انرژي الكتريكي

گزارش كارآموزي اداره برق منطقه اي كوار

گزارش كارآموزي اداره برق منطقه اي كوار

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                    صفحه

مقدمه ............................................................................................................................................  1

يك نمونه اتصال الكتريكي به زمين در كنار مجراي عبور آب ..................................... 2

ارتباطات راديويي ....................................................................................................................... 3

تاسيسات سيم كشي قدرت ................................................................................................... 4

انتقال انرژي الكتريكي .............................................................................................................. 5

زمين كردن و صفر كردن در  .......................................................... 6

زمين كردن الكتريكي سه نوع است .................................................................................. 9

شبكه زمين ................................................................................................................................. 10

طراحي شبكه زمين در حالت ماندگار ................................................................................. 11

انواع اتصالي ................................................................................................................................. 24

انواع رله و كاربرد آن  ............................................................................................................... 25

پست  ............................................................................................................................................ 29

معايب پستها با عايق گازي ..................................................................................................... 30

راكتور ها ...................................................................................................................................... 38

برق گير ...................................................................................................................................... 38

حفاظت ......................................................................................................................................... 39

معرفي گرايش هاي پست توزيع ........................................................................................... 40

پست هاي سيستم انتقال ....................................................................................................... 41

استخرهاي قدرت الكتريكي .................................................................................................... 44

توزيع انرژي الكتريكي .............................................................................................................. 46

انواع پستهاي فشار قوي از نظر عملكرد .............................................................................. 52

كليدهاي قدرت (بريكر) ........................................................................................................... 56

ويژگيهاي مشترك بريكرها ...................................................................................................... 57

دسيكانكت( .....ونر): Discon nect ............................................................................ 60

ترانسفورماتور ولتاژ: (P.T) ..................................................................................................... 64

دلايل اتصال كوتاه شدن ثانويۀ C.T ................................................................................... 68

عايق هاي بكار رفته در C.T ها ........................................................................................... 69

آثار وقوع خطا  ........................................................................................................................... 83

هدف از طراحي يك سيستم حفاظتي ................................................................................ 84

مشخصات و خصوصيات سيستم حفاظت ........................................................................... 88

تعاريف مقدماتي در رله هاي حفاظتي ................................................................................. 92

رله فوق جرياني : Over Current relays ................................................................. 93

**انواع رله هاي جريان زياد از لحاظ منحني مغناطيسي ............................................ 94

مقدمه

در مهندسي برق، واژه زمين يا ارت با توجه به كاربردهاي آن داراي معاني متفاوتي است. زمين در يك مدار الكتريكي مي‌تواند نقش يك نقطه مبدا را داشته باشد كه بر طبق آن بقيه ولتاژهاي الكتريكي را اندازگيري مي‌كنند. واژه زمين همچنين به مسيري كلي براي بازگشت جريان به منبع نيز اطلاق مي‌شود. اين واژه در مورد يك اتصال مستقيم به زمين نيز مورد استفاده قرار مي‌گيرد.يك مدار الكتريكي ممكن است به دلايل مختلفي به زمين متصل شده باشد. در مدارهاي قدرت اين اتصال‌ها معمولا براي بالا بردن ايمني و محافظت افراد يا دستگاه‌ها از تاثيرات معيوب بودن عايقكاري هادي‌ها ايجاد مي‌شود. اتصال به زمين در مدارهاي قدرت از آسيب ديدن عايق‌هاي مدار در اثر افزايش ولتاژ بين زمين و مدار جلوگيري كرده و اين ولتاژ را در يك حد معين محدود مي‌كند. از اتصال زمين براي جلوگيري از افزايش الكتريسيته ساكن در هنگام حمل مواد قابل اشتعال يا تعمير تجهيزات الكترونيكي نيز استفاده مي‌كنند. در برخي از انواع تلگراف‌ها و شبكه‌هاي انتقال زمين به تنهايي نقش يكي از هادي‌ها را ايفا مي‌كند و به عنوان مسير بازگشت جريان به منبع مورد استفاده قرار مي‌گيرد با اين كار در هزينه ايجاد يك خط جداگانه براي بازگشت جريان صرفه‌جويي مي‌شود. در اندازگيري از زمين به عنوان يك پتانسيل الكتريكي ثابت استفاده مي‌كنند كه با توجه به اختلاف پتانسيل هر قسمت از مدار از زمين ميزان پتانسيل آن قسمت را مشخص مي‌كنند. يك زمين الكتريكي بايد از ظرفيت انتقال جريان مناسبي برخوردار باشد تا بتوان از آن به عنوان مبدا صفر ولتاژ استفاده كرد.

يك نمونه اتصال الكتريكي به زمين در كنار مجراي عبور آب

معني واژه زمين يا ارت در برق و الكترونيك بسيار گسترده‌است و حتي ممكن است در وسايل نقليه‌اي مانند كشتي، هواپيما يا فضاپيما كه عملا اتصال مشتركي با زمين ندارند نيز از اين واژه به عنوان پتانسيل صفر استفاده شود.

تاريخچه

سيستم الكترومغناطيسي تلگراف راه دور كه از سال ۱۸۲۰ مورد استفاده قرار مي‌گرفت از دو يا چند سيم براي انتقال پيام‌ها به صورت پالس‌هاي الكتريكي استفاده مي‌كرد. سپس اين موضوع روشن شد (احتمالا به وسيله دانشمند آلماني استين‌هيل) كه از زمين مي‌توان به عنوان مسير برگشت براي كامل كردن مدار پيام‌ها استفاده كرد؛ به اين ترتيب نيازي به سيم بازگشت نخواهد بود اما اين روش در طول مسيرهاي درون‌قاره‌اي كه در سال ۱۸۶۱ بين سنت ژوزف، ميسوري و ساكرامنتو كاليفرنيا ايجاد شده بود يك مشكل داشت. در طول فصل‌هاي خشك سال به علت خشك بودن زمين مقاومت آن به شدت افزايش مي‌يافت كه باعث اختلال در كاركرد تلگراف مي‌شد.

بعدها زماني كه تلفن مي‌رفت تا جايگزين تلگراف شود اين نكته روشن شد كه جرياني كه به وسيله شبكه‌هاي قدرت، خطوط راه‌آهن برقي و ديگر مدارهاي تلفن و تلگراف ايجاد مي‌وشد موجب ايجاد اختلال در سيگنال‌هاي فرستاده شده مي‌شود و به اين ترتيب استفاده از سيستم‌هاي دو سيمه دوباره جايگزين شد.

ارتباطات راديويي

اتصال الكتريكي به زمين مي‌تواند به عنوان يك مبدا پتانسيل الكتريكي براي سيگنال‌هاي فركانس راديويي در نوع خاصي از آنتن مورد استفاده قرار گيرد. قسمتي كه مسقيما با زمين در ارتباط است مي‌تواند از يك جسم ساده مانند يك ميله هادي كه در زمين فرورفته تشكيل شده باشد و يا از اتصال با لوله‌هاي فلزي آب ايجاد شده باشد (در اين موارد اين خطر وجود دارد كه بعدها لوله‌ها با لوله‌هاي پلاستيكي تعويض شوند). يك الكترود زمين ايده‌آل بايد صرف نظر از ميزان جرياني كه به زمين وارد مي‌شود يا از آن خارج مي‌شود هنواره ولتاژي برابر صفر داشته باشد. در واقع ميزان مقاومت يك سيستم زمين است كه مي‌تواند كيفيت آن را مشخص مي‌كند و اين كيفيت را مي‌توان به راه‌هاي مختلفي افزايش داد براي مثال با افزايش سطح در تماس الكترود با زمين، افزايش عمق دفن الكترود، استفاده از ميله‌هاي الكترود متعدد، افزايش رطوبت زمين، افزايش ميزان مواد معدني رسانا در خاك و يا افزايش سطح پوشيده شده به وسيله سيستم زمين مي‌توان مقاومت زمين را كاهش داد.برخي سيستم‌هاي آنتن‌هاي فرستنده در VLF، LF، MF و يا پايين‌تر از رنج SW براي عملكرد مناسب خود نيازمند يك زمين خوب هستند. براي مثال يك آنتن عمودي تك قطب نيازمند يك سيستم زمين است كه معمولا از شبكه‌اي به هم پيوسته از سيم‌ها كه به طور شعاعي از مركز به فاصله تقريبا برابر با طول آنتن دور مي‌شوند، تشكيل شده‌است. در برخي موارد اين سيستم زمين در بيرون تقويت مي‌شود تا از تلفات جلوگيري شود.

تاسيسات سيم كشي قدرت

با وصل بدنه تجهيزات الكتريكي بروز خطا در هر يك از تجهيزات موجب جاري شدن جريان در سيم زمين شده و از برق دار شدن بدنه جلوگيري مي‌كند. يك اتصال مناسب به زمين بايد مقاومت پاييني داشته باشد تا در صورت بروز خطا، جريان جاري در زمين موجب عمل كردن سيستم حفاظت در شبكه شود. با وصل تمامي اجسام هادي در خطر برقدار شدن مي‌توان از بروز شوك الكتريكي در اثر تماس با اين اجسام جلوگيري كرد.

سيم زمين سيمي است كه (مستقيماً يا غير مستقيم) به يك يا چند الكترود زمين اتصال دارد. اين الكترودها ممكن است در نزديكي محل استفاده از سيم زمين يا در محلي دورتر قرار داشته باشند. اين سيم زمين معمولا (نه هميشه) به سيم نول وصل مي‌شود. همچنين ممكن است اين سيم به شبكه لوله‌كشي شده ساختمان نيز متصل شده باشد تا مقاومت كمتري را ايجاد كند. استفاده از لوله‌هاي آب براي اتصال به سيستم زمين با گسترش استفاده از لوله‌هاي غير فلزي مثل لوله‌هاي PVC در برخي كشورها ممنوع شد.

تجهيزات الكتريكي ثابت معمولا از اتصال زمين دائمي برخوردارند. تجهيزات قابل حمل كه داراي بدنه فلزي هستند از يك پين مخصوص براي وصل سيم زمين استفاده مي‌كنند. اندازه هادي زمين معمولا با استفاده از استانداردها و مقرارت مربوط به حفاظت الكتريكي تعيين مي‌شود.

انتقال انرژي الكتريكي

برخي از سيستم‌هاي انتقال HVDC از زمين به عنوان سيم برگشت استفاده مي‌كنند. اين كار به ويژه در مورد خطوط كابلي زير آبي مورد استفاده قرار مي‌گيرد چراكه آب دريا يك هادي مناسب است. در اين حالت براي ايجاد اتصال با زمين از الكترودهاي دفن شده در زمين استفاده مي‌شود. محل قرار گرفتن اين الكترودها بايد با دقت انتخاب شود تا از خوردگي شيميايي الكترودها و تاسيسات زير زميني تا جاي ممكن كاسته شود.

در سيستم‌هاي توزيع تك سيم با برگشت زمين (Single Wire Earth Return/SWER) با استفاده از يك سيم قدرت در شبكه‌هاي قدرت در هزينه‌ها صرفه‌جويي مي‌شود. اين روش معمولا در مناطق روستايي مورد استفاده قرار مي‌گيرد تا خطرات ناشي از برگشت جريان زياد در زمين موجب خسارت نشود.

يكي از نگراني‌هاي خاص در طراحي پست‌هاي الكتريكي افزايش پتانسيل زمين است. زمانيكه جريان بسيار بزرگ ناشي از خطا در شبكه به زمين تزريق مي‌شود ممكن است پتانسيل الكتريكي در مناطق مجاور محل تزريق جريان نسبت به مناطق ديگر بالا رود. اين اتفاق به دليل محدود بودن ضريب هدايت در لايه‌هاي خاك رخ مي‌دهد. اين تغيير پتانسيل در زمين مي‌تواند آنقدر زياد باشد كه دو نقطه نزديك به هم بر روي زمين داراي ولتاژي با اختلاف بالا باشند. اين اختلاف ولتاژ مي‌تواند خطراتي را براي افرادي كه در آن منطقه بر روي زمين ايستاده‌اند ايجاد كند (به دليل افزايش ولتاژ گام). همچنين لوله‌ها، نرده‌ها يا سيم‌هاي ارتباطي داخل پست نيز دچار اختلاف ولتاژ مي‌شوند كه مي‌تواند ولتاژ تماس با اين اشيا را تا حد خطرناكي بالا ببرد.

زمين كردن و صفر كردن در تاسيسات الكتريكي

زمين كردن حفاظتي عبارتست از زمين كردن كليه قطعات فلزي تأسيسات الكتريكي كه در ارتباط مستقيم (فلزبافلز) با مدار الكتريكي قرار ندارند.

در تأسيسات برقي دو نوع زمين كردن وجود دارد كه ما يكي را زمين كردن حفاظتي و ديگري را زمين كردن الكتريكي مي ناميم .

۱) زمين كردن حفاظتي :

مين كردن حفاظتي عبارتست از زمين كردن كليه قطعات فلزي تأسيسات الكتريكي كه در ارتباط مستقيم (فلزبافلز) با مدار الكتريكي قرار ندارند. اين زمين كردن بخصوص براي حفاظت اشخاص درمقابل اختلاف سطح تماسي زياد به كار برده مي شود . بدين منظور در پست هاي فشار قوي بايد تمام قسمت هاي فلزي كه در نزديكي و همسايگي با فشار قوي قرار گرفته اند و مكان تماس عمدي يا سهوي با آن ها موجود است، به تأسيسات زميني كه براي اين منظور احداث شده است (زمين حفاظتي ) متصل و مرتبط گردند. اين قسمت ها عبارتند از ستون ها و پايه هاي فلزي ، درب ها و نرده هاي فلزي، قسمت هاي فلزي دسترس تمام دستگاه هاي اندازه گيري ، ايزولاتورها، مقره هاي عبور، بخصوص قسمت هاي فلزي كه براي كاركردن با دستگاه ها بايد با آنها لمس كرد و در دست گرفت ، مثل چرخ هاي فرمان انواع و اقسام تنظيم كننده ها و رگولاتور، دسته كليدها وغيره. زيرا در اين قسمت ها در اثر عبور جريان خيلي كم نيز عضلات دست به طوري منقبض مي شود كه بازكردن و رهايي پيدا كردن از آن غير ممكن و محال به نظر ميرسد و عاقبتي وخيم و اسفناك براي تماس گيرنده به پيش خواهد داشت . بدين منظور و براي جلوگيري از هر حادثه اي بايد زمين حفاظتي به نحوي تأسيس گردد كه قسمتي از مسير جريان كه توسط تماس اعضاي بدن انسان اتصالي مي شود (دست وپا و يا دو دست يا دوپا ) داراي تفاوت پتانسيل يا افت ولتاژ زياد نباشد. افت ولتاژ بستگي به شدت جريان و مقاومت مسير جريان دارد. لذا براي كوچك نگه داشتن افت ولتاژ بايد مقاومت مسيرجريان حتي المقدور كوچك نگه داشته شود. به طور مثال اگر يك مقره عبور كه در ديوار مرطوبي نصب شده است، بشكند و سيم فشار قوي با ديوار تماس پيدا كند و جريان اتصال زمين در اين حالت ۲۵ آمپر و مقاومت هرمتر ديوار ۱۰ اهم باشد،مابين دو نقطه از ديوار كه انسان با آن تماس دارد (فاصله دست و پا تقريبا ۲ متر است) اختلاف سطحي برابر با:

U = I * R = ۲۵ * ۲ *۱۰ = ۵۰۰ volt

به وجود مي آيد كه مسلما براي انسان خطرناك است ولي اگر پايه فلزي مقره كه به ديوار محكم شده به وسيله يك سيم نسبتا ضخيم به زمين وصل شود، در موقع اتصال بدنه يا اتصال زمين ، قسمت عمده جريان اتصالي از اين سيم عبورخواهد كرد و كليه قسمت هاي ديوار هم پتانسيل سيم در آن نقطه قطع خواهد شد. لذا افت ولتاژ در امتداد ديوار ناچيز شده و براي انسان خطري ايجاد نخواهدكرد . عامل مؤثر خطر براي انسان يا هر موجود زنده ديگر جريان مي باشد كه البته وجود اختلاف سطح است كه باعث عبور اين جريان ميگردد. در فشار ضعيف جريان هاي ۱ تا ۱/۰ آمپر كه از قلب مي گذرد، خطر جاني دارد.

جهت اطلاعات بيشتر در مورد مرزها و عكس العمل بدن به يادداشتهاي ايمني در برق در آرشيو مرداد مراجعه نماييد .

براي نجات برق زده بلادرنگ از تنفس مصنوعي كمك گرفته شود كه بهترين نوع آن از راه دهان به دهان است . شدت جريان مهلك و مقاومت بدن انسان ها متفاوت است . مقاومت بين اعضاي مختلف بدن انسان به طور متوسط برابر است با:

دست و دست : تقريبا ۴۰۰۰ اهم

دست و پا : تقريبا ۴۵۰۰ اهم

پا و پا : تقريبا ۶۵۰۰ اهم

هر دو دست و دو پا : تقريبا ۱۸۰۰ اهم

درضمن اگر بدن مرطوب بوده و دست ها عرق كرده باشد باعث كم شدن مقاومت و عبور جريان زيادتري مي شود ، لذا مي توان گفت كه حتي اختلاف سطح ۲۰ ولت نيز محسوس و اختلاف سطح ۶۰ ولت ممكن است خطر جاني داشته باشد . در برق گرفتگي فشارقوي جريان هايي از ۱ تا ۱۰۰ آمپر و بيشتر ممكن است از بدن انسان عبوركند بدون اين كه مستقيما باعث از كار افتادن قلب شود. ولي درعوض اين جريان هاي شديد باعث خراب كردن و سوزاندن بافت هاي بدن به خصوص تجزيه آب بدن مي شود و به كليه آسيب فراوان مي رساند . در ضمن عبور جريان زياد از بدن باعث سوزاندن محل ورود و زخم برداشتن عميق درمحل خروج جريان مي شود كه ممكن است متعاقبا منجر به مرگ گردد .

در خاتمه بد نيست متذكرشويم كه بعضي از حيوانات بخصوص اسب ها در مقابل جريان هاي زمين حساس تر و مستعدتر از انسان ها مي باشند كه شايد اين مستعد بودن به علت بزرگتر بودن فاصله قدم آنها و اختلاف سطح قدمي كه آنها از زمين برداشت مي كنند ، باشد.

۲) زمين كردن الكتريكي :

زمين كردن الكتريكي يعني زمين كردن نقطه اي از دستگاه هاي الكتريكي و ادوات برقي كه جزئي از مدار الكتريكي مي باشند. مثل زمين كردن مركز ستاره سيم پيچي ترانسفورماتور و يا ژنراتور و يا زمين كردن سيم وسط يا سيم مشترك دو ژنراتور جريان دايم سري شده . زمين كردن الكتريكي دستگاه ها به خاطر كار صحيح دستگاه ها و جلوگيري از ازدياد فشارالكتريكي فازهاي سالم نسبت به زمين در موقع تماس يكي از فازها با زمين مي باشد.