دستهایی که کمک میکنند مقدس ترند از

لبهایی که دعا میکنند(کورش بزرگ)

 

تولید برق از جزر و مد

چگونگی تولید برق در نیروگاه جزر و مد

مهمترین پارامترهایی که بر تصمیم گیری در مورد ساخت نیروگاه جزر و مد اثر می گذارد، ممکن است اصلاً پارامترهای اقتصادی نبوده بلکه بیشتر به مسائل زیست محیطی مربوط باشد. زیرا با احداث یک طرح جزر و مدی و یک حوضچه شدت جزر و مد در آن ناحیه کاهش می یابد و بنابراین مقدار آبی که به حوضچه وارد یا از آن خارج می شود کاهش می یابد. این تغییرات اساسی، محیط زیست اطراف و داخل حوضچه را تحت تأثیر قرار داده و تغییراتی را در آن ایجاد می کند. این تغییرات عامل تغییر کیفیت آب، میزان رسوب و طبیعت می باشد. هریک از این پارامترها جداگانه بیان خواهد شد.

مزایای یک نیروگاه جزر و مد شامل این حقیقت است که این نیروگاه ها دارای منابع انرژی برگشت پذیر قابل پیش بینی هستند و با طراحی دقیق و ساخت مناسب، یک نیروگاه جزر و مدی عمر طولانی خواهد داشت.

تولید برق در نیروگاه جزر و مد

با توجه به اینکه منابع سوخت موجود در کره زمین محدود است و تزریق فراوان گاز co₂ به اتمسفر (ناشی از احتراق سوخت در نیروگاههای حرارتی) که سبب افزایش گازهای گلخانه ای می گردد، استفاده از نیروگاه جزر و مد را در قرن اخیر به دلیل مسائل زیست محیطی بیش از پیش مدنظر و مورد توجه قرار داده است.

اثرات نیروگاه جزر و مد بر طبیعت

اثر نیروگاه جزر و مد بر طبیعت بسیار ناچیز است زیرا این نیروگاه ها سبب بارش باران های اسیدی و یا موجب تشعشات رادیواکتیو در طبیعت نمی شوند. همچنین وقتی که نیروگاه جزر و مدی در حال کار است آلودگی‌ های صوتی آن خیلی کم است. با احداث یک سد برای ساخت یک نیروگاه از شدت جزر و مد در آن محل کاسته شده و با تغییرات رسوب گذاری شکل زندگی آبزیان در اطراف حوضچه تغییر می کند.

احداث حوضچه در مسیر گذر ماهیان مانعی پدید می آورد که سبب تلف شدن برخی از آنها در حین عبور از آن واحد می شود. شرایط حیات پرندگانی که بطور دائمی یا فصلی در دهانه رود زندگی می کنند نیز با احداث این حوضچه تغییر می کند. به این نحو که با احداث سد ارتفاع آب در حوضچه بطور تنظیم شده خواهد بود و لذا دوره زمانی تغذیه مرغان دریایی تغییر می کند.

طرح و مشکلات نیروگاه جزر و مد

ساخت نیروگاه جزر و مد خیلی گران قیمت است و معمولاً آنها هنگامی ساخته می شوند که ما احتیاج بیشتری به برق داریم. جریانات جزر و مدی همواره در حال تغییر هستند، اما نیاز ما به برق در شب نسبت به روز خیلی کمتر است.

نیروگاه جزر و مد نیز یکی از مشکلات محیطی به حساب می آیند. بسیاری از گونه های ماهی ها در دهانه رودخانه ها، جایی که سدبندی است شنا می کنند و بوسیله توربین ها کشته می شوند. همچنین سدبندی اقامتگاه پرندگان دریایی، ماهی‌ ها و حیوانات دیگر را ویران می کند.

نیروگاه جزر و مد با ساختن مانع در سرتاسر دهانه رودخانه بهره برداری می‌ شوند. گردش جریانات جزر و مدی توربین ها را به چرخش درآورده تا برق تولید کنند. یکی از نیروگاه جزر و مد اروپا نزدیک رانس در شمال فرانسه می باشد. تعدادی مکان برای نیروگاه جزر و مدی در UK (قسمتی از شمال غربی اروپا که شامل انگلیس و شمال ایرلند می باشد) می تواند برای بهره برداری توسعه پیدا کند. اشکال این طرح ها اثر گذاشتن به محل سکونت پرندگان دریایی و ماهی ها می‌ باشد.

چرا که محل سکونت آنها با جریانات جزر و مدی ویران می شود همچنین سدبندی فقط برای 10 ساعت در روز نیرو فراهم می کند. نیروی برای 14 ساعت دیگر باید از روش های دیگر فراهم شود.

موج های انرژی زیادی دارند، آزمایش بوسیله طرح های گوناگون و متفاوت بوسیله ژنراتور ثابت کرده است که می توانیم از موج برق تولید کنیم. مشکلاتی وجود دارد برای توسعه دادن و ساختن ژنراتورهای نیروگاه های موجی که هم ارزان و هم کارآمد باشند. آنها باید به اندازه کافی در مقابل طوفان های شدید مستحکم و قوی باشند و آنقدر سبک باشند که با موج های کوچک هم کار کنند. اشکال این طرحها اثر گذاشتن به محل سکونت پرندگان دریایی و ماهی ها می باشند. چرا که محل سکونت آنها با جریانات جزر و مدی ویران می شود.

تیم فوتبال واحد برق

کسب عنوان قهرمانی مسابقات دهه فجر سال 1389

مقره

مقره

مقره‌ای که برای خطوط تا ۳۵ کیلووات استفاده می‌شود.

مَقَرّه یا گیرهٔ چینی پایه عایقی است که در دکل‌های انتقال برق در محل اتصال کابل‌های برق با دکل بکار می‌رود.

در خطوط انتقال نیرو لازم است هادی‌های تحت ولتاژ به نحوی از برج‌ها ایزوله شوند و برای این کار از مقره‌ها استفاده می‌شود. این مقره‌ها دو وظیفه عمده دارند:

• وظیفه اصلی مقره‌ها، ایزوله کردن هادی از بدنه برج می‌باشد. این مقره‌ها باید بتوانند بدون داشتن جریان نشتی، ولتاژهای بالای خطوط انتقال را از بدنه برج ایزوله نمایند.

• مقره‌ها باید تحمل نیروهای مکانیکی حاصل از وزن هادی‌ها و نیروهای اعمالی ناشی از باد و یخ را داشته باشند.

محتویات

• ۱ جنس مقره‌ها و طراحی شکل آنها
• ۱.۱ مقره‌های چینی
• ۱.۲ مقره‌های شیشه‌ای
• ۱.۳ مقره‌های پلاستیکی
• ۱.۴ طراحی شکل مقره‌ها
• ۲ انواع مختلف مقره‌ها
• ۲.۱ مقره چرخی
• ۲.۲ مقره سوزنی
• ۲.۳ مقره بشقابی
• ۲.۳.۱ مقره بشقابی استانداد
• ۲.۳.۲ مقره بشقابی ضد مه (Anti Fog Insulator)
• ۲.۳.۳ مقره‌های بشقابی آئرودینامیک (Aerofoil Insulator)
• ۲.۳.۴ مقره زنگوله‌ای شکل (Bell Type Insulator)
• ۲.۴ مقره‌های یکپارچه (Long rod Insulator)
• ۲.۵ مقره‌های بوشینگ (Bushing Insulator)
• ۳ آرایش مقره‌ها در زنجیره
• ۳.۱ زنجیره مقره‌های آویزی (Suspension String)
• ۳.۱.۱ زنجیره مقره آویزی (I - String)
• ۳.۱.۲ زنجیره مقره آویزی دوبل (II - String)
• ۳.۱.۳ زنجیره مقره آویزی V شکل (V - String)
• ۳.۱.۴ زنجیره مقره آویزی V شکل دوبل (Double V - String)
• ۳.۲ زنجیره مقره کششی (Tension String)
• ۳.۳ زنجیره مقره جامپر (Jumper Insulator String)
• ۴ جستارهای وابسته
• ۵ منابع

جنس مقره‌ها و طراحی شکل آنها

متداول‌ترین جنس مقره‌های مورد استفاده در صنعت برق عبارتند از

مقره‌های چینی

این مقره‌ها از ترکیبات آلکالین و سیلیکات آلومینیوم ساخته شده‌است. جهت بالا بردن استقامت مکانیکی چینی به آن اکسید آلومینیوم اضافه می‌کنند. مقره‌های چینی هم به صورت بشقابی و هم به صورت یکپارچه ساخته می‌شوند.مهندس ایمان زومکان

مقره‌های شیشه‌ای

از شیشه نیز در ساخت مقره‌ها استفاده می‌شود ولی به دلیل پایین بودن استقامت مکانیکی شیشه لازمست به طریقی آن را تقویت نمود. یک روش، سرد کردن سریع شیشه پس از شکل دادن آن می‌باشد که با این روش سطح خارجی مقره سخت شده، موجب افزایش استقامت مکانیکی آن می‌شود. اشکال این نوع مقره‌ها این است که در مقابل ضربات مستقیم شکننده می‌باشد و با کوچکترین ضربه مستقیم، مقره کاملاً خرد می‌شود.

مقره‌های پلاستیکی

این مقره‌ها از جنس پلاستیک و از ترکیبات شیمیائی اتیلن، پروپیلن و رزین می‌باشد. مزیت این مقره‌ها در دفع خوب آب می‌باشد زیرا پلاستیک این مزیت را دارد که قطرات آب روی سطح آن جاری نمی‌شود تا با قطرات دیگر ترکیب شده مسیری را برای هدایت قوس فراهم کند. در صورتی که در مقره‌های چینی و شیشه‌ای آب به راحتی روی سطح مقره جاری می‌شود.

طراحی شکل مقره‌ها

ولتاژ اعمالی بر مقره‌ها و عملکرد آن در مقابل اضافه ولتاژها شکل و فرم مقره را تعیین می‌نماید. شکست الکتریکی بر روی مقره‌ها به دو صورت انجام می‌گیرد.

• در داخل مقره جرقه‌ای زده شده و موجب سوراخ شدگی و از بین رفتن خاصیت عایقی مقره می‌شود.

• تخلیه در سطح عایق صورت می‌گیرد و جرقه‌هایی در سطح آن زده می‌شود و به این ترتیب ارتباط الکتریکی در طرفین عایق برقرار می‌شود. که رطوبت و آلودگی در سطح مقره در این نوع تخلیه تاثیر گذارند.

مواردی که در ساخت مقره رعایت می‌شود به شرح زیر است:

• سطح مقره باید کاملاً صاف و صیقلی باشد تا امکان نشستن گرد و غبار و آلودگی روی آن به حداقل برسد.

• سطح مقره باید این قابلیت را داشته باشد که هنگام ریزش باران شسته شود و باران روی آن نماند.

• جهت جلوگیری از جریان نشتی لازم است طول خزشی مقره‌ها (Creepage distance) افزایش یابد.

طول خزشی مقره عبارت است از کوتاهترین مسیری که لازمست جرقه برای رسیدن از ابتدا تا انتهای مقره طی کند. هر چه این مسیر طولانی تر باشد امکان ایجاد قوس کمتر می‌شود. افزایش این مسیر موجب سنگین شدن مقره می‌شود، بنابراین مقره را به صورت دندانه دندانه می‌سازند و به این ترتیب طول مقره را کوتاهتر بوده ولی مسیر عایقی آن افزایش می‌یابد.

• چون تخلیه نوع اول موجب از بین رفتن مقره می‌شود باید به هر شکل ممکن از آن جلوگیری کرد. برای این کار باید فاصله بین قسمت‌های فلزی بالا (cap) و پایین (pin) به اندازه‌ای انتخاب شود تا قبل از وقوع جرقه در داخل مقره، جرقه سطحی زده شود و از تولید جرقه در داخل مقره جلوگیری شود.

• نوع مقره باید با توجه به شرایط محیطی انتخاب شود و همچنین مسائل اقتصادی نیز در نظر گرفته شود.

انواع مختلف مقره‌ها

مقره‌ها بر حسب کاربرد و سطح ولتاژ به کار رفته انواع مختلفی دارند.

مقره چرخی

جنس این نوع مقره‌ها می‌تواند از چینی، شیشه یا پلاستیک باشد. این مقره‌ها به صورت یک شیاره یا دو شیاره می‌باشند و بیشتر در ولتاژهای توزیع کاربرد دارند. تعداد شیارها بستگی به سطح ولتاژ دارد.

مقره سوزنی

جنس این نوع مقره‌ها می‌تواند از چینی، شیشه یا پلاستیک باشد. از این نوع مقره در برج‌های میانی و تا ولتاژ ۳۳ کیلو ولت استفاده می‌شود. جهت ارتباط این نوع مقره‌ها با پایه فلزی، از یک فلز نرم تر به عنوان رابط استفاده می‌شود تا حرکات و تنش‌های ناگهانی باعث شکسته شدن مقره نشود. همچنین می‌توان این مقره را به صورت افقی نصب نمود.

مقره بشقابی 

این نوع مقره از جنس شیشه و یا چینی و به شکل دیسک بوده و از نظر کاربرد نیز رایج‌ترین مقره در خطوط هوایی انتقال انرژی می‌باشد. این مقره‌ها به صورت زنجیره مقره استفاده می‌شوند که تعداد دیسک‌ها در زنجیر مقره بستگی به سطح ولتاژ، محل استفاده و اضافه ولتاژ دارد. ارتباط این دیسک‌ها با دیسک دیگر توسط دو قطعه فلزی که با پودر سیمان و شیشه و چسب مخصوص به مقره محکم می‌شود، صورت می‌گیرد. این نوع مقره بسته به نحوه اتصال به یکدیگر و با توجه به شکل آنها در انواع مختلف وجود دارد.

مقره بشقابی استانداد

این مقره خود انواع مختلفی دارد. مقره‌های نوع کلاهکی (Ball & Socket Type Insulator) و مقره‌های نوع شیار و زبانه (Tongue & Clevis Type Insulator).

مقره بشقابی ضد مه (Anti Fog Insulator)

این مقره در مناطق آلوده و مه آلود که به فاصله خزشی بیشتری نیاز دارند استفاده می‌شود. در این مقره شیارهای پایین بزرگتر از شیارهای مقره‌های معمولی می‌باشد. ولی وزن آنها زیادتر بوده و موجب افزایش نیروی مکانیکی روی برج می‌شود.

مقره‌های بشقابی آئرودینامیک (Aerofoil Insulator)

این مقره‌ها در مناطق بادگیر استفاده می‌شود زیرا سطح بادگیر کمتری نسبت به دیگر مقره‌ها دارد و در زنجیر مقره انحراف زاویه کمتری داشته و نیروهای وارده به برج کم می‌شود. به علت فاصله خزشی کم این نوع مقره، جهت حفظ ایزولاسیون در زنجیر مقره از تعداد بیشتری از این نوع استفاده می‌شود که اینکار باعث افزایش هزینه خواهد بود.

مقره زنگوله‌ای شکل (Bell Type Insulator)

این مقره به شکلی ساخته می‌شود که امکان نشستن گرد و خاک و آلودگی روی آن حداقل باشد. از این مقره در مناطق استفاده می‌شود که آلودگی زیاد است و باران کم می‌بارد.

مقره‌های یکپارچه (Long rod Insulator)

این مقره‌ها به شکل استوانه‌ای بلند بوده که دارای شیارها و برآمدگی‌هایی است. جنس این مقره‌ها معمولاً از چینی و سرامیک است و به دو صورت توپر (solid core sylindrical posts) و تو خالی (Hollow Insulator) ساخته می‌شود. این مقره‌ها می‌توانند به صورت‌های مختلفی به هم وصل شوند. (عمودی یا مایل)

مقره‌های بوشینگ (Bushing Insulator)

این نوع مقره‌ها مانند مقره‌های یکپارچه می‌باشد با این تفاوت که قطر ابتدا و انتهای آن متفاوت است. از این نوع مقره در ترانس‌ها استفاده می‌شود که محل اتصال مقره به ترانس دارای قطر بیشتری است.

آرایش مقره‌ها در زنجیره

مقره‌های بشقابی با توجه به نیروی مکانیکی و سطوح ولتاژ به صورت تیپ ساخته می‌شوند. با توجه به سطح ولتاژ و نیروی مکانیکی نحوه اتصال و تشکیل زنجیره مقره‌ها متفاوت و به شرح زیر است.

زنجیره مقره‌های آویزی (Suspension String)

این نوع زنجیره مقره دارای انواع مختلف می‌باشد.

زنجیره مقره آویزی (I - String)

این زنجیره در مواردی استفاده می‌شود که نیروی مکانیکی چندان زیاد نباشد. معمولاً در هادی‌های تک سیمه از آن استفاده می‌شود.

زنجیره مقره آویزی دوبل (II - String)

در این فرم جهت لابا بردن استقامت مکانیکی، دو ردیف زنجیری مقره به موازات یکدیگر و به شکل II مورد استفاده قرار می‌گیرد. معمولاً در هادی‌های باندل از این تیپ استفاده می‌شود.

زنجیره مقره آویزی V شکل (V - String)

در مناطق با سرعت باد زیاد، نوسانات بوجود آمده بر روی زنجیره مقره و در نتیجه انحراف بیش از حد آن می‌تواند منجر به کاهش فاصله ایزولاسیون گردیده و در نتیجه بروز قوس الکتریکی و اختلال در برق رسانی را به دنبال آورد. جهت جلوگیری از این مشکلات در این مناطق از زنجیری مقره V استفاده می‌شود تا از نوسانات زنجیره مقره جلوگیری شود. در زنجیره مقره V شکل معمولاًٌ طول دو بازو برابر می‌باشد. اما در مواردی که به دلیل زاویه خط نیاز به بازوهای متفاوت باشد، می‌توان با کاهش و یا افزایش طول یک بازو به این حالت دست پیدا کرد. معمولاً زاویه بین دو بازو در زنجیره مقره بین ۹۰ تا ۱۰۰ درجه می‌باشد.

زنجیره مقره آویزی V شکل دوبل (Double V - String)

برای داشتن استقامت مکانیکی بیشتر، زنجیره مقره V شکل می‌تواند به صورت دوبل نصب شود.

زنجیره مقره کششی (Tension String)

مقره‌ای کششی، که برای خط 63 کیلوولت استفاده شده است.

در برج‌های کششی، مقره‌ها بصورت زنجیره مقره وظیفه اتصال هادی به برج را به عهده دارمد. این زنجیره مقره‌ها می‌توانند به صورت دوبل یا سه تایی و یا بیشتر مورد استفاده قرار گیرند که انتخاب آن بستگی به تعداد هادی‌های هر فاز و همچنین شرایط بارگذاری و نوع مقره دارد.

زنجیره مقره جامپر (Jumper Insulator String)

این زنجیره مقره، سیم جامپر ارتباطی فازها را در برج کششی به صورت آویزی نگه داشته و از حرکت جانبی آن جلوگیری می‌کند. نیروی مکانیکی وارده به این نوع زنجیره چندان قابل ملاحظه نیست.

 

نمونه سوال ترانس

نمونه سوال ترانس

سیستم اتصال زمین

سيستم اتصال زمین:

اساس زمین کردن بر این است که جرم بزرگ زمین به عنوان نقطه صفر در نظر گرفته شود و تمام قسمت هایی که به زمین وصل شده اند هم پتانسیل زمین شوند یا به عبارتی پتانسیل صفر زمین را بگیرند.

زمين كردن به دو علت انجام ميگيرد،يكي كار كردن و رفتار صحيح سيستم هاي الكتريكي، به بيان ديگر حفاظت از وسايل برقي(زمين الكتريكي)و ديگري حفاظت اشخاصي كه به نوعي با دستگاه هاي برقي ارتباط دارند(زمين حفاظتي).

زمين كردن  الكتريكي در تاسيسات فشار قوي معمولا"  از وظايف توزيع كننده برق (وزارت نيرو) است اما در تاسيسات فشار ضعيف تا ۱۰۰۰ ولت خصوصيات وعملكرد صحيح سيستم زمين الكتريكي و حفاظتي بايد هر دو با هم در نظر گرفته شود،نوع زمين در تاسيسات الكتريكي ونگه داشتن حداقل مقاومت زمين بستگي به نوع شبكه انتخاب شده و سيستم هاي حفاظتي دارد.ما در بحث انواع سيستم نيرو از لحاظ زمين كردن سه نوع سيستم نيرو داريم:سيستم TN,TT,IT  كه در ادامه به بررسي انها مي پردازيم.

ازلحاظ ايمني به منضور حفاظت از جان افراد و كاركناني كه از وسايل و ابزارها و دستگاه هاي برقي استفاده ميكنند در برابر برق گرفتگي بايد اقدامات زير صورت گيرد:

1-نقطه نول سيم پيچ مولد هاي برق  در نيروگاه هاي برق و هم چنين نقطه نول سيم پيچ ترانسفورماتور در پست هاي برق وسيم نول شبكه خطوط هوايي در ابتداء و انتهاي  خطوط به الكترود سيستم اتصال زمين مر بوطه متصل شود. نقطه خنثي مركزترانس در محل پست ترانس بايد زمين شود.

2-بدنه يا محفظه فلزي كليه وسايل، ابزارها،تابلو هاي برق و همچنين اسكلت واجزاي فلزي هر يك،كه حامل جريان برق نمي باشد بايد به سيستم اتصال زمين مربوطه متصل گردد.

3-در نيروگاه ها  و پست هاي برق ،سيستم اتصال زمين و همچنين سيستم اتصال زمين بدنه تابلو هاي فشار قوي بايد كاملا" از يكديگر جدا باشند و استفاده از يك سيستم اتصال زمين با الكترود مشترك مجاز نمي باشد .

4-سيستم هايي كه مجهز به برقگير هستند،سيستم اتصال زمين مربوط به برقگير بايد از سيستم اتصال زمين تاسيسات  برقي فشار ضعيف يا فشار قوي كاملا" جدا بوده واز سيستم اتصال زمين مشترك استفاده نشود.

5-هادي هاي حفاظتي بايد كليه بدنه هاي هادي تاسيسات را به نقطه زمين شده سيستم نيرو وصل نمايد(اين هادي هاي حفاظتي كه به رنگ سبز و زرد هستند همان سيم ارت هستند كه به لاينPE متصل ميشوند و اين لاين در انتها به محل زمين سيستم نيرو متصل ميشود).سيم نول در انتهاي شبكه ودر انتهاي كليه شاخه هاي فرعي حتما" بايد زمين گردد(سيم نول شبكه تحت هيچ شرايطي نبايد فيوز داشته باشد).

6-در زمين كردن حفاظتي،اتصال بدنه فلزي دستگاهها به زمين، بدون اينكه بدنه دستگاهها به سيم نول يا سيم حفاظتي شبكه PE وصل شده باشد ممنوع است يعني زمين كردن بدنه فلزي دستگاه هابه صورت مستقيم ممنوع است و بدنه هاي انها بايد به لاين حفاظتي وصل شود كه ان لاين به زمين سيستم نيرو متصل است.

*نحوه عمل يك سيستم اتصال زمين بايد با احتياجات سيستم الكتريكي و تجهيزاتي كه به ان وصل خواهند شد مطابقت داشته باشد،اتصال زمين ممكن است به عنوان اتصال زمين حفاظتي (PE) باشد كه غبارت است اززمين كردن كليه قطعات فلزي تاسيسات الكتريكي كه ارتباط مستقيم با قسمت الكتريكي تاسيسات ندارند كه اين كار براي حفاظت اشخاص در قبال اختلاف سطح تماس زياد به كار گرفته ميشود ،يا اتصال زمين الكتريكي(N) سيستم باشد كه زمين كردن نقطه اي از دستگاه هاي الكتريكي و ادوات برقي كه جزيي از مدار الكتريكي ميباشد مثل زمين كردن مركز ستاره سيم پيچ ترانس يا ژنراتور كه اين كار به خاطر كار صحيح دستگاه و جلوگيري از ازدياد فشار الكتريكي فازهاي سالم نسبت به زمين در موقع تماس يكي از فازهاي ديگر با زمين است .

 

 انواع سيستم هاي نيرو از نظر اتصال به زمين:

مفهوم حروف اختصاري بكار رفته در سيستمهاي توزيع نيرو به شرح زير ميباشد:

 حرف اول از سمت چپ مشخص كننده نوع رابطه سيستم نيرو با زمين است،

T:يك نقطه از سيستم مستقيما" به زمين وصل است (معمولا  نقطه خنثي)

I:قسمتهاي برق دار سيستم نسبت به زمين عايق هند و با يك نقطه از سيستم از طريق امپدانسي به زمين وصل است.

حروف دوم از سمت چپ مشخص كننده نوع رابطه بدنه هاي هادي تاسيسات با زمين است،

T:بدنه هاي هادي از نظر الكتريكي بطور مستقيم و مستقل از اتصال زمين سيستم نيرو به زمين وصل اند.

N:بدنه هاي هادي از نظر الكتريكي مستقيما"در نقطه زمين شده سيستم نيرو وصل ميشوند.

علاوه بر دو حرف اصلي تععين كننده نوع سيستم نيرو در مورد سيستم هاي TN براي مشخص كردن نحوه استفاده از هاديهاي حفاظتيPE وخنثي N از حروف اضافي استفاده ميشود.

S:در سرتاسر سيستم بدنه هاي هادي از طريق يك هادي مجزاءPE به نقطه خنثي N در مبدا سيستم وصل اند.

C:در سرتا سر سيستم بدنه هاي هادي به هادي مشترك حفاظتي خنثي PEN وصل اند .

در مواردي كه قسمتي از سيستم از مبداء تا نقطه تفكيك، هادي توام حفاظتي –خنثي PEN دارند و از ان به بعد دو هادي حفاظتي PE وخنثيN از هم جدا مي شوند از هر دو حرف C و S استفاده خواهد شد به نحوي كه چنين سيستمي به صورت TN-C-Sمشخص ميشود.

- سيستم نيروي نوع  TN-S:

در اين سيستم يك نقطه مستقيما" به زمين وصل شده و بدنه هاي هادي تاسيسات الكتريكي از طريق هاديهاي حفاظتي(ارت) به ان نقطه وصل مي گردند.در اين سيستم هادي هاي خنثي و حفاظتي در تمام سيستم مجزاء ميباشند يعني نول و ارت مجزاء از هم هستند.

- سيستم نيرو نوع TN-C-S:

در اين سيستم هادي هاي خنثي(نول)و حفاظتي(ارت)در قسمتي از تاسيسات توام ميباشند يعني قسمتي از سيستم از مبداء تا نقطه تفكيك، هادي توام حفاظتي –خنثي PEN دارند و از ان به بعد دو هادي حفاظتي PE وخنثيN از هم جدا ميشوند.

- سيستم نيروي نوع TN-C:

در اين سيستم هادي هاي خنثي(نول)و حفاظتي(ارت) در تمام سيستم توام ميباشند وبه عنوان هادي PEN مشخص ميگردند.

- سيستم نيروي نوع TT:

در اين سيستم يك نقطه مستقيما"به زمين وصل شده وبدنه هاي هادي تاسيسات الكتريكي مستقل از اتصال زمين سيستم، به زمين وصل ميشوند ، در اين سيستم شبكه و تاسيسات داراي دو زمين مجزا از يكديگر ميباشند،به طوري كه نقطه صفر ستاره ترانس مستقيما" به زمين وصل ميشود(زمين الكتريكي)و يك سيم از ان براي استفاده صفر (نول)به خارج هدايت ميگرددو بدنه دستگاه ها و وسايل الكتريكي به ميل زمين ديگري (زمين حفاظتي ارت)وصل ميشوند.

اين سيستم جزء در موارد خاصي كه شرايط محلي براي استقرار ان مناسب باشد ويا وسايل حفاظتي مخصوص(كليدهاي جريان باقي مانده)بهره برداري از ان را ممكن كند،قابل استفاده نيست.در اين سيستم ها استفاده از وسايل حفاظتي نوع جريان باقي مانده،وسايل حفاظتي نوعجريان تفاضلي و همچنين كليدFI ترجيح داشته و وسايل حفاظتي نوع ولتاژاتصالي نيز ممكن است مورد استفاده قرار گيرند.

- سيستم نيروي نوع IT:

در اين سيستم اتصال مستقيم بين هاديهاي برق دارفاز با زمين وحتي سيم صفر نول با زمين وجود نداشته،اما بدنه هاي تاسيسات الكتريكي به زمين وصل ميشوند با سيم حفاظتي(ارت).سيم صفر ترانس يا نسبت به زمين كاملا" عايق است يا با يك مقاومت بزرگ و يا توسط برقگير به زمين وصل ميشود.

اين سيستم علت لزوم استفاده از وسليل حفاظتي مخصوص در ان جز در مواردي كه ضرورت ايجاب كند به صورت گسترده مورد استفاده نخواهد بود.در اين سيستم نقطه خنثي ميتواند نسبت به زمين عايق بوده ويا از طريق يك امپدانس به زمين وصل شده باشد وسايل حفاظتي كه در اين سيستم ميتوانند مورد استفاده قرار گيرند،وسايل كنترل دايمي عايق بندي-وسايل حفاظتي كه در اثر اضافه جريان عمل ميكنند-وسايل حفاظتي كه در اثر جريان باقي مانده عمل مي كنندوكليدFU .

 از سه گونه اي كه براي سيستم TN ذكر شد سيستم TN-C-S متداول ترين انهاست .

مقاومت زمين حفاظتي براي تاسيسات بزركتر از ۱كيلو ولت:

براي مقاومت زمين حفاظتي در تاسيسات فشار قوي حدودا" ۵ اهم در نظر گرفته ميشود.

مقاومت زمين مركز ستاره ترانس در سيستم TN,TT :

در اين دو سيستم بايد حتي الامكان مقاومت زمين مجموع تاسيسات زمين هاي الكتريكي كوچك نگاه داشته شود تا در موقع اتصال يك فاز به زمين،اختلاف سطح فازهاي سالم و به خصوص سيم حفاظتي زمين ود سيستم TN سيم PEN نسبت به زمين خيلي بالا نرود،بدين منظور مجموع كل مقاومت مجاز زمين الكتريكي(مركز ستاره ترانس يا ژنراتور)۲  اهم ذكر شده است

 

انواع روشهاي زمين كردن :

1-Isolated:روشي است كه تقريبا" منسوخ شده است امپدانس بين نقطه خنثي(neutral) و زمين

 (earth) بينهايت است .به اين سيستم در اصطلاح ungrounded هم ميگويند،در واقع  نقطه خنثي ايزوله شده است و با زمين اتصالي ندارد.

2- Grounding with resistor:اين روش دو حالت دارد،يا low resistance است يا high resiatanceاست. در اين روش بين نقطه خنثي(neutral) و زمين(earth)مقاومت ميگذارند.اين روش در MV كاربرد دارد.كه به آنneutral grounding resistor:NGR))هم ميگويند.

*درMV طريقه زمين كردن ثانويه ترانس قدرت وقتي ستاره است توسط NGR امكان پذير است اما وقتي كه ثانويه ترانس قدرت مثلث است، در واقع نقطه نوترال در دسترس نيست توسط ترانس زمين كه يك ترانس با سيم پيچي زيگزاك است آن را زمين ميكنند،سيم پيچ مثلث آن را به ترانس زيگزاگ وصل كرده و نقطه نوترال سيم پيچ زيگزاگ را توسط NGR زمين ميكنند.

3- Grounding with reactance:در اين روش از سلف براي زمين كردن استفاده ميكنند وبين نقطه نوترال و زمين سلف ميگذارند.

4-Solidy grounded:در اين روش كه در LV مورد استفاده قرار ميگيرد نقطه نوترال مستقيم زمين ميشود.اين سيستم براي تخليه كردن اضافه ولتاژ ايده ال است. 

 

کابل فشار قوی

 

كابل فشار قوي

همانطور كه فوقاً به آن اشاره شد در كابلهاي كم روغن ياكابلهاي با روغن غليظ در اثر تغييرات درجه حرارت حفره‌ها و حبابهايي بوجود مي‌آيد كه در فشارهاي بالا باعث تخليه الكتروني و بالاخره سوختن كابل مي‌شود. لذا از چنين كابلهايي نمي‌توان درفشار قوي استفاده كرد.ساختمان كابلهاي فشار قوي بايد طوري باشد كه به هيچ وجه حفره هاي خالي در آن به وجود نيايدو يا اينكه ضخامت عايق كابل آنقدر بزرگ باشد كه در فشار قوي نيز شدت حوزهءآن از  k\mm 5 تجاوز نكند. اين عمل باعث مي شود كه از بازدهي كابل به علت زياد شدن مقاومت حرارتي آن به مقدار قابل ملاحظه اي كاسته گردد. در نتيجه اين تدبير بصرف وصلاح نمي باشد. لذا تنها راه ساختن كابلهاي فشار قوي، جلوگيري از حفره ها و حباب هاي هوائي وگازي است.

كابلهاي فشار قوي امروزه دو نوع است:

الف-كابل روغني

ب-كابل گازي

الف-كابل روغني

كابل روغني دو نوع است، كابل روغني با فشار كم وكابل روغني با فشار زياد

1) كابل روغني با فشار كم

در كابل روغني بافشار كم كاغذ كابل با روغن رقيق آغشته شده است. در موقع گرم شدن كابل، روغن اضافي از راه مجراي طولي كابل وارد ظرف انبساط  كه در انتهاي كابل قرار دارد مي‌شود. اين ظرف داراي بالشتك‌هاي هوائيمي‌باشد كه با ورود روغن به داخل ظرف جمع شده و باعث بالا رفتن فشار روغنداخل ظرف انبساط مي‌شود. بدين ترتيب روغن تا موقعي بداخل ظرف انبساط جريان پيدا مي‌كند كه فشارداخلي كابل و ظرف انبساط طبق قوانين فيزيكي برابر گردند. پس از خنك شدن كابل و در حقيقت پس از افتادن فشار داخلي كابل، روغن از ظرف انبساط كه داراي فشار بيشتريست به داخل كابل جريان پيدا مي‌كند و اين عمل رفت و آمد روغن كه دائماً در اثر گرم و سرد شدن كابل ادامه دارد مانع از بوجود آمدن فضاي خالي و حفره در كابل مي‌شود.لذا كابل روغني در مقابل تغييرات درجه حرارت باثبات و پايدار بوده و لازم نيست كه استقامت الكتريكي آن با توجه به حفره‌ها در نظر گرفته شود و بدين جهت استقامت الكتريكي كابل روغني را بر مبناي بزرگتري از كابل كم روغن قرار مي‌دهند. استقامت الكتريكي كابل روغني هيچگاه از kv/mm40 كمتر نمي‌شود. در جدول زير مشخصات الكتريكي كابل روغني و كابل كم روغن براي مقايسه در مقابل هم قرار گرفته است.

كابل كم روغن	كابل روغني فشار كم	مشخصات
Kv/mm50	Kv/mm 50	استقامت الكتريكي كوتاه مدت
Kv/mm 16-12	Kv/mm40	استقامت الكتريكي دراز مدت
Kv/mm 5-3	Kv/mm14-7	استقامت الكتريكي كه براي محاسبات وساختمان كابل در نظر گرفته مي‌شود.

 

 

از آنجا كه استقامت الكتريكي كابل روغني طبق جدول فوق در حدود 3-2 برابر استقامت كابل كم روغن است، مي‌توان.

اولاً ضخامت عايق و ايزولاسيون كابل روغني را در اختلاف سطح برابر در حدود نصف ضخامت عايق كابل كم روغن انتخاب كرد. ثانياً به جهت اينكه كابل روغني درمقابل تغييرات درجه حرارت از خود عكس‌العمل نشان نمي‌دهد و ايجاد حفره و حبابهاي گازي نمي‌كند. مي‌توان درجه حرارت مجاز كابل روغني را با كشيدن جريان بيشتر بالا برد. ثالثاً بخاطر كم شدن صخامت عايق كابل روغني، مقاومت حرارتي آن نيز كم مي شود. باتوجه به سه اصل فوق بار دهي كابل روغني در حدود 50% بيشتر از كابل كم روغن مشابه خود مي‌باشد. ضريب تلف دي‌الكتريكي كابل كم روغن همانطور كه مشاهده شد با تغيير درجه حرارت، زياد تغيير نمي‌كند ولي بمحض اينكه ولتاژ كابل به ولتاژ ايونيزاسيون در حفره‌ها رسيد ضريب تلف به سرعت بالا مي‌رود.ضريب تلف كابل روغني اولاً بخاطر  اينكه از روغن شل و بدون مواد خارجي و تصفيه شده در آن استفاده مي‌شود، خيلي كمتر از كابل كم روغن است و در ثاني تغييرات آن تقريباً تابع ولتاژ و درجه حرارت نمي‌باشد.. كابل روغني تنها كابلي است كه حتي درجريان متناوب تا فشار الكتريكي kv400 نيز ساخته مي‌شود.

كابل روغني سه سيمه براي ولتاژهاي kv30 تا kv132 و كابل يك سيمه براي ولتاژهاي تا kv400 ساخته مي‌شود.  در گذشته ارتباط روغن با منبع انبساط در كابلهاي سه سيمه كانالهائي بود كه در اطراف سيم بين مواد پركننده كابل تعبيه مي‌شد. . امروزه كابلهاي روغني سه سيمدار را با مواد پر كننده پر نمي‌كنند، بلكه از همان فضاي خالي كه در اطراف سه سيم كه به صورت طناب بهم پيچيده شده است بوجود مي‌آيد بعنوان كانال روغني استفاده مي‌شود.. در نتيجه روغن درحد فاصل بين سيم و غلاف سربي كابل جريان دارد.

كابلهاي يك رشته‌اي همانطور كه گفته شد داراي سيم توخالي مي‌باشندو احتياج به كانال مخصوص بين كابل و منبع انبساط روغن ندار.

تعداد منبع‌هاي انبساط روغن كابل بستگي به طول كابل و سطح مقطع كانال روغن و درجه غلظت آن و بالاخره بستگي به باردهي كابل دارد. بطور كلي براي هر دو هزار متر كابل روغني يك ظرف انبساط كافي است. در نتيحه يك كابل 4000 متري در ابتدا و انتها شامل منبع انبساط خواهند شد. در صورتيكه تفاوت ارتفاع بين دو سر كابل روغني زيادباشد، (كابل در سراشيبي يا سربالائي خوابانده شده باشد) براي اينكه فشار روغن داخل كابل در تمام طول تقريباً ثابت بماند، از مفصل يا موف‌هاي مخصوص فشارشكن استفاده مي شود. اين مفصل‌ها داراي ديافراگم مخصوصي مي‌باشند و با تقسيم كابل طويل به چند قسمت كوچك فشار داخل كابل راتا حدودي يكنواخت مي‌كنند و امكان نصب منبع انبساط را در اين محل‌ها عملي مي‌سازد.

فشارداخل كابل روغني عموماً kp/cm² 6-5/1 است و چون غلاف سربي اين فشار را نمي‌تواند تحمل كند، غلاف سربي دركابلهاي سه سيمه با يك زره فولادي و در كابلهاي يك سيمه با يك زره غير مغناطيسي حفاظت مي‌شود.

 

2) كابل روغني بافشار زياد

در كابل روغني بافشار زياد، هر يك از رشته سيم‌ها با كاغذ آغشته به روغن غليظ مانند كابل كم روغن ايزوله و باند پيچي مي‌شوند و سپس براي جلوگيري از خروج روغن و ورود رطوبت بداخل آن در موقع حمل و نقل و نصب و مونتاژ، هر يك از كلاف‌ها را با نوار مسي و نوار نايلوني محكم بانداژ مي‌كنند.

براي جلوگيري از زخمي شدن كابل درموقع داخل كردن آن در لوله فولادي، آنها را با يك نوار فلزي غير مغناطيسي بطور مارپيچي با فاصله زياد مي‌پيچند. پس از مونتاژ كابل، هواي داخل لوله فولادي را تخليه كرد و با روغن رقيق با فشار kp/cm²16 پر مي‌كنند.

در موقعي كه كابل در اثر بار گرفتن گرم مي‌شود، روغن داخل لوله منبسط شده وفشار روغن بالا مي‌رود.

وقتي فشار روغن به حد معيني رسيد دريچة سوپاپ فشار سنج باز مي‌شود و روغن كابل تا موقعي كه فشار داخل لوله مجدداً به حد مجاز نرسيده باشد، بداخل منبع انباسط جريان پيدا مي‌كند. در موقعي كه روغن كابل در اثر كم بازي كابل سرد مي‌شود. توسط يك پمپ مخصوص بطور خودكار روغن بداخل كابل پمپاژ مي‌شود و كمبود روغن و فشار كابل را جبران مي‌كند.

دستگاه‌هاي مختلف تنظيم فشار كابل مثل دستگاه‌ مراقبت فشار(فشارسنج)، پمپ و سوپاپ و غيره همه بطور دوبل درشبكه كابل نصب مي‌شوند. در صورتيكه يكي از دستگاه‌ها بعلت خرابي از كار بيفتند، دستگاه مشابه ديگر بطور خودكار وظايف محوله را بعهده مي‌گيرد.

تغديه دستگاه‌هاي تنظيم فشار در حالت عادي بوسيله برق شبكه و درموقع قطع كلي برق بوسيله يك منبع برق اضطراري تأمين مي‌گردد.

فشار  kp/cm²16 باعث مي‌شود كه درهيچ حالتي حفره‌هاي خالي درعايق كابل ظاهر نشود و بدين جهت استقامت الكتريكي اين كابلها در مقابل ولتاژ متناوب در حدود kv/mm60 و در مقابل فشار ضربه‌اي در حدود kv/mm130 است. چنانچه ديده مي‌شود استقامت الكتريكي كابل روغني بافشار زياد خيلي بيشتر از استقامت الكتريكي كابل روغني با فشار كم است و بدين جهت مي‌توان از قطر ايزولاسيون كابل به مقدار قابل ملاحظه‌اي كاست، بدون اينكه به ضريب اطمينان كابل لطمه‌اي وارد شود و در نتيجه اين كابلها بخصوص در فشار U₀/U=127/220 kv و بالاتر اغلب ارزان تر از كابلهاي روغني بافشار كم مي‌باشند و در مكانهايي كه كابل تحت كشش وفشار نيز قرار مي‌گيرد، مثل داخل معادن و جاهايي كه زمين داراي لرزش خفيف مي‌باشد، بسيار مناسب است.

 

ب- كابل گازي

كابلهاي گازي را مي‌توان به چهار دسته تقسيم كرد.

1) كابل گازي بافشار داخلي در غلاف آلومينيومي

كابل گازي بافشار داخلي بخصوص در جائي بكار برده مي‌شود كه تفاوت سطح زيادباشدو تنوان از كابل روغني استفاده كرد. مثلاً درموقعي كه به دلايلي مانند عبور كابل از رودخانه، درياچه و يا زمين‌هاي باتلاقي محل مناسبي براي نصب منبع انبساط وجود نداشته باشد از كابل گازي استفاده مي‌شود.

كابل گازي با فشار داخلي بصورت يك رشته‌اي و سه رشته‌اي براي اختلاف سطح‌هاي از kv 30/3 ، 17 تا kv110/64 ساخته مي‌شوند. ساختمان كابل گازي با فشار داخلي و غلاف آلومينيومي شبيه كابل روغني سه سيمه است ولي طرز كار و تأثير آن شبيه كابل گازي با فشار داخلي در لوله فولاديست. بدين طريق كه كاغذ كابل با مواد روغني غليظ كه در درجه حرارت بارنامي نيز هنوز سفت است. آغشته مي‌شود وسپس در غلاف آلومينيومي جاي مي‌گيرد.

پس از مونتاژ و نصب كابل، فضاي خالي بين غلاف آلومينيومي ورشته سيم‌هاي ايزوله شده با گازازت پر مي‌شود.فشار گاز داخل غلاف آلومينيومي تا حدوديست كه از ايجاد ايوانيزسيون حتي در موقعي اتصال زمين شدن كابل نيز جلوگيري مي‌كند. اين فشار بر حسب اختلاف سطح كابل متغيير است ولي در هر حال از kp/mm² 16 تجاوز نمي‌كند. استقامت الكتريكي كابل گازي بسيار زياد و بازدهي آن نيز برابر بازدهي كابل روغني سه سيمه مي‌باشد.

فشار كابل توسط يك فشار سنج كنتاكت دهنده مراقبت و كنترل مي‌گردد و افت فشار غير مجاز بلافاصله به مركز كنترل اطلاع داده مي‌شود و قبل از اينكه فشار گاز به حدي پائين آمده باشد كه كابل خسارت به بيند، كابل بطور خود كار از شبكه برق رساني قطع مي‌گردد. افت فشار اغلب دراثر نشت كردن يك نقطه از كابل در اثر فشار نامساعد مكانيكي بوجود مي‌آيد. در موقعي كه نشت گاز كم باشد، مي‌توان گاز از دست رفته را با پر كردن تدريجي كابل در زير بار جبران كرد. تا در فرصت مناسب كابل تعمير گردد. 

2) كابل گازي با فشار داخلي در لوله فولادي

در اين نوع كابل عايق كاغذي رشته سيم‌ها توسط مواد روغني باغلظت زياد كه چكه و نشت نمي‌كند و رطوبت را نيز به خود جذب نمي‌كند آغشته مي‌شود، لذا در موقع حمل و نقل و مونتاژ نيز  احتياج به هيچگونه حفاظت و مراقبت خاصي براي جلوگيري از نفوذ رطوبت و يا خارج شدن روغن ندارد. آخرين لايه عايق كاغذي سيم با كاغذ متاليزه و نوار نازك مسي بعنوان حفاظ و محدود كننده حوزه (شبيه كاغذH) پيچيده مي‌شود. سپس اين سه رشته سيم عايق شده چون طناب بهم تابيده شده و درهمين حال با يك زره فولادي از تسمه‌هاي باريك پوشانده مي‌شوند و در داخل لوله فولادي قرار مي‌گيرند.

پس از نصب و مونتاژ كابل، داخل لوله فولادي با گاز ازت پر مي‌شود.

براي بالا بردن استقامت الكتريكي كابل در مقابل اختلاف سطح متناوب در بعضي ازكابلها بخصوص كابلهاي U₀/U=127/220 kv و بالاتر از مخلوطي از گاز ازت و گاز SF₆ نيز استفاده شده است.

فشار گاز در كابلهاي با فشار الكتريكي نامي U₀/U=64/110 kv در حدود kp/cm² 16-15 است. گاز در زير چنين فشاري مي‌تواند حتي در داخل عايق كابل نفوذ كند وحفره‌هاي احتمالي خالي را بپوشاند، بطوريكه حتي در موقع اتصال زمين نيزايونيزاسيون صورت نمي‌گيرد.

استقامت الكتريكي هر يك از رشته‌هاي كابل كه ساخته آن شبيه كابل كم روغن است در اثر فشار گاز بحدي بالا مي رود و بهبود مي‌يابد كه مي‌توان از اين كابل در فشارهاي خيلي قوي تا kv400 نيز استفاده كرد.

 

3) كابل گازي با فشار خارجي در لوله فولادي

در اين نوع كابل عايق كاغذي كه با ورق متاليزه H پوشانده شده است بامواد روغني با غلظت بسيار زياد آغشته مي‌شود و سپس روي آن پوششي از سرب يا از پلي اتيلن كه داراي دو لايه از نوار مسي است قرار مي‌گيرد.

پس از تابيده شدن سه سيم عايق شده بصورت طناب، فضاي خالي آن با مواد پركننده پوشانده مي‌شود وروي آن مجدداً باندپيچي مي‌شود و بالاخره با يك زره فولادي از تسمه‌هاي باريك حفاظت مي‌شود و بدين صورت در داخل يك لوله فولادي نسبتاً گشادي قرار مي‌گيرد

پس از نصب و مونتاژ كابل، فضاي خالي داخل لوله فولادي با گاز از تحت فشار kp/cm² 16-15 پر مي‌شود. گاز داخل لوله حالت يك فنر ارتعاشي راپيدا مي‌كند و باعث مي‌شود كه در موقع انبساط روغن در اثر ازدياد درجه حرارت، گاز فشرده شود و مجدداً پس از سرد شدن كابل در اثر كم باري، روغن كابل در اثر فشار زيادگاز بداخل كاغذ فشرده وتزريق شود و بدين طريق از ايجاد حفره‌هاي خالي جلوگيري گردد.

 

4) كابل كپسولي با گاز SF₆

كابلهاي كپسولي با گاز SF₆بخصوص در پستهاي كپسولي با گاز SF₆ و در انتقال انرژي جريان‌هاي زياد و قدرت زياد از ژنراتور تا ترانسفورماتور در نيزوگاه‌هاي بزرگ بكار برده مي‌شود. اين كابلها در مسافتهاي كوتاه بخاطر سادگي آن در ارتباط با سيم‌ هوائي بصورت يكفازهو در مسافتهاي زياد بخاطر كم كردن كارهاي حفاري و خاك برداري بصورت سه فاز ساخته مي‌شوند. كابلهاي كپسولي SF₆ به قطعات 12 متري ساخته مي‌شوند، بطوريكه كپسول و سيم‌ هادي آلومينيومي و عايق نگهدارنده (پايه‌ها) تماماً در كارخانه نصب و پس از آزمايشهاي لازم براي بهرهبرداري حمل مي‌شوند. جوش دادن و ارتباط قطعات به يكديگر در محل نصب انجام مي‌گيرد.

سيم‌ها كه تماماً از لولة آلومينيومي ساخته مي‌شوند توسط ايزولاتورهائي در وسط كپسول نگهداشته مي‌شوند. اين يازولاتورها در كپسولهاي يك فاز بصورت سه پايه مي‌باشند

براي اينكه انبساط و انقباض لوله آلومينيومي آسيبي به پايه‌ها وارد نياورد ، لوله آلومينيومي از داخل يك حلقه آلومينيومي در محل ايزولاتور عبور داده مي‌شود.

در سيستم سه فاز هر يك از رسانه‌هاتوسط دوايزولاتور V مانند در داخل لوله نگهداشته مي‌شود. در صورت تغيير كردن مسير كابل از زانوهائي استفاده مي‌شود.

 

 

کابل برق

کابل

کابل ها بر اساس نوع کاربردی که دارند بسیار متنوع هستنند و به شکل های مختلفی در بازار یافت می شوند.ساختمان و اجزای تشکیل دهنده کابل های مخابراتی کاملا با کابل های مورد استفاده در صنعت برق فشار قوی و ضعیف تفاوت دارند؛اما به طور کلی کابل ها همواره از دو قسمت اصلی هادی و عایق تشکیل شده اند. تفاوت کابل ها ناشی از نوع کاربرد آنهاست،یعنی نوع کاربردشان موجب می شود که جنس،شکل،سطح مقطع و تعداد هادی ها و عایق ها با یکدیگر تفاوت داشته باشند.این تفاوتها موجب تقسیم ندی کابل ها می گردد.

 

 

 

 

 

 

 

هادی ها:
هادی ها از سیم مسی تقریبا خالص و دارای انعتاف قابل قبول یا از آلومینیوم یا آلیاژهای مخصوص ساخته می شوند.
سطح مقطع هادی ها با توجه به مقدار جریان عبوری و نوع کاربرد ،در اندازه های گوناگون و شکل های متفاوت ساخته می شوند.
الف_دایره ای تک رشته با علامت اختصاری (re) و چند رشته با علامت اختصاری (rm)

ب_مثلثی (سه گوش)تک رشته ای با علامت اختصاری (se) و چند رشته ای با علامت اختصاری (sm).

عایق ها:
عایق سیم ها و غلافی که روی کابل قرار می گیرند،معمولا از جنس پلاستیک pvc (پلی ونیل کلراید)است.البته عایق های دیگری همچون کاغذ و برخی ترکیبات شیمیایی در بعضی کابل های مخصوص قرار می گیرند.این عایق ها باید بر اساس شرایط کاری و محیطی و نوع مصرفی که دارند،از استحکام مکانیکی و مشخصه های الکتریکی لازم برخوردار باشند.
برای جلوگیری از اشتباه و جهت تشخیص سیم های کابل از یکدیگر ،عایق سیم های هادی را در رنگ های مختلف انتخاب می کنند.

تعداد سیم های کابل
رنگ عایق سیم ها

1)سیاه

 2)آبی روشن _سیاه

3)سبز و زرد_آبی روشن_سیاه

(4سبز و زرد_سیاه_آبی روشن_قهوه ای) یا (سیاه_آبی روشن_قهوه ای_سیاه)

(5سبز و زرد_مشکی_آبی روشن_قهوه ای_سیاه)یا(سیاه_آبی روشن_قهوه ای_سیاه_سیاه)

6و بالاتر
سیم حفاظت سبز و زرد و بقیه سیم ها دارای عایقی به رنگ سیاه با
شماره های سفیدکه شماره گذاری از ذاخل به خارج می باشد.

 

غلاف کابل ها

 

برای حفاظت کابل ها در برابر عوامل محیطی و ضربات مکانیکی آنها را به وسیله یک یا چند لایه (غلاف) از جنس فلز (مس،سرب و فولاد)،کاغذ و مواد پلاستیکی _به ویژه pvc _می پوشانند.کابل ها با توجه به لایه های خارجی آنها به انواع مختلفی تقسیم می شوند.

جریان مجاز

جریان مجاز عبوری از سیم ها و کابل ها به گونه ای تعین می شود که در هر نقطه ای از کابل،حرارت تولید شده در هادی های آن به خوبیبه محیط اطراف منتقل شود؛ به طوری که درجه حرارت عایق در سطح هادی سیم ها و کابل های پی.وی.سی. از 70 درجه سانتی گراد تجاوز نکند.
جریان های مجاز عبوری داده شده برای کابل های برق وقتی در داخل خاک قرار می گیرند،بر مبنای قرار گرفتن کابل به روی بستری از ماسه نرم است که پس از خاک ریزی به روی کانال سطح ان آجر فرش شود.
به علاوه،کابل در مسیر خود می تواند از داخل تعداد محدودی لوله،فولادی که طول هیچ یک از آنها بیشتر از 6 متر باشد عبور کند.

جریان مجاز کابل هایی که در هوای آزاد قرار دارند،بر اساس ضریب بار 1 و در هوای با درجه حرارت 30 درجه سانتی گراد است.
جریان مجاز کابل هنگامی که کاملا در داخل آب قرار گرفته باشد 15/1 برابر جریان در کابل قرار گرفته در خاک است. اما باید توجه داشت که وقتی قسمتی از کابل در خاک یا هوای آزاد باشد،این قسمت ها تعیین کننده جریان عبوری از کابل هستنند.

افت ولتاژ در کابل

در شبکه های پخش الکتریکی اندازه سطح مقطع کابل تنها بر اساس جریان مجاز عبوری از آن انتخاب نمی شود؛بلکه طول کابل که متناسب با افت ولتاژ است نیز عامل تعین کننده ای به شمار می آید.

شرایط نصب و قرار دادن کابل های برق

کابل های با غلاف و عایق پلاستیکی را نباید هیچ گاه در درجه حرارت زیر 5- درجه سانتی گراد نصب و کابل کشی کرد.در صورت اجبار،قرقره،کابل باید چند روز قبل از نصب در محیط گرمی(حدود20درجه سانتی گراد) انبار شود. در هنگام کابل کشی شعاع خمش کابل های پلاستیکی نباید از 15 برابر قطر خارجی کال کوچکتر باشد.
اما در انتهای کابل می توان شعاع خمش را در موارد خاص با رعایت اصول فنی تا نصف مورد فوق کاهش داد.
هنگامی که کشیدن کابل توسط دستگاه های مخصوص انجام می گیرد باید مواظب بود که نیروی کششی وارده به کابل از مقادیر مجاز بیشتر نشود.
اگر کابل در خاک دفن شود باید گودالی به عمق 70 سانتی متر حفر کرد و کابل ها را در این گودال در خاک نرم(الک شده) به ارتفاع 20 سانتی متر قرار داد و روی آن آجر و بر روی آجر خاک معمولی ریخت.این عمل سبب می شود که از فشار طبقات خاک بر روی کابل و تعقیر شکل آن جلو گیری به عمل آید و همچنین در موقع کندن زمین با بیل و کلنگ صدمه ای به کابل وارد نیاید.

 

 

سیم های برق با هادی مسی

سیم های مفتولی نوع(NYA): هادی این نوع سیم ها از مس نرم شده با پوششی از ماده پی.وی.سی در رنگ های مختلف ،متنند،سیاه،قرمز،زرد،سبزو... تشکیل شده است.
ولتاژ اسمی سیم750/450 ولت است و برای جریان های مختلف با سطح مقطع های 5/1 تا240 میلی متر مربع ساخته می شود.
کاربرد سیم NYA :برای مصرف در تابلو های برق و تاسیساتی که به طور ثابت نصب می شوند در نقاطی خشک در داخل لوله ،روی دیوار ،داخل دیوار و خارج از آن با استفاده از مقره به کار میرود.استفاده از این سیم در داخل دیوار به طور مستقیم مجاز نیست.

سیم نیمه افشان(NYAB): ساختمان این سیم مثل کابل NYA است. ولتاژ اسمی این نیز
450/750 ولت است و کاربرد آن: برای مصرف در تاسیساتی که به طور ثابت نصب می شوند در نقاطی خشک در داخل لوله ،روی دیوار،داخل دیوار و خارج از آن با استفاده از مقره به کار می رود.
استفاده از این سیم به طور مستقیم در داخل دیوار مجاز نیست.این سیم نسبت به نوع NYA نرمش بیشتری دارد.

سیم های افشان (قابل انعطاف) (NYAF) :ساختمان این نوع سیم مانند سیم های نوع NYA و NYAB می باشد و ولتاژ اسمی آن 500/300 ولت است.
کاربرد سیم:برای مصرف در تاسیساتی که به طور ثابت می شوند در نقاطی خشک در داخل لوله ،روی دیوار،داخل دیوار و خارج از آن با استفاده از مقره به کار می رود.استفاده از این سیم به طور مستقیم ر داخل دیوار مجاز نیست.

کابل ها

کابل های افشان قابل انعطاف نوع (NYMHY)

کاربرد:جهت مصرف در نقاطی خشک و نمناک هنگامی که نرمش بیشتر و خواص متوسط مکانیکی مورد نیاز می باشد.در منازل و ادارات نیز برای اتصال وسایل برقی متحرک (حتی گرمازا) به برق مورد استفاده قرار می گیرد.کاربرد این کابل در فضای باز مجاز نیست.
ساختمان این کابل از هادی نرم شده که به وسیله ماده پی.وی.سی.عایق می شود،تشکیل شده است.سیم های به هم تابیده شده (اندازه 75/0*2 میلی متر مربع به صورت موازی) در داخل غلاف کابل به رنگ سفید یا مشکی قرار می گیرند.

کابل های زمینی (NYY) :این نوع کابل های برق برای کابل کشی در زیر زمین ،در آّب،در کانال و محل هایی که امکان ضربه مکانیکی نباشد با ولتاژ اسمی 1000/600 ولت مورد استفاده قرار می گیرد.
ساختمان این نوع کابل ها از رشته های هادی مسی نرم شده که به وسیله پی.وی.سی. عایق و غلاف میشوند،تشکیل شده است.مقطع هادی این نوع کابل ها گرد یا سه گوش است.
سیم های عایق شده پس از تابیدن برای گرد شدن مقطع در داخل ماده پر کننده قرار می گیرند. به دور کابل های دارای هادی سه گوش ،نوار پلاستیکی پیچیده می شود.  

و برای اتصال تمام کابل ها باید از کابلشو و کفشک استفاده شود

خازن

خازن

 

مقدمه

خازن وسیله‌ای الکتریکی است که در مدارهای الکتریکی اثر خازنی ایجاد می‌کند. اثر خازنی خاصیتی است که سب می‌شود مقداری انرژی الکتریکی در یک میدان الکترواستاتیک ذخیره شود و بعد از مدتی آزاد گردد. به تعبیر دیگر ، خازنها المانهایی هستند که می‌توانند مقداری الکتریسیته را به صورت یک میدان الکترواستاتیک در خود ذخیره کنند. همانگونه که یک مخزن آب برای ذخیره کردن مقداری آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. خازنها به اشکال گوناگون ساخته می‌شوند و متداولترین آنها خازنهای مسطح هستند.

این نوع خازنها از دو صفحه هادی که بین آنها عایق یا دی الکتریک قرار دارد. صفحات هادی نسبتا بزرگ هستند و در فاصله‌ای بسیار نزدیک به هم قرار می‌گیرند. دی الکتریک انواع مختلفی دارد و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می‌شود، معرفی می‌گردد. این ضریب را ضریب دی الکتریک می‌نامند. خازنها به دو دسته کلی ثابت و متغیر تقسیم بندی می‌شوند. خازنها انواع مختلفی دارند و از لحاظ شکل و اندازه با یک دیگر متفاوت‌اند. بعضی از خازنها از روغن پر شده و بسیار حجیم‌اند. برخی دیگر بسیار کوچک و به اندازه یک دانه عدس می‌باشند. خازنها بر حسب ثابت یا متغیر بودن ظرفیت به دو گروه تقسیم می‌شوند: خازنهای ثابت و خازنهای متغیر.

خازنهای ثابت

این خازنها دارای ظرفیت معینی هستند که در وضعیت معمولی تغییر پیدا نمی‌کنند. خازنهای ثابت را بر اساس نوع ماده دی الکتریک به کار رفته در آنها تقسیم بندی و نام گذاری می‌کنند و از آنها در مصارف مختلف استفاده می‌شود. از جمله این خازنها می‌توان انواع سرامیکی ، میکا ، ورقه‌ای ( کاغذی و پلاستیکی ) ،الکترولیتی ، روغنی ، گازی و نوع خاص فیلم (Film) را نام برد. اگر ماده دی الکتریک طی یک فعالیت شیمیایی تشکیل شده باشد آن را خازن الکترولیتی و در غیر این صورت آن را خازن خشک گویند. خازنهای روغنی و گازی در صنعت برق بیشتر در مدارهای الکتریکی برای راه اندازی و یا اصلاح ضریب قدرت به کار می‌روند. بقیه خازنهای ثابت دارای ویژگیهای خاصی هستند.

خازنهای متغیر

به طور کلی با تغییر سه عامل می‌توان ظرفیت خازن را تغیییر داد: "فاصله صفحات" ، "سطح صفحات" و "نوع دی الکتریک". اساس کار خازن متغیر بر مبنای تغییر سطح مشترک صفحات خازن یا تغییر ضخامت دی الکتریک است، ظرفیت یک خازن نسبت مستقیم با سطح مشترک دو صفحه خازن دارد. خازنهای متغیر عموما ازنوع عایق هوا یا پلاستیک هستند. نوعی که به وسیله دسته متحرک (محور) عمل تغییر ظرفیت انجام می‌شود "واریابل" نامند و در نوع دیگر این عمل به وسیله پیچ گوشتی صورت می‌گیرد که به آن "تریمر" گویند. محدوده ظرفیت خازنهای واریابل 10 تا 400 پیکو فاراد و در خازنهای تریمر از 5 تا 30 پیکو فاراد است. از این خازنها در گیرنده‌های رادیویی برای تنظیم فرکانس ایستگاه رادیویی استفاده می‌شود.

خازنهای سرامیکی

خازن سرامیکی (Ceramic capacitor) معمولترین خازن غیر الکترولیتی است که در آن دی الکتریک بکار رفته از جنس سرامیک است. ثابت دی الکتریک سرامیک بالا است، از این رو امکان ساخت خازنهای با ظرفیت زیاد در اندازه کوچک را در مقایسه با سایر خازنها بوجود آورده ، در نتیجه ولتاژ کار آنها بالا خواهد بود. ظرفیت خازنهای سرامیکی معمولا بین 5 پیکو فاراد تا 1/0 میکرو فاراد است. این نوع خازن به صورت دیسکی (عدسی) و استوانه‌ای تولید می‌شود و فرکانس کار خازنهای سرامیکی بالای 100 مگاهرتز است. عیب بزرگ این خازنها وابسته بودن ظرفیت آنها به دمای محیط است، زیرا با تغییر دما ظرفیت خازن تغییر می‌کند. از این خازن در مدارهای الکترونیکی ، مانند مدارهای مخابراتی و رادیویی استفاده می‌شود.

خازنهای ورقه‌ای

در خازنهای ورقه‌ای از کاغذ و مواد پلاستیکی به سبب انعطاف پذیری آنها ، برای دی الکتریک استفاده می‌شود. این گروه از خازنها خود به دو صورت ساخته می‌شوند:

خازنهای کاغذی

دی الکتریک این نوع خازن از یک صفحه نازک کاغذ متخلخل تشکیل شده که یک دی الکتریک مناسب درون آن تزریق می‌گردد تا مانع از جذب رطوبت گردد. برای جلوگیری از تبخیر دی الکتریک درون کاغذ ، خازن را درون یک قاب محکم و نفوذ ناپذیر قرار می‌دهند. خازنهای کاغذی به علت کوچک بودن ضریب دی الکتریک عایق آنها دارای ابعاد فیزیکی بزرگ هستند، اما از مزایای این خازنها آن است که در ولتاژها و جریانهای زیاد می‌توان از آنها استفاده کرد.

خازنهای پلاستیکی

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک پلاستیک برای دی الکتریک استفاده می‌شود. ورقه‌های پلاستیکی همراه با ورقه‌های نازک فلزی (آلومینیومی) به صورت لوله ، در درون قاب پلاستیکی بسته بندی می‌شوند. امروزه این نوع خازنها به دلیل داشتن مشخصات خوب در مدارات زیاد به کار می‌روند. این خازنها نسبت به تغییرات دما حساسیت زیادی ندارند، به همین سبب از آنها در مداراتی استفاده می‌کنند که احتیاج به خازنی با ظرفیت ثابت در مقابل حرارت باشد. یکی از انواع دی الکتریکهایی که در این خازنها به کار می‌رود پلی استایرن (Polystyrene) است، از این رو به این خازنها "پلی استر" گفته می‌شود که از جمله رایج‌ترین خازنهای پلاستیکی است. ماکزیمم فرکانس کار خازنهای پلاستیکی حدود یک مگا هرتز است.

خازنهای میکا

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک میکا در بین صفحات خازن (ورقه‌های فلزی – آلومینیوم) استفاده می‌شود و در پایان ، مجموعه در یک محفظه قرار داده می‌شوند تا از اثر رطوبت جلوگیری شود. ظرفیت خازنهای میکا تقریبا بین 01/0 تا 1 میکرو فاراد است. از ویژگیهای اصلی و مهم این خازنها می‌توان داشتن ولتاژ کار بالا ، عمر طولانی و کاربرد در مدارات فرکانس بالا را نام برد.

 

 

خازنهای الکترولیتی

این نوع خازنها معمولاً در رنج میکرو فاراد هستند. خازنهای الکترولیتی همان خازنهای ثابت هستند، اما اندازه و ظرفیتشان از خازنهای ثابت بزرگتر است. نام دیگر این خازنها، شیمیایی است. علت نامیدن آنها به این نام این است که دی ‌الکتریک این خازنها را به نوعی مواد شیمیایی آغشته می‌کنند که در عمل ، حالت یک کاتالیزور را دارا می‌باشند و باعث بالا رفتن ظرفیت خازن می‌شوند. برخلاف خازنهای عدسی ، این خازنها دارای قطب یا پایه مثبت و منفی می‌باشند. روی بدنه خازن کنار پایه منفی ، علامت – نوشته شده است. مقدار واقعی ظرفیت و ولتاژ قابل تحمل آنها نیز روی بدنه درج شده است .خازنهای الکترولیتی در دو نوع آلومینیومی و تانتالیومی ساخته می‌شوند.

خازن آلومینیومی

این خازن همانند خازنهای ورقه‌ای از دو ورقه آلومینیومی تشکیل شده است. یکی از این ورقه‌ها که لایه اکسید روی آن ایجاد می‌شود "آند" نامیده می‌شود و ورقه آلومینیومی دیگر نقش کاتد را دارد. ساختمان داخلی آن بدین صورت است که دو ورقه آلومینیومی به همراه دو لایه کاغذ متخلخل که در بین آنها قرار دارند هم زمان پیچیده شده و سیمهای اتصال نیز به انتهای ورقه‌های آلومینیومی متصل می‌شوند. پس از پیچیدن ورقه‌ها آن را درون یک الکترولیت مناسب که شکل گیری لایه اکسید را سرعت می‌بخشد غوطه‌ور می‌سازند تا دو لایه کاغذ متخلخل از الکترولیت پر شوند. سپس کل مجموعه را درون یک قاب فلزی قرار داده و با یک پولک پلاستیکی که سیمهای خازن از آن می‌گذرد محکم بسته می‌شود.

خازن تانتالیوم

در این نوع خازن به جای آلومینیوم از فلز تانتالیوم استفاده می‌شود زیاد بودن ثابت دی الکتریک اکسید تانتالیوم نسبت به اکسید آلومینیوم (حدودا 3 برابر) سبب می‌شود خازنهای تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی درحجم مساوی دارای ظرفیت بیشتری باشند. محاسن خازن تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی بدین قرار است:

1.     ابعاد کوچکتر

2.     جریان نشتی کمتر

3.     عمر کارکرد طولانی

از جمله معایب این نوع خازن در مقایسه با خازنهای آلومینیومی عبارتند از:

1.     خازنهای تانتالیوم گرانتر هستند.

2.     نسبت به افزایش ولتاژ اعمال شده در مقابل ولتاژ مجاز آن ، همچنین معکوس شدن پلاریته حساس ترند.

3.     قابلیت تحمل جریانهای شارژ و دشارژ زیاد را ندارند.

4.     خازنهای تانتالیوم دارای محدودیت ظرفیت هستند (حد اکثر تا 330 میکرو فاراد ساخته می شوند).

 

ترانسفورماتور

ترانسفورماتور

قسمت اعظم انرژی الکتریکی مورد نیاز انسان در تمام کشورهای جهان، توسط مراکز تولید مانند نیروگاههای بخاری، آبی و هسته ای تولید می شود. این مراکز دارای ها و آلترناتیوهای سه فاز هستند و ولتاژی که به وسیله ژنراتورها تولید می شود باید تا میزانی که مقرون به صرفه باشد جهت انتقال بالا برده شود. گاهی چندین مرکز تولید به وسیله شبکه ای به هم مرتبط می شوند تا انرژی الکتریکی موردنیاز را به طور مداوم و به مقدار کافی در شهرها و نواحی مختلف توزیع کنند. در محل های توزیع برای این اینکه ولتاژ قابل استفاده برای مصارف عمومی و کارخانجات باشد، باید ولتاژ پایین آورده شود. این افزایش و کاهش ولتاژ توسط ترانسفورماتور انجام می شود بدیهی است توزیع انرژی بیت تمام مصرف کننده های یک شهر از مرکز توزیع اصلی امکان پذیر نیست و مستلزم هزینه و افت ولتاژ زیادی خواهد بود.

لذا هر مرکز اصلی به چندین مرکز یا پست کوچکتر(پست های داخل شهری) و هر پست نیز به چندین محل توزیع کوچکتر(پست منطقه ای) تقسیم میشود. هر کدام از این مراکز به نوبه خود از ترانس های توزیع و تبدیل ولتاژ استفاده می کنند.

به طور کلی در خانواده و توزیع انرژی الکتریکی ، ترانسفورماتورها از ارکان و اعضای اصلی هستند و اهمیت آنها کمتر از خطوط انتقال و یا مولدهای نیرو نیست. خوشبختانه به دلیل وجود حداقل وسایل دینامیکی در آنها کمتر با مشکل و آسیب پذیری رو به رو هستند. مسلماٌ‌ این به آن معنی نیست که می توان از توجه به حفاظت ها و سرویس و نگهداری آنها غفلت کرد.

در این مقاله نخست مختصری از تئوری و تعاریفی از انواع ترانسفورماتورها بیان می شود سپس نقش ترانسفورماتورها در شبکه تولید و توزیع نیرو و در نهایت شرحی در مورد سرویس و تعمیر ترانسها ارائه می شود.

ترانسفورماتورها به زبان ساده و شکل اولیه وسیله ای است که تشکیل شده از دو مجموعه سیم پیچ اولیه و ثانویه که در میدان مغناطیسی و اطراف ورقه هایی از آهن مخصوص به نام هسته ترانسفورماتور قرار می گیرند. مقره ها یا بوشینگ ها یا ایزولاتورها و بالاخره ظرف یا محفظه ترانسفورماتور.

کار ترانسفورماتورها بر اساس انتقال انرژی الکتریکی از سیستمی با یک ولتاژ و جریان معین به سیستم دیگری با ولتاژ جریان دیگر است. به عبارت دیگر ترانسفورماتور دستگاهی است استاتیکی که در یک جریان و را بین دو سیم پیچ یا بیشتر با همان فرکانس و تغییر اندازه یکسان منتقل می کند.

سازندگان و استانداردها در کشورهای مختلف هر یک بنحوی ترانسفورماتورها را تقسیم بندی کرده و تعاریفی برای درج بندی آنها ارائه داده اند. برخی ترانسها را بنا بر موارد و ترتیب بهره برداری آنها متفاوت شناخته اند، مانند ترانس های انتقال قدرت، اتوترانس و یا ترانس های تقویتی و گروهی از ترانسها را به غیر از ترانسفورماتور اینسترومنتی(ترانس جریان و ولتاژ)، ترانس قدرت می نامند و اصطلاحاٌ‌ ترانس قدرت را آنهایی می دانند که درسمت ثانویه آنها فشار الکتریکی تولید می شود.

این نوع تقسیم بندی در عمل دامنه وسیعی را در بر می گیرد که در یک طرف آن ترانسفورماتورهای کوچک و قابل حمل با ولتاژ ضعیف برای لامپهای دستی و مشابه آن قرار می گیرند و طرف دیگر شامل ترانس های خیلی بزرگ برای تبدیل ولتاژ خروجی ژنراتور به ولتاژ شبکه و خطوط انتقال نیرو است. در بین این دو اندازه(حد متوسط) ترانسهای توزیع و یا انتقال در مؤسسات الکتریکی و ترانسهای تبدیل به ولتاژهای استاندارد قرار دارند.

ترانسها اغلب به صورت هسته ای یا جداری طراحی می شوند. در نوع هسته ای در هر یک از سیم پیچ ها شامل نیمی از سیم پیچ فشار ضعیف و نیمی از سیم پیچ فشار قوی هتند و هر کدام روی یک باروی هسته ای قرار دارند. در نوع جداری، سیم پیچ ها روی یک هسته پیچیده شده اند و نصف مدار فلزی مغناطیسی از یک طرف و نصف دیگر از طرف هسته بسته می شود.

در اکثر اوقات نوع جداری برای ولتاژ ضعیف و خروجی بزرگ و نوع هسته ای برای ولتاژ قوی و خروجی کوچک به کار می روند.(به صورت سه فاز یا یک فاز).

ترانسهای تغذیه و قدرت مانند ترانس اصلی نیروگاه ترانس توزیع و اتو ترانسفورماتور، ترانسفورماتورهای قدرت معمولاٌ سه فاز هستند اما گاهی ممکن است در قدرتهای بالا به دلیل حجم و وزن زیاد و مشکل حمل و نقل از سه عدد ترانس تک فاز استفاده کنند.

ترانس های صنعتی مانند ترانس های جوشکاری، ترانس های راه اندازی و ترانس های مبدل ترانس برای سیستم های کشش و جذب که در راه آهن و قطارهای الکتریکی به کار می رود.

قدر دانی از اساتید دانشگاه مسجدسلیمان

جا دارد از تمامی اساتید دانشگاه ازاد مسجدسلیمان که در پیشرفت علمی و عملی بنده تاثیر گذار بوده کمال تشکر و قدر دانی نمایم اساتید عزیز و گرانقدری همچون دکتر قهقه زاده .استاد رفعتی.علیزاده.سلطانی.رحیمی .نمازی .بارانی .روییان .و اساتید خانمها :اعتدالی .خدابخشی .سریعکار .حاجیان .قربانی و صالحپور برای همگی این سروران ارزوی سلامت و موفقیت خواهانم .

خازن در سیستم های انتقال و توزیع

موضوع:

نقش خازن در سیستم های انتقال و توزیع

 

نام استاد:

مهندس جمشید براتی

مهندسی انتقال و توزیع انرژی الکتریکی

مقدمه

در دنیای امروز انرژی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار می باشد و باید درجهت استفاده صحیح و ذخیره سازی آن به شکل شایسته ای فرهنگ سازی نمود.

در این میان نیروی برق بعنوان یکی از اصلی ترین منابع انرژی مورد مصرف بشر، از جایگاه ویژه ای برخوردار است. با توجه به هزینه های هنگفت تولید و انتقال این نوع از انرژی با کیفیت مطلوب می بایست درجهت اصلاح و بهبود کیفی و کمی شبکه های توزیع آن قدم برداشت.

در همین راستا اصلاح ضریب قدرت در شبکه های توزیع از جهات گوناگونی از جمله تاثیر بر کیفیت و عملکرد سیستم و همچنین تبعات اقتصادی چشمگیری که به همراه دارد از اهمیت بسیار زیادی در صنعت برق برخوردار گردیده است.

توان راکتیو را در شبکه های توزیع برق می بایست حذف نمود تا خروجی موثری از توان اکتیو را در شبکه به جریان انداخت و در نتیجه ضمن استفاده از بیشترین ظرفیت شبکه، تلفات سیستم را به حداقل رساند.

توان اکتیو (P)

کار واقعی در شبکه های برق توسط توان اکتیو صورت می گیرد. با تبدیل انرژی الکتریکی به سایر شکلهای انرژی مثل حرارت، حرکت، دوران و ... کار واقعی انجام می گیرد. در بارهای اکتیو جریان و ولتاژ کاملاً هم فاز هستند. توان اکتیو با واحد وات (W) اندازه گیری می شود.

آنچه که توسط کنتورهای تک فاز و سه فاز ثبت می شود انرژی الکتریکی مصرف شده توسط توان اکتیو است.

توان راکتیو(Q)

این نوع توان کار مفید انجام نداده و باعث بوجود آمدن میدان های الکتریکی و الکترو مغناطیسی می شود. این توان مصرف نشده و بطور متوالی از شبکه به بار تزریق و مجدداً از بار وارد شبکه می شود.

در بارهای راکتیو، ولتاژ و جریان 90درجه اختلاف فاز دارند. در بار سلفی خالص جریان 90 درجه از ولتاژ عقب تر است که این بارها به نام پس فاز (Lag) نامیده می شوند. دربارهای خازنی خالص جریان 90 درجه جلوتر از ولتاژ است. ارهای خازنی تحت عنوان پیش فاز (Lead) شناسایی می شوند.

توان راکتیو با واحد ولت آمپر راکتیو یا وار (VAR) اندازه گیری می شود. انرژی الکتریکی مصرف شده توان راکتیو توسط کنتورهای راکتیو ثبت می شود.

توان ظاهری (S)

جمع برداری توان اکتیو و راکتیو، توان ظاهری را تشکیل می دهد. در واقع توان ظاهری حاصل ضرب ولتاژ در جریان است.

یعنی :S=VI

واحد اندازه گیری توان ظاهری ولت آمپر (VA) است.

انتخاب ظرفیت تجهیزات شبکه مانند ژنراتورها، ترانسفورماتورها، کلیدها، فیوزها، کابلهای انتقال و ... براساس توان ظاهری شبکه انجام می گیرد.

مثلث توان رابطه بین توان ظاهری و سایر توان ها را مشخص می کند.

از این نمودار روابط زیر بدست می آید:

تلفات هادی شبکه

تلفات هادی شبکه به علت مقاومت اهمی اجزاء هدایت جریان (کابلها، اتصالات کلیدها ، ...) بوجود آمده و بصورت حرارت ظاهر می شود. تلفات هادی دوجزء دارد: یکی که در اثر جریان بار اکتیو بوجود می آید که غیر قابل اجتناب است و قسمت دوم که در اثر جریان بار راکتیو پدیدار می شود که با کاهش بار راکتیو، کاهش می یابد.

ضریب قدرت (PF)

نسبت توان اکتیو به توان ظاهری را ضریب قدرت (Power Fator) می گویند یعنی :

PF=P/S

از روابط ذکر شده در بخش های قبلی می توان نتیجه گرفت:

 PF=cos

ضریب قدرت معیار خوبی برای سنجش اثر بخشی شبکه است. ضریب قدرت بالا نشانه بهره برداری صحیح از شبکه و بر عکس ضریب قدرت پائین نشانه استفاده ضعیف از شبکه می باشد. به عنوان مثال ضریب قدرت 85/0 یعنی اینکه 85 درصد از توان شبکه برای انجام کار مفید صرف می شود.

اصلاح ضریب قدرت (PFC)

هدف اصلی از اصلاح ضریب قدرت (Power factor correction) جبران توان راکتیو پس فاز سلفی با تزریق توان راکتیو معادل و پیش فاز است. بار خازنی مورد نیاز با قراردادن خازن بصورت موازی با شبکه توزیع تامین می شود.

کوچک بودن ضریب قدرت، باعث افزایش هزینه سرمایه گذاری تولید، توزیع و نگهداری تجهیزات شبکه می شود و بنابراین در صورت پائین بودن ضریب قدرت از حد معینی، هزینه توان راکتیو مصرفی هم محاسبه و از مشترک دریافت می گردد.

مزایای اصلاح ضریب قدرت

خازن گذاری در شبکه به انواع مختلف، باعث صرفه جویی در هزینه های رمایه گذاری وجاری می شود.

*اصلاح ضریب قدرت باعث حذف و یا کاهش مبلغ پرداختی بابت مصرف راکتیو می شود. بسته به شرایط مصرف، سرمایه گذاری اولیه نصب بانک خازن معمولاً بین 6 تا 24 ماه مستهلک می شود.

*حذف جریان راکتیو، باعث کاهش افت ولتاژ در شبکه شده و در نتیجه هزینه تاسیسات ثابت نگه داشتن ولتاژ در محدوده مجاز کاهش می یابد.

*حذف جریان راکتیو باعث کاهش جریان و در نتیجه کاهش سطح مقطع کابل، ظرفیت ترانسفورماتور و کلید مورد نیاز و ... می گردد.

*کاهش جریان موجب کاهش تلفات اهمی خط انتقال و کلیدها می شود.

*کاهش جریان باعث کم شدن حرارت در کلیدها، ترانسفورماتورها و کابلهای انتقال شده و در نتیجه هزینه تعمیر و نگهداری تاسیسات شبکه پائین می آید.

*در حالت توان ظاهری ثابت (مثل شبکه هایی که قبلاً طراحی و اجراء شده اند) با کاهش توان راکتیو می توان توان اکتیو بیشتری مصرف کرد.

*کاهش افت ولتاژ باعث افزایش گشتاور راه اندازی موتورها می شود.

روشهای اصلاح ضریب قدرت

برای اصلاح ضریب قدرت از سه روش اصلی استفاده می شود:

جبران سازی موضعی یا ایستا

این روش بیشتر برای حالت بی باری ترانسفورماتورها، دستگاههای با کابل طولانی و موتورهای دائم کار استفاده می شود که در آن برای هر مصرف کننده به صورت مجزا خازن محاسبه و نصب می گردد.

از مزایای این روش عدم استفاده از رگولاتورهای ضریب قدرت، جبران دقیق، تخلیه شبکه از بار راکتیو و کاهش هزینه هر کیلووار خازن است.

مهمترین ایراد این روش عدم توجه به ضریب همزمانی استفاده از صمرف کننده های مختلف بوده که باعث افزایش مقدار خازن نصب شده در شبکه می شود.

جبران سازی گروهی

در این روش برای چند مصرف کننده که همزمان و کنار یکدیگر کار می کنند، یک خازن بزرگ نصب می شود.

چون این نوع جبران حالت خاصی از جبران سازی موضعی است، مزایای روش قبلی را دارا است به اضافه اینکه به خاطر کاهش تعداد خازنها ومراحل نصب، هزینه آن اقتصادی تر است.

بزرگترین ایراد این روش به غیر از هزینه نسبتاً بالا، در مواردی است که مصرف کننده ها با هم و گروهی کار نکنند. در این حالت جبران سازی اشتباه صورت گرفته و بار راکتیو به صورت خازنی در مدار ظاهر می شود.

جبران سازی مرکزی

در این روش خازن کلاً در ورودی سیستم نصب و به پله های کوچک تقسیم شده است. یک رگولاتور، ضریب قدرت شبکه را کنترل کرده خازن مورد نیاز را محاسبه و وارد شبکه می نماید. این روش تقریبا همه جا قابل استفاده است. مزایای این نوع جبران سازی عبارتند از، نصب ساده، کنترل ساده، استفاده بیهنه از خازنهای نصب شده و انعطاف پذیری نسبت به تغییرات بار. عمده ترین ایراد این روش عدم جبران سازی داخل شبکه مصرف کننده است.

محاسبات و فرمولها

توان ظاهری در شبکه سه فاز:  

توان اکتیو شبکه سه فاز:

توان راکتیو شبکه سه فاز:

جریان خازن تک فاز: 

جریان خازن سه فاز :

توان خازن تک فاز:      

توان خازن سه فاز مثلث: 

محاسبه خازن موردنیاز در شبکه

برای محاسبه خازن مورد نیاز در شبکه مقدار توان اکتیو و ضریب قدرت شبکه مورد نیاز است.

توان خازنی مورد نیاز از رابطه زیر بدست می آید:

مقدار ضریب k را می توان از جدول پیوست هم بدست آورد. برای استفاده ازجدول محل تلاقی سطر مربوط به ضریب قدرت فعلی شبکه ( ) و ستون مبوط به ضریب قدرت مورد نظر ( )ضریب k را بدست می دهد.

هارمونیک ها

جهان امروز، نیازمند پروسه های اتوماتیک، سریعتر و قابل انعطاف تری است و این به منزله آن است که مدارات کنترلی باید هر چه بیشتر در دستگاهها نصب شوند. مدارات قدیمی با کنتاکتور کنترل می شدند حال آنکه امروزه کلیه کنترل ها توسط نیمه هادی ها صورت می گیرد. همچنین نیاز به منبع تغذیه دائمی در نقاط حساسی مثل بانکها، بیمارستان ها، مراکز حفاظتی و استفاده روز افزون از منابع تغذیه دائمی UPS را موجب شده است.

ویژگی اصلی قطعات نیمه هادی (مثل دیود- تریستور یا SCR، ترانزیستور، IGBT، GTO و...) تغییر شکل و فرم جریان است. شکل زیر دو نمونه جریان را به صورت بدون اتوجاج و با اعوجاج نشان می دهد. همانطور که در شکل مشاهده می شود. چنانچه توان مصرفی در هر دو بار یکسان باشد، جریان موثر دربار معوج به طرز محسوس بیشتر از بار صاف و بدون اعوجاج است.

محاسبات ریاضی (سری فوریه) اثبات کرده که یک موج غیر سینوسی متناوب، قابل تجزیه به امواج سینوسی با فرکانس های مضرب فرکانس اصلی موج است. به عبارت دیگر هر موج غیر سینوسی متناوب از جمع تعدادی موج سینوسی با فرکانس های موج اصلی و مضارب آن تشکیل می شود.

اندازه موج اصلی را بنا بر قرارداد و به عنوان پیش فرض 100% در نظر گرفته و دامنه بقیه بر مبنای آن و بصورت درصد بیان می شوند.

شکل موج دارای اعوجاج، به تنهایی اطلاعاتی در مورد هارمونیکها به دست نمی دهد، آنچه که طراح را در مورد آنالیز هارمونیک ها یاری می کند نمودار طیف هارمونیکها است.

دستگاههای اندازه گیری معمولی قادر به اندازه گیری هارمونیکها نیستند، اندازه گیری د سیستم های هارمونیک توسط دستگاههای True RMS قابل انجام است. همچنین اندازه گیری طیف فرکانسها توسط متخصصین و با استفاده از دستگاههای پاور آنالایزر انجام می گیرد.

مهمترین پارامتر اندازه گیری هارمونیکها THD است. THD که به صورت درصد بیان می شود. نسبت مجموع کلیه مولفه ها به مولفه اصلی است و رابطه آنها بشرح زیر می باشد:

عمومی ترین تولید کننده های هارمونیک

همانطور که ذکر شد بارهای غیر خطی تولید کننده هارمونیک هستند، شایع ترین تولید کننده های هارمونیک عبارتند از:

UPS

کنترل کننده دور موتورAC

کنترل کننده موتور DC

مبدل فرکانس

دیمر روشنایی

اینورتر

شارژر باتری

کوره قوسی

دستگاه جوش قوسی

دستگاه جوش مقاومتی

بالاست الکترونیکی

منبع تغذیه سوئیچینگ

کوره القائی

مشکلات ناشی از هارمونیک ها

صنایع بسته به نوع، تعداد و مقدار هارمونیک های تولید شده توسط بار، مشکلات خاص خود را دارا هستند.

مشکلات عمومی ناشی از هارمونیک ها در شبکه عبارتند از:

گرم  شدن بیش از حد هادی ها

قوی و ضعیف شدن نور لامپهای فلورسنت

خرابی خازن ها

خراب یا گرم شدن بیش از حد ترانسفورماتورها

چشمک زدن لامپهای گازی

عمل کردن فیوزهای اوماتیک

سوختن فیوز بدون دلیل ظاهری

خرابی موتورها یا گرم شدن بیش از حد آن ها

تداخل در ارتباطات راه دوره

تداخل خطوط تلفن

خرابی دستگاههای اندازه گیری

گرم شدن بیش از  حد کلیدها

قفل کردن کامپیوترها

امروزه بیشترین دغدغه الکتریکی صنعت، مقابله با هارمونیک ها و تبعات آن است.

خطرات هارمونیک برای خازن ها وراه مقابله با آن

با توجه به رابطه جریان خازن (  مشاهده می شود که در شرایط ولتاژ یکسان، افزایش فرکانس به افزایش جریان خازن منتهی می شود به عنوان مثال چنانچه دامنه ولتاژ هارمونیک پنجم 5% مولفه اصلی ولتاژ باشد، جریانی که در اثر این هارمونیک از خازن کشیده می شود 25% دامنه جریان اصلی است. بنابراین وجود هارمونیک ها در شبکه، صدمه جدی به خازنها وارد می کنند.

بهترین راه جلوگیری از آسیب های وارده به خازن در سیستم های هارمونیکی نصب راکتور به طور سری با خازن است.

نصب راکتور بصورت سری با خازن، فرکانس رزونانس هر شاخه خازن را به مقدار دلخواه کاهش می دهد. این فرکانس بسته به هارمونیکها و اندازه آنان، جایی تنظیم می شود که بهترین نوع فیلترینگ صورت پذیرد. ترکیب سلف و خازن در فرکانسهای بالاتر از فرکانس رزونانس (fr) خاصیت سلفی و در فرکانسهای پائین تر، خاصیت خازنی خواهد داشت. بنابراین اصلاح ضریب درت در فرکانس اصلی انجام می گیرد بدون آنکه فرکانس های بالاتر مزاحم کار خازن باشد.

انتخاب فرکانس رزونانس سری و ولتاژ خازن در شبکه های مختلف هارمونیکی

در شبکه هایی که THD جریان بیشتر از 10% و یا THD ولتاژ بیشتر از 2% (در حالت بدون خازن) باشد، نصب راکتور ضروری است.

اگر دامنه هارمونیک سوم جریان بیشتر از 20% هارمونیک پنجم جریان باشد، از راکتورهای هارمونیک سوم (14%  = P) استفاده می شود. در غیر این صورت از راکتورهای هارمونیک پنجم (67/5% یا 7% = P) استفاده خواهد شد.

در حالت استفاده از راکتورهای هارمونیک پنجم، اگر THD ولتاژ کمتر از 7% باشد از راکتور 7% و اگر بیشتر باشد از راکتور 67/5% استفاده می شود.

در حالت نصب خازن بصورت سری با راکتور، ولتاژ اعمالی به خازن برابر خواهد بود با:

بنابراین باید به این نکته توجه نمود که ولتاژ نامی خازن مورد استفاده در مدارات راکتور دار همیشه بیشتر از ولتاژ نامی شبکه خواهد بود. برای رسیدن به فرکانس تشدید طراحی شده، حتما باید از خازنی استفاده کرد که ظرفیت آن روی راکتور ثبت شده و یا در کاتالوگ آن ذکر شده است.

تکنولوژی ساخت خازن با فیلم های پلی پروپیلن متالیزه

استفاده از فیلمهای پلاستیک با ضخامت های بسیار کم (4 تا 12 میکرون) به عنوان عایق الکتریکی، تحول بزرگی از نظر فنی و اقتصادی در ساخت خازنهای فشار ضعیف ایجاد کرده است.

ضخامت بسیار پائین این فیلمها موجب کاهش مواد مصرفی، حجم، وزن و قیمت خازن شده است.

فیلم متالیزه

فیلمهای مصرف شده در خازنهای PKC از جنس پلی پروپیلن هستند که یک طرف آنها در شرایط خلاء فلز اندود شده است. عمده فلز مصرفی روی (تقریباً 95% ) و آلومینیوم (تقریباً 5%) هستند. فلز روی باعث ثابت ماندن ظرفیت و مشخصات خازن در طول زمان بوده و فز آلومینیوم از اکسید شدن سطح فلز جلوگیری می کند. ترکیب دو فلز موجب ثابت بودن تقریبی مشخصات الکتریکی و شیمیایی خازن می شود.

روی یک لبه فیلم فلز بیشتری اندود می گردد و لبه دیگر فلز اندود نمی شود. لبه بدون فلز را حاشیه آزاد (Free Margin) و لبه تقویت شده را لبه ضخیم (Heavy Edge) می نامند.

برای تولید خازن، دو لایه فیلم روی یکدیگر قرار گرفته و دور یک محور پیچیده می شوند . فیلمهای پلاستیک به عنوان عایق و سطح فلز اندود شده به عنوان الکترود استفاده می شود.

پدیده خود ترمیمی (Self Healing)

مهمترین ویژگی خازنهای تولید شده با فیلم متالیزه، خود ترمیم بودن آنهاست. اگر در هنگام کار، عایق بین دو فلز به هر علتی آسیب دیده، شکسته و باعث اتصثال کوتاه در فیلم شود، عبور جریان بسیار زیاد در محل شکست الکتریکی باعث ایجاد حرارت و تبخیر لایه فلزی جوشن در اطراف آن طی چند میکرو ثانیه می شود. فشار گاز ایجاد شده، بخار فلز را به خارج از ناحیه شکست می راند و بدین ترتیب یک ناحیه ایزوله غیر هادی و بدون لایه متالیزه در این محل بوجود می آید. در زمان شکست الکتریکی و پس از آن، خازن در حال فعالیت عادی است و هیچگونه جریان محسوسی در این مدت از شبکه کشیده نمی شود. همچنین سطح محل تبخیر شده خیلی کوچک بوده و کاهش ظرفیت خازن در هر شکست کمتر از 0001/0 میکروفاراد است به عبارتی هر 10000 شکست تنها یک میکروفاراد از ظرفیت خازن می کاهد.

مزایای خازنهای خود ترمیم کننده

مهمترین مزیای استفاده از خازنهای خود ترمیم کننده در مقایسه با نسل قدیم خازنها شرح زیر است:

1-وزن و حجم پائین در مقایسه با ظرفیت های خازنی مشابه

2- خاصیت خود ترمیمی که باعث کمترین افت ظرفیت در اثر شکست الکتریکی خازن می شود.

3- به دلیل ساختمان ساده و مصرف کم مواد، خازنهای تولید شده با این تکنولوژی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه هستند.

4-تلفات پائین دی الکتریک و خازن باعث ایجاد حرارت کمتر و در نتیجه عمر بیشتر خازن می گردد.

نمودارهای زیر مشخصات الکتریکی خازنهای تولید شده با فیلم های متالیزه را نشان می‌دهد.

تعاریف‌عمومی مطابق با استانداردهای خازن

ولتاژ نامی(Un): مقدار موثر (r.m.s) ولتاژ متناوب که خازن برای کار در آن طراحی شده است.

ظرفیت نامی (Cn): مقدار ظرفیتی که خازن برای آن طراحی شده است.

جریان نامی (IN): مقدار موثر (r.m.s) جریان متناوب خازن در ولتاژ و فرکانس نامی

فرکانس نامی (fn): بالاترین فرکانسی که خازن برای کار در آن طراحی شده است.

تلفات خازن: توان اکتیو مصرفی توسط خازن

سیستم قطع اضافه فشار

خازن ها همانند سایر قطعات الکتریکی دارای عمر مفید هستند. از آنجا که خازنهای خود ترمیم کننده به ندرت دچار اتصال کوتاه دائمی می شوند، فیوز HRC به تنهایی نمی تواند حفاظت کافی را از خازن به عمل آورد و به همین دلیل سیستم قطع اضافه فشار به خازن اضافه می شود.

در این سیستم شیاری در بدنه فلزی خازن ایجاد و سپس شیار جمع می شود. همچنین سیم هایی که المنت ها را به ترمینال وصل می کنند در یک نقطع تضعیف می شوند. گازهایی که در اثر شکست های الکتریکی در خازن ایجاد می شود باعث افزایش فشار داخلی آن می شود. فشار اضافه به تمام بدنه خازن فشار می آورد و باعث باز شدن شیار سیستم قطع اضافه فشار می گردد. در اثر حرکت رو به بالای درپوش خازن، سیم ها از ملح تضعیف شده پاره و اتصال داخلی خازن قطع می شود.

نکات زیر برای کارکرد صحیح سیستمق طع اضافه فشار باید رعایت شود:

1-فضای کافی برای افزایش ارتفاع به میزان حداقل 2 سانتیمتر در بالای خازن در نظر گرفته شود.

2-حتما از سیم یا کابل افشان استفاده شود.

3- شیار خازن بوسیله گیره یا هر چیزی دیگر مهار نشده باشد. سیستم قطع اضافه فشار در خازنهای پرتوخازن (PKC) براساس استانداردهای EN/IEC60593 و BS 7631 طراحی و اجرا شده است.

     

خازنهای اصلاح ضریب قدرت سیلندری مدل PAC

موارد کاربرد

نصب در شبکه های توزیع فشار ضعیف

بانک های خازنی اتوماتیک و ثابت

نصب دائم روی موتورها، ترانسفورماتورها، مدارات روشنایی و برای جبران سازی انفرادی یا گروهی

نصب در شبکه های دارای تجهیزات مولد هارمونیکی مانند UPS ها، کنورتورها و کنترل دورهای سه فاز با رعایت نکات فنی

بانکهای خازنی ثابت (باکس ) مدل PFB

موارد کاربرد

این خازنها برای اصلاح ضریب قدرت و جبران توان راکتیو در سیستم های فشار ضعیف زیر بکار برده می شوند:

نصب در بانکهای اتوماتیک خازنی

نصب کنار مصرف کننده های ثابت از قبیل الکتروموتورها، ترانسفورماتورها، پمپ های چاههای آب کشاورزی مراکز صنعتی و غیره به منظور اصلاح ضریب توان به روش انفرادی یا گروهی.

اساس کار بانکهای خازنی اتوماتیک

بانکهای خازنی اتوماتیک مجهز به یک رگولاتور ضریب قدرت هستند. این رگولاتور اندازه و شکل  موج ولتاژ و جریان و اختلاف زمانی آنها را اندازه گرفته و پس از انجام محاسبات لازم، ظرفیت خازنی مورد نیاز را تعیین و خازن را وارد شبکه می نماید. در شبکه فشار ضعیف نمونه ولتاژ مستقیماً از خط و نمونه جریان توسط یک ترانس جریان (CT) به رگولاتور متصل می شوند. عمل سوئیچ کردن خازنها توسط کنتاکتورهایی که بوسیله رگولاتور کنترل می شوند، انجام می گیرد. همچنین برای هر پله خازن یک سری فیوز جداگانه در نظر گرفته می شود.

قطعات اصلی تشکیل دهنده بانک خازنی اتوماتیک

اصلی ترین قطعات یک بانک خازنی اتوماتیک عبارتند از:

*خازن

*کنتاکتور خازنی

*فیوز

*رگولاتور

*کلید اصلی

*سری پوش باتن ها

*لامپ سیگنال

* فن خنک کننده

*راکتور

*دستگاههای اندازه گیری

هر یک از قطعات فرعی (پوش باتن ها، لامپ سیگنال، فن، دستگاههای اندازه گیری) و حتی کلید اصلی بسته به طراحی و مورد مصرف و محل نصب بانک قابل حذف هستند. همچنین ممکن است در طراحی برخی بانکهای خازن قطعات دیگری نیز در نظر گرفته شوند.

رگولاتور

رگولاتور ضریب قدرت، مرکز تصمیم گیری و در واقع مغز متفکر بانکهای خازنی اتوماتیک است. موفقیت یک رگولاتور در انجام اصلاح ضرب قدرت به 6 عامل اصلی بستگی دارد.

1-طراحی سخت افزاری دقیق

2-استفاده از قطعات مرغوب

3-نرم افزار مناسب با الگوریتم کنترل صحیح

4- استفاده از ابزار نمونه گیری دقیق برای ارسال نمونه های ولتاژ و جریان

5- نصب صحیح

6- تنظیمات درست

با توجه به تجربه و توان تولیدی متخصصین ایتالیایی 3 عامل اول در طراحی و ساخت رگولاتورهای PKC لحاظ شده است و با اطلاعاتی که به هنگام خرید به مشتری داده می شود و همچنین سرویس دهی واحد خدمات مشتریان شرکت، عوامل بعدی نیز در هنگام نصب و راه اندازی مورد نظر قرار می گیرند.

کنتاکتور خازنی

ماهیت اکتریکی خازن، در لحظه سوئیچینگ اتصال کوتاه است به عبارت دیگر هنگام وصل به شبکه، جریان هجومی بسیار بزرگی از خازن عبور می کند. این جریان علاوه بر تاثیرات تخریبی روی خازن باعث خال زدن و در بعضی موارد جوش خوردن پلاتین های کنتاکتور می شود و خرابی پلاتین های کنتاکتور، خود اثر تخریبی مضاعف بر روی خازن دارد. همچنین هنگام وصل خازن به مدار، خازنهای دیگری که قبلاً وارد مدار شده اند، در یک لحظه در خازن جدید تخلیه شده و جریان بزرگی به صورت لحظه ای پدید می آید.

برای رفع چنین حالتی راه حل های متفاوتی ارائه شده که رایج ترینف ارزان ترین و راحت ترین آن استفاده از کنتاکتورهای مخصوص خازن است.

روی کنتاکتورها یک سری کنتاکت کمکی نصب شده است که توسط سیم های مقاومتی به کنتاکت های اصلی وصل شده اند.

این کنتاکتورها از نظر مکانیکی طوری ساخته شده اند که کنتاکت های کمکی قبل از کنتاکتهای اصلی بسته می شوند و شارژ اولیه خازن از طریق مقاومتها صورت گرفته و جریان آن محدود می شود. بعد از بسته شدن کنتاکت های اصلی، کنتاکت های کمکی از مدار خارج شده و تغذیه خازن از طریق کنتاکت های اصلی صورت می پذیرد.

نحوه تعیین قدرت بانک خازنی

با دانستن ضریب توان شبکه ( )و توان نصب شده روی شبکه (P) و با استفاده از جدول زیر می توان خازن مورد نیاز را محاسبه کرد. محل تلاقی سطر مربوط به ضریب توان شبکه ( ) وستون مربوط به ضریب توان مورد نیاز ( ) ضریب k را بدست می دهد. خازن مورد نیاز از رابطه  محاسبه می شود.

به عنوان مثال: از روی جدول k=0.623 بدست می آید.

بانک اتوماتیک خازنی سری PAB/C1

موارد کاربرد

بانکهای اتوماتیک خازنی سری PAB/C1 در جهت اصلاح ضریب قدرت شبکه فشار ضعیف در موارد زیر اسفتاده میشود:

*کارخانجات بزرگ

*کارگاههای کوچک

*مصرف کننده های تجاری و فروشگاهها

*هتلها

*ساختمان های اداری

*مجتمع های مسکونی و تجاری

*بیمارستانها

مزایا

هوشمند بودن رگولاتور باعث پخش بار بین پله های مختلف شده و از فشار روی یک پله کاسته می شود.

*قابلیت نشان دادن جریان، ولتاژ، ضریب قدرت، توان پله اول، مقدار بار راکتیو مورد نایز روی صفحه نمایش رگولاتور.

*دارای هشدارهای افزایش یا کاهش ولتاژ و جریان و همچنین اصلاح ضریب قدرت بیشتر از حد تعیین شده با وجود خروج کلیه پله ها از مدار و کمتر ازحد تعیین شده با وجود وارد شدن کلیه پله ها به مدار

* استفاده از کنتاکتور خازنی که باعث کاهش جریان لحظه وصل خازن و در نتیجه افزایش طول عمر آن می شود.

*نصب ساده و مستقل از معکوس بستن فازها یا ترانس جریان

*حجم و وزن کمتر در مقایسه با سایر بانکهای اتوماتیک

*ضمانت کلیه قطعات اصلی شامل خازنها، کلید اصلی، رگولاتور، کنتاکتور، پایه فیوز و کابینت تابلو

*در قدرتهای بالا عمل خنک کردن تابلو توسط یک فن انجام می گیرد.

*در صورت بیشتر بودن هارمونیک ازحد مجاز تعیین شده، بانکهای خازنی مخصوص مجهز به راکتور مورد استفاده قرار می گیرند. برای تعیین وضعیت هارمونیکی شبکه با واحد خدمات مشتریان PKC تماس بگیرید.

رگولاتورهای ضریب قدرت مدل PRA

رگولاتور ضریب قدرت PRA، کنترل و تنظیم ضریب قدرت را به صورت تمام دیجیتال انجام می دهد، این کار باعث قرائت دقیق و قابل اطمینان ضریب قدرت بدون تاثیر خطاهای ناشی از وجود قطعات نیمه هادی(هارمونیک) می شود. الگوریتم کنترل اختصاصی، به دستگاه اجازه می دهد که حتی در سیستم هایی که از هارمونیک بالا تشکیل شده اند، به درستی کار کند.

به خاطر توانایی محاسبه توان راکتیو، با قطع و وصل پله های مختلف ضریب قدرت به خوبی تنظیم می شود. همچنین در صورت مساوی بودن تعدادی از پله ها، از تعداد قطع و وصل خازنها کاسته و از آنها به شکل همگن استفاده می کند. رگولاتور در صورت برو هر نوع خطا یا غیر عادی بودن وضعیت، با پیغام هشدار مناسب، اپراتور را آگاه می سازد.

نصب ساده

نصب این رگولاتور بسیار ساده بوده به نحوی که نمونه ولتاژ را از مدار تغذیه برداشته و فقط نیاز است که ترانس جریان (CT) روی فاز سوم (که به عنوان تغذیه استفاده نشده) نصب شود.

تنظیمات ساده

رگولاتور PRA برای اصلاح دقیق ضریب قدرت، نیاز به اطلاعاتی در مورد بانک خازن و شبکه دارد. اطلاعات در 5 مرحله و با کدهای P01 تا P05 به رگولاتور وارد می شوند. این اطلاعات عبارتند از :

1-اولیه ترانس جریان

2- توان مبنا برای پله ها

3- ولتاژ نامی خازنها

4-زمان تخلیه هر خازن

5- ضریب هر پله به نسبت توان مبنا (بند2)

توالی پله ها

از مزایای اصلی این رگولاتور علاوه بر دقت بسیار بالا در اندازه گیری و نمایش ولتاژ ، جریان و ضریب قدرت، می توان به تنوع توالی و ترتیب پله ها اشاره کرد. در این رگولاتورها نیازی نیست که پله ها همگی مضربی صحیح از پله اول بوده و به ترتیب از کوچک به بزرگ به دستگاه نصب شوند. تنها کافی است که توانی را به عنوان مبنا در نظر گرفته و تمام پله ها مضربی صحیح (بین 1 تا 16) از این توان باشند.

راکتورهای حذف هارمونیک

امروزه با افزایش سیستم های اتوماسیون در کلیه رشته های تولیدی و خدماتی، استفاده از عناصر نیمه هادی در مدارات کنترل به جای رله ها، افزایش چمشگیری یافته است. عمده ترین مشخصه این قطعات، تغییر شکل موج سینوسی برق شهر و تبدیل آن به موجهایی است که شکل سینوسی نداشته ولی دارای تناوب هستند.

محاسبات ریاضی ثابت کرده که هر موج متناوب از مجموعه ای از امواج سینوسی با فرکانس اصلی موج و مضارب آن تشکیل شده است. موج با فرکانس اصلی را موج اصلی و سایر امواج را با توجه به فرکانس آنها، هارمونیک می نامند. مثلاً هارمونیک سوم، پنجم و ... به عبارت دیگر در یک شبکه با فرکانس 50 هرتز، هارمونیک سوم دارای فرکانس 150 و هارمونیک پنجم فرکانس 250 هرتز خواهد داشت.

از آنجا که امپدانس خازن نسبت عکس با فرکانس موج دارد، در هارمونیک ها، امپدانس کمتری داشته و جریان بالاتری ز آن می گذرد که باعث خرابی زود هنگام خازن می شود. در شرایطی که فرکانس رزونانس خازن با شبکه، نزدیک به فرکانس یکی از هارمونیکها شود، شرایط بسیار حادتر خواهد بود.

به منظور رفع چنین مشکلی از یک راکتور به طور سری با خازن استفاده می شود. ترکیب سری یک راکتور با خازن، فرکانس رزونانس شاخه را به میزان طراحی شده کاهش می دهد و این ترکیب عملاً معادل یک فیلتر عمل نموده که در فرکانس های پائین خاصیت خازنی و در فرکانس های بالا خاصیت سلفی دارد.

چنین خاصیتی از خرابی زود هنگام خازن جلوگیری می کند.

مزایای استفاده از راکتورهای حذف هارمونیک

*کاهش اضافه جریان د زمان قطع و وصل بانک خازن

*کاهش اضافه بار خازن در اثر هارمونیک ها

*عمر بیشتر خازن

*کاهش حرارت ایجاد شده در کابلها

*کاهش حرارت ایجاد شده در ترانسفورماتور

*حذف عمل کردن بی مورد مدارهای حفاظتی

*حذف اعوجاج شکل موج ولتاژ

نحوه انتخاب راکتور مناسب

انتخاب راکتور حذف هارمونیک و مقدار خازن برای کارکرد صحیح سیستم بسیار مهم است. برای نیل به بهترین نتیجه، رعایت موارد زیر ضروری است:

*فرکانس رزونانس سری باید بر مبنای آنالیز هارمونیک سیستم انتخاب شود.

*به خاطر خاصیت سلفی راکتور، ولتاژ دو سر خازن از ولتاژ برق شبکه بیشتر است. انتخاب ولتاژ خازن بر مبنای فرکانس رزونانس صورت می گیرد.

*به دلیل بالاتر بودن ولتاژ خازن از ولتاژ شبکه و خاصیت سلفی راکتور، توان ایجاد شده در شاخه سری با توان خازن متفاوت است. به همین دلیل برای رسیدن به توان دلخواه باید از ظرفیت های اصلاح شده استفاده کرد.

* با استفاده از فلوچارت زیر می توان فرکانس تشدید را انتخاب کرد.

*ولتاژ دو سرخازن برابر خواهد بود با

*بعد از انتخاب فرکانس رزونانس، از روی جدول، ظرفیت خازن متناظر استخراج می شود.

نکات مهم در استفاده از راکتورهای حذف هارمونیک

*خازن و راکتور حتما باید با هم هماهنگ باشند یعنی ظرفیت خازن دقیقا معادل مقدار ذکر شده در جداول باشد.

*راکتورها حرارت زیادی تولید می کنند به همین منظور سعی شود تا در ارتفاع بالاتر از خازنها قرار گرفته و تهویه مناسب برای آنها در نظر گرفته شود.

* راکتورها حرارت زیادی تولید می کنند به همین منظور سعی شود تا در ارتفاع بالاتر از خازنها قرار گرفته و تهویه مناسب برای آنها در نظر گرفته شود.

*بین راکتورها و بدنه تابلو و همچنین بین دو راکتور، حداقل فاصله ای بین 5 تا 7 سانتی متر در نظر گرفته شود.

خازنهای دائم کار موتوری

موارد استفاده

مهم ترین مورد استفاده این خازنها، راه اندازی موتورهای القای تک فاز و موتورهای کوچک آسنکرون سه فاز با تغذیه یتک فاز است. نصب خازن سری با سیم پیچ کمکی، باعث ایجاد اختلاف فاز و میدان گردان مغناطیسی مورد نیاز موتور شده و با ایجاد گشتاور لازم، موجبات چرخش موتور را فراهم می کند.

در موتورهای تک فاز مجهز به خازنهای دائم کار، خازن همواره به صورت سری با سیم پیچ کمکی در مدار باقی می ماند. برای جلوگیری از اضافه بار روی سیم پیچ کمکی در مدار باقی می ماند. برای جلوگیری از اضافه بار روی سیم پیچ کمکی، ظرفیت خازن نباید زیاد باشد. در این گونه موتورها گشتاور راه اندازی معمولاً 50تلی 70 درصد مقدار نامی است. راندمان موتور حدودواً 90 درصد موتور مشابه سه فاز بوده و ضریب قدرت نزدیک به 1است و دیگر به خازن برای جبران سازی بار راکتیو موتور نیازی نیست. این گونه خازنها باید دارای توانایی تحمل اضافه بار، تلفات کم و پایداری حرارتی خوب باشند.

همچنین گاهی اوقات در عمل راه اندازی موتور آسنکرون (القای) سه فاز با یک منبع تغذیه تک فاز ضرورت پیدا می کند.

موتورهای آسنکرون (القایی) سه فاز کوچک (با توان کمتر از 2 اسب بخار) رامی توان با کمک یک خازن به شبکه تک فاز متصل نمود و با جا به جا کردن خازن روی فازهای موتور جهت چرخش را تغییر داد. قدرت بدست آمده در این حالت 70 الی 80 درصد قدرت نامی و گشتاور 25 تا 30 درصد گشتاور نامی است.

انتخاب ظرفیت خازن بر مبنای موتور

موتورهای تک فاز

ظرفیت و ولتاژ خازن مورد نیاز در موتورهای تک فاز فقط به دور و گشتاور مطلوب بستگی ندارد، بلکه بیشتر از همه موارد به ساختمان موتور وابسته است. بنابراین روش خاصی جهت محاسبه دقیق خازن مورد نیاز وجود ندارد و می بایست به توصیه های سازندگان موتور عمل نمود.

با این حال جدول زیر(که با احتساب اکثریت موتورهای موجود تهیه شده) راهنمایی برای انتخاب حدود ظرفیت خازنی است:

موتورهای سه فاز با تغذیه تک فاز

خازن مورد نیاز برای راه اندازی موتورهای آسنکرون (القایی) سه فاز با تغذیه تک فاز معمولاً از روابط زیر محاسبه می شود.

*برای موتورهای v380 و Hz 50، 22 میکرووفاراد به ازاء هر کیلو وات موتور

*برای موتورهای V220 و Hz50، 70 میکروفاراد به ازاء هر کیلو وات موتور

خازنهای روشنایی

موارد استفاده

تمام لامپهای تخلیه گازی (فلورسنت، بخار جیوه، بخار سدیم، هالوژن و انواع مشابه) برای روشن شدن نیاز به یک چوک یا ترانسفورماتور دارند. با توجه به ماهیت سلفی چوک ها و ترانسفورماتورها، ضریب قدرت در مدارات این لامپها پائین بوده وجریان زیادی در آن کشیده می شود. اصلاح ضریب قدرت با افزودن یک خازن مناسب به مدار انجام می گیرد.

خازنها می توانند به دو صورت موازی و سری در مدار چراغای روشنایی قرار بگیرند. جبران سازی موازی (قراردادن خازن به صورت موازی با شبکه) بیشتر از روش سری مورد استفاده قرار می گیرد زیرا:

اولاً: مدار الکتریکی بسیار ساده تر است.

ثانیاً: فقط ولتاژ برق شهر روی خازن قرار می گیرد.

ثالثاً: در صورت خرابی و یا قطع خازن، مدار لامپ به کار خود ادامه می دهد.

به دلیل ضعیف بودن تهویه هوا در چراغهای روشنایی و نزدیکی خازن به منبع حرارت، خازن به مدت طولانی در معرض دمای بالا قرار خواهد گرفت و بنابراین خازنی که درچنین مداری قرار می گیرد، باید تحمل حرارتی خوبی را داشته باشد.

ظرفیت خازن مورد نیاز

کیفیت چوک و ساختمان داخلی آن، وضعیت ضریب قدرت و در نتیجه ظرفیت خازنی مورد نیاز را تعیین می کند. جدول ارائه شده بر مبنای اکثریت چوک های موجود در بازار تهیه شده و به عنوان راهنما حدود ظرفیت خازن را تعیین می کند.