وسایل حفاظتی اضافه ولتاژ



مقاله:
وسایل حفاظتی اضافه ولتاژ

مقدمه
برقگیرها نسبت به سایر وسایل حفاظتی بهترین حفاظت را انجام می دهند و بیشترین مقدار حذف امواج گزرا را فراهم می کند. برقیگرها به صورت موازی با وسیله تحت حفاظت یا بین فاز و زمین قرار می گیرند انرژی موج اضافه ولتاژ به وسیله برقگیر به زمین منتقل می شود .
حفاظت تجهیزات پست
از وسایل حفاظتی محدود کننده ضربه برای حفاظت تجهیزات سیستمهای قدرت در برابر اضافه ولتاژها استفاده می شود یک وسیله حفاظتی محدود کننده ضربه باید اضافه ولتاژهای گزرا یا اضافه ولتاژهای که باعث تخریب تجهیزات شبکه می شوند را محدود و به زمین هدایت کنند و بتواند این کار را بدون اینکه آسیبی ببیند به دفعات تکرار کند. برقگیرها نسبت به سایر وسایل حفاظتی بهترین حفاظت را انجام می دهند و بیشترین مقدار حذف امواج گزرا را فراهم می کند. برقیگرها به صورت موازی با وسیله تحت حفاظت یا بین فاز و زمین قرار می گیرند انرژی موج اضافه ولتاژ به وسیله برقگیر به زمین منتقل می شوند.
یک برقگیر خوب باید دارای مشخصات زیر باشد :
1- در ولتاژ نامی شبکه،به منظور کاهش تلفات دارای امپدانس بینهایت باشد

2- در اضافه ولتاژ به منظور محدود سازی سطح ولتاژ دارای امپدانس کم باشد
3- توانایی دفع یا ذخیره انرژی موج اضافه ولتاژ را بدون اینکه خود صدمه ببیند داشته باشد
پس از حذف عبور اضافه ولتاژ بتواند به شرایط مدار (حالت کار عادی) برگردد
انواع برقگیرها:

-1 برقگیر میله ای

-2 برقگیر لوله ای

3 -برقگیر سیلیکون کارباید (SIC)

-4 برقگیر نوع اکسید فلزی (MOV)

معایب برقگیر میله ای:
-1 تداوم عبور جریان به زمین حتی پس از حذف اضافه ولتاژ
-2 افت شدید ولتاژ فاز به خاطر اتصال کوتاه شدن فاز در لحظه عبور جریان از برقگیر
-3 دارای تاخیر زمانی متناسب با اضافه ولتاژ
-4 پراکندگی زیاد ولتاژ جرقه
پارامترهای مهم برای انتخاب برقگیر مناسب جهت حفاظت عایقی:
-1 ماکزیمم ولتاژ کار دائم (MCOV)
-2 ولتاژ نامی (Ur)
-3 جریان تخلیه نامی ( 8.20 µsec )
-4 ماکزیمم جریان ضربه قابل تحمل ( 4.10 µsec )
-5 قابلیت تحمل جذب انرژی W
عوامل مهم در آسیب دیدگی برقگیرها:
-1 نفوذ رطوبت و آلودگی
-2 اضافه ولتاژهای گزرا و موقتی
-3 عدم انطباق شرایط بهره برداری با مشخصه برقگیر (طراحی غلط )
-4 عوامل ناشناخته
مزایای برقگیر نوع اکسید فلزی (MOV)
-1 کارایی بهتر نسبت به سایر برقگیرها
-2 پراکندگی کم ولتاژ پسماند همچنین دارای ولتاژ پسماند خیلی کم
-3 دارای تاخیر زمانی خیلی کم
-4 برگشت طبیعی به وضعیت اولیه یا مدار باز
-5 دارای مشخصه ولت-جریان خطی تر از برقگیر SIC
-6 دارای سطح حفاظتی خوب
بررسی سیستم های توزیع و وسایل حفاظتی
از اجزای اصلی یک سیستم قدرت الکتریکی ، سیستم توزیع به طور سنتی ، به
صورت یک سیستم نه چندان جذاب توصیف شده است . در نیمه پایانی قرن بیستم ، طراحی ، بهره برداری در تولید و همچنین در بخش ادوات انتقال انرژی ، باعث به وجود آمدن رقابت تنگاتنگی بین مهندسان و محققان در این عرصه گشت . نیروگاهها بزرگ و بزرگتر شدند . خطوط انتقال متقاطع ، مناطق را مانند شبکه های به هم متصل در آورند . این اتصالات به هم پیوسته شبکه ها باعث شد که به تحلیل و تکنیکهای کاربردی پیشرفته تری نیاز پیدا کنیم . هم زمان سیستم های توزیع کار انتقال توان را با تحلیل یا حتی بدون تحلیل ، به آخرین مصرف کننده ادامه دادند . در نتیجه ، سیستم های توزیع بدین صورت طراحی شدند . حال زمان عوض شده ، لذا بسیار مهم و لازم است که سیستمهای توزیع باحداکثر ظرفیت و به صورت بهینه کار کنند . بعضی از سوالاتی که نیاز به پاسخ دارند ، عبارتند از :
-1 حداکثر ظرفیت چیست ؟
-2 چطور باید این ظرفیت را بدست آورد ؟
-3 محدودیت های کاری که باید رعایت شوند ، کدامند ؟
-4 چه کاری می توان انجام داد تا سیستمهای توزیع در محدوده کاری خودی عمل کنند ؟
-5 برای بهینه کردن سیستم توزیع چه باید کرد ؟

شبکه سراسری انتقال
Interconnected Transmission System

پست توزیع
Distribution
Substation
Primary
Feeders نیروگاه (Generation )
شبکه توزیع
Subtransmission
network

پست فوق توزیع
Bulk Power Substaion
اگر یک سیستم توزیع درست و دقیق مدل شود ، تمام سوالات بالا را می توان پاسخ داد . هدف این بخش ، به دست آوردن مدلهای دقیق برای تمام اجزای اصلی یک سیستم توزیع است . هر گاه مدلها ایجاد شوند ، تکنیکهای آنالیز حالت پایدار و اتصال کوتاه نیز به دست می آیند .
1-1 سیستم توزیع
یک سیستم توزیع بطور معمول ، از یک پست توزیع آغاز می شود که بوسیله یک یا چند خط انتقال فرعی تغذیه می شود . در بعضی موارد ، یک پست توزیع بوسیله خط انتقال ولتاژ بالا ، بطور مستقیم تغذیه می شود که در آن حالت ، سیستم انتقال فرعی وجود نخواهد داشت . ساخت و طراطی هر پست ، به کمپانی سازنده آن بستگی دارد که می تواند یک یا چند فیدر ( تفذیه گر ) اصلی را سرویس دهی نماید . به جز چند مورد استثنایی ، فیدرها همگی شعاعی هستند . این بدین معنا است که تنها یک راه برای پخش توان از پست توزیع به مصرف کننده وجود دارد .
1- 2 پستهای توزیع
دیاگرام بسیار ساده یک خط پست در شکل (1-2 ) آمده است . همچنین شکل ( 1-2 ) یک پست توزیع ساده را نشان می دهد که شامل تمام اجزای اصلی است که در هر پستی یافت می شود .
1- قسمت سوئیچ ولتاژ بالا و پایین : در شکل ( 1-2 ) قطع و وصل ولتاژبالا به وسیله یک سوئیچ ساده انجام می شود . پست گسترده تر ممکن است از بریکر های ولتاژ بالا در طراحی های مختلف شینه بالا استفاده کنند . قطع و وصل ولتاژ پایین در این شکل ، بریکر های کنترل شده به وسیله رله ها انجام می شود و در بسیاری از حالات به جای ترکیب بریکر و رله از یک ریکلوزر ( Recloser ) استفاده می شود . در بعضی از طراحی های پست علاوه بر یک بریکر برای شینه ولتاژ پایین ، بریکر هایی نیز برای هر فیدر وجود دارد . همانند حالت شینه ولتاژ بالا ، برای شینه ولتاژ پایین نیز طراحی های گوناگونی می تواند وجود داشته باشد .
شبکه توزیع ( Subtransmissn Line )
کلید جدار ساز ( Disconnect Switch )
فیوز
ترانس ( Tranformer )
تنظیم کننده ولتاژ ( Voltage Regulator )
( Fuse )
لوازم اندازه گیری
Meters
کلید های بریکر ( Circuit Breakers )
فیدرهای اولیه ( Primary Feeders )
شکل (1-2 ) : یک پست توزیع ساده 2- انتقال ولتاژ : 3- رگولاسیون ولتاژ : 4- حفاظت : 5- اندازه گیری :
بریکر بسته : X , Y , 1 , 3 , 4 , 6
بریکر باز : Z , 2 , 5
با قرار بریکرها در حالت نرمال خود ، هر ترانسفورماتور از یک خط انتقال فرعی جداگانه تغذیه و به دو خط دیگر سرویس می دهد . چنان یک خط انتقال فرعی از سرویس خارج شود ، بریکر X یا Y باز شده و بریکر Z بسته می شود . حال هر دو ترانسفورماتور از یک خط انتقال فرعی تغذیه می شوند . ترانسفورماتورها با توجه به اینکه تحت شرایط کار اضطراری باید هر چهار خط را سرویس دهند ، سایز بندی می شوند . برای مثال اگر که ترانسفورماتور 1-T خارج از سرویس دهند ، بریکر 4, 1 , X باز و بریکرهای 5 و2 بسته می شوند . با این ترکیب بریکر ها ، تمام چهار خط به وسیله ترانسفورماتور T-2 سرویس داده می شوند.
هر پست توزیع ، چند شیوه برای اندازه گیری دارد. این اندازه گیری می تواند به صورت یک اندازه گیری آنالوگ ساده ، از مقدار جریان جاری در پست نمایش جریانهای حداقل و حداکثر که در زمانهای خاص ( یک دوره تناوب ) باشد . ثبت دیجیتالی این اندازه گیری ها متداول است . این اندازه گیری حداقل ، متوسط و حداکثر مقدار جریان ، ولتاژ ، توان ، ضریب توان و … را در یک محدوده زمان مشخص ثبت کی کند . زمانهای معمول برای اندازه گیری 15 دقیقه ، 30 دقیقه و یک ساعت است . این اندازه گیری های دیجیتالی ، خروجی هر ترانسفورماتور پست و خروجی هر فیدر ( تغذیه گر ) را نمایش می دهند . در شکل (1-3 ) طرح جامع از یک پست نمایش داده شده است . این پست دارای دو ترانسفورماتور با سر متغیر است که چهار خط توزیع را در بر می گیرد و با دو خط انتقال فرعی تغذیه می گردد . در شرایط عادی بریکر ها ( Circuit Breaker ) در حالات زیر قرار دارند : پست توزیع باید در مقابل اتصال کوتاه محفاظت شود . در شکل ساده ( 1-2 ) ، تنها حفاظت اتوماتیک در مقابل اتصال کوتاه داخل پست بوسیله فیوزهای موجود در سمت ولتاژ بالای ترانسفورماتور صورت می گیرد . همان طور که طراحی پست ها پیچیده می شود ، شماهای حفاظتی گسترده تری باید برای حفاظت ترانسفورماتور ، شینه های ولتاژ کم ، شینه های ولتاژ بالا و بسیاری تجهیزات دیگر در نظر گرفته شود . از آنجایی که بار روی فیدرها تغییر می کند ، افت ولتاژ بین پست و مصرف کننده نیز تغییر می نماید . برای این که ولتاژ مصرف کننده در محدوده قابل قبول باقی بماند ، باید ولتاژ پست با تغییرات بار تغییر کند . در شکل (1-2 ) ولتاژ ، با رگولاتور نوع پله ای تنظیم ( رگوله ) شده است که به ولتاژ اجازه می دهد تا حول 10% ± در سمت شینه ولتاژ پایین نوسان کند . گاهی اوقات این عمل توسط ترانسفورماتور با سر متغییر ( LTC ) انجام گیرد . LTC سر سیم پیچ ترانسفورماتور ولتاژ کم را طبق تغییرات بار عوض می کند . بسیاری از ترانسفورماتورهای پست ، یک سر ثابت روی سیم پیچ ولتاژ بالا دارند . وقتی که ولتاژ منبع بالاتر یا پایین تر از ولتاژ نامی باشد ، از این سر استفاده می شود . در تنظیمات ، سر ثابت می تواند بین 5%± ولتاژ تغییر کند . خیلی از اوقات به جای رگولاتور شینه یا شینیه هر فیدر دارای رگولاتوری از آن خود است . این رگولاتور می تواند بفرم رگولاتور سه فاز یا رگولاتورهایی به صورت فازهای مستقل از هم عمل نمایند . مهمترین کار یک پست توزیع ، کاهش ولتاژ به سطح ولتاژ توزیع است . در شکل ( 1-2 ) تنها یک ترانسفورماتور نمایش داده شده است . در سایر طراحی های پستها ممکن است که از دو یا چند ترانسفورماتور سه فاز استفاده شود . ترانسفورماتور پست به صورت یک ترانس سه فاز و یا سه ترانسفورماتور تک فاز متصل به هم به صورت صالهای استاندارد طراحی شود . سطوح استاندارد مختلفی برای ولتاژ وجود دارد که بعضی از آنها عبارتند از : 12.47 KV , 13.2 KV , 14.4 KV , 23.9 KV KV , 34.5 KV KV که در سیستم های قدیمی ، KV 4.16 بوده است . سیستم های قدرت اغلب در معرض اضافه ولتاژهایی قرار دارند که یا ریشه در تخلیه های جوی دارند یا ناشی از کلید زنی در شبکه می باشند . اگر عایق تنها در معرض ولتاژ نامی سیستم باشد مشکلی متوجه آن نخواهد شد . در حقیقت پست های فشار قوی باید توانایی استقامت در مقابل نه تنها شرایط عملکرد پیوسته بلکه تنش های برخاسته از ولتاژهای غیر قابل احتراز بزرگتر از ولتاژ نامی را داشته باشند . مبنای انتخاب سطوح عایقی پست های فشار قوی از طرفی شکست عایقی خطوط انتقال ناشی از برخورد صاعقه و بروز وقایع جرقه برگشتی و نفوذ صاعقه و از طرف دیگر اضافه ولتاژهای ناشی از کلیدزنی در سیستم قدرت می باشد . همواره این امکان وجود دارد که سیستم عایقی را به گونه طراحی کرد که بتواند در مقابل شدیدترین تنش ممکنه استقامت کند اما قبل از محدودیت های تکنیکی ، محدودیت اقتصادی مطرح می گردد . بنابراین یک احتمال معین از شکست یا درصد خطا بایستی برای تعیین نیازمندی های عایق پذیرفته شود . هماهنگی عایقی مدرن بر اساس دانش تنش های اضافه ولتاژ، استقامت الکتریکی عایق و مشخصه های تجهیزات فشار قوی در مقابل اضافه ولتاژ استوار می باشد . روش توصیه شده در این مجموعه برای مطالعه هماهنگی عایقی مشتمل بر سه مرحله است: .
تعیین فواصل بحرانی و ..
معرفی اضافه ولتاژهای وارده به یک سیستم و وسایل حفاظتی در برابر اضافه ولتاژ
تجهیزات پست و روش های مورد استفاده برای کاهش و رفع خطاهای سیستم
درواقع در این پروژه سعی شده که مطالعات لازم برای طراحی قسمت عایقی پست های فشار قوی و محاسبه فواصل ایمنی و مجاز تجهیزات و روش هماهنگی عایقی و حفاظت در برابر اضافه ولتاژهای شبکه بررسی شده و وسایل حفاظتی مثل برقگیر و. . . نیز به طور کامل شرح داده شده است .
نقش حفاظتی ابر رساناها
کاربرد ابررسانا در سیم و کابل
کشف متحول کننده ابررساناهای دما بالا در سال ۱۹۸۶ منجر به تحول و تولید نوع جدیدی از کابلها در سیستمهای قدرت شد. در ایالات متحده، اروپا و ژاپن رقابت سختی بر روی تجارت تولید آینده کابلهای ابررسانائی وجود دارد.
قابلیت هدایت جریان برق در کابلهای HTSبالغ بر ۱۰۰ بار بیشتر از هادیهای آلومینیومی و مسی متداول می باشد. اندازه، وزن و مقاومت این نوع کابلها از کابلهای معمولی بهتر بوده و امروزه تولیدکنندگان تجهیزات الکتریکی در سراسر دنیا سعی دارند با استفاده از تکنولوژی HTS باعث کاهش هزینه ها و افزایش ظرفیت و قابلیت اطمینان سیستمهای قدرت شوند.

منبع:
www.meilblgfa.com

● کاربرد ابررسانا در ترانسفورماتورها
استفاده از مواد ابررسانا در سیم بندی ترانسفورماتورها باعث ۵۰% کاهش در تلفات، وزن و ابعاد ترانسفورماتور نسبت به انواع متداول ترانسفورماتورهای روغنی شده و به علاوه تاثیر قابل توجهی نیز در افزایش بازده، کاهش افت ولتاژ و افزایش ظرفیت اضافه بار ترانسفورماتور دارد. استفاده از ترانسفورماتورهای ابررسانا با توجه به حجم کم و عدم استفاده از روغن برای خنک سازی، نقش قابل ملاحظه ای در بهبود فضای شهری و کاهش هزینه های زیست محیطی خواهد داشت.
● کاربرد ابررسانا در موتورها و ژنراتورها
درصورت استفاده از سیمهای ابررسانا به جای سیمهای مسی در روتور ماشینهای القایی، تلفات، حجم، وزن و قیمت آنها کاهش قابل ملاحظه ای خواهد داشت و با افزایش بازده، صرفه جویی قابل توجهی در انرژی الکتریکی صورت می گیرد.
کویل ژنراتورهای سنکرون نیز با مواد ابررسانای سرامیکی قابل ساخت می باشد که منجر به افزایش قابل توجهی در بازده ژنراتور خواهد شد. به علاوه تکنولوژی ابررسانا امروزه در ساخت کندانسورهای سنکرون نیز کاربرد دارد. کندانسورهای ابررسانا دارای بازده بیشتر، هزینه نگهداری کمتر و قابلیت انعطاف بهتری هستند.

● کاربرد ابررسانا در ذخیره سازهای مغناطیسی
در سیستم قدرت بین قدرتهای الکتریکی تولیدی و مصرفی تعادل لحظه ای برقرار است و هیچگونه ذخیره انرژی در آن صورت نمی گیرد. بنابراین تولید شبکه ناچار به تبعیت از منحنی مصرف است که غیر اقتصادی می باشد. ابرسانای ذخیره کننده انرژی مغناطیسی (SMES) وسیله ای است که برای ذخیره کردن انرژی، بهبود پایداری سیستم قدرت و کم کردن نوسانات قابل استفاده می باشد.
این انرژی توسط میدان مغناطیسی که توسط جریان مستقیم ایجاد می شود ذخیره می شود. ابرسانای ذخیره کننده انرژی مغناطیسی هزاران بار قابلیت شارژ و دشارژ دارد بدون اینکه تغییری در خواص مغناطیس آن ایجاد شود. ویژگی ابر رسانایی سیم پیچ نیز موجب می شود که راندمان رفت و برگشت فرایند ذخیره انرژی بسیار بالا و در حدود ۹۵% باشد. اولین نظریه ها در مورد این سیستم در سال ۱۹۶۹ توسط فریه مطرح شد.
وی طرح ساخت سیم پیچ مارپیچی بزرگی را که توانایی ذخیره انرژی روزانه برای تمامی فرانسه را داشت ارائه کرد که به خاطر هزینه ساخت بسیار زیاد آن پیگیری نشد. در سال ۱۹۷۱ تحقیقات در آمریکا در دانشگاه ویسکانسین برای فهمیدن بحثهای بنیادی اثر متقابل بین انرژی ذخیره شده و سیستم های چند فاز به ساخت اولین دستگاه انجامید. شرکت هیتاچی در سال ۱۹۸۶ یک دستگاه SMES به ظرفیت ۵ مگاژول را آزمایش کرد.
در سال ۱۹۹۸ نیز ذخیره ساز ۳۶۰ مگاژول توسط شرکت ایستک در ژاپن ساخته شد. علاوه بر ذخیره سازی انرژی به منظور تراز منحنی مصرف و افزایش ضریب بار، سیستم های مورد اشاره با اهداف دیگری نیز مورد توجه قرار گرفته اند. بروز اغتشاشهای مختلف در شبکه قدرت از جمله تغییرات ناگهانی بار، قطع و وصل خطوط انتقال و … به عدم تعادل سیستم می انجامد. در این شرایط انرژی جنبشی محور ژنراتورهای سنکرون مجبور به تامین افزایش انرژی ناشی از اختلال هستند و درصورت حفظ پایداری دینامیکی، حلقه های کنترل سیستم فعال شده و تعادل را برقرار می سازند.
این روند، نوسان متغیرهای مختلف مانند فرکانس، توان الکتریکی روی خطوط و… را موجب می شود که مشکلات مختلفی را در بهره برداری از سیستم قدرت به دنبال دارد. اما اگر در سیستم مقداری انرژی ذخیره شده باشد، با مبادله سریع آن با شبکه در مواقع مورد نیاز می توان مشکلات فوق را کاهش داد.
با توجه به اینکه در این سیستم انرژی از صورت الکتریکی به صورت مغناطیسی و یا بر عکس تبدیل می شود، ذخیره ساز ابررسانایی دارای پاسخ دینامیکی سریع می باشد و بنابراین می تواند در جهت بهبود عملکرد دینامیکی نیز به کار رود.
معمولاً واحدهای ابررسانایی ذخیره انرژی را در دو مقیاس ظرفیت بالا یعنی حدود ۱۸۰۰ مگاژول برای تراز منحنی مصرف، و ظرفیت پایین (چندین مگا ژول) به منظور افزایش میرایی نوسانات و بهبود پایداری سیستم می سازند. سیم پیچ ابررسانا از طریق مبدل به سیستم قدرت متصل و شارژ می شود و با کنترل زاویه آتش تریسیتورها ولتاژ DC دو سر سیم پیچ ابررسانا به طور پیوسته در بازهٔ وسیعی از مقادیر ولتاژهای مثبت ومنفی قابل کنترل است.
ورودی ذخیره ساز انرژی می تواند تغییرات ولتاژ شبکه، تغییر فرکانس شبکه، تغییر سرعت ماشین سنکرون و… باشد و خروجی نیز توان دریافتی خواهد بود. مهم ترین قابلیت SMESجداسازی و استقلال تولید از مصرف است که این امر مزایای متعددی از قبیل بهره برداری اقتصادی، بهبود عملکرد دینامیکی و کاهش آلودگی را به دنبال دارد.
در کابرد AC جریان الکتریکی هنوز تلفات دارد اما این تلفات می تواند با طراحی مناسب کاهش پیدا کند. برای هر دوحالت کاری AC وDC انرژی زیادی قابل ذخیره سازی است. بهترین دمای عملکرد برای دستگاههای مورد اشاره نیز ۵۰ تا ۷۷ درجه کلوین است.
● کاربرد ابررسانا در محدودسازهای جریان خطا
علاوه بر موارد گفته شده، محدودسازهای ابررسانائی جریان خطا یا SFCL نیز رده تازه ای از وسایل حفاظتی سیستم قدرت را ارائه می کنند که قادرند شبکه را از اضافه جریانهای خطرناکی که باعث قطعی پر هزینه برق و خسارت به قطعات حساس سیستم می شوند حفاظت نمایند. اتصال کوتاه یکی از خطاهای مهم در سیستم قدرت است که در زمان وقوع، جریان خطا تا بیشتر از ۱۰ برابر جریان نامی افزایش می یابد و با رشد و گسترش شبکه های برق، به قدرت اتصال کوتاه شبکه نیز افزوده می شود.
تولید جریانهای خطای بزرگتر، ازدیاد گرمای حاصله ناشی از عبور جریان القائی زیاد در ژنراتورها، ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات و همچنین کاهش قابلیت اطمینان شبکه را در پی دارد. لذا عبور چنین جریانی از شبکه احتیاج به تجهیزاتی دارد که توانایی تحمل این جریان را داشته باشند و جهت قطع این جریان نیازمند کلیدهایی با قدرت قطع بالا هستیم که هزینه های سنگینی به سیستم تحمیل می کند. اما اگر به روشی بتوان پس از آشکارسازی خطا، جریان را محدود نمود، از نظر فنی و اقتصادی صرفه جویی قابل توجهی صورت می گیرد.
انواع مختلفی از محدود کننده های خطا تا به حال برای شبکه های توزیع و انتقال معرفی شده اند که ساده ترین آنها فیوزهای معمولی است که البته پس از هر بار وقوع اتصال کوتاه باید تعویض شوند.
از آنجاییکه جریان اتصال کوتاه در لحظات اولیه به خصوص در پریود اول موج جریان، دارای بیشترین دامنه است و بیشترین اثرات مخرب از همین سیکل های اولیه ناشی می شود باید محدودسازهای جریان خطا بلافاصله بعد از وقوع خطا در مدار قرار گیرند. محدودکننده های جریان اتصال کوتاه طراحی شده در دهه های اخیر، عناصری سری با تجهیزات شبکه هستند و وظیفه دارند جریان اتصال کوتاه مدار را قبل از رسیدن به مقدار حداکثر خود محدود نمایند به طوری که توسط کلیدهای قدرت موجود قابل قطع باشند.
این تجهیزات در حالت عادی، مقاومت کمی در برابر عبور جریان از خود نشان می دهند ولی پس از وقوع اتصال کوتاه و در لحظات اولیه شروع جریان، مقاومت آنها یکباره بزرگ شده و از بالا رفتن جریان اتصال کوتاه جلوگیری می کنند. این تجهیزات پس از هر بار عملکرد باید قابل بازیابی بوده و در حالت ماندگار سیستم، باعث ایجاد اضافه ولتاژ و یا تزریق هارمونیک به سیستم نگردند. محدودسازهای اولیه با استفاده از کلیدهای مکانیکی امپدانسی را در زمان خطا در مسیر جریان قرار می دادند.
با ورود ادوات الکترونیک قدرت کلیدهای تریستوری برای این موضوع مورد استفاده قرار گرفتند و مدارهای متعددی از جمله مدارهای امپدانس تشدید و ابررسانا، ارائه گردیده است. محدودکننده های ابررسانا در شرایط بهره برداری عادی سیستم یک سیم پیچ با خاصیت ابررسانایی بوده (مقاومت و افت ولتاژ کمی را باعث می شود) ولی به محض وقوع اتصال کوتاه و افزایش جریان از یک حد معینی (جریان بحرانی) سیم پیچ مربوط مقاومت بالایی از خود نشان می دهد و به همین دلیل جریان خطا کاهش می یابد.
عمل فوق در زمان کوتاهی انجام می پذیرد و نیاز به سیستم کشف خطا نمی باشد. برآورد اولیه بخش ابر رسانائی EPRI نشان می دهد که استفاده از محدودسازهای ابررسانائی جریان یک بازار فروش با درآمد حدود ۳ تا ۷ میلیارد دلار در ۱۵ سال آینده به وجود خواهد آورد.
● یچهای ابررسانا
با تغییر در شدت میدان مغناطیسی، امکان تغییر در وضعیت جسم ابررسانا از ابررسانایی به مقاومتی و برعکس امکانپذیر است. بنابراین از مواد ابررسانا جهت انجام سوئیچینگ یا کلیدزنی نیز می توان بهره گرفت. تحقیقات اولیه در این زمینه از اواخر دهه ۱۹۵۰ میلادی آغاز شد و کوششهایی برای استفاده از سوئیچهای ابررسانا در مدارها و حافظه کامپیوترهای بزرگ صورت گرفت.
باک در سال ۱۹۵۶ مداری با نام کرایوترون شامل یک سیم پیچ نیوبیوم با دمای بحرانی ۳/۹ درجه کلوین و هسته ای از سیم تانتالوم با دمای بحرانی ۴/۴ درجه کلوین معرفی نمود که با توجه دمای ۲/۴ درجه کلوین هلیوم مایع، امکان تغییر وضعیت سیم تانتالوم در اثر ایجاد جریان الکتریکی و درنتیجه میدان مغناطیسی در سیم پیچ نیبیوم وجود داشت.
با توسعه دانش نیمه هادی، توجه به سوئیچهای ابررسانا کاهش یافت اما حجم و تلفات کمتر، و سرعت بالاتر تراشه های ابررسانا نسبت به تراشه های نیمه هادی، استفاده از سلولهای کرایوترونی و جایگزینی ابررسانا به جای مدارهای مسی را برای ساخت ابرکامپیوترهای بسیار سریع و کم تلفات، حتی با وجود پیشرفتهای صنعت نیمه هادی توجیه پذیر می سازد. علاوه بر سلولهای کرایوترونی که با سرعت ۱/۰ میکروثانیه در ساخت حافظه و تراشه های الکترونیک قابل استفاده است، از اتصالات جوزفسون که مبنای عملکرد آنها، اثر تونل زنی است نیز برای ساخت سوئیچهای بسیار سریع و با سرعت ۱/۰ نانوثانیه (فرکانس ۱۰ گیگاهرتز) استفاده شده اما درمورد تکنولوژی ساخت آنها به تعداد زیاد، پژوهشها ادامه دارد.
● ابررساناها و ژنراتورهای هیدرودینامیک مغناطیسی
▪ ژنراتورهای هیدرودینامیک مغناطیسی:
اصول کلی ژنراتورهای هیدرودینامیک مغناطیسی (MHD) که از سال ۱۹۵۹ پژوهشهایی برای تولید برق به وسیله آنها شروع شده و هنوز ادامه دارد، بر این اساس است که جریان گاز پلاسما (بسیار داغ) یا فلز مذاب از میان میدان مغناطیسی قوی عبور داده می شود. با عبور گاز داغ یا فلز مذاب، در اثر میدان مغناطیسی بسیار قوی موجود، یونهای مثبت و منفی به سمت الکترودهایی که در بالا و پایین جریان گاز پلاسما یا فاز مذاب قرار دارند، جذب می شوند و مانند یک ژنراتور جریان مستقیم، تولید الکتریسیته را باعث می شوند.
قدرت الکتریکی این ژنراتور جریان مستقیم با اینورترهای الکترونیک قدرت، به برق جریان متناوب تبدیل و به شبکه متصل می شود. با توجه به هزینه بالای تولید الکتریسیته در ژنراتورهای MHD، استفاده از آنها تنها به منظور یکنواختی منحنی مصرف در زمانهای پرباری شبکه مفید است. سیم پیچهای بزرگ ابررسانا که از مواد ابررسانای متعارف مانند آلیاژ نیوبیوم تیتانیوم ساخته شده اند برای تولید میدانهای مغناطیسی بسیار قوی مناسب و قابل استفاده است.
اگر فاصله دو الکترود ۱/۰ متر، سرعت یونها ۴۰۰ متر بر ثانیه و میدان مغناطیسی ۵ تسلا باشد، ولتاژ خروجی ۲۰۰ ولت خواهد بود و در طول کانال ۶ متری و با قطر یک متر، ۴۰ مگاوات انرژی قابل تولید است. مزیت اصلی ژنرتورهای MHD وزن نسبتاً کم آنها در مقایسه با ژنراتورهای متعارف است که استقبال از کاربرد آنها را در صنایع هوایی و دریایی موجب شده است.

منبع:
www.meilblgfa.com

فهرست مطالب
مقدمه 2
حفاظت تجهیزات پست 2
معایب برقگیر میله ای: 4
بررسی سیستم های توزیع و وسایل حفاظتی 5
شبکه سراسری انتقال 7
1-1 سیستم توزیع 8
1- 2 پستهای توزیع 8
شبکه توزیع ( Subtransmissn Line ) 9
لوازم اندازه گیری 10
تجهیزات پست و روش های مورد استفاده برای کاهش و رفع خطاهای سیستم 14
نقش حفاظتی ابر رساناها 15
کاربرد ابررسانا در سیم و کابل 15
● کاربرد ابررسانا در ترانسفورماتورها 17
● کاربرد ابررسانا در موتورها و ژنراتورها 17
● کاربرد ابررسانا در ذخیره سازهای مغناطیسی 18
● کاربرد ابررسانا در محدودسازهای جریان خطا 21
● یچهای ابررسانا 23
منبع: 27

1