حفاظت اضافه ولتاژ سیستم کابل زمینی
یکی از مطالعاتی که شرکت DSTAR در آمریکا در مورد کابل های زمینی انجام داده است ، بررسی اثرات ولتاژهای گذرای ضربه در آنها به دلایلی همچون صاعقه می باشد . نقص سیستم کابل زمینی با عایق پلی اتیلنی و امثال آن بخش هایی از صنعت را دچار مشکل کرده است. یکی از دلایل اصلی خرابی های زودرس، اضافه ولتاژهای مکرری است که بعلت حالت های گذرا در سیستم ایجاد می شوند .
یک سیستم کامل آزمایشی در آزمایشگاه GE (جنرال الکتریک) برای آزمایش روش های مختلف حفاظت کابل در مقابل اضافه ولتاژ ایجاد شده است. این مجموعه شامل کابل نوترال مرکزی لخت بوده که در یک محفظه انعطاف پذیر حمل می گردد و امکان آزمایش کابل های کوتاه( ft300 ) و بلند ( f t 1350 ) را فراهم می کند. برای انجام آزمایش ولتاژ ضربه یک سر کابل را به یک riser pole وصل نموده که از طریق آن ولتاژ ضربه شبیه سازی شده صاعقه به آن اعمال میگردد. ولتاژ ضربه مشابه صاعقه توسط یک مولد ولتاژ ضربه از نوع مارکس با قابلیت تولید ولتاژ ضربه ۶ میلیون ولتی تولید میگردد. طرح های مختلف از نحوه نصب برقگیر با یکدیگر مقایسه گردیده اند. در بعضی از آنها صرفا” در محل riser pole برقگیر نصب شده ودربعضی دیگر علاوه برriser pole در طول کابل نیز برقگیر قرار داده شده است. یکی از یافته های مهم این بود که معلوم شد در سیستم های کابل نواری یا دو شاخه ای ، اضافه ولتاژ شدید تر عمل کرده و در این سیستم ها نیاز به توجه بیشتری در نصب برقگیرها می باشد . نتایج حاصل از این آزمایشها اکنون بوسیله شرکتها جهت بهینه سازی حفاظت کابل در مقابل اضافه ولتاژ مورد استفاده قرار می گیرد.
آزمایش ولتاژ ضربه برروی سیستم کابل زمینی برای انواع دیگر کابل ها ادامه یافت. کابل جلددار (jacketed cable) بطور وسیع برای به حداقل رساندن مشکلات ناشی از خوردگی نول به کار می رود. سیم نول خود یک هادی عایق شده است که می تواند امواج ضربه را همانگونه که در شکل (۱) دیده می شود انتقال دهد .
تحقیقات DSTAR نشان داد که حالت های گذرای سیم نول ، مشکلات دیگری را نیز ایجاد می کند. وقتی یک اضافه ولتاژ ناشی از صاعقه باعث می شود که برقگیر تخلیه کند ، جریان بین زمین برقگیر و نول کابل تقسیم می شود .
ولتاژهای قابل توجه ای بین نول کابل و زمین ایجاد می گردد و جلد کابل می تواند سوراخ شود. به خصوص این حالت زمانی رخ میدهد که مقاومت زمین پای برقگیر زیاد باشد و در نتیجه جریان بیشتری از نول کابل عبور کند.آزمایشهای دیگری برای تشخیص میزان مقاومت جلد کابلها در DSTAR انجام شده است .
در صورت عدم تخلیه صاعقه دربرقگیر محل riser pole خطر انتقال ولتاژ ضربه به سیم پیچی های ترانسفورماتور و صدمه به آنها در طرف اولیه و یا ثانویه وجود خواهد داشت. نتایج آزمایشها نشان میدهند که در حالت استفاده از برقگیر تنها در محل riser pole خطر خرابی و آسیب وجود دارد.
برای حل مشکل فوق و جلوگیری از سرایت اضافه ولتاژ صاعقه به سیم پیچی های ترانسفورماتور تحقیقات قابل ملاحظه ای انجام گرفته است که بر اساس آنها ایده استفاده از یک سیم لخت خوابانده شده در کنار کابل جلددار بمنظور کاهش ولتاژ ایجاد شده در بدنه کابل ارائه گردیده است. این روش باعث کاهش چشمگیر ولتاژ بین نول و نقطه زمین محلی می گردد.
یکی دیگر از روشهای مهم کاهش حالت های گذرای نول درکابلها، بهبود سیستم زمین میباشد. نوع دیگری از کابل که توسط بعضی از شرکت ها مورد استفاده قرار می گیرد ، کابل جلددار از نوع نیمه هادی است . این نوع جلد ، نول را در مقابل خوردگی محافظت می کند و باعث میرا شدن حالت های گذرای نوترال می شود. نتایج آزمایشها برروی این کابلها نشان میدهد که ولتاژ بین نول و زمین بشدت کاهش می یابد. ولیکن، جریان ضربه نوترال در این نوع کابلها به سرعت نوترال های مرکزی لخت ، میرا نمی شود .
علاوه بر صاعقه هایی که به خطوط هوایی تغذیه کننده سیستم زمینی برخورد می کنند ، حالت های گذرای ضربه در اثر برخورد صاعقه به زمین در نزدیکی گودال کابل نیز می توانند در نول کابل ایجاد شوند . DSTAR با آزمایشهای گسترده ای ، جریان القاء شده در نول را بصورت تابعی از محل برخورد صاعقه اندازه گرفت. این کار با کابل های لخت ، دارای جلد عایق و دارای جلد نیمه هادی انجام شد
برای خرید کتاب راهنمای من برق اینجا کلیک کنید.
برای خرید کتاب مرجع سیستم های حفاظت در برابر صاعقه اینجا کلیک کنید.
