فصل اول
شاخص های مهم در طراحی یک پست فشار قوی
1 –1 . مسائلی که در طرح یک پست فشار قوی باید مد نظر قرار گیرند
1-1-1 . پست فشار قوی باید طوری طرح و ساخته شود که بتوان عملیات لازم در پست را که عبارتند از مراقبت ، نظارت ، فرمان قطع و وصل کلیدها ، خارج کردن لوازم و اسباب و ادوات الکتریکی ، تمیز کردن شینها و مقره ها به راحتی و بدون هیچ مشکلی انجام داد .
1-1-2 . فواصل قطعات زیر ولتاژ نسبت به هم و نسبت به قطعات زمین شده بدنه از یک حداقل مجازی کمتر شود ، بزرگ انتخاب کردن این فواصل در ضمن اینکه از نظر الکتریکی محاسن چندانی ندارد باعث بزرگ شدن تاسیسات و سطح زیربنا نیز می گردد که مسلما مقرون به صرفه نخواهد بود .
1-1-3 . متصدیان پست دچار برق گرفتگی و برق زدگی در اثر برخورد جرقه و یا در اثر تماس با قطعات زیر ولتاژ نشوند . بیشتر جرقه ها و قوسهای الکتریکی در اثر قطع بی موقع سکسیونرها بوجود می آید که علاوه بر اینکه در طرح غلط مستقیما باعث برق گرفتگی شخص قطع کننده کلید می گردد پیشروی آن در امتداد شین ها نیز خساراتی به ادوات برقی تاسیسات وارد می سازد.
با توجه به شرایط فوق هر کشوری برای تاسیس و ساختمان پست های فشار قوی دارای ضوابط و قوانین جدول و مشخصی است مثلا در آلمان پستهای فشار قوی با توجه به ضوابط و شرایطی که VDE0101 تعیین کرده است ساخته می شوند .
البته در موقع طرح یک پست فشار قوی باید به موارد ذیل نیز توجه داشت .
اولا : سطح زیر بنا به حداقل ممکن برسد البته بدون اینکه در فضای لازم بین دستگاه ها و فواصل آنها صرفه جویی شده باشد بلکه منظور از بکارگیری حداقل فضا برای نصب تاسیسات پست فشار قوی ، جلوگیری از هرگونه فضای خالی و تلف شده و بدون استفاده است . بدون اینکه به راهروها و محوطه لازم برای مونتاژ ، ترانسپورت و سرویس لطمه وارد شود . بدیهی است که سطح زیر بنا بستگی به سطح و قدرت اتصال کوتاه شبکه و حتی انتخاب نوع تجهیزات و شینها دارد .
ثانیا : همیشه امکان توسعه پست در نظر گرفته شود ، منظور از توسعه در نظر گرفتن فضای خالی برای توسعه پست بدون نصب دستگاه ها و ادوات رزرو و ذخیره می باشد زیرا بنظر نمی رسد که بتوان آینده نگری درستی داشت .
ثالثا : روشنایی پست در حدود 200-150 لوکس تامین گردد .
رابعا : در مورد پستهایی که دستگاه ها و وسایل آن شامل شین و سیم و ترانسفورماتور و مقره و کلیدها و قفسه های فرمان و غیره در محوطه باز نصب می شوند و تحت تاثیر تمامی عوامل جوی از قبیل حرارت ، شبنم ، باران ، برف ، باد ، طوفان و حتی گرد و غبار و آلودگی شدید قرار می گیرد باید از کیفیت خاصی برخودار باشند .
کلیدها باید به نحوی انتخاب شوند که بتوان آنها را در بدترین شرایط جوی براحتی بکار انداخت مسلما یک کلید سکسیونر تیغه ای پوشیده از برف و یخ زده را نمیتوان به سرعت و به سادگی باز کرد ولی کلید سکسیونر گردان بار یخ زده را به آسانی از خود دور می کند .
شینها و نقاط اتکای آنها یعنی مقره ها و پایه ها باید در مقابل تغییرات درجه حرارت و عوامل جوی پایدار و مقاوم باشند بار برف را تحمل کنند و در اثر سرمای شدید خیلی کشیده نشوند و در درجه حرارت زیاد و زیر اشعه خورشید در حدود C 80 درجه زیاد شل و آویزان نگردند.
در سیم های آلومینیومی باید توجه داشت که در محل اتصال و ارتباط آنها با فلزات دیگر مثل برنز و مس بخصوص در موقع مرطوب شدن ایجاد کروزیون الکترولیتی نکند لذا باید حتما از بست ها و ترمینالهای مخصوص ( بستALCU ) استفاده شوند . دکلها و قفسه های فرمان و تمام وسایل فولادی دیگر نیز در مقابل زنگ زدگی و خوردگی و پوسیدگی حفظ شوند . در داخل قفسه های فرمان باید هوا جریان داشته باشد بدون اینکه قطرات آب باران در آن نفوذ کند .
اگر تغیییرات درجه حرارت و رطوبت هوا بحدی باشد که باعث عرق کردن و مرطوب شدن داخل قفسه های فرمان می گردد باید داخل قفسه های فرمان را با سیم های حرارتی 100 تا 250 وات بر متر مکعب گرم نگه داشت این سیم های حرارتی باید به طور دایم و یا حداقل در مواقعی که قفسه زیر بار نیست و خود به خود در اثر عبور جریان گرم نمی شود به برق وصل باشد .
تهیه و نصب وسائل فشار قوی ( طول ایزولاتورها و فاصله شینها و غیره ) باید با توجه به ارتفاع محل نصب از سطح دریا صورت گیرد . زیرا همان طور که می دانیم استقامت الکتریکی عایق بین دو نقطه زیر فشار بستگی به خواص هوای اطراف آن دارد چون تراکم هوا در ارتفاعات کم است . این اثر در ارتفاعات از 1000 متر به بالا کاملا محسوس است از این جهت برای تعیین فاصله عایقی در ارتفاعات از ضریبی به اسم K استفاده می کنند . نمودار (1-1) این ضریب را بر حسب ارتفاع از سطح دریا نشان می دهد .
به طور تقریبی میتوان گفت که استقامت الکتریکی عایق در هر صد متر اضافه ارتفاع در حدود 5/1% کم می شود .
یعنی عایق دستگاه ها در موقع آزمایش تحمل فشار در آزمایشگاه که حتما در ارتفاع کمتری از 1000 متر از سطح دریا قرار گرفته اند باید تحمل و استقامت الکتریکی بیشتری از آنچه استاندارد شده است داشته باشند یا اینکه از دستگاه هایی که برای ولتاژ بیشتری ساخته شده اند استفاده کرد . بدین معنی که پس از بدست آوردن ضریب بلندی K اختلاف سطح نامی را بر این بلندی تقسیم کرده و اختلاف سطح نامی جدید را بدست می آوریم . دستگاه های الکتریکی را با در نظر گرفتن اختلاف سطح جدید انتخاب می کنیم .
برای پست 230 کرج که ارتفاع آن از سطح دریا 1800 متر است ضریب K به صورت زیر می باشد .
800 = 1000 – 1800
8 = 100 / 800
88 = 12 – 100 = K < 12="5/1" *=">
جدول (1) استقامت الکتریکی دستگاه های الکتریکی فشار قوی را در سریهای مختلف نشان می دهد. در این جدول ایزولاتور دسته a مربوط به فاصله باز بین تیغه سکسیونر و سیکونر قابل قطع زیربار و پایه فیوز و فاصله سیمها و شینهای شبکه با یکدیگر می باشد و ایزولاتور دسته d مربوط به ترانسفورماتورها بوده و ایزولاتور دسته f مربوط به ایزولاتورها و پایه های دستگاه های فشارقوی و ترانسفورماتورهای جریان می باشد .
–2 . نکاتی در نصب ادوات فشار قوی در یک پست باید به آن توجه داشت
دستگاه ها و ادوات فشار قوی از قبیل شین ها ، مقره ها ، کلیدها ، ترانسفورماتورهای اندازه گیری و غیره به طریقی در یک پست نصب می شوند که :
1-2-1 . استقامت مکانیکی (تنش ) پایه ها و ایزولاتورها کافی برای تحمل تمامی نیروهایی که ممکن است در اثر جریان اتصال کوتاه ضربه ای بوجود می آید باشد .
1-2-2 . تماس سهوی اشخاص با دستگاه ها و ادوات زیر فشار غیر ممکن باشد.
1-2-3 . در مقابل نیروی دینامیکی و حرارت ناشی از جریانهای نامی و اتصال کوتاه پایدار و ثابت باشد .
1-2-4 . متصدیان پستهای فشار قوی و کارگرانی که بنحوی با پست در تماس هستند از برخورد جرقه قوس الکتریکی در امان باشند .
از ایجاد جرقه اتصال کوتاه در پست فشار قوی شاید هیچگاه نتوان بطور مطابق جلوگیری کرد این جرقه ها در درجه اول توسط قطع و وصل بی موقع کلیدها بوجود می آیند بخصوص سکسیونرهایی که فاقد چفت و بست مکانیکی یا الکتریکی ( اینترلاک ) با دیژنکتور مربوطه می باشند و در درجه دوم جرقه در اثر شکست جنبی اختلاف سطح بین دو سر ایزولاتورها زده می شود . این جرقه ها در اثر کثیف شدن ایزولاتورها و یا در اثر بالا رفتن ولتاژ ( امواج سیار ) و یا عدم انتخاب صحیح مقره ها بوجود می آید .
موارد دیگر شامل آیتمهای ذیل می باشد .
1-2-5 . نصب دستگاه ها
دستگاه ها باید بر روی ایزولاتورها و پایه هایی نصب شوند که ازجنس چینی ساخته شوند و دارای لعاب شیشه ای قهوه ای رنگ یا تیره باشند . در مناطق با هوای آلوده و کثیف و یا مناطق اطراف کارخانجات بخصوص کارخانجاتی که با ذغال سنگ کار می کنند و دودزا هستند و همچنین مناطق با مه غلیظ بهتر است از مقره های با جریان خزنده طولانی ( cm/kv 6/2 و بزرگتر ) استفاده شود . سکسیونرها و دیژنکتورها و ترانسفورماتورهای اندازه گیری در ارتفاعی از سطح زمین نصب می شوند که به نرده و حفاظ احتیاج نداشته باشند به طوریکه فاصله قسمت زمین شده این دستگاه ها از زمین نباید از 2300 میلی متر کمتر باشد . در کنار هر خط خروجی یک قفسه فرمان ( تابلوی فرمان ) قرار می گیرد . این تابلو شامل کلیه وسایل و کلیدهای مربوط به فرمان از محل و ترمینالهای لازم و وسایل خبری و نشان دهنده است .
1-2-6 . نصب ترانسفورماتور
ترانسفورماتورها معمولا در روی فوندانسیونی به ارتفاع 800 میلی متر از سطح زمین نصب می شوند و به خاطر صرفه جویی ممکن است از چاله روغن استفاده نشود ولی اگر لازم باشد که چاله روغن برای ترانسفورماتورها حفر شود ابعاد چاله ها از هر طرف در حدود 500 میلی متر بزرگتر از ابعاد ترانسفورماتور در نظر گرفته می شود در ضمن به خاطر خطر آتش سوزی بهتر است که ترانسفورماتورها دور از یکدیگر نصب شوند و در صورتیکه این امکان وجود نداشته باشند در ترانسفورماتور باید توسط دیوارهای بتونی ضد حریق از یکدیگر جدا شوند .
1-2-7 . شین ها و هادی ها
برای شین ها و ارتباط بین شین ها و کلیدها و دیگر وسایل الکتریکی در پست فشار قوی از سیم و یا لوله استفاده می شوند .
شین های سیمی از مس و آلومینیوم و یا از آلوفولاد است . در جریان زیاد و یا در موقعی که سکسیونر قیچی ای استفاده می شود شین های سیمی به صورت دوبل و یا دو رشته ای کشیده می شوند . نیروهای کششی شینهای سیمی خیلی کم و در حدود یک دوم تا یک سوم نیروی کششی سیم های انتقال انرژی انتخاب می شود تا از نصب دکلهای خیلی بزرگ و سنگین جلوگیری شود نیروی کشش سیمهای مسی در انتقال معمولا kg/mm2 19 و سیم های آلومینیومی در انتقال kg/mm2 8 انتخاب می شوند . در ضمن در انتخاب نیروی کششی تغییرات شکم سیم در درجه حرارتهای مختلف بارهای مختلف موثر است سطح مقطع سیم مسی در پستهای فشار قوی mm 300 مربع و بالاتر در نظر گرفته می شود . شین های لوله ای مسی یا آلومینیومی هستند و از لوله های فولادی بندرت استفاده می شود جنس شینهای لوله ای در پست کرج آلومینیومی می باشد .
در پست فشار قوی تا kv 100 لوله هایی به قطر mm 30 و در kv 220 به جهت کم کردن تلفات کرونا لوله های به قطر 50 میلی متر کافی است . نکته مهم اینکه در موقع شین کشی یا سیم کشی باید مقدار شکم سیم یا لوله محاسبه شود در شین های لوله ای این شکم بستگی به بار یخ و وزن خود لوله دارد بار یخ به طور تقریبی برابر است که در آن d قطر لوله بر حسب میلی متر است . پس بار یخ در پست کرج با توجه به اینکه قطرخارجی لوله با مس برای mm 50 است عبارتست از
1-2-8 . کانال و کانال کشی
در پست فشار قوی کلیه کابلها و لوله های هوای فشرده و کابلهای فرمان و اندازه گیری و حفاظت و غیره در کانال به اسم کانال کابل قرار می گیرند . کانالهای اصلی که به اطاق فرمان و موتور خانه منتهی می شوند در پستهای بزرگ بقدری عمیق انتخاب می شوند که بتوان براحتی در آن عبور کرد . کابلها و لوله ها در دو طرف دیوار کانال نصب می شوند این کانالها همه دارای درپوش جداشدنی هستند . به همین دلیل عرض کانالها نباید از یک متر تجاوز کند . عمق کانال بستگی به تعداد کابلها و سیم ها و لوله ها دارد . در ضمن کانالها طوری ساخته می شوند که آب در کانال جمع نشود . کانالهای اصلی به تابلوهای فرمان از محل راه دارند و از این تابلوها با کانالهای فرعی به دیژنکتورها و ترانسفورماتورهای اندازه گیری و سکسیونرها راه پیدا می کنند درپوش کانال ها باید قدری بلندتر از سطح زمین انتخاب شود تا در موقع ریزش شدید آب زیاد بداخل کانال نفوذ نکند.
1-2-9 . سطح زمین در پست
قبل از نصب تجهیزات بهتر است استقامت زمین از نظر خاک شناسی و سطح آب زیر زمین مشخص گردد سطح زمین زیر تاسیسات پست با چمن و یا با سنگ ریزه و شن پوشانده می شود . در بعضی از کاتالوگهای مربوط به پستهای کشوهای اروپایی سطح زمین با چمن نیز دیده می شود . اگر کف پست فشار قوی با سنگ ریزه مفروش گردد باید اولا قابلیت نفوذ رطوبت در زمین خوب باشد ثانیا ضخامت سنگ ریزه ها در حدود 30 سانتی متر باشد تا مانع سبز شدن علف و گیاهان هرز در زمین پست فشار قوی گردد .
1-2-10 . نرده کشی
در داخل پست فشار قوی اگر پایه های دستگاه های فشار قوی در ارتفاع 2300 میلی متر از زمین قرار گرفته باشد احتیاج به نصب نرده و درب فلزی و توری و خلاصه هیچگونه وسایل ایمنی و حفاظتی تماسی نیست . اما در صورتیکه دستگاهی بر حسب ساختمان آن به اجبار در ارتفاع کمتری از 2300 میلی متر نصب شود ( مثلا یک دیژنکتور ) در این موقع آن دستگاه باید توسط نرده فلزی با حداقل ارتفاع 1800 میلی متر و یا حفاظ دیواری یا توری به ارتفاع 1000 میلی متر محافظت و محصور گردد.
1-3 . پارامترهای مهم در طراحی پستها و اثرات آنها
با توجه به اینکه پستهای فشار قوی جزئی از شبکه الکتریکی بهم پیوسته اند بایستی در طراحی آنها به پارامترهایی از سیستم که روی خصوصیات و مشخصات تجهیزات پست موثر می باشد توجه نمود و از طرفی با توجه به اینکه تجهیزات پستها تحت تاثیر شرایط محیطی که در آن قرار دارند می باشند.
لذا از اساسی ترین کارهای قبل از طراحی ، گردآوری و تجزیه تحلیل اطلاعات مبدا جهت طراحی پست می باشد .
این اطلاعات به دو قسمت عمده تقسیم می شوند .
الف- اطلاعات محیطی enviromental information ب- اطلاعات الکتریکی system information
1-3-1 . اطلاعات محیطی
این اطلاعات عمدتاً بصورت آماری می باشد و از طریق تجزیه تحلیل نتایج بدست آمده از ایستگاههای مختلف هوا شناسی زلزله سنجی و غیره بدست می آید .
1-3-1-2 . درجه حرارت
معمولاً میزان گرمی و یا سردی هوای محیط را با معرفی چندین شاخص حرارتی می توان مشخص نمود که این شاخصها طبق استاندارد های بین المللی به شرح زیر است :
الف ) درجه حرارت حداکثر ب) درجه حرارت حداقل
ج) متوسط روزانه
اصولاً اکثر تجهیزات فشار قوی پستها ، تحت شرایط کار عادی و یا خطا حرارت زا بوده و بنابراین برای اینکه قسمتهای مختلف این تجهیزات و بخصوص عایقها تحت تنش های حرارتی غیر مجاز قرار نگرفته و بعبارت دیگر با ایجاد یک پایداری حرارتی در طراحی سیستمهای انتقال حرارت و ایجاد پایداری حرارتی مناسب می بایستی از یک طرف عوامل ایجاد کننده حرارت را مورد بررسی قرار داده و از طرف دیگر محیط مجاور دستگاه از نظر حرارتی مورد توجه قرار داد و مسائل مربوط به پایداری حرارتی و اثر درجه حرارت های محیط در این طراحی ها در بخش طراحی مشخصات فنی تجهیزات مورد بررسی قرار خواهد گرفت .
درجه حرارت حداقل محیط نیز در طراحی تجهیزات مشخصات فنی مواد حائز اهمیت می باشد زیرا هر استگاه بایستی بتواند در این درجه حرارت به راحتی انجام وظیفه نموده و یا شروع به انجام وظیفه نماید.
جامد شدن مایعات در درجه حرارتهای پائین و یا مایع شدن گازها ، تغییر خواص فیزیکی و الکتریکی بعضی مواد بکار برده شده از جمله گاز sf6 کاهش فشار در اثر تقلیل درجه حرارت بسیاری از مواد بایستی در طراحی تجهیزات پست مورد توجه دقیق قرار گیرد .
مثلاً روغن های عایق در کلاسها ی مختلف وجود دارد که هر یک برای درجه حرارت حداقل خاصی کاربرد داشته و بنابراین انتخاب روغنی نا مناسب از این نظر می تواند کار تجهیزات را مختل نماید .
1-3-1-3 . ارتفاع از سطح دریا
با افزایش ارتفاع از سطح دریا دانستید هوا کاهش یافته و از یک طرف خاصیت عایقی آن کم شده و از طرف دیگر تبادل حرارت بین دستگاهها و محیط اطراف کند تر می گردد که بایستی این موارد در طراحی سیستم های عایقی خارجی و همچنین تعادل و پایداری حرارتی در نظر گرفته شود .
فرمول تجربی زیر ضریب تصحیح ولتاژ شکست هوا و یا بعبارت دیگر ضریب تصحیح سطوح عایقی خارجی دستگاهها را برای ارتفاع های 1000 hs نشان می دهد نشان می دهد .
k=
فرمول فوق موید این مساله است که برای هر 100 متر افزایش ارتفاع25/1% سطوح عایقی خارجی کاهش می یابد . امروزه استانداردiec این در صد را برای هر صد متر در انتخاب سطوح عایقی و فواصل هوایی 1% یقین نموده است .
در آزمایشات ولتاژ شکست هوا (اندازه گیری دامنه ولتاژ فشار قوی ) در فاصله بین دو گوی الکتریکی از فرمول تجربی k = 0. 386
که در آن h : فشار هوای محیط بر حسب میلیمتر جیوه
t : درجه حرارت محیط بر حسب درجه سانتیگراد
k : ضریب تصحیع
فرمول فوق بیانگر این است که خاصیت عایقی هوا علاوه بر فشار به درجه حرارت نیز بستگی دارد .
12=" 5/1"=" *=">