بررسی طراحی و سیستم های حفاظتی پست ۶۳ _ ۲۳۰ کیلو ولت

بخشی از فهرست مطالب پروژه بررسی طراحی و سیستم های حفاظتی پست ۶۳ _ ۲۳۰ کیلو ولت
فصل اول           شاخص های مهم در طراحی یک پست فشار قوی
فصل دوم          پست و انواع آن
فصل سوم         کدگذاری تجهیزات
فصل چهارم       آرایش فیزیکی ودیاگرام تک خطی    
فصل پنجم        شینه بندی
فصل ششم        ایزولاسیون ایستگاههای فشار قوی
فصل هفتم         اجزاء تشکیل دهنده یک پست فشار قوی
فصل هشتم       کلید قدرت
فصل نهم           سکسیونر
فصل دهم          ترانسفورماتور
فصل یازدهم      ترانسفورماتور زمین
فصل دوازدهم    ترانسفورماتور ولتاژ
فصل سیزدهم    ترانسفورماتور جریان
فصل چهاردهم   برقگیر
فصل پانزدهم     طراحی سیستم زمین پستهای فشار قوی
فصل شانزدهم   حفاظت
فصل هفدهم      روشنایی

مقدمه
 امروزه می توان گفت که تمام وسایل صنعتی و خانگی و تجاری بطور مستقیم یا غیر مستقیم با انرژی الکتریکی سروکار دارند که نحوه تولید و توزیع این صنعت عظیم متضمن هزینه ها، نیروها و تخصص های مختلف است. یکی از مهمترین بخشهای صنعت برق همانا طراحی و احداث پست های فشار قوی می باشد که به علل گوناگون ضروری می نماید که از جمله این علتها :
 1- مصارف صنعتی، خانگی و تجاری در تمام ساعات روز یکنواخت نمی باشند . بدین معنی‌که مصارف خانگی بیشتر در شبها مورد استفاده قرار می گیرند و مصارف تجاری بیشتر در ساعت روز و مصارف صنعتی به نسبه مصارف یکنواختی در طول شبانه روز دارند. این ناهمگونی مصارف در طول ساعات شبانه روز سبب می گردد که اگر بفرض شهری یا منطقه أی صنعتی باشد در تمام روز یکنواخت انرژی الکتریکی تولید می گردد. در حالیکه برای شهرها یا بخش هایی که عمدتاً مصارف روشنائی و خانگی دارند در ساعات شب، پیک تولید داشته باشند و در ساعات روز کمتر انرژی تولید گردد .
 2- مراکز تولید برق (نیروگاهها) متضمن هزینه های ثابت و مخارج جاری که شامل هزینه های پرسنلی و استهلاک دستگاهها و سوخت مصرفی می باشد .
 3- از آنجا که تولید انرژی الکتریکی بعواملی چون انرژی اولیه یعنی نیروی ( آب، سوخت، زغال، گازوئیل و غیره ) نیاز دارد بنابراین نیروگاهها برحسب میزان دسترسی به سوخت و انرژی های مختلف احداث می گردند. برای مثال نیروگاه آبی در جائیکه امکان ایجاد سد وجود دارد و نیروگاه بخار در نقاطی که نزدیک مراکز سوخت است ایجاد می‌گردد .
 4- چون مراکز مصرف با توجه به آنچه که در مورد بند ۳ توضیح داده شده عموماً در جوار مراکز تولید نیستند لذا لازم است برق بواصل دور منتقل شود. ولتاژ انتقالی با فاصله و قدرت مصرفی بستگی دارد. بطور کلی هر چقدر طول مسیر یا قدرت انتقالی بیشتر باشد ولتاژ بیشتر مورد نیاز است .
 5- برای اینکه بتوان از انرژی الکتریکی که مورد نیاز مثلا"درنقطه A نمی باشد درمحل دیگری مانندB استفاده کرد لازم است که شبکه ارتباط دهنده ما مرکز تولید و مصرف مانند شبکه سراسری برق ایران وجود داشته باشد .
 6- چون لازم است که از یک طرف در نقاط مختلف ( تولید، انتقال و توزیع ) ولتاژهای متفاوت داشته باشیم و از طرف دیگر شبکه ارتباطی وجود داشته باشد بنابراین مراکزی که این اعمال ( وصل کردن و تبدیل سطح ولتاژ هر نقطه با نقاط مختلف دیگر ) را بتوانند انجام دهند ضرورت پیدا می‌‌کند که این مراکز به پست های فشار قوی موسوم است .

تاریخچه صنعت برق
       تولید الکتریسیته ساکن و تحقیقات اولیه توسط فیزیکدانی بنام کولن و پس از آن در سال ۱۷۹۹ تولید الکتریسیته جاری توسط الکساندر ولتا با ساخت یک نوع باطری به مرحله اجرا درآمد که با پیشرفت علم در سال ۱۸۸۲ در اشتوتگارت آلمان برای اولین بار نیروگاهی ساخته شد که فقط قادر بود روشنایی چند خانه را تامین نماید.
       در سال ۱۸۹۱ اولین خط سه فازه به طول ۱۷۵ کیلومتر با ولتاژ ۱۵ کیلوولت کشیده شد که پس از گذشت ۲۰ سال این ولتاژ به ۱۱۰ کیلوولت و پس از ۵۰ سال خطوط ۴۰۰ کیلوولت مورد بهره برداری قرار گرفت و در همان سال در شوروی سابق خطوط ۵۰۰ کیلوولت و در سال ۱۹۶۵ خط ۷۳۵ کیلوولت در کانادا مورد بهره برداری قرار گرفت که با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی ولتاژ انتقال پیوسته رو به فزونی بوده و در حال حاضر انتقال نیرو به وسیله سیستم سه فازه با امکانات موجود بیش از ۱۰۰۰ کیلوولت می باشد .
تولید برق در کشورمان در سال ۱۲۸۳ هجری – شمسی با بهره برداری از یک مولد ۴۰۰ کیلوواتی که توسط یک تجار ایرانی بنام حاج امین تهیه و در خیابان چراغ برق تهران نصب گردید. و متعاقب آن در سال ۱۳۱۶ مدرسه برق تهران تحت نام دایره روشنایی تهران که زیر نظر بلدیه اداره می گردید به اداره برق تهران تغییر نام یافت و در همین سال مولد ۶۰۰۰ کیلوواتی زیر نظر شهرداری شروع بکار نمود و در سا ۱۳۳۲ این ارگان موفق به راه اندازی دو واحد دیزل ۲ مگاواتی و در سال ۱۳۳۸ نیروگاه طرشت با ۴ واحد توربین بخار بقدرت هر واحد ۵/۱۲ مگاوات مورد بهره برداری قرار گرفت و در سال ۱۳۴۳ بصورت معاونت برق در وزارت مذکور ادغام گردید و در سال ۱۳۴۵ وزارت آب و برق به وزارت نیرو تغییر نام یافت .

مقدمه
 امروزه می توان گفت که تمام وسایل صنعتی و خانگی و تجاری بطور مستقیم یا غیر مستقیم با انرژی الکتریکی سروکار دارند که نحوه تولید و توزیع این صنعت عظیم متضمن هزینه ها، نیروها و تخصص های مختلف است. یکی از مهمترین بخشهای صنعت برق همانا طراحی و احداث پست های فشار قوی می باشد که به علل گوناگون ضروری می نماید که از جمله این علتها :
 1- مصارف صنعتی، خانگی و تجاری در تمام ساعات روز یکنواخت نمی باشند . بدین معنی‌که مصارف خانگی بیشتر در شبها مورد استفاده قرار می گیرند و مصارف تجاری بیشتر در ساعت روز و مصارف صنعتی به نسبه مصارف یکنواختی در طول شبانه روز دارند. این ناهمگونی مصارف در طول ساعات شبانه روز سبب می گردد که اگر بفرض شهری یا منطقه أی صنعتی باشد در تمام روز یکنواخت انرژی الکتریکی تولید می گردد. در حالیکه برای شهرها یا بخش هایی که عمدتاً مصارف روشنائی و خانگی دارند در ساعات شب، پیک تولید داشته باشند و در ساعات روز کمتر انرژی تولید گردد .
 2- مراکز تولید برق (نیروگاهها) متضمن هزینه های ثابت و مخارج جاری که شامل هزینه های پرسنلی و استهلاک دستگاهها و سوخت مصرفی می باشد .
 3- از آنجا که تولید انرژی الکتریکی بعواملی چون انرژی اولیه یعنی نیروی ( آب، سوخت، زغال، گازوئیل و غیره ) نیاز دارد بنابراین نیروگاهها برحسب میزان دسترسی به سوخت و انرژی های مختلف احداث می گردند. برای مثال نیروگاه آبی در جائیکه امکان ایجاد سد وجود دارد و نیروگاه بخار در نقاطی که نزدیک مراکز سوخت است ایجاد می‌گردد .
 4- چون مراکز مصرف با توجه به آنچه که در مورد بند ۳ توضیح داده شده عموماً در جوار مراکز تولید نیستند لذا لازم است برق بواصل دور منتقل شود. ولتاژ انتقالی با فاصله و قدرت مصرفی بستگی دارد. بطور کلی هر چقدر طول مسیر یا قدرت انتقالی بیشتر باشد ولتاژ بیشتر مورد نیاز است .
 5- برای اینکه بتوان از انرژی الکتریکی که مورد نیاز مثلا"درنقطه A نمی باشد درمحل دیگری مانندB استفاده کرد لازم است که شبکه ارتباط دهنده ما مرکز تولید و مصرف مانند شبکه سراسری برق ایران وجود داشته باشد .
 6- چون لازم است که از یک طرف در نقاط مختلف ( تولید، انتقال و توزیع ) ولتاژهای متفاوت داشته باشیم و از طرف دیگر شبکه ارتباطی وجود داشته باشد بنابراین مراکزی که این اعمال ( وصل کردن و تبدیل سطح ولتاژ هر نقطه با نقاط مختلف دیگر ) را بتوانند انجام دهند ضرورت پیدا می‌‌کند که این مراکز به پست های فشار قوی موسوم است .

تاریخچه صنعت برق
       تولید الکتریسیته ساکن و تحقیقات اولیه توسط فیزیکدانی بنام کولن و پس از آن در سال ۱۷۹۹ تولید الکتریسیته جاری توسط الکساندر ولتا با ساخت یک نوع باطری به مرحله اجرا درآمد که با پیشرفت علم در سال ۱۸۸۲ در اشتوتگارت آلمان برای اولین بار نیروگاهی ساخته شد که فقط قادر بود روشنایی چند خانه را تامین نماید.
       در سال ۱۸۹۱ اولین خط سه فازه به طول ۱۷۵ کیلومتر با ولتاژ ۱۵ کیلوولت کشیده شد که پس از گذشت ۲۰ سال این ولتاژ به ۱۱۰ کیلوولت و پس از ۵۰ سال خطوط ۴۰۰ کیلوولت مورد بهره برداری قرار گرفت و در همان سال در شوروی سابق خطوط ۵۰۰ کیلوولت و در سال ۱۹۶۵ خط ۷۳۵ کیلوولت در کانادا مورد بهره برداری قرار گرفت که با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی ولتاژ انتقال پیوسته رو به فزونی بوده و در حال حاضر انتقال نیرو به وسیله سیستم سه فازه با امکانات موجود بیش از ۱۰۰۰ کیلوولت می باشد .
تولید برق در کشورمان در سال ۱۲۸۳ هجری – شمسی با بهره برداری از یک مولد ۴۰۰ کیلوواتی که توسط یک تجار ایرانی بنام حاج امین تهیه و در خیابان چراغ برق تهران نصب گردید. و متعاقب آن در سال ۱۳۱۶ مدرسه برق تهران تحت نام دایره روشنایی تهران که زیر نظر بلدیه اداره می گردید به اداره برق تهران تغییر نام یافت و در همین سال مولد ۶۰۰۰ کیلوواتی زیر نظر شهرداری شروع بکار نمود و در سا ۱۳۳۲ این ارگان موفق به راه اندازی دو واحد دیزل ۲ مگاواتی و در سال ۱۳۳۸ نیروگاه طرشت با ۴ واحد توربین بخار بقدرت هر واحد ۵/۱۲ مگاوات مورد بهره برداری قرار گرفت و در سال ۱۳۴۳ بصورت معاونت برق در وزارت مذکور ادغام گردید و در سال ۱۳۴۵ وزارت آب و برق به وزارت نیرو تغییر نام یافت .

فصل اول
شاخص های مهم در طراحی یک پست فشار قوی

۱ –1 . مسائلی که در طرح یک پست فشار قوی باید مد نظر قرار گیرند
     1-1-1 .  پست فشار قوی باید طوری طرح و ساخته شود که بتوان عملیات لازم در پست را که عبارتند از مراقبت ، نظارت ، فرمان قطع و وصل کلیدها ، خارج کردن لوازم و اسباب و ادوات الکتریکی ، تمیز کردن شینها و مقره ها به راحتی و بدون هیچ مشکلی انجام داد .
     1-1-2 .  فواصل قطعات زیر ولتاژ نسبت به هم و نسبت به قطعات زمین شده بدنه از یک حداقل مجازی کمتر شود ، بزرگ انتخاب کردن این فواصل در ضمن اینکه از نظر الکتریکی محاسن چندانی ندارد باعث بزرگ شدن تاسیسات و سطح زیربنا نیز می گردد که مسلما مقرون به صرفه نخواهد بود .
     1-1-3 .  متصدیان پست دچار برق گرفتگی و برق زدگی در اثر برخورد جرقه و یا در اثر تماس با قطعات زیر ولتاژ نشوند . بیشتر جرقه ها و قوسهای الکتریکی در اثر قطع بی موقع سکسیونرها بوجود می آید که علاوه بر اینکه در طرح غلط مستقیما باعث برق گرفتگی شخص قطع کننده کلید می گردد پیشروی آن در امتداد شین ها نیز خساراتی به ادوات برقی تاسیسات وارد می سازد.
     با توجه به شرایط فوق هر کشوری برای تاسیس و ساختمان پست های فشار قوی دارای ضوابط و قوانین جدول و مشخصی است مثلا در آلمان پستهای فشار قوی با توجه به ضوابط و شرایطی که VDE0101 تعیین کرده است ساخته می شوند .
     البته در موقع طرح یک پست فشار قوی باید به موارد ذیل نیز توجه داشت .
     اولا : سطح زیر بنا به حداقل ممکن برسد البته بدون اینکه در فضای لازم بین دستگاه ها و فواصل آنها صرفه جویی شده باشد بلکه منظور از بکارگیری حداقل فضا برای نصب تاسیسات پست فشار قوی ، جلوگیری از هرگونه فضای خالی و تلف شده و بدون استفاده است . بدون اینکه به راهروها و محوطه لازم برای مونتاژ ، ترانسپورت و سرویس لطمه وارد شود . بدیهی است که سطح زیر بنا بستگی به سطح و قدرت اتصال کوتاه شبکه و حتی انتخاب نوع تجهیزات و شینها دارد .
     ثانیا : همیشه امکان توسعه پست در نظر گرفته شود ، منظور از توسعه در نظر گرفتن فضای خالی برای توسعه پست بدون نصب دستگاه ها و ادوات رزرو و ذخیره می باشد زیرا بنظر نمی رسد که بتوان آینده نگری درستی داشت .
     ثالثا : روشنایی پست در حدود ۲۰۰-۱۵۰ لوکس تامین گردد .
     رابعا : در مورد پستهایی که دستگاه ها و وسایل آن شامل شین و سیم  و ترانسفورماتور و مقره و کلیدها و قفسه های فرمان و غیره در محوطه باز نصب می شوند و تحت تاثیر تمامی عوامل جوی از قبیل حرارت ، شبنم ، باران ، برف ، باد ، طوفان و حتی گرد و غبار و آلودگی شدید قرار می گیرد باید از کیفیت خاصی برخودار باشند .
کلیدها باید به نحوی انتخاب شوند که بتوان آنها را در بدترین شرایط جوی براحتی بکار انداخت مسلما یک کلید سکسیونر تیغه ای پوشیده از برف و یخ زده را نمیتوان به سرعت و به سادگی باز کرد ولی کلید سکسیونر گردان بار یخ زده را به آسانی از خود دور می کند .
     شینها و نقاط اتکای آنها یعنی مقره ها و پایه ها باید در مقابل تغییرات درجه حرارت و عوامل جوی پایدار و مقاوم باشند بار برف را تحمل کنند و در اثر سرمای شدید خیلی کشیده نشوند و در درجه حرارت زیاد و زیر اشعه خورشید در حدود C 80 درجه زیاد شل و آویزان نگردند.
     در سیم های آلومینیومی باید توجه داشت که در محل اتصال و ارتباط آنها با فلزات دیگر مثل برنز و مس بخصوص در موقع مرطوب شدن ایجاد کروزیون الکترولیتی نکند لذا باید حتما از بست ها و ترمینالهای مخصوص   ( بستALCU ) استفاده شوند . دکلها و قفسه های فرمان و تمام وسایل فولادی دیگر نیز در مقابل زنگ زدگی و خوردگی و پوسیدگی حفظ شوند . در داخل قفسه های فرمان باید هوا جریان داشته باشد بدون اینکه قطرات آب باران در آن نفوذ کند .
     اگر تغیییرات درجه حرارت و رطوبت هوا بحدی باشد که باعث عرق کردن و مرطوب شدن داخل قفسه های فرمان می گردد باید داخل قفسه های فرمان را با سیم های حرارتی ۱۰۰ تا ۲۵۰ وات بر متر مکعب گرم نگه داشت این سیم های حرارتی باید به طور دایم و یا حداقل در مواقعی که قفسه زیر بار نیست و خود به خود در اثر عبور جریان گرم نمی شود به برق وصل باشد .
     تهیه و نصب وسائل فشار قوی ( طول ایزولاتورها و فاصله شینها و غیره ) باید با توجه به ارتفاع محل نصب از سطح دریا صورت گیرد . زیرا همان طور که می دانیم استقامت الکتریکی عایق بین دو نقطه زیر فشار بستگی به خواص هوای اطراف آن دارد چون تراکم هوا در ارتفاعات کم است . این اثر در ارتفاعات از ۱۰۰۰ متر به بالا کاملا محسوس است از این جهت برای تعیین فاصله عایقی در ارتفاعات از ضریبی به اسم K استفاده می کنند . نمودار (۱-۱) این ضریب را بر حسب ارتفاع از سطح دریا نشان می دهد .
     به طور تقریبی میتوان گفت که استقامت الکتریکی عایق در هر صد متر اضافه ارتفاع در حدود ۵/۱% کم می شود .

     یعنی عایق دستگاه ها در موقع آزمایش تحمل فشار در آزمایشگاه که حتما در ارتفاع کمتری از ۱۰۰۰ متر از سطح دریا قرار گرفته اند باید تحمل و استقامت الکتریکی بیشتری از آنچه استاندارد شده است داشته باشند یا اینکه از دستگاه هایی که برای ولتاژ بیشتری ساخته شده اند استفاده کرد . بدین معنی که پس از بدست آوردن ضریب بلندی K اختلاف سطح نامی را بر این بلندی تقسیم کرده و اختلاف سطح نامی جدید را بدست می آوریم . دستگاه های الکتریکی را با در نظر گرفتن اختلاف سطح جدید انتخاب می کنیم .