شناور در جدول 6-5 در تأسیسات خاص و غیرمعمول بخصوص براي الزامات شارژ در دماهاي ديگر، سازندگان بايد مورد مشورت قرار گيرند. علاوه بر آن، تجهيزات شارژ كردن ازنظر این‌که در آن‌ها دماي محيط جبرانسازي شده، مورد ارزيابي قرارگرفته و درنتیجه دماي سلول متفاوت در نظر گرفته شود.
شارژ اوليه باتري اسيد ـ سربي پس از حمل يا نصب بسيار مشابه شارژ متعادل پس از دشارژ است. تفاوت درواقع مدت‌زمان طولانی‌تر، نوعاً دو برابر می‌باشد.
جدول 5 -7: ولتاژها و مدت‌زمانها براي متعادلسازي باتری‌های اسيد ـ سربي
بات ريهاي سرب ـ آنتيمون و پلانته
مدت‌زمان (ساعت) ولت به ازاء هر سلول
80 2/24
60 2/27
48 2/30
36 2/33
30 2/36
24 2/39
جدول 5 -8: ولتاژها و مدت‌زمانها براي متعادلسازي باتری‌های اسيد ـ سربي
باتري سرب ـ كلسيم
مدت‌زمان (ساعت) ولت به ازاء هر سلول
1/30
وزن مخصوص 250/1 وزن مخصوص 1/215
وزن مخصوص
- - 222 2/24
- - 166 2/27
- - 105 2/30
- 166 74 2/33
200 118 50 2/36
134 80 34 2/39
91 54 - 2/42
62 36 - 2/45
42 - - 2/48
يك ويژگي حفاظتي مهم در باتري سرب ـ كلسيم تعيين اندازه صحيح ظرفيت آمپرساعت است. باتري سرب ـ كلسيم قادر به دشارژهاي عميق نبوده و كنترل ولتاژ نهايي دشارژ در آن حیاتی‌تر از ساير انواع باتري می‌باشد.
باتری‌های نيكل ـ كادميوم (NICAD)، به علت ساختار و تركيب شيميايي آن‌ها، در مقايسه با باتری‌های اسيد ـ سربي داراي تحمل بيشتري در مقابل نرخ‌های شارژ بالا ودماهاي محيط زياد می‌باشند. به‌هرحال، شارژ اضافي (جريان شارژ مداوم پس از رسيدن به شارژ كامل) همچنان باعث تحول اكسيژن و هيدروژن می‌شود.
سلول آب‌بندی‌شده دچار انباشته شدن فشار و افزايش دما خواهد شد.
سلول منفذ دار گازدار شدن و از دست دادن آب را تجربه خواهد كرد. ولتاژهاي شارژ تقريبي به ازاء هر سلول برحسب دماي باتري در شكل 5-10 براي باتری‌های NICAD با سلول منفذ دار، نشان داده‌شده اند.
شكل 5-10: ولتاژ شارژ برحسب دما در ب اتريهاي NICAD با سلول منفذ دار
اثرات خسارت آور باتری‌های اضافه شارژ شده با دماي محيط زياد آميخته شده و به دماي افزایش‌یافته حاصل ازشارژ اضافه می‌گردد. دماي زياد سبب افزايش مصرف آب به شكل تبخير شده و جريان شارژ افزایش‌یافته حاصل از دماي بالا باعث مصرف بيشتر آب به شكل تحول اكسيژن و هيدروژن می‌شود. بخارهاي اسيد ناشي ازباتری‌های اسيد ـ سربي باعث خوردگي ترمينالها (و ساير تجهيزات مجاور) مي گردد. اگر هواي محيط به‌اندازه كافي جابجا و تهويه نشود، تحول هيدروژن ميتوانديك جوِّ انفجاري به وجود آورد. اگر دما بسيار بالا باشد، ممكن است در سلول‌های آب‌بندی‌شده، فشار به مقدار خطرناكي انباشته شود. بدين دليل، كنترل دماي محيط می‌تواند به‌تنهایی بهترين روش حفاظت در حفاظ يكپارچگي باتري و حداكثر نمودن عمر آن محسوب گردد.
هنگامی‌که شرايط محيطي مانند دماي اطراف، به‌اندازه كافي قابل‌کنترل نباشد، شارژ كننده ها بايد مجهز به قابليت حبران خودكار تغييرات دما بوده و با افزايش دما، پتانسيل شارژ را كاهش دهند. برخي توليد كنندگان باتري وسايلي را در درون سلول‌ها تعبيه می‌کنند كه آن‌ها را از اثرات شارژ اضافي ودشارژ اضافي محافظت می‌نماید. براي مثال، وسايل نيمه هادي را می‌توان براي انحراف بخشي از جريان شارژ در شرايطي كه ولتاژ و دما ناهماهنگ هستند به كار برد يا اين وسايل می‌توانند از معكوس شدن پولاريته سلول در حالت دشارژ اضافي جلوگيري نمايند.
