انواع کلید قدرت

کلید قدرت (دیژنکتور) Circuit Breaker

 منظور از یک کلید قدرت، وسیله­ای است که بتواند مدار الکتریکی فشار قوی را در شرایط عادی شرایط خطا( با زمان تعریف شده محدود) قطع و وصل نماید و در این حالت طوری عمل کند که خود آسیب ندیده و شبکه نیز به نحو مطلوبی کنترل شود.

کلیدهای قدرت برای قطع جریانهای عادی و اتصال کوتاه طراحی می­شوند. آنها مانند کلیدهای بزرگی رفتار می­کنند که توسط شصتی­های محلی و یا سیگنالهای مخابراتی توسط سیستم حفاظت از دور می­توانند باز و یا بسته شوند. بنابراین، کلیدهای خودکار در صورتی که جریان و ولتاژ خط فرکانس و غیره از حد معینی که از پیش تنظیم شده است تنظیم شود، قطع می­گردند.

خصوصیات عمده و مهم کلیدهای قدرت

1.      به هنگام بسته بودن در مقابل عبور جریانهای الکتریکی مقاومت خیلی ناچیزی داشته باشد.

2.      قادر به قطع جریان عبوری باشند.

3.      در مقابل جریانهای شدید از نظر الکتریکی و حرارتی تحمل داشته باشند.

4.      به هنگام قطع کلید در مقابل ولتاژی که در دو سر کلید افت می­کند استقامت عایقی کافی داشته باشد.

5.      قادر به وصل جریان باشد.

6.   به هنگام اتصال کوتاه در شبکه در کوتاهترین زمان ممکن توسط فرمانی که از طریق رله های حفاظتی دریافت می­کند بتواند قسمت معیو.ب را از شبکه ایزوله نموده تا قسمتهای سالم شبکه پایدار مانده و از سرویس خارج نشوند.

1.      کلیدهای قدرت روغنی

2.      کلیدهای قدرت نیمه روغنی

3.      کلیدهای قدرت قطع هوای فشرده

4.      کلیدهای قدرت با محفظه آبی

5.      کلیدهای خلاء

6.       کلیدهای گازی SF6

کلیدهای روغنی Oil Circuit Breaker

در این نوع کلیدها روغن بیشتر وظیفه عایقی را بر عهده دارد و از مکانیزم خاصی برای قطع جرقه استفاده نمی­شود و جرقه در اثر ازدیاد طول حادث از جدا شدن کنتاکتها از بین می­رود. این کلیدها دارای فضای خالی بالای روغن بودند تا در اثر انبساط حجم روغن به علت بخار نشدن روغن در لحظات قطع اتصال کوتاه و بروز جرقه از انفجار جلوگیری می­شود.

در این کلیدها هر چه فشار الکتریکی شبکه بیشتر باشد حجم روغن داخل کلید نیز بیشتر می­شود.

معایب کلیدهای روغنی

1.      حجم و ابعاد بزرگ

2.      حمل و نقل آنها مشکل است

3.      فضای زیادی را اشغال می­کند.

4.      قابل اشتعال بودن آن و در نتیجه خطر آتش سوزی

با توجه به معایب فوق­الذکر و پیشرفت تکنولوژی تغییرات اساسی در ساختمان کلیدهای روغنی بوجود آمد و در نتیجه آن کلیدهای کم روغن طراحی و ساخته شد که دارای قدرت قطع بالاتر و همینطور سرعت عملکرد بالاتری می­باشد.

کلیدهای قدرت نیمه روغنی Min Oil Circuit Breaker

در این کلیدها روغن تنها وظیفه خنک کردن جرقه و خارج کردن یونها را بر عهده دارد و مستقیما وظیفه عایقی بین دو کنتاکت را نخواهد داشت، نتیجتا حجم روغن در این کلید بسیار کمتر از کلید روغمی است. در انی کلید در واقع وحفظه جرقه  حجم کمتری دارد که در اثر حرارت جرقه، روغن موجود در آن بسیار گرم شده و فشار بخار متصاعد شده بسیار بالا می­رود نتیجتا استقامت الکتریکی کنتاکتها در مقابل ولتاژ سیستم و ولتاژ برگشتی افزایش می­یابد، همزمان با زیاد شدن فاصله کنتاکتها با محفظه بندی خاص کلید، روغن به صورت مخصوصی در آن به جریان می­افتد و موجب خنک شدن گازها در محفظه جرقه و خروج یونها از آن می­شود و در فاصله زمانی کوچک اطراف نقطه صفر، جرقه یا قوس خاموش می­شود. بعضی از انواع این کلیدها به پمپ گردش روغن جهت خاموش کردن جرقه یا قوص مروبط به جریانهای کوچک مجهز می­باشند. در این نوع کلید در اثر حرارت جرقه و قوس، روغن تجزیه شده و گاز هیدروژن با قدرت خنک کنندگی بالا تولید می­گردد که در خاموش کردن قوس مؤثر خواهد بود به همین دلیل از این نوع کلیدها به عنوان کلیدهای با عامل مؤثر خاموش کننده داخلی استفاده می­شود.

کلیدهای قدرت قطع هوای فشرده Air Blast Circuit Breaker

 در این کلیدها بعد از ایجاد فاصله کمی ما بین کنتاکتها کلید با دمیدن باد با سرعت بالا، یونها و گازهای داغ از محیط خارج می­شود و با خاموش شدن جرقه به طور همزمان فاصله کنتاکتها افزایش می­یابد و دریچه دمش باد نیز مسدود می­شود. در این کلیدها از انرژی جرقه برای خاموش کردن آن استفاده نمی­شود و هوا توسط کمپرسوری دمیده می­شود این کلیدها معمولا مجهز به خازنهای موازی با کنتاکتها هستند.

این کلید تنها کلیدی است که در آن قدرت قطع مستقل از جریان است ولی در کلیدهای روغنی قدرت قطع تابع شدت جریان قطع است. در کلیدهای هوایی هر جریانی که قطع می­شود مقدار هوای اعمال شده به محفظه قطع مقدار ثابتی است بر خلاف کلیدهای روغنی که از خاموش کننده مایع استفاده می­شود در کلیدهای روغنی از هوای فشرده­ای که از قبل در محفظه ذخیره شده است استفاده می­شود به این ترتیب که به هنگام قطع و وصل کلید و به ازای هر شدت جریان قطع و یا وصل هوای فشرده با فشار حجم ثابتی به داخل خاموش کننده اعمال شده و ضمن ازدیاد طول جرقه و خنک کردن منتاکتها، شرایط لازم را جهت قطع جرقه در می­نماید.

عیب عمده این نوع کلید قطع یا برش جریان قبل از لحظه­ صفر جریان در قطع جریانهای پایین می­باشد که علت آن هم عدم تطبیق قدرت قطع کلید یا جریان قطع اس

کلیدهای قدرت با محفظه آبی Expansion Circuit Breaker

در این کلیدها از آب به عنوان ماده خاموش کننده جرقه استفاده می­شود و در این کلیده ایتدا، حرارت جرقه باعث تبخیر و تجزیه آب می­گردد و با خاموشی جرقه در نقطه صفر جریان، قطرات آب داخل محیط یونیزه پاشیده می­شود که این امر موجب خنک شدن جرقه و جذب یونهای آزاد شده و جرقه حالت خاموشی باقی می­ماند.

یکی از مهمترین مزایای این کلید این است که چون اب داخل محفظه احتراق قابل اشتعال نیست هیچ گونه انفجاری کلید را تهدید نمی­کند.

هر قطب این کلید دارای یک محفظه احتراق مخصوص به خود است که با مقداری آب و ماده ضد یخ پر شده است درمواقع جدا شدن کنتاکتها متحرک و ثابت از هم، یک قوس الکتریکی بین آنها بوجود می­آید که در اثر حرارت زیاد آن، آب داخل محفظه احتراق تجزیه و تبخیر می-شود.

در صورتی که فشار داخل محفظه به علت تراکم گاز از حد معینی تجاوز کند، محفظه احتراق به طرف بالا حرکت می­کند و مقداری گاز داخل محفظه به بیرون راه پیدا می­کند و در آب سرد محفظه تقطیر می­شود. تا موقعی که جریان زیاد است انرژی حرارتی قوس زیاد بوده و می­تواند مقدار زیادی از اب را تجزیه کند، در نتیجه فشار و درجه  حرارت گاز به حدی می­رسد که مانع تجزیه مجدد آب می­شود و یک لایه از اب به صورت گاز مایع پایدار می­ماند. وقتی جریان از صفر می­گذرد انرژی حرارتی قوس قطع می­شود و گازهایی که تا کنون تحت فشار زیاد بودند در اثر حرارت افت کرده و چون گاز دیگری همه به وجود نمی­آید فشار گاز سریعا کم می­شود با سرعت زیاد به داخل قوس الکتریکی رخنه کرده و باعث خنک شدن سریع جرقه می­­شود.

کلیدهای خلاء

اصولا عاملی که باعث هدایت جریان و ایجاد  قوس الکتریکی در هنگام جدا شدن کنتاکتها از یکدیگر می­باشد، حاملهای باردار با یونها هستند، در خلاء کامل چون ماده یونیزه یا حامل باردار وجود ندارد، لذا جدا شدن کنتاکتها به صورت تئوریک می­بایتی بدون ایجاد قوس باشد، البته در عمل به علت تبخیر مختصر سطوحخ کنتاکتها، محیط حامل یونهای باردار، که مناسب برقراری قوی الکتریکی است ایجاد می­شود. با عبور جریان از نقطه صفر، این ذرات معلق فلز، سریعا سرد شده و بر روی کنتاکتها می­نشینند و نتیجتا جرقه خاموش می­شود. در واقع در کلید خلاءاز مقاومت بالای خلاء در مقابل بازگشت ولتاژ و نبود یا کمبود ذرات هادی جریان در فضای ما بین استفاده می­شود.

کلیدهای گازی

در کلیدهای SF6 از گاز SF6 به عنوان عایق ما بین قطعات مختلف و همچنین به عنوان خاموش کننده جرقه یا قوس الکتریکی استفاده می­شود.در حال حاضر کلیدهای SF6 به عنوان مطمئنترین و مناسبترین کلید در شبکه­های فشار قوی شناخته شده و به کار می­روند و می­توان گفت که هیچ یک از کلیدهای دیگر قابلیت رقابت کیفی با این کلید را ندارند. نکته مهم دیگر نیز قیمت اقتصادی این کلیدها است. هم اکنون در شبکه ایران، تمام تقاضاهای جدید این نوع کلید را مدنظر دارند و یکی از شرکتهای داخلی نیز تحت لیسانس یکی از سازندگان معتبر نسبت به ساخت این کلیدها تا سطح KV400 اقدام می­نماید.

ترکیب سولفور هگزا فلوراید(SF6) با اهمال مستقیم گاز فلوئور بر روی گوگرد در سال 1900 در فرانسه انجام شد. در همان سالها، پایداری بالای شیمیایی این گاز تحت قوس الکتریکی مشخص گردید. بعدها از همین خواص در عایقبندی تجهیزات فشار قوی استفاده به عمل آمد.

بر خلاف کلیدهای هوایی و کلیدهای کم روغن که ساختمان آنها تشکیل یافته از کنتاکت ثابت و متحرک، ساختمان کلیدهای گازی در طرح­های مختلفی ساخته می­شوند. ساختمان این کلید تشکیل شده از دو کنتاکت ثابت که متناسب با ولتاژ نامی از هم قرار داشته و ارتباط این دو کنتاکت در حالت وصل توسط موق انگشتانه فلزی برقرار شده به طوری که در هنگام قطع و وصل نیروی مکانیزم عمل کننده به سیلندر متحرک اعمال شده و متناسب با حرکت سیلندر موف اتصالی نیز عمل کرده و عمل قطع و وصل صورت می­پذیرد به طوریکه در لحظه قبل از قطع کلید سیلندر حرکت کرده و گاز بوجود آمده در حد فاصل سیلندر و پیستور ثابت متراکم شده و در لحظه قطع و جدا شدن موف اتصالی از کنتاکت ثابت بالایی( ایجاد جرقه) گاز متراکم شده با فشار از مجرای طرفین به طرف جرقه پاشیده شده و ضمن ازدیاد طول جرقه و خنک کردن کنتاکتها و با توجه به خصوصیاتی که گاز SF6 دارد شرایط لازم را جهت قطع جرقه در لحظه صفر جریان فراهم می­آورد.

لازم به توضیح است که بعد از قطع کلید باید فشار گاز جهت عایقی کافی در حد فاصل کنتاکتها بیشتر از سایر قسمتهای محفظه خاموش کننده باشد.

خواص خاموش کنندگی

SF6 ماده بسیار عالی برای قطع قوس الکتریکی می­باشد. انرژی بالای تجزیه این گاز، قوس را به خوبی خنک می­کند و خاصیت الکترونگاتیوی آن سریعا الکترونهای آزاد را جذب کرده و باعث می-شود تا تحمل ولتاژ بالا ممکن گردد. تحت شرایط مشابه قدرت خاموش کنندگی در SF6 بیش از صد برابر هوا می­باشد.

خواص استقامت الکتریکی

استقامت الکتریکی گاز SF6 تحت شرایط مشابه بیش از دو برابر استقامت عایقی هوا است. خاصیت الکترونگاتیوی گاز SF6 و نقش آن در جمع­آوری الکترونهای آزاد عامل اصلی این قابلیت است. نکته مهم این است که اضافه شدن مقدار کمی گاز SF6، استقامت عایقی هوا را به شدت افزایش می­دهد ولی برعکس اضافه شدن هوا به گاز SF6 تأثیر چندانی بر روی استقامت عایقی ندارد.

سایر خواص فیزیک

SF6 گازی بی بو، بیر نگ، غیر سمی و غیر قابل اشتعال است و وزن ملکولی آن برابر 06/146 می­باشد که 5 برابر سنگینتر از هوا می­باشد. خواص خاموش کنندگی و عایقی آن به دانسیته آن بستگی دارد و به همین جهت از دانسیته سنج در کنترل مقدارگاز در کلید استفاده می­شود. دانسیته مناسب جهت استفاده در اجهیزات فشار قوی در محدوده 25 کیلوگرم بر مترمکعب تا 70 کیلوگرم بر مترمکعب است. برای درجه حرارتهای پایین باید توجه شود که دانسیته گاز به حدی نباسد که در شرایط سرد سبب مایه شدن گاز گردد. مطابق استاندارد، مقدار مجاز نشتی گاز SF6 کمتر از یک درصد در سال می­باشد.

عملکرد تحت شرایط تخلیه الکتریکی

تخلیه الکتریکی سبب تجزیه گاز SF6 می­شود که تحت شرایط عادی قابل برگشت است. 

S+ 6F< = = = => SF6

پس از تجزیه گاز، فعل و انفعالات ثانویه با الکترودهای فلزی تصعید شده ترکیبات گاز یا جامد را بوجود می­اورد. این ترکیبات خود نیز مواد عایقی خوبی هستند لذا رسوب آنها روی مقره از خاصیت عایقی نمی­کاهد. اما در صورتی که رطوبت در محفظه از حد خاصی بالاتر باشد ترکیب هیدروژن فلوراید HF ایجاد می­شود، که این ماده شدیدا هر نوع ماده­ای که شاکل Sio2 باشئ( همانند شیشه و چینی) را مورد آسیب قرار می­دهد لذا حتما باید میزان رطوبت در محفظه در حد پایین نگه داشته شود.

Cuo + 2HF <= = = => CuF2 + H2O

SOF2 + 2HF <= = = => SF4 + H2O€€

استاندارد IEC376 استاندارد مربوط به مشخصات گاز SF6 می­باشد.

شینه بندی

برای شینه­بندی یک دستگاه برق طرح­های مختلفی ارائه شده است. عواملی چون قابلیت اطمینان سیستم و تداوم سرویس دهی، هزینه­های اقتصادی، سطح زیر بنای ایستگاه، اهمیت مصرف کننده یا به عبارت دیگر اهمیت پست برق، سهولت انجام عملیات کلید زنی جهت انجام تعمیرات دوره­ای و بهره­برداری مناسب از خطوط ورودی و خروجی در طراحیسیستم شینه بندی دخالت دارد.

طرح بدون شین Without Busbar:

از این طرح تنها در پست­های کم اهمیت و یا موقت استفاده می­شود. امکان انجام عملیات بهره برداری روی خط ورودی به ایستگاه وجود ندارد. جهت انجام تعمیرات روی بریکر یا هر قسمت دیگر از تجهیزات مربوطه مانند ترانس جریان یا دیسکانکت بایستی پست را کاملا بی برق کرد. همچنین به هنگام وقوع اتصال کوتاه روی خط یا هر قسمت از مدارات داخل پست، ترانس از مدار خارج خواهد شد. بنابراین نسبت با سایر طرح­های شینه بندی کهمعرفی خواهند شد دارای قابلیت اطمینان بسیار کمی است.

طرح شینه بندی ساده یا تک شینه Single Busbar:

در چنین طرحی تمامی انشعابات روی یک شین و توسط یک بریکر با یکدیگر ارتباط پسدا می­کنند. به خصوص از نظر عملیاتی (Operation) و حفاظت (Protection)، دارای معایب و مزایای زیر است:

*هر اتصال کوتاه روی شین یا نقص در بریکر، تمام پست را بی برق می­کند.

*چنانچه هر یک از تجهیزات مربوط به ترانس یا خط به خصوص بریکر آن نیاز به تعمیر داشته باشد بایستی ترانس یا خط مربوطه کاملا بی برق شود.

*امکان توصعه ایستگاه بدون خاموشی کامل ایستگاه وجود ندارد.

*این شینه بندی نسبت با سایر طرح­های شینه بندی کهمعرفی خواهد شد ساده­تر بوده و نسبت به سایر طرح­های شینه بندی کمترین هزینه را دارد و در مجموع از قابلیت اطمینان کمتری برخوردار است.

برای برطرف کردن بعضی از معایب شینه بندی ساده شین را از دو یا چند نقطه تقسیم می­کنند و به اصطلاح قطع طولی شین انجام می­شود. هر قطعه از شین یک بخش (Section) نامیده می­شود. قطع طولی شین ساده می­تواند بدون هیچ وسیله­ ارتباطی بین دو بخش باشد و یا اینکه توسط یک دیسکانکت یا بریکر اتصال بخشهای شین به یکدیگر به هنگام ضرورت امکان پذیر باشد. بریکری که برای این منظور بکار می­رود بریکر  Bus Section یا Bus Tie نامیده می­شود.

شکل زیرنمونه دیگری از پست با سیستم تک شینه به همراه بریکر اتصال شین را نشان می­دهد موسوم به سیستم H-Type  نیز می­باشد.

شینه بندی ساده با بریکر Bus Section  با وجود سادگی و ارزانی معایب زیر را دارد:

*سرویس و تعمیر مقره­ها و سایر متعلقات شینه بندی و نیزهر گونه تعمیرات روی آن بدون قطع برق یک بخش از شین امکان­پذیر نیست.

*جهت توسعه پست ( ایجاد انشعابات جدید یا انجام تغییراتی در طرح آن) بایستی بخش مربوطه را از مدار خارج کرد.

* چنانچه در هر انشعاب، بریکر یا سایر تجهیزات مربوط به آن انشعاب نیاز به تعمیر داشته باشد انشعاب مربوطه بایستی از مدار خارج شود.

به طور کلی از طرح شینه بندی ساده در پست­های برق تا ولتاژ 66 کیلوولت و گاهی در پستهای فرعی تا ولتاژ 132 کیلوولت استفاده می­شود.

شینه بندی اصلی و فرعی Main & Transfer Busbar:

بنا به اهمیت پست طرح های شینه بندی پیچیده­تری جهت بالا بردن قابلیت اطمینان شبکه در نظر گرفته می­شود. یکی از از طرح­ها سیستم شینه بندی دو شینه اصلی و فرعی است.

طرح شینه بندی اصلی و فرعی

در این طرح بریکر  کوپلر می­تواند در چنین مواردی جانشین بریکر اصلی در هر انشعاب بشود. روش جانشینی بریکر کوپلر به این ترتیب است که برای مثال اگر بریکر خط 1 نیاز به تعمیر داشته باشد ایتدا دیکانکت­های طرفین بریکر کوپلر وخود بریکر کوپلر را بسته، سپس دیسکانکت ارتباط با شین فرعی در خط یک یعنی Q12 را بسته و به این ترتیب یک مسیر موازی برای تغذیه خط یک از طریق شین اصلی، بریکر کوپلر، شین فرعی و دیسکانکت Q12 ایجاد می­شود، در این وشعیت می­توان بریکر اصلی خط یک یعنی Q0 را از مدار خارج کرد. در حین عمل جانشینی بریکرها تمام سیستم حفاظتی که روی بریکر Q0 عمل می­کرد توسط یک کلید چند تیغه­ای که Transfer Switch  نامیده می­شود به روی بریکر کوپلر منتقل می­گردد. به لحاظ محدودویت­های فنی بریکر کوپلر در هر زمان تنها می­تواند جانشین یکی از بریکرهای اصلی شود.

ارتباط بخش­ها در شین اصلی به طور معمول از طریق بریکر و در شین فرعی از طریق دیسکانکت انجام می­شود. همچنانکه در شکل الف دیده می­شود در هر بخش از شین اصلی و شین فرعی یک بریکر کوپلر در نظر گرفته شده است و می­توان در زمان واحد دو بریکر کوپلر را جانشین دو بریکر انشعاب در دو بخش شین نمود. برای این منظور باید بریکر و دیسکانکت مقسم باز باشند. در شکل ب نیز همان طرح را نشان می­دهد که در آن برای صرفه جویی از یک بریکر کوپلر استفاده شده است. سیستم شینه بندی اصلی فرعی به طور معمول تا ولتاژ 132 کیلوولت استفاده می­شود.

شینه بندی دوبل ( دو شین اصلی) Duplicate Busbar:

در این سیستم از دو شین اصلی و یک کوپلر استفاده می­شود. هر انشعاب دارای سه دیسکانکت است.

نحوه به کار گیری این طرح می تواند به یکی از دو صورت زیر باشد:

·   یکی از شین ها در مدار و شین دیگر بدون استفاده و به صورت رزرو باشد. برای این منظور در شکل 3-7 در تمام انشعابات موجود دیسکانکت Q11 متصل به شین 1 و مدار شکن Q0  و دیسکانکت Q10 بسته می­شود. بریکر کوپلر و دیسکانکت­های طرفین آن نیز باز نگه داشته می­شود. دیسکانکتهای Q12­   در تمام انشعابات نیز باز نگه داشته می­شود. در نتیجه شین 2 کاملا ایزوله بوده و در مدار نیست. اگر در این شرایط به دلایلی نیاز باشد که شین 1 از مدار خارج شود بدون قطع برق می­توان تمام انشعابات را از شین 1 به شین 2 منتقل نمود. انتقال از یک شین به شین دیگر به این صورت است که ابتدا دیسکانکت­ها و بریکر کوپلر را بسته، سپس دیسکانکتای شین دوم را بسته و دیسکانکت­های شین اول را باز می­کنند.

·   تعدادی از انشعابات روی شین 1 و تعدادی نیز روی شین 2 باشد، در این شرایط هر دو شین در مدار هستند این شیوه بهره­برداری از این طرح همانند طرح شینه بندی ساده با بریکر مقسم شین است، که بریکر کوپلر نیز نقش بریکر مقسم شین را دارد.

در مواردی که تعدادی انشعابات روی شین زیاد است می­توان با تقسیم شین­ها و استفاده از بریکر مقسم نوین قابلیت اطمینان و تداوم سرویس دهی را بالا برد.

شینه بندی دوبل با دیسکانکت­های موازیDuplicate Busbar With By- pass disc 

این سیستم که نمونه­ای از آن در شکل 3-8 نشان داده شده است، در واقع ترکیبی از دو سیستم شینه بندی دوبل و اصلی –فرعی است. هر یک از دو شین موجود می­توانند در حالت عادی در مدار باشند و دیگری به عنوان رزرو باشد. همچنین دیسکانکت موازی بریکر مثلا Q7 می­تواند د رمواردی که بریکر موازی آن نقصی داشته باشد مسیری جهت تغذیه انشعاب مربوطه به کمک بریکر کوپلر ایجاد نماید. به این ترتیب مزیت­های دو سیستم در یک سیستم جمع شده است اما به لحاظ تعداد زیاد دیسکانکت­ها کنترل و حفاظت کل سیستم پیچیده­تر و همچنین از نظر اقتصادی نیز گرانتر خواهد بود.

این شینه بندی نیز در پستهای با ولتاژ 132 که دارای اهمیت زیادی باشند و اهیمیت زیادی باشند و گاهی در پستهایی با سطح ولتاژ 230 کیلوولت نیزکاربرد دارد.

طرح شینه بندی یک و نیم بریکری One & a Half Breaker System

 طرح شینه بندی که تا کنون معرفی شده است به هنگام کار عادی پست همگی فقط دارای یک شین برق دار هستند و شین دوم به طور معمول به صورت رزرو و در مدار نیست.

در چنین طرح­هایی چنانچه اتصال کوتاهی روی شین برق­دار رخ دهد تمام بریکر­های تغذیه کننده شین توسط سیستم حفاظت شین (Busbar Protection) قطع شده و از مدار خارج می­شوند و در نتیجه تمام پست یا بخشی از آن برای مدتی بی برق خواهد ماند. لذا برای بالا بردن قابلیت اطمینان و پایداری شبکه از طرح­های شینه بندی گرانتر ولی مطمئن­تری استفاده می­شود که طرح یک و نیم بریکری از آن جمله است

در هر لحظه دو مسیر تغذیه برای هر انشعاب وجود دارد. سیستم دارای دو شین اصلی یک و دو می­باشد که در حالت عادی کارکرد ایستگاه هر دو برق­دار بوده و کلیه بریکرها نیز در مدار می­باشند. به این ترتیب دو صورتی که روی هر یک از شین­ها اتصال کوتاه رخ دهد هیچ یک از انشعاب­ها از مدار خارج نمی­شود. توسعه ایستگاه و انجام تعمیرات و سرویس­های دوره­ای روی کلیه تجهیزات شین­ها یا انشعابات بدون قطع هیچ  یک از انشعابات امکان­پذیر است. نقص در هر بریکر میانی تنها سبب قطع دو انشعاب و نقص در بریکر مجاور هر باس تنها سبب قطع یک انشعاب می­شود.

از مزایای دیگر این طرح قابلیت انعطاف از نقطه نظر عملیات کلید زنی است. کلیه عملیات اصلی توسط بریکرها انجام می­شود.

جریان نامی تجهیزات از جریان بامی انشعابات بیشتر است چون از هر بریکر ممکن است تمام بار ایستگاه عبور نماید.

طرح شینه بندی با دو کلید Double Breaker System   

 این طرح دارای همان مزیت­های طرح یک و نیم کلیدی است ولی قابلیت اطمینان آن کمی بالاتر و از نظر هزینه گرانتر است.

هر اتصالی روی شین یک یا دو، تنها همان شین را از مدار خارج می­کند و تداوم سرویس دهی حفظ می­شود، تعمیر هر بریکر نیز بدون قطع برق انشعاب مربوطه به راحتی امکان­پذیر است.

طرح شینه بندی حلقوی  Ring – Bus System

در این طرح شین به مفهومی که در طرح­های قبل دیده می­شود وجود ندارد به ازای هر انشعاب یک بریکر نصب شده است. قابلیت اطمینان این طرح نسبت به طرح­های یک و نیم بریکری و دو بریکری در آن پیچیده­تر است.  هزینه ساخت آن به نسبت پایین است زیرا برای هر انشعاب تنها یک بریکر هزینه شده است. امکان تعمیر هر بریکر بدون قطع برق انشعابات وجود دارد چون هر انشعاب از دو مسیر قابل تغذیه است.

سیستم Power Line Carrier یا (p.l.c)

توسعه منابع تولید،‌انتقال و توزیع ا نرژی الکتریکی،‌نیاز مبرمی به وود یک شبکه مخابراتی بین نقاط کلیدی سیستم برق رسانی مثل مراکز تولید، تبدیل ، تصمیم گیری و توزیع که اکثراً‌در فواصل دور از هم واقع شده اند را بوجود آورده است. از خطوط انتقال امواج فرکانس بالای حامل اطلاعات در سیستم های مخابراتی استفاده نموده . سیستمی که برای این گونه انتقال اطلاعات مورد استفاده قرار می گیرد را ابزار" انتقال موج حامل ا طلاعات بر روی سیستم فشار قوی" یا PLC می نامند.

موارد زیر ضرورت ایجاد یک شبکه مخابراتی PLC را بوضوح روشن می نماید:

1)شبکه های مخابرایت عمومی جوابگوی نیاز های ارتباطی جهت بهره برداری موثر از شبکه فشار قوی نمی باشد.

2)تبادل اطلاعات بین مراکز دیسپاچینگ و سایر پست ها توسط یک شبکه مخابراتی مطمئن و اختصاصی ، از ضروریات اینگونه مراکز می باشد.

3)با استفاده از شبکه جامع مخابراتی ، پست ها می توانند به تجهیزات حفاظتی مجهز گردند که باعث قابلیت اعتماد بیشتر و بهره برداری موثر تر از شبکه می گردد.

4)عدم وجود یک شبکه مخابراتی ا ختصاصی ،‌ضعف ارتباط از طریق شبکه مخابراتی شرکت مخابرات، عدم دسترسی اکثر پست های واقع در خارج شهر به خطوط ا رتباطی PTT مشکلاتی هستند که در صورت وجود یکش بکه مخابراتی مطمئن برطرف گشته و امکان بهره بردای موثرتر از شبکه را ایجاد می کند.

با توجه به نکات فوق جهت مرتفع نمودن اشکالات ذکر شده و بهره برداری بهتر از شبکه ، می توان با استفاده از سیستم های PLC چنین شبکه های مخابراتی را برای استفاده در شبکه های برق رسانی طراحی نمود. استفاده از PLC به جای سایر سیستم های ارتباطی نظیر کابل تلفنی، امواج رادیویی و مایکروویو و … دارای مزایایی می باشد که عبارتند از :

1- به علت ناچیز بودن افت سیگنال حامل اطلاعات در هر کیلومتر ، مراکز تولید و توزیع انرژی الکتریکی که معمولا در فواصل دوری از یکدیگر واقعند را می توان مستقیماً توسط کانال های PLC بدون استفاده از تکرار کننده به یکدیگر مرتبط ساخت.

2-خطوط انتقال فشار قوی که ارتباطات PLC توسط آنها صورت می گیرد ،‌موجود بوده و احتیاج به سرمایه گذاری مجدد برای ایجاد محیط مخابراتی نیست. به علاوه در شرایط متغیر آب و هوایی مصونیت ارتباط PLC در مقایسه با ارتباطات رادیویی بیشتر می باشد.

3-دستگاه های فرستنده و گیرنده PLC از درجه اطمینان بالایی برخوردار می باشند.

4-شبکه مخابراتی که لوازم مدیریت برای کنترل و بهره برداری شبکه فشار قوی می باشد بطور اختصاصی تنها در اختیار شرکت برق منطقه ایی قرار خواهد گرفت .

5-سیستم های تلفنی PLC از شبکه تلفنی شرکت مخابرات مجزا می باشد و به عنوان سیستم های خصوصی فرض می شوند.

کاربردها:

عمده استفاده سیستم های PLC در ارسال:

- اطلاعات انالوگ به صورت صحبت

- اطلاعات دیجیتال یا آنالوگ به منظور تلگراف ، کنترل از راه دور، اندازه گیری از راه دور، حفاظت از راه دور، دیتا و غیره که اصطلاحاً سیگنال گفته می شوند.

سیگنال ها بسته به احتیاجات ،‌با سرعت مدولاسیون از 50(Bd) تا 9600(Bd) در PLC آنالوگ انتقال داده می شوند.

اساساً این انتقال توسط(VFT) کانال های تلگراف با فرکانس صوت که در محدوده فرکانس صحبت قرار داده می شوند و یا روی محدوده فرکانس کاهش یافته صحبت (صحبت + سیگنال) قرار داده می شوند انجام می شود اما ممکن است کلید زنی مستقیمCarrier نیز به کار بیاید . در سیستم های PLC اطلاعات ارسالی به صورت SSB مدوله شده و در پهنای باند 4 کیلوهرتز ارسال می گردد. فرکانس Carrier نیز عمدتاً در محدوده 40 الی 400 کیلو هرتز به کانال های فرعی تقسیم شده و در هر کانال اطلاعات مربوط به یک نوع سیگنال گنجانیده می شود. در مواردی نیز ممکن است که پهنای باند سیگنال PLC محدد به 5/2 کیلوهرتز باشد. البته واضح است که در این صورت اطلاعات کمتری را می توان ارسال کرد. رد ذیل کاربردهای مختلف سیگنال های PLC تشریح می گردد:

1.ارتباط تلفنی( صحبت

از PLC برای ارتباط تلفنی مستقیم بین دو نقطه می توان استفاده نمود. این نوع ارتباط بیشتر مابین مرکز دیسپاچینگ و کنترل سشبکه و پست های مهم و نیروگاه ها مورد استفاده واقع می شود.

در شبکه های مخابراتی شرکت های برق منطقه ای که شامل تعدادی مرکز تلفن در پست های کلیدی و مهم شبکه فشار قوی می باشد، برای ارتباط یمان مراکز تلفن عمدتاً از کانال های PLC استفاده می شود.

همچنین از کانال های PLC برای ارتباط تلفنی میان مشترکین با مراکز تلفن که عمدتاً پست های فاقد مرکز تلفن هستند و دارای ارتباط الکتریکی با یکی از پست های دارای مرکز تلفن می باشد ، استفاده می گردد.

در صورتی که کانال ارتباط با PLC تنها برای ارتباط تلفنی ( صحبت ) مورد استفاده قرار گیرد ،‌عموماً اطلاعات صحبت را در محدوده 300 الی 3400 هرتز قرار می دهند . در صورتی که به همراه صحبت اطلاعات دیگری نیز ارسال گردد ، طیف سیگنال صحبت بسته به تعداد سیگنال های ارسالی و سرعت انتقال آنها از 300 الی 2400 یا 2000 هرتز خواهد بود

2.تلگراف و پست تصویری

کانال های ارتباطی PLC می توانند امکانات تلگراف خصوصی و پست تصویری را نیز فراهم نماید. در شبکه های فشار قوی ، می تون جهت اعمال مدیریت عملیاتی مناسب از دور نویس ها استفاده نمود. در این حالت امکان نگهداری اطلاعات مبادله شده در مبداء و مقصد فرمان وجود خواهد داشت . سرعت ارسال سیگنال های تلگراف بسته به نوع دور نویس مورد استفاده معمولاً بین 50(Bd) تا 70(Bd) بوده،‌در حالیکه سرعت ارسال اطلاعات پست تصویری ممکن است بالاتر باشد.

3.کنترل و نشاندهی از راه دور

در شبکه های فشار قوی پیچیده ، کنترل و دیسپاچینگ شبکه حلقه بسته ای را تشکیل می دهد که در آن وضعیت دستگاه های بسیاری از نقاط مختلف و دور از هم شبکه در یک مرکز مشخص می شود . اطلاعات استخراج شده،‌مورد تجزیه تحلیل قرار گرفته و تصمیمات مورد لزوم گرفته می شود سپس فرامین مناسب برای دستگاه های مختلف ارسال گشته و بدین ترتیب وضعیت آنها تصحیح می گردد و وضعیت جدید دستگاه ها توسط مرکز کنترل مشاهده می شود . جهت نظارت و دیسپاچینگ موثر برای بهره برداری کامل از شبکه لازم است اطلاعات مربوط به مقادیر آنالوگ نظیر ولتاژ، جریان و توان به علاوه اطلاعات مربوط به وضعیت کلید ها ، ایزولاتورها و غیره همواره از پست ها و نیروگاه های مختلف به مرکز دیسپاچینگ ارسال گردند. در این رابطه از سیستم های PLC می توان استفاده شایان توجهی نمود.

برای مخابراه این اطلاعات از سرعت های پایین نظیر Bd50 تا سرعت های بالا نظیر Bd2400 استفاده می شود. در صورتی که بخواهیم سیگنال ها را همراه با صحبت ارسال نمائیم طیف صحبت از 300 الی 2400 یا 2000 هرتز بوده و باقی باند فرکانسی 4 کیلو هرتز به آنها اختصاص داده می شود . در سرعت های بالا نظیر Bd1200 تا Bd2400 لازم است که کلیه طیف فرکانسی 4 کیلو هرتز به اطلاعات فوق الذکر تخصیص داده شود.

4.حفاظت از راه دور

به منظور حفظ جان پرسنل و پیشگیری از خسارت دستگاه ها و همچنین تضمین پیوستگی و تدوام نیرو رسانی در شبکه های فشار قوی، این گونه سیستم ها را بایستی در مقابل خطاهایی از قبیل اتصال کوتاه حفظ نمود.

حفاظت در مقابل اتصال کوتاه بوسیله رفع آن با بی برق کردن خط معیوب توسط دستگاه های تشخیص اتصال کوتاه امکان پذیر می باشد.

برای انجام این کار در اسرع وقت و در عین حال برای پیشگیری از قطع شدن سایر کلید ها و رله های مربوطه در شبکه ،‌برقراری یک مسیر ارتباط علائم حفاظتی ما بین رله های حفاظتی ضروری می باشد.

جهت ارسال علائم حفاظتی می توان یک کانال PLC اختصاصی استفاده نمود که به پهنای باندی معادل 5/2 کیلو هرتز نیاز می باشد . از آن جایی که علائم حفاظتی تنها در زمان وقوع اتصال کوتاه در خطوط فشار قوی ارسال می گردند، در مواقع کار عادی شبکه فشار قوی هیچ استفاده مفیدی از چنین کانال های PLC خاص حفاظت نشده و باند فرکانسی 5/2 کیلوهرتز مربوط به آنها بدون استفاده باقی می ماند.

علائم حفاظتی را می توان بر روی یک کانال PLC حامل صحبت و دیتا نیز ارسال نمود در هنگام وقوع خطا،‌ارسال صحبت و دیتا برای لحظه کوتاهی قطع شده و از کال باند 4 کیلوهرتز و حداکثر توان فرستنده برای ارسال علائم حفاظتی استفاده می شود . مزیت این روش استفاده مفید تر از باند فرکانسی قابل استفاده می باشد. اما عیب این روش آن است که ارسال اطلاعات صحبت و دیتا هر چند برای زمانی کوتاه دچار وقفه شده و ممکن است همین وقفه کوتاه خصوصا در ارسال دیتا ، کنترل شبکه را دچار اشکال نماید.

پست یا ایستگاه برق

محلی است که با مجموعه ای از تاسیسات و تجهیزات برقی شامل ترانسفورماتورها ، کلیدها ، سکسیونرها ، وسایل اندازه گیری ، خطوط ورود و خروج راکتور و کاپاسیتور و بی های مختلف برای انتقال و توزیع برق از آن استفاده می‎شود .

"پست" بخشی از یک شبکه است ، که در یک مکان مفروض متمرکز شده و جهت اتصال و قطع انتخابی مدارات الکتریکی در داخل یک شبکه بکار میرود . مضافاً اینکه ممکن است قابلیت انتقال انرژی الکتریکی بین شبکه هایی که در سطوح ولتاژی متفاوت بهره برداری می شوند وجود داشته باشد .

انواع پست از نظر جغرافیائی

1-پست GIS (کمپکت فشرده) : به پستی گفته می شود که عایق استفاده شده در آن گاز SF6 است . یعنی تمام اجزای پست (بریکر - باس‎بار - سکسیونر و …) با فضای آزاد ارتباطی ندارد Gas Isolated Substation و به همین دلیل فضای کمی را اشغال می نماید و سرپوشیده است (indoor)

2-پست متعارف (AIS ): به پستی گفته می شود که کلیه تجهیزات اصلی در فضای باز قرار می گیرند و با توجه به شرایط آب و هوائی سطح اشغال شده توسط آن در مقایسه با پست فشرده بزرگتر است .

3- پست سیار : به پستی گفته می شود که در مواقع اضطراری و به طور موقت با نصب یک ترانسفورماتور سیار در محدوده خطوط انتقال به صورت T-off یا ورود و خروج برق بخشی از مصرف کنندگان تامین می‎گردد .

انواع پست ا ز نظر تجهیزات

1- پست SS (Switch Station) (کلید خانه) این پست فقط شامل خطوط انتقال و کلید و سکسیونر و راکتــــور می باشد . مثال : پست رودشور - جلال – تیران و غیره

2- پست GS (Generator station) یــــــا ( پست بلافصل نیروگاهی) این پست متصل به یک نیروگاه می باشد و به آن دسته از پست هایی اتلاق می گردد که انرژی تولیدی نیروگاه را به شبکه انتقال می‎دهند ، این پست‎ها جزء پست های انتقال نیستند و مالکیت آنها با نیروگاه می باشد .

3- پست های معمولی انتقال و فوق توزیع این پست ها دارای دو یا چند سطح ولتاژ می باشد که توسط ترانسفورماتور به یکدیگرمتصل اند .

1-تعریف پست:

پست محلی است که تجهیزات انتقال انرژی درآن نصب وتبدیل ولتاژ انجام می شودوبا استفاده از کلید ها امکان انجام مانورفراهم می شود درواقع کاراصلی پست مبدل ولتاژ یاعمل سویچینگ بوده که دربسیاری

از پستها ترکیب دو حالت فوق دیده می شود.

در خطوط انتقال DC چون تلفات ناشی از افت ولتاژ ندارد وتلفات توان انتقالی بسیار پایین بوده ودر پایداری شبکه قدرت نقش مهمّی دارند لزا اخیرا ُ این پستها مورد توجه قراردارند ازاین پستها بیشتردر ولتاژهای بالا (800 کیلو ولت وبالاتر) و در خطوط طولانی به علت پایین بودن تلفات انتقال استفاده می شود.

درشبکهای انتقال DC درصورت استفاده ازنول زمین می توان انرژی الکتریکی دا توسط یک سیم به مصرف کننده انتقال داد.

2-انواع پست:

پستها را می توان ازنظر نوع وظیفه,هدف,محل نصب,نوع عایقی, به انواع مختلفی تقسیم کرد.

براساس نوع وظیفه وهدف ساخت:

پستهای افزاینده , پستهای انتقال انرژی , پستهای سویچینگ و کاهنده فوق توزیع .

ـــ براساس نوع عایقی:

پستها با عایق هوا, پستها با عایق گازی( که دارای مزایای زیراست):پایین بودن مرکز ثقل تجهیزات در نتیجه مقاوم بودن در مقابله زلزله, کاهش حجم, ضریب ایمنی بسیار بالا باتوجه به اینکه همهً قسمت های برق دار و کنتاکت ها در محفظهً گازSF6 امکان آتش سوزی ندارد,

پایین بودن هزینهً نگهداری باتوجه به نیاز تعمیرات کم تر, استفاده د ر مناطق بسیار آلوده و مرطوب و مرتفع .

معایب پستها با عایق گازی :

گرانی سیستم و گرانی گاز SF6 , نیاز به تخصص خاص برای نصب و تعمیرات,مشکلات حمل و نقل وآب بندی سیستم.

ـــ بر اساس نوع محل نصب تجهیزات :

نصب تجهیزات در فضای باز , نصب تجهیزات در فضای سرپوشیده .

معمولاُ پستها را از 33 کیلو ولت به بالا به صورت فضای باز ساخته وپستهای عایق گازی راچون فضای کمی دارندسرپوشیده خواهند ساخت.

black start و black out چیست؟

سلام

یکی از دوستان درزمینه اصطلاحات black start , black out سوال پرسیده بودند واینکه به توربین های گازی چه ارتباطی دارند؟

black out حالتی درشبکه قدرت برق هست که دیسپاچینگ یا مرکز کنترل شبکه برق دراثر اتفاقات ناخواسته ای از قبیل اتصال درخطوط انتقال یا قطع شدن یکی از خطوط اصلی یا از دست ناگهانی مقدار زیادی از منابع تولید مثل تریپ کردن همزمان چند نیروگاه یا نوسانات فرکانس شبکه به صورت غیر قابل کنترل(تمامی سعی کنترل کنندگان شبکه جلوگیری از هرگونه نوسان بار درتولید وتوزیع ونیز جلوگیری از اتفاقات غیرمترقبه وناخواسته با استفاده از مدیریت بر شبکه قدرت میباشد.) واتفاقات مختلفی از این قبیل کنترل بخشی از شبکه یا همه شبکه را ازدست میدهد.

درهرصورت اگر چنین اتفاقی رخ دهد میتوان حالت های متفاوتی را درنظر گرفت از جزیره ای شدن شبکه تا black out کامل شبکه که بدترین اتفاق ممکن برای یک شبکه قدرت میباشد.

اما درمورد black start وقتی ما باحالت black out روبرو میشویم نیاز داریم تا به صورت فوری ودرکمترین زمان ممکن عیوب شبکه را رفع کرده ، ایزوله های لازم را انجام داده وشبکه را دوباره نرمال سازیم

برای این منظور دربدترین حالت black start درنظر گرفته میشود که عبارتست از راه اندازی سریع شبکه به کمک مولدهای قدرت از یک یا چند منبع وبسته به نظر مدیریت شبکه

چون توربین های گازی قابلیت استارت سریع وسنکرون درکمترین زمان را دارند دربرخی مواقع از نیروگاههای گازی که قابلیت خود استارتی(بدون نیاز به دریافت توان اولیه از شبکه)دارند استفاده میشود

این تیپ نیروگاهها ازدیزل ژنراتورها برای استارت اضطراری استفاده میکنند وشبکه منطقه ای خودرا برای مرحله اول تامین ولتاژ مینمایند تا سایر نیروگاههای منطقه نیز به نوبت شروع به سنکرون واحدهای خود نموده وولتاژ شبکه را به سطح پایدار برسانند

این عمل را black start مینامند والبته تمامی نیروگاههای گازی به این قابلیت مجهز نمیباشند.

امیدوارم توضیحات ناقص بنده کمک اولیه را برای درک موضوع انجام داده باشد.

از دوستان صاحب نظر دعوت میشود مطالب تکمیلی وکاملتررا به ایمیل بنده بفرستند تا به اسم خودشان ضمیمه موضوع شود.

موفق باشیم