سیر تکاملی سیستم های الکتریکی

سیر تکاملی سیستم های الکتریکی

سیر تکاملی سیستم های الکتریکی

 

فصل سوم- سیر تکاملی سیستم های الکتریکی

300- پیش گفتار

فردی که تازه پا به میدان مهندسی توزیع و مخصوصا تاسیسات برق می گذارد، با سوالاتی روبرو می شود که در دوران تحصیل، بدان توجه زیادی نمی شود و یا به طور گذرا بر خورد می شود.

چرا بدنه های هادی تجهیزات الکتریکی را زمین می کنیم؟ اصلا زمین کردن یعنی چه؟ چرا بدنه های تجهیزات را عمداً به برق وصل می کنیم؟ حتی اگر این برق سیم خنثی یا نول باشد. و ده ها سوال دیگر از این قبیل ممکن است یک تازه وارد را به فکر وادارد.

نباید تصور شود که بروز این سوالات ناشی از وجود نقص در نظام آموزشی است. به هیچ وجه این طور نیست. دوران تحصیل به قدر کافی پر از فراگرفتنی های عمومی است و مسائل بالا، مسائلی اختصاصی هستند که باید اضافه بر برنامه های عادی فراگرفته شوند.

برای درک این که چگونه به اینجا رسیده ایم، لازم است مروری گذرا بر نحوه رشد و تکامل سیستم ها داشته باشیم. هر چند این مرور به طور یقین بر پایه های تاریخی محکمی استوار نخواهد بود ولی هدف ما در این جا تحقیق دقیق تاریخی نیست بلکه مروری است بر چگونگی سیر تحولاتی که منجر به پیدایش سیستم های توزیع جدید شده است. یادآور می شود در تحولاتی که به پیدایش این سیستم ها انجامید، ایمنی عامل اصلی حاکم بر این تحولات بوده است.

31- ظهور سیستم های توزیع و تاسیسات برق ( سیر تکاملی سیستم های الکتریکی )

اتصال به زمین از دو نظر مهم است:

  1. حفظ سلامت خود سیستم، صرف نظر از خواست های مربوط به ایمنی
  2. حفظ سلامت و ایمنی افرادی که از سیستم برق استفاده می کنند

حفظ ایمنی مهمترین وجه بحث ما خواهد بود ولی اشاره ای مختصر به مهم ترین علت وصل یک نقطه از سیستم به زمین برای تامین خواسته سیستم و حفظ سلامتی آن (ایمنی افراد)، به جا خواهد بود.

311- مختصری درباره ی سیستم اتصال زمین ( سیر تکاملی سیستم های الکتریکی )

اتصال به زمین از نظر کار صحیح و سالم سیستم، دو هدف را دنبال می کند:

  • ایجاد شرایطی که در آن سیستم از نظر فنی درست عمل کند.

این هدف با بر قراری مسیری از طریق زمین به منبع تغذیه و کشف اتصال به زمین با استفاده از رله های حساس به دست می آید.

2- ایجاد شرایطی که در آن عایق بندی سیستم سالم می ماند و این مسئله که درباره آن کمی صحبت خواهد شد. در ساده ترین تحلیل ممکن، یک سیستم از رسانه ها و عایق ها تشکیل می شود. رساناها باید تا جایی که ممکن است عبور جریان برق را تسهیل کنند و عایق ها هم درست برعکس تا حدی که ممکن است جلوی عبور جریان برق از مسیرهای نخواسته را بگیرند.

یعنی عبور جریان برق باید در مسیری دلخواه برقرار شود و در سایر جهات جلوی آن گرفته شود. از بین این دو، عایق ها حساس تر از هادی ها می باشند و علاوه بر دمای زیاد که به خودی خود سبب انهدام عایق می شود، بالا رفتن پیش از حد ولتاژ و اثر آن به مدتی طولانی، مخصوصاً در دمای بالا، عایق را زودتر از بین برده و سبب بروز خرابی در سیستم می شود.

به طور خلاصه اگر در تحلیل اولیه اثر دما را به حساب نیاوریم، عمر عایق بندی بستگی به شدت میدان و مدت زمان بر قراری آن دارد. اگر شدت میدان کمی از مقدار مجاز آن بیشتر باشد. ممکن است پس از چند سال سبب خرابی عایق بندی شود و اگر این مقدار چند برابر مقدار مجاز باشد، در ظرف چند دقیقه یا ثانیه سبب از بین رفتن عایق بندی در ضعیف ترین نقطه سیستم گردد.

بنابراین انتخاب مقدار اسمی یک عایق یا مقدار “مجاز” آن از نظر دوام نسبت به مقدار ولتاژ و مدت زمان برقراری، بستگی به داده های آماری و انتخاب صحیح آن دارد. در هر شکل 311-1 منحنی تغیرات ایستادگی عایق بندی یک کابل با توجه به تنش میدان الکتریکی و مدت زمان برقراری آن به عنوان مثالی نوعی ، نشان داده شده است. بدیهی است در اینجا مطالعه دقیق برای تعیین شدت مجاز میدان و عمر عایق ها هدف نمی باشد و تنها نشان دادن علل بروز خرابی در عایق ها و سعی در محدود کردن شدت میدان در آنها منظور نظر ما خواهد بود.

دیده می شود که تغییرات شدت میدان نسبت به زمان به نحوی است که شدت میدان یا خطی افقی مجانب می باشد و این مقداری است که در مدتی طولانی، عایق بندی در آن شدت میدان منهدم نخواهد شد. یاد آوری می کند که اثر گرما در این منحنی منظور نشده است و کافی است گفته شود که در دماهای مختلف، جای خط مجانب تغییر خواهد کرد و عامل جدیدی را وارد بحث می کند.

در هر حال آزمایش نهایی برای نوع و ضخامت عایق بندی تجهیزات که با توجه به شواهد بدست آمده از منحنی هایی شبیه آنچه که در شکل 311-1 نشان داده شده است انتخاب می شوند، استفاده از تجهیزات در طول زمان دراز است. دوام در طول زمان، محک اصلی کارآیی عایق بندی سیستم است. زیرا در حال حاضر پایه علمی محکمی برای طبقه بندی عایق ها از این نظر وجود ندارند.

تا اینجا با اثر شدت میدانی که عایق بندی تحت تنش آن قرار می گیرد آشنایی حاصل شده و علل لزوم محدود کردن تنش این میدان در عایق بندی ، نشان داده شده است. اما در مورد روش های عملی محدود کردن شدت میدان، در بندها و بخش های بعدی صحبت خواهد شد.

312- تغییرات ولتاژ در سیستمی که به زمین وصل نیست ( سیر تکاملی سیستم های الکتریکی )

حال ببینیم در حالت واقعی، ولتاژها چگونه اثر می کنند. در شکل 321-1 دیده می شود که در صورت وصل نبودن یک نقطه از سیستم به زمین، وضعیت ولتاژها به این شرح خواهد بود.

ولتاژ نقطه خنثی (N) نسبت به زمین در هنگامی که سیستم سالم است. به علت وجود خازن های طبیعی بین فازهای سیستم و زمین، برابر صفر است و در این هنگام ولتاژهای موجود هیچ تنش اضافی را بر روی عایق بندی هادی خنثی و هادی های فازها در سرتاسرسیستم، بوجود نخواهند آورد.

 اما اگر به سبب بروز سانحه ای در سیستم، یکی از فازها (L1) به زمین وصل شود، وضعیت ولتاژهای سیستم به قرار زیر خواهد بود (4) , (5) :

ولتاژ نقطه خنثی (N) نسبت به زمین در سیستمی که یک فاز ان به زمین وصل شده است دیگر برابر صفر نبوده بلکه برابر U0 می شود. در این هنگام ولتاژهای موجود تنشی را برروی عایق بندی هادی خنثی و هادی های فازها در سرتاسر سیستم بوجود خواهند آورد.

ممکن است چنین به نظر آید اختلاف ولتاژ قابل توجه نمی باشد. اما چنین نیست و همین مقدار ولتاژ ممکن است در زمانی طولانی عایقی را که برای آن پیش بینی نشده است از بین برد.

مسئله دیگری هم وجود دارد:

قبل از اینکه عایق بندی در اثر بالا رفتن ولتاژها خراب شود، ممکن است پدیده دیگری ظاهر شود که خطر آن اگر بیشتر از خرابی عایق بندی نباشد ( که معمولا تا بروز آن، مدتی طول می کشد) کمتر از آن نخواهد بود و آن، زدن جرقه بین نقاطی از سیستم است که ولتاژ آنها نسبت به هم بیشتر از دوام عایق آنها می باشد.

مانند جرقه ای بین نقطه خنثی و قسمت های زمین شده که اختلاف پتانسیل آنها قبل از سانحه صفر بود و پس از آن تبدیل به ولت می شود و فازهای سالم نسبت به زمین که قبل از سانحه ولت بود اینک تبدیل به ولت u=400 می شود.

البته می توان لوازمی را طرح کرد که به مدتی طولانی در شرایط سانحه دیده (وصل بودن یک فاز به زمین) کار کرده و عایق بندی خود را حفظ کنند اما به طور قطع عایق بندی آنها نسبت به دستگاه هایی که یک نقطه از آنها (N) به زمین وصل است سنگین تر و گرانتر خواهد بود. به این دلیل و دلایل مهم دیگر از سیستم های بدون اتصال به زمین (سیستم IT) فقط در موارد مخصوص استفاده می شود و در شبکه های عمومی کاربرد ندارند و بلکه استفاده از آنها در شبکه های عمومی ممنوع است.

 

 

سیر تکاملی سیستم های الکتریکی / سیر تکاملی سیستم های الکتریکی / سیر تکاملی سیستم های الکتریکی / سیر تکاملی سیستم های الکتریکی / سیر تکاملی سیستم های الکتریکی / سیر تکاملی سیستم های الکتریکی / سیر تکاملی سیستم های الکتریکی / سیر تکاملی سیستم های الکتریکی / سیر تکاملی سیستم های الکتریکی