اثر برخورد امواج صاعقه به خطوط هوایی شبکه های توزیع

در اثر برخورد امواج صاعقه به خطوط هوایی شبکه های توزیع شاهد بوجود آمدن امواج ضربه ای و انتشار آنها در انتشار آنها در هادیها می باشیم که اضافه ولتاژهای گذرا را در آنها ایجاد می نمایند لذا تبدیل خطوط هوایی با کابل های زمینی ، اضافه ولتاژهای تولید شده به کابلها نیز انتقال داده می یابند از آنجایی که اضافه ولتاژها می توانند موجب آسیب دیدن عای


خرید و دانلود فایل


توضیحات:

در اثر برخورد امواج صاعقه به خطوط هوایی شبکه های توزیع شاهد بوجود آمدن امواج     ضربه ای و انتشار آنها در انتشار آنها در هادیها می باشیم که اضافه ولتاژهای گذرا را در آنها ایجاد      می نمایند لذا تبدیل خطوط هوایی با کابل های زمینی ، اضافه ولتاژهای تولید شده به کابلها نیز انتقال داده می یابند . از آنجایی که اضافه ولتاژها می توانند موجب آسیب دیدن عایق کابلها شوند ، بایستی با استفاده از نصب برقگیر در محلهای مناسب در شبکه توزیع از نفوذ اضافه ولتاژهای با دامنه های شدید به کابلهای توزیع جلوگیری گردد . در این جا به بررسی اثرات نصب برقگیرها در ابتدا ، انتها و وسط کابل پرداخته و ماکزیمم ولتاژ تولید شده در کابل در هر یک از این حالات مورد بررسی قرار می دهیم . در این بررسی ، شکل موج جریان ضربه ، خاصیت اندوکتانسی برقگیر ، ولتاژ سیستم و امپدانس موجی خطوط هوایی و کابل های زمینی مد نظر قرار دارند . در انتها نیز شبیه سازیهای انجام گرفته توسط نرم افراد ATP-EMTP برای بررسی حالات گذرای برخورد صاعقه به خطوط هوایی و انتشار آنها در کابلهای متصل در شبکه های توزیه دارای برقگیر و بدون آنها آورده شده است . همچنین نتایج بررسی های انجام شده در مورد دامنه اضافه ولتاژهای گذرا و اثرات آنها در دو نوع کابل متفاوت TR-XLPE و EPR مورد مقایسه قرار می گیرد .

 در اثر برخورد امواج صاعقه و یا حتی بروز آن در مجاورت خطوط هوایی شبکه های توزیع ، امواج ضربه ای در هادیهای خطوط هوایی شبکه ایجاد و بسرعت منتشر می شوند که این امواج      ضربه ای تولید اضافه ولتاژهای گذرا را در خطوط هوایی نموده و بدلیل اتصال خطوط هوایی با کابلهای زمینی ، در طول کابلها نیز منتقل می شوند . با گذشت مدت زمان کاربری کابلها بتدریج از مقاومت الکتریکی عایقهای آنها کاسته شده و اضافه ولتاژهای با دامنه کافی می توانند منجر به شکستگی عایق کابل گردند و از اینرو محافظت کابلها در شبکه توزیع در مقابل پدیده صاعقه بسیار ضروری است . اگر صاعقه برخوردی به خط هوایی در فاصله نزدیکی نسبت به محل اتصال آن با کابل باشد آنگاه دامنه اضافه ولتاژهای ایجاد شده در کابل بسیار بیشتر از سطح ایزولاسیون اصلی کابل می گردد مگر آنکه توسط برقگیرها محافظت بیشتری از کابلها در مقابل اضافه ولتاژ ناشی از صاعقه صورت گیرد .

لذا برای افزایش قابلیت اطمینان سیستم بایستی با استفاده مناسب از برقگیرها در شبکه توزیع ، سطح محافظتی کابلها را در مقابل اضافه ولتاژهای شدید افزایش داده تا از بروز عیب در سیستم جلوگیری گردد بطوری که در صورت استفاده از برقگیرها در چندین نقطه میتوان دامنه اضافه ولتاژها را در شبکه کابل تا حد  زیادی کاهش داد . در این مقاله ابتدا به بررسی تئوری پدید برخورد صاعقه به خطوط هوایی و انتشار و انعکاس امواج ضربه ای در کابلها و خطوط هوایی شبکه توزیع می پردازیم و ماکزیمم دامنه اضافه ولتاژهای ایجاد شده در کابل را مورد بررسی قرار می دهیم . آنگاه با معررفی پارامتر  طول بحرانی کابل و استفاده از برقگیرها در ابتدا ، انتها و وسط کابل شبکه توزیع مجدداً دامنه اضافه ولتاژهای ایجاد شده را  محاسبه می کنیم .

 

در این بررسی ، شکل موج جریان ضربه ، خاصیت اندوکتانسی برقگیر و  ولتاژ سیستم بعنوان پارامترهای اساسی بر دامنه اضافه ولتاژهای کابلها مدنظر قرار داشته و تحلیل های انجام شده بر اساس این پارامترها استوار است . در انتها نیز شبیه سازی های انجام گرفته توسط نرم افزار ATP-EMTP برای بررسی حالات گذرای برخورد صاعقه به خطوط هواییی و انتشار آنها در کابلهای متصل در     شبکه های توزیع دارای برقگیر و بدون آنها آورده شده و همچنین نتایج مقایسه دامنه اضافه ولتاژهای گذرا و اثرات آنها در دو نوع کابل متفاوت TR-XLPE  و EPR آورده شده است .

 

2-1 بررسی تحلیلی پدیده اضافه ولتاژها در شبکه توزیع

تصویر شماتیک قسمتی از یک شبکه توزیع دارای خطوط هوایی و کابلهای متصل بهم در شکل 1-1 دیده می شود . در ابتدا می توان مدار را بصورت المانهای کاملاً ایده آل تصور نمود که در هنگام عبورموج دارای اضافه ولتاژ ، در صورت افزایش ولتاژ ، در صورت افزایش ولتاژ در محل برقگیر از حد متعارف ، برقگیر عمل کرده و اضافه ولتاژ را به زمین منتقل می کند و موج ولتاژ عبور داده شده از حد متعارف تجاوز نمی کند اما در حالت عملی بدلیل وجود انعکاس موج در آن نقطه شاهد وجود مجموع دو موج اصلی اضافه ولتاژ و انعکاس آن هستیم که موج بریده شده را نتیجه می دهند که این موضوع در شکل 2-1 دیده می شود .

 

برای بررسی و تحلیل ساده تر پدیده انتشار اضافه ولتاژهای ناشی از برخوردصاعقه در کابلهای شبکه توزیع ابتدا موج ضربه را ترکیبی از دو موج شیب صعودی و نزولی در نظر می گیریم سپس بررسی این مسائل با پیچیدگی بیشتر ولی تئوری یکسان برای موج ضربه اکسپانسیلی قابل تعمیم است .

با فرض موج صاعقه بصورت  موجی با دو شیب صعودی و نزولی و با استفاده از پدیده انتشار و انعکاس امواج در محل اتصال برقگیر ، خط هوایی و کابل زیرزمینی بدلیل تغییر امپدانس و استفاده از دیاگرام لاتیس به بررسی این پدیده می پردازیم . در هنگام برخورد صاعقه به خط هوایی ، امواج صاعقه با شکل موجهای مفروض در دو سمت خط هوایی شروع به انتشار می کنند . با رسیدن موج صاعقه به محل برقگیر قسمتی از موج منتقل و قسمت دیگر منعکس می گردد . موج منعکس شده پس از بازگشت به محل ترمینال خط که مانند یک منبع باز می باشد بدون تغییر علامت بطرف برقگیر منعکس می گردد که مجدداً در محل برقگیر موجهای انتشار و انعکاس جدیدی را بوجود می آورد . با فرض دامنه اضافه ولتاژ موج اصلی صاعقه در محل برقگیر SV و ضریب انعکاس موج در آنجا  که در آن Zc امپدانس موجی کابل و Zl امپدانس موجی خط هوایی می باشند و از آنجایی که  است لذا موج منعکس شده برای این احالت است در صورتی که ولتاژ دو سر برقگیر کمتر از ولتاژ تخلیه آن باشد، در شکل 3-1 دیده می شود .

 

تحلیل دقیقتر این موضوع اطلاعاتی در مورد اضافه ولتاژها در ترمینال باز و وسط کابل را بیان    می کند . حال اگر فرض شود طول کابل بگونه است که ولتاژ دو سر برقگیر قبل از آنکه اولین انعکاس موج از ترمینال باز به محل برقگیر برسد برابر ولتاژ تخلیه آن گردد ، آنگاه زمان لازم برای برابر شدن ولتاژ تخلیه برقگیر با ولتاژ دو سر آن از رابطه 1-1 بدست می آید .

با فرض زمان طی موج در کابل برابر  آنگاه طول بحرانی کابل lcr برای  از رابطه     (2-1) بدست می آید که در آن v سرعت انتقال موج در کابل می باشد .

برای کابلی با طول بزرگتر یا مساوی طول بحرانی ، ماکزیمم ولتاژ در ترمینال منبع باز دو برابر ولتاژ تخلیه برقگیر خواهد بود مثلاً با فرض امپدانس کابل برابر 50 اهم و امپدانس خط هوایی برابر 350 اهم ، ولتاژ تخلیه برقگیر در محل آن 100 کیلوولت و با فرض شیب جریان صاعقه برابر  آنگاه شیب موج ولتاژ صاعقه  می باشد و در نتیجه طول بحرانی کابل برابر 17 متر می گردد .

با فرض ولتاژ تخلیه یکسان برای تمامی برقگیرها و کابلی با طول بحرانی ، آنگاه در زمانی  که اولین موج انعکاسی از منبع باز به محل برقگیر می رسد ولتاژ دو سر برقگیر برابر ولتاژ تخلیه آن بوده و از رابطه 3-1 بدست می آید .

از آنجایی که ضریب انعکاس منبع باز یک است لذا با انعکاس موج در سمت منبع باز اندازه ولتاژ آن دو برابر ولتاژ محل برقگیر متصل به کابل بوده و در نتیجه ولتاژ دو سر برقگیر متصل به کابل بوده و در نتیجه ولتاژ دو سر برقگیر در ترمینال منبع باز در نصف زمان لازم برای برقگیر محل اتصال کابل زمینی و خط هوایی برابر ولتاژ تخلیه آن می گردد که اندازه این ولتاژ از رابطه (4-1) بدست می آید .

لذا برقگیر در محل اتصال کابل با خط هوایی دارای دامنه اضافه ولتاژ Sv و زمان رسیدن موج  ولی برقگیر موجود در ترمینال منبع باز دارای دامنه اضافه ولتاژ 2Sv و زمان رسیدن موج  می باشد ولی در حالت کلی ولتاژ تخلیه دو برقگیر با هم برابر است .

ماکزیمم ولتاژ در فاصله یکسان از دو انتهای کابل براحتی قابل محاسبه است زیرا در این نقطه ولتاژ اولیه  در زمان وجود دارد و سپس موج انعکاس یافته از طرف منبع بار مجدداً به سمت آن بازگشته و با آن جمع می شود . پس از مدت زمان تاخیر  امواج منعکس شده از طرف منبع باز مجدداً به سمت آن بازگشته و با آن جمع می گردند . پس از مدت  موجهای معکوس از دو سمت به این محل آمده و در نتیجه ماکزیمم ولتاژ این نقطه از رابطه 5 بدست می آید که 5/1 برابر ولتاژ تخلیه برقگیر می باشد و با افزایش طول کابل به بیش از طول بحرانی ، اندازه آن ثابت می ماند .

در صورت استفاد از یک برقگیر دیگر در وسط کابل با فرض ولتاژ تخلیه یکسان برای تمامی برقگیرها می توان به نتایج زیر دست یافت :

  ولتاژ دو سر برقگیر وسط کابل قبل از رسیدن اولین موج منعکس شده از طرف منبع باز برابر ولتاژ تخلیه آن می شود .

  ولتاژ برقگیر وسط و طرف منبع بار همزمان در لحظه ای که ولتاژ منعکس شده از طرف منبع باز به محل برقگیر وسط کابل می رسد برابر ولتاژ تخلیه خود می گردند .

  ماکزیمم ولتاژ در طرف اول هیچگاه بیشتر از ولتاژ تخلیه برقگیرها نمی شود ، در صورتی که ولتاژ طرف دوم تا 5/1 برابر ولتاژ تخلیه برقگیر بالغ می گردد .

 

فهرست:

فصل اول

اضافه ولتاژهای گذرای ناشی از برخورد صاعقه به خطوط هواییپ

فصل دوم

رزونانس و فرورزونانس در شبکه های توزیع

فصل سوم

اولویت بندی شرایط اضطراری هنگام اضافه بار و افت ولتاژ در شبکه

فصل چهارم

اضافه ولتاژهای موجی در شبکه توزیع فشار ضعیف و حفاظت مصرف کنندگان در برابر آن

 فصل پنجم

اضافه ولتاژ نوع کلیدزنی

خرید و دانلود فایل


فایل های مرتبط ( 15 عدد انتخاب شده )
روش اتصال نیروگاه بادی به شبکه سراسری برق
روش اتصال نیروگاه بادی به شبکه سراسری برق

بررسی کیفیت توان در شبکه های توزیع
بررسی کیفیت توان در شبکه های توزیع

پروژه پایش وضعیت موتورهای الکتریکی توسط کنترل ولتاژ و جریان
پروژه پایش وضعیت موتورهای الکتریکی توسط کنترل  ولتاژ و جریان

بررسی و تحلیل هوشمندسازی در شبكه های توزیع
بررسی و تحلیل هوشمندسازی در شبكه های توزیع

پروژه انرژی هاروستینگ (برداشت انرژی)
پروژه انرژی هاروستینگ (برداشت انرژی)

بررسی مبدل های آنالوگ به دیجیتال
بررسی مبدل های آنالوگ به دیجیتال

کنترل توان راکتیو درشبکه توزیع با استفاده از منابع تولید پراکنده DG
کنترل توان راکتیو درشبکه توزیع با استفاده از منابع تولید پراکنده DG

شبیه سازی برقگیرهای فشار قوی با نرم افزار COMSOL Multiphysics
شبیه سازی برقگیرهای فشار قوی با نرم افزار COMSOL Multiphysics

مطالعه نحوه اتصال نیروگاه های بادی به شبکه سراسری
مطالعه نحوه اتصال نیروگاه های بادی به شبکه سراسری

بررسی جبران ساز svc
بررسی جبران ساز svc

کنترل دمای کوره با میکروکنترلر
کنترل دمای کوره با میکروکنترلر

بهبود کیفیت توان با استفاده از فیلتر اکتیو
بهبود کیفیت توان با استفاده از فیلتر اکتیو

مطالعه پایداری گذرا سیستم های چند ماشینه با استفاده از معیار سطوح برابر
مطالعه  پایداری گذرا سیستم های چند ماشینه با استفاده از معیار سطوح برابر

آشنایی با خطوط کمپکت و مشخصه های الکتریکی آن
آشنایی با خطوط کمپکت و مشخصه های الکتریکی آن

پاورپوینت نیروگاه گازی و سیكل تركیبی
پاورپوینت نیروگاه گازی و سیكل تركیبی

فروشگاه شخصی خود را راه اندازی نمایید و با آپلود فایل های خاک خورده خود کسب درآمد کنید ایجاد رایگان فروشگاه