نیم نگاهی به یک تکنولوژی جدید

مجله پاورمگزین با جک مک کال ، مدیر توسعه کسب و کار شرکت ابررسانای آمریکا (American Superconductor) مصاحبه ای انجام داده است. این کمپانی مسئول توسعه کابلهای جدید HTS بوده است. وی می گوید:"دانستن اصول کار کابلهای HTSنقطه خوبی برای بحث درباره مزایای آن است. این کابلها دارای 4 مشخصه هستند که آنها را از کابلهای معمولی مسی متمایز می کنند:1- ظرفیت انتقال توان بالا.2- امپدانس خیلی کم.3-سادگی نصب و راه اندازی.4- انتخاب گزینه محدود کننده جریان خودکار.مک کال توضیح می دهد که ظرفیت انتقال بالا به کابلهای HTS با هر ولتاژی این مزیت را می دهد تا 150 برابر توان را نسبت به سیمهای مسی مشابه انتقال دهد. برعکس، این امکان وجود دارد که یک کابل HTS بتواند در ولتاژی کمتر ،نسبت به کابلهای مسی، کار کند. به عنوان مثال، یک کابل 15کیلوولت HTS می تواند 100 مگاوات توان را انتقال دهد که برای انتقال این توان با کابلهای مسی باید از کابلی با ولتاژ69کیلوولت استفاده کنیم.امپدانس کمتر کابلهای HTS، در مقایسه با کابلهای مسی، سبب می شود که تلفات کمتری در شبکه داشته باشیم. در یک شبکه کابل HTSبه دلیل امپدانس کمتر جریان مسیرهای موازی خود را به خود جذب می کند و توان تلف شده در کابلهای موازی خود را نیز کاهش می دهد. البته توان استفاده شده در سیستم خنک کننده کابلهای HTSمقداری از این مزیت را خنثی می کند.براساس اظهارات مک کال ، 2مشخصه کابلهای HTS در کنارهم نیازهای نصب آنها را کاهش می دهند. اولین مشخصه این است که کابلهای HTS میدان مغناطیسی اندکی تولید می کنند. این امر نیازهای عملیاتی را کاهش می دهد و نیاز به کم کردن ظرفیتکابلها را هنگامی که قرار است در کنار دیگر کابلها یا در کانالهای زیرزمینی قرارگیرند برطرف می سازد. مزیتهای زیست محیطی و عمومی ناشی از فقدان میدانهای مغناطیسی نیز اینجا ظاهر می شوند. در ثانی، هنگامی که کابلها در لفاف سیستم خنک کننده قرارمی گیرند نیازی نیست تا ظرفیت کابل را به دلیل دفن در خاک، عمق و... کمتر از حد استاندارد در نظر بگیرند. بنابر این، کابلهایHTSدر مکانهایی که حق مالکیت صاحبان اماکن به دارندگان شبکه برق فشار می آورند بهترین گزینه هستند.مک کال اشاره می کند که یک اختراع مهم دیگر شرکت او طراحی کابلهایی با امکان محدود کردن جریان خطا هستند. این کابلها در هنگام کار امپدانس بسیار اندکی دارند اما هنگامی که خطایی در شبکه رخ می دهد و جریانهای اتصال کوتاه زیادی باید از کابل عبور کنند کابلهای HTSمقاومت بسیار زیادی از خود نشان می دهند که منجر به کم شدن جریانهای اتصال کوتاه می شود.

مشخصه برودتی

یکی از مشخصات عجیب کابلهای HTS این است که این کابلها حتما باید در دمای پایین کار کنند. در نتیجه این نیاز، کابلهای HTSبه گونه ای طراحی شده اند که یک سیستم ویژه خنک کننده دائما از آن پشتیبانی کند.مک کال می گوید:" تمام مواد ابررسانای شناخته شده دو وضعیت عادی و ابررسانا دارند. برای رسیدن به خاصیت ابررسانایی ماده باید در دمایی زیر دمای بحرانی خود قراربگیرد، جریانی کمتر از جریان بحرانی را عبور دهد و در محیطی با میدان مغناطیسی کمتر از میدان مغناطیسی بحرانی کارکند. سیستم خنک کننده ای باید در کابل وجود داشته باشد تا نیاز مواد ابررسانا را به دمای پایین تأمین کند. در کابلهای HTSنیتروژن مایع بین لایه های کابل جریان دارد تا آنها را به زیر دمای منفی 200درجه سانتیگراد برساند و به علاوه به عنوان یک عایق بین لایه مرکزی و لایه های بیرونی تر کابل عمل کند.یک کابل HTSاز چند سیم هم محور ابررسانا تشکیل شده است و عایق ایزولاسیون الکتریکی مغزی کابل را به همراه ماده خنک کننده انجام می دهد. این روش به طراحی "عایق سرد هم محور" معروف است. این کابل توسط نکسان ،یکی از بزرگترین تولید کنندگان کابل در جهان، طراحی و ساخته شده است.



سرماساز بزرگ-نیتروژن مایعی که بین سیمهای کابل HTS جریان دارد می تواند آنها را تا 200 درجه سانتیگراد زیر صفر خنک کند. نیتروژن مایع از فرآیند مایع سازی هوا گرفته می شود

خلاصه‌ای از روند پیشرفت تولید سیم‌ها و کابل‌های ابررسانا در جهان

در سال 2000 از یک قطعه 120 متری کابل ابررسانا برای انتقال توان در میشیگان استفاده شد. در ماه مه سال 2001، صد و پنجاه هزار نفر از اهالی کپنهاک دانمارک جریان برق را از راه کابلهای HTS دریافت کردند. کابلی که البته فقط سی متر طول داشت. شرکت امریکن سوپرکانداکتور[1] (AMSC) پیشتاز تولید صنعتی سیمهای ابررسانا است و در سال 2008 نمونه صنعتی سیمهای نسل دوم موسوم به پوشش دار[2] را وارد بازار کرده است. در سال 2005 این شرکت 3 قرارداد به ارزش 3/1 میلیون دلار با مراکز دولتی آمریکا و از جمله پنتاگون برای توسعه کاربردهای ابررسانایی بست. در اوایل سال 2008 پروژه کابل ابررسانای 600 متری نسل دوم بوسیله AMSC آمریکا، نگزانس[3] و ایرلیکوئید[4]فرانسه برای شرکت برق LIPA تست شد که میتواند در ولتاژ 138 کیلو ولت 574 مگاوات برق را برای300 هزار خانه فراهم سازد. اول اکتبر 2008 نیز محموله سیم نسل دوم به طول 17 کیلومتر برای پروژه HYDRA بارگیری شد. پروژه HYDRA به ارزش 39 میلیون دلار برای ساخت و توسعه کاربرد کابلها و محدودسازهای ابررسانایی در شبکه توزیع نیویورک تعریف شده تا علاوه بر افزایش 10 برابری ظرفیت انتقال برق، از آسیبهای ناشی از افزایش سطح اتصال کوتاه دوری شود. سیمهای ساخته شده برای تولید کابل به آلمان ارسال شده تا بعد از ساخت کابل، برای تست درآزمایشگاه ملی ORNL و نصب در نیویورک در سال 2010 به آمریکا بازگردد. در سال 2008 قیمت سیمهای ابررسانای نسل دوم 400 دلار به ازای هر کیلو آمپر متر بوده که تلاش برای کاهش قیمت تا 50 دلار بر کیلوآمپر متر یعنی قیمت سیمهای مسی ادامه دارد تا با توجه به حجم بسیار کمتر آنها کاملا اقتصادی شود

مجله پاورمگزین با جک مک کال ، مدیر توسعه کسب و کار شرکت ابررسانای آمریکا (American Superconductor) مصاحبه ای انجام داده است. این کمپانی مسئول توسعه کابلهای جدید HTS بوده است. وی می گوید:"دانستن اصول کار کابلهای HTSنقطه خوبی برای بحث درباره مزایای آن است. این کابلها دارای 4 مشخصه هستند که آنها را از کابلهای معمولی مسی متمایز می کنند:1- ظرفیت انتقال توان بالا.2- امپدانس خیلی کم.3-سادگی نصب و راه اندازی.4- انتخاب گزینه محدود کننده جریان خودکار.مک کال توضیح می دهد که ظرفیت انتقال بالا به کابلهای HTS با هر ولتاژی این مزیت را می دهد تا 150 برابر توان را نسبت به سیمهای مسی مشابه انتقال دهد. برعکس، این امکان وجود دارد که یک کابل HTS بتواند در ولتاژی کمتر ،نسبت به کابلهای مسی، کار کند. به عنوان مثال، یک کابل 15کیلوولت HTS می تواند 100 مگاوات توان را انتقال دهد که برای انتقال این توان با کابلهای مسی باید از کابلی با ولتاژ69کیلوولت استفاده کنیم.امپدانس کمتر کابلهای HTS، در مقایسه با کابلهای مسی، سبب می شود که تلفات کمتری در شبکه داشته باشیم. در یک شبکه کابل HTSبه دلیل امپدانس کمتر جریان مسیرهای موازی خود را به خود جذب می کند و توان تلف شده در کابلهای موازی خود را نیز کاهش می دهد. البته توان استفاده شده در سیستم خنک کننده کابلهای HTSمقداری از این مزیت را خنثی می کند.براساس اظهارات مک کال ، 2مشخصه کابلهای HTS در کنارهم نیازهای نصب آنها را کاهش می دهند. اولین مشخصه این است که کابلهای HTS میدان مغناطیسی اندکی تولید می کنند. این امر نیازهای عملیاتی را کاهش می دهد و نیاز به کم کردن ظرفیتکابلها را هنگامی که قرار است در کنار دیگر کابلها یا در کانالهای زیرزمینی قرارگیرند برطرف می سازد. مزیتهای زیست محیطی و عمومی ناشی از فقدان میدانهای مغناطیسی نیز اینجا ظاهر می شوند. در ثانی، هنگامی که کابلها در لفاف سیستم خنک کننده قرارمی گیرند نیازی نیست تا ظرفیت کابل را به دلیل دفن در خاک، عمق و... کمتر از حد استاندارد در نظر بگیرند. بنابر این، کابلهایHTSدر مکانهایی که حق مالکیت صاحبان اماکن به دارندگان شبکه برق فشار می آورند بهترین گزینه هستند.مک کال اشاره می کند که یک اختراع مهم دیگر شرکت او طراحی کابلهایی با امکان محدود کردن جریان خطا هستند. این کابلها در هنگام کار امپدانس بسیار اندکی دارند اما هنگامی که خطایی در شبکه رخ می دهد و جریانهای اتصال کوتاه زیادی باید از کابل عبور کنند کابلهای HTSمقاومت بسیار زیادی از خود نشان می دهند که منجر به کم شدن جریانهای اتصال کوتاه می شود.

مشخصه برودتی

یکی از مشخصات عجیب کابلهای HTS این است که این کابلها حتما باید در دمای پایین کار کنند. در نتیجه این نیاز، کابلهای HTSبه گونه ای طراحی شده اند که یک سیستم ویژه خنک کننده دائما از آن پشتیبانی کند.مک کال می گوید:" تمام مواد ابررسانای شناخته شده دو وضعیت عادی و ابررسانا دارند. برای رسیدن به خاصیت ابررسانایی ماده باید در دمایی زیر دمای بحرانی خود قراربگیرد، جریانی کمتر از جریان بحرانی را عبور دهد و در محیطی با میدان مغناطیسی کمتر از میدان مغناطیسی بحرانی کارکند. سیستم خنک کننده ای باید در کابل وجود داشته باشد تا نیاز مواد ابررسانا را به دمای پایین تأمین کند. در کابلهای HTSنیتروژن مایع بین لایه های کابل جریان دارد تا آنها را به زیر دمای منفی 200درجه سانتیگراد برساند و به علاوه به عنوان یک عایق بین لایه مرکزی و لایه های بیرونی تر کابل عمل کند.یک کابل HTSاز چند سیم هم محور ابررسانا تشکیل شده است و عایق ایزولاسیون الکتریکی مغزی کابل را به همراه ماده خنک کننده انجام می دهد. این روش به طراحی "عایق سرد هم محور" معروف است. این کابل توسط نکسان ،یکی از بزرگترین تولید کنندگان کابل در جهان، طراحی و ساخته شده است.



سرماساز بزرگ-نیتروژن مایعی که بین سیمهای کابل HTS جریان دارد می تواند آنها را تا 200 درجه سانتیگراد زیر صفر خنک کند. نیتروژن مایع از فرآیند مایع سازی هوا گرفته می شود.

رله و حفاظت

اجزا سیستم حفاظتی

·   عضو سنجشی: تبدیل کمیات ولتاژ یا جریان شبکه از مقدار اصلی به مقدار قبول برای سیستم حفاظتی در این قسمت صورت می­پذیرد که شامل ترانس جریان و ترانس ولتاز و... می­باشد.

·   رله حفاظتی: این بخش مغز سیستم محسوب می­گردد و موضوع مورد بحث این مقاله است که خود از سه عضو تشکیل شده

1.   عضو سنجشی: در این عضو مقدار جریان و ولتاژ دریافت شده از عضو سنجشی سیستم حفاظتی با دادن یا ندادن تغییرات و مقایسه با مقدار مبنا تصمیمات لازم را می­گیرد.

2.   عضو زمانی: در بسیاری از رله­ها عضو زمانی وجود دارد عضو سنجشی در صورت لزوم این عضو را فعال نموده و این عضو با توجه یه تنظیمات و نوع آن فرمانی را به عضو کمکی می­دهد.

3.   عضو کمکی: چون رله­های حفاظتی هنگام عملکرد باید سیگنال­های متعددی را به دستگاههای حفاظت و کنترل و اعلام خطر ارسال کنند، احتیاج به رله­ای کمکی دارند که توانایی ارسال چندین سیگنال مختلف یا قدرت جریان دهی مناسب را اشته باشند. ممکن است این سه جزء  در یک مجموعه واحد ساخته شوند و یا ممکن است به طور جداگانه ساخته شوند.

·        المانها قطع کننده: که شامل کلیدهای قدرت می­باشند.

وظایف سیستم حفاظتی:

·        آشکار سازی اختشاش

·        مشخص کردن محل اختشاش

·        رفع یا محدود کردن خطا

خصوصیات سیستم حفاظتی

·        داشتن قابلیت انتخاب

·        داشتن قابلیت اعتماد

·        سرعت عملکرد

·        سادگی و اقتصادی بودن

·        حساس بودن

رله­های حفاظتی

انواع رله از نظر ساختمان

·        رله الکترومغناطیسی

·        رله حرارتی

·        رله مکانیکی

·        رله شیمیایی

·        رله استاتیکی

·        رله نیومریک(دیجیتالی)

معرفی انواع رله:

·   اضافه جریان  Over Current: اساس عملکرد این رله به این صورت است که اگر جریان اندازه گیری شده به وسیله رله از جریان تنظیم شده برای ان بیشتر باشد این رله عملکرد خواهد داشت این رله در خطوط توزیع به عنوان حفاظت اصلی و در خطوط فوق توزیع و انتقال به عنوان حفاظت پشتیبان مورد استفاده قرار می­گیرد. این رله دارای سه مشخصه است:

1.   رله اضافهجریان انی: تنظیمات این حالت به این صورت است که در صورت بیشتر شدن جریان از جریان تنظیمی رله، رله به صورت انی عملکرد خواهد داشت.

2.   رله اضافه جریان زمان معلوم: تنظیمات در این حالت به این صورت است که در صورت بیشتر شدن جریان از جریان تنظیمی رله، رله  در زمان مشخص شده فرمان می­دهد.

3.      رله اضافه جریان معکوس زمانی: در انی حالت با افزایش جریان زمان قطع کوتاه می­گردد.

هماهنگ کردن رله اضافه جریان بر اساس جریان، زمان، جریان و زمان صورت می­پذیرد.

·   رله اضافه جریان جهتی  Directional O.C: زمان که جریان خطا می­تواند از دو جهت برقدار شود به عبارت بهتر جریان خطا از دو طریق تأمین گردد. در این حالت نمی­توان از رله اضافه جریان به صورت قبل استفاده کرد و قابلیت انتخاب سیستم حفاظتی به منظور محدود کردن خاموشی نقض می­گردد در انی حالت می­بایست از رله­های جهتی استفاده نمود تا علاوه بر اندازه­گیری جریان جهت عبور جریان را نیز مشخص تشخیص دهد و عملکرد مناسبی داشته باشد. در این نوع رله جهت تشخیص جهت جریان از سیگنال ولتاژ و جریان استفاده می­شود. موارد کاربرد این رله در خطوط از دو سر تغذیه شده، شبکه­های رینگ و شبکه­هایی که از یک خط دو مداره تغذیه می­شوند می­باشد.

·   رله اتصال به زمین Earth Fault: این رله، یک نوع رله جریانی است کههمانند رله اضافی جریان عمل می­نماید و اتصالیهای فاز به زمین را تشخیص می­دهد تنظیم جریانی این رله پایین­تر از رله جریان زیاد می­باشد( معمولا 20 درصد جریان نامی خط).

·   رله دیستانس Distance: با توجه به اینکه امپدانس خطوط انتقال متناسب با طول خط می­باشد و هر چه طول بیشتر باشد در واقع امپدانس خط بیشتر می­شود حال اگر امپدانس خط را با اندازه­گیری ولتاژ و جریان و محاسبه نسبت آنها، چنانچه در شبکه خطایی ایجاد نشده باشد امپدانس خط با امپدانس محاسبه شده یکسان است. ولی زمانی که در قسمتی از خط خطایی رخ دهد امپدانس معادلی که در اینه حالت اندازه­گیری می­شود کاهش می­یابد بنا بر این به این ترتیب می­توان به وقوع خطا پی برد

ویژگی­های رله دیستانس

·        تشخیص خطا از طریق اندازه­گیریقابلیت جهتی شدن

·        عملکرد با تنظیم زمان و مستقل از زمان

رله دیستانس دارای سه تا پنج زون می­باشد که تنظیمات در انی زونها به صورت زیر است:

·   زون 1:امپدانس تنظیمی زون یک برابر با 80% تا 90% امپدانس کل خط اول تنظیم می­شودو زمان عملکرد رله در زون یک برابر صفر تنظیم می­شود.

·        زون 2:امپدانس تنظیمی زون دو برابر با 50% امپدانس کل خط دوم به اضافه امپدانس کل خط  اول تنظیم می­شود و زمان عملکرد رله در زون بک برابر با 4 ثانیه تنظیم می­شود.

·   زون3: امپدانس تنظیمی این زون سه برابر با 20% امپدانس کل خط سوم به اضافه امپدانس کل خط اول و دوم تنظیمی می­شود.

انواع مشخصه­های رله دیستانس:

·        رله امپدانسی

·        رله ادمیتانسی

·        رله راکتانسی

·        رله چند ضلعی

المانهای رله دیستانس:

·        رله استارت: تشخیص وجود خطا

·        رله اندازه­گیری

·        رله زمان سنج

·        رله قطع کننده یا تریپ

·        واحد حذف کننده نوسانات توان

·   رله دیفرانسیل Differential: این رله برای حفاظت ترانسفورماتور در مقابل اتصالی­های داخلی (فازها به هم) ترانس بکار می­رود. اصول کار این رله به انس صورت است که اختلاف جریان ورودی وخروجی ترانس را دریافت کرده و در صورت مختلف بودن این دو جریان رله دیفرانسیل عمل می­نماید و در صورت عدم اختلاف رله دیفرانسیل عمل نمی­کند. لازم به ذکر است که درصورت عملکرد رله دیفرانسیل و خارج شدن ترانس حتما باید ترانس تست گردد و بعد دوباره برقرار گردد. با توجه به عدم وجود جریان­های برابر در طرف اولیه و ثانویه و اختلاف زاویه بین آنها برای یکسان یازی جریان اولیه و ثانویه از ترانس مچ در مدارات رله دیفرانیل استفاده می­گردد. به منظور پایدار کردن رله دیفرانیسل از یک سری مقاومت پایدار کننده استفاده می­گردد تا این رله در حالت عادی هیچگونه عملکردی نداشته باشد.

·        رله زمین محدود شده Restricted Earth Fault : این رله مشابه رله دیفرانسیل بوده و برای اتصالی­های فاز با زمین در داخل ترانس به کار برده می­شود. این رله به صورت جداگانه در دو طرف ترانس نصب می­شود.

·   رله استندبای Standby: این رله یک رله جریانی با زمان عملکرد بالا ایت که به عنوان پشتیبان رله ارت فالت مورد استفاده قرار می­گیرد و در صورت عمل نکردن رله اضافه جریان و ارت فالت این رله عمل می­نماید و ترانس را از مدار خارج می­نماید.

·   رله اضافه شار: در صورت بالا رفتن شار در داخل ترانس از حد نرمال و تنظبم شده این رله عملکرد خواهد داشت. مقدار شار متناسب است نسبت ولتاز به فرکانس.

·   رله اضافه ولتاژ: Over Voltage: این رله برای حفاظت تجهیزات در مقابل اضافه  ولتاژ می­باشد. با توجه به اینکه اضافه ولتاژ باعث آسیب رساندن به عایق بندی تجهیزات می­گردد این رله با زمان عملکرد در حدود چند ثانیه فرمان قطع ر می­دهد. انی دله معمولا 120% ولتاژ نامی تنظیم می­گردد.

·   رله کمبود ولتاژ Under Voltage: این رله زمانی عملکرد خواهد داشت که افت ولتاژ شدید داشته باشیمو تنظیم آن روی 80% ولتاژ نامی شبکه با زمان عملکرد چند ثانیه می­باشد. در صورت پایین بودن ولتاژ از مقدار تنظیم شده این رله تعدادی از بارها را حذف می­نماید.

·   رله اضافه بار: بالا رفتن بار تارنس از حد مجاز باعث گرم شدن سیم­پیچ­های ترانس می­گردد. معمولا حفاظت بار بر اساس دما تنظیم می­گردد. در ترانس از حرارتی استفاده می­شود و در صورت رسیدن دما به تنظیم اول فرمان به فن­ها داده می­شود و در صورت بالا رفتن دما و رسیدن آن به تنظیم دوم فرمان آلارم و در انتها در صورت رسیدن دما به تنظیم سوم فرمان تریپ داده می­شود.

·   رله بوخهلتس: در اثر گرم شدن روغن ترانس و اتصالیهای خفیف داخل ترانس، روغن ترانس تجزیه شده و یک سری حبابهای گازی شکل می­گیرد که بالای ترانس جمع می­گردد و به سمت کنسرواتور حرکت می­نماید. رله بوخهلتس بین تانک اصلی و کنسرواتور قرار دارد و فشار ناشی از تانک اصلی به سمت تانک کمکی به حرکت در می­آید  که باعث عملکرد رله بوخهلتس و تریپ ترانس می­گردد. لازم به ذکر است که در صورت عملکرد این رله و خارج شدن ترانس حتما باید ترانس تست گردد و بعد دوباره برقدار گردد. گازهای حاصله از تجزیه روغن هیدروژن، استیلن، اتیلن، متان، اتان می­باشند.

·   رله جانسون: این رله عملکردی مشابه با رله بوخهلس دارد و برای حفاظت چنجر استفاده می­گردد و فقط فرمان تریپ دارد (به دلیل تعویض و تب و ایجاد جرقه در آن تجزیه روغن صورت می­پذیرد به همین دلیل فرمان آلارم در این رله وجود ندارد و فقط در صورت اتصالی شدید فرمان قطع صادر می­نماید.)

·   رله فشار روغن Pressure Relief: برای جلوگیری از ترکیدن تانک اصلی ترانس یا تب چنجر در صورت بالا رفتن فشار روغن داخل ترانس یا تب چنجر از این رله استفاده می­شود. این رله باعث می­گردد که روغن از یک نقطه از ترانس یا تب چنجر خارج گردد.

·   رله حفاظت بدنه ترانس: برای حفاظت در مقابل اتصالی­های فاز با بدنه ان از این رله استفاده می­شود بدین منظور بعضی مواقع بدنه ترانس را بر روی پایه­های عایقی نصب می­نمایند که مستقیما با زمین در تماس نباشد و بدنه ترانس را با سیم قطوری به شبکه ارت متصل می­کنند این سیم مسی که بدنه ترانس را ارت کرده در مسیرش یک CT قرار می­دهند و ثانویه این CT را به رله جریانی به نام رله تانک پروتکشن وصل می­کنند، هنگام اتصالی فاز با بدنه جریان اتصالی از سیم ارت کننده بدنه ترانس به زمین منتقل می­شود و این جریان در ثانویه CT مربوطه ایجاد جریان کرده و باعث عملکرد رله تانک پروتکشن می­گردد.

·   رله نامتعادلی جریان Unbalance : همان طور که می دانیم بانک خازنی به صورت ستاره بسته می­ود و نقطه صفر آن زمین می­گردد. در مسیر نقطه صفر یک CT به صورت سری قرار دارد که خروجی CT به این رله وصل می­گردد و در صورتی که نامتعادلی در بانک خازنی وجود داشته باشد از نقطه صفر ترانس جریان عبور می­نماید و این رله عملکرد خواهد داشت و بانک خازنی را خارج می­سازد.

·   رله دیفرانسیل طولی: در خطوط کوتاه و کابلی از این نوع رله استفاده می­گردد. عملکرد این رله مشابه با رله دیفرانسیل است.

·   رله پروتکشن (پابلوت): در خطوط انتقال حساس برای اینکه خطاها در کوتاه­ترین زمان حذف گردد و پایداری شبکه برقرار باشد از این سیستم استفاده می­گردد که عملکرد آن به این صورت است که با عملکرد یک رله در یک طرف خط رله طرف دیگر به وسیله سیگنالهای مخاباتی فرستاده شده از رله اول بدون زمان عمل نموده و قطع می­نماید.

·   استاب پروتکشن: در زمان بی برق بودن خط ولتاژ خروجی PT صفر می­باشد پس عملا دیستانس صفر نشان می­دهد و زمان وصل خط رله دیستانس ولتاژ از PT دیده و باعث عملکرد رله دیستانس می­گردد. این رله در زمان کلید زنی رله دیستانس را از مدار خارج می­نماید و مانع از عملکرد رله دیستانس در زمان کلید زنی می­گردد.

·   رله وصل کلید روی اتصالی Switch On The Fault: زمانی که اتصالی روی خط داشته باشیم و بخواهیم کلیدزنی نماییم به دلیل وجود رله استاب پروتکشن، رله دیستانس عملکرد ندارد به همین دلیل از این رله استفاده می­گردد. لازم به ذکر است که زمان عملکرد این رله پایین می­باشد و در صورت وجود اتصالی هنگام کلید زنی خط را مجددا قطع می­نمایند.

·   رله بریکر فیلور C.B.F : خطای عملکرد بریکر Circuit breaker failure:  در زمان وقوع خطا در صورت عمل نکردن بریکر این رله تمام بریکرهای منتهی به بریکر مذبور را قطع می­نماید به عبارت بهتر چنانچه در یکی از خطوط اتصالی رخ دهد و رله فرمان بریکر صادر کند اما به دلایلی بریکر خط باز نشود رله C.B.F وارد مدار شده و با فرمان به کلیه بریکرهای خط تمام خطوط تغذیه پست را قطع می­نماید.

·   رله نامتعدلی قطبهای کلید Pole Discordance :اگر قطبهای بریکر هم زمان با هم باز نشود این رله مانند C.B.F عمل می­نماید.

·   رله اتوریکلوزر: با توجه به اینکه حدود 80 تا 85 درصد اتصالیهای خطوط انتقال را اتصالیهای گذرا تشکیل می­دهند بنابراین جهت برگرداندن شبکه به حالت عادی از این رله استفاده می-گردد. این رله بعد از قطع شدن خط مجددا فرمان وصل را صادر کرده اگر خطا رفع شده باشد شبکه به حالت عادی رسیده در غیر این صورت پس از یک تأخیر زمانی مجددا وصل می­نماید معمولا این کار را 3 بار انجام می­دهد.

ترانسفورماتورهای سه فاز

سه ترانسفورماتور تک فاز را می توان به هم متصل کرد که سه سیم پیچ با ولتاژ نامی یکسان به صورت مثلث( ) و سه سیم پیچ با ولتاژ نامی دیگر به صورت ستاره(Y) به هم متصل می شوند و تشکیل یک ترانسفورماتور سه فاز را دهند. گفته می شود که یک چنین ترانسفورماتوری با اتصال ستاره-مثلث( -Y) یا مثلث-ستاره(Y- ) است. سایر اطلاعات ممکن عبارتند از ستاره(Y-Y) و مثلث-مثلث( - ). اگر هر کدام از این سه ترانسفورماتور تک فاز دارای سه سیم پیچ(اولیه، ثانویه، ثالثیه) باشد، در این صورت می توان دو دسته را به صورت ستاره به هم متصل کرد. به جای استفاده از سه ترانسفورماتورتک فاز یکسان ،استفاده از یک ترانسفور ماتور سه فاز که در آن هر سه فاز بر روی هسته آهنی واحدی قرار دارند متداولتر است.قضیه ی ترانسفورماتورسه فاز همانند دسته ی سه فازی از ترانسفور ماتورتک فاز است.ترانسفور ماتور سه فاز مزیت استفاده کمتر از آهن برای تشکیل هسته را دارد.و بنابراین اقتصادی تر از سه ترانسفور تک فاز است وجای کمتری اشغال می کند.سه ترانسفورماتوردارای این مزیت است که به هنگام خرابی،به جای ازدست دادن تمام سه فاز فقط یک واحد از ردیف سه فاز تعویض می شود اگر در یک ترانسفورماتورمثلث-مثلث شامل سه واحد جداگانه،رخ می دهد می توان یکی از ترانسفورماتور تک فاز را برداشت و دو ترانسفورماتور باقی مانده هنوز به کار ادامه می دهد.یک چنین حالتی را حالت مثلث باز می نامند.

همان گونه که می دانیم ترانسفورماتورهای قدرت با جریان و ولتاژهای بسیار سر و کار دارندو باید حفاظتهایی برای آنها صورت گیرند.به عنوان مثال،برای حفاظت ولتاژزیاد ترانسفورماتورها ،باید سطح عایقی ترانسفورماتورمناسب باشد.همچنین با توجه به عبور جریان زیاد از سیم پیچهای ترانسفورماتور و ازدیاد درجه حرارت سیم پیچها ،باید حفاظتهایی برای کنترل درجه حرارت آن صورت گیرد. بدین منظور و برای شناخت بیشتر ترانسفورماتورهای قدرت،تجهیزات اساسی آن را بیان می نماییم.

تجهیزات اساسی ترانسفورماتورهای قدرت عبارتند از:

1-هسته                                                                   core

2-سیم پیچ ها                                                            coil

3-تپ چنجر                                                   tap changer

4-تابلوی مکانیزم تپ چنجر                        

5-بوشینگ ها                                                        bushing

6-تانک روغن(بدنه اصلی)                                               tank

7-روغن ترانسفورماتور                                                      oil

8-چرخ های ترانسفورماتور                                          wheels

9-باک روغن(کنسرویتور)                              oil conservator

10-وسایل خنک کننده                           coolig equipments

الف)رادیاتورها                                              heat exchanger

ب)فن ها                                                                air fans

ج)پمپ روغن                                                         oil pump

11-رطوبت گیر                                   dehydrating breathers

12-وسایل حفاظتی و اندازه گیری    measuring and protectional

الف)رله بوخ هلتس                                            buchholts relay

ب)دریچه تخلیه فشار(سوپاپ اطمینان)         pressure relief device

ج)لوله انفجار                                   

د)ترمومترها                                                        thermometers

13-نشان دهنده سطح روغن(ارتفاع سنج روغن)         oil level gauges

14-شیرهای ترانسفورماتور                                                   valves

15-برقگیر        

16-تابلوی فرمان اصلی                                        marshanling box

17-پلاک مشخصات ترانسفورماتور                

هسته

هسته ترانسفورماتور، وظیفه ایجاد ارتباطی مغناطیسی بین سیم پیچهای اولیه و ثانویه را بر عهده دارد.به منظور کاهش تلفات گردابی لازم است تا هسته از ورقه های فولادی نورد شده به ضخامت3/0تا5/0میلیمتر ساخته شود.این ورقه ها با ماده ای عایقی به نام کارلیت که توانایی عبور فوران مغناطیسی را داردولی عایق جریان الکتریکی است،پوشانده می شوند.این عایقها دارای استقامت حرارتی بالایی هستند و در دماهای بالا نیز تحت تاثیر روغن ترانسفور ماتور قرار نمی گیرند.جنس این ورقه ها از عایق های فولادی که مقداری سیلیس به آن اضافه می گردد.اضافه کردن ماده سیلیسیوم، باعث افزایش طول عمر ورقه های فولادی،کاهش تلفات پسماندو افزایش مقاومت مخصوص هسته می شود و در نتیجه تلفات جریان گردابی کاهش می یابد البته درصد ماده سیلیسیوم باید به مقدار مشخصی باشد.زیرا زیاد بودن درصدآن باعث نرم شدن آلیاژحاصله می گرددو طبعا عمل سوراخ کردن هسته با مشکل مواجه می شود.همچنین تلفات ضریب نفوذ پذیری هم افزایش می یابد.البته لازم به ذکر است که برای افزایش قدرت نامی و کاهش تلفات هسته،سازندگان در ساخت هسته های ترانسفور ماتور،از نوعی ماده مغناطیسی به نام که کمترین تلفات را در مقابل عبور شار مغناطیسی دارد،استفاده می کنند.همچنین برای خنک کردن هسته ،کانالهایی درون آن طراحی می شود تا با گردش روغن در داخل آن ،عمل خنک کنندگی هسته انجام شود.

ترانسفورماتور از نظر نوع هسته، به دو نوع هسته ای و نوع پوسته ای تقسیم می شوند که البته این نوع تقسیم بندی عموماً برای ترانسفورماتورهای تک فاز عنوان می شود. در ترانسفورماتورهای تک فاز نوع هسته ای، سیم پیچ های اولیه و ثانویه روی دو بازوی مختلف یک هسته ای با دو یا چهار بازو پیچیده می شوند. این در حالی است که در نوع پوسته ای، سیم پیچ های اولیه و ثانویه روی بازوهای میانی یک هسته با سه یا پنج بازو، بر روی یکدیگر پیچیده می گردند. هسته ترانسفورماتورهای قدرت سه فاز معمولاً دارای دو حالت سه بازویی و پنج بازویی است. در حالت سه بازویی، سیم پیچ های هر فاز بر روی هر بازو پیچیده می شوند؛ ولی در حالت پنج بازویی، سه بازوی وسطی برای سیم پیچ های هر فاز، و دو بازوی کناری برای برقراری مسیر فوران مغناطیسی ایجاد می شود.

برای راحتی کار در هنگام جازدن سیم پیچها ،هسته ترانس را از قطعات ورق که در کنار هم قرار داده می شوند،می سازند.از طرف دیگر چون ورق های آهنی با نورد ساخته می شوند، بنابر خواصی که دارند قابلیت نفوذ مغناطیسی آنها در راستایی که نورد شده اند. بیشتر است.به همین خاطر سعی می کنند که قطعات ورق را طوری برش داده و در کنار هم قرار می دهند که شار مغناطیسی همیشه در راستایی که ورق نورد شده از آن عبور کند در این صورت جریان بی باری ترانسفور ماتور کم می شود شکل زیر.

سیم پیچها

سیم پیچهای اولیه و ثانویه، اصلی ترین جزءترانسفور ماتور ها می باشد که فوران ایجاد شده توسط آنها از طریق ترانسفور ماتوربا یکدیگر تزویج می شوند.معمولا سیم پیچهای فشار قوی و فشار ضعیف ترانسفور ماتورهای قدرت بر روی هسته به صورت متحدالمرکز پیچیده می شوند .ابتدا سیم پیچ فشار ضعیف بر روی هسته قرار می گیرد،و سپس سیم پیچ فشار قوی روی آن پیچیده می شود. علت این نوع ترتیب قرار گرفتن سیم پیچها، آن است که سیم پیچ فشار ضعیف به خاطر ولتاژ کم آن، به عایق کاری کمتری نیاز دارد و در نتیجه هزینه عایق کاری سیم پیچها از هسته بسیار کمتر خواهد شد هادی های سیم پیچها ،شامل سیم های مسی با مقطع دایره ای هستند تا تمرکز ولتاژ در لبه ها به کمترین مقدار خود کاهش یابد البته در ترانسفور ماتور های با قدرت بالا از هادی های استوانه ای نیز استفاده می شود که گوشه های آن راپخ می زنند تا عایق کاری با نحوی مناسب انجام شود. عایق هادی ها بسته به قدرت عایق مورد نظر، روکشی از نوارهای عایقی می باشد.پیچک های هادی به دور استوانه صلیبی که اندازه های آن به دقت محاسبه می گرد، پیچیده می شوند. همچنین فواصلی برای گردش روغن درون پیچک ها به شکل محوری در بین لایه های سیم پیچ ها در نظر گرفته می شود تا سیم پیچها در برابر نیروهای مکانیکی استقامت نمایند. عایق های مورد استفاده به خاطر اینکه اندکی رطوبت دارند، به همراه سیم پیچها درون کوره قرار داده می شوند تا با انتقال حرارت(با دمای بالاتر از 100درجه سانتیگراد)به مدت 24ساعت،رطوبت عایقها به کلی جذب شود.سپس هسته و سیم پیچها در روغن تانک ترانسفورماتورغوطه ور می گردنند.

اتصالات سیم پیچها در ترانسفور ماتورها

از آنجا که جریان متناوب می تواند به صورت یک سیستم تک فازو یا چندفازه(عموما سه فازه)موجود باشد ترانسفورماتورنیز تک فاز یا چند فازه خواهد بود در حالت چند فازه مدارهای الکتریکی اولیه و ثانویه به مجموعه چند مدار تک فاز که به هم متصل هستنداطلاق می شود که به شرح زیز می باشند.

اتصال مثلث به مثلث(D-d)

اتصال مثلث به مثلث به ترانسفور ماتور هایی که قدرت زیاد دارند و ولتاژ آنها در سطح پایینی است و از نقطه نظر عایق بندی مشکل ایجاد نمی کنند بکار می رود از طرفی این اتصال در مواردی که احتیاج به سیم صفر نیست مانند مواردی که مصرف کننده ها

همه سه فازه هستند(موتورهای جریان متناوب سه فاز)همچنین در مواقعیکه ولتاژتغذیه کم با متوسط و جریان زیاد باشد مورد استفاده قرار می گیرند.

اتصال ستاره به ستاره(Y-y)

این نوع اتصال بیشتر در ترانسفور ماتورهای کوچک و ترانسفور ماتور های با ولتاژبسیار بزرگ استفاده می شود که از نقطه نظر اقتصادی حداقل مقدار عایق و تعداد دور حلقه در هر فاز را شامل است و در دو حالت با سیم صفر مورد مطالعه قرار می گیرد.در این حالت مجموع جریانهای سه فاز در هر لحظه صفر می باشدچه بار متعادل باشد چه نباشدو ولتاژی که در دو سر سیم پیچ هر فاز قرار می گیرد برابر کمتر ازولتاژ خط است بنابراین عایق کمتری مصرف استفاده می شود.

اتصال مثلث به ستاره(D-y کاهنده، d-Y افزاینده):

این اتصال معمولا در ترانسفورماتورهای افزاینده ولتاژدر نیروگاهها و ابتدای خطوط انتقال نیروو با ولتاژ قوی در سیستم های توزیع انرژی به صورت چهار سیمه که همزمان می تواند مصرف کننده های سه فازمانند موتورهای الکتریکی سه فاز را تغذیه کنند و همچنین جهت تامین مصارف روشنایی موراده واقع شود و به طور کلی در مواردی که طرف دوم احتیاج به سیم صفر باشد بکار برده می شود.در این اتصال ولتاژ خط در طرف ستاره(ثانویه) N2/N1برابر ولتاژهای خط در طرف مثلث اولیه و از لحاظ فاز30درجه نسبت به آنهاپیش فاز هستند.

اتصال ستاره به مثلث(Y-d)

کاربرد اصلی در پستهای فرعی انتهای خط انتقال انرژی است یا تبدیل فشار قوی زیاد به متوسط و کم یعنی جایی که ولتاژ پایین آورده می شودتا به ترانسفور ماتور و یا پست توزیع و آماده می شود اینجا نقطه اتصال ستاره با سیم نوترال زمین می شود البته این نوع اتصال را براتی موقعی که نیاز به سیم صفر نباشد و مصرف کننده ها همگی سه فاز باشند نیز به کار می برند. در این حالت ولتاژخط ثانویه نسبت به ولتاژخط ر اولیه30درجه پس فاز است.

اتصال ستاره به زیگزاگ(Y-z):

این اتصال بیشتردر طرف فشار ضعیف های توزیع و پخش انرژی چهار سیمه که همواره با نامتعادلی بارها و یا به طور موضعی و با قدرت پایین همراه است بکار میرود.در این اتصال سه سیم پیچ طرف فشار ضعیف را بدو قسمت مساوی تقسیم می نمایندآنگاه نصف بو بین مربوط به فاز اول ثانویه را با نصف بو بین زیرین فاز دوم در جهت معکوس سری می نمایند و این عمل برای دیگر فازها عینا انجام می شود.

اتصال مثلث به زیگزاگ(D-z)

تفاوت این اتصال فقط در ایت استکه اولیه به صورت مثلث وصل شده ثانویه همان خصوصیاتی را خواهد داشت که قبلا ذکر گردیده و بیشتر در مواقعی که ترانسفور ماتور سه فازه برای تغذیه دستگاههایی که به صورت اختصاصی هستندمورد استفاده قرار می گیرند.

مثلا تغذیه یکسو سازهای قدرت در شکلهای زیر اتصال چند نوع سیم پیچیدی نشان داده شده است.

گروههایی ترانسفورماتور

یکی از مواردی که لازم است تا در مورد آن بحث شودوجود اختلاف فاز بین ولتاژهای ورودی و خروجی است طریقه اتصال سیم پیچها به یکدیگر سبب می شود تا ترانسفور ماتور هایی با ولتاژو اختلاف فازهایی متفاوت بین ولتاژهای وردی و خروجی به وجودآید چنانچه سیم پیچهای فشار قوی و فشار ضعیف دارای یک نوع اتصال باشند و در نتیجه با توجه به نحوه اتصال سیم پیچها اختلاف فاز بین ولتاژ بالا و ولتاژ پایین پیچیده شده بر روی یک بازو و صفر یا 180 خواهد بود. اما اگر سیم پیچ های فشار قوی و فشار ضعیف دارای اتصالات مختلفی باشند، بدین ترتیب اختلاف فاز بین ولتاژ های همنام اولیه و ثانویه ترانسفورماتور 330،210،150،30 ، می شود. اما ترانسفورماتورهایی که دارای اختلاف فاز 30 یا 120 هستند، استاندارد نبوده و معمولاً تولید نمیشوند.

موقعیت ولتاژهای سیم پیچ های فشار قوی وفشار ضعیف نسبت به هم در اتصالات سیم پیچ ها

اختلاف فاز بین ولتاژهای همنام اولیه و ثانویه ترانسفورماتورهای سه فاز به صورت یک عدد مشخص میشود. این عدد زاویه اختلاف فاز را برحسب تقسیمات صفحه ساعت بیان میکند.

-بیان زوایه اختلاف ولتاژها برحسب تقسیمات ساعت.

تپ چنجر مکانیزمی است که با آن می توان نسبت ولتاژ ترانسفورماتور را تغییر داد. مثلاً اگر توسط یک ترانسفورماتور قدرت، قدرت خروجی یک ژنراتور به شبکه داده می شود، در مواقعی که شبکه با افت ولتاژ مواجه است، می توان با انتخاب ولتاژ ثانویه بیشتری، افت ولتاژ در شبکه را جبران کرد. همچنین در مواقعی که شبکه، افزایش ولتاژ دارد، می توان با کاهش ولتاژ ثانویه، این افزایش ولتاژ را ترمیم نمود. این تغییرات ولتاژ معمولاً 10  ولتاژ نامی ترانسفورماتور است.

معمولاً عمل تغییر تپ چنجر به دو صورت زیر انجام می گیرد:

1-دستی

2-اتوماتیک

کاری که در داخل ترانسفورماتور انجام می شود، این است که در هر بار تغییر تپ ترکیب خاصی از سر سیم پیچ هایی که از قسمت های مختلف سیم پیچی ثانویه ترانسفورماتور به تپ چنجره برده شده اند، به هم وصل میشوند. لذا تعداد دور سیم های ثانویه که در مدار قرار می گیرند، عوض میشود و طبعاً نسبت تبدیل هم تغییر می کند. در نتیجه میتوان گفت که با یک ولتاژ ثابت در اولیه، ولتاژ ثانویه عوض می شود. بر روی پلاک مشخصات ترانسفورماتورها، ترتیب تعویض تپ ها وشماره پایانه هایی که در هر انتخاب ولتاژ جدید، باید به هم وصل شوند، و شماره وضعیت تپ چنجر داده می شود. در ترانسفورماتورهای معمولی تپ چنجر طرف فشار قوی عمل می کند، به علت آنکه در طرف ولتاژ بالا، ولتاژ در هر دور سیم پیچی(volt/turn)، کمتر از طرف ولتاژ پائین است و جریان نیز ازدو طرف ولتاژ پائین کمتر است لذا مسئله تعویض تپ، آسانتر و با مشکل کمتر(از نظر جرقه و قوس) انجام خواهد شد.

تپ چنجرها را به دو دسته تقسیم می کنند.

الف)تپ چنجر بی بار(off load tap changer)

ب)تپ چنجر زیر بار(on load tap changer)

منظور از تپ چنجر بی بار آن است که برای تغییر تپ باید ابتدا ترانسفورماتور را بی بار کرد و سپس تپ را عوض کرد، ولی در نوع زیر بار می توان تپ را بدون آنکه ترانس را بی برق کرد هم می توان عوض کرد که البته این نوع به تکنیک بالاتری نیازمند است در شکلهای زیر نحوه اتصالات تپ مختلف نشان داده شده است.

انواع برقگیر

·        برقگیر میله­ای یا شاخه­ای( جرقه­ای)

·        برقگیر سوپاپی( با مقاومت خطی)

·        برقگیر اکسید روی

·        برقگیر لوله­ای

·        برقگیر قوی طولانی

برقگیر شاخه­ای

این نوع برقگیرها به صورت دو الکترود یا دو شاخک هستند که متناسب با ولتاژ در فاصله معین بین هادی و زمین قرار می­گیرند و در صورت بروز اضافه ولتاژ بین آن قوی الکتریکی برقرار می­شود. انی قوس باعث اتصال کوتاته گردیده از اضافه ولتاژ جلوگیری می­نماید. البته باعث اختلال در امر برق رسانی نیز می­گردد. در شبکه با قدرت کم، با شکل دادن به این شاخکها، پس از مدتی نسبتا کوتاه قوس الکتریکی خاموش می­شود و چون جیریان اتصال کوتاه کم بوده، خسارات ناشی از اتصال کوتاه وجود ندارد در صورت بروز اضافه واتاژ، فاصله هوایی بین الکترودها قوس الکتریکی برقرار می­شود و به ترتیب از اعمال اضافه ولتاژ به تجهیزات جلوگیری می­شود. از معایب اصلی برقگیر میله­ای عدم توانایی در خاموش کردن جرقه است و هنگامیکه بر اثر صاعقه جرقه زده شد این جرقه باقی خواهد ماند تا زمانیکه تجهیز بی برق شود.

در نتیجه پس از هر بار جرقه، بایستی شبکه بی برق و مجددا برقدار شود. به طئر کلی معایب این نوع برقگیرها در برابر تنها مزیت آنها یعنی ارزان بودنشان بخاطر سادگی ساختار آ«، خیلی زیاد بوده و شامل موارد زیر می­باشد:

·   تداوم عبور جریان به زمین حتی پس از اضافه ولتاژ در نتیجه باعث عمل کردن وسایل حفاظتی و ایجاد وقفه در سیستم می­شود.

·        افت شدید ولتاژ فاز به خاطر اتصال کوتاه شدن فاز در لحظه عبور جریان از جرقه گیر

·        ایجاد موج بریده شده که می­تواند سیم پیچی دستگاهها ( اتوترانسفورماتور) را تهدید نماید

·        تحت تأثیر قرار گرفتن عملکرد آ« با شکل موج اضافه ولتژ و همچنین شرایط محیطی ( فشار، آلودگی، رطوبت و...)

برقگیر سوپاپی

تا چندی قبل روش متداول حفاظت در مقابل صاعقه استفاده از برقگیرهای سیلیکون کارباید بود.

این برقگیرها از ترکیب یک سری فواصل هوایی با مقاومت ساخته می­شوند و بر خلاف جرقه­گیرها پس اط عملکرد آنها شبکه قدرت قابلیت بازگشت به حالت اولیه را خواهد داشت. زیرا مقاومت مذکور جریان تخلیه را کاهش داده و به لحاظ هم فاز بودن تقریبی جریان و ولتاژ پس از به صفر رسیدن شکل موج ولتاژ نامی سیستم، جریان مجددا برقدار نمی­شود.

مقاومتهای این نوع برقگیرها از نوع غیر خطی هستند زیرا از یک طرف باید آن قدر کوچک شوند که توسط فواصل هوایی قابل قطع باشند و از طرف دیگر در ولتازهای ضربه­ای به صوراتی باشند که در اثر تخلیه جریانهای ضربه­ای زیاد افت ولتاژ دو سر آنها از سطح حفاظتی تجهیزات کمتر شود. معمولا این مقاومتها از نیمه هادی سیلیکون کارباید ساخته می­شوند که دارای خاصیت مذکور می­باشند.

برقگیر سیلیکون کارباید یک مقاومت با مشخصه غیر خطی V-I به صورت سری با فاصله هوایی می­باشد. وقتی اضافه ولتاژ از حد ولتاژ جرقه در دو سر فاصله هوایی افزایش امپدانس مسیر جرقه از افزایش شدید جریان جلوگیری می­کندفاصله هوایی جرقه که به آن فاصله جرقه اکتیو گفته می­شود، طوری طراحی می­گردد که بعد از چند بار جرقه زدنددر اثر اضافه ولتاژ، جرقه مسدود گردد.

برقگیرهای سیلیکون کارباید به هیچ عنوان نباید تحت اضافه ولتاژهای با فرکانس قدرت عمل کنند زیرا باعث ایجاد اتصال کوتاه به زمین و عبور انرژی زیاد از خود شده و از بین می­رود.

برقگیرهای sic  سطح اضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه و کلید زنی را به حد مشخصث کاهش می­دهند که این بستگی به ولتاژ نامی برقگیر دارد.

اضافه ولتاژ کلید زنی با انرژی بالا که جریان تخلیه زیادی را برای مدت طولانی اعمال می­کند ممکن است باعث سوختن الکتروهای برقگیر شود و لذا این مسئله باعث محدودیت در کاربرد این نوع برقگیر می­شود و همچنین باعث می­شود که سطح استقامت عایقی بالاتری برای تجهیزات انتخاب شود تا اضافه ولتاژهای ناشی از کلید زنی عمل نکند.

در برقگیرهای جدید sic  برای کاهش تلفات برقگیر ( افزایش طول عمر و قدرت تحمل انرژی) و برای خاموش کردن جرقه در فاصله هوایی پس از حذف موج و در نتیجه قطع جریان، از روشهای مغناطیسی استفاده می­شود.

برقگیر sic با خاموش کننده مغنتاطیسی سه برابر بیشتر از نوع معمولی آنها قابلیت تحمل انرزی را دارا می­باشد، زیرا تلفات جریان متعاقب موج به حداقل مقدار خود می­رسد این نوع برقگیرها در شبکه­های با ولتاژ بالا کاربرد دارند.

برقگیرهای اکسید فلزی

نوع جدید برقگیر دارای بلوکهای با مقاومت الکتریکی غیر خطی و از جنس اکسید فلزات می­باشند. این بلوکها به MOV مشهور هستند. از آنجا که حدود 95% از مواد تشکیل دهنده بلوکهای MOV را اکسید روی ZnOتشکیل می­دهد به آنها برقگیرهای ZnO نیز گفته می­شود. اجزا تشکیل دهنده برقگیر ZnO شامل اکسید روی و مقادیر کمی از اکسید فلزات دیگر از قبیل بیسموت، کبالت ، آنتیموان، و اکسید منگنز می­باشد. ذرات بسیار ریز اکسید روی و اکسید فلزات دیگر پس از فشرده شدن به صورت دیسک در اندازه­های معین شکل می­گیرند، سپس این دیسکها در درجه حرارت بالا پخته می­شوند و به صورت سری در محفظه استوانه­ای شکل قرار گرفته و برقگیر ZnO را تشکیل می­دهد

بلوک ZnO دارای یک مشخصه ولتاژ – جریان کاملا غیر خطی می­باشند و دارای قابیلت بالا برای جذب انرژی موج هستند. دنباله جریان در این نوع برقگیرها وجود ندارد، یعنی جریان با کاهش اضافه ولتاژ ضربه­ای کاهش می­یابد و با ولـتاژ متناوب( ولتاژ سیستم) ادامه پیدا نمی­کند از این رو برقگیرها در عمل کمتر از برقگیرهای با فاصله هوای گرم می­شوند و تکرار عمل آنها کمتر  مشکل ایجاد می­کند.

از دیگر مزایای این نوع برقگیرها، سرعت عملکرد در پیشانی موج است. به این معنی که تاخیری که در برق گیرهای با فاصله هوایی وجود دارد در این نوع برقگیرها خیلی کمتر است.

یکی از مشکلات برقگیرهای ZnO، جریان نشتی در فرکانس قدرت می­باشد. این جریان در حد میلی آمپر است، ولی ممکن است با تکرار عملکرد برقیگر، لایه عایق بین دانه­های اکسید روی سوخته شود و باعث افزایش جریان نشتی گردد. مسأله دیگر، تغییر مقاومت بر اثر درجه حرارت است این تغییر در جریانهای کمتر بیشتر محسوس است ولی بهر حال با کاهش مقاومت تحت ولتژ نامی شبکه بر اثر درجه حرارت، احتمال گرم شدن و کاهش مقاومت و افزایش درجه حرارت وجود دارد. با این وجود اینمشکلات، اما به خاطر مزایای زیاد برقگیرها ZnO نسبت به انواع دیگر برقیگرها، استفاده از این برقگیرها متداول شده است، و به تدریج جایگزین برقگیرهای دیگر می­شوند. بعضی از مزایای برقگیرهای ZnO عبارتند از :

1.      کارائی بهتر نسبت به سایر برقگیرها( بهتر از سایر برقگیرها، اضافه ولتاژ را کنترل می­کند).

2.      پراکندگی کم ولتاژ بسماند و همچنین دارای ولتاژ بسماند خیلی کم

3.      دارای تأخیر زمانی خیلی کم

4.      برگشت طبیعی به وضعیت اولیه با مدار باز

5.      دارای مشخصه ولت – جریان خطی تر از برق­یگر sic

6.       دارای سطح حفاظتی خیلی خوب

7.      دارای جریان نشتی پایین در شرایط کار نامی سیستم (حداقل تلف توان در شرایط کار عادی)

8.   از مهمترین عیب­های برقگیرهای ZnO، قیمت زیاد آنها نسبت به دیگر برقگیرهاست و دیگر اینکه برقگیرهای ZnO در سیستمهای دارای ولتاژ قابل ملاحظه، بیشتر از برقگیرهای sic  در معرض خطر و آسیب دیدگی قرار می­یگرند.

9.      به طور خلاصه مزایای این برقگیر نسبت به برقگیرهای هم رده آن را می­توان چنین بیان کرد:

·        حجم و ابعاد کوچکتر

·        ساخت راحتتر

·        جریان نشتی کمتر

·        سرعت عملکرد بیشتر

·        به دلیل مزایای فوق­الذکر در رده ولتاژهای بالا از این نوع برقگیر استفاده می­گردد.

برقگیر لوله­ای

این نوع برقگیر شامل یک فاصله هوایی برای جرقه زدن در فضا و یک فاصله دیگر در درون یک محفظه مخصوص که با هم به صورت سری قرار دارند می­باشد.

این نوع برقگیرها به منظور کوتاه کردن زمان عبور جریان هدایت شونده( پرهیز از وقوع اتصال کوتاه) تهیه شده­اند.

در برقگیرهای لوله­ای جریان هدایت شونده پس از یک یا چند پریود در اثر گازی که خود برقگیر تولید می­کنداز بین می­رود و از این جهت می­توان ان را برقگیر جرقه خاموش کن نیز نامید.

برقگیر لوله­ای از یک لوله عایق از جنس فیبر لاستیک سخت تشکیل شده و در داخل آن یک الکترود فلزی تو پر و یک الکترود فلزی توخالی قرار داد.

الکترود توخالی مستقیم به دکل یاسیم زمین متصل می­شود ولی بین الکترود توپر و فاز شبکه یک فاصله هوایی وجود دارد. هرگاه اضافه ولتاژی بین فاز و برقگیر قرار بگیرد فاصله هوایی و فاصله بین الکترودها توسط جرقه اتصال کوتاه می­شود و در اثر این جرقه شبکه اتصال زمین می­شود و جریان زیادی از برقگیر می­گذرد که سبب بخار شدن قسمتی از سطح داخلی لوله می­شود این گاز فشار داخلی لوله را با وجود اینکه سوراخ لوله الکترود انتهایی به خارج راه دارد به حدی بالا می­رود که با سرعت زیاد از سوراخ خارج می­شود.

جریان سریع گاز الکترونهای موجود بین دو الکترود را با خود به خارج حمل می­کند جرقه را خنک کرده و در ضمن طول قوس را به حدی زیاد می­کند که پیوستگی قوس از بین می­رود و قوس می­شکند و به این ترتیب پس از یک یا چند پریود، به عبت اینکه حامل­های بارهای الکتریکی در مسیر قوس موجود نیستند جرقه خاموش شده مجددا روشن نمی­شود و برای همیشه خاموش می­ماند و جریان اتصال کوتاه قطع می­گردد.

از برقگیرهای لوله­ای بیشتر در شبکه­های با ولتاژ 10 تا 30 کیلوولت استفاده می­شود.

از معایب این برقگیرها می­توان به ناتوانی در محدود کردن دامنه جریان هدایت شده و همچنین بالا بودن ولتاژ جرقه این نوع برقگیر اشاره کرد

مشخصات فنی برقگیرها

·         ولتاژ نامی : حداکثر مقدار مؤثر ولتاژی است که در صورت اعمال در سر برقگیر باعث عملکرد برقیگر نخواهد شد.

·        ولتاژ عملکرد: حداقل مقدار مؤثر ولتاژی است که در صورت اعمال در سر برقگیر باعث عملکرد برقگیر خواهد شد.

·        جریان تخلیه نامی: حداکثر جریانی است که برقگیر در حین تخلیه می­تواند تحمل کند.

·        فرکانس نامی: همان فرکانس شبکه­ای است که برقگیر در آن نصب شده که معمولا 50 تا 60 هرتز است.

·        کلاس تخلیه طولانی برقگیر: حداکثر زمانی که طول می­کشد تا جریان تخلیه را به زمین عبور و تخلیه کند.

·   کلاس دریچه اطمینان: در صورتی که جریان تخلیه از حد نامی بیشتر باشد و یا مدت زمان عبور جریان تخلیه زیاد باشد در داخل برقگیر گاز جمع شده و باعث ترکیدن برقگیر خواهد شد جهت جلوگیری از این عمل با نصب این دریچه گازها از این دریچه خارج شده و از ترکیدن برقگیر جلوگیری خواهد شد.

·   ولتاژ باقی مانده: در حین تخلیه جریانی از برقگیر عبور می­کند این جریان اگر در امپدانس مسیر ضرب شود ولتاژی بدست می­آید که در سر برقگیر قرار می­گیرد که BIL(سطح عایقی مبنا) بر مبنای این ولتاژ ضربدر 20% بدست می­آید.

به طور خلاصه پارامترهای مهم برای انتخاب برقگیر مناسب جهت حفاظت عایقی را می­توان به صورت زیر عنوان نمود.

·        ماکزیمم ولتاژ کار دائم (MCOV)

·        ولتاژ نامی (Ur)

·        جریان تخلیه نامی (µsec 8,2)

·        ماکزیمم جریان ضربه قابل تحمل (µsec4,10)

·        قابلیت تحمل جذب انرژی W

ولتاژ استاندارد برای برقگیرها

·        10/5- 5 -12- 19- 18- 21- 27 -30 -33 – 36

·        39 -42 -51 -54 -60 -75 -84 -96 -102 -108

120 -126 -138 -150 -174 -180 -198

سکسیونر در پستها Disconnecting Switch

سکسیونر وسیله­ قطع و وصل سیستم­هایی است که تقریبا بدون جریان هستند به عبارت دیگر سکسیونر قطعات و سایلی را که فقط زیر ولتاژ هستند از شبکه جدا می­سازد. لذا می­توان به کمک سکسیونر جریانهای خازنی مقره­ها و کابل­های کوتاه و یا ترانسفورماتورهای با قدرت کم را که تحت ولتاژ باشند با سکسیونر قطع کرد همان طور که از تعریف بالا مشخص اشت سکسیونر یک ارتباط دهنده یا قطع کننده مکانیکی بین سیستمها است  و در درجه اول به منظور حفاظت اشخاص در مقابل برق زدگی بکار برده می­شود. از انجا که کسیونر باعث بستن یا باز کردن مدار الکتریکی نمی­شود لذا برای باز کردن و بستن هر مدار الکتریکی در هر شرایطی به وسیله کلید قدرت صورت می­پذیرد.

علاوه بر مطالب فوق­الذکر سکسیونرها می­توانند در بهتر نمودن ایزولاسیون در پستها به کلیدها کمک کنند.

سکسیونر در حالت باز می­تواند ولتاژ نامی را به طور دائم و اضافه ولتاژهای موقت را بطور موقت تحمل کند. ماده عایقی بین دو کنتاکت سکسیونرها معمولا هوا می­باشد.

برای جلوگیری از قطع یا وصل بی موقع سکسیونر در زیر بار معمولا بین سکسیونرو بریکر اینترلاک مکانیکی یا الکتریکی قرار می­دهند.

انواع سکسیونر

1.      سکسیونر غیر قابل قطع زیر بار

-         سکسیونر تیغه­ای یا کاردی Blade Type

-         سکسیونر کشوئی Drawable Type

-         سکسیونر افقی از نوع دو پایه­ای Horizontal Center Break

-         سکسیونر افقی دورانی سه پایه­ای  Center Rotation

-         سکسیونر عمودی  Vertical Type

-         سکسیونر قیچی Pantograph Type

-         سکسیونر ارت

2.      سکسیونر قابل قطع زیر بار

سکسیونر تیغه­ای یا کاردی Blade Type

برای قطع و وصل ولتاژ و حفاظت مطمئن در زمان عملکرد استفاده می­شود و بیشتر برایفشار متوسط کاربرد دارد. بر حسب میزان جریانی که از آن عبور می­کند تیغه­های آن می­تواند از ساده به دوبل و از نوع تسمه­ای به پروفیلی و میله­ای و لوه­ای تغییر یابد. نوع اهرمی آن در فشار قوی و وفوق فشار قوی کاربرد دارد. این سکسیونرها به دلیل وجود سرایط جوی و وجود تنش­های مختلف بایستی طوری نسب شود که در اثر نیروی برف یا باد ره راحتی وصل نگردد.

این نوع سکسیونر برایولتاژهای پایین و متوسط (تا حدود 63 کیلوولت) مورد مصرف قرا می­یگرد و دارای یک کنتاکت ثابت و یک کنتاکت متحرک می­باشد. قطع مدارد عمودی بر سطح افقی و در امتداد مدار می­باشد. مسیر طی شده توسط کنتاکت متحرک حداکثر یک ربع دایره می­باشد. قطع و وصل کلید ممکن ایت به طور دستی یا با استفاده از موتور صورت گیرد.

از این نوع سکسیونر در جاهایی که با محدودیت سطح مواجه باشیم استفاده می­گرد

سکسیونر کشوئی Drawable Type

برای عملکرد سکسیونر در جاهیی استفاده می­شودکه عمق تبلو کم باشد. این سکسیونرها بیستر به صورت میله­ای در جهت عمودی قطع و وصل می­شود و بیشتر در فشار متوسط کاربرد دارد. این سکسیونر تشکیل شده از دو پایه ثابت و یک تیغ متحرک که حرکت تیغه در امتداد خودش صورت می­

سکسیونر افقی از نوع دو پایه Horizontal Center Break

این سکسیونرها که در ولتاژهای متوسط و زیاد مورد استفاده قرا می­گیرند، هر دو کنتاکت متحرک بوده و سکسیونر از وصی به دو قسمت تقسیم می­شود. حرکت تیغه­های این سکسیونر را اصطلاحا افقی می­نامند( اگر این سکسیونر عمود بر زمین نصب شده باشد، تیغه­ها به صورت افقی حرکت می­کنند). علت شکست مدار از وسط در این سکسیونرها این است که از نظر حفظ فواصل مجاز عایقی با فازهای دیگر مناسبترمی­گردد. به طور کلی از این نوع سکسیونرها در محل­هایی که از نظر فواصل افقی بین فازها چندان محدودیتی وجود نداشته باشد و یا اینکه از نظر فواصل عمودی، در پستهایی که ولتاژ در دو ارتفاع مختلف قرار داشته باشد، معمولا سعی می­شود که از این نوع سکسیونرها استفاده شود. بطور مثال در پستهای با طرح یک وینم کلیدی و از نوع باس بار، سیم­های خروجی و ارتباطی از بالای تجهیزات عبور می­نمایند و در نتیجه استفاده از سکسیونرهای افقی هزینه ایجاد پست را تا حدودی کم می­کند.

سکسیونر افقی دورانی سه پایه­ای Center Rotation

این سکسیونر دارای سه پایه بوده که دو پایه کناری و کنتاکتها به صورت ثابت قرار گرفته و بر روی پایه میانی، میله هادی و رابط دو کنتاکت قرا گرفته است. این میله می­تواند دو کنتاکت ثابت را به یکدیگر متصل نماید. حرکت میله هادی در این حالت به صورت دورانی و افقی می­باشد. مورد استفاده این نوع سکسیونرها ماتبه حالت قبل می­باشد

سکسیونر عمودی  Vertical Type

این سکسیونرها از نظر مسیر باز کردن مدار مانند سکسیونرهای تیغه­ای بوده و لکن این سکسیونرها طوری طراحی می­شوند که بتوانند مناسب جهت جریانها و ولتاژهای بالا باشند. این سکسیونرها از دو پایه که بر روی یکی از پایه­ها، کنتاکت ثابت قرا گرفته و کنتاکت متحرک در انتهای یک لوله هادی که انتهای دیگر آن بر روی پایه دیگر قرار گرفته، تشکیل شده است.

این سکسیونرها در پستهایی که از نظر فواصل افقی محدودیت وجود دارد و یا اینکه از نظر عمودی محدودیت وجود نداشته باشد، کاربرد دارند. استفاده از این سکسیونرها فاصله بین فازها را به حدواقل می­رساند.

سکسیونر ارت

به منظور ایمنی افرادی که روی خطوط انتقال و تجهیزات پست کار می­کنند و همچنین تخلیه بارهای باقیمانده روی خطوط در ابتدای خطوط و پستهای فشار قوی از سکسیونر ارت استفاده می­شود. سکسیونر ارت در حقیقت یک نوع سکسیونر تیغه­ای است که بر روی سکسیونر خط قرار داشته و به نحوی با آن اینترلاک دارد که تا سکسیونر خط قطع نکرده باشد سکسیونر ارت وصل نمی­گردد.

ساختمان کنتاکتها در سکسیونرها

کنتاکتها در سکیونرها از اهمیت ویژه­ای برخوردار هستند و بایستی از نظر الکتریکی در موقع بسته بودن سکسیونر تا حد امکان مقاومت الکتریکی آن پایین باشد.

کنتاکتها بایستی طوری طراحی شوند که در صورتیکه جریاننامی از سکسیونر عبور نماید، درجه حرارت کنتاکت از 90 درجه افزایس نیابد.

کنتاکتها معمولا در اثر قطع یا وصل ممکن است اکسید شوند، لذا جنس کنتاکتها بایستی طوری انتخاب شود که اولا از جنس سخت باشند و ثانیا پراکسید نشوند. کنتاکتها از نظر مکانیکی نیز بایستی مقاومت کافی داشته باشند.

مکانیزم عمل سکسیونر

سکسیونرها از نظر مکانیزم عمل کننده ممکن است به صورت دستی و یا موتوری طراحی شوند. در پستهایی که چندان اهمیت نداشته باشند، جهت کاهش هزینه می­توان از نوع دستی استفاده کرد. جهت ولتاژهای بالاتر از 63 کیلوولت معمولا سکسیونرها مجهز به موتور می­باشند. معمولا در حالتی که مکانیزم دست باشد، بین سکسیونر و دیژنکتور فقط " Interlock" مکانیکی و در حالتیکه موتوری باشد، بین سکسیونر و دیژنکتور از نوع اینترلاک مکانیکی و الکتریکی توأما استفاده می­شود. برای ولتاژهای پایین و متوسط، مکانیزم عمل کننده برای هر سه فاز مشترک بوده و لکن برای ولتاژهای بالا ( نظیر 400 کیلوولت) معمولا هر یک از فازها مکانیزم جداگانه دارند. موتورهای مورد استفاده ممکن ایت با جریان متناوب و یا مستقیم کار کنند.

ولتاژ و جریان نامی و سطح ایزولاسیون سکسیونرها

برای ولتاژ و جریان نامی سکسیونرها از استانداردهای موجود اتسفاده می­شود. معمولا در صورتیکه از نظر اقتصادی چندان تفاوتی وجود نداته باشد، مقدار جریان سکسیونر را یک سطح بالات از جریان نامی کلیدها در نظر می­گیرند. سطح ایزولایرون سکسیونرها مشابه بقیه دستگاهها است.

در پستهای فشار قوی، کسیونرها معمولا در دو طرف کلیدهای قدرت و در ابتدای هر فیدر و یا در محل­های مناسب دبگر نصب می­شوند، محل و موقعیت و تعداد سکسیونرها بستگی به نوع پست و طراح آن دارد.

سکسیونر قابل قطع زیر بار

این کسیونرها به دلیل جلوگیری از حجم زیاد پست و جلوگیری از مانور اپراتور و همچنین برای جلوگیری از اینترلاک (تنش) بین سکسیونر و دیژنکتور طوری طراحی می­شوند که برای قطع و وصل خطی کوچک و یا فیدرهای تغذیه و یا راه-اندازی موتورهای فشار قوی و همچنین وصل آنها حدود 5/2 تا 10 برابر قدرت قطع آنهاست و جریان قطع این کلیدها 20 تا 5/2 برابر جریان جریان نامی است. این نوع سکسیونرها دارای محفظه قطع ضعیفی می­باشد که از نوع هوایی می­باشند.

شرایط استفاده از سکسیونر قابل قطع زیر بار

-         انتخاب فیوز مناسب که متناسب با سطح اتصال کوتاه شبکه باشند.

-    وصل سریع کلید ضرورتی نداشته باشد چرا که بعد از قطع جریانهای اتصال کوتاه توسط فیوز برای تعویض آن نیاز به زمان خواهد داشت.