اضافه ولتاژ در شبکه

طبق استاندارد بين المللي ، ايزولاسيون تجهيزات فشار قوي در هر سطح ولتاژي با در نظر گرفتن اضافه ولتاژهاي موجي پيش بيني و ساخته مي شود . اضافه ولتاژها به عنوان تهديدي جدي براي ايزولاسيون تجهيزات فشار قوي مي باشند كه موجب بروز قوس الكتريكي بروي تجهيزات ميشود؛ كه اگر ين قوس بصورت داخلي باشد موجب انفجار و انهدام تجهيز مي گردد.
برقگيرهاي فشار قوي براي جلوگيري از بوجود آمدن هر نوع قوسي بروي تجهيزات در نظر گرفته ميشود و با توجه به سطح ولتاژ ، با تجهيزات ديگر بصورت موازي نصب مي گردد.
منبع اضافه ولتاژ ميتواند به شرح ذيل باشد:
الف : اضافه ولتاژهاي موقت: افزايش ولتاژهاي با فركانس 50 هرتز شبكه بهن.ان اضافه ولتاژهاي موقت ناميده مي شود و به دو صورت در شبكه ها ايجاد ميشود .
1- اضافه ولتاژهاي موقت دراز مدت ( بيش از يك دقيقه ):
اين نوع اضافه ولتاژها با افزايش محدود دامنه به ميزان 5 تا 10 درصد ( با ضريب اضافه ولتاژ 05/1 تا 1/1 ) كه به علت تغييرات توان هاي اكتيو و راكتيو بار شبكه در 24 ساعت است ايجاد مي شود .
2- اضافه ولتاژها موقت كوتاه مدت ( كمتر از يك دقيقه):
اين نوع اضفه ولتاژها با افزايش دامنه به ميزان 20 تا 80 درصد (با ضريب اضافه ولتاژ 2/1 تا 8/1 ) در كمتر از يك دقيقه بر اثر اتصالي يك فاز به زمين و لفزايش ولتاژهاي فازي سالم ايجاد مي شود .
ب : اضافه ولتاژهاي موجي :اين نوع اضافه ولتاژها با فاصله زماني بسيار كم ( از 2 تا 3 ميلي ثانيه ) بروي نيم پريود ولتاژ سينوسي ظاهر ميشود.با توجه به فاصله زماني محدود آن ( در حدود 300-50 ميكرو ثانيه) .اضافه ولتاژها در مقايسه با منحني سينوسي فركانس 50 هرتز با دامنه بزرگتري همراه خواهد بود لذا بدانها اضافه ولتاژ موجي (يا ضربه اي ) اتلاق ميشود.
اين نوع اضافه ولتاژها ناشي از دو عاملند :
1- پديده تخليه جوي : با ايجاد رعد و برق بين ابرهاي آسمان وهادي هاي فاز شبكه اضافه ولتاژ صاعقه ايجاد مي شود.
2- پديده بروز برگشت جرقه ( يا كليد زني ) : كه اين نوع اضافه ولتاژ در نوع خود جالب و بسيار مخرب است . هنگامي
كه در مسير جريان بار شبكه ، پارگي يا قطع هادي هاي فاز به گونه اي رخ دهد كه فاصله هادي ها در محل قطع ناچيز باشد آنگاه جريان بار از طريق قوس الكتريكي در نقطه پارگي هادي ايجاد مي شود .قوس الكتريكي بطور طبيعي در لحظات صفر سينوسي خاموش شده و جريان عبوري به مدت زمان 100 – 50 ميكرو ثانيه قطع ميشود . پس از قطع جريان ، ولتاژ دو سر پارگي ( يا قطع ) هادي پس از خاتمه حالت هاي گذراي مدار به حالت ماندگار خود مي رسد كه بسته به نوع مدار ( سلفي يا خازني ) ممكن است تا دو برابر ولتاژ شبكه نيز برسد . از لحظه قطع كامل جريان تا رسيدن آن به وضعيت ماندگار ( كه داراي شرايط حالت گذرا است ) ولتاژ ايجاد شده به ولتاژ گذراي برگشتي معروف است . اين ولتاژ برگشتي دو تاثير عمده دارد اول آنكه پيك اين ولتاژ مي تواند به چند برابر پيك ولتاژ شبكه برسد كه تجهيزات عايقي ممكن است تحمل اين ولتاژ را نداشته باشند و منجر به پديده برگشت جرقه گردد . دوم آنكه سرعت افزايش ولتاژ برگشتي از مقدار اوليه كه صفر فرض شد تا اولين پيك گذراي آن نيز عامل مهمي در برگشت جرقه است .
از مهمترين عوامل بوجود آمدن چنين اضافه ولتاژهايي پارگي يا قطع هادي در مسير جريان و درنقطه اتصال در محل برج هاي انتهايي ، در داخل محفظه قطع بريكر ها در هنگام جدا شدن كنتاكتها و خفه شدن قوس و در هنگام باز نمودن ديسكانكتهاي قابل قطع زير بار مي باشند . البته در زمان وصل كليدهاي قدرت نيز امكان برگشت جرقه وجود دارد لذا به اين نوع اضافه ولتاژها ، اضافه ولتاژهاي كليد زني (سوئيچينگ ) نيز مي گويند.
به منظور جلوگيري از بوجود آمدن قوس ، كافي است دامنه ولتاژهاي موجي تا كمتر از سطح BIL (Basic Insulation Level ) كاهش يابد( در حدود 80 تا 85 درصد ) . كاهش دامنه ولتاژهاي موجي از طريق تخليه بارها از هادي فاز به زمين و هم زمان با تخليه ابرها به هادي فاز صورت مي گيرد . به عبارت ديگر در طول مدت برقرار تخليه از ابر هادي هاي فاز به طور موقت زمين شده تا مانع تجمع بارهاي ناشي از ابر در هادي هاي فاز گردد كه نتيجتاً مانع از ظهور ولتاژ موجي با دامنه قابل ملاحظه خواهد شد .ارتباط مستقيم هادي فاز با زمين در طول مدت تخليه توسط برقگيرها (Lighting Arrester or Surge Arrester ) صورت مي گيرد . سطح يا دامنه ولتاژهاي موجي قابل قبول در پست هاي فشار قوي ، به عنوان سطح محافظت پست (PL) بيان ميشود ( protection level ) كه آن هم برابر است با : PL = ( 0.8 – 0.85 ) × BIL