مدار اخطار و آلارم؛ قسمت اول

در بسیاری از فرآیندهای صنعتی لازم است که با فعال شدن مدارات یا سنسورهای اخطار تمامی فرآیند متوقف بشود. در این گونه موارد مدار به گونه ای طراحی بشود که با فعال شدن سنسورها هر چقدر همه که پوش باتنstart  فشرده بشود فرآیند دوباره به کار نیفتد. این روش برای بالا بردن ایمنی فرآیند به کار گرفته می شود و هدف این است که پس از مشاهده اخطار بهره بردار به صورت شخصی برود و از فرآیند رفع عیب کند و تنها پس از رفع عیب به صورت دستی بتوان دوباره فرآیند را راه اندازی کرد.

حال فرض می شود که رفع عیب صورت گرفته است. برای راه اندازی مجدد فرآیند بهره بردار باید ابتدا پوش باتن reset را فشار بدهد تا تمامی مدارات به وضعیت ابتدای کار بازگردند. پس از آن با فشار دادن پوش باتن start فرآیند دوباره راه اندازی می شود.

در شکل زیر مثال ساده ای از مدار بالا را می ببینیم. فرض می کنیم که دارای یک دیگ بخار هستیم که دارای دو سنسور حساس به فشار و دما می باشد. پس از فعال شدن هر یک از این دو سنسور، کنتاکتور fault عمل کرده و کنتاکتور prosess را از مدار خارج می کند. کنتاکتور process تنها در صورتی دوباره برقدار می شود که با فشارداده شدن پوش باتن reset کنتاکتور fault بی برق شود. (توجه کنید که به علت اینکه نرم افزار شبیه ساز EKTS دارای هیتر برقی نبود به جای هیتر برقی موجود در دیگ بخار از یک موتور سه فاز استفاده کردیم). نقشه شبیه سازی شده ی مدار را می توانید از اینجا دانلود کنید.

حفاظت برای خطوط انتقال مختلط؛ قسمت دوم

آزمایشهای کارخانه

برای اینکه آزمایشهای مورد نظر REE بر روی تجهیزات انجام پذیرد و عملکرد صحیح سیستم قبل از نصب در محل تأیید شود یک مجموعه ی آزمایشگاهی مورد استفاده قرار گرفت. تجهیزات آزمایشگاهی CMC-356 ساخت شرکت OMICRON برای ایجاد جریانهای مورد نیاز آزمایش استفاده شد. خروجی های جریان به ترانسهای جریان، که به عنوان تقویت کننده برای شبیه سازی جریانهای خطا تا 4هزار آمپر و خطای تک فاز تا 6 هزار آمپر، تزریق شدند. برای شبیه سازی پارامترهای فاصله از دو سیم پیچ فیبر نوری با طولهای 5.2 کیلومتر و 6.2 کلیومتر استفاده شد.

سیگنال دیجیتال خروجی واحد CFD به عنوان ورودی CMC-356  بکار رفت تا تخمین نتایج عملکرد ریکلوزرها در طی شبیه سازیها صورت پذیرد. REE برای مانیتورینگ نتایج یک واسطه ی خروجی، شامل یک خروجی دیجیتال برای ثبت جریانهای اندازه گیری شده بر اساس استاندارد  IEC 61850-9-2LEسفارش داد.

یکپارچه کردن سنسورها

این راهبرد برای رفع نیاز پروژه ی تحقیق و توسعه ی شرکت REE برای به کارگیری در خط انتقال قدرت 220کیلوولت بین سالاداس و نولدا توسعه یافت تا شمای حفاظت برای CFD در یک خط مختلط با ولتاژ بالا تأیید شود. فاصله ی بین سالاداس و انتهای کابل زمینی (ب طول 680 متر) برابر با 5.88 کیلومتر است. سنسورهای جریان بر روی برجهای انتقال شماره ی 35 و 34 نصب شدند، که به دور بوشینگهایی که به کابل زمینی وصل می شدند پیچیده شدند بدون اینکه نیاز به تغییر در ساختمان برجها باشد. هنگامی که سنسورها نصب شدند کابلهای فیبر نوری هر کدام به جعبه ی OPGW وصل می شوند.

واحد CFD در پست برق سالاداس نصب شد و تمام جریانهایی که از 6 سنسور نصب شده می آمدند به آن وارد می شدند. در نهایت، بلوک سیگنال ریکلوزر CFD به تجهیزات حفاظتی اضافه شد. در هنگام روی دادن خطا در کابل زمین، خطا کشف شده و توالی عملکرد ریکلوزرها آغاز می شود. در همان زمان CFD خطا را کشف کرده و یک سیگنال به حفاظت خط می فرستد تا مانع عملکرد ریکلوزرها شود و همچنین یک سینگال به واحد میکرولوجیک کنترل در مرکز فرمان می فرستد تا آنها را از وضعیت آگاه کند.

نمای از زیر محل اتصال خطوط بالاسری به کابلهای زیرزمینی در برجهای انتقال و سنسورهای اپتیک نصب شده در زیر آنها.

نصب در محل

نصب تجهیزات در محل خود 3 روز زمان بود. ملزومات و نیروی انسانی مورد نیاز به شرح زیر است:

·        2 نفر کابل کش با تجره در نصب کابلهای فیبرنوری برای نصب کابلهای فیبر نوری و نصب سنسورها.

·        یک جرثقیل با ارتفاع 40 متر که نفرات را به بوشینگها برساند.

·        یک اتصال دهنده ی استاندارد فیبرنوری

·        تجهیزات استاندارد برای کارکردن با فیبرنوری و نصب تجهیزات OPGW

در این پروژه لازم نیست که هیچ  گونه تجهیز فعالی را، که نیاز به منبع تغذیه در نقاط اندازه گیری دارد، نصب کرد، و مدار در طی عملیات نصب برقدار ماند. همچنین. لازم نبود تا هیچ تنظیماتی را در پای کار تغییر داد یا  تجهیزات حفاظتی و کنترلی REE را بهینه سازی کرد.

اگرچه خط بالاسری ولتاژ بالای انتخاب شده برای آزمایش تنها شامل یک بخش با کابل زیرزمینی است، این سیستم حفاظتی می تواند برای خطوط بالاسری که تعداد بخشهای بیشتری از آنها به زیرزمین رفته است مورد استفاده قرار بگیرد.

تا به امروز این خط هیچ خطایی نداشته است و در نتیجه تجهیزات حفاظتی نصب شده هیچ عملکردی نداشته اند. به هرحال، برای تأیید کارایی سیستم در هنگام عمل REE به زودی قصد دارد تا یک ثبت کننده ی اختلال نصب کند که به خروجی دیجیتال واحد CFD نصب می شود و با استاندارد IEC 61850-9-2LE و حفاظت عادی همخانی دارد تا نتایج قابل مقایسه ای در هنگامی که یک خطای خارجی در کابل ایجاد می شود فراهم آورد.

تکنسین در حال نصب سنسورها بر روی برج انتقال شماره 34

بهینه سازی های آینده

مهمترین هدف این پروژه اطمینان از عملکرد صحیح تجهیزات حفاظتی بود. به هرحال، این طراحی بر اساس این پیش فرض صورت گرفت که تجهیزات مورد نیاز نصب شده بهینه باشند، بیشترین یکپارچه سازی با زیرساختهای موجود را داشته باشند، هزینه ها را به صورت مؤثری کاهش بدهند، فرآینده های نصب را ساده تر کنند و زمان اجرا را پایین بیاورند. به علاوه، این طراحی نیاز به بهره برداری یا تعمیرات ویژه ای، که هزینه ها را در بازه های زمانی طولانی افزایش بدهد، ندارد. نتیجه ی این کار تحقیق و توسعه سیستمی است که قابلیت اطمینان بالا و بیشترین یکپارچه سازی را به همراه کمترین هزینه دربرداشته باشد.

تکنولوژی اندازه گیری جریان به صورت اپتیک بهبود ظرفیت حفاظتی شبکه را فراهم کرد. به هر حال، REE به چالشی روبرو شد که هنوز کاملا پاسخی به آن داده نشده است: تعیین محل خطای اتصال کوتاه در کابل زیرزمینی. در حقیقت، این یکی از نیازهای اضافی بود که به REE اجازه می دهد تا اطلاعات دقیقی درباره ی محل روی دادن خطا داشته باشد تا هرچه زودتر تعمیرات خط را انجام دهد.

هدف طولانی مدت REE جایگزین کردن رله دیستانس با یک تکنولوژی جدیدتر است که بتواند محل خطاهای کابلهای زیرزمینی را معلوم کند. درحال حاضر REE راه حل جایگزین، که یک تولید کننده ی دیگر ارائه داده است و قابل مقایسه با روش ARTECHE قبل از تبدیل شدن به یک استاندارد جدید بود، را تست می کند. به همراه کابلهای زیرزمینی که از قبل نصب شده بودند تا استفاده از فیبرهای نوری یکپارچه، مشکلی وجود خواهد داشت که این گونه از حفاظت را بر روی تمام خطوط ولتاژ بالای مختلط لازم می دارد.

مترجم: رضا کیانی موحد

منبع:

http://www.tdworld.com/overhead-transmission/mixed-line-protection

حفاظت برای خطوط انتقال مختلط؛ قسمت اول

فرانسیسکو خاویر مارتین هررا

مترجم: رضا کیانی موحد

خط انتقال فشار قوی شرکت رد الکتریکا اسپانا (آر.ئی.ئی) شامل یک خط هوایی به همراه یک قسمت کوتاه کابل زیرزمینی می باشد. امروزه به منظور سازگاری بصری با محیط زیست تعداد خطوط فشار قوی مختلط ،که شامل خطوط هوایی و کابلهای زمینی باشند، در حال افزایش هستند.

در صورتی که خطایی در خطوط هوایی اتفاق بی افتد وصل خودکار جریان یکی از مسائل اصلی حفاظت است. بیشتر خطاها در خطوط هوایی موقت هستند و بنابراین یک ریکلوزر خودکار به صورت طبیعی خطا را برطرف کرده و سیستم را آماده ی بهره برداری می کند. به هرحال، خطاها در خطوط زمین عمدتا دائمی هستند و استفاده از ریکلوزر می تواند آسیب وارد شده به کابل را بیشتر کند.

بنابراین، الگوهای حفاظتی برای خطوط مختلط دچار چالش شده اند زیرا که آنها شامل کابلهای زیرزمینی هستند. توانایی کشف اینکه خطا در کابل زیرزمینی روی داده است بسیار مهم است زیرا که باید از عملکرد ریکلوزرها جلوگیری شود. قابل اعتماد ترین راه برای رسیدن به این هدف توسط بکارگیری حفاظت دیفرانسیل در قسمتی است که کابلهای زمینی داریم اما این روش می تواند گران قیمت باشد و غالب اوقات از نظر عملی غیرممکن.

تکنولوژی انتخابی

در نتیجه ی در نظر گرفتن محدودیتهای تکنولوژیهای تجاری در دسترس ،آر.ئی.ئی. ، بهره بردار خطوط فشار قوی اسپانیا، به دنبال یک تکنولوژی به تکامل رسیده برای استفاده ی عملی بود که بتواند عملکرد تعیین محل خطا در کابلهای زیرزمینی و خطوط هوایی را بهبود ببخشد.

برای حل این مشکل آر.ئی.ئی از تکنولوژی توسعه یافته توسط شرکت آرتک استفاده کرد که بر اساس سنسورهای نوری غیرفعال ،برای اندازه گیری جریانهای مورد نیاز یک رله ی دیفرانسیل معمولی، در ابتدا و انتهای کابلهای زمینی کار می کند. تمام سنسورهای نصب شده توسط یک تجهیز کنترل شده اند. این تجهیز یک واحد پردازش سیگنال و کشف خطا است (CFD) که در نزدیک ترین پست برق نصب شده است. ارتباط بین سنسورهای و سی.اف.دی توسط فیبرنوری صورت می گیرد.

یکی از اهداف اصلی این پروژه میسرکردن عملکرد سی.اف.دی بدون تغییر در زیرساختهای موجود و مداخله در عملکرد حفاظتهای موجود بود. در نتیجه، سیستم باید با بیشترین سطح یکپارچه سازی و کاهش اثر بر روی تجهیزات نصب شده بر روی خط هوایی طراحی می شد.

یک سنسور اپتیک نصب شده بر روی کابل زمینی در زیر بوشینگ

راه حل انتخابی

جریانهای توسط سنسورهای نوری غیرفعال توسط اثر فاراده اندازه گیری می شوند. این حقیقت که سنسورها غیرفعال هستند نکته ی کلیدی سیستم است. این سنسورهای می توانند در نقاط مورد نظر بدون هیچ منبع تغذیه ای ،بر خلاف  سنسورهای دیگری مانند سیم پیچ های روگووسکی، نصب بشوند. این ویژگی، به همراه این حقیقت که ارتباط بین سنسورهای و سی.اف.دی با استفاده از فیبرنوری صورت می پذیرد، بکارگیری روشهای اندازه گیری از راه دور و کاهش زیرساختها را در پی دارد.

از فیبر نوری برای ارتباط بین سنسورهای سی.اف.دی استفاده شده است. چون این فیبر قیمت بالایی دارد طراحی سیستم به گونه ای صورت گرفته که تنها از دو زوج فیبرنوری برای تمامی سیستم استفاده شود. به علاوه، برای نصب راحت تر، جعبه های اتصالی برای مدارات نوری استفاده شده اند.

هر سنسور نوری یک سیم پیچ قابل انعطاف دارد که محاط بر عایق کابل می باشد و طراحی شده تا به دور کابلهای ولتاژ بالا بپیچد و زیر پایین ترین بوشینگ خط هوایی نصب می شود. این سیم پیچ باید کابل و اتصالات زمین شیلد کابل را در بر بگیرد. این شیلد نیز از میان بوشینگ عبور کرده است، بنابراین سیستم می تواند خطای کابل و بوشینگ ،که عمومی ترین خطاهای کابلهای زیرزمینی هستند، را تشخیص دهد.

یک مزیت دیگر سیستم اندازه گیری غیرفعال جریان از راه دور در این است که نیاز به نگهداری یا کالیبراسیون مجدد پس از نصب ندارد. بنابراین، سیستم دائما در اتصالات نوری خود را مانیتور میکند و هر اشکالی که در اتصالات باشد به صورت آنی اخطاری در پی خواهد داشت.

با اندازه گیری جداگانه ی جریانهای فازی ،که توسط 6 سنسور صورت می گیرد، سی.اف.دی نقش یک رله دیفرانسیل سنتی را بازی می کند. زمانی که یک خطای جریان در کابل یا بوشینگها ایجاد شود سیستم آن را گشف می کند و یک خروجی دیجیتال بر روی سی.اف.دی سبب از کارافتادن ریکلوزرهای خطوط هوایی می شود.

برای تکمیل سیستم تجهیزات زیر مورد نیازند:

• 6 عدد سنسور
• 2 جفت کابل فیبر نوری
• یک واحد پردازش و کشف خطا

پی نوشت: دوستان می توانند برای کمک مالی به این وبلاگ هر مبلغی را که مایل بودند به شماره کارت زیر واریز نمایند.

6104-3378-7718-1469

بانک ملت به نام رضا کیانی موحد

زمین کردن حفاظتی در سازه های دریایی

رضاکیانی موحد

در تمام تأسیساتی که دارای تجهیزات الکتریکی می باشند (از جمله سازه های دریایی مانند سکوهای نفتی) زمین کردن یکی از مهمترین و اساسی ترین اقداماتی است که برای رفاه  سلامت کارکنانی که با این تأسیسات در تماس هستند انجام می پذیرد.

به صورت کلی در تأسیسات صنعتی دو نوع زمین کردن وجود دارد:

1.     زمین کردن حفاظتی

2.     زمین کردن الکتریکی

زمین کردن حفاظتی عبارت است از زمین کردن بدنه ی فلزی تجهیزات که در ارتباط مستقیم با مدارات الکتریکی داخلی آنها قرار ندارند. بدین سان اگر اتصالی بین مدارات الکتریکی و بدنه ی دستگاه روی دهد زمین کردن سبب اتصال کوتاه در مدار الکتریکی و قطع منبع ولتاژ توسط مدارات حفاظتی (فیوزها، مدارشکنها و غیره) خواهدشد. اگر تجهیزی به صورت اصولی زمین شده باشد و اتصال بدنه در آن روی بدهد در صورتی که کاربر با بدنه ی آن تجهیز مستقیما برخورد داشته باشد زمین کردن حفاظتی از برق گرفتگی وی جلوگیری خواهدکرد.

زمین کردن الکتریکی یعنی زمین کردن نقطه هایی از تجهیزات الکتریکی که جزئی از مدار الکتریکی می باشند مانند زمین کردن نقطه ی ستاره در ترانسفورماتورها، موتورها و ژنراتورها. این زمین کردن به منظور ادامه ی کار صحیح تجهیزات الکتریکی صورت می پذیرد و از بحث فعلی ما خارج می باشد.

در حقیقت آنچه که منظور این مقاله است، نوع اول زمین کردن یا زمین کردن حفاظتی در سازه ها و تأسیسات دریایی ، از قبیل سکوهای نفتی، می باشد.

در حالت عادی ،که تأسیسات و کارخانجات بر روی زمین قرار دارند، برای زمین کردن حفاظتی ابتدا مقاومت الکتریکی خاک اندازه گیری می شود و پس از آن با توجه به مقاومت الکتریکی خاک یک یا چند چاه حفر می شود. این گونه چاه ها "چاه ارت" نامیده می شوند و ارتفاع آنها بسته به نوع طراحی چاه متفاوت می باشد. در درون این چاه یک صفحه ی بزرگ فلزی یا یک الکترود (میله ی) بلند فلزی قرار می گیرد که به سیمی متصل می شود که از چاه ارت بیرون می آید.

در مرحله ی بعدی این چاه ها به همدیگر متصل شده و تشکیل یک شبکه از چاه ها را می دهند. مقاومت کلی چاه (یا چاه های) ارت باید در خانه های مسکونی کمتر از 5 اهم و در کارخانجات کمتر از 2 اهم باشد.

تصویر1: میله ی ارت که تجهیز را به صورت منفرد زمین کرده است.

تصویر2: یک نمونه از چاه ارت

در انتها، تمامی تجهیزات الکتریکی موجود در سایت یا کارخانه به وسیله ی سیم های ضخیم مسی (سیم زمین یا سیم ارت) به این چاه های ارت متصل می شوند. لازم به ذکر است که میله های برقگیر (در مناطقی که برای حفاظت از تأسیسات در برابر صاعقه نیاز به نصب آنها می باشد) و سیمهای گارد خطوط انتقال نیرو نیز برای حفاظت در برابر صاعقه به چنین چاه هایی متصل می شوند.

تصویر3:انتقال جریان اتصال کوتاه توسط پایه های دکل انتقال قدرت به شبکه ی زمین

در تأسیسات دریایی (سکوهای نفتی، سکوهای گازی، سکوهای حفاری و غیره) از آنجا که حفر چاه ارت در کف دریا غیرممکن می باشد به ناچارا از پایه های خود سکو به عنوان چاه ارت استفاده می شود.

به منظور زمین کردن تجهیزات مستقر در سکو ابتدا یک حلقه ی تجهیزات (EQ-ring) در زیر سطح سکو ایجاد می گردد. این حلقه عبارت است از یک کابل ضخیم مسی که در زیر سطح سکو به صورت یک حلقه ی بسته نصب می گردد. تجهیزات الکتریکی نصب شده بر روی سطح سکو به صورت جداگانه توسط سیم ارت خود به این حلقه ی تجهیزات متصل می شوند. (تصویر4)

تصویر4: حلقه ی تجهیزات در زیر سطح سکو

پس از اتصال تجهیزات موجود در سکو به حلقه ی تجهیزات، حلقه ی تجهیزات به پایه های اصلی سکو متصل می گردد (تصویر5). با توجه به اینکه پایه های سکو تا عمق زیادی در کف دریا فرورفته اند می توانند نقش الکترودهای زمین بزرگی را بازی کنند که در صورت اتصال کوتاه مدار داخلی یک تجهیز به بدنه ی آن، جریان اتصال کوتاه را از طریق حلقه ی تجهیزات به کف دریا منتقل کنند. لازم به توضیح نیست که به دلیل هادی بودن آب دریا (آب نمک) مقداری از جریان اتصال کوتاه نیز از طریق آب دریا زمین خواهدشد.

تصویر5: اتصال حلقه ی تجهیزات با پایه های سکو