طراحی سیستم ارتینگ برای پست هاي فشار قوي (HV/EHV) AC – بخش اول

چکیده

در این مقاله، به طراحی سیستم ارتینگ يك پست فشارقوي 400KV پرداخته ايم و پارامترهای آن را مورد محاسبه قرار داده ایم. عملکرد موفقیت آمیز کل سیستم قدرت تا حد قابل توجهی به عملکرد کارآمد و رضایت بخش پست ها بستگی دارد. از این رو، يك پست فشار قوي به طور کلی می تواند به عنوان قلب سیستم اصلي قدرت، در نظر گرفته شوند.

در هر پست برق، طراحی مناسب یک سیستم ارتینگ، نقش مهمی را ایفا می کند. از آنجا که عدم وجود سیستم ارتینگ ایمن و مؤثر می تواند منجر به سوء عملکرد یا عدم کارکرد دستگاههای کنترل و محافظ شود، طراحی سيستم ارتینگ مناسب، مسئله قابل توجهی برای همه ی پست ها مي باشد.

سيستم ارتینگ باید ایمن باشد زیرا به طور مستقیم با ایمنی افرادی که در این پست کار می کنند مربوط است. هدف اصلی از این کار طراحی سیستم های ارتینگ ایمن و مقرون به صرفه برای پستهای HV / EHV واقع در مناطقی است که خاک محل پست برق یکنواخت نیست.

در ابتدا اهمیت اولیه ساخت ارتینگ توضیح داده شده است و اصول طراحی سيستم ارتینگ  برای پستهای HV / EHV مورد بحث قرار گرفته است.

برای بدست آوردن پارامترهای موردنظر از قبیل معیارهای ولتاژ لمسی و گام برای ایمنی، مقاومت در برابر زمین، مقاومت در برابر شبکه ، حداکثر جریان شبکه، حداقل اندازه جریان و اندازه الکترود، حداکثر سطح جریان  و مقاومت خاک از معادلات استاندارد استفاده می شود.

با انتخاب اندازه مناسب رساناي افقی، اندازه الکترود عمودی و مقاومت خاک، می توان بهترین پروژه را از لحاظ ایمنی انتخاب کرد.

در این مقاله پارامترهای مورد نظر برای پست 400 کیلوولت را محاسبه کرده ایم. مطالعه موردی در پست 400 کیلوولت در اورگان آباد در ایالت ماهاراشترا هند انجام شده است.

1 – مقدمه

عمليات ارتينگ، در نيروگاه هاي تولید برق، پستها و خطوط توزیع  برق، از اهمیت بسيار بالایی برخوردار مي باشد. این موضوع، برای مهندساني كه مسئولیت پست ها را به عهده دارند، بسيار مهم مي باشد. بنابراین طراحی و نگهداري سیستم ارتينگ باید به راحتی انجام شود و همچنين در هنگام طراحی ابعاد شبكه ارتينگ (earth mat) ، طرح توسعه براي آینده، نیز مي بايست در نظر گرفته شود.

سیستم  ارتينگ نه تنها برای محافظت در مقابل خطر برق گرفتگی از افرادی که در مجاورت تأسیسات و تجهیزات حریق کار می کنند، بلکه برای حفظ عملکرد مناسب سیستم الكتريكال نيز ضروری است. از قابلیت اطمینان و امنیت در ملاحظات و همچنین از الزامات قانونی) IEEE ( و استانداردهای هندی در مورد ایمنی برق و جنبه های زیست محیطی) استفاده می شود. این مقاله به شیوه های ارتینگ و طراحی برای پست برق AC در فرکانس توان در محدوده 50 هرتز می پردازد.

1 1 – نکته مهم

سیستم ارتینگ در یک کارخانه يا تاسیسات برقي، به چند دلیل بسیار مهم است که همگی مربوط به حفاظت از مردم و تجهیزات و  یا عملکرد بهینه سیستم برقی است. اين دلايل عبارتند از :

  • پیوستگی اجباری اشیاء رسانا (به عنوان مثال تجهیزات فلزی، ساختمانها، لوله کشی و غیره) با سيستم ارتینگ، جلوگیری از وجود ولتاژهای خطرناک بین اشیاء و زمین
  • سیستم ارتینگ یک مسیر برگشت کم مقاومت برای خطا های جریان در داخل کارخانه را فراهم می کند، که هم از پرسنل و هم از تجهیزات محافظت می کند.
  • در هنگام وقوع خطا در سیستم  با مسیرهای برگشتی به منابع تولید خارج از مناطق ، یک شبکه با مقاومت كم در برابر زمین، مانع از زیاد شدن پتانسیل خطرناک می شود (پتانسیل لمسی و گام)
  • سیستم ارتینگ یک مسیر مقاومت کم (نسبت به ارتينگ از راه دور) را برای عبور ولتاژ مانند صاعقه و افزایش موج / ولتاژ فراهم می کند.
  • هم تراز کردن زمین، به جلوگیری از ایجاد الکتریسیته و تخلیه الکتریکی کمک می کند، که می تواند جرقه هایی با انرژی کافی برای آتش زدن فضاهاي قابل اشتعال ایجاد کند.
  • سیستم ارتینگ پتانسیل مرجع مدارهای الکترونیکی را فراهم می کند و نویز برقی را برای سیستم های الکترونیکی، ابزار دقیق و ارتباطی کاهش می دهد.

این براورد در درجه اول مبتنی بر رهنمودهای ارائه شده توسط      IEEE Std 80 (2000) است، “راهنمای ایمنی در ارتينگ پست هاي AC “

2 – طراحی سیستم ارتینگ برای پست هاي  H.V./E.H.V

2 1 – ارتینگ

ارتینگ به معنای اتصال الکتریکی به زمین برای محافظت در برابر جریان نشت کرده است که باعث می شود تجهيزات محافظ فعال شده و امنیت پرسنل و تجهیزات تأمین گردد.

2 2 انواع ارتينگ

به طور گسترده، مفهوم ارتينگ در دو دسته اصلي مي گنجد:

  • سیستم ارتینگ

این امر در درجه اول مربوط به حفاظت از تجهیزات الکتریکی به منظور  تثبیت ولتاژ متناظر با زمین مي باشد. براي اينكار، اتصال بین بخشی از نیروگاه در یک سیستم عامل (مانند ماژول خنثی LV مربوط به سیم پیچ ترانسفورماتور) و زمین را برقرار مي كنند.

  • تجهیزات ارتینگ

این امر در درجه اول با حفاظت از پرسنل در برابر شوک الکتریکی با استفاده از ثابت نگه داشتن پتانسیل تجهیزاتي که نشت نامتداول در پتانسیل زمین یا در نزدیکی آن صورت می گیرد. در واقع اتصال بين بدنه ی تجهیزات مانند بدنه موتور، مخزن ترانسفورماتور ، جعبه دنده سوئیچ، میله های عامل سوئیچ های هوا و غیره را به زمین برقرار مي كنند.

سیستم ارتینگ و ارتینگ ایمنی دو امر  به هم پیوسته اند، بنابراین جریان نشت کرده در داخل سیستم پتانسیل زمین ایمنی را بالا می برد و همچنین باعث ایجاد اختلاف پتانسيل در داخل و اطراف نیروگاه می شود.

اما جدا کردن دو سیستم ارتينگ، دارای مضراتی مي باشد كه در ذيل به چند مورد از آنها اشاره مي كنيم:

1 – جریان اتصال کوتاه بالاتر

2 – عبور جریان کم از ميان رله ها

3 – تحت پوشش قرار دادن مسافت زيادي كه بواسطه جدا کردن دو سیستم ارتينگ، بوجود مي آيد.

پس از مشخص کردن نقاط ضعف و قدرت، به منظور اتخاذ ارتینگی موثر و داشتن اختلاف پتانسیلي ایمن، روش متداول ارتینگ مستقیم، طراحی شده است.

3 2 – انواع الکترود هاي مورد استفاده در سيستم ارتينگ

1 – الکترود میله ای (Rod electrode)
2 – الکترود لوله ای (Pipe electrode)
3 – الکترود صفحه ای (Plate electrode)

4-2 – عواملی که الزامات  الکترود زمین را تغییر می دهند

الف) ايجاد تاسیسات الکتریکی مي تواند در سیستم  مي تواند مسیرهای مختلفی را در الکترود ایجاد می کند.  چيزي كه قبلا يك قانون مناسب و قابل قبول براي مقاومت سيستم ارتينگ يود، می تواند الان  یک استاندارد منسوخ  شده باشد.

ب) هرچقدر تعداد بیشتری از لوله های فلزی در زیر زمین دفن شده باشند، به عنوان اتصال زمین با مقاومت کم، قابلیت اطمینان کمتری دارند.

ج) در بیشتر محل ها، سطح آب های زیرزمینی به تدریج در حال كاهش است. طی یک یا دو سال، شرايط منطقه به خشکی و مقاومت بالا گرويده است.

د) این عوامل بر اهمیت یک برنامه مداوم و منسجم به منظور تست مقاومت زمین تأکید دارند.