برق-قدرت

برق-قدرت

اینجا فقط از برق و الکترونیک و کامپیوتر حرف می زنیم
برق-قدرت

برق-قدرت

اینجا فقط از برق و الکترونیک و کامپیوتر حرف می زنیم

آلودگی های محیطی و نقش آن در محاسبه طول مقره ها و بوشینگها


https://s18.picofile.com/file/8440412626/0222.jpg

بر اساس جزوه طراحی خطوط انتقال دکترسیدحسین حسینیان(دانشیار دانشگاه صنعتی امیر کبیر)

ولتاژ نامی شبکه اصلی ترین عامل برای انتخاب مقره ها و بوشینگها می باشد. هرچه ولتاژ خط انتقال بالاتر باشد باید مقره ها بلندتری را بکار گرفت چرا که با افزایش ولتاژ خطر تخلیه جزئی و در نتیجه خراب شدن مقره ها بیشتر شده و همچنین در صورت ایجاد ولتاژهای ناخواسته ،مانند اصابت صاعقه و یا ولتاژهای موجی در هنگام کلید زنی، احتمال از دست رفتن مقاومت عایقی وجود دارد.

اما علاوه بر ولتاژ نامی عوامل دیگری هم هستند که در انتخاب مقره باید مد نظر قرار بگیرند. یکی از عوامل مهم در انتخاب طول مقره آلودگی محیط نصب خطوط فشار قوی است. آلودگی ها به دلیل گرد نمکهای طبیعی (CaCl,NaCl) یا مصنوعی به وجود می آیند که توسط باد بر روی مقره می نشیند و در صورت وجود رطوبت مقاومت عایقی مقره را به صورت معنا داری کاهش می دهد. وجود آلودگی سبب ایجاد جریانی به نام  جریان خزنده (Creapage current یاLeakage current) می شود. این جریان بر سطح مقره بین سیمهای حامل جریان و پایه های مقره برقرار شده و نهایتا سبب تخلیه جزئی در نقاط مختلف مقره شده و مقره را خراب و از کار افتاده می کند. مناطقی که به کارخانه ها، شهرها و دریاها نزدیک تر هستند آلودگی بیشتری دارند و برای نصب مقره در خطوط فشار قوی در این گونه مناطق باید تمهیدهای خاصی را مد نظر قرار داد.

درجه سختی  آلودگی

برای سنجش میزان آلودگی محیطهای مختلف و پیداکردن راهکاری برای مقابله با آن ناچاریم تا آلودگی و میزان شدت آن را تعریف کنیم. واحد اصلی برای اندازه گیری سختی آلودگی  SDD(Salt deposit density)است که به صورت استاندارد برای اندازه گیری شدت آلودگی نمک طعام (NaCl) استفاده می شود. برای موادی غیر از نمک طعام از ESDD استفاده می شود که معادل و هموزن آلودگی با نمک طعام توسط ماده مورد نظر می باشد. واحدهای اندازه گیری آلودگی عبارتند از:

1.     µS(میکرو زیمنس)

2.     mg/cm^2

3.     kg/m^3

استانداردهای سختی آلودگی

استاندارهای گوناگون برای مقایسه شدت آلودگی محیطهای مختلف محیطهای آلوده را به 7 دسته تقسیم می کنند که میزان آلودگی آنها از غیرآلوده تا خیلی آلوده متغیر است. واحد اندازه گیری این طبقه بنده (mg/cm^2) می باشد. جدول زیر طبقه بندی محیطهای آلوده را بر اساس استانداردهای مختلف بیان می کند:

IEC815

IEEE

CIGRE

ESDD

-

-

0.0075-0.05

None

-

0-0.03

0.015-0.03

Very Light

0.03-0.06

0.03-0.06

0.03-0.06

Light

0.1-0.2

0.06-0.1

0.06-0.12

Average

0.3-0.4

>0.1

0.12-0.24

Heavy

-

-

0.24-0.48

Very Heavy

-

-

>0.48

Exceptional

جدول-1 استانداردهای سختی آلودگی

 

محاسبه تعداد زنجیره مقره بر اساس آلودگی

برای محاسبه تعداد زنجیره مقره در یک محیط آلوده باید سختی آلودگی محیط را بدانیم. با دانستن سختی آلودگی و تعیین نوع مقره ای که قرار است بکار ببریم (Iشکل یا V شکل) از جدول 2 برای محاسبه استقامت عایقی (CFO) استفاده می کنیم:

 

مقره I شکل

CFO(kv/m)=72.3+1.64/C

0.04>C>0.02

مقره I شکل

CFO(kv/m)=64.4+1.96/C

C>0.04

مقره Vشکل

CFO(kv/m)=1.6+1.22/C

0.04>C>0.02

مقره Vشکل

CFO(kv/m)=87.6+1.96/C

C>0.04

جدول-2 محاسبه CFO براساس سختی آلودگی

شکل-1 انواع مقره های I شکل


شکل-2 مقره V شکل

قابل ذکر است که مقره استاندارد دارای ارتفاع 146میلیمتر و قطر 254 میلیمتر می باشد و طول خزش آن 305 میلیمتر در نظر گرفته می شود.

تعداد مقره برای مقره استاندارد(بر اساس سختی آلودگی) از روی فرمول زیر محاسبه می شود:

(1-1)                                    N=VLG/(0.146×V3)

باید به خاطر داشته باشید که در صورتی که از مقره ای غیر از مقره استاندارد استفاده می کنید ارتفاع آن را به جای 0.146 در فرمول 1-1 بکارببرید.

 

مثال1

خط انتقالی با ولتاژ 230 کیلوولت موجود است با آلودگی  (mg/cm2 0.05  ) و مقره I شکل تعداد مقره های استاندارد برای زنجیره مقره مورد نیاز را محاسبه کنید.

جواب

ابتدا بر اساس ولتاژ نامی شبکه حداکثر ولتاژ شبکه را با تلرانس 5% به دست می آوریم:

Vn=230

Vmax=Vn+5%=242

حداکثر ولتاژ خط به زمین عبارت است از:

VLGmax=242/1.7= 139Kv

برای مقره I شکل و بر اساس جدول 2 داریم:

CFO=64.6+1.96/0.05=103.8Kv/m

بافرض ϐ=0.1CFO خواهیم داشت:

 

V3=CFO-3ϐ

V3=0.7CFO

V3=0.7CFO=0.7×103.8=72.66kv/m

و دست آخر بر اساس فرمول 1-1 داریم:

N=139.7/(72.66×0.146)=13.1

پس تعداد 13 مقره استاندارد باید برای تشکیل زنجیره مقره بکار رود.

لازم به یادآوری است که V3 و ϐ بر اساس توزیع احتمالی نرمال (شکل-3) تعریف می شوند. V3 یا CFO-3ϐ ولتاژی است که در صورت رسیدن ولتاژ خط به آن، احتمال جرقه زدن و در نتیجه شکسته شدن مقاومت عایقی مقره صفر است. یعنی مقره باید دست کم توانایی تحمل این ولتاژ را داشته باشد.


شکل-3 توزیع نرمال و استقامت عایقی

 

محاسبه ارتفاع مقره و بوشینگ بر اساس طول خزش(Creap Distance)

عامل دیگری که باید در محاسبه طول زنجیره مقره در نظر گرفته شود طول خزش یا طول جریان خزش است. بر اساس میزان آلودگی و فرمولهای داده شده طول خزش به دست می آید و این طول خزش باید از طول خزش مقره کمتر باشد تا جریان خزشی بر روی مقره بوجود نیاید.

الف- محاسبات بر اساس mg/cm2

اگر از واحد اندازه گیری mg/cm2  برای اندازه گیری سختی آلودگی استفاده کنیم با استفاده از جدول 3 و نوع مقره اعداد A و b را استخراج می کنیم و در فرمول 2-1 قرار می دهیم:

 

 

b

A

mg/cm2

 

استاندارد IEEE

0.374

86.6

0.02 تا 0.1

مقره Iشکل

استاندارد IEEE

0.58

51.4

0.1 تا 0.3

استاندارد IEEE

0.274

52.9

0.02 تا 0.1

مقره Vشکل

استاندارد IEEE

0.123

37.1

0.1 تا 0.3

استاندارد CIGRE

0.223

66

0.02 تا 0.4

مقره Iشکل

استاندارد CESI

0.22

48

0.02 تا 0.4

استاندارد NGK

0.232

54.4

0.02 تا 0.4

جدول-3 طول خزش بر اساس mg/cm2

(2-1)                                     LS(mm/Kv)=A(mg/cm^2)b

 

ب- محاسبات بر اساس µS

اگر محاسبات سختی آلودگی بر اساس واحد میکرو زیمنس باشد باید از جدول-4 و فرمول 3-1 استفاده کنیم تا طول خزش را بدست آوریم:

 

 

b

A

µS

 

استاندارد CIGRE

0.387

14.2

2.5تا 80

مقره Iشکل

استاندارد CESI

0.28

14.2

2.5تا 80

جدول-4 طول خزش بر اساس µS

(3-1)                                      LS(mm/Kv)=A(µS)b

 

ج- محاسبات بر اساس kg/m3

و دست آخر اگر محاسبات بر حسب واحد  kg/m^3 باشد می توانیم اعداد A و b را از جدول-5 و فرمول 4-1 بدست بیاوریم:

 

 

b

A

kg/m3

 

استاندارد CIGRE

0.387

14.2

3.5تا100

مقره Iشکل

استاندارد CESI

0.28

14.2

3.5تا100

جدول-5

(4-1)                                    LS(mm/Kv)=A(kg/m^3)b

 

 البته تمام این واحدها را می توان بر اساس فرمول 5-1 به یکدیگر تبدیل کنیم:

(5-1)                                  1mm/cm2=140 kg/m3=100µS

 

محاسبه طول خزش برای بوشینگ ها

برای محاسبه طول خزش در یک بوشینپ باید ابتدا قطر متوسط آن را به دست آوریم که البته به بسته به شکل فیزیکی بوشینگ از فرمول 6-1 یا 7-1 استفاده می کنیم و پس از آن اعداد A و b را از جدول-6 استخراج می کنیم و درفرمول 3-1 قرار می دهیم:

شکل-4 بوشینگ استوانه ای شکل برای فرمول 6-1

(6-1)                              Dave=(D+d)/2


شکل-5 بوشینگ مخروطی شکل برای فرمول 7-1

(7-1)              Dave=(D1+D2+d1+d2)/4

 

b

A

Dave

0.22

63

200

0.226

75.8

300

0.229

78.4

400

0.24

103.2

500

0.24

115.6

600

جدول-6 طول خزش برای بوشینگها

 

تعداد مقره بر اساس طول خزش از روی فرمول 8-1 محاسبه می شود. این فرمول برای مقره های استاندارد است و اگر مقره ای غیر از این را استفاده کنیم باید طول خزش آن را در مخرج به جای 305 میلیمترقرار دهیم.

 

N=(LS×VLG)/305                                  (8-1)

مثال2

خط انتقالی با ولتاژ 230 کیلوولت موجود است. با آلودگی (mg/cm^2) 0.1  و مقره V شکل تعداد مقره های استاندارد برای زنجیره مقره مورد نیاز را محاسبه کنید.

جواب

بازهم حداکثر ولتاژ خط به زمین را محاسبه می کنیم:

Vn=230

Vmax=Vn+5%=242

Vmax=242/1.7= 1.139Kv

پس از آن طول زنجیره مقره را بر اساس آلودگی (جدول-2) محاسبه می کنیم:

CFO=87.6+1.96/0.1=107.2 Kv/m

V3=0.7×CFO=0.7×107.2=75 kv/m

و تعداد مقره های زنجیر مقره بر اساس آلودگی را بر اساس فرمول 1-1 به دست می آوریم:

N1=139.7/(75×0.146)=12.8

در مرحله بعدی طول خزش را از جدول-3 به دست می آوریم:

LS=52.9^0.274=28 mm/Kv

حال تعداد مقره های زنجیره مقره را بر اساس طول خزش برای مقره استاندارد به دست می آوریم. هر کدام از N1 یا N2 بیشتر بودند باید به همان تعداد مقره برای زنجیره مقره بکار ببریم:

N2=(LS×VLG)/305=(28×139.7)/12.8

همانطور که دیده می شود در هر دو حالت تعداد مقره های محاسبه شده برای یک زنجیره مقره 13 عدد بود.

اثر ارتفاع بر CFO و LS

زمانی که خطوط انتقال در ارتفاعات نصب می شوند باید پس از به دست آوردن استقامت عایقی و طول خزش از جداول مخصوص اقدام به اصلاح آنها کرد. بدین منظور ضریب  ارتفاع δ تعریف می شود که باید قبل از تأثیر دادن آن را به توان 0.5 ( برای مقره های استاندارد) یا 0.8 ( برای مقره های مهی) برسانیم. خود ضریب δ بر اساس ارتفاع تعریف می شود:

δ=1.03×e (-A/8.65)  (9-1)                 

که در فرمول 9-1 A ارتفاع از سطح دریا می باشد. پس از آن استقامت عایقی و طول خزش در ارتفاع A بر اساس فرمولهای 10-1 و 11-1 به دست می آیند.

 

 CFOA=CFO×δm(10-1)                         

LSA=LS/ δm                                          (11-1)

مثال3

برای طول خزش 20mm/Kv در ارتفاع دریا مقدار LS در ارتفاع 2000 متر چقدر است. تعداد مقره های را در ارتفاع جدید برای مقره های استاندارد و مقره های مهی بدست آورید.

جواب

ابتدا ضریب ارتفاع δ را بر اساس فرمول 9-1 به دست می آوریم:

δ=1.03×e(-2000/8.65)=0.8174

پس از آن δ را به توان 0.5 یا 0.8 می رسانیم

δm=0.904          (برای مقره استاندارد)

δm=0.851       (برای مقره مهی)

و بر اساس فرمول 11-1 طول خزش را محاسبه می کنیم:

LS=22/0.904=22.1 mm/Kv                 (مقره استاندارد)

LS=22/0.851=23.5 mm/Kv                       (مقره مهی)

در انتها، تعداد مقره های مورد نیاز برای ساختن زنجیره مقره را بر اساس فرمول 8-1 محاسبه می کنیم.

N=(139.7×22.1)/305=10.1        (مقره استاندارد)            

N=(139.7×23.5)/305=10.7            (مقره مهی)

پس در ارتفاع 2000 متر برای ساختن زنجیره مقره استاندارد نیاز به 10 مقره و برای ساختن زنجیره مقره مهی به 11 مقره نیاز خواهیم داشت.

 

نظرات 1 + ارسال نظر
ناشناس چهارشنبه 1 مرداد‌ماه سال 1399 ساعت 06:18 ب.ظ

غلطه محاسباتت

شما درست ش کن دادا

برای نمایش آواتار خود در این وبلاگ در سایت Gravatar.com ثبت نام کنید. (راهنما)
ایمیل شما بعد از ثبت نمایش داده نخواهد شد