تجهیزات کمکی پستهای فشار قوی
- حمید زینالی
- شبکه برق, طراحی و تجهیزات پست فشار قوی, وبلاگ
- 1405/02/28
- این مقاله بروزرسانی شده 9 خرداد 1405
اهمیت تجهیزات کمکی در پستهای فشار قوی
استفاده از پستهای فشار قوی منوط به بهرهبرداری مناسب از تجهیزات کمکی فشار قوی، تغییر سطح ولتاژ و یا کلیدزنی است. این وسایل برای انجام وظیفه به صورت مطلوب، نیاز به تجهیزات جانبی دیگری دارند که اگرچه جزو تجهیزات اصلی شبکه برق نمیباشند، لکن تداوم تأمین برق مطمئن بدون حضور آنها عملاً غیرممکن است. بنابراین در کلیه پستهای بزرگ، علاوه بر تجهیزات اصلی، تجهیزات کمکی زیر نیز بایستی در نظر گرفته شوند:
۱. منبع تغذیه D.C
۲. منبع هوای فشرده
۳. تغذیه A.C
۴. دستگاه تصفیه روغن
۵. تجهیزات روشنایی محوطه
۶. تجهیزات آتشنشانی و اطفاء حریق
۷. جرثقیل
۸. دیاگرامهای سیمکشی و لیست کابلهای کنترل
۹. نقشههای لیاوت کابلهای قدرت
1. تغذیه DC
در تجهیزات کمکی پستهای فشار قوی که سیستم حفاظتی آنها با در نظر گرفتن آرایش کابلهای قدرت و سیستم حفاظت جریان انتخاب شده است، ممکن است جریان بار خروجی جهت بهکارانداختن تجهیزات کمکی پستهای فشار قوی و وسایل حفاظتی مورد استفاده قرار گیرد؛ یا اینکه عمل حفاظت بهوسیله فیوزهای فشار قوی صورت پذیرد و یا از دستگاههای کمکی مثل بوبینهای سری استفاده شود.
در صورتی که جداکننده و قطع مکانیکی کلید قدرت با بوبینهای سری در مدار ثانویه ترانسفورماتور جریان استفاده گردد، در این حالت نیازی به استفاده از سیستم تغذیه DC به نظر نمیرسد. اما در تجهیزات کمکی پستهای فشار قوی، استفاده از منابع مستقل تغذیه برای اعلام هشدار از طریق سیگنالهای اخباری، کنترل از راه دور، نشاندهندههای وضعیت از راه دور و سایر اهداف مشابه، مهم و ضروری میباشد.
منابع تغذیه مستقل بیش از هر چیز در مدارات قطع کلید اهمیت خود را نشان میدهند. باتریها معمولاً برای این هدف بهکار میروند. آنها ممکن است با ساختار الکترولیت اسیدی یا قلیایی تولید شده باشند.
نوع سرب-اسید بیشتر در پستهای قدرت مورد استفاده قرار میگیرد؛ علت این امر آن است که در این نوع باتریها، ولتاژ واحدهای سلول بالا بوده و هزینههای مربوط به آن در سطح ولتاژ مشابه، در مقایسه با دیگر باتریها کمتر است. البته نوع قلیایی به علت اینکه بهطور قابل ملاحظهای به تنشهای الکتریکی و مکانیکی غیرحساس است، مزیت نسبی دارد.
دستهبندی تجهیزات DC
در مجموع تجهیزات DC در پست به سه دسته تقسیم میشوند:
۱. باتری و لوازم مربوطه
۲. تجهیزات شارژ کننده
۳. تابلوهای توزیع
2. باتریها
یکی از مهمترین تجهیزات کمکی پستهای فشار قوی، باتریها هستند. باتریها ذخیرهکنندههای اصلی انرژی در یک سیستم تغذیه DC هستند. اولین گام مهم در انتخاب باتری، انتخاب ولتاژ است. ولتاژهای نامی استاندارد مدارات کمکی بر طبق استاندارد BS162:1961 عبارتند از: ۲۴ ولت، ۳۰ ولت، ۵۰ ولت، ۱۱۰ ولت و ۲۴۰ ولت.
در عمل باید از مدارات با مقدار ولتاژ ۲۴ ولت نامی پرهیز گردد؛ چون اگر سطح ولتاژ کمی از محدوده مجاز تجاوز کند (۱۸-۲۰ ولت)، سبب شکست لایه اکسید بر روی کنتاکتهای مسی میگردد. همچنین زمانی که مکانیزم عملکرد کلیدها از نوع سلونوئیدی است، نباید از ولتاژ زیر ۱۱۰ ولت استفاده گردد.
بهصورت معمول، انتخاب ولتاژ نامی باتری با در نظر گرفتن افت ولتاژ در سیمها در حداکثر بار مشخص و معین و برای یک سطح مقطع معلوم صورت میگیرد. بهعنوان یک اصل پذیرفته شده، حداکثر کاهش در ولتاژ باتری نباید بیش از ۵ درصد ولتاژ نامیاش باشد.
انتخاب ولتاژ مناسب باتری
غالباً برای تأسیسات فشار متوسط، ولتاژ باتری ۱۱۰ ولت استفاده میگردد؛ همچنین برای سوئیچگیر در سطح ولتاژ بالای ۱۸۰ کیلوولت نیروگاهها و برای روشنایی اضطراری، ولتاژ باتری ۲۴۰ ولت مناسب میباشد.
تعداد سلولها از نسبت ولتاژ نامی به حداقل ولتاژ هر سلول تعیین میشود. حداقل ولتاژ هر سلول برای سلولهای سرب-اسید در حدود ۱.۷۵ تا ۱.۸۵ ولت و برای سلولهای آهن-نیکل، ۰.۹۵ تا ۱.۱ ولت میباشد. به منظور کنترل ولتاژ تخلیه باتری زمانی که سلولها بهطور کامل یا جزئی شارژ شده باشند، از کلیدهای انتهایی استفاده میگردد.
کلید سلول انتهایی شامل یک سری صفحات تماسی متصل به نقاط مختلف در یک گروه سلول است که یک جاروبک ورقهای جهت تغییر تعداد سلولهایِ در مدار، بر روی باس (Busbar) حرکت میکند.
ظرفیت آمپر ساعت (Ah)
دومین مشخصه مهم برای باتری در تجهیزات کمکی پستهای فشار قوی، ظرفیت آمپر-ساعت است. این مشخصه یک کمیت الکتریکی است که معرف جریانی است که میتوان از آکومولاتورهای شارژ شده، پیش از اینکه به ولتاژ نهایی برسند، دریافت نمود. این کمیت از حاصلضرب جریان تخلیه در زمان تخلیه به دست میآید.
ظرفیت باتری به مقدار جریان تخلیه بستگی دارد؛ برای جریانهای تخلیه کوچکتر، ظرفیت بهطور قابل ملاحظهای بیشتر است. فرض کنیم ظرفیت تخلیه در مدت ۳ ساعت برابر با ۱۰۰ باشد، ظرفیتهای تخلیه دیگر به شرح زیر است.
تعیین ظرفیت آمپر ساعت در زمان قطع شارژر
هنگامی که شارژر بهطور موقت از مدار خارج شده است، ظرفیت آمپر-ساعت یک باتری باید جهت تغذیه پیوسته بار کافی باشد. علاوه بر این، حداکثر جریان تخلیه مجاز باید معادل حداقل بار سنگین زمان کوتاه، نظیر زمانی که چندین کلید بهطور همزمان قطع شوند، باشد. بر اساس استاندارد، ظرفیت با جریانهای تخلیه ۳، ۵ یا ۱۰ ساعت مرتبط است که به ساخت و نوع آن بستگی دارد و باید مورد بررسی قرار گیرد.
این ضریب اندازهگیری به انتخاب اندازه باتری بستگی دارد:
الف) ظرفیت آمپر-ساعت: (بار پیوسته (W) / ولتاژ نامی (V)) × مدت زمانی که شارژر در مدار نیست.
ب) ماکزیمم جریان تخلیه: (بار زمان کوتاه (W) + بار پیوسته (W)) / ولتاژ نامی (V).
حداکثر جریان زمان کوتاه بر اساس حالت (ب) ممکن است چندین برابر جریان تخلیه عادی باشد. برای باتریهای سرب-اسیدی بر اساس نوع، ممکن است جریان باتری به مقدار مجاز ۱۵ تا ۲۵ برابر جریان نامی در مدت ۳ ساعت برسد. در باتری آهن-نیکل این جریان ممکن است به مقدار ۶.۵ برابر جریان نامی در مدت ۵ ساعت برسد.
تجهیزات شارژ باتری
شارژ باتری با اعمال ولتاژ DC به آن طی زمان شارژ صورت میگیرد. بنابراین تجهیزات شارژ بایستی به همراه باتری در نظر گرفته شوند. این تجهیزات کمکی پستهای فشار قوی مجموعه باتریها را به روشهای زیر شارژ میکنند:
- شارژ اولیه
- شارژ سریع (پس از اینکه باتری تحت بارهای سنگین تخلیه شده است)
- شارژ لحظهای (جزئی)
1. شارژ اولیه
باتریهایی که خریداری میشوند معمولاً شارژ شده نیستند؛ بنابراین داشتن ابزاری جهت شارژ ضروری است. عمر باتری بهطور وسیع و گستردهای با توجه به نحوه شارژ تعیین میشود. برای این امر دستورالعملهایی به وسیله سازندگان مختلف توصیه شده است که باید رعایت گردد. در حالت عادی، باید از گازدار شدن و دماهای اضافی که سبب صدمه دیدن باتری میشود، جلوگیری کرد.
اگر زمان اجازه دهد، میزان پیشنهادی شارژ اولیه باید از طرف سازنده اعلام گردد. در حالتی که جریان اولیه بالاتر در نظر گرفته شود، باید به صورت تدریجی کاهش یابد تا زمان اتمام شارژ حاصل شود. ولتاژ نامی تجهیز شارژ باید حدود ۱.۱۵ برابر حاصلضرب تعداد سلولها در ۲.۷۵ باشد؛ چرا که ولتاژ نهایی توصیه شده برای یک سلول سرب-اسیدی ۲.۷۵ ولت است.
2. شارژ سریع
شارژ سریع جهت شارژ مجدد باتری پس از تخلیه صورت میگیرد تا قسمت اعظم ظرفیت باتری بازیابی شود. تحت چنین شرایطی، باتری بهطور همزمان به مدار بار و منبع شارژ متصل باقی میماند. شارژ سریع در زمان کوتاهی انجام شده و در این حالت ولتاژ زیادی به باتری اعمال میگردد؛ سرعت شارژ در این وضعیت به مدار بار بستگی دارد.
3. شارژ جزئی
در این روش، باتری پست بهطور ثابت به مدار بار متصل است. یک جریان ثابت، برابر با نیازمندیهای بار میانگین به علاوه یک مقدار اضافی (۰.۷۵ درصد نرخ ۳ ساعت جهت جبران عملکرد بار و تخلیههای لحظهای ناشی از پیکهای بار کوتاه) نیاز است. این فرآیند تحت عنوان شارژ جزئی شناخته میشود.
تجهیزات و اجزای شارژر باتری
تجهیز شارژ ممکن است شامل یک دستگاه موتور-ژنراتور و یک شارژر جزئی، یا شامل دو دستگاه شارژر باشد. امروزه به دلیل هزینه اولیه پایین و آسان و ارزان بودن تعمیر و نگهداری، فراهم کردن دو دستگاه شارژر معمول است. این تجهیزات شامل یک کابینت از جنس ورق با تهویه مناسب برای خنککنندگی طبیعی هوا بوده و مشتمل بر قسمتهای زیر است:
الف) کلید مینیاتوری سه فاز جهت حفاظت در مقابل اضافه بار.
ب) ترانسفورماتور سه فاز با سیستم خنککنندگی هوا، دارای تپهایی (Taps) بر روی سیمپیچ اولیه در محدوده ۲.۵ و ۵ درصد جهت جبران تغییرات منبع تغذیه اصلی.
ج) کلیدهای گردان سه فاز دارای ۶ وضعیت جهت تنظیم جریان شارژ سریع.
د) کلیدهای گردان سه فاز دارای ۶ وضعیت جهت تنظیم جریان شارژ لحظهای.
هـ) کلید گردان جهت انتخاب حالت شارژ سریع یا لحظهای.
و) یکسوکننده سلنیومی سه فاز از نوع تمامموج.
ز) آمپرمتر.
ح) ولتمتر.
ط) کلید مینیاتوری جهت حفاظت خروجی یکسوکننده در مقابل اضافهبار، به همراه کلید جریان برای جابجایی خروجی یکسوکننده به باتری (جهت کاهش تعداد سلولها و کنترل ولتاژ ورودی یکسوکننده).
در این تجهیزات، ولتاژ ورودی AC معلوم و ثابت است. خروجی دستگاه برای شارژ تعداد مشخصی از سلولهای سرب-اسیدی با ظرفیت آمپر ساعت معین، بهصورت جداگانه جهت دو حالت شارژ سریع و شارژ لحظهای تنظیم شده است.
اجزای تابلوی توزیع DC
یک تابلوی DC معمولی شامل یک تابلوی فلزی (مناسب برای نصب روی کف زمین) است که تجهیزات زیر را در بر میگیرد:
الف) یک قطعکننده دوبل برای ورودی باتری، همراه با لامپهای نشاندهنده قرمز و سبز.
ب) لامپهای نشاندهنده نشتی زمین.
ج) آمپرمتر.
د) ولتمتر.
هـ) کلید مینیاتوری دوبل با حفاظت اضافهبار برای مدارات خروجی DC.
و) کنتاکتور چنچاور (تغییردهنده خودکار) دوبل؛ این قسمت با اضافه کردن یکسوکننده سیلیکونی و مقاومت (برای عملکرد یکنواخت آهنربای الکتریکی جهت بار اضطراری) و لامپهای نشاندهنده قرمز و سبز تکمیل میگردد. واحد مذکور دارای سیمکشی داخلی، ترمینالهای ورودی و خروجی، نقطه زمین و صفحه مشخصات است.
اتاق باتری
باتریها باید در اتاقهای جداگانهای نصب شوند. در طراحی اتاق باتری، توجه به نکات زیر ضروری است:
۱. تهویه و روشنایی: اتاق باید دارای سیستم تهویه مناسب، روشنایی کافی و دماسنج باشد.
۲. عایقکاری: سلولها باید توسط پایههای عایق از فونداسیون کف جدا شوند. پایهها نیز باید نسبت به زمین عایق باشند. نوع عایق باید بهگونهای انتخاب شود که در اثر تماس با الکترولیتها، خاصیت رسانایی پیدا نکند.
۳. سیمکشی: هادیهای درون اتاق باتری باید از نوع سخت باشند و با گریس یا وارنیش مقاوم در برابر الکترولیت پوشانده شوند. سیمهای متصل به قطب مثبت با رنگ قرمز و سیمهای متصل به قطب منفی با رنگ آبی مشخص میگردند.
از جهت محیطی، اتاق باتری باید دارای ویژگیهای زیر باشد:
- محیط فاقد گرد و خاک و نمناکی باشد.
- سازه در برابر نیروهای ارتعاشی نظیر زلزله مقاوم باشد.
- تهویه هوا بهخوبی صورت گیرد.
- ارتفاع داخلی اتاق کمتر از ۲ متر نباشد.
- کف اتاق باید با کفپوش پلاستیکی یا مواد رنگی ضد اسید و عایق الکتریکی پوشیده شود.
- نور خورشید بهطور مستقیم به داخل اتاق نتابد.
حداقل حجم اتاق باتری باید به اندازهای باشد که هیدروژن متصاعد شده از باتری در عرض ۳۶ ساعت، بیش از ۳ درصد حجم اتاق را اشغال نکند. هرچه جریان عبوری DC شدیدتر باشد، هیدروژن بیشتری از سلولها متصاعد میشود. میزان گاز هیدروژن تولیدی باتری به ازای هر آمپر در یک ساعت، برابر با ۰/۴۵۳ لیتر میباشد.
3. دستگاههای تصفیه روغن
روغنهای عایقی مورد استفاده در تجهیزات کمکی فشار قوی باید مطابق مشخصات دقیق (از نظر تحمل ولتاژ شکست عایقی و کشش سطحی) باشند تا عملکرد مطمئن و رضایتبخش دستگاههای روغنی تضمین شود. آلودگی بر خصوصیات اصلی و مهم روغن اثر منفی میگذارد. این آلودگیها به دو دسته تقسیم میشوند:
۱. منابع خارجی: مانند آب، کثیفی، گرد و خاک، ذرات فلز، مواد فیبری، آسفالتها، صابونهای فلزی و غیره.
۲. واکنشهای شیمیایی: موادی که ناشی از شرایط کاری زیانآور و گرمای قوس الکتریکی تولید میشوند؛ مانند آب، کربن کلوئیدی، اسیدها، لجنها و دیگر محصولات اکسیداسیون.
اثرات مخرب آلودگی روغن
- آب: از اتمسفر و نیز به صورت شیمیایی (واکنش اکسیژن هوا با روغن) به وجود میآید و بهطور قابل توجهی بر تحمل عایقی روغن اثر میگذارد.
- اسیدها: شکلگیری اسیدها خوردگی را افزایش داده و ماده عایقی را ترد و شکننده میکند.
- لجن: لجن ته نشین شده و انتقال گرما را مختل میسازد؛ این امر سبب ایجاد گرمای اضافی شده که خود باعث افزایش تولید اسیدها میگردد.
- کربونیزاسیون: روغن در کلید قدرت کربونیزه شده و سبب ایجاد قوس میگردد.
ضرورت و اهداف تصفیه روغن
تصفیه روغن جهت دستیابی به موارد زیر ضروری است:
۱. خارج کردن ناخالصیهای معلق مثل فیبرهای لجن و دیگر آلودگیها.
۲. خارج کردن آب آزاد موجود در روغن.
۳. خارج کردن آب حل شده، هوا و گازها.
۴. خنثی کردن اسیدیته روغن.
اصول عملکرد دستگاههای تصفیه
تصفیه روغن بر اساس اصول زیر انجام میگیرد:
۱. فیلتراسیون فشرده (خشک کردن).
۲. فیلتراسیون سانتریفیوژ.
3. بیآب کردن تحت خلاء.
۴. فیلتراسیون Edge
5. فیلتراسیون شیمیایی
کاغذهای صافی ظرفیت محدودی برای جذب آب و ناخالصیها دارند و پیش از اینکه به عنوان مانع عمل کنند، باید تمیز یا تعویض شوند. چالش اصلی کاغذهای صافی در روغنهای عایقی، احتمال رها شدن فیبرها درون روغن است. حضور حتی مقدار کمی از این فیبرها، تحمل عایقی روغن را به شدت کاهش میدهد.
سانتریفیوژ با اعمال نیروی گریز از مرکزی بسیار قویتر از گرانش، ذرات نامحلول را جدا میکند. این روش بر اساس تفاوت وزن مخصوص آلودگیها نسبت به روغن عمل میکند، اما بر مواد محلول در روغن هیچ اثری ندارد.
در بیآبکننده تحت خلاء، روغن تا دمای ۸۰ درجه گرم شده و در یک محفظه خلأ پاشیده میشود. در این فرآیند، هوا، گازهای حلشده و رطوبت آزاد شده و توسط پمپ خلاء از بالا خارج میشوند.
4. روشنایی پست
قبل از پرداختن به نیازمندیها و طراحی سیستم روشنایی پست تعریف چند اصطلاح مربوط به علم روشنایی ضروری است.
الف) شار روشنایی: عبارتست از کل کمیت نور ساطع شده در ثانیه به وسیله یک منبع نور واحد آن لومن است.
بیشتر نورافکنها، پروژکتورها و لامپهای نوع منعکسکننده، همانطور که در کاتالوگهای سازندگان لیست شدهاند، بر حسب «لومن» هستند. این مقادیر نامی لومن، تنها شامل شار نوری در آن قسمت از اشعه است که شدت آن معادل ۱۰ درصد یا بیشتر از حداکثر مقدار شدت نور (قدرت شمع) باشد.
5. تجهیزات خاموشکننده آتش
تعداد و نوع تجهیزات خاموشکننده آتش به میزان ریسک (خطرپذیری) و دسترسی به سایر دستگاههای خاموشکننده (مانند سیستمهای آتشنشانی) بستگی دارد. دستگاههای خاموشکننده باید در دسترس باشند تا در صورت وقوع یک آتشسوزی کوچک، بتوان بدون کمک از بیرون برای خاموش کردن آن اقدام نمود. موارد و تجهیزات خاموشکننده عبارتند از:
الف) شن
شن برای ایجاد سدی جهت جلوگیری از نشت و انتشار روغن و همچنین برای خاموش کردن برخی از آتشسوزیهای کوچک ناشی از روغن بر روی سطوح مورد استفاده قرار میگیرد.
ب) خاموشکننده آتش نوع کفی
این خاموشکننده دارای یک ظرف بیرونی شامل محلول بیکربنات دوسود در آب و یک ظرف درونی باریک حاوی محلول یک اسید یا نمک بازی است. با باز شدن دریچه و سر و ته کردن کپسول، دو محلول مخلوط شده و کف و گاز CO2 تشکیل میدهند؛ سپس تحت فشار این گاز، کف با سرعت زیاد خارج میگردد.
ج) خاموشکننده نوع تتراکلرید کربن (CTC)
مایع تتراکلرید کربن بخاری سنگینتر از هوا تولید میکند که غیرقابل اشتعال بوده و هدایت الکتریکی ندارد. در این نوع خاموشکننده، مایع CTC توسط یک پمپ دستی خارج شده و در اثر گرمای آتش، ابری از بخار بسیار سنگین ایجاد میکند که روی آتش را فرامیگیرد.
مایع CTC در تماس با فلزات داغ، دودهای سمی تولید میکند که در فضاهای بسته بسیار خطرناک است؛ لذا باید اکیداً از تنفس دودهای ساطع شده اجتناب کرد.
در حضور آب، CTC باعث خوردگی سریع فلزات میشود؛ بنابراین نگهداری این کپسولها دور از منابع رطوبتی ضروری است.
برای تمیز کردن CTC باید از نفت استفاده کرد و هرگز نباید از آب استفاده شود. این نوع خاموشکننده عموماً برای آتشسوزیهای کوچک مناسب است.
هـ) نوع دیاکسید کربن
دیاکسید کربن بهآسانی تحت فشار مایع میگردد و در سیلندرهای فولادی فشار قوی ریخته میشود. سیلندر فشار قوی، دریچه و شیر تخلیهای متناسب با لوله تخلیه داخلی، لوله خرطومی تخلیه فشار قوی و یک شاخک غیرهادی، یک خاموشکننده آتش نوع دیاکسید کربن را تشکیل میدهند.
در زمان باز شدن دریچه، دیاکسید کربن مایع از سیلندر خارج شده، منبسط میشود و تبدیل به گاز CO2 میگردد. این گاز در هر شکاف و ترکی نفوذ کرده، رقیق میشود و جایگزین هوا در نزدیکی آتش میگردد. با کاهش غلظت اکسیژن اطراف آتش، شعله خاموش میشود و سپس در هوا پراکنده میگردد.
این خاموشکننده مخصوصاً برای خاموش کردن سریع آتشها در ماشینها یا ظریف، یا دستگاههایی مثل رلههای الکتریکی، سوئیچگیرها، موتورها، یاتاقانها و ماشینهای دقیق و همچنین آتشهای از نوع سخت و دشوار استفاده میگردد. این نوع خاموشکننده زمانی که آتش در فضای باز باشد و مقداری ماده هادی موجود باشد، اثر کمتری دارد.
در حالی که در صورت وجود آتش در مخازن، مقدار گاز با ظرفیت بسیار بیشتر مورد نیاز است. جهت حملونقل آسان، خاموشکنندههای بزرگ از این نوع بهصورت سیلندرهایی هستند که بر روی چرخدستیها سوار شدهاند.
آیا این مقاله برایتان مفید بود؟
