برق قدرت

ژنراتورها

مقدمه: هدف از انجام این تحقیق بررسی سیر تحقیقات انجام شده با موضوع ژنراتورها(ساختمان و اساس کار و سیر تکاملی ژنراتوها بخصوص ژنراتور های سنکرون ) است . به این منظور ، بررسی مقالات منتشر شده که با این موضوع مرتبط بودند و جمع آوری خلاصه مطالبی از منابع صورت گرفت و بعد چکیده آنها استخراج شد .
ژنراتورها همواره یکی از مهمترین عناصر شبکه قدرت بوده و نقش کلیدی در تولید انرژی و کاربردهای خاص دیگر ایفاء کرده است . ساخت اولین نمونه ژنراتور (سنکرون) به انتهای قرن 19 برمی گردد. مهمترین پیشرفت انجام شده در آن سالها احداث اولین خط بلند انتقال سه فاز از لافن به فرانکفورت آلمان بود. در کانون این تحول ، یک هیدروژنراتور سه فاز 210 کیلو وات قرار گرفته بود. عیلرغم مشکلات موجود در جهت افزایش ظرفیت و سطح ولتاژ ژنراتورها، در طول سالهای بعد تلاشهای گسترده ای برای نیل به این هدف صورت گرفت. مهمترین محدودیتها در جهت افزایش و سطح ولتاژ ژنراتورها ، ضعف عملکرد سیستمهای عایقی و نیز روشهای خنک سازی بود .در راستای رفع این محدودیتها ترکیبات مختلف عایقهای مصنوعی، استفاده از هیدروژن برای خنک سازی و بهینه سازی روشهای خنک سازی با هوا نتایج موفقیت آمیزی را در پی داشت به نحوی که امروزه ظرفیت ژنراتورها به بیش از 1600DC افزایش یافته است.

در جهت افزایش ولتاژ ، ابداع پاورفرمر در انتهای قرن بیستم توانست سقف ولتاژ تولیدی را تا حدود سطح ولتاژ انتقال افزایش دهد. به نحوی که برخی محققان معتقدند در سالهای نه چندان دور ، دیگر نیازی به استفاده از ترانسفورماتورهای افزاینده نیروگاهی نیست.
همچنین امروزه تکنولوژی ژنراتورهای ابررسانا بسیار مورد توجه است، انتظار می رود با گسترش این تکنولوژی در ژنراتورهای آینده ، ظرفیتهای بالاتر در حجم کمتر قابل دسترسی باشند.

ژنراتورها:

ماشین هایی هستند که انرژی مکانیکی را از محرک اصلی به یک توان الکتریکی در ولتاژ و فرکانس خاصی تبدیل می نماید.کلمه سنکرون به این حقیقت اشاره دارد که فرکانس الکتریک این ماشین با سرعت گردش مکانیکی شفت قفل شده است ، ژنراتورسنکرون برای تولید بخش اعظم توان الکتریکی در سرتاسر جهان به کار می رود.
دو اصل فیزیکی مرتبط با عملکرد ژنراتورها وجود دارد. اولین اصل فیزیکی اصل القائی الکترومغناطیسی کشف شده توسط مایکل فاراده دانشمند بریتانیایی است. اگر یک هادی در یک میدان مغناطیسی حرکت کند یا اگر طول یا حلقه ی القائی ساکنی جهت تغییر استفاده شود. یک جریان ایجاد میشود یا القاء می شود. اگر یک جریان از میان یک کنتاکتور که در میدان مغناطیسی قرار گرفته ، عبور کند میدان ، نیروی مکانیکی بر آن وارد می کند.
ژنراتور ها دارای دو اصل هستند: قسمتها و میدان که آهنربای الکترو مغناطیسی با سیم پیچ هایش و آرمیچر و ساختاری که از کنتاکتورحمایت می کند و کار قطع میدان مغناطیسی و حمل جریان القاء شده ژنراتور یا جریان ناگهانی به موتور را دارد است . آرمیچر معمولا" هسته ی نرم آهنی اطراف سیم های القائی که دور سیم پیچ ها پیچیده شده اند ، است .
ژنراتور ها از دو قسمت تشکیل شده اند: قسمت متحرک را رتور و قسمت ساکن آن را استاتور می گویند . رتور ها نیز از نظر ساختمان دو دسته اند: ماشین های قطب صاف و ماشین های قطب برجسته.
همچنین ژنراتورها بسته به آنکه نوع وسیله گرداننده رتور آنها چه نوع توربینی باشد به صورت زیر تقسیم می شوند:

1) توربو ژنراتورها: در این وسیله گرداننده رتور ، توربین بخار است و چون توربین بخار جزء ماشین های تند گرد است بنابراین توربوژنراتور دارای قطب های صاف بوده و این ماشین توانائی ایجاد دورهای بسیاربالا را در قدرت های زیاد دارد امروزه اغلب توربوژنراتورها را دو قطبی می سازند چون با افزایش سرعت گردش کار توربین های بخار با صرفه تر وارزان ترتمام می شود.

2) هیدرو ژنراتور ها : در آن وسیله گرداننده رتور توربین آبی است و چون توربین آبی دارای دور کم است بنابراین هیدروژنراتور دارای قطب برجسته بوده و دارای سرعت کم می باشد.

3) دیزل ژنراتور ها : در قدرت های کوچگ و اظطراری وسیله گرداننده رتور دیزل است که در این موره هم قطب های رتور آن برجسته می باشد.

ساختمان و اساس کار ژنراتور سنکرون:

در یک ژنراتور سنکرون یک جریان DC به سیم پیچ رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور تولید شود. سپس رتور مربوط به ژنراتور به وسیله محرک اصلی چرخانده میشود ، تا یک میدان مغناطیسی دوار در ماشین بوجود آید.این میدان مغناطیسی ، یک ولتاژ سه فاز را در سیم پیچ های استاتور ژنراتور القاء می نماید.
در یک ماشین دو عبارت در توصیف سیم پیچ ها بسیار مورد استفاده است یکی سیم پیچ های میدان و دیگری سیم پیچ های آرمیچر. بطور کلی عبارت سیم پیچ های میدان به سیم پیچ هایی گفته می شود که میدان مغناطیسی اصلی را در ماشین تولید می نماید و عبارت سیم پیچ های آرمیچر به سیم پیچ هایی اتلاق می شود که ولتاژ اصلی در آن القاء می شود . برای ماشین های سنکرون ، سیم پیچ های میدان در رتور است.
رتور ژنراتور سنکرون در اصل یک آهنربای الکتریکی بزرگ است . قطب های مغناطیسی در رتور می تواند از نوع برجسته یا غیر برجسته باشد . کلمه برجسته به معنی قلمبیده است و قطب برجسته ، یک قطب مغناطیسی خارج شده از سطح رتور می باشد. ازطرف دیگر ، یک قطب برجسته یک قطب مغناطیسی هم سطح با سطح رتور است . یک رتور غیر برجسته یا صاف معمولا" برای موارد 2 یا 4 قطبی بکار می روند . در حالی که رتورهای برجسته برای 4 قطب یا بیشتر مورد استفاده هستند. چون در رتور میدان مغناطیسی متغیر است برای کاهش تلفات ، آن را از لایه های نازک می سازند. به مدار میدان در رتور باید جریان ثابتی اعمال شود ، چون رتور می چرخد ، نیاز به آرایش خاصی برای رساندن توان DC به سیم پیچ های میدانش دارد برای انجام این کار 2 روش موجود است :
1) تهیه توان DC از یک منبع بیرونی به رتور با رینگ های لغزان و جاروبک .
2) فراهم نمودن توان DC از یک منبع توان DC که مستقیما" روی شفت ژنراتورهای سنکرون نصب می شود.

ساختمان و اساس کار ژنراتور سنکرون

در یک ژنراتور سنکرون یک جریان dc به سیم پیچ رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور تولید شود. سپس روتور مربوط به ژنراتور به وسیله یک محرک اصلی چرخاند می شود، تا یک میدان مغناطیسی دوار در ماشین به وجود آید . این میدان مغناطیسی یک ولتاژ سه فاز را در سیم پیچ های استاتور ژنراتور القاء می نماید.
در یک ماشین دو عبارت در توصیف سیم پیچ ها بسیار مورد استفاده است: یکی سیم پیچ های میدان و دیگری سیم پیچ های آرمیچر. بطور کلی عبارت سیم پیچ ها ی میدان به سیم پیچ هایی گفته می شود که میدان مغناطیسی اصلی را در ماشین تولید می کند. عبارت سیم پیچ های آرمیچر به سیم پیچ هایی اطلاق می شود که ولتاژ اصلی در آن القاء می شود برای ماشین های سنکرون، سیم پیچ های میدان در رتور است.

روتور ژنراتور سنکرون در اصل یک آهن ربای الکتریکی بزرگ است. قطب های مغناطیسی در رتور می تواند از نوع برجسته و غیر برجسته باشد. کلمه برجسته به معنی (قلمبیده )است و قطب برجسته یک قطب مغناطیسی خارج شده از سطح رتور می باشد. از طرف دیگر یک قطب برجسته، یک قطب مغناطیسی هم سطح با سطح رتور است. یک رتور غیر برجسته یا صاف معمولاً برای موارد 2 یا چهار قطبی به کار می روند. در حالی که رتور های برجسته برای 4 قطب یا بیشتر مورد استفاده هستند. چون در رتور میدان مغناطیسی متغییر است برای کاهش تلفات، آن را از لایه های نازک می سازند. به مدار میدان در رتور باید جریان ثابتی اعمال شود. چون رتور می چرخد نیاز به آرایش خاصی برای رساندن توان DC به سیم پیچ های میدانش دارد.برای انجام این کار 2 روش موجود است :

1- از یک منبع بیرونی به رتور با رینگ های لغزان و جاروبک .
2- فراهم نمودن توان DCاز یک منبع توان DC ، که مستقیما" روی شفت ژنراتورسنکرون نصب میشود.

رینگ های لغزان بطور کامل شفت ماشین را احاطه می کنند ولی از آن جدا هستند. یک انتهای سیم پیچ DC به هر یک از دو انتهای رینگ لغزان در شفت موتور سنکرون متصل است و یک جاروبک ثابت روی هررینگ لغزان سر می خورد . جاروبک ها بلوکی از ترکیبات گرافیک مانند هستند که الکتریسیته را به راحتی هدایت می کنند ولی اصطکاک خیلی کمی دارند و لذا روی رینگ ها خوردگی بوجود نمی آورد. اگر سمت مثبت منبع ولتاژ DC به یک جاروبک و سر منفی به جاروبک دیگروصل می شود. آنگاه ولتاژ ثابتی به سیم پیچ ، جدااز مکان و سرعت زاویه ای آن ، میدان درتمام مدت اعمال می شود. رینگ های لغزان و جاروبک ها به هنگام اعمال ولتاژ DC چند مشکل برای سیم پیچ های میدان ماشین سنکرون تولید می کنند آنها نگهداری را در ماشین افزایش می دهند ، زیرا جاروبک بایدمرتبا" به لحاظ سائیدگی چک شود. علاوه برآن ، افت ولتاژ جاروبک ممکن است تلفات قابل توجه توان را همراه با جریان های میدان به دنبال داشته باشد . علیرغم این مشکلات رینگ های لغزان روی همه ماشین های سنکرون کوچک تر بکار میرود. زیرا راه اقتصادی تر برای اعمال جریان میدان موجود نیست .

در موتور ها و ژنراتورهای بزرگ تر ، از محرک های بی جاروبک استفاده می شود تا جریان میدان DC را به ماشین برسانند یک محرک بی جاروبک ، یک ژنراتور AC کوچکی است که مدار میدان آن روی استاتور و مدار آرمیچر آن روی رتور نصب است خروجی سه فاز ژنراتور محرک یکسو شده و جریان مستقیم توسط یک مدار یکسو ساز سه فاز که روی شفت ژنراتور نصب است حاصل می شود که بطور مستقیم به مدار میدان DC اصلی اعمال میگردد. با کنترل جریان میدان DC کوچکی از ژنراتور محرک (که روی استاتور نصب می شود) می توان جریان میدان را روی ماشین اصلی و بدون استفاده از رینگ های لغزان و جاروبک ها تنظیم کرد. چون اتصال مکانیکی هرگز بین رتور و استاتور بوجود نمی آید ، یک محرک جاروبک نسبت به نوع حلقه های لغزان و جاروبک ها ، به نگهداری کمتری نیاز دارد. برای اینکه تحریک ژنراتور بطور کامل مستقل از منابع تحریک بیرونی باشد، یک محرک پیلوت کوچکی اغلب در سیستم لحاظ میگردد . محرک پیلوت ، یک ژنراتور AC کوچک با مگنت های (آهن ربا ) دائمی نصب شده بر روی شفت رتور و یک سیم پیچ روی استاتور است . این محرک انرژی را برای مدار میدان محرک بوجود می آورد که این به نوبه خود مدار میدان ماشین اصلی را کنترل می نماید . اگر یک محرک پیلوتروی شفت ژنراتور نصب شود آن گاه هیچ توان الکتریکی خارجی برای راندمان ژنراتور لازم نیست .

بسیاری از ژنراتور های سنکرون که دارای محرک های بی جاروبک هستند ، دارای رینگ های لغزان و جاروبک نیز هستند بنابراین یک منبع اضافی جریان میدان DC در موارد اضطراری در اختیار است . استاتور ژنراتور های سنکرون معمولا" در دو لایه ساخته می شوند : خود سیم پیچ توزیع شده و گام های کوچک دارد تا مولفه های هارمونیک ولتاژ ها و جریان های خروجی را کاهش دهد .

چون رتور باسرعتی برابر باسرعت میدان مغناطیسی می چرخد ، توان الکتریکی با فرکانس 50 یا 60 هرتز تولید می شود و از ژنراتور بسته به تعداد قطب ها باید با سرعت ثابتی بچرخد مثلا" برای تولید توان 60هرتز در یک ماشین دو قطب رتور باید با سرعت 3600 دور در دقیقه بچرخد . برای تولید توان 50هرتز در یک ماشین 4 قطب ، رتور باید با سرعت 1500 دور دردقیقه دوران کند . سرعت مورد نیاز یک فرکانس مفروض همیشه از معادله زیر قابل محاسبه است :

Fe : فرکانس

= سرعت مکانیکی

P = تعداد قطب ها
ولتاژ القایی در استاتور به شار در ماشین ، فرکانس یا سرعت چرخش ، و ساختمان ماشین بستگی دارد . ولتاژ تولیدی داخلی مستقیما" متناسب با شار و سرعت است ولی خود شار به جریان جاری در مدار میدان رتور بستگی دارد. .ولتاژ درونی برابر ولتاژ خروجی نیست چندین فاکتور ، عامل اختلاف بین این دو هست :
1-     اعوجاج موجود در میدان مغناطیسی فاصله هوا به علت جریان جاری در استاتور که به آن عکس العمل آرمیچر می گویند.
2-     خود القایی بوبین های آرمیچر
3-      مقاومت بوبین های آرمیچر
4-     تاثیر شکل قطب ها ی برجسته رتور

وقتی یک ژنراتور کار می کند و بار های سیستم را تغذیه می کند آنگاه :

1-    توان مستقیم و رآکتیو تولیدی بوسیله ژنراتور برابر با مقدار توان تقاضا شده بوسیله بار متصل شده به آن است .
2-     نقاط تنظیم گاورنر ژنراتور ، فرکانس کار سیستم قدرت را کنترل می نماید.
3-     جریان میدان ( یانقاط تنظیم رگولاتور میدان ) ولتاژ پایانه سیستم قدرت را کنترل می نماید.
این وضعیتی است که در ژنراتورهای جدا و به فواصل دور از هم وجود دارد.

مولد های AC یا آلترناتورها:

مولد های AC یا آلترناتورها درست مثل مولدهای DC براساس القاء الکترومغناطیس کار می کنند ، آنها نیز شامل یک سیم پیچ آرمیچر و یک میدان مغناطیسی هستند اما یک اختلاف مهم بین این دو وجود دارد ، در حالی که در ژنراتورهای DC آرمیچر چرخیده می شود و سیستم میدان ثابت است در آلترناتورها آرایش عکس وجود دارد.

آلترناتورها یک ژنراتور ساده بدون کموتاتور ، یک جریان الکتریکی متناوب تولید می کنند ، چنین جریان متناوبی مزیت زیادی دارد برای انتقال توان الکتریکی و از این رو بیشتر ژنراتورهای الکتریکی بزرگ از نوع AC هستند. ژنراتور AC در دو حالت خاص با ژنراتور DC فرق می کند . پایانه های سیم پیچ آرمیچرش بیرون هستند . برای حلقه های لغزان جزئی شده ی جامد روی شفت (میله ) ژنراتور به جای کموتاتور و سیم پیچ های میدان توسط یک منبع DC خارجی تغذیه انرژی می شود تااینکه توسط خود ژنراتور این کار انجام شود . ژنراتور ها ی AC سرعت پایینی با تعداد زیادی قطب در حدود 100 قطب ساخته می شوند. هم برای بهبود بازه شان و هم برای دست یافتن به فرکانس دلخواه به آسانی . آلترناتورها با توربین های سرعت بالا راه اندازی می شوند . فرکانس جریان گرفته شده توسط ژنراتور AC مساوی است با نیمی از تعداد قطبها و تعداد چرخش آرمیچر در ثانیه.

بخاطر احتمال جرقه زنی بین جاروبک ها و حلقه های لغزان و خطر شکستهای مکانیکی که ممکن است سبب اتصال کوتاه شود. آلترناتورها به یک سیم پیچ ساکن که بدور یک رتور می چرخد و این رتور شامل تعدادی آهنربای مغناطیسی میدان هستند ساخته می شوند. اصل عملکرد آنها نیز دقیقا" مشابه عملکرد ژنراتورهای AC توصیف شده اند.

ژنراتور ها با ولتاژ بالا:

شركت ABB اخيرا ژنراتوري با ولتاژ بالا ابداع كرده است . اين ژنراتور بدون نياز به ترانسفورماتور افزاينده بطور مستقيم به شبكه قدرت متصل مي گردد . ايده جديد بكار گرفته شده در اين طرح استفاده از كابل به عنوان سيم پيچ استاتور مي باشد . ژنراتور ولتاژ بالا براي هر كاربرد در نيروگاههاي حرارتي و آبي مناسب مي باشد . راندمان بالا ، كاهش هزينه هاي تعمير و نگهداري ، تلفات كمتر ، تأثيرات منفي كمتر بر محيط زيست ( با توجه به مواد بكار رفته ) از مزاياي اين نوع ژنراتور مي باشد . ژنراتور ولتاژ بالا در مقايسه با ژنراتورهاي معمولي در ولتاژ بالا و جريان پائين كار مي كند . ماكزيمم ولتاژ خروجي اين ژنراتور با تكنولوژي كابل محدود مي گردد كه در حال حاضر با توجه به تكنولوژي بالاي ساخت كابلها ميتوان ولتاژ آنرا تا سطح 400 كيلو ولت طراحي نمود . هادي استفاده شده در ژنراتور ولتاژ بالا بصورت دوار مي باشد در حاليكه در ژنراتورهاي معمولي اين هادي بصورت مثلثي مي باشد در نتيجه ميدان الكتريكي در ژنراتورهاي ولتاژ بالا يكنواخت تر مي باشد . ابعاد سيم پيچ بر اساس ولتاژ سيستم و ماكزيمم قدرت ژنراتور تعيين مي گردد . در ژنراتورهاي ولتاژ بالا لايه خارجي كابل در تمام طول كابل زمين مي گردد ، اين امر موجب مي شود كه ميدان الكتريكي در طول كابل محدود گردد و ديگر مانند ژنراتورهاي معمولي نياز به كنترل ميدان در ناحيه انتهايي سيم پيچ نباشد .
جزيي ( Partialdischarge) در هيچ ناحيه اي از سيم پيچ وجود ندارد و همچنين ايمني افراد بهره بردار و يا تعميركار افزايش مي يابد . سربنديها و اتصالات معمولا در فضاي خالي مورد دسترس در محل انجام مي گيرد ، بنابراين محل اين اتصالات در يك نيروگاه نسبت به نيروگاه ديگر متفاوت مي باشد ، اما در هر حال اين اتصالات در خارج از هسته استاتور مي باشد ، براي مثال اتصالات و سربنديها ممكن است زير ژنراتور و يا خارج از قاب استاتور ( Statorframe ) انجام گيرد . بدين ترتيب اتصالات و سربنديها ، مشكلات ناشي از ارتعاشات و لرزش هاي بوجود آمده در ماشين هاي معمولي را نخواهند داشت .

در طرح كنوني ژنراتور ولتاژ بالا دو نوع سيستم خنك كنندگي وجود دارد ، روتور و سيم پيچ هاي انتهايي توسط هوا خنك مي گردند در حاليكه استاتور توسط آب خنك مي گردد . سيستم خنك كنندگي آب شامل لوله هاي XLPE قرار گرفته شده در هسته استاتور مي باشد كه آب از اين لوله ها جريان مي يابد و هسته استاتور را خنك نگه مي دارد .

مقايسه جريان اتصال كوتاه در نيروگاه مجهز به ژنراتور ولتاژ بالا با نيروگاه مجهز به ژنراتور معمولي نشان مي دهد كه به دليل اينكه در نيروگاه با ژنراتور ولتاژ بالا راكتانس ترانسفورماتور حذف مي گردد جريانهاي خطا كوچكتر مي باشد .

+ نوشته شده در جمعه بیست و هفتم مهر ۱۳۸۶ساعت 1:42 توسط مرتضی شهبازی |

اساس كار رله ديستانس

رلة ديستانس يك رلة حفاظتي است كه زمان قطع آن تابع مقاومت طول سيم مي‌باشد. در اغلب اوقات بايد زمان قطع رله تابع محل اتصال كوتاه نسبت به رله باشد و از اين جهت بايد زمان قطع رله، تابع جهت يعني از انرژي اتصال كوتاه نيز گردد. لذا هر چه محل اتصالي از رله دورتر باشد، مقاومت ظاهري قطعه سيم بين محل اتصال تا رله بزرگتر شده و در نتيجه مقاومت اهمي و غير اهمي آن نيز بزرگتر مي‌گردد.
عامل مؤثر در لة ديستانس مي‌تواند يكي از عوامل :
1. مقاومت ظاهري ( امپرانس)
2. هدايت ظاهري ( ادميتانس)
3. مقاومت اهمي ( دزيستانس)
4. هدايت اهمي ( كندوكتانس)
5. مقاومت غيراهمي ( راكتانس)
6. امپدانس اختلاط
7. هدايت غيراهمي ( سوسپتانس ) باشد.

حال :
رله‌اي كه كميت Z را مي‌سنجد رلة امپدانس است و رله‌اي كه كميت X را مي‌سنجد رلة راكتانس مي‌نامند.
رلة ديستانس را مي‌توان جهت حفاظت هر نوع شبكه‌اي با هر فشار الكتريكي بكار برد. براي حفاظت شبكه‌هاي با ولتاژ بالاتر از kg60 امروز فقط از رلة ديستانس استفاده مي‌شود در ضمن مي‌توان به كمك رلة ديستانس ترانسفورماتورها و ژنراتورها را نيز حفاظت نمود. در شبكه‌هاي بزرگ اگر براي حفاظت در مقابل جريان‌هاي زياد خارجي از رلة جريان زياد زماني استفاده شود، زمان قطع رله در صورتيكه يك اتصالي حتي اورشين ، بلافاصله بعد از ژانراتور نيز اتفاق افتد، در حدود 8-7 ثانيه طول خواهد كشيد و چنانچه ديده مي‌شود، زمان عبور جريان اتصال كوتاه از ژنراتور بقدري طولاني مي‌شود كه ممكن است سبب خراب شدن ايزولاسيون سيم‌پيچي ژنراتور و ايجاد اتصال داخلي شود، لذا از اينجهت است كه در شبكه‌هاي بزرگ براي كوتاه كردن اين زمان از رلة ديستانس ، امپدانس استفاده مي‌شود.
زمان قطع رلة ديستانس معمولاً در حدود 0.1 ثانيه است، استفاده از رلة امپدانس نيز اين برتري را دارد كه در موقع اتصالي‌اش ، رلة امپدانس بطور سريع در زمان خيلي كوتاه (0.1 ثانيه) ژنراتور را قطع مي‌كند.
رلة ديستانس براي حفاظت ترانسفورماتور در موقع اتصال خارجي، بخصوص در موقع اتصال يش ، بكار برده شده و در طرفي از ترانسفورماتور كه به ليش وصل است نصب مي‌شود.
در صورتيكه ترانسفورماتور بين دو شبكة فرعي نصب شده باشد، (ترانسفورماتور كوپلاژ) چون اتصالي در هر يك از شبكه‌ها، سبب عبور انرژي اتصال كوتاه از ترانسفورماتور كوپلاژ مي‌شود، بايد در هر دو طرف ترانسفورماتور رلة ديستانس نصب گردد. براي حفاظت ترانسفورماتور مي‌توان از رلة ديستانس جهت‌دار كه جهت آن بطرف يشن است و يا از رلة ديستانس معمولي بدون عضو جهت‌ياب استفاده نمود.
براي حفاظت سلكيتو و تصحيح شبكه‌هاي خطي كه از دو طرف تغذيه مي‌شود و يا شبكه حلقه‌اي كه از يك محل تغذيه مي‌شود، علاوه بر شدت جريان و زمان از عامل ديگري مثل جهت جريان اتصال كوتاه نيز استفاده مي‌شود، و حفاظت شبكه‌هاي تار عنكبوتي و شبكه‌هايي كه از چند نقطه تغذيه مي‌شوند بوسيلة رلة جريان زياد كه داراي درجه‌بندي زماني ثابت و معيني مي‌باشد ممكن نيست، بلكه بايستي از رله‌اي كه زمان قطع آن متناسب با امپدانس يا فاصلة محل اتصالي از مولد باشد استفاده شود كه براي اين منظور از رلة ديستانس استفاده مي‌شود. اين رله اتصال كوتاه نزديك به مولد را سريعتر و اتصال كوتاه در فاصلة دورتر را ديرتر قطع مي‌كند ، عامل موثر مقاومت پس محل اتصالي و مولد مي‌باشد.
زمان قطع در رله‌ها مدرن امروزي متناسب با فاصلة محل اتصالي از مولد، بطور يكنواخت زياد نمي‌شود بلكه اين تغييرات جهشي و پله‌اي شكل انجام مي‌شود و فاصلة محل خطا توسط سنجش مقاومت سيم لين محل خطا و محل نصب رله معين مي‌شود.
رلة ديستانس داراي اين مزيت است كه اولاً شبكه اتصال شده را در كوتاهترين مدت ممكنه بطور سلكيتو مشخص و از شبكه جدا مي‌كند و ثانياً اگر نزديكترين را به محل اتصال عمل نكرد، رله بلافاصله بعد آن عمل مي‌كند و بطور خودكار شبكه شامل يك يا چند رلة رزرو نيز مي‌شود بدون اينكه حقيقتاً رلة رزروي در شبكه نصب شده باشد.
رلة ديستانس بهترين رله براي حفاظت شبكه‌هاي انتقال انرژي مي‌باشد. زيرا فقط بوسيلة چنين دستگاهي هر نوع اتصال در هر كجاي شبكه در كمترين مدت قطع مي‌شود و بهمين جهت براي حفاظت شبكه‌هاي فشار قوي و فشار متوسط از رلة ديستانس استفاده مي‌شود.
براي حفاظت سيمهاي كوتاه ، مثلاً در داخل نيروگاه و يا پست ترانسفورماتورها بعلت كوچك بودن امپدانس آن نمي‌توان از رلة ديستانس استفاده كرد لذا در اينگونه مواقع بيشتر از رلة ديفرنسيال استفاده مي‌شود.
رلة ديفرنسيال براساس مقايسة جريانها ( تراز جرياني) كار مي‌كند و بدينوسيله جريان در ابتدا و انتهاي وسيله‌اي كه بايد حفاظت شود سنجيده شده و با هم مقايسه مي‌شود اين تفاوت جريان در دو طرف محدودة حفاظت شده اغلب در اثر اتصال كوتاه يا اتصال زمين و غيره بوجود مي‌آيد. در صورتيكه قبل از اتصال شدن مسلماً جريانهاي دو طرف با هم برابر هستند.
رلة ديفرانسيل فقط محدودة داخل خود را حفاظت مي كند و از اين جهت از آن بيشتر براي حفاظت ترانسفورماتورها، ژنراتورها و موتورهاي فشارقوي و شين‌ها استفاده مي‌شود و چون از اول واشهاي محدودة حفاظت شده بايد سيم‌هاي سنجش به محل رله كشيده شود.
براي رله ديفرنسيال معمولاً از يك رله جرياني ( رله آمپريك) ساده استفاده مي‌شود و جرياني كه رله را بكار مي‌اندازد. برابر با تفاوت جريانهاي زكوندر ترانسفورماتور مي‌باشد.
براي نشان دادن اتصال زمين در ژنراتور مي‌توان از مدار رله ديفرنسيال استفاده كرد بطوريكه رلة اتصال زمين سين نقطة صفر رلة ديفرنسيال و نقطة اتصال ستاره ترانسفورماتور جريان بسته مي شود و بدينوسيله از بكار بردن ترانسفورماتور جريان اضافي جهت رلة اتصال زمين صرفنظر مي‌شود.
اگر يك اتصال بدنه در ژنراتور يا اتصال زمين در كابل رابط پس ژنراتور تا ترانسفورماتور جريان اتفاق افتد از هر سه فاز، جريان اتصال زمين عبور مي‌كند كه از نظر قدر مطلق و فاز با هم برابر هستند لذا اين سه جريان در سيم پيچي زكوند ترانسفورماتورها القاء شده و مجموع آنها از رلة اتصال زمين مي‌گذرد و با زمين مدارش بسته مي‌شود. در صورتيكه اتصال زمين بعد از ترانسفورماتور جريان ( در شبكه يا در سيم‌هاي هوائي) باشد باز هم جريان اتصال زمين از محل اتصال شده عبور مي‌كند ولي نتيجة جريانها در طرف زكوندر ترانسفورماتورها جريان صفر يا نزديك صفر خواهد بود، لذا رلة اتصال زمين بدون جريان مي‌ماند.
رلة ديفرنسيال جريانهاي دو طرف ترانسفورماتور را با در نظر گرفتن نسبت تبديل و نوع اتصال مي‌سنجد و مقايسه مي‌كند.
همانطور كه مي‌دانيم مجموع جريانهاي ورودي و خروجي ترانسفورماتور بدون عيب با در نظر گرفتن نسبت تبديل آن بايد برابر صفر باشد. ولي بعلت جريان مغناطيسي كننده و متفاوت بودن منحني مشخصات ترانسفورماتورها و جريان و غيره نتيجة جريانها در دو طرف قدري بزرگتر از صفر خواهد بود.
از آنجا كه جريانهاي دو طرف ترانسفورماتور توسط رلة ديفرنسيال با هم مقايسه مي‌شوند بايد ترانسفورماتورهاي جرياني كه در دو طرف فشار قوي و ضعيف‌ ترانسفورماتور بسته مي‌شوند، بطريق انتخاب شوند كه جريانهاي زكوندر ترانسفورماتورها جريان دو طرف ترانسفورماتور از نظر قدر مطلق و فاز با هم كاملاً برابر باشد.
جريانها از نظر قدر مطلق موقعي با هم برابر مي‌شوند كه نسبت ضريب تبديل ترانسفورماتورهاي جريان دو طرف فشار قوي و ضعيف برابر با عكس ضريب تبديل ترانسفورماتور قدرت باشد.
رله ديفرنسيال كه براي حفاظت ترانسفورماتور بكار برده مي‌شود نبايد داراي حساسيت زياد باشد زيرا در ترانسفورماتورهاي سالم نيز اغلب تفاوت جرياني در دو طرف سيم‌پيچي زكوندر (ثانيه) ترانسفورماتور جريان ظاهر مي‌شود. اين جريان ( تفاوت جريان) اولاً توسط جريان مغناطيسي ( جريان بدون بار) و در ثاني توسط برابر نبودن منحني مغناطيسي ترانسفورماتورهاي جرياني كه در دو طرف ترانسفورماتور نصب شده است مخصوصاً در جريان خيلي زياد ايجاد مي‌شود.
حفاظت يش توسط رلة ديفرنسيال ، در حالت عادي و نرمال، مجموع جريانهايي كه از يش گرفته مي‌شود برابر جريانهايي است كه به سيش وارد مي‌شود. يا بعبارت ديگر مجموع برداري جريانهاي كلية انشعابهاي شيي صفر است. در موقع بروز خطا درسيش، مجموع جريانها صفر نمي‌شود، بلكه جريان باقيمانده‌اي بوجود مي‌آيد كه مي‌توان از آن جهت حفاظت شي استفاده كرد.
از رلة ساده ديفرنسيال بعلت ناپايدار بودن آن در مقابل خطاهاي ترانسفورماتور جريان در موقع عبور جريان اتصال كوتاه نمي‌توان در حفاظت استفاده كرد از اينجهت براي حفاظت شي از رلة ديفرنسيال پايدار مخصوصي استفاده مي‌شود. براي پايدار كردن رله، مجموع قدرمطلق تمام جريانها تشكيل داده مي‌شود. كه اين عمل توسط يكسو كردن يكايك جريانها و جمع كردن آنها بوسيله مدار جمع ‌كننده انجام مي‌گيرد. در حفاظت شي‌هاي چندتايي بايد نحوة حفاظت طوري باشد كه هر كدام از شي ها داراي وسيلة حفاظتي مخصوص بخود باشد از اين جهت براي حفاظت شيني‌هاي چندتايي به تعداد سيش‌هاي رلة ديفرنسيال لازم است و هر كدام از اين رله‌ها با يك رله فرعي كه از سيش مخصوص خود ( توسط سكسيونر همان شي) فرمان مي‌گيرد مرتبط است.
حفاظت شبكة فشارقوي توسط رله ديفرنسيال (روش مقايسه) بدو دسته طول، براي سيمهاي موازي ( سيش دوبل) تقسيم مي‌شود. اين طريقه حفاظت به جهت اينكه فقط خطاي موجود در محدودة خود را تعيين مي‌كند و نمي‌تواند حتي بعنوان رزرو، حفاظت قسمتهاي ديگر شبكه را بعهده بگيرد نسبت به رله‌هاي ديگر مثل رلة جريان زياد زماني و رلة ديستانس در درجة دوم اهميت قرار دارد. لذا از اينجهت هيچگاه سيمي را فقط با روش مقايسه حفاظت نمي‌كنند. بلكه هميشه اين روش حفاظتي در كنار رلة جريان زياد زماني و يا رلة ديستانس در شبكه بكار برده مي‌شود.

كليد‌هاي فشار قوي برحسب وظايفي كه بعهده دارند به دسته‌هاي
1. كليد بدون بار يا سكسيونر
2. كليد قابل قطع زير بار يا سكسيونر قابل قطع زيربار
3. كليد قدرت يا ديژنكتور Circuit Breaker

انواع كليدهاي قدرت C.B :
1. كليد روغني كه از متداولترين كليدهاي فشارقوي با قدرت قطع بالا مي‌باشد.
در كليد روغني در درجة اول از روغن بعنوان عايق استفاده مي‌شود و بدين جهت هر چه فشار الكتريكي شبكه بيشتر باشد حجم روغن داخل كليد نيز زيادتر مي‌گردد. بطوريكه وزن روغن در كليد روغني KV 220 نزديك به 20 تن مي‌رسد و همين حجم زياد روغن يكي از بزرگترين معايب اين كليد بخصوص در مواقع آتش‌سوزي است.
كليد قدرت علاوه بر اينكه جريان اتصال كوتاه را قطع مي‌كند، بايد قادر باشد مدار اتصال كوتاه شده را نيز به شبكه برق وصل كند يا بعبارت ديگر در زير اتصال كوتاه وصل شود. از آنجا كه در اين حالت در لحظة وصل جريان اتصال كوتاه ضربه‌اي شديد از كليد مي‌گذرد. در اطراف كليد حوزة الكترومغناطيسي شديدي ايجاد مي‌شود كه سبب لرزش كشاكتها و كم شدن سطح تماس كشاكتها مي‌شود كه نتيجة آن بوجود آمدن نقطه جوشهايي در سطح كشاكتها و از كار افتادن كليد مي‌شود. براي جلوگيري از اين ارتعاشات بخصوص در كليدهاي فشارقوي هر قطب كليد داراي محفظة احتراق مخصوص بخود مي‌باشد.

2. كليد كم روغن ، در موقع جدا شدن دو كشاكت كليد زير بار دو محفظة روغني جرياني كه از آخرين نقطة تماس فلزي كشاكت مي‌گذرد باعث گداخته شدن و تبخير فلز ( مس) مي‌شود و با آن پايه و اساس جرقه يا قوس الكتريكي بين دو كشاكت جدا شده گذاشته مي‌شود. حرارت زياد جرقه روغن اطراف قوس را تبخير و ايجاد يك حباب گازي يا فشار زياد مي‌كند اين حباب گازي از لايه‌هاي مختلفي تشكيل شده كه از ديدگاه روغني به طرف مركز قوس عبارتند از :
الف ـ لاية بخار مرطوب روغن
ب ـ لاية بخار داغ و خشك
ج ـ لاية اطراف قوس مركب از C2H2 و H2 و H با حرارتي در حدود 1000 تا 5000 درجه كلوين .
كه كليد كم روغن بدو صورت قطع جريان كم و قطع جريان زياد بكار مي‌رود، كه اكثر كليدهاي كم روغن بر پايه قطع جريان زياد ساخته مي‌شوند بدين جهت كه ايجاد فشار و به جريان انداختن گاز در يك زمان معين و حساب شده شما راه حل صحيح قطع جرقه در روغن است . لذا قطع سريع جرقه در زمان يك نيمه پريود علاوه بر اينكه براي تأسيساتي برق بسيار مهم و با ارزش است، در ساختمان خود كليد نيز بسيار مؤثر است. زيرا بعلت قطع فوري جرقه اثرات حرارتي و مكانيكي آن نيز بر روي كشاكتها و محفظة احتراق كوچكتر مي‌شود و علاوه بر اينكه دوام كليد را بالا مي‌برد خود كليد نيز ارزان تهيه مي‌شود.
3. كليد اكسپانزيون:كليد راست كه در آن از آب بعنوان مادة خاموش ‌كنندة جرقه استفاده شده است و بهمين جهت اغلب كليد آبي ناميده مي‌شود. يكي از بهترين خواص اين كليد اين است كه چون آب داخل محفظة احتراق قابل اشتعال نيست هيچگونه انفجاري كليد را تهديد نمي‌كند و مانند كليدهاي روغني باعث آتش‌سوزي نمي‌شود.
هر قطب كليد داراي يك محفظة احتراق مخصوص خود است كه با مقداري آب و ماده ضريح پر شده است. محفظة احتراق كليد توسط دو رينگ الاستيكي ثابت نگهداشته مي‌شود و در صورتيكه فشار داخل محفظه بعلت تراكم گاز از حد معيني تجاوز كرد محفظة احتراق قدري بطرف بالا كشيده مي‌شود. و مقداري از گاز داخل محفظه به بيرون راه پيدا مي‌كند و در آب سرد محفظة ديگر تقطير مي‌شود.
در كليدهاي اكسپانزيون با ولتاژ زياد بجاي آب از روغن مخصوص كه نقطة اشتعال آن خيلي بالاست استفاده مي‌شود.
4. كليد هوائي : در كليدهاي قبلي مادة اولية خاموش كنندة جرقه مايع است و چون در اين نوع كليدها عواملي كه در خاموش كردن جرقه مؤثر هستند در اثر انرژي خود جرقه از تجزية روغن تهيه و آماده مي‌شوند، همه آنها كم و پيش تابع شدت جريان زمان قطع هستند. بعباردت ديگر قدرت جرقه تابع شدت جريان است. ولي در كليد هوائي اولاً براي خاموش كردن جرقه و خارج كردن يونها و خنك كردن جرقه از هواي سرد تحت فشار استفاده مي‌شود و در ثاني اين تنها كليدست كه قدرت خاموش كنندگي آن مستقل از جريان است و فقط تابع هواي كمپرس شده ايست كه قبلاً در يك منبع ذخيره شده و با فشار ثابت و مقدار ثابت براي هر شدت جرياني بداخل محفظة احتراق هدايت مي‌شود.
در كليدهاي هوائي بخصوص در فشار كم و متوسط ، كشاكت ثابت معمولاً بصورت قيف ساخته مي‌شود كه در داخل آن كشاكت ميله‌اي متحرك جاي مي‌گيرد و با تماس با آن كليد بسته مي‌شود. در موقع قطع كليد، كشاكت ميله‌اي از كشاكت ثابت جدا مي‌شود و اين دو كشاكت ابتدا در هواي ساكن موجود در محفظه جرقه حاصل مي‌گردد، طول اين قوس را كوتاه نگه مي‌دارند تا كار كليد كوچك شود. در ضمن بايد فاصلة دو كشاكت بحدّي باشد كه پس از خاموش شدن جرقه اين فاصله بتواند فشار برگشت شده‌ روي دو كشاكت را حفظ كند. بعبارت ديگر بايد فاصلة هوائي دو كشاكت استقامت الكتريكي كافي براي ولتاژ شبكه را داشته باشد.
5. كليد گاز سخت ( جامد) در پستها و شبكه‌هاي برق كوچك كه داراي تأسيساتي محدود و فاقد دستگاه كمپرسور و تهيه هواي فشرده مي‌باشند نصب كليدهاي هوائي اطراف اهوار فشرده) مقرون به صرفه نيست و بدين جهت اغلب از كليه اكسپانزيون (آبي) و يا از كليد گاز جامد نيز مانند كليدهاي روغن و كم روغن، گازي كه باعث خاموش كردن و برنگشتن جرقه مي‌شود، توسط خود جرقه بوجود مي‌آيد. لذا قدرت قطع اين كليد نيز تابع شدت جريان قطع است.
كليد گاز جامد جريان خيلي زياد را در اولين نيم پريود بمحض عبور جريان از عنصر و درست در همان موقعي كه لوله كشاكت دهندة مجراي خروجي گاز را باز مي‌كند قطع مي‌نمايد در صورتيكه جرقه جريانهاي كم و در فاصله بيشتر دو كشاكت و در زمان دومين نيمه موج قطع مي‌شود. اين كوتاه بودن زمان جرقه بعلت گاز شديدي است كه از عايق‌ها متصاعد مي‌شود و بهمين جهت سطوح ميله و لولة جرقه‌گير عايق نيز خيلي زود فرسوده و و مستحمل نمي‌شود. معمولاً پس از هر چند صدبار قطع احتياج به تعويض پيدا مي‌كنند. اين كليدها براي اختلاف سطح تا kg20 و قدرت قطع تا muA 200 ساخته مي‌شوند.

6. كليد SF6 : در اين نوع كليد از گاز SF6 بعنوان مادة خاموش كنندة جرقه و عايق بين دو كشاكت و نگهدارندة ولتاژ استفاده شده است. گاز SF6 الكترونهاي آزاد را جذب مي‌كند و ايجاد يون منفي بودن تحرك مي‌كند در شچه مانع ايجاد ابربهمني الكترونها كه باعث شكست عايق و ايجاد جرقه مي‌شود مي‌گردد. بطوريكه استقامت الكتريكي گاز SF6 به 2 تا 3 برابر استقامت الكتريكي هوا مي‌رسد. گاز SF6 از نظر شيميايي كاملاً با ثبات است وصل تركيبي آن خيلي كم و غير رسمي مي‌باشد و تقريباً 5 برابر هوا وزن دارد و در مقابل حرارت زياد نيز پايدار و غيرقابل اشتعال است.
اين كليد داراي يك كمپرسور و محفظة احتراق مي‌باشد در اين كليد از يك كشاكت ثابت و يك كشاكت متحرك استفاده نشده است بلكه قسمت اصلي كليد تشكيل شده از دو لولة ثابت كه به فاصلة معيني متناسب با ولتاژ نامي كليد در مقابل هم قرار گرفته‌اند. ارتباط اين دو لوله در حالت وصل كليد توسط موف انگشتانه مانند فلزي بنام موف اتصالي انجام مي‌گيرد. كمپرسور تشكيل شده از يك سيلندر عايق پر از گاز كه بوسيلة ميلة فرمان مخصوصي بطرف پايين و بالا حركت مي‌كند و در ضمن باعث قطع و وصل كليد نيز مي‌شود.
در قسمت تحتاني اين سيلندر عايق يك پيستون رينگ مانند بطور ثابت نصب شده است. اين مجموعه در موقع قطع كليد مانند يك كمپرسور و انژكتور عمل مي‌كند. با اين تفاوت كه گاز داخل كمپرسور با فشردن پيستون متراكم نمي‌شود، بلكه با پايين آمدن لولة سيلندري فشرده و متراكم مي‌شود . در موقع قطع كليد، كمپرسور كه در حقيقت بعنوان دستگاه تراكم كننده و دمنده گاز عمل مي‌كند بوسيلة اهرمي كه فرمان قطع را اجرا مي‌كند بطرف پايين كشيده مي‌شود. در اين حالت گاز SF6 داخل كمپرسور متراكم مي‌شود و موقعي كه گاز تراكم لازم براي مجراي ورود گاز از دو طرف جرقه باز مي‌شود و كمپرسور تبديل به انژكتور مي‌گردد. گاز تحت فشار بطور عمودي بر قوس وارد شده و در امتداد طول قوس در داخل لوله‌ها جريان پيدا مي‌كند و باعث قطع سريع جرقه در زمان عبور جريان از صفر مي‌شود. سپس از قطع كامل جريان سيلندر عايق كمپرسور در محل معين بطور ثابت قرار مي‌گيرد. در موقع وصل كليد سيلندري عايق مجدداً بالا مي‌رود و فضاي فال آن از گاز SF6 پر مي‌شود و كليد آماده براي قطع مجدد مي‌گردد. براي ولتاژهاي 130 k و 230k فرمان قطع و وصل كليد هيدروكيل است.

7. كليد خلاء : اصولاً الكترونهاي آزاد باعث هدايت جريان در فلزات و ايجاد قوس الكتريكي در عايق‌ها مي‌شوند. لذا در خلاء كامل چون هيچ عنصري وجود ندارد كه حاصل الكترونها باشد، بايد جدا شدن دوكشاكت فلزي جريان دار به احتمال قوي بدون ايجاد جرقه انجام بگيرد. لذا كليدهاي فشار قوي كه كشاكتهاي آن در خلاء از هم جدا شوند ساخته و از سه قسمت اصل زير تشكيل شده است :
1. كپسول خلاء از فولا و كرم نيكل با كشاكتورها
2. نگهدارند] کشاکتورها و ایزولاتورها
3. وسایل مکاکنیل رسانای فرمان قطع و وصل.
کشاکتهای اتصال دهنده این کلید در یک کپسول فلزی خلاء شده قرار دارند و عمل قطع و وصل کلید در این کپسول و در خلاء کامل انجام می گیرد. بعلت فشار خیلی کم داخل کپسول ( در حدود Bar ) فاصل] دو کشاکت کلید خلاء در حالت قطع برای فشار تا 30kv خیلی کم و در حدود 20 mm است در نتیجه بعلت کوچک بودن طول جرقه (20 mm) و هدایت خوب پلاسما و کوتاه بودن زمان جرقه که ماکزیمم از 6 ms تجاوز نمی کند. انرژی قوس الکتریکی در این کلید خیلی کوچکتر از کلیدهای مشابه دیگر می باشد. با توجه به اینکه اغلب قوس قبل از رسیدن جریان به صفر قطع می شود، می توان کلید را با وسیله قطع و وصل سریع مجهز کرد.

+ نوشته شده در دوشنبه بیست و سوم مهر ۱۳۸۶ساعت 11:11 توسط مرتضی شهبازی |

ژنراتورها

اساس كار رله ديستانس

پیوندهای روزانه

نوشته های پیشین

آرشیو موضوعی

نویسندگان

پیوندها