این مقاله به بررسی علمی تأثیر رعد و برق بر خطوط انتقال برق و روش های حفاظت از تجهیزات در برابر اضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه می پردازد.
مقدمه
رعد و برق یکی از پدیده های جوی پرانرژی و مخاطره آمیز است که به واسطه ایجاد تخلیه الکتریکی میان ابرها یا میان ابر و زمین، موجب بروز اختلالاتی در عملکرد تجهیزات الکتریکی و زیرساخت های انتقال انرژی می شود. این پدیده در شرایط خاص جوی و به ویژه در مناطق مستعد، به صورت مکرر رخ می دهد و می تواند آسیب های متعددی به تجهیزات شبکه های انتقال برق وارد کند. از جمله مهم ترین اثرات آن، تولید اضافه ولتاژهای گذرا است که در طراحی و بهره برداری از سیستم های قدرت باید به دقت مدنظر قرار گیرند.
در خطوط انتقال انرژی، رعد و برق از طریق مکانیسم هایی مانند برخورد مستقیم، القای الکترومغناطیسی یا تخلیه در نزدیکی تجهیزات، موج هایی را ایجاد می کند که با سرعت بسیار بالا در طول خط حرکت می کنند. این امواج پس از رسیدن به ترمینال های شبکه، دچار انعکاس و ترکیب با سایر امواج شده و گاهی با چندین بار انعکاس، ولتاژ را تا سطح خطرناکی افزایش می دهند. این پدیده، یکی از چالش های اصلی در حفاظت از تجهیزات حساس نظیر ترانسفورماتورها و ژنراتورها محسوب می شود.
تأثیرات موج های سیار در خطوط انتقال، به واسطه وجود اندوکتانس های داخلی و رفتار دینامیکی شبکه، می تواند به بروز پدیده هایی مانند قوس برگشتی یا Back Flashover منجر شود. در چنین شرایطی، حتی تجهیزات محافظ نیز ممکن است در مقابل پیک شدید ولتاژ کارایی کامل نداشته باشند. بنابراین، تحلیل دقیق ویژگی های موج صاعقه و شکل گیری آن در محیط جوی، برای تدوین راهبردهای مناسب حفاظتی ضروری است.
یکی از مهم ترین ابزارهای مقابله با اضافه ولتاژ ناشی از صاعقه، برقگیرها هستند. این تجهیزات با کاهش ولتاژ به سطوح ایمن و جذب انرژی امواج، نقش کلیدی در پایداری شبکه دارند. مشخصه های عملکردی برقگیرها، از جمله ولت-زمان و ظرفیت جذب انرژی، باید با دقت و متناسب با شرایط محیطی خطوط انتقال انتخاب شوند تا حفاظت کامل فراهم گردد.
علاوه بر برقگیر، استفاده از سیم های گارد یا زمین نیز به عنوان یک روش مکمل، اهمیت دارد. این سیم ها با ایجاد یک مسیر تخلیه مناسب، از برخورد مستقیم صاعقه به سیم های فاز جلوگیری کرده و توزیع انرژی ناشی از صاعقه را در شبکه تسهیل می کنند. انتخاب نوع و موقعیت نصب سیم گارد باید با در نظر گرفتن مشخصات هندسی برج ها و منطقه جغرافیایی انجام گیرد.
در طراحی شبکه های انتقال، توجه به مشخصات امواج ضربه ای و رفتار دینامیکی خطوط، کمک می کند تا تدابیر پیشگیرانه ای مانند تقویت عایق ها، به کارگیری تجهیزات مناسب و طراحی بهینه فواصل هوایی اتخاذ شود. به ویژه در خطوطی که در معرض خطرات شدید جوی قرار دارند، استفاده از ترکیب چندین روش حفاظتی به صورت هم زمان، ضرورت دارد.
رعایت اصول صحیح زمین کردن تجهیزات در ایستگاه های انتقال، نقش بسزایی در ایمنی سیستم دارد. اتصال مؤثر ترانسفورماتورها، کلیدها و تجهیزات کنترلی به سیستم زمین، علاوه بر حفاظت تجهیزات، به کاهش خطرات احتمالی برای اپراتورها نیز منجر می شود. تحلیل دقیق جریان صاعقه، نحوه توزیع آن در سیستم زمین و انتخاب ساختارهای مقاوم در برابر خوردگی، از ارکان اصلی طراحی ایمن در برابر پدیده رعد و برق است.
فهرست مطالب:
چکیده
فصل اول: آشنایی با پدیده ی تخلیه جوی
آشنایی با پدیده تخلیه جوی
فرایند اولیه صاعقه
تاثیر پدیده تخلیه جوی در شرایط بهره برداری شبکه های سراسری انتقال انرژی
نحوه تاثیر رعد و برق بر خطوط انتقال انرژی
خصوصیات تخلیه جوی
فصل دوم: مشخصات تخلیه جوی
انواع اضافه ولتاژ ها
1-اضافه ولتاژهای رعد و برق
2-اضافه ولتاژهای قطع و وصل
3-اضافه ولتاژ های موقت:
شکل موج ضربه ای استاندارد صاعقه
شرایط تخلیه جوی بر خطوط انتقال انرژی
تخلیه بر خطوط انتقال
جریان و ولتاژ صاعقه
موج های سیار Travelling Wave:
قوس برگشتی یاBACK FLASH OVER در خطوط انتقال انرژی:
تخلیه جوی بر قسمت های مختلف خطوط انتقال انرژی:
تخلیه جوی الکتریکی بر سیم های فاز :
تخلیه جوی بر سیم های زمین
تخلیه جوی مستقیم بر بدنه برج ها
فصل سوم: اصول طراحی و حفاظت از شبکه در مقابل صاعقه
مقدمه
قوس های تخلیه جوی در فواصل هوایی ایزولاسیون به شرح زیر اتصالی های گذرا را به وجود می آورند
2- نصب سیم زمین یا سیم گارد در خطوط انتقال
نقش سیم زمین در محافظت
نصب سیم زمین
انتخاب سیم گارد
3- نصب برقگیرها
سطح حفاظتی برقگیر در برابر امواج صاعقه
ظرفیت سوپاپ اطمینان برقگیر
انواع برقگیر ها
1-برقگیر لوله ای
3- برقگیر میله ای
مشخصه ولت- زمان برقگیرهای میله ای
انتخاب برقگیرهای میله ای
معایب برقگیرهای میله ای
برقگیرهای سیلیکون کارباید (برقگیرهای با فاصله هوایی)
مشخصه مقاومت های غیر خطی
4- برقگیرهای بدون فاصله هوایی (اکسید روی)
برقگیرهای غیر خطی با بدنه سیلیکونی
فصل چهارم: اصول محافظت در پست ها و زمین کردن
مقدمه
ارت یا زمین کردن
انواع زمین کردن
هدف از به کار بردن اتصال زمین
مقاومت مخصوص زمین
روش طراحی سیستم زمین پست
اتصال به شبکه ی زمین
اندازه ی مقطع هادی زمین
جنس هادی شبکه ی زمین
میله های بلند در چهار گوشه ی پست
فصل پنچم: تحقیقات و یافته ها
مشخه های نامی برقگیر های وزارت نیرو
1-مقادیر نامی و مشخصه های برقگیر در سطح 63و132 کیلو ولت
2-شرایط کار
3-وظایف برقگیر
4-مشخصه های برقگیر
رعد وبرق و حفاظت از ایستگاه ها(پست ها)
راه کار حفاظت از ضربه ی صاعقه
منابع
