برقگیرها با جذب انرژی اضافه ولتاژهای گذرا و تبدیل آن به گرما، موجب محدود شدن سطح اضافه ولتاژها می گردند. گرما ودمای قرصهای برقگیر از عوامل اصلی در کیفیت کارکرد برقگیرها بوده و نقش اصلی در تنش های حرارتی- مکانیکی ، افزایش جریان نشتی و گریز حرارتی دارا می باشد. مدل الکتریکی جهت شبیه سازی دقیق رفتار برقگیر در قبال اضافه ولتاژها ، لحاظ نمودن اثر دما بر روی جریان نشتی و مدل حرارتی انتقال گرمای برقگیر همگی در یک مجموعه منسجم، مدل الکترو-حرارتی برقگیر را ارائه می دهند.

مقاله پیش رو مسایل فوق را بررسی نموده،در ضمن مدل الکتروحرارتی را بر روی یک برقگیر اکسید روی ازنوع مدل پست(Station class surge arrester) از رده انتقال، پیاده سازی می نماید همچنین از مدل مطروحه درشبیه سازی یکی از آزمونهای استاندارد استفاده می گردد.

افزون بر سه دهه از بکارگیری برقگیرهای اکسیدروی در صنعت برق می گذرد.افزایش قابلیت جذب انرژی اضافه ولتاژها به همراه انتقال سریع آن به محیط اطراف از مسایل مهم در توسعه روز افزون بهبود عملکرد برقگیرها می باشد.

ستون قرصهای برقگیر، در حالت عادی شبکه به مثابه ستونی از عایق عمل نموده و تنها جریان نشتی ناچیزی از آن عبور می-نماید، که ضریب دمایی آن منفی می باشد، به این معنا که افزایش دمای قرصها منجر به افزایش دامنه جریان نشتی می-گردد، واین خود گرمایش بیشتر قرصها را در پی دارد. دمای قرصهای برقگیر از عوامل اصلی در کیفیت کارکرد برقگیرها بوده و نقش اصلی در تنش های حرارتی- مکانیکی،افزایش جریان نشتی و گریز حرارتی دارد لذامحاسبه دقیق انرژی الکتریکی ورودی ناشی از تنشهای الکتریکی به منزله توان حرارتی ورودی و چگونگی انتقال حرارت به خارج محفظه در نقش توان خروجی حائز اهمیت می باشد، در این میان تفاوت توان ورودی و توان خروجی برقگیر عامل گرمایش قرصهای برقگیر است.

از حاصلضرب جریان عبوری لحظه ای و ولتاژ دو سربرقگیر، توان لحظه ای ورودی به برقگیر حاصل می شود.در حالت عملکرد برقگیر ،تمامی این توان بطور تقریبی معادل توان تلف شونده در برقگیر است اما درحالت عادی کارکردسیستم،از آنجا که جریان دارای مولفه اهمی وخازنی است توان ورودی شامل توان حقیقی و توان راکتیو است. حرارت ایجاد شده در قرص ها از طریق انتقال حرارت از بدنه برقگیر گذشته و به محیط اطراف منتقل می گردد.

رسانایی حرارتی بدنه برقگیر نقش بسزایی در کاهش دمای داخلی برقگیرها دارد. تلاشهای بسیاری درزمینه مدلسازی الکتریکی-حرارتی برقگیر انجام شده است، تا بتوانند بعضی از عیب ها و بروز حوادث در برقگیرها را توجیه نمایند. عمده این تلاشها در دوروش مدلسازی اجزاء محدودF.E.Mو مدلسازی انتقال حرارت خلاصه می شود. اولی برای مطالعه توزیع دما و میدان الکتریکی جهت تعیین اثر نقطه سوز شدن و سوراخ شدگی برقگیر و محاسبه تنش حرارتی-مکانیکی و روش دوم برای مطالعه رفتار گریز حرارتی مناسب می باشند.

شکل( ۱):نمودار مدل الکتریکی–حرارتی برقگیر

 در شکل( ۱) اصول این روش بصورت نموداری ترسیم شده است. ورودی اولیه همان تنش های ناشی از ولتاژ شبکه و اضافه ولتاژهای حادث بوده که در مرحله بعد در دو بخش مجزا،توان تلفاتی ناشی ازجریان نشتی وگرمایش قرصها به کمک مدل ریاضی وتوان تلفاتی ناشی از اضافه ولتاژها توسط مدل پویا محاسبه می شود. با اعمال توان کل تلفاتی به مدل حرارتی و با توجه به دمای محیط ، دمای قرصهای برقگیر بدست می آید ،که از این دما جهت تعیین میزان جریان نشتی و تعیین امکان ایجاد گریز حرارتی استفاده می شود. درادامه به جزئیات بیشتر هر بخش ساختار فوق م یپردازیم.

مدل الکتریکی پویای)دینامیکی( IEEE برقگیر :

از ویژگی مهم برقگیرهای ZnO ، مشخصه به شدت غیرخطی ولتاژ-جریان بوده،به نحوی که برقگیر در ولتاژ نامی جریانی در حد چند ده میکرو آمپر از خود عبور داده اما در ولتاژ عملکرد برقگیر که معمولا ۲تا ۳ برابر ولتاژ نامی است،جریانی درحد چندین کیلو آمپر عبور می دهد.

ویژگی دیگر آن عملکرد پویا(دینامیکی) مشخصه ولتاژ- جریان است.در نتایج آزمون های عملی مشاهده گردیده است که اولا در زمان عبور ضربه جریان ،قله ولتاژ دو سربرقگیر جلوتر از قله ولتاژ موج ضربه جریان است.به این معنا که ولتاژ سریعتر از جریان به حد بیشینه(ماکزیمم) خود میرسد،ثانیا با کاهش پیشانی موج ضربه جریان ،دامنه ولتاژ قله افزایش می یابد،توضیح بیشتر اینکه اگر بازاء دامنه ثابت ضربه جریان،پیشانی موج ر اکاهش دهیم یا موجهای ضربه جریان سریعتری اعمال کنیم،دامنه قله ولتاژ افزایش بیشتری پیدا می کند.

تحقیقات نشان داده است بازاء یک جریان با دامنه ثابت، تغییر زمان پیشانی موج ازμs 8به ۱/۳ μs منجر به افزایش تقریبی ۶ % ولتاژ در دو سر برقگیر می شود. گروه تحقیقاتی کمیته بررسی حفاظت در برابر اضافه ولتاژIEEE مدلی را ارائه نموده است که بتواند اثرپویایی(دینامیکی) و غیرخطی برقگیر را بخوبی مدلسازی نماید که این مدل در شکل ( ۲) نمایش داده شده است.دراین مدل بخش غیرخطی با دو قسمت مقاومت غیرخطی Ao وA1 نشان داده شده است که با یک فیلتر پایین گذر R-L ازهم جدا شده اند. این فیلتر در موقع جریانهای با پیشانی تیزتربا اعمال امپدانس بزرگ جریان بیشتری را به سمت Ao هدایت نموده و چون Ao مشخصه ولتاژ-جریان بزرگتری دارد در نهایت منجر به افزایش بیشتر ولتاژ دو سر برقگیر می شود

شکل( ۲): مدل IEEE برقگیر

مدل نهایی الکترو–حرارتی :

در شکل( ۳) مدل نهایی مورد نظر که در محیط SIMULINK/SimPowerSystem پیاده سازی شده ترسیم گردیده است.

شکل ۳ ) : )مدل الکترو–حرارتی برقگیر

این مدل در برگیرنده منبع ولتاژACبه عنوان اعمال تنش ولتاژ شبکه و منبع تزریق جریان جهت اعمال اضافه ولتاژها و مدل الکتریکی و حرارتی به منظور بررسی رفتار ولتاژ و جریان بر حسب دمای محیط می باشد.

مطابق شکل(۳) در بلوک خاکستری رنگ ۱ جریان ضربه دلخواه توسط تابع ریاضی Fcn وبا دامنه Ipeak تولید شده و در بلوک ۲ منبع ولتاژ سینوسی معادل حداکثر ولتاژ اعمالی از طرف شبکه MCOV ( Operating Voltage (Maximum Continues قرار دارد که هر دو این منابع الکتریکی از طریق دو کلید ۱,۲ Breaker با کمک بلوک تولید سیگنال کنترل کلیدها، Signal Builder که در بلوک ۳ قرار دارند می توانند به مدل الکتریکی برقگیر که دربلوک ۵ قرار دارد اعمال گردند.جریان مدل الکتریکی وافزایش جریان ناشی از گرمایش قرصها که در بلوک ۴ پیاده سازی شده با یکدیگر جمع شده و در ولتاژ لحظه ای دو سر برقگیرضرب می شوند تا توان لحظه ای اعمالی به برقگیر حاصل شود.البته لازم است تا توان حقیقی خالص درنقش توان اتلافی به برقگیرداده شود وتوان لحظه ای شامل توان حقیقی و راکتیو است.در بلوک ۶ از توان لحظه ای در یک پریود انتگرال گرفته می شودتا توان متوسط حقیقی حاصل و به برقگیر اعمال گردد.این توان در نقش یک منبع تزریق جریان به مدل حرارتی واقع در بلوک ۷ اعمال گردیده تا میزان درجه حرارت قرصها بدست آید که ازاین دمای بدست آمده به عنوان سیگنال فیدبکی درجهت محاسبه جریان نشتی حرارتی نیز استفاده می گردد.

نتیجه گیری :

ملاحظه گردید که در موقع برخورد اضافه ولتاژهای گذرا، دمای قرصها به شدت افزایش می یابد که این افزایش ناگهانی دما و اختلاف آن با دمای قسمتهای مجاور منجر به تنش مکانیکی-حرارتی می گردد،به همین دلیل است که در بسیاری از موارد قرصها از سمت لبه و کناره ها دچار شکستگی و خوردشدگی می گردند.

همچنین اضافه ولتاژهای موقت می توانند با گرم کردن تدریجی قرصها شرایط را برای بروز ناپایداری حرارتی و

بدنبال آن گریز حرارتی آماده نمایند. به همین دلیل است که در شبکه هایی که دارای زمین نوسانی و یا احتمال وقوع اضافه ولتاژهای موقت نظیر فرورزنانس دارد ،متخصصین از برقگیرهای با فاصله هوایی استفاده می نمایند که در اصل جریان نشتی ناچیزی تا قبل از عمل نمودن از خود عبور می دهند.

مدل الکترو-حرارتی طرح شده در این بخش در واقع برای انجام کارهای مطالعاتی و پژوهشی و بررسی رفتار کیفی حرارتی برقگیر مفید می باشد که البته در اینجا به جهت اجتناب از تفصیل و خارج از حوصله شدن از موارد مختلفی صرفنظر ویا تقریب هایی انجام شده است. بعنوان مثال از تغییر ظرفیت حرارتی قرصها با دما ویا مدل نمودن اثر اتصالات فلزی در بالا و پایین برقگیر و غیره خودداری شده است، و هدف بررسی ابعاد مختلف مدل الکترو-حرارتی و کاربردهای آن بوده است.

در شبکه های توزیع برق مانند خطوط انتقال،به تجهیزاتی نیاز است که بتوانند نقش عایقی و جداسازی قسمتهای  تحت ولتاژ را از دیگر قسمتها داشته باشند.

طبق تعریف(مقره)به وسیله ای گفته می شود که دارای مقاومت الکتریکی بالایی بوده و بین هادی های برقدار و سازه های نگه دارنده قرار می گیرند.

مقره علاوه بر عایق نمودن هادی نسبت به پایه و همچنین نسبت به زمین ارتباط مکانیکی هادی و زمین را نیز تشکیل می دهد .

مقره ها چهار ویژگی و وظیفه عمده دارند:

الف) وظیفه اصلی مقره ها ، ایزوله کردن هادی از بدنه کنسول و پایه می باشد.

این مقره ها ، باید بتوانند بدون داشتن جریان نشتی ، مشخصات الکتریکی لازم برای تحمل بیشترین ولتاژ هادی و سایر ولتاژهای اضافی تحت شرایط مختلف را داشته باشند .

این ویژگی ها به عنوان خواص الکتریکی مقره ها  عبارتند از:

۱-   مقاومت الکتریکی حجمی و سطحی بالا

۲-  مقاومت در برابر سوراخ شدن توسط شوک حرارتی در اثر عبور جریان الکتریکی فشار قوی.

۳-   مقاومت زیاد در مسیر

۴-   عدم تشکیل خود القایی

ب) وظیفه دیگر مقره ها ، تحمل نیروهای مکانیکی حاصل از وزن سیم ها و هادی ها ، و نیروهای اعمالی ناشی از باد و یخ  می باشد.

که در هر شرایطی ، فاصله هادی از بدنه و بازوی پایه ، نباید از مقادیر مجاز کمتر باشد.

این ویژگی ها به عنوان (خواص مکانیکی مقره) نامیده شده و به شرح زیر هستند.

۱- خاصیت الاستیسیته به نسبت خوب که باعث می شود مقره ، تنشهای خمشی و کششی را تا حدودی تحمل کرده و در برابر تغییر شکل مقاومت نماید.

۲- در برابر نیروی فشاری مقاومت بالایی از خود نشان می دهد.

۳- چون مقره های چینی در برابر ضربه مقاومت کمی دارند باید سعی شود تا لبه و گوشه های تیزی نداشته باشند.

۴- مقاومت لازم را در برابر شوکهای حرارتی حاصل از تغییرات اختلاف پتانسیل الکتریکی ، صاعقه و … به طور ناگهانی داشته باشند.

ج)مقره ها باید در برابر تغییرات جوی و درجه حرارت مقاوم بوده ، خواص خود را در اثر گذشت زمان و پیری ، تا حد قابل قبولی حفظ نماید.

این ویژگی ها که خواص فیزیکی نامیده شده عبارتست از :

۱- مقاومت در برابر عوامل جوی و تابش آفتاب

۲-زنگ نزدن و اکسید نشدن

۳- دارا بودن ضریب انبساط کم

۴- حفظ خواص در برابر سرما و گرما

۵- عدم میل ترکیبی با بیشتر مواد موجود در محیط اطراف

د) هر مقره باید (خواص ساختمانی ) را رعایت نموده و قابل اعمال روی آن باشد .

به عنوان نمونه ، می توان موارد زیر را در مورد مورد مقره های چینی با ساختمان پرسلان نام برد:

۱- مقره چینی باید دارای ساختمان به هم فشرده بوده  ، به طوری که هیچ خلل و فرجی در داخل آن وجود نداشته باشد.

۲- الکترونها و یونها به یکدیگر مرتبط و متصل باشند تا اختلاف پتانسیل الکتریکی بسیار زیاد به آن وارد نشود.

امروزه در شبکه های توزیع ، برای اتکای اجسام هادی ، و جداسازی آنها از یکدیگر بیشتر از مقره های چینی استفاده می کنند.

این مقره ها ، علاوه بر اینکه در خطوط انتقال فشار متوسط به عنوان نقاط اتکایی سیم در محل پایه ها استفاده می شوند ، به عنوان عایق در سیستمهای توزیع ، از جمله:

بوشینگهای ترانسفورماتورها ،

کلیدها و سایر ادوات برقی از جمله:

بدنه برقگیرها ،

مهارها ،

کات اوتها

و بدنه سر کابل فشار قوی و اتکایی برای عایق سازی در محل ورود برق به کار می روند.

مواد اولیه به کار رفته برای ساخت مقره ها ی سرامیک الکتریکی مانند چینی و شیشه می باشد.

سیستم قدرت را معمولا یک شبکه سه فاز متقارن در نظر می گیرند.

مگر اتصالی روی دهدتا تقارن شبکه متعادل به هم بخورد که سبب پیدایش جریانها و ولتاژهای نامتعادل در شبکه می شود.

به جز در وقتی که اتصال کوتاه سه فاز اتفاق افتد چون هر سه فاز درگیر این مساله اتصال کوتاه هستند و این درگیری به صورت مساوی است و آن را اتصال کوتاه متقارن می نامند .

با استفاده از نظریه مولفه متقارن و ایده جایگزین کردن منابع سیستم عادی با یک منبع در محل اتصالی تحلیل این شرایط امکان پذیر می شود.

از نظر کاربرد وسایل حفاظت آگاهی داشتن از توزیع جریانهای اتصال کوتاه در سراسر سیستم و ولتاژهای قسمتهای مختلف سیستم بر اثر وقوع اتصالی ضروری است.

علاوه بر این اگر قرار باشد که اتصالی به روش متمایز کردن بر طرف شود باید مقادیر مرزی جریان در هر نقطه رله گذاری مشخص شود معمولا اطلاعات مورد نیاز چنین اند.

1. ماکزیمم جریان اتصال کوتاه برای یک اتصالی در یک نقطه رله گذاری

2. ماکزیمم جریان اتصال کوتاه برای یک نقطه اتصالی در نقطه رله گذاری

3. ماکزیمم جریان مربوط به اتصالی در نقطه رله گذاری

برای بررسی اطلاعات فوق باید محدودیتهای تولید پایدار و شرایط عملکرد ممکن به اضافه طریقه زمین کردن سیستم مشخص شود و همواره عرض شود که اتصالها از طریق اتصال کوتاه صفر رخ می دهد تا جریانها اتصالی در یک شرایط کار معین سیستم بتوانند ماکزیمم شوند.

هنگامی که اتصالی رخ دهد دیگر امپدانسای فاز یکسان نبوده (بجز حالت اتصال کوتاه سه فاز) و جریانها و ولتاژها نامتعادل می شوند .

محل بیشترین عدم تعادل در محل وقوع اتصال قرار می گیرد.

بررسی اتصالی را می توان با اتصال کوتاه کردن تمامی ولتاژهای تحریک عادی در سیستم و جایگزین کردن محل اتصال با منبعی که ولتاژ تحریک آن برابر با ولتاژ یش از اتصالی در محل اتصال باشد انجام داد.

از این رو امپدانسهای سیستم از دید نقطه اتصالی متقارن باقی می ماند و نقطه اتصال را می توان نقطه تزریق ولتاژها و جریانهای نامتعادل به داخل سیستم در نظر گرفت.

این بهترین روش نزدیکی به تعریف شرایط اتصالی است زیرا امکان این را به ما می دهد که سیستم را به صورت شبکه متقارن بررسی کنیم.

این شبکه ها شبکه های توالی مثبت و منفی و صفر نام دارند و در آنها تنها ولتاژها و جریانهای توالی ظاهر می شود و هیچ گونه اتصال متقابلی بین آنها وجود ندارد.

در شرایط عادی سیستم فقط مولفه های توالی مثبت می تواند در سیستم وجود داشته باشد.

بنابراین شبکه امپدانسهای عادی سیستم یک شبکه توالی مثبت است و کمیتهای توالی منفی فقط در اتصالی نامتعادل می توانند پدید آیند و امپرانسهای توالی منفی عموما همان امپدانسهای شبکه توالی مثبت هستند.

در محاسبات عملی اتصال کوتاه غیر از شاخه اتصال کوتاه شده اثر یک اتصالی در شاخه های شبکه را نیز بررسی می کنند تا بتوان حفاظت را درست بکار برد و قسمتی از سیستم را که مستقیما دچار اتصالی شده جدا کرد.

بنابراین تنها محاسبات جریان اتصال کوتاه در محل اتصال کافی نیست بلکه باید توزیع جریان اتصال کوتاه را نیز مشخص کرد.

علاوه بر این ممکن است در اثر یک اتصالی فشار ولتاژهای غیرعادی در سیستم ظاهر شود و بر عملکرد حفاظت اثر بگذارد.

بنابراین دانستن توزیع جریان و ولتاژ سیستم در اثر اتصالی برای کاربرد حفاظت ضروری است.

روند بررسی های اتصالی سیستم برای کاربرد وسایل حفاظت را می توان چنین خلاصه کرد.

الف: از نمودار سیستم اطلاعات موجود حدود تولید پایدار و شرایط عملکردی ممکن برای سیستم ارزیابی شود.

ب: با این فرض که اتصالیها به نوبت در هر یک از نقاط رله گذاری رخ دهد ماکزیمم و حد اکثر جریانهای اتصال کوتاه که به محل اتصالی وارد می شود برای هر نوع اتصالی محاسبه شود.

ج: با محاسبه توزیع جریان برای اتصالیهای در نقاط مختلف سیستم ماکزیمم جریانهای مربط به اتصالی در نقطه رله گذاری برای هر نوع اتصالی تعیین شود.

د: در این مرحله ایده کم و بیش معینی درباره نوع حفاظتی که باید به کار برود شکل می گیرد.

حال محاسبات بیشتری برای تعیین تغییر ولتاژ در نقطه رله گذاری با حد پایداری سیستم بر اثر اتصالی در آن انجام می شود تا رده حفاظت لازم همچون تندکار یا کندکار حفاظت واحد یا غیرواحد و غیره تعیین شود.

حفاظت فاصله (دستیانس) Distance

از آنجائیکه امپدانس خط انتقال با خطوط متناسب است استفاده از رله ای که بتواند امپدانس خط را تا نقطه ای معین اندازه بگیرد مناسب است این رله که به رله فاصله معروف است طوری طراحی می شود که فقط برای اتصالیهای واضح در بین محل رله مذبور و نقطه انتخاب شده عمل کند.

بنابراین تمایزی برای اتصالیهایی که ممکن است بین بخشهای مختلفی خط رخ دهد بدست آید اصل مهم در اندازه گیری شامل مقایسه جریان اتصال کوتاه از دید رله مزبور با ولتاژ نقطه رله گذاری است.

پس با مقایسه این دو کمیت می توان امپدانس خط تا محل اتصالی را اندازه گرفت.

عملکرد رله بر حسب دقت بر دو زمان عملکرد رله تعریف می شود دقت برد رله به نسبت بین مربوط و کمیتهای ورودی که باقی می مانند بستگی دارد.

زمان عملکرد رله با محل اتصالی و جریان ورودی تغییر می کند که این زمان برای ورودیهای بزرگ نزدیک به نقطه رله گذاری کوتاه و برای ورودیهای کوچک نزدیک به نقطه برد رله طولانی است از آنجائیکه دقت برد و زمان عملکرد رله و توسط زمان عملکرد محل اتصال برای نسبتهای مختلف مقدار امپدانس منبع به مقدار امپدانس خط بیان می شود.

از طرفی داده های فوق را می توان به صورت گروهی از همزمان (یامسیر) ترکیب کرد و محل اتصالی که بر حسب درصد تنظیم رله بیان می شود را به ازای نسبت امپداس منبع به خط رسم کرد.

دو تعریف استاندارد وجود دارد که نیازهای عمکرد رله های فاصله را در بر می گیرد.

• نسبت امپرانس سیستم (SIR): نسبت امپرانس منبع به تنظیم رله که در همان سطح امپرانس اولیه یا ثانویه بیان می شود.

• نسبت امپرانس مشخصه (CIR): مقدار ماکزیمم نسبت امپرانس سیستم (SIR) تا آن مقداری که رله در دقت تعیی شده عمل می کند.

معمولا حساسیت رله فاصله در نقطه برد منطقه اعلام می شود یعنی در محلی که دقت رله مذبور باید حفظ شود تا حفاظت در خطوط مجاور به طور صحیح متمایز شود و اطمینان حاصل شود که اتصالیهای منطقه را در زمان منطقه ۲ بر طرف نمی شوند.

رله های فاصله را بر حسب مشخصه های قطبی آنها تعداد ورودیهای آنها و روش انجام عل مقایسه دسته بندی می کنند.

انواع معمول رله های فاصله دو کمیت ورودی را از نظر اندازه یا فاز مقایسه می کنند تا مشخصه هایی به دست آید که هنگام ترسیم بر روی نمودار R/X خطوط مسقیم یا دایره باشند.

طرحهای فاصله

به شرط اینکه فاصله اتصالی تابعی ساده از امپرانس باشد با استفاده از رله های فاصله می توان منطقه های متمایز کننده حفاظت بدست آورد.

در واقع امپدانسهایی که اندازه گیری می شود برای خط علاوه بر امپدانس خط و ساختار مداری موجود در خط به اندازه حقیقی جریان و ولتاژ و اتصالات رله و نوع اتصالی و امپدانس اتصال کوتاه نیز بستگی دارد.

با توجه به ولتاژ سیستم و امپدانس خطوطی که باید حفاظت شوند طرحهای کامل یا طرح فقاصله کلیددار به کار می ر د تفاوت این دو طرح در این است که در طرح کلیددار هر نوع اتصالی تنها یک واحد اندازه گیر به کار می رود.

در حالی که در طرح حفاظت کامل از شش واحد اندازه گیر استفاده می شود یعنی سه واحد برای اتصالیهای فاز و سه واحد برای اتصالیهای زمین با مجموعه مناسبی از واحدهای راه انداز نوع اضافه جریان یا کسر امپدانس این واحد اندازه گیر منفرد امپرانس حلقه اتصال کوتاه را به طور ناگهانی تغییر می دهد.

طرحهای فاصله ای که برای حفاظت خطوط فشار قوی به کار می رود عبارتند از:

الف – حفاظت فاصله ساده

ب – حفاظت فاصله ساده با گسترش منطقه ۱

ج – حفاظت فاصله با کم رسی مجاز

د- حفاظت فاصله با بیش رسی مجاز

ه- حفاظت فاصله با تناسب منطقه ۲

و – حفاظت فاصله با مقایسه جهتدار (سرد کننده)

برای مطلوب عمل کردن رله راه اندازهای اضافه جریان در وضعیت موجود باید سه شرط برقرار باشد.

• تنظیم جریان راه اندازهای اضافه جریان نباید از ۲ برابر حداکثر جریان بار کامل خط حفاظت شده کمتر باشد.

• برای اتصالی واقع در برد منطقه سوم رله فاصله: حداقل جریان اتصال کوتاه در سیستم قدرت نباید از ۵/۱ برابر تنظیم راه اندازهای اضافه جریان کمتر باشد.

• حداکثر جریان فاز سالم برای اتصالی تکفاز به زمین نباید سبب عملکرد راه اندازهای اضافه جریان مربوط به فازهای سالم شود.

کاربرد رله:

دو اصل برای رله های فاصله اهمیت زیادی دارد.

۱- امپدانس خط

۲- حداقل جریان اتصال کوتاه

برای اتصالی واقع در برد منطقه را رله فاصله مطابق شکل امپدانسهای توالی در تحلیل اتصالیهای سیستم قدرت وارد می شوند و در نظر داشتن این نکته نیز حائز اهمیت است که در تجهیزات ساکن همچون ترانسفورماتورهای قدرت و خطوط انتقال نیرو و امپد انس توالی مثبت با امپدانس توالی منفی برابر است.

بنابراین در تشکیل شبکه های امپرانس توالی مثبت همه تجهیزات همواره برای تمام انواع اتصالیهای وجود دارد اما امپدانس توالی صفر فقط در اتصالیهای زمین موجود است.

تنظیم رله:

رله های فاصله بر حسب اهم ثانویه مدرج می شوند و امپرانس توالی مثبت بخش مورد نظر از خط انتقال راه اندازه می گیرند.

چند گونه برای اجرای تنظیم رله در ابتدا باید برد مطلوب آن را در طول بخش مورد نظر خط بر حسب اهمت اولیه محاسبه نمود که این برد ۸۰% بخش مورد نظر خط است پس اهم ثانویه می شود.

انتخاب طرح:

بخشی که باید حفاظت شود خطی موازی است بنابراین اگر برای حفاظت اتصالیهای زمین رله های فاصله به کار روند هنگامی که هر دو خط با هم کار می کنند به سبب آثار القایی متقابل کم رسی پیش خواهد آمد و این پدیده فقط در اتصال زمین رخ می دهد و چون بخش مذبور خطی موازی است لذا برای اتصالیهای زمین از این اثر تاثیر نمی پذیرد .

سیستم مذبور شبکه ای است که با مقاومت زمین شده است محاسبات قبلی نشان می دهند که تغییرات مگاولت آمپر منبع تاثیر ناچیزی بر مقدار جریان اتصالی زمین دارد.

در واقع این جریان با مقدار مقاومت زمین کننده نول محدود میشود و با فاصله اتصالی از منبع تغییر می کند با این از نظر مهندسی فنی و اقتصادی مناسبترین آرایش حفاظت برای اتصالیهای زمین رله های زمانبندی شده و برای اتصالیهای فاز طرح موی کلیددار است.

از طرفی برای اتصالیهای فاز و زمین ممکن است استفاده از رله های فاصله ارجح باشد.

بنابراین انتخاب طرح فاصله به واحد راه انداز و واحد اندازه گیر بستگی دارد.

واحدهای راه انداز:

سر از رله های اضافه جریان رسم از رله های اندازه گیر فاصله می توان به عنوان راه انداز استفاده کرد که در مورد دوم ای رله با از نوع کسر امپرانس باشد.

و در مورد طرح موی کلیددار کاملا افقی – قطبی شده چنانچه از راه اندازه های اضافه جریان استفاده شود باید آنها را با راه اندازهای کسر ولتاژ کامل کرد تا در اتصالیهای زمین هرگاه جریان اتصالی زمین در محل استقرار رله از جریان بار کامل کمتر باشد کلیدزنی واحد اندازه گیر کنترل شود.

برای اتصالیهای واقع در نقطه برد منطقه ۳ یا فراسوی آن راه اندازهای اضافه جریان باید بتواند در شرایط حداقل اتصالی درست عمل کنند و لااقل جریان اتصال کوتاه برای اتصالیای فاز در اتصالی دو فاز تحت شرایط حداقل مگاولت آمپرسنج رخ می دهد.

واحدهای اندازه گیر:

انتخاب واحد اندازه گیر به اندازه مقاومت قوس الکتریکی مربوط به طول خطی که باید حفاظت شود بستگی دارد.

برای اتصالی فاز به فاز در انتهای منطقه ۱ حداقل جریان اتصال کوتاه چنین است.

چکیده:

پست های گازی پس از نصب باید تحت آزمایش عایقی قرار گیرند. برای این منظور از ولتاژ متناوب، ولتاژضربه و یا ولتاژ کلیدزنی نوسانی استفاده می شود. با توجه به ولتاژ بالای لازم برای آزمایش، نیاز به حمل تجهیزات نسبتاً پیچیده و سنگین به محل می باشد.

در پستهای گازی ۴۰۰ کیلوولت عملیات شکل گیری و آزمایش عایقی نهایی با ولتاژ ۵۱۵ کیلوولت متناوب با کمک ترانسفورماتورهای کاسکاد دو پله با جریانی در حدود ۱,۹ آمپر، یعنی توانی در حدود یک مگاولت آمپرانجام می گیرد.

در این مقاله ضمن بحث درزمینه روش های آزمایش، مراحل انجام آزمایش عایقی پست های گازی مورد بررسی قرار می گیرد.

1. شرح مقاله

پستهای گازی بر ای ولتاژهای مختلف به منظور انتقال وتوزیع انرژی الکتریکی با توجه به حجم کم و عدم مشکل آلودگی مورد استفاده قرار می گیرند .

یکی از مسائل پستها ی گاز ی آزمایش عا یقی آنها درمحل نصب و پس از تکمیل پست می باشد . در حمل قسمت های مختلف پست به محل و نصب آنها و برقرار ی اتصالات، ممکن است خطاها یی پیش بیاید که کارکرد سالم و طولا نی پست را تحت تاثیر قرار دهد . البته در کارخانه سازنده کلیه قطعات عایقی، تحت آزمایش قرار می گیرند، ولی ممکن است در طول حمل و در مراحل نصب اشکا لی پیش آمده باشد. برای مثال ترک ها ی مو ئی، ممکن است در طول حمل و یا در مراحل نصب در عایق ایجاد گردد . همچنین قطعات ریز (براده) از جنس هادی و یا عایق می تواند در داخل لوله ها (باس داکت ) باقی بماند . این ذرات بر اثر اعمال ولتاژ و به دلیل نیروها ی الکترواستاتیکی حرکت می کنند و می توانند ایجاد مشکل نمایند.

حساس ترین قسمت، عایق ها می باشند که فاصله بین هادی وسط (باس بار) و لوله خارجی (باس داکت ) را حفظ

می کنند . ذرات و براده ها ی آزاد در مسیر حرکت، جذب میدان شدیدتر می شوند و ممکن است برروی سطح قطعات هادی و یا عایقی جدا کننده (Spacer) بنشینند . در نتیجه شکل میدان الکتریکی را برهم می زنند و باعث شکست عایق می گردند . قرار گرفتن این ذرات بر روی باس بار نیز باعث تغییر شکل میدان الکتریکی و افزایش شدت میدان در آن محل می گردد . برخی از سا زندگان تله ها یی برای این ذرات در نظر می گیرند که بر اثر میدان، ذرات حرکت کرده و داخل آن تله ها بیافتند و اثر بدی نداشته باشند.

برای این منظور باید قبل از آزمایش عایقی، تجهیزات پست تحت ولتاژ متناوب فشارقوی قرار گیرند تا ذرات حرکت نموده و در تله ها بیفتند. بدین منظور یک منبع ولتاژمتناوب با فرکانس ۵۰ هرتز (و گاهی بیشتر) لازم است. توصیه شده است که ابتدا ۱۲۰ درصد ولتاژ نامی یعنی ۲۹۰ کیلوولت برای مدت ۱۵ دقیقه به باس بار اعمال شود و سپس ولتاژ نامی یعنی ۴۲۰ کیلوولت به مدت ۳ دقیقه و در نهایت ۸۰ درصد ولتاژ آزمایش درکارخانه سازنده برای مدت ۱ دقیقه اعمال می گردد.

در حقیقت دو مرحله اول را نباید آزمایش بنامیم، بلکه Conditioning یا Forming خوانده می شود. شاید مناسب باشد که این عمل را شکل گیری ترجمه نماییم. در طول مدت اعمال ولتاژ، پست حالت عادی خود را بدست می آورد. پس از انجام عمل شکل گیری با ولتاژ متناوب، آزمایش عایقی انجام می شود. برای این منظور می توان از ولتاژمتناوب، ولتاژ ضربه و یا ولتاژ کلیدزنی نوسان کننده استفاده نمود. هر یک از این ولتاژها دارای مزایا و معایب مختلفی هستند. ولتاژ متناوب همان ولتاژ کار معمول است. ولی البته ولتاژ ضربه و ولتاژ کلیدزنی نیز در عمل پیش می آیند. در پستهای گازی هر گونه تغییر ولتاژ ناگهانی باعث نوسان می شود. از آنجا که میزان تلفات در این نوع پست ها بسیار کم می باشد این نوسان با میرائی بسیار کم و در نتیجه طولانی مدت می باشد. شاید دلیل استفاده ازولتاژ کلیدزنی نوسان کننده نزدیکی شکل این ولتاژ با ولتاژمتناوب باشد.

در انجام آزمایش با ولتاژ متناوب گاهی بر روی اندازه گیری تخلیه جزئی تکیه می شود. البته انجام این اندازه گیری در پست برقدار که دارای آلودگی امواج الکترومغناطیسی یا به اصطلاح دارای نویز می باشد مشکل است.

2. لزوم انجام آزمایش

در بسیاری از پست های گازی اشکال عایقی در مراحل اولیه بهره برداری پیش آمده است . مطابق قانون وان حمام (Bath tube) برای تمامی تجهیزات در ابتدای بهره برداری اشکالات بیشتر است و پس از برطرف کردن اشکالات اول کار تجهیزات بر ای مد تی به خو بی کار می کنند تا در انتها بدلیل پیری بار دیگر اشکالات ز یاد می شوند . ولی از طرفی پستهای گازی در این رابطه در ابتد ای کار حساستر می باشند و از طرف د یگر در صورت بروز اشکال عایقی در زما نی که پست به شبکه قوی وصل است نتیجه بسیار وحشتناک خواهد بود و تعمیر پرهزینه و زمانبر می باشد.

علاوه بر اشکال در تولید قطعات، چون قطعات پست گازی جداگانه حمل و اغلب با شرایط نامناسب کارگاهی و با کارگران محلی با تجربه کمتر در محل نصب می شوند، اشکال بیشتر پیش می آید. از همه مهمتر، وجود ذرات یا براده هایی است که ممکن است در طول حمل و نقل و نصب ، داخل لوله ها باقی بمانند.

از آنجا که در طول کار پست ، اضافه ولتاژها ی مختلفی (متناوب، ضربه صاعقه و ضربه کلیدزنی) پیش می آیند ، نباید تنها به ولتاژ نامی اکتفا نمود . ولتاژ آزمایشی تجهیزات پست در استانداردها ی کشورها ی مختلف آورده شده است . بر ای مثال در استاندارد بین المللی، ولتاژ آزمایش عایقی بین تجهیزات شبکه ۴۰۰ کیلوولت می تواند ۶۸۰ کیلوولت باشد که نزدیک به ۳ برابر ولتاژ نامی است . از طرف دیگر اگر چه ساختمان پست گازی نسبتا ساده است( در مقابل سیم پیچ ترانسفورماتور یا ژنراتور) و در نتیجه مسئله تقسیم ولتاژ در شرایط سالم قطعات عایقی و عدم وجود ذرات معلق بر ای انواع ولتاژها ی مختلف ( متناوب، ضربه صاعقه و ضربه کلیدزنی ) یکنواخت می باشد، و لی شکل نها یی پست نیز با در نظر گرفتن امواج سیار بر ای انواع مختلف ولتاژ دار ای اهمیت می باشد . لذا به نظر می رسد، بررسی ها ی لازم بر ای اعمال ولتاژ به شکل ها ی مختلف به پست صورت گیرد ، ضروری باشد . از این رو گاهی آزمایش با ولتاژها ی ضربه نیز انجام می پذیرد . اگر چه حساسیت ذرات معلق به ولتاژ متناوب بیشتر است، تشخیص وجود شکاف ها ی مو ئی در عایق ها ی جامد با کمک ولتاژ ضربه بهتر قابل تشخیص است، با این حال اعمال ولتاژ متناوب بیش از ۲,۲ برابر ولتاژنامی می تواند هر گونه اشکال در عایق پست گاز ی را نشان دهد.

در این آزمایش معمول است که برقگیرها وترانسفورماتورهای ولتاژ از مدار خارج گردند، زیرا برقگیرممکن است عمل کند و هسته ترانسفورماتور اندازه گیری ولتاژ نیز اشباع می گردد. جالب است در اینجا ذکر گردد که با کمک ترانسفورماتور اندازه گیری ولتاژ پست که البته همیشه وجود دارد نیز می توان به باس بار ولتاژ متناوب اعمال کرد، ولی معمولا ظرفیت خازنی پست زیاد است و ترانسفورماتور اندازه گیری ولتاژ تنها قسمت کوچکی از پست را می تواند تا ولتاژ نامی برقدار نماید. لذا این روش برای شکل گیری پست (forming) قابل اجراست ولی برای آزمایش عایقی امکان پذیر نمی باشد. از طرف دیگر تقسیم پست به چند قسمت و انجام آزمایش در چند نوبت زمانبر است و احتمال بوجود آمدن خطا در تقسیم مکرر پست واتصال ترانسفورماتور اندازه گیری ولتاژ به نقاط مختلف خودمنبع بروز اشکال می باشد.

3. تجهیزات لازم برای آزمایش

برای انجام آزمایش با ولتاژ متناوب نیاز به یک ولتاژنسبتا بالا می باشد. ظرفیت باس بار در هر فاز ممکن است به ۱۰ تا ۲۰ نانو فاراد برسد. برای ظرفیت ۱۲ نانوفاراد و ولتاژ ۵۲۰ کیلوولت، جریان در فرکانس ۵۰ هرتز نزدیک به ۲ آمپر می گردد. البته با تقسیم طول باس بار به چند قسمت می توان جریان را کاهش داد، ولی باید دقت کرد که برای اتصال به باس بار و وارد کردن ولتاژ به هر قسمت باید قطعات مختلفی باز شوند که این امر نیاز به زمان طولانی دارد و نیز باز کردن و بستن مجدد قسمت ها، خود می تواند عامل بروز مشکل باشد.

برای آزمایش کل باس بار نیاز به منبع ولتاژ قابل تنظیم بزرگ می باشد که ممکن است از شبکه تغذیه گردد و یا برای آن یک منبع ولتاژ مستقل در نظر گرفت. به هر حال در ولتاژ متناوب ۵۲۰ کیلوولت و جریان نزدیک به ۲ آمپر، توانی در حدود ۱ مگاولت آمپر نیاز است. تامین این توان بالا آن هم از یک منبع ولتاژ قابل تنظیم، مشکل می باشد. از آنجا که جریان آزمون کاملا خازنی است، امکان کاهش توان منبع با استفاده از روش رزونانس سری یا رزونانس موازی وجود دارد. البته به جای رزونانس می توان از اصطلاح جبران سازی استفاده نمود.

4. رزونانس سری

در روش رزونانس سری از یک رآکتورL قابل تنظیم که با خازنC به صورت سری وصل شده استفاده می شود. این مدار توسط ترانسفورماتور تغذیه می شود. بدیهی است که در این مدارمقاومت هایی وجود دارد که با اندیس R نشان داده شده اند.

در حالت رزونانس که جریان و در نتیجه ولتاژ خازن به حداکثر خود می رسد،ولتاژ خازن که ولتاژ آزمایش باس بار می باشدωL/R برابر ولتاژ منبع است. همان گونه که می دانیم این نسبت را ضریب کیفیت Q می خوانند. البته ممکن است فرکانس منبع یا مقدار L را تغییر داد تا به تشدید رسید. اغلب، میزان Q به ۴۰ نیز می رسد، یعنی ولتاژ آزمایش می تواند تا ۴۰ برابر ولتاژ منبع برسد. واضح است که به این ترتیب توان لازم برای آزمایش     Qبرابر کوچک می شود. در این آزمایش معمولا ω یا L را تغییر می دهند تا رزونانس پیش آید. سپس ولتاژ منبع را افزایش می دهند تا ولتاژ خازن به میزان دلخواه یعنی ولتاژ آزمایش برسد.

برای ولتاژهای خیلی بالا لازم است چند رآکتانس به صورت سری وصل شوند. چند رآکتور مشابه را می توان روی یکدیگر قرار داد و ضمن ایجاد راکتانس بزرگتر، امکان ایجاد ولتاژ بیشتر را نیز فراهم نمود. طبیعی است که به دلیل مسائل عایقی، بر روی هر رآکتور تنها مقدار معینی ولتاژ افت می کند.

5. رزونانس موازی

در رزونانس موازی جریان خازنی باس بار توسط جریان سلفی یک یا چند رآکتور خنثی می شود. این رآکتور را مستقیما موازی با خازن C وصل نمی کنند، چون رآکتورفشارقوی معمولا سنگین و گران است. در صورتی که چنین رآکتوری موجود باشد، دیگر نیازی به ترانسفورماتور ولتاژ بالا که بتواند کل جریان آزمایش را تامین نماید وجود ندارد.

استفاده از رآکتور در طرف ولتاژ پایین ترانسفورماتورمناسب است. در صورتی که رآکتورL بتواند جریان خازن را به صورت کامل جبران نماید، توان لازم برای منبع چندان زیاد نخواهد بود و در حد تلفات مدار می باشد. اغلب جبران سازی کامل در فرکانس ثابت مقدور نیست، زیرا رآکتانس L را نمی توان به میزان دلخواه تنظیم نمود.

6. استفاده از ترانسفورماتور کاسکاد

از آنجا که یک ترانسفورماتور با ولتاژ بسیار بالا(بیش از ۵۰۰ کیلوولت) سنگین و حجیم است و برای حمل مناسب نمی باشد، از ترانسفورماتورهای کاسکاد استفاده می شود. به عنوان مثال در تست یک پست ۴۰۰ کیلوولت از دو ترانسفورماتور به صورت کاسکاد دوپله استفاده گردید. در هر یک از این دو ترانسفورماتور، ۴ راکتور وجود دارد که می توانند به صورت سری و یا موازی با یکدیگر وصل و سپس با سیم پیچ ولتاژ پایین یعنی سیم پیچ تغذیه، به صورت موازی متصل شوند. وجود این ۴ رآکتور و امکان اتصال سری و موازی آنها، جبران سازی در حد مناسب را فراهم می سازد.

در این مدار T1 و T2 ترانسفورماتورهای کاسکاد با ولتاژ خروجی حداکثر ۳۰۰ کیلوولت برای هر کدام از آنها و L1 و L2 رآکتورهای داخل آنها می باشند. در تست مورد نظر، رآکتورها دو بدو به صورت سری و سپس به صورت موازی وصل شده بودند، به نحوی که امپدانس رآکتورهای داخل هر یک از دو ترانسفورماتورها، ۳,۵ اهم بود. نسبت تبدیل هر یک از ترانسفورماتورها ۳۰۰۰۰۰/ ۸۰۰ ولت بوده که در اتصال کاسکاد دوپله نسبت تبدیل کل، ۸۰۰/۶۰۰۰۰۰ ولت می شود. برای تغذیه ۵۱۵ کیلوولت، ولتاژی در حدود U=800×۵۱۵Kv/600Kv یعنی ۶۹۰ ولت برای تغذیه نیاز می باشد که در نتیجه جریان رآکتورها در هر پله حدود ۲۰۰ آمپر می شود. جریان خازن در آزمایش مورد نظر، در یکی از فازها ۱,۸ آمپر و در دو فاز دیگر حدود ۱,۶ آمپر بود.

ظرفیت خازنی باس بارهای ۳ فاز مختلف برابر نبودند. ظرفیت فاز وسط بدلیل اتصال یک باس داکت اضافه بیش تر از دو فاز دیگر بود. ظرفیت خازنی فاز وسط حدود ۵ ۱۱,نانوفاراد و ظرفیت دو فاز دیگر در حدود ۹ نانوفاراد بود. قسمت عمده این ظرفیت ها مربوط به کلیدهای قدرت بوده که تماما در حالت وصل قرار داشتند.

اندازه گیری ولتاژ فشار قوی

برای اندازه گیری ولتاژ فشار قوی از بوشینگ تپ (Bushing Tap) استفاده شده است. در حقیقت ولتاژ خروجی ترانسفورماتورهای کاسکاد از طریق یک بوشینگ هوایی به گازSF 6 با ولتاژ نامی ۴۰۰ کیلوولت و ولتاژ آزمون عایقی ۶۸۰ کیلوولت به باس بار وارد می شد. این بوشینگ که برای این ولتاژ از نوع خازنی است، دارای یک بوشینگ تپ است.

همانطور که می‌دانیم قطع جرقه در کلیدهای فشار قوی به دو عامل مهم بستگی دارد:
۱- مدت اثر عامل خاموش‌کننده
۲- عامل موثر در خاموش کردن جرقه
این عوامل موثر عبارتند از:
۱- خاموش‌کننده‌های جامد
۲- خاموش‌کننده‌های مایع
۳- خاموش‌کننده‌های گازی
که ما در اینجا به اختصار به خاموش‌کننده‌های گازی به خصوص SF6 می‌پردازیم.

علت آزمایش گاز SF6:
– افزایش ایمنی
– کاهش آثار مخرب زیست محیطی
–  صرفه‌جویی هزینه تعمیرات و نگهداری
– روشهای بکارگیری توسعه یافته
( بهینه‌سازی روشهای کاربرد قدیمی )
گاز هگزا فلوئورید گوگرد ( SF6 ) یک دی الکتریک عالی با خواص بی‌نظیر در قطع کنندگی ( خاموش کردن ) قوس است و این ویژگی منجر به کاربرد وسیع و موفقیت آمیز در کلید‌های قدرت پستهای گازی است. معرفی و شناخت آن در سال ۱۹۶۰ بوده و تجهیزات گازی SF6 تا سال ۱۹۸۰ ساخته شده‌اند. امروزه، کاربرد این گاز به حد مطلوبی رسیده و تعداد تجهیزات تعویضی ( تجهیزات روغنی جایگزین شده با گازی)، افزایش یافته است. عموماً کلیدهای روغنی با تجهیزات گازی SF6 جایگزین می‌شوند. در حال حاضر گاز SF6 کاربرد زیادی در رده فشار قوی داشته و شواهد، تمایل کاربرد این گاز را برای رده‌های پایین‌تر سطوح ولتاژ نشان می‌دهد تحت شرایط ایده‌آل، وقتی یک عمل تخلیه در کلید رخ می‌دهد، هر کدام از اتمهای فلوئور موجود در گاز SF6 یک الکترون گرفته و از اتم گوگرد جدا می‌شوند و هنگام پایان عمل، آن الکترون بدست آورده را از دست داده و با ترکیب با یک اتم گوگرد، دوباره گاز  SF6 را تشکیل میدهد که به این مراحل “خودسازی” و یا “خواص بازیابی ” گاز SF6 گویند. این واکنش در تجهیزات الکتریکی گازی ( SF6 ) فشار قوی رخ میدهد و وقتی که ذرات دیگری از قبیل اکسیژن، آب حاصل از آلودگی اتمسفری، کربن موجود در مولفه‌های تفلونی کلید، مس، تنگستن موجود در کنتاکتها و همچنین آلومینیوم، با ذرات گوناگونی که از تجزیه SF6 بوجود آمده‌اند برخورد کند، واکنش میدهد‌.
علاوه بر مزایای فوق، تجهیزات تزریق شده با گاز SF6، نیازی به تعمیرات و نگهداری نداشته و بدون دردسر است. شایان توجه اینکه SF6 توانسته استفاده از تجهیزات روغنی را محدود سازد، از اینرو با توجه به نیاز صنعت، دستورالعملهای جدید مطابق با آنها ( تجهیزات گازی ) با موارد جدید باید تطبیق یابد. ایمنی، نوع عملکرد آنها در خاموش کردن قوس و در نظر گرفتن اثر گلخانه‌ای محیط زیست این گاز ( عدم تاثیر در سوراخ لایه ازن )، از جمله این موارد است که علاوه بر ایجاد تغییر کاربری قدیمی گاز SF6، انگیزه زیادی در ارزیابی فرآیند گاز و استفاده مجدد از گازهای ذخیره شده بوجود آورده است.

خاموش کننده‌های گازی :
۱- ازت : ساختمان کلیدهای فشار قوی اصولاً با کلیدهای هوایی شروع می‌شود. در این کلیدها ماده خاموش کننده جرقه در همان هوایی که اطراف کنتاکت کلید را پوشانده و موثرترین آنها گاز ازت است که درهوا وجود دارد.
البته چون گاز ازت دارای قابلیت هدایت دمای چندان خوبی نیست اثر خنک کننده آن نیز کم است و به این جهت استفاده ساده آن در فشار قی زیاد ممکن نیست لذا در کلیدهای فشار قوی زیاد از هوای فشرده و یا گاز دیگری که دارای اثر خنک کنندگی بیشتری باشد استفاده می‌شود ولی در قدرت‌های کم هوا یک عامل موثربسیار عالی است زیرا علاوه بر ارزانی هم‌جا نیز در دسترس است از گاز ازت در حال حاضر بیشتر برای کابل‌های گازی با غلاف آلومینیومی استفاده می‌شود.
۲ – هیدروژن : اثر خاموش کننده گاز هیدروژن نسبت به گاز ازت خیلی بیشتر است زیرا هیدروژن دارای قابلیت هدایت حرارت بیشتری نسبت به گازهای دیگر است ولی به علت گرانی تهیه آن در کلیدهای فشار قوی تا به امروز از این گاز به عنوان ماده اولیه مثلاً کلید با گاز هیدروژن فشرده استفاده نشده است بلکه معمولاً کلیدها را با عایقی پر می‌کنند که در موقع جرقه زدن بین کنتاکت‌ها گاز هیدروژن خودبه‌خود به وجود آید.
همانطور که می‌دانیم با کلیدهای با عایق مایع حرارت جرقه باعث تجزیه قسمتی از مایع و متصاعد شدن گاز هیدروژن می‌شود و در کلیدهای با گاز جامد در اثر حرارت شدید جرقه از دیواره‌های عایقی محفظه جرقه خاموش کن گاز هیدروژن متصاعد شده و این گاز باعث خاموش کردن جرقه می‌شود.
۳ – در این اواخر کلیدهای فشارقوی با گاز SF6 که دارای قابلیت هدایت حرارتی بسیار عالی است ساخته شده است خواص عایقی بسیار خوب این گاز از زمانهای نسبتاً دور معلوم بود ولی به علت گرانی قیمت آن می‌بایست ساختمان کلید طوری باشد که گاز SF6 در ضمن کار مصرف نشده و بیرون نرود. از این جهت کلیدهای SF6 دارای یک مدار بسته برای گاز SF6 هستند.
یکی از موارد مهم استفاده از گاز SF6 استفاده از این گاز در کابل‌های کپسولی است کابل‌های کپسولی با گاز SF6 به خصوص در پست‌های کپسولی با گاز SF6 و در انتقال انرژی جریانهای زیاد و قدرت زیاد از ژنراتورها تا ترانسفورماتورها در نیروگاههای بزرگ به کار برده می‌شود. این کابل‌ها در مسافتهای کوتاه به خاطر سادگی آن در ارتباط با سیم هوایی به صورت تکفازه و در مسافتهای زیاد به خاطر کم کردن کارهای حفاری و خاک‌برداری به صورت سه فاز ساخته می‌شوند این کابل‌ها در قطعات ۱۲ متری ساخته می‌شوند به طوری که کپسول و سیم هادی آلومینیومی و عایق نگهدارنده  ( پایه‌ها ) تماماً در کارخانه نصب و پس از آزمایش‌های لازم برای بهره‌برداری حمل می‌شوند جوش دادن و ارتباط قطعات با یکدیگر در محل نصب صورت می‌گیرد.

خواص گاز SF6 به طور اختصار
۱- استقامت دی الکتریک بالا
۲- هدایت حرارتی بالا ( انتقال حرارتی گازSF6 از روغن هم بیشتر است )
۳- خاصیت جذب الکترون‌های آزاد
۴- غیر قابل اشتعال بودن
۵- قابل ترکیب با فلزات نیست‌(روی فلزات اطراف خود اثر ندارد )
۶- غیر سمی است
۷-  بی رنگ و بی بو است
۸- ۵ برابر سنگین‌تر از هوا است.

مزایا :
– کاهش هزینه تعمیرات ( به جهت اینکه کلیدهای گازی در مقایسه با دیگر کلیدها، تعمیرات کمتری نیاز دارند.)
– امکان مونیتورینگ اجزا داخلی کلید و کاهش هزینه بازرسی مولفه‌های داخلی کلید
– هزینه‌های راه‌اندازی در فرآیندهای گازی کم می‌شود .
– قابلیت اطمینان بهبود می‌یابد.
– ایمنی نیز زیاد می‌شود.

کلیدهای SF6 :
در این نوع کلید از SF6 ماده خاموش کننده جرقه و عایق بین دو کنتاکت و نگهدارنده ولتاژ استفاده می‌شود. گاز SF6 در طبیعت وجود ندارد و در کارخانه مصنوعی تولید می‌شود.
گاز SF6 الکترون‌های آزاد را جذب می‌کند و ایجاد یون منفی بدون تحرک می‌کند. در نتیجه مانع از ایجاد ابر الکترونی که باعث شکست عایق و ایجاد جرقه می‌شود است بطوریکه استقامت الکتریکی گاز SF6 به ۲ تا ۳ برابر استقامت الکتریکی هوا می‌رسد. گاز SF6 از نظر شیمیایی کاملاً با ثبات است و میل ترکیبی آن خیلی کم است و غیر سمی می‌باشد و تقریباً ۵ برابرهوا وزن دارد در مقابل حرارت زیاد نیز پایدار و غیر قابل اشتعال است در ضمن این گاز دارای قابلیت حرارتی بسیار خوبی است لذا علاوه بر اینکه خاموش کردن جرقه بسیار موثر است عایق بسیار با ارزشی نیز است.
طرز استفاده از این گاز در کلیدهای فشار قوی عموماً بر مبنای انژکسیون گاز متراکم شده SF6 به محل قوس الکتریکی در محفظه احتراق است. یعنی به صورت پاشش گاز بر حمل قوس الکتریکی در محفظه احتراق در کلیدهای SF6 مانند کلیدهای هوایی از یک کنتاکت ثابت و یک کنتاکت متحرک استفاده نشده است بلکه قسمت اصلی کلید تشکیل شده است از دو لوله ثابت که به فاصله معینی متناسب با ولتاژ نامی کلید در مقابل هم قرار گرفته‌اند.
ارتباط این دو لوله در حالت وصل کلید توسط مصرف انگشتانه مانند فلزی به نام موف اتصالی انجام می‌گیرد.

مشخصه‌های عمده کلیدهایSF6:
۱- در انواع جدید کلیدهای SF6 از نوع  SELE  EXTINGISH جهت قطع و وصل انرژی کمی نیاز است.
۲- کلیه مولکول‌های تجزیه شده پس از خاموش شدن قوس مجدد ترکیب شده کسر گاز حاصل نمی‌شود.
۳- فشار گاز قابل کنترل است.
۴- گاز SF6 به سادگی یونیزه شده و خاصیت هدایت پلاسما تا درجه حرارت‌های پایین برقرار می‌کند و این خاصیت مشکل ناپایداری قوس و قطع ناگهانی آنرا و نهایتاً اضافه ولتاژهای ناشی از آنرا به مقدار زیادی کاهش می‌دهد.
۵- جریانهای گذرا و با فرکانس بالا که در بعضی از قطع و وصل بوجود می‌آید در کلیدهای SF6 در زمانیکه جریان کم است قطع می‌شود و لذا اضافه ولتاژ خطرناکی در بر ندارد.

دستورالعمل‌های کلی نگهداری کلید SF6 :
۱- احتیاط و موارد ایمنی
۲- اهمیت تمیز بودن
۳- تمیز کردن
۴- تخلیه مواد زاید
۵- تخلیه گاز

۱- احتیاطات و موارد ایمنی :
مقررات محلی در مورد ایمنی فشار قوی را رعایت کنید. کلید را در وضعیت قطع قرار دهید طرف فشار قوی را باز کرده و ارت کنید. ولتاژ مکانیزم فرمان و هیتر را قطع کنید.
برای کار روی مقره‌های کلید و یا قطعات تحت ولتاژ و همچنین حمل و باز کردن پل‌ها حتماً می‌بایستی ابتدا فشار داخل پل‌های کلید را تا ۱۲۵/۰ مگا پاسکال پایین آورد قبل از باز کردن یک محفظه تحت فشار گاز بایستی ابتدا فشار آنرا تا حد فشار اتمسفر کاهش دهیم اگر قرار است که گاز را در هوای آزاد تخلیه کنید این کار بایستی از طریق کلینر جذب کننده گرد وغبار صورت گیرد.
۲- اهمیت تمیز بودن :
گاز SF6 و دیگر قطعات ایزوله بایستی از قدرت دی الکتریک بالایی برخوردار باشند و به همین علت بایستی تمیز و خشک باشند.
در تمام مواردی که بر روی کلیدهای باز شده کار می‌کنید بایستی بدانید که نه تنها آلودگی بلکه رطوبت هوا و عرق دست هم زیان آور و مضر است. چنانچه به هر دلیل قسمت‌هایی که در تماس با گاز می‌باشند و یا محفظه‌های گاز بیش از ۲۴ ساعت در معرض رطوبت هوا قرار گیرند در این صورت‌این محفظه‌ها بایستی با فشار     bar 2/1 با گاز SF6 پر شوند.
گاز SF6 مصرف نشده غیر سمی، بدون بو و بی‌رنگ است با این حال این گاز سنگین‌تر از هواست و با مقدار جریان قابل توجهی به سهولت در مکانهای گود مانند کانال‌های کابل، مخزن‌ها و غیره جمع می‌شود در صورتی که مقدار زیادی گاز SF6 در این مکانها جمع شده باشد خطر خفگی بر اثر عدم وجود اکسیژن وجود دارد لذا عملیات بازرسی و تعمیرات را بایستی در مکانهایی که تهویه مناسب دارند انجام داد.
مواد حاصل از تجزیه گاز که بر روی قسمت‌های قطع کننده جریان تشکیل می‌شوند به هنگام تماس با رطوبت خاصیت خورندگی پیدا می‌کنند و باعث ناراحتی پوست، چشم، مخاط می‌شوند.

۳- تمیز کردن :
سطوح بیرونی مقره‌ها را کاملاً با آب شستشو داده و بعد از خشک شدن قبل از باز کردن کلید انتها و سطوح داخلی را با آب اتانول تمیز کنید پس از باز کردن کلید قطعات داخلی را با پارچه آغشته به اتانول خوب تمیز و خشک کنید.

۴- مواد زاید :
کلیه گرد غبارها و همچنین مواد پاک‌کننده مورد استفاده را در یک ظرف مهر و موم شده به عنوان زباله شیمیایی دفع کنید.
۵- تخلیه گاز :
کلید با استفاده از تجهیزات تصفیه گاز تخلیه می‌شود که گاز تصفیه شده را فشرده می‌سازد به طوری که می‌توان آنرا دوباره به کار برد مخلوط گاز SF6+N2 فقط زمانی می‌تواند مجدداً مورد استفاده قرار گیرد که شرایط مخلوط شدن آن تحت کنترل باشد پس از تخلیه کلید را با گاز نیتروژن تا حد اتمسفر پر کرده و پس از آن مجدداً خالی می‌کنیم بدین ترتیب گرد وغبار باقی مانده در کلید تمیز می‌شود. در نهایت کلید را با گاز نیتروژن خشک تا حد اتمسفر پر می‌کنیم و بعد از آن کلید آماده باز شدن و انتقال به کارگاه است.

ارتباط بی سیم ( Wireless ):

یکی از روشهای انتقال دیتا استفاده از رادیوهای بی سیم وایرلس  ( Wireless ) و راه اندازی شبکه وایرلس است. در این روش اطلاعات در مبدا تبدیل به امواج رادیویی شده و به سمت مقصد فرستاده میشود. در مقصد امواج رادیویی دریافت شده مجددا تبدیل به دیتا شده و به سمت شبکه هدایت می گردد.
ابتدا نقاط مبدا و مقصد مورد ارزیابی قرار می گیرد. موارد متعددی در انتخاب تجهیزات و برقراری یک لینک وایرلس می بایست مد نظر قرار گرفته شود که به چند مورد آن اشاره می شود.

عوامل موثر در برقراری لینک وایرلس

•    فاصله بین نقاط:
در سیستم وایرلس با افزایش فاصله، پهنای باند قابل دریافت بین دستگاه های وایرلس افت می کند و با هر چه بیشتر شدن این فاصله پهنای باند کمتر و کمتر می گردد تا جایی که دیگر امکان برقراری ارتباط از بین می رود. برای فواصل مختلف با توجه به پهنای باند مورد نیاز باید تجهیزات مناسب با آن انتخاب گردد تا بتوان به بهره مطلوب دست یافت.
•    تداخل فرکانسی:
دستگاه های وایرلس برای انتقال دیتا از امواج رادیویی بهره می گیرند. هر موج رادیویی دیگر با فرکانس مشابه در مسیر، باعث اغتشاش و تخریب سیگنال های ارسالی می گردد که به آن نویز گفته می شود. نویز می تواند توسط دستگاه های وایرلس دیگر در محیط، کابل های فشار قوی برق، دستگاه های الکترو مغناطیسی و موارد مشابه ایجاد گردد که نتیجه آن قطع شدن ارتباط،  قطع و وصل شدن لینک و یا افت پهنای باند گردد. برای غلبه بر نویز محیط از روش هایی مانند استفاده از دستگاه های وایرلس ،با امکان انتخاب فرکانس های متعدد، استفاده از آنتن مناسب، پیدا کردن بهترین باند خالی فرکانسی و تنظیمات دستگاه بهره گرفته می شود تا بتوان لینک را با بهترین کیفیت برقرار نمود.
فرکانس های مجاز برای این ارتباط ۹۰۰MHz و ۲,۴GHz و ۵,۸GHz میباشد که دستگاه های با استفاده عمومی در این فرکانس ها ساخته میشوند. برای استفاده از فرکانس های دیگر اجازه سازمان تنظیم و مقررات رادیویی الزامی است.
•    دید مستقیم:
تجهیزات وایرلس برای برقرار کردن لینک نیازمند دید مستقیم هستند.بدین معنی که بین آنتن های دستگاه ها نباید مانعی وجود داشته باشد. موانع با توجه به نوع ماده بکار رفته باعث جذب کامل یا مقداری از سیگنال رادیویی شده و در نتیجه ارتباط بطور کامل قطع گردیده و یا با افت شدید پهنای باند همراه خواهد بود. برای رفع موانع ابتدا نقاط با کمک نرم افزار مورد تحلیل قرار داده و سپس دکل با ارتفاع مناسب نصب توسط این شرکت می گردد تا دید مستقیم بین دو نقطه فراهم گردد.

•    امنیت:
سیگنال های رادیویی ارسال شده به سمت مقصد، در صورتی که یک دستگاه وایرلس در مسیر قرار داده شود قابل دریافت می باشد. بدین صورت اطلاعات ارسالی و دریافتی در اختیار افراد غیر قرار گرفته و می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
برای جلوگیری از این امر شرکت های تولید کننده تجهیزات و موسسه تحقیقات و استاندارد شبکه های بی سیم از سیستم های رمز نگاری در دستگاه ها استفاده می کنند تا داده ها رمز نگاری شده و پس از دریافت رمز گشایی و مورد استفاده قرار گیرد. مورد دیگر امکان تعریف دستگاه ها برای همدیگر  می باشد که دستگاهی به جز دستگاه روبرو امکان اتصال به لینک را نداشته باشد. پس از نصب لینک بسته به میزان حساسیت اطلاعات ارسالی تنظیمات مورد نیاز در دستگاه ها ایجاد می گردد تا امنیت مورد نیاز شما برقرار شود.

•    تجهیزات:
محصولات تولید شده توسط شرکت های مختلف دارای پارامتر های متنوعی می باشند که می توان به قدرت خروجی، گین آنتن، نوع کابل، بازه فرکانسی، کیفیت در تولید محصول، پارامتر های امنیتی و امکانات کمکی اشاره کرد.
ابتدا نیاز مشتری از لحاظ میزان پهنای باند مورد نیاز، امنیت درخواستی و بودجه مورد توجه قرار می گیرد. سپس شرایط محیطی و فاصله و نویز و دیگر عوامل موثر محاسبه می گردد و در نهایت تجهیزات مناسب برای برقراری لینک پیشنهاد می گردد.

شرکت تیما شبکه با در اختیار داشتن تیم قوی و کارآزموده آماده است تا در امر مشاوره و تهیه بهترین تجهیزات و راه اندازی انواع لینک ها شما را یاری دهد.

منبع:تیما شبکه

فناوری نانو به وسیله گرافیت و نانو کربن می‌تواند خاصیت هدایتی خاک مورد استفاده در چاه ارت را افزایش داده و باعث اطمینان حاصل کردن از اتصال به زمین شود. همچنین با استفاده از فناوری نانو می‌توان در ساخت الکترولیت جبرانی برای احیای چا‌ه‌های ارت از کار افتاده، استفاده کرد. فناوری نانو امروزه در ساخت بنتونیت مورد استفاده در چاه ارت نیز کاربرد دارد.