حل مسائل فصل یازدهم کتاب سیستمهای قدرت الکتریکی احد کاظمی

حل مسائل فصل یازدهم کتاب سیستمهای قدرت الکتریکی (جلد دوم) را می توانید از اینجا دانلود کنید.

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

حل مسائل مربوط به اتصال کوتاه احد کاظمی

تعدادی از مسائل انتهای فصل اتصال کوتاه از کتاب بررسی سیستمهای قدرت(2) احد کاظمی را حل کرده ام آنها را می توانید اینجا دانلود کنید.

عیب یابی کابلها و تشخیص محل عیب

امروزه برای تشخیص محل عیب کابلها روشهای پیشرفته زیادی وجود دارد. اما گاهی در کارگاه های دورافتاده امکانات اندکی وجود دارد و برقکار باید با همین امکانات سعی کند تا محل معیوب کابل را بیابد. روشهای ساده ای که در پایین معرفی می شوند با استفاده از میگر و چند قطعه سادی می توانند محل عیب را با تقریب تعیین کنند. اما قبل از اینکه محل عیب مشخص شود باید نوع عیب کابل مشخص گردد.

الف: برای تشخیص نقطه معیوب یک کابل و تعیین محل آن بدون خاکبرداری در ابتدا نیازمندیم که انواع عیب هایی که برای یک کابل ممکن است روی بدهد بشناسیم:

1-    اتصال کوتاه: وصل غیرمترقبه یک یا چند رشته کابل به همدیگر.

2-    اتصال زمین: وصل غیرمترقبه یک یا چند رشته کابل به زمین.

3-    پارگی: قطع غیرمترقبه یک یا چند رشته کابل.

ب: تشخیص نوع عیب و محل آن:

1-  اتصال کوتاه: برای تشخیص اتصال کوتاه در یک کابل باید از یک طرف به آن میگر وصل کرد و طرف دیگر کابل را بازگذاشت. اگر اتصال کوتاهی در خط نباشد میگر مقاومتی را نشان نمی دهد(مقدار بینهایت را نشان می دهد) ولی اگر اتصال کوتاهی در خط وجود داشته باشد میگر مقداری مقاومت نشان خواهد داد که بسته به فاصله سرکابل و محل عیب این مقاومت زیاد می شود.

 

برای تعیین محل عیب اتصال کوتاه باید دو سر کابل را بازکرد و از هر دو سر مقاومت را توسط میگر اندازه گرفت با استفاده از روابط زیر می توان فاصله محل اتصال کوتاه را از سر کابل تعیین کرد.

R1=k.lx

R2=k(l-lx)

lx=(R1/(R1+R2))l

 

2-اتصال زمین: برای تشخیص اتصال زمین باید هر کابل را جداگانه توسط میگر نسبت به زمین آزمایش کرد. اگر کابل از نقطه ای به زمین وصل شده باشد مقداری مقاومت نشان می دهد ولی اگر کابل اشکالی نداشته باشد میگر مقاومت بی نهایت را نشان خواهد داد.

 

برای تعیین محل عیب باید سرهای کابل به یک گالوانومتر یا میکروآمپرمتر حساس وصل کنیم

(سرهای AوB) و با وصل کردن یک مقاومت ثابت و یک مقاومت متغیر و وصل آنها به یک منبع مستقیم یک پل اندازه گیری بسازیم. دو انتهای کابل (سرهای CوD) نیز باید به یکدیگر متصل شوند. زمانی که گالوانومتر به حالت تعادل برسد(هیچ جریانی از آن عبور نکند) با استفاده از محاسبات زیر می توان فاصله محل عیب را تا سرکابل پیداکرد. برای به تعادل رسیدن گالوانومتر باید مقاومت متغیر را آنقدر تغییر داد تا هیچ جریانی از آن عبور نکند.

R1.Rx=R.R2

R1.klx=k(2×l-lx)R2

lx=(2×R2l)/(R1+R2)

 

3-پارگی: برای تشخیص پارگی در یک کابل بای انتهای سیم ها را به هم وصل کرد و با هم زمین کرد. بعد از سر دیگر به هر رشته به صورت جداگانه میگر وصل می کنیم و مقاومت بین آن سر و زمین را اندازه می گیریم. در صورت وجود پارگی میگر مقاومت بی نهایت را نشان خواهد داد.

 

برای تعیین محل پارگی بازهم باید یک پل اندازه گیری درست کنیم اما اینبار از یک منبع ولتاژ متناوب استفاده می کنیم تا بتوانیم با اندازه گیری خازن موجود در خط محل عیب را پیداکنیم. دستگاه اندازه گیری مورد نیاز نیز آمپرمتر A.Cخواهد بود. اگر پس از تنظیم مقاومت متغیر آمپرمتر هیچ جریانی را نشان نداد پل اندازه گیری به تعادل رسیده است و می توان با محاسبات زیر محل عیب را پیداکرد.

 

C1=k(l-lx)

C2=kl

Cx=klx

R1/Cx=R2/(C1+Cx)

R1/(klx)= R2/(k(2l-lx)

lx=2Rl/(R1+R2)

رضاکیانی موحد