سیستم های ارت پستهای GIS

ولتاژ ظاهر شده در بدنه تأسیسات در هر دو حالت مورد اشاره از نظر ایمنی حائز اهمیت فراوان می باشد. در ایستگاهها و تأسیسات GIS ، تأمین مقاومت زمین مطلوب با توجه به وسعت محدود و ناچیز محوطه ایستگاه در مقایسه با ایستگاههای فضای باز طبق اشکال ارائه شده در فصل اول، به سهولت مقدور نمی باشد. در طی فصل حاضر، سیستم زمین ایستگاههای GIS ، مقررات نمودن تأسیسات و دستورالعمل های ارائه شده مورد مطالعه قرار می گیرد.

لزوم زمین نمودن تأسیسات GIS

زمین نمودن بدنه تجهیزات، تابلوها، بدنه محفظه بسته GIS ، تجهیزات مورد تحمل به دو منظور زیر صورت می پذیرد.

1-  با بروز عیب فاز – زمین و بروز قوس در فاصله هادیهای تحت ولتاژ و بدنه فلزی تجهیزات، جریان از طریق بدنه تجهیزات و مسیر اتصال به زمین تجهیزات برقرار شده، مانع از ظهور ولتاژ گذرای قابل ملاحظه در بدنه در طول مدت برقراری جریان عیب شود.

2-  در شرایط عادی بهره برداری و در طول مدت برقراری جریان ها بار، ولتاژ به میزان محدود در بدنه تأسیسات القاء شده، در برخی شرایط و تأسیسات از مقدار مجاز ولتاژ تماس استاندارد تجاوز نموده، ایمنی کارکنان را تهدید می نماید. در حالیکه با زمین نمودن بدنه در نقاط متعدد، ولتاژ در بدنه تأسیسات مقدار ناچیز کمتر از ولتاژ تماس را دارا می شود. ولتاژ در بدنه تجهیزات، در قبال جریان های بار، لازم است همواره کمتر از مقدار قابل قبول استاندارد را از نظر ایمنی دارا باشد. با این همه هنگامی که جریان های بار، تغییرات قابل ملاحظه را به صورت لحظه ای، برای فاصله زمانی کوتاه چند میلی ثانیه با توجه به نوع بار دارا باشند، نظیر جریان های راه انداز موتورها، جریان های هجومی ترانسفورماتورها و بانکهای خازنی، جریان های ناشی از بارهای ضربه نظیر کوره های قوس الکتریکی و غیره ولتاژ در بدنه به صورت گذرا در کوتاه مدت افزایش یافته، در طول بدنه منتشر می شود. افزایش ولتاژ در بدنه به صورت گذرا و لحظه ای تا چند برابر ولتاژ معمول بهره برداری به عنوان: افزایش گذرای ولتاژ زمین یا Transient Ground Potential Rise (TGPR) موسوم بوده با: “TGPR” نشان داده می شود. ولتاژ TGPR با عوارض لحظه ای به صورت شوک، در صورت تماس کارکنان با بدنه همراه خواهد بود، اتصال زمین مطمئن بدنه مانع از ظهور این اضافه ولتاژها و عوارض ناشی از آنان خواهد شد.

بدین ترتیب زمین  نمودن بدنه تأسیسات به منظور حفظ پتانسیل حداقل در بدنه، در شرایط عادی بهره برداری و در قبال برقراری جریان های عیب صورت می پذیرد. با این همه زمین نمودن بدنه و تأسیسات GIS در قبال عیوب مختلف روی داده در داخل محفظه بسته و یا در شبکه خصوصیات متفاوت از زمین نمودن تجهیزات را در ایستگاهها از نوع فضای باز دارا می باشد.

در ایستگاههای نوع فضای باز، در قبال بروز عیب زمین در هر نقطه در ایستگاه و در تجهیزات فشار قوی، مشابه شکل a1-9 و عیب در نقطه K ، جریان عیب از طریق زمین به نقطه نول برقرار شده، ولتاژ ظاهر شده در محل عیب از جمله در بدنه زمین شده تجهیزات، به مقدار مقاومت مسیر جریان در زمین و مقاومت شبکه زمین، نصب شده در زمین بستگی خواهد داشت.

در تأسیسات GIS ، با توجه به محفظه فلزی شامل گاز و شینه تحت ولتاژ در سرتاسر ایستگاه، بروز عیب زمین در هر نقطه در شینه تحت ولتاژ، عیب هادی – بدنه را تشکیل داده، جریان عیب زمین از طریق بدنه فلزی تأسیسات به نقطه نول برقرار خواهد شد. در شکل b1-9 عیب هادی – بدنه در نقطه K در تأسیسات روی داده، جریان عیب زمین از مسیر بدنه و مسیر زمین به نقطه نول تغذیه برقرار شده است. با مقایسه دو شکل a و b مشاهده می شود، جریان عیب زمین در تأسیسات GIS از دو مسیر متفاوت و موازی به نقطه نول برقرار می شود. مسیر بدنه مقاومت ناچیز را دارا بوده، بخش عمده جریان از طریق بدنه تأسیسات به سمت نقطه نول برقرار شده، بخش ناچیز آن از طریق زمین برقرار می شود. بطوری که جریان عیب زمین شامل جریان برقرار شده در بدنه تأسیسات I_e و جریان برقرار شده در زمین I_g خواهد بود. یا

1-9               I_F = I_e + I_g

در این رابطه جریان برقرار شده در بدنه I_e تا چند برابر جریان عیب زمین بالغ می شود.

برقراری جریان عیب زمین از طریق بدنه تأسیسات برای کلیه عیوب روی داده در هر نقطه از تأسیسات GIS صدق نموده، به علت مقاومت ناچیز بدنه، ولتاژ ظاهر شده در بدنه ناچیز بوده، به مقاومت زمین و کیفیت زمین نمودن تأسیسات بستگی نخواهد داشت. به عبارت دیگر بدنه تأسیسات به مثابه شبکه زمین سراسری با مقاومت ناچیز چند صدم اهم عمل می نماید. چنانچه عیب در خارج ایستگاه GIS و محفظه بسته، در فضای باز روی دهد، نظیر عیوب روی داده در بوشینگ ورودی و یا در خطوط تغذیه ایستگاه و غیره، جریان از طریق زمین برقرار شده، در محل تأسیسات GIS بخشی از آن از طریق محفظه فلزی تا نقطه نول برقرار خواهد شد. در شکل c1-9 مسیر جریان عیب زمین برای عیوب روی داده در فاصله دور از تأسیسات GIS در فضای باز نشان داده شده است. در این حالت تحت تأثیر مقاومت زمین واقع در مسیر جریان عیب از محل عیب تا نزدیک ترین نقطه اتصال بدنه فلزی تأسیسات به زمین نقطه M ولتاژ در محل تأسیسات در بدنه تا حدودی افزایش می یابد.

جریان عیب برقرار شده در شینه ها تحت تأثیر عیوب روی داده در خارج از تأسیسات به عنوان عیوب Through Fault (TF) محسوب شده، با توجه به اینکه در قبال این عیوب جریان در بخشی از مسیر از طریق زمین برقرار خواهد شد، افزایش ولتاژ بدنه، در این عیوب بیش از عیوب روی داده در محل تأسیسات GIS و یا به عبارت عیوب هادی – بدنه خواهد بود.

ولتاژ تماس یا ولتاژ بدنه تأسیسات در قبال جریان های عیب در دو حالت جداگانه به شرح فوق محاسبه می شود.

1-  برای عیوب هادی – بدنه در محل تأسیسات GIS ، هنگامی که بخش عمده جریان عیب زمین از طریق بدنه تأسیسات برقرار می شود.

2-  برای عیوب روی داده در فواصل دور در شبکه، در فواصل هوایی هنگامی که بخش عمده مسیر جریان عیب را زمین تشکیل داده، تنها در مجاور تأسیسات جریان از طریق محفظه فلزی به سمت نقطه نول برقرار شود.

در شکل d1-9 بروزو عیب فاز – زمین در خط هوایی ^KV 345 ، و در مجاور ایستگاه GIS روی داده، جریان های عیب ^KA46 و ^KA17 در شبکه دو طرف خط به ترتیب ^KA46 و ^KA17 برقرار شده اند. توزیع جریان های عیب زمین بالغ بر ^KA63 در مسیرهای مختلف نشان داده شده است. چنانکه دیده می شود بخش اعظم جریان عیب بالغ بر ^KA37 از طریق بدنه محفظه GIS به زمین برقرار شده، تنها ^KA5/9 ، نزدیک به  جریان عیب، در نقطه عیب به زمین وارد و از طریق زمین برقرار شده است.

احداث شبکه زمین در تأسیسات با ایزولاسیون گاز

چنانکه دیده شد کاهش دامنه ولتاژهای ظاهر شده در بدنه در قبال برقراری جریان های عیب، ناشی از عیوب روی داده در محل تأسیسات، در فواصل دور و در قبال جریان های بار، مستلزم اتصال بدنه تجهیزات به زمین در نقاط متعدد خواهد بود، برای این منظور، محفظه فلزی تأسیسات به شبکه احداث شده در زمین شامل هادیهای افقی و قائم متصل می شوند. شبکه فوق ارتباط الکتریکی بین هادیها، متصل به بدنه تأسیسات و سطح زمین را به سهولت امکان پذیر می نماید. به عبارت دیگر جریان برقرار شده در هادیهای زمین از طریق سطوح تماس خود با خاک و سایر مواد موجود در زمین، امکان برقراری جریان را از طریق سطوح فوق به زمین میسر می نمایند. بدین ترتیب شبکه زمین نقش اساسی در انتقال بارهای الکتریکی و برقراری جریان به زمین ایفا می نماید.

مشخصات شبکه زمین: شبکه زمین احداث شده لازم است حداقل مقاومت اهمی را با زمین تا کمتر از مقدار استاندارد دارا باشد، در این صورت با اتصال بدنه محفظه بسته و سایر تجهیزات الکتریکی ایستگاه نوع Metal-Clad ، نظیر ترانسفورماتورها، تابلوها و غیره به شبکه زمین، مقاومت اهمی بدنه تجهیزات فوق با زمین معادل مقاومت اهمی شبکه زمین خواهد بود. شبکه زمین عبارت از هادیهای افقی موازی در دو امتداد عمود بر هم نصب شده در عمق ^m1-8/0 از سطح زمین می باشند (شکل a2-9) شبکه فوق نسبت به زمین مقاومت اهمی کمتر از یک اهم را دارا بوده، بدنه فلزی کلیه تجهیزات فشار قوی از جمله تأسیسات GIS در نقاط متعدد، با هادی ها به طول محدود به آن متصل می شوند. با بروز عیب در هر نقطه در هادیهای تحت ولتاژ ایستگاه و در تأسیسات GIS ، جریان عیب فرکانس 50 بالغ بر چند ده تا چند صد کیلوآمپر از طریق آنان به زمین برقرار می شود.

در صورت عدم تأمین مقاومت اهمی کافی توسط هادیهای فوق از هادیهای عمودی موسوم به الکترود استفاده می شود، الکترودها برحسب نیاز در نقاط مختلف در مسیر هادیهای افقی نصب شده، شبکه افقی به آنان متصل می شود. (شکل b2-9) مقاومت اهمی شبکه زمین به طول کل هادیهای افقی قرار داده شده در زمین، عمق نصب h و گستردگی سطح شبکه بستگی دارد. قطر هادیها تأثیر نامحسوس در مقاومت اهمی دارد. منظور از گستردگی سطح شبکه زمین، عرض و طول ناحیه زیر پوشش شبکه زمین می باشد. افزایش سطح یا گسترش شبکه، برقراری جریان و نفوذ آن را به زمین فزونی بخشیده به مفهوم ارتباط الکتریکی بیشتر شبکه با زمین خواهد بود. افزایش ارتباط شبکه با زمین تقلیل هر چه بیشتر مقاومت زمین شبکه را موجب می شود. به همین علت سطح اشغال شده توسط شبکه زمین، فواصل هادیهای افقی، همچنین افزایش عمق نصب هادیهای عمودی موسوم به الکترودها حائز اهمیت می باشد. در ایستگاههای معمول با ایزولاسیون هوا، سطح ایستگاه از وسعت کافی برخوردار بوده، هر مقدار مقاومت زمین شبکه زمین با افزایش طول و عرض سطح زیر پوشش، به سهولت قابل تأمین می باشد، در این ایستگاهها بطور معمول سطح گستردگی شبکه زمین معادل طول و عرض محوطه یا حصار ایستگاه در نظر گرفته شده، مقاومت مورد نظر کمتر از  را عرضه می نماید. در موارد نادر شبکه زمین ممکن است به منظور تأمین مقاومت زمین کمتر، تا خارج از محفظه ایستگاه نیز گسترش یابد. نقاط نول ترانسفورماتورها، محل نصب برق گیرها و غیره در معرض برقراری جریان های موجی تخلیه جوی با دامنه چند صد کیلوآمپر و شیب چند ده کیلوآمپر بر میکروثانیه واقع می باشند. لذا در این نقاط از الکترودهای قائم با حداقل کمیات الکتریکی L و C و امپدانس موجی حداقل استفاده می شود.

در ایستگاههای نوع GIS وسعت ایستگاه به منظور احداث شبکه زمین در مقایسه با ایستگاههای نوع فضای باز محدود بوده، در قدرت و ولتاژ برابر به حدود  وسعت ایستگاههای فضای باز تقلیل می یابد. به علاوه در بسیاری موارد امکان احداث شبکه زمین، برخوردار از مقاومت زمین محدود، هنگامی که ایستگاه وسعت ناچیز چند متر را دارا بوده یا در مناطق کوهستانی و صخره ای واقع باشد، موجود نمی باشد. در این نوع ایستگاهها طول هادیهای افقی نصب شده در زمین محدود بوده از حدود چند متر تجاوز نمی نماید. لذا احداث شبکه زمین با حداقل مقاومت، معادل مقدار استاندارد مستلزم مطالعات مهندسی بیشتر و ابداع راه حل های خاص خواهد بود.

روش محاسبه شبکه زمین

چنانچه گلوله کروی به قطر D و در مقابل آن، به فاصله چند متر، صفحه افقی بطور عمودی، طبق شکل 3-9 در زمین نصب شده. به فاصله کره – صفحه ولتاژ فرکانس 50 اعمال شود، جریان از کره در تمام جهات در زمین وارد شده به سمت صفحه مقابل برقرار می شود. نسبت ولتاژ اعمال شده به جریان برقرار شده، مقاومت زمین کره را نسبت به زمین نشان می دهد. در ساده ترین حالت نوع خاک در فاصله کره – صفحه یکنواخت و مشابه یا هموژن فرض شده. شبکه زمین به صورت هادی دایره معادل سطح محصور شده ایستگاه فرض می شود، در این صورت مقاومت زمین شبکه زمین به صورت دایره به شرح زیر خواهد بود:

2-9              

- مقاومت مخصوص خاک، مقاومت مخصوص خاک برحسب  بیان شده تابع رطوبت، نوع خاک و یکنواختی آن می باشد.

رابطه فوق مقاومت زمین ایستگاه را شامل هادی دایره نصب شده در زمین بدون هرگونه پیش بینی اضافی نظیر هادیهای افقی و یا هادیهای قائم نشان می دهد. چنانچه از هادیهای افقی نیز علاوه بر هادی دایره استفاده شود، مقاومت زمین خواهد بود:

3-9              

هنگامی که مقاومت کافی تأمین نشود، طول یا تعداد هادیهای افقی افزایش داده می شود، افزایش طول هادیهای افقی تا حد مشخص در کاهش مقاومت زمین شبکه مؤثر واقع می شوند، کاهش کمتر مقاومت زمین مستلزم نصب هادیهای قائم موسوم به الکترودهای قائم می باشد. در این حالت مقاومت معادل هادیهای افقی و هادیهای قائم خواهد بود:

4-9              

R₁ – مقاومت زمین هادیهای افقی

R₂ – مقاومت زمین هادیهای قائم یا الکترود

طول الکترودها در فاصله 4 تا 10 متر انتخاب می شود، در اولین مرحله طول الکترودها محدود انتخاب شده در صورت عدم تأمین مقاومت کافی، طول آنان افزایش داده می شود.

برآورد مقطع مناسب هادی های زمین: جنس و مقطع هادیها به منظور نصب در زمین، به عنوان شبکه زمین افقی با توجه به مقدار جریان عیب فرکانس 50 و مدت برقراری آن تعیین می شود. مدت برقراری جریان عیب بطور معمول معادل فاصله زمانی کار رله های حفاظتی و بطور عمده حفاظت Back-Up انتخاب می شود. جنس مناسب هادیهای زمین در جدول 1-9 ارائه شده است. با استفاده از شکل 4-9 و فاصله زمانی برقراری جریان عیب و با انتخاب جنس هادی، دانسیته جریان، آنچنانکه درجه حرارت هادی در فاصله زمانی برقراری جریان عیب از حدود مجاز تجاوز ننماید، برآورد می شود با استفاده از دانسیته جریان و مقدار جریان فرکانس 50 مقطع مناسب هادی زمین یافته شده، با مقادیر استاندارد مقایسه شده، اندازه مناسب آن تعیین می شود.

 

مقاومت مخصوص خاک: مقاومت مخصوص خاک عبارت از مقاومت حجمی خاک به حجم ^m31 بوده برحسب  بیان شده با  نشان داده می شود. این مقاومت به نوع، جنس خاک، نوع زمین، مقدار رطوبت و املاح موجود در آن و درجه حرارت بستگی دارد. در شکل 5-9 تغییرات آن برحسب درجه حرارت با منحنی t برحسب رطوبت با m و برحسب املاح نمکی با s نشان داده شده است. خصوصیات فوق متناسب با عمق نصب تغییر نموده با افزایش عمق نصب مقدار رطوبت و درجه حرارت فزونی یافته، در عوض املاح موجود در خاک کاهش می یابند. به همین علت مقاومت مخصوص خاک متناسب با عمق آن کاهش می یابد. لذا به منظور سهولت در محاسبات لایه فوقانی خاک با ضخامت 2-1 متر با مقاومت مخصوص ثابت  و لایه تحتانی خاک در عمق بیش از 1 متر با مقاومت مخصوص  در نظر گرفته می شود.

تأثیر لایه های خاک در مقاومت مخصوص خاک با ضریب انعکاس  نشان داده می شود.

تأمین ایمنی تجهیزات زمین شده در قبال برقراری جریان های عیب

ولتاژ ظاهر شده در بدنه فلزی تجهیزات و محفظه بسته زمین شده لازم است در طی بهره برداری و در طول مدت برقراری جریان های عیب مقدار کافی و مناسب را از نظر ایمنی دارا باشد، آنچنانکه در صورت تماس با بدنه تجهیزات، همزمان با برقراری جریان عیب، ولتاژ ظاهر شده سلامت و ایمنی کارکنان را تهدید ننماید، منظور از جریان های عیب، جریان های عیب ناشی از عیوب Through Fault و یا عیوب به صورت اتصال مستقیم هادی تحت ولتاژ به بدنه و یا از طریق قوس می باشد. ولتاژ مناسب و قابل قبول ظاهر شده در بدنه تجهیزات، آنچنانکه ایمنی کارکنان را در صورت تماس با بدنه تهدید ننماید، به عنوان ولتاژ تماس یا Touch Potential موسوم می باشد.

با بروز عیب در تأسیسات GIS ، جریان عیب از طریق بدنه و نقاط اتصال بدنه به زمین برقرار می شود، ولتاژ ظاهر شده در طول مدت برقراری جریان عیب به زمین، در نقطه زمین شده تأسیسات، طبق رابطه E_g = R.I_F نوشته شده متناسب با فاصله از نقطه زمین، در سطح زمین کاهش می یابد. در نقاط اتصال زمین و نقاط تزریق جریان به زمین مجدداً افزایش می یابد. تغییرات ولتاژ در سطح زمین، در فاصله نقاط تزریق جریان یا نقاط زمین شده، به عنوان پروفیل سطحی ولتاژ ناشی از جریان عیب زمین نامیده می شود. در شکل 6-9 منحنی پروفیل سطحی ولتاژ نشان داده شده است. در منحنی فوق در فاصله دو نقطه زمین A₂ و A₃ اختلاف ولتاژ بین دو نقطه در سطح زمین نظیر دو نقطه تماس پاها یا S₁ و S₂ ، ولتاژهای مربوطه طبق منحنی پروفیل ولتاژ U_g1 و U_g2 بوده، تفاوت ولتاژ دو نقطه معادل E_s = E_g1 – E_g2 به عنوان ولتاژ قدم بر بدن واقع می شود. بدین ترتیب فرد بدون تماس با بدنه تجهیزات تحت اختلاف پتانسیل  موجود در سطح زمین قرار خواهد گرفت. در شکل 6-9 ولتاژهای قدم و تماس در نقاط S و T نشان داده شده اند. مقادیر قبول ولتاژهای تماس و قدم با توجه به مقدار جریان قابل تحمل بدن طبق جدول 2-9 برآورد شده، در استانداردها برحسب فاصله زمانی برقراری جریان طبق شکل 7-9 ارائه شده اند.

جدول 2-9 : ولتاژ قابل تحمل بدن و مدت اعمال آن

ولتاژ قابل تحمل بدن	65	100	130	200	400	500
مدت مجاز اعمال ولتاژ (ثانیه)	3	1	7/0	5/0	2/0	1/0

برقراری جریان سینوسی در بدن با تحریک اعصاب و لرزش آغاز شده، با ادامه برقراری جریان، عوارض آن شدت یافته به تجزیه خون و عدم حرکت گلبولها و توقف قلب منجر می شود. جریان قابل قبول در بدن، در زنان در حدود ^mA9 و در مردان ^mA15 می باشد. دو حد فوق با افزایش فرکانس فزونی می یابد. در قبال جریان های ضربه، به میزان قابل ملاحظه افزایش می یابد. پس از طرح شبکه زمین و تأمین مقاومت زمین کافی در حد قابل قبول ولتاژهای عدم و تماس با توجه به حداکثر جریان عیب برقرار شده به شرح زیر می شوند:

1- ولتاژ قدم: ولتاژ قدم یا Step Voltage با توجه به پهنای قدم معادل 1 متر و منحنی توزیع ولتاژ در سطح زمین محاسبه می شود، حد قابل قبول ولتاژ قدم طبق رابطه زیر محاسبه می شود.

5-9              

2- ولتاژ تماس یا V_t : مقدار ولتاژ تماس بر طبق منحنی توزیع ولتاژ در سطح ایستگاه محاسبه شده، مقدار حد آن از رابطه زیر محاسبه می شود:

6-9              

در روابط 5-9 و 6-9 ، c ضریب کاهش را تشکیل داده بر طبق شکل 8-9 برحسب عمق لایه فوقانی خاک h و ضریب انعکاس  محاسبه می شود.  مقاومت مخصوص خاک برحسب  و t فاصله زمانی برقراری جریان ضربه را تشکیل می دهد. مقادیر  و رحسب عمق نصب شبکه زمین در شکل 9-9 ارائه شده اند.

 

مقدار مجاز و قابل قبول ولتاژهای تماس و قدم، بر طبق روابط قبل، تغییرات مجاز ولتاژ در سطح زمین یا Gradient ولتاژ را مشخص می نمایند، در صورتی که Gradiant یا شیب کاهش ولتاژ در سطح زمین از حدود مجاز تجاوز نماید، لازم است با افزایش بر تعداد هادیهای افقی موازی یکدیگر از شیب منحنی پروفیل ولتاژ کاسته شود.

تأمین ایمنی ولتاژ تماس کافی در قبال برقراری

جریان های عیب در ایستگاههای GIS

در کلیه تجهیزات فشار قوی با بدنه فلزی (تجهیزات Metal-Clad) ، شامل هادیهای تحت ولتاژ در داخل بدنه، تأمین ایمنی کافی و حفظ ولتاژ تماس در بدنه تجهیزات کمتر از سطح استاندارد ضروری می باشد. بدین ترتیب ایمنی کافی در هنگام تماس اتفاقی با بدنه دستگاه نظیر ترانسفورماتورها، تابلوها، کلیدهای نوع DT و تأسیسات GIS تأمین خواهد شد. در ایستگاههای نوع فضای باز، ترانسفورماتورها، تابلوها، کلیدهای نوع DT ، محفظه ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ در صورت برقراری جریان های عیب، تحت ولتاژ واقع خواهند شد، ابعاد و اندازه تجهیزات فوق ناچیز بوده، با توجه به اتصال بدنه تجهیزات به زمین در 2 یا 3 نقطه، ولتاژ در کلیه نقاط بدنه، نزدیک صفر خواهد بود. در ایستگاههای GIS ، کلیه شینه ها و تجهیزات در داخل محفظه شینه فلزی واقع بوده و محفظه فلزی به صورت سراسری طول بالغ بر _m 100-20 را دارا می باشد. تماس مداوم با بدنه فلزی شامل گاز و شینه فشار قوی، به منظور انجام بازدید، قطع و وصل کلیدها و سکسیونرها و تنظیم تجهیزات اجتناب ناپذیر خواهد بود. مهمترین و عمده ترین شرط تأمین ایمنی در ایستگاههای فوق، حفظ ولتاژ بدنه در هر نقطه، در کلیه شرایط بهره برداری، اهم از برقراری جریان های بار و جریان های عیب، کمتر از سطح ولتاژ تماس استاندارد می باشد. (شکل 7-9)

چنانکه دیده شده ولتاژ ظاهر شده در بدنه در قبال برقراری جریان های عیب، ناشی از عیب در محل تأسیسات و یا عیب در خارج تأسیسات (شکل 1-9) متفاوت خواهد بود. همچنین در هنگام بروز عیب در محل تأسیسات ولتاژ بدنه برحسب موقعیت عیب، در ابتدای تأسیسات، نزدیک به نقطه نول و یا در فاصله دور از آن انتهای تأسیسات، متفاوت خواهد بود. در این قسمت روش محاسبه ولتاژ محفظه در شرایط گوناگون بروز عیب و موقعیت آن شرح داده می شود.

الف- عیب در محل تأسیسات و یا در نزدیکترین نقطه به تأسیسات GIS : در این حالت شینه حامل جریان عیب و محفظه فلزی آن دو مدار بسته جدا از یکدیگر را تشکیل می دهند. دو مدار از طریق عیب در یک نقطه به یکدیگر متصل می باشند گذشته از برقراری بخشی از جریان عیب در محفظه فلزی، امپدانس متقابل شینه و محفظه، جریان برقرار شده را تحت تأثیر قرار می دهد. در صورتی که نقطه و محل عیب در خارج و مجاور تأسیسات و یا در محل تأسیسات واقع باشد، مدار بر طبق شکل 10-9 خواهد بود. جریان عیب I₁ در شینه برقرار بوده، جریان در مدار بسته محفظه با I₂ نشان داده می شود. جریان I₂ با توجه به امپدانس متقابل بین شینه و محفظه و جریان عیب زمین معادل I₁ ، برقرار شده در شینه، برقرار می شود. مدار معادل اشکال a-1 و a-2 ، طبق شکل b10-9 و با توجه به امپدانس متقابل Z_m و امپدانسهای Z_i و Z_e مربوط به مدار شینه و مدار شامل محفظه، طبق شکل c10-9 نشان داده می شود.

به منظور برآورد ولتاژ در مدار محفظه لازم است جریان I₂ تعیین شود. برای این منظور روابط زیر طبق مدار معادل شکل c10-9 نوشته می شوند.

7-9              

Z_m = امپدانس متقابل بدنه یا محفظه استوانه با هادی فاز

Z_i = امپدانس هادی فاز

Z_e = امپدانس بدنه استوانه

با حل روابط 7-9 جریان I₂ و امپدانس معادل مدار به شرح زیر حاصل می شود:

8-9              

9-9              

با توجه به امپدانس معادل نتیجه شده برای مدار شکل c10-9 مدار فوق با مدار معادل T ، مشابه مدار معادل ترانسفورماتور طبق شکل d10-9 نشان داده می شود.

در این صورت نتیجه زیر حاصل می شود.

-       در صورتی که مدار جریان عیب تنها شامل محفظه فلزی تأسیسات بوده، جریان عیب از طریق زمین برقرار شده باشد، امپدانس مدار Z خواهد بود که طبق رابطه 9-9 نوشته می شود.

-       در صورتی که عیب در خارج محفظه روی داده، بخشی از جریان عیب از طریق زمین برقرار شود، شاخه Z_m حذف شده، امپدانس معادل مدار جمع دو امپدانس Z_i – Z_m و Z_e – Z_m خواهد بود یا:

با تعیین کمیات مدار بسته حاصل از محفظه، در سه حالت: عیب در نزدیکترین نقطه به نول تغذیه، عیب در محفظه گاز ولی در دورترین نقطه از نول تغذیه و عیب در نقطه وسط محفظه GIS نسبت به نقطه نول تغذیه برآورد می شود. تأسیسات از نوع Phase-Isolated بوده، در فواصل چند متر توسط بسته مسی به یکدیگر متصل یا اصطلاحاً Bundle شده اند.

-       هنگامی که عیب در انتهای محفظه بسته، نقطه A شکل 11-9 روی داده، محفظه در فاصله دور در انتهای دیگر نظیر نقطه B زمین شده باشد، جهت جریان عیب در هادی در خلاف جهت جریان القاء شده در محفظه بوده، ولتاژ V_e به شکل زیر نوشته می شود:

10-9                 

ولتاژهای  و  محاسبه می شوند:

11-9                 

12-9                 

فاصله هندسی سه محفظه در مجاور هم، (فاصله محور – محور آنان) شعاع هندسی GMR را به شرح زیر، طبق شکل 11-9 می دهد.

                

D_e = قطر داخلی محفظه (شکل 11-9)

-       هنگامی که محفظه در نقطه A زمین شده، عیب در نقطه  B ابتدای محفظه روی داده باشد (شکل 12-9) ، در این حالت از مقاومت اهمی به علت مقدار قابل ملاحظه اندوکتانس محفظه صرفنظر می شود، افت ولتاژ خواهد بود:

13-9                 

-       عیب در نقطه وسط محفظه : در این حالت محفظه در هر دو انتها زمین شده، عیب در حدود ناحیه وسط دو نقطه زمین A و B ، طبق شکل 13-9 روی می دهد. در این صورت برای هر نوع عیب روی داده در فاصله دو نقطه A و B جریان عیب I برحسب امپدانس مسیر از محل عیب به سمت دو نقطه زمین، تقسیم و برقرار می شود. افت ولتاژ طولی هنگامی که شرایط زیر برای جریان های برقرار شده به سمت دو نقطه B , A ، جریان های I_b , I_a صدق نمایند، حداکثر خواهد بود.

14-9                 

با استفاده از روابط 14-9 امپدانس های Z_b , Z_a یافته می شوند. (Z_b , Z_a برای واحد طول محفظه) ابتدا مقادیر I_B , I_A به شرح روابط زیر محاسبه می شوند:

 

15-9                 

 

16-9                 

 

مقادیر Z_b , Z_a برحسب P.U برای واحد طول تعیین شده، با توجه به طول های I_B  , I_A و طول کل محفظه I_AB ، امپدانس های مسیر جریان به سمت نقاط نول B , A ، معادل Z_B , Z_A یافته می شوند:

Z_A = I_AZ_a

Z_B = I_B Z_b

I_AB = I_A + I_B

در حالت خاص هنگامی که Z_a = Z_b باشد،  بوده ، در قبال عیب در نقطه وسط محفظه، جریان به دو مقدار برابر در دو طرف تقسیم می شود.

مثال 1-9

در شکل 14-9 بخشی از ایستگاه GIS در ردیف ^KV245 شامل کلید تغذیه، کلید و ترمینال های اتصال به هادیهای سه فاز خط ^KV 230 نشان داده شده است. ابعاد و اندازه های مورد نیاز در شکل 14-9 نشان داده شده اند، سایر مشخصات به شرح زیر می باشند.

-       فاصله هندسی برای هادیهای سه فاز : GMR = 0.157^m

-       فاصله هندسی بدنه هادی سه فاز : GMR = 0.0227^m

-       قطر هادی داخلی: d = 0.89^m، شعاع هادی داخلی:  

-       مقاومت اهمی محفظه:

-       جریان عیب سه فاز قابل قبول هادی:  

-       فاصله بین محفظه سه فاز: S = 2.13 ^m ، 2h = 7.92^m

-       فرکانس: f = 60 HZ

امپدانسهای Z_a و Z_b برای واحد طول محفظه عبارتند از:

با فرض عیب در فاز وسط به عنوان دشوارترین حالت، طول معادل محفظه با توجه به طول محفظه معادل طول سیم یا تسمه مسی زمین خواهد بود:

افت ولتاژ حداکثر خواهد بود:

محاسبه ولتاژ بدنه در قبال عیوب Through Fault (عیب در خارج از محدوده تأسیسات GIS)

در قبال بروز عیب در خارج از محدوده تأسیسات GIS محاسبه ولتاژ تماس یا ولتاژ ظاهر شده در بدنه متفاوت از حالت قبل خواهد بود. منظور از عیب در خارج از محدوده تأسیسات، بروز عیب در هادیها واقع در فضای باز با ایزولاسیون هوا نظیر خطوط انتقال، شینه های فضای باز، تجهیزات واقع در فضای باز و یا عیب در ایزولاسیون داخلی تجهیزات نظیر ترانسفورماتورها CT ها و PT ها و غیره نصب شده در فضای باز می باشد. با بروز عیب در نقطه K در خارج از محدوده تأسیسات GIS نظیر شکل a15-9 جریان عیب در هادی ها واقع در محفظه GIS برقرار می شود. جریان برقرار شده به شرح فوق به عنوان جریان Through Fault نامیده می شود.

در شکل b15-9 بروز عیب در خارج تأسیسات از نوع فاز – فاز و جریان های برقرار شده در مدارهای بسته تشکیل شده از اتصال بدنه های سه فاز به یکدیگر نشان داده شده است.

برقراری جریان های عیب TF ناشی از عیب در خارج از محفظه عادی و قابل قبول بوده، بطور معمول مشاهده می شود. در حالیکه بروز عیب در محدوده تأسیسات GIS ، در هادی های واقع در داخل محفظه بسته با ایزولاسیون گاز، نادر بوده، ممکن است اصولاً روی ندهد. لذا محاسبه ولتاژ تماس در بدنه تأسیسات در قبال عیب TF از اهمیت بیشتر در مقایسه با حالت قبل برخوردار می باشد.

به منظور محاسبه ولتاژ تماس در قبال عیوب TF ، تأسیسات از نوع Phase Isolated ، طبق شکل 15-9 در نظر گرفته می شود. عیب از نوع تک فاز در نقطه K خارج از محفظه گاز روی می دهد. سه محفظه تک فاز تأسیسات در دو انتها به یکدیگر متصل شده، هر محفظه در نقاط متعدد زمین شده است. در شکل a 15-9 جریان عیب TF در فاز کناری، نظیر فاز A برقرار می شود. با توجه به اتصال سه محفظه تک فاز در ابتدا و انتهای طول خود، سه محفظه دو مدار بسته الکتریکی را برقرار می نمایند. با توجه به اتصال سه محفظه تک فاز در ابتدا و انتهای طول خود، سه محفظه دو مدار بسته الکتریکی را بوجود می آورند. هر محفظه به صورت یک هادی با مقاومت اهمی و خاصیت القایی خود، طبق شکل a16-9 نشان داده می شود. در این صورت مدار معادل دو حلقه بسته، طبق شکل b 16-9 رسم می شود. دو مدار بسته دارای ارتباط القایی با یکدیگر و با هادی حامل عیب  می باشند. امپدانس القایی متقابل آنان با Z_m2 , Z_m و Z_m3 طبق شکل b16-9 نشان داده می شود. در قبال برقرای جریان  ، جریان های برقرار شده در سه محفظه طبق شکل a15-9  مورد نظر می باشند. به منظور محاسبه ابتدا جریان های برقرار شده در دو مدار بسته طبق روابط زیر محاسبه می شوند.

17-9                 

18-9                 

شکل 15-9

جریان عیب  در دسترس بوده، نسبت جریان های برقرار شده در دو حلقه بسته تشکیل شده از سه محفظه I₁ و I₂ به جریان  به شرح روابط زیر می باشند:

19-9        

 

20-9        

 

جریان در محفظه اول مربوط به هادی حامل جریان یا I₁ به مراتب بیش از جریان در محفظه دوم و سوم یا I₂ می باشد. (در محفظه کناری در فاصله دورتر از محفظه با هادی حامل جریان واقع می باشند.)

در روابط 19-9 و 20-9 فاصله دو شینه مجاور هم S بوده، طول های  به شرح زیر می باشند.

21-9                 

22-9                 

23-9                 

چنانچه فاز وسط تحت جریان  واقع باشد، موقعیت دو فاز کناری مشابه بوده، جریان در هر دو نزدیک به یکدیگر بوده، مقدار تقریبی آن در هر یک از محفظه ها طبق رابطه 19-9 محاسبه می شود. در این حالت در رابطه 19-9 به عوض طول  ، طول  قرار داده می شود. در حالت معمول جریان در محفظه اول در حدود 15-10% بیش از جریان در دو محفظه کناری در نظر گرفته می شود. درصد ناچیز از جریان برقرار شده در دو حلقه بسته شامل محفظه ها از طریق زمین برقرار خواهد شد. به عبارت دیگر مسیر زمین نیز حلقه دیگر مدار را تشکیل می دهد. با توجه به مقاومت بالای مسیر زمین در مقایسه با مقاومت اهمی محفظه ها در حدود چند میکرواهم، برقراری جریان در مسیر زمین در نظر گرفته نشده، وجود زمین و ارتباط با آن در محاسبات فوق نقشی نخواهد داشت.

در قبال عیوب دو فاز و سه فاز، (شکل b15-9) جریان برقرار شده در بدنه به روش جایگزینی محاسبه می شود. به عنوان مثال در قبال عیب دو فاز و برقراری جریان های TF در دو فاز، جریان برقرار شده در محفظه ها، یک بار به ازاء برقراری جریان عیب در یک فاز معیوب و بار دیگر به ازاء برقراری جریان عیب در فاز معیوب دوم محاسبه شده، سپس جریان در محفظه ها با توجه به جریان محاسبه شده در دو حالت برآورد می شود. (به یکدیگر اضافه و یا از یکدیگر کم می شوند)

لازم است توجه داشت در هنگام عیب دو فاز جریان های عیب یا اختلاف فاز 180⁰ و در هنگام عیب سه فاز جریان های عیب با اختلاف فاز 120⁰ در نظر گرفته می شود.

مثال 2-9 : محاسبه جریان و ولتاژ در بدنه ها در قبال عیب تک فاز در خارج محدوده تأسیسات GIS

تأسیسات طبق مشخصات ارائه شده در مثال 2-9 در نظر گرفته شده، جریان عیب TF در فاز کناری ^KA50 فرض می شود. (اتصالی یک فاز به زمین). طول محفظه ها به شرح زیر در نظر گرفته می شوند: (طبق شکل 14-9)

I_bus = 9.75^m

I_tie = 3.96^m

در این صورت:

امپدانس خود القاء برای دو مدار حاصل از بدنه محفظه های مجاور هم عبارتست از:

با استفاده از روابط 17-9 و 18-9 منبع ولتاژ معادل در دو مدار بسته عبارتست از:

 

با استفاده از روابط 19-9 و 20-9 جریان در دو مدار عبارتست از:

جریان در محفظه فاز وسط عبارتست از:

 

بدین ترتیب جریان در بدنه مربوط به فاز معیوب معادل I₁ = 24.9^KA ، جریان در بدنه فاز وسط عبارتست از: 18.9^KA ، جریان در بدنه فاز کناری عبارتست از 5.9^KA ، ولتاژ ظاهر شده در طول محفظه عبارتست از:

 

ولتاژهای موجی در بدنه تأسیسات در ایستگاههای GIS یا TGPR

ولتاژهای ظاهر شده در بدنه تأسیسات GIS در شرایط گوناگون بروز عیب دیده شد، ولتاژ تماس ظاهر شده در قبال برقراری جریان های بار نیز در تأسیسات GIS لازم است مقدار حداقل کمتر از سطح تعیین شده را دارا باشد. هنگامی که ولتاژ تماس در قبال جریان های عیب مقدار کافی را دارا باشد، در قبال جریان های بار نیز قابل قبول خواهد بود. با این همه بروز تغییرات لحظه ای در مقدار جریان بار و یا برقراری جریان های قابل ملاحظه کوتاه مدت در حدود جریان های عیب نظیر جریان های هجومی ترانسفورماتورها، جریان های هجومی بانگهای خازنی، جریان راه اندازی موتورها، همچنین قطع و وصل سکسیونرها با ظهور ولتاژهای گذرا با دامنه بالا به صورت ولتاژ موجی در بدنه تأسیسات همراه خواهد بود. ولتاژ فوق علیرغم اتصال زمین کامل محفظه به زمین ظاهر شده، افزایش ولتاژ زمین تجهیزات را به صورت گذرا موجب می شود، لذا به عنوان (TGPR) Transient Ground Potential Rise موسوم می باشد. در تعریف جدید استاندارد IEC برای تأسیسات GIS، با عنوان ولتاژ گذرای محفظه یا Transient Enclosure Voltage (TEV) از آن نام برده شده است.

ولتاژ فوق گذشته از نظر ایمنی، ولتاژهای موجی با مقدار بالا را در مدار کنترل تجهیزات جنبی نظیر موتور سکسیونرها و کلیدها، بویین قطع و وصل کلیدها، مدار فرمان تجهیزات قطع و وصل القا نموده، صدمه به تجهیزات فوق را موجب می شود.

 

در طول بهره برداری، ولتاژ موجی با شیب قابل ملاحظه، در هنگام باز و بسته نمودن سکسیونرها ظاهر می شود، (فصل ششم) اضافه ولتاژها با توجه به مدت کوتاه برقراری قوس و بروز قوس های متوالی و مکرر (Restrik) به صورت ضربه های متوالی ظاهر می شوند. ولتاژهای موجی و پیک ضربه ها به حدود چند صد کیلومتر ولت و زمان پیشانی کمتر از  در شینه ها ظاهر می شوند. ولتاژهای موجی مشابه تحت تأثیر این اضافه ولتاژها در بدنه محفظه ظاهر شده در انتهای ایزوله محفظه نظیر محل مقره های عبوری و یا محل نصب تراسنفورماتورهای جریان (شکل 17-9) افزایش می یابند. تماس افراد با بدنه همزمان با ظهور اضافه ولتاژهای ضربه، به صورت شوک و لرزش بدن و پرتاب همراه می باشد، بنابراین توجه به این نوع اضافه ولتاژها همزمان با باز و بسته نمودن مداوم سکسیونرها و انجام مانورهای مداوم در طی بهره برداری حائز اهمیت فراوان می باشد، این پدیده مختص ایستگاههای GIS بوده، لازم است در هنگام تهیه طرح شبکه زمین و رعایت نکات ایمنی مورد توجه قرار گیرد.

ظهور ولتاژهای موجی ناشی از قطع و وصل سکسیونرها و کلیدها در محفظه بسته GIS : باز و بسته نمودن سکسیونرها و کلیدها در محفظه بسته تأسیسات GIS ، ولتاژهای موجی با دامنه بالا را در بدنه ظاهر می نمایند. ولتاژ ظاهر شده در محل مقره عبور تأسیسات مقدار قابل ملاحظه را دارا می شود. دامنه ولتاژ موجی در محل بوشینگها با توجه به پدیده انتشار و انعکاس موج محاسبه می شود. در شکل 17-9 مقره عبوری و بدنه محفظه و شرایط ظهور اضافه ولتاژهای موجی قطع و وصل نشان داده شده اند.

در شکل b ، طول هادی تحت ولتاژ تا خارج محفظه به میزان 2^m اضافه در نظر گرفته شده است. بدین ترتیب خاصیت خازنی بوشینگ و خط هوایی منظور شده است. ولتاژ خروجی در طی انتشار در محفظه در محل مقره عبوری در سه مسیر با توجه به امپدانسهای موجی آنان منتشر و منعکس می شود.

1-  مسیر هادی اصلی با امپدانس Z₁ و انتشار موج منعکس شده در آن (شکل 17-9)

2-  مسیر محفظه هادیهای فاز خطوط انتقال با امپدانس Z₂ و انتشار موج در آن (شکل 17-9)

3-  مسیر محفظه هادیهای شینه با امپدانس Z₃ و انتشار موج در آن (شکل 17-9)

ضریب انتشار موج در محفظه خواهد بود:

24-9                 

علامت منفی ضریب S₃₁ ، مخالف بودن علامت موج را با علامت ولتاژ در هادی تحت ولتاژ مشخص می نماید. اندیس 31 ، انتشار ولتاژ موجی را از مسیر 1 به مسیر 3 (شکل c18-9) نشان می دهد.

ضرایب S₁₁ و S₂₁ ، انعکاس موج را در محفظه اصلی و انتشار موج را در هادیهای فاز خط به شرح زیر مشخص می نمایند.

S₃₁ = 0.58          S₂₁ = 1.02                       S₁₁ = 0.6

در شکل 19-9 منحنی ولتاژ موجی ظاهر شده در بدنه محفظه در محل مقره عبوری، در پی باز و بسته نمودن سکسیونر در داخل محفظه GIS نشان داده شده است. شیب و فرکانس ولتاژ فوق بستگی کامل به موقعیت شینه ها نسبت به زمین و نسبت به هادیهای فاز داشته به حدود 5-50^MHZ بالغ می شود.

ولتاژ موجی ظاهر شده در بدنه محفظه V₃ ، در محل مقره عبوری در طول بدنه منتشر می شود. در شکل 19-9 بدنه محفظه فاقد اتصال زمین مستقیم و در شکل 20-9 با اتصال زمین مستقیم در مجاور مقره عبوری بوده است. در صورت وجود اتصال زمین موج در سیم رابط وارد شده، استهلاک دامنه موج را طبق شکل 20-9 موجب می شود. به همین علت شکل ولتاژ موجی ظاهر شده در بدنه، در مجاور مقره عبوری در صورت وجود اتصال زمین به طور کامل متفاوت از شکل ولتاژ موجی بدون اتصال زمین مستقیم، طبق شکل 19-9 می باشد. در شکل 20-9 منحنی ولتاژهای موجی ظاهر شده در صورت وجود اتصال زمین مستقیم در نقطه A شکل a18-9 نشان داده شده است.

ولتاژهای موجی ظاهر شده در بدنه محفظه در طول آن منتشر شده، در محل اتصال زمین، نقطه T ، بخشی از آن به انتشار در طول محفظه ادامه داده (شکل c18-9) ، بخش دیگر در سیم زمین، به سمت زمین منتشر می شود. دامنه ولتاژ موجی ظاهر شده در سیم زمین با توجه به امپدانس موجی سیم فوق Z_g و امپدانس موجی بدنه، عبارتست از:

25-9                 

چون Z_g > Z₃ می باشد، لذا  بوده، استهلاک موج در آن ناچیز می باشد، علاوه بر امپدانس موجی Z_g ، انتشار و انعکاس متوالی موج در طول سیم، بین نقاط T و G امکان استهلاک موج را فراهم می نماید. در نقطه G امپدانس موجی شبکه زمین ایستگاه در مقایسه با امپدانس موجی Z_g ناچیز بوده، ولتاژ موجی با دامنه محدود در طول هادی GT منعکس شده، ولتاژ موجی در نقطه T یا A را تحت تأثیر قرار می دهد، تأثیر این ولتاژ در شکل ولتاژ موجی در نقطه A ، در فاصله زمانی دو برابر به منظور رفت و برگشت موج در سیم GT آشکار می شود. چنانچه هادی فوق طول بالا را دارا بوده، فاصله زمانی رفت و برگشت موج بیش از فاصله زمانی پیشانی موج در نقطه A باشد، ولتاژ موجی در نقطه A تا مقدار حداکثر افزایش خواهد یافت. در عوض در صورت کوتاه بودن طول هادی GT ، ولتاژ موجی ظاهر شده در نقطه A در فاصله زمانی پیشانی، تحت تأثیر ولتاژ موجی منعکس شده از نقطه G واقع شده، در فاصله زمانی پیشانی، کاهش یافته، بریده یا قطع خواهد شد. پدیده فوق به Chopping Effect در ولتاژ موجی ظاهر شده در بدنه موسوم می باشد. در شکل 21-9 تأثیر طول هادی GT به ترتیب معادل 1 ، 4/2 و 7 متر در دامنه ولتاژ موجی ظاهر شده در نقطه A نشان داده شده است.

کاهش دامنه ولتاژ موجی تحت تأثیر سیم زمین GT ، با ضریب Ag در ولتاژ موجی نقطه A ، نشان داده می شود. بدین ترتیب ولتاژ موجی ظاهر شده در نقطه A نسبت به ولتاژ موجی ظاهر شده در شینه داخل محفظه GIS بستگی زیر را دارا می باشد.

26-9                 

A_T – به عنوان ضریب کلی کاهش دامنه ولتاژ موجی در نظر گرفته می شود.

بر طبق مطالعات انجام شده با توجه به موجی بودن ولتاژ و سرعت تغییرات قابل ملاحظه آن، ولتاژ موجی سیم زمین Z_g و بدنه محفظه Z₃ ، همچنین شرایط انتشار موج در بدنه محفظه در هر سه فاز، تابع تغییرات فرکانس Freqenucy Depend می باشد.

مثال 3-9

برآورد دامنه ولتاژ موجی بدنه و سیم زمین ناشی از باز و بسته نمودن سکسیونر در محفظه GIS

تأسیسات GIS تحت ولتاژ 500^KV و  موجود بوده، برآورد افزایش ولتاژ در بدنه مورد نظر می باشد. امپدانس موجی سیستم زمین شینه ها Z₁ عبارتست از:

27-9                 

هادی متصل به مقره عبوری در ارتفاع 7.5^m با شعاع r = 2^cm می باشد، در این صورت:

28-9                 

برای محفظه بسته با توجه به ارتباط محفظه های سه فاز با یکدیگر، امپدانس محفظه Z₃ خواهد بود:

GMR = [(0.25)³ (1.04)⁴ (2)²]^1.9 = 0.73                 

                                                                                                h = 1^m

     

شعاع سیم زمین محفظه بسته با مقطع S = 500^mm2 معادل r = 13 خواهد بود، در این صورت

موج با انتشار در طول بدنه، مستهلک می شود، به منظور استهلاک دامنه موج به میزان یک پِنر، با توجه به مقاومت مخصوص  زمین طول مربوطه از رابطه زیر محاسبه می شود:

29-9                 

به ازاء  و h = 1^m و  خواهد بود:

بدین ترتیب موج در پی انتشار در بدنه محفظه به طول 29^m با مقاومت زمین  تا میزان یک پِنر کاهش می یابد.

تقویت ولتاژهای موجی بدنه با توجه به خا زن معادل شبکه

همزمان با بروز عیب در محل تأسیسات GIS ، ولتاژ خازنی حاصل از خاصیت خازنی معادل شبکه تغذیه افزایش بیشتر ولتاژ موجی را در بدنه تأسیسات موجب می شود.

بطور معمول هادیهای فضای باز در محل اتصال به بوشینگها در ایستگاههای GIS ، تحت ولتاژ خازنی طبق شکل 22-9 واقع می شوند. در این نوع مدارها، همچنین در ایستگاههای نوع فضای باز، خاصیت خازنی طبق شکل 22-9 شامل خاصیت خازنی ترانس ولتاژ خازنی، خاصیت خازنی هادیها، اتصالات، شینه ها و هادیهای فاز خطوط انتقال، بطور موازی با خاصیت خازنی هادیها در ایستگاههای GIS می باشد. خاصیت خازنی مورد اشاره تحت ولتاژ اسمی خط شارژ بوده، همزمان با قطع کلید و یا نصب اتصال زمین یا وصل سکسیونر زمین، انرژی ذخیره شده در خازن، جریان تخلیه خازنی را در مدار بسته برقرار می نماید. در مدار نشان داده شده در شکل 22-9 خاصیت خازنی c موازی با خاصیت خازنی تأسیسات GIS نشان داده شده است. با بروز عیب در نقطه F در تأسیسات GIS ، علاوه بر جریان عیب، جریان خازنی حاصل از خازن c در مدار C-B-F-A-T بر طبق فلش برقرار شده، ولتاژ موجی قابل ملاحظه را در فاصله زمانی چند میکروثانیه در نقطه A ظاهر می نماید. در شکل 23-9 منحنی ولتاژ موجی فوق نشان داده شده است. نوسانات بالا از برقراری رزنانس بین خازن c و خاصیت القایی هادی زمین AT یا L نتیجه شده اند.

جریان موجی ظاهر شده شیب قابل ملاحظه ناشی از بروز قوس در گاز SE₆ را دارا بوده، ولتاژ موجی با دامنه بالا را در نقطه A پدید می آورد. جریان موجی با دامنه بالا حاصل از تخلیه ترانسفورماتور ولتاژ خازنی و خازن معادل c در مدار CBFAT شکل 22-9 ، در مدارهای فشار ضعیف کنترل تجهیزات نظیر مدار کابلهای ثانویه ترانسفورماتورهای ولتاژ و جریان، همچنین مدار تغذیه موتورها در مکانیزم سکسیونرها، ولتاژهای قابل ملاحظه TGPR را ظاهر نموده سوختن کابلها و از کار افتادن موتورها را موجب می شود. شیب بالای این ولتاژها با بروز قوس در فاصله محفظه و زمین یا محفظه و پایه های فلزی محفظه همراه می شود.

به همین علت بروز قوس در سطح خارجی ایستگاههای GIS و زمین در مجاور ترانسفورماتورهای ولتاژ در پی عیب داخلی در محفظه مشاهده شده، لازم است از بروز آن جلوگیری شود.

دامنه ولتاژ در نقطه A در شکل 22-9 ، از رابطه زیر محاسبه می شود:

30-9                 

V_FO = ولتاژ فاز – زمین بروز قوس محفظه

L_g = راکتانس در فاصله A-T

L_Total = راکتانس در مدار بسته CBFAT

بطور معمول نسبت:  حدود  را دارا می باشد، در این صورت:   در شکل 24-9 ولتاژ V_A و مؤلفه فرکانس بالا ناشی از بروز رزنانس نشان داده شده است. ولتاژ فوق در فاصله زمانی 1 تا 10 میکروثانیه مستهلک شده است. (ثابت زمانی مدار  بوده است.)

 

پیش بینی های لازم به منظور کاهش دامنه ولتاژهای موجی در بدنه تأسیسات GIS

به منظور تعیین کمیات مؤثر در دامنه ولتاژهای موجی ظاهر شده در بدنه و روش های مناسب کاهش آن، آزمایشات و مطالعات گسترده صورت گرفته اند. در یک نمونه آزمایشات انجام شده در مرکز تحقیقات برق کشور کانادا، Ontario Hydro ، تأثیر ارتفاع نصب ایستگاه از زمین، نحوه نصب اتصالات زمین و مشخصات آنان، مقاومت مخصوص زمین مورد مطالعه قرار گرفتند. آزمایشات طبق شکل 25-9 در تأسیسات با سه محفظه جدا در سه فاز، در ارتفاع 1 متر از زمین و فواصل بین فاز 1 متر، اتصالات زمین به طول 1 متر با هادی با مقطع 500^mm2 به طول 18^m صورت گرفته اند. ولتاژهای موجی ظاهر شده در شرایط فوق در فاز B در نقاط B₁ ، B₃ , B₂ و B₄ اندازه گیری شده اند. در نقطه B₄ ارتباط الکتریکی بین بدنه ها نیز موجود بوده است.

1-  با افزایش ارتفاع نصب تأسیسات GIS از 1 متر به 7 متر، منحنی ولتاژهای موجی در نقاط فوق بر طبق شکل 26-9 ظاهر شده، برای نقطه B₃ ، به فاصله 18^m از انتهای تأسیسات GIS ، ولتاژ از 12% به 46% افزایش یافته است. افزایش ارتفاع نصب طول هادیهای اتصال زمین و فاصله زمانی انتشار موج را فزونی بخشیده، بدین ترتیب دامنه ولتاژ موجی تحت تأثیر قرار گرفته است.

2-  افزایش تعداد اتصالات زمین بدنه و کاهش فاصله آنان از 18 متر به شش متر، ولتاژ ظاهر شده در نقطه B₄ را طبق شکل 25-9 بیش از پیش کاهش داده، استهلاک دامنه ولتاژ موجی را در فاصله ناچیز از انتها امکان پذیر نموده است. میزان کاهش به حدود 75% بالغ می شود. ولتاژهای موجی حاصل در این حالت در شکل 27-9 نشان داده شده اند.

 

3-  کاهش امپدانس موجی سیم زمین از طریق افزایش شعاع هندسی آن (GMR) ، کاهش دامنه ولتاژ موجی را سبب شده است. با این همه میزان تأثیر آن محدود بوده است. در شکل   b26-9 تأثیر کاهش اندوکتانس تسمه زمین نشان داده شده است.

4-  تغییر نوع خاک در محل احداث ایستگاه و استفاده از خاک با مقاومت مناسب و ایده آل، فاصله استهلاک موج را تا میزان 37% کاهش می دهد. این فاصله به ازاء کاهش معادل یک nipper ، طبق شکل 25-9 معادل 19 متر بوده است. برای هر nipper کاهش، با مقاومت مخصوص  ، فاصله فوق معادل 29^m بوده، با افزایش مقاومت مخصوص خاک به مقدار ایده آل  ، فاصله فوق تا 19^m کاهش می یابد. باید توجه داشت فاصله زمانی استهلاک موج با مقاومت مخصوص خاک نسبت عکس داشته، افزایش مقاومت مخصوص، فاصله زمانی استهلاک موج را در طی انتشار آن کاهش می دهد. کاهش مقاومت مخصوص دامنه ولتاژ موجی را در محل اتصال زمین تقلیل می دهد. در عوض فاصله زمانی استهلاک موج در طی انتشار آن در طول محفظه بسته فزونی می یابد. در این نوع ایستگاهها استهلاک موج در حداقل فاصله از انتهای محفظه و محل نصب مقره عبوری مورد نظر می باشد. در شکل 28-9 منحنی ولتاژهای موجی در قبال افزایش مقاومت مخصوص خاک از  به  متر ارائه شده اند. چنانکه دیده می شود کاهش مقاومت مخصوص از حدود کمتر از  در کاهش دامنه ولتاژ موجی مؤثر نبوده، در عوض فاصله زمانی استهلاک موج را افزایش می دهد.

5-  روش اتصال سه بدنه به یکدیگر در انتشار ولتاژ موجی و دامنه آن مؤثر نمی باشد. در شکل 29-9 افزایش فاصله بین فازها از 1 متر به 2 متر، در شکل 30-9 کاهش فاصله نقاط اتصال آنان به یکدیگر یا bundling از 18^m به 6^m نشان داده شده است.

 

 

روش زمین نمودن بدنه تأسیسات با توجه به کاهش ولتاژ TGPR

چنانکه در فصول مختلف دیده شد تأسیسات GIS به صورت محفظه های متعدد جدا و آب بندی شده از یکدیگر پیش بینی شده در هنگام نصب محفظه ها مربوط به تجهیزات مختلف در هر Bay به یکدیگر متصل می شوند، برای این منظور شینه ها و بدنه محفظه ها با استفاده از فلانژوپیچ و مهره به یکدیگر متصل می شوند بدون اینکه از نظر فضای داخلی به یکدیگر ارتباط یابند. به منظور جلوگیری از نشتی گاز، در محل اتصال فلانژها، از واشر آب بندی طبق شکل 31-9 استفاده می شود. پیش بینی واشر آب بندی به منظور جلوگیری از نشتی گاز ضروری می باشد، با قرار دادن واشر آب بندی، محفظه ها از نظر الکتریکی از یکدیگر ایزوله می شوند. بدین ترتیب محفظه ها مربوط به Compartement های مختلف فاقد ارتباط الکتریکی با یکدیگر بوده، ولی در نقاط متعدد به شبکه زمین متصل می شوند، بطور معمول در هر Bay بالغ بر 4 تا 5 محفظه جدا و آب بندی شده از یکدیگر یا Compartement موجود می باشند. در صورت نیاز به ارتباط الکتریکی محفظه ها از هادی ارتباط طبق شکل b31-9 استفاده می شود. محفظه ها ممکن است با ارتباط الکتریکی با یکدیگر و یا فاقد ارتباط الکتریکی پیش بینی شوند. ایجاد ارتباط الکتریکی و یا عدم آن، ولتاژ TGPR ظاهر شده در بدنه محفظه ها را تحت تأثیر قرار می دهد.

1-  روش عدم ارتباط الکتریکی محفظه ها: در صورتی که محفظه ها فاقد ارتباط الکتریکی با یکدیگر پیش بینی شوند، ولتاژهای ظاهر شده در دو بدنه ایزوله از یکدیگر متفاوت خواهند بود، چنانکه در فصل دهم دیده خواهد شد، عایق بودن دو محفظه، امکان تشخیص تخلیه جزئی را از طریق مقایسه ولتاژها در دو بدنه مسیر می نماید. در این حالت با زمین نمودن محفظه در دو یا سه نقطه، تحت تأثیر ولتاژ القاء شده در بدنه، مدار بسته شامل بدنه، دو نقطه زمین شده طبق شکل 32-9 تشکیل شده جریان فرکانس 50 ناچیز به عنوان جریان گردشی برقرار می شود. اشکال عمده ظاهر شده در این حالت ظهور اضافه ولتاژهای گذرای TCPR متفاوت در محفظه های مجاور هم و احتمال بروز جرقه بین دو فلانژ تحت تأثیر ولتاژ فوق می باشد.

 

2-  روش ارتباط الکتریکی محفظه ها: به منظور جلوگیری از ایجاد اختلاف ولتاژ بین محفظه ها در شرایط عادی و یا در شرایط گذرا و ظهور ولتاژهای TGPR ، محفظه ها از طریق هادی، ارتباط به یکدیگر متصل می شوند. در این حالت با توجه به اتصال الکتریکی کلیه محفظه ها به یکدیگر ولتاژ TGPR در سرتاسر محفظه منتشر و مستهلک شده، دامنه ولتاژ گذرا کاهش می یابد.

با توجه به دو بند فوق، بطور معمول اتصال الکتریکی محفظه ها در طول یک Bay طبق شکل 33-9 صورت گرفته، در محل اتصال به تجهیزات با بدنه Metal-clad نظیر ترانسفورماتورها، یا بوشینگ ها و سر کابلها، به صورت ایزوله انجام می شود. بطور کلی در نقاط زیر اتصال الکتریکی بدنه ها صورت نگرفته، بدنه ها به طور مستقل و جدا به زمین متصل می شوند.

1-  در محل اتصال بوشینگ به تأسیسات GIS (نقطه 1 در شکل 33-9) : بطور معمول در نقطه فوق، محفظه GIS با حداقل اندوکتانس زمین شده، در انتهای دیگر محفظه، در فاصله دور از نقطه فوق، ولتاژ TGPR با توجه به اندوکتانس بالای مسیر، بالاترین مقدار را دارا می شود. تحت تأثیر ولتاژ فوق، ولتاژ قابل ملاحظه در سیم پیچی فشار ضعیف و مدارات کنترل مجاور دو انتهای تأسیسات القاء و ظاهر می شود.

2-  در محل اتصال کابل و سر کابلهای مربوطه آنان به محفظه GIS : (نقطه 2 در شکل 33-9). در این نقطه، محفظه GIS فاقد ارتباط الکتریکی با پوشش زمین شده کابل بوده، به علت امپدانس موجی ناچیز کابل و پوشش آن ولتاژ TGPR ظاهر شده در این نقطه، دامنه قابل ملاحظه را در مقایسه با ولتاژ در محل بوشینگ دارا نمی باشد. با این همه چنانچه ولتاژ TGPR بروز تخلیه جزئی و شکست الکتریکی را در محل سر کابل موجب شود، فلانژ متصل به سر کابل با استفاده از المان وارسیتور در قبال ولتاژ TGPR محافظت می شود. المان وارسیتور بین نقطه GIS و پوشش کابل و فلانژ سر کابل قرار داده می شود. در شکل 33-9 و 34-9 محل وارسیتورها نشان داده شده است.

3-  در محل اتصال محفظه GIS به تجهیزات فشار قوی با بدنه Metal-Clad یا تجهیزات با بدنه، Dead Tank (DT) ، نظیر ترانسفورماتورها: (نقطه 3 شکل 33-9) در این حالت ولتاژهای مشابه TGPR در بدنه دستگاه و محفظه GIS ظاهر شده یا اختلاف ولتاژ بین آنان قابل ملاحظه نمی باشد.

4-  در محل اتصال تجهیزات نصب خارجی (نقطه 4 در شکل 33-9) : در برخی تأسیسات GIS، برق گیر یا CT یا PT نوع خارجی (نوع نصب خارجی با ایزولاسیون هوا و بدنه چینی) به شینه در محفظه GIS متصل می شود. در محل اتصال از فلانژ ایزوله استفاده می شود. در این حالت نیز ولتاژ TGPR ظاهر شده در محفظه GIS متفاوت از ولتاژ در بدنه دستگاه (CT یا PT یا برق گیر) بوده، ولتاژ TGPR در فاصله فلانژ و محفظه GIS ظاهر می شود. در این حالت نیز نصب المانهای متعدد وارسیتور یا شاخکهای برق گیر موجب کاهش ولتاژ TGPR می شود.

بطور کلی ولتاژهای موجی TGPR شیب فوق العاده و زمان پیشانی در حدود چند نینو ثانیه را دارا می باشند. به همین علت ظهور ولتاژها با ایجاد شوک و لرزش در بدن همراه می باشند.

محسوس بودن ولتاژها در بدن به دامنه و شیب ولتاژ بستگی دارد. در شکل 35-9 مشخصات ولتاژهای موجی محسوس در بدن با توجه به دامنه ولتاژ و زمان پیشانی آنان نشان داده شده است. ناحیه هاشور خورده قابل قبول از نظر بدن (ناحیه نامحسوس بودن ولتاژها از نظر بدن) به عنوان ناحیه insensible و ناحیه ولتاژهای محسوس با Sensible مشخص شده اند.

به منظور جلوگیری از تأثیر ولتاژهای موجی TGPR در تأمین ایمنی کارکنان، لازم است آگاهی های مربوطه به کارکنان ایستگاه و کارکنان تجهیزات داده شود. در پاره ای تأسیسات و با توجه به نوع محفظه ها و روش زمین نمودن آنان، همزمان با قطع و وصل کلیدها و سکسیونرها. آلارم لازم به طور اتوماتیک در محوطه ایستگاه ارسال شده تا تماس کارکنان با محفظه به صورت موقت قطع شود. بطور همزمان امکان استهلاک سریع موج در حداقل فاصله زمانی در انتهای محفظه و محل مقره های عبوری (بوشینگ ها) فراهم شود.

یک راه حل توصیه شده نصب شبکه توری در انتهای محفظه های گاز به منظور جلوگیری از انتشار موج، در طول محفظه ها طبق شکل 36-9 می باشد. این راه حل در محفظه ها با طول بالا، هنگامی که کلیه محفظه های Compartement ها دارای اتصال الکتریکی با یکدیگر می باشند مفید می باشد، اگرچه چندان مؤثر نمی باشد.

راه حل مناسب تر اتصال نقاط متعدد محفظه به سیم زمین و نصب هادیهای متعدد افقی در سطح ایستگاه و اتصال آنان به سیستم زمین طبق شکل 37-9 می باشد. به عنوان مثال در زیر هر محفظه، هادی جداگانه نصب شود، برای این منظور آرماتورهای موجود در فونداسیون و کف ساختمان می توانند به عنوان شبکه زمین بکار برده شوند.

علیرغم کلیه پیش بینی های لازم ظهور ولتاژهای موجی در انتهای محفظه بسته تأسیسات GIS اجتناب ناپذیر می باشد لذا علاوه بر پیش بینی های مورد اشاره، رعایت موارد ایمنی به منظور آگاهی پرسنل و نصب سیستم های هشدار دهنده در هنگام قطع و وصل سکسیونرها به شرح زیر ضروری می باشند.

1-  ظهور ولتاژهای موجی به صورت شوک و ضربه در انتهای تأسیسات، در فاصله چند متر از محل مقره های عبوری، در هنگام باز و بسته نمودن سکسیونرها و عوارض ناشی از آنان برای پرسنل بهره برداری و نگاهداری ایستگاهها بطور کامل توضیح داده شود.

2-  از تماس غیر ضروری بدنه محفظه بسته، از تکیه دادن به بدنه و یا لمس محفظه حتی الامکان اجتناب شود. رعایت نکات فوق به خصوص در هنگام انجام مانور از هر حیث ضروری می باشد.

3-  در صورت امکان، در هنگام قطع و وصل سکسیونر، از طریق آلارم اتوماتیک و یا آلارم دستی، نظیر بوق یا زنگ، پرسنل از انجام مانور و باز و بسته نمودن سکسیونرها آگاهی یافته از بدنه تجهیزات فاصله بگیرند.

4-  با انجام محاسبات لازم محدوده استهلاک موج در دو انتهای محفظه تعیین شده، از رفت و آمد غیر ضروری در این فاصله به جزء در موارد ضروری ممانعت به عمل آید.

هدف از ایجاد یک سیستم زمین تأمین مقاصد ذیل است.

1- در حالت نرمال ما تمام قسمت های هادی غیر باردار دستگاه ها از طریق هادی های متصل به سیستم زمین، در ولتاژ مطلق زمین که صفر یا نزدیک صفر می باشد، قرار گیرند.

2- اپراتورها و مراقبین و تعمیرکاران در تمام مواقع چه حالت نرمال و چه حالت بروز خطا در شرایط پتانسیل مطلق زمین قرار گیرند.

برای حصول شرایط فوق میبایستی سطح پتانسیل الکتریکی در سطح زیر و اطراف یک پست حتی المقدور یکنواخت و نزدیک به پتانسیل صفر و یا ولتاژ مطلق زمین باشد.

عمل زمین کردن دستگاه ها به دو صورت زیر انجام می گیرد.

1- زمین کردن نوترال دستگاه ها

2- زمین کردن بدنه اجزاء هادی غیر باردار دیگر و ... به طور کلی منظور از زمین کردن نوترال رسیدن به اهداف زیر است.

الف: کاهش فشار الکتریکی ضربه ای ناشی از اثرات سوئیچینگ (قطع و وصل) و تخلیه الکتریکی بخش های فشار قوی

ب: تأمین و کنترل جریان خطا (اتصالی) در حد قابل قبول (مجاز) روش های مختلف زمین کردن نول عبارتند از:

1- زمین کردن مستقیم                                                       solid earthing

2- زمین کردن از طریق مقاومت                                earthing  Resistance

3- زمین کردن از طریق راکتانس                               earthing  Reactance

4- زمین کردن از طریق کوپل قطع قوس  ARC Suppression Coil carthing

5- زمین کردن از طریق ترانسفورمر زمین               Earthing Transformer

برای بارهای متمرکز و در ولتاژهای بالا معمولاً از روش زمین کردن مستقیم استفاده می شود.

در رابطه با علائم به کار رفته در جزوه، ذکر چند نکته ضروری به نظر می رسد به علت نداشتن حرف یونانی P (رو) ناچار حرف لاتین P برای مقاومت مخصوص خاک به کار رفته است و به علاوه به دلی فوق علائمی مانند ، ، ~ ،  ، .... و حرف  و غیره با دست نوشته شده اند.

معایب و محاسن هر یک از روش های فوق در مآخذ مورد مراجعه این حوزه به تفصیل شرح داده شده است. ذکر نکته زیر در رابطه با طرح سیستم زمین ضروری به نظر می رسد.

در سیستم زمین کردن مستقیم به طور اخص (به دلیل جریان اتصال کوتاه بیشتر) و به طور کلی در مورد روش های دیگر این نکته باید دقیقاً رعایت شود که اتصال تمام نقاطی که بایستی زمین شوند در تمام شرایط به ویژه در حالت بروز خطا (اتصالی) به سیستم زمین باید به طور محکم و مؤثر متصل برقرار باشند.

(این مطلب تا حدی تابع نوع اتصال و کیفیت آن می باشد) در غیر این صورت به علت ذوب و قطع نقطعه اتصالی و ایزوله شدن دستگاه زمین شده باعث افزایش ولتاژ و بروز تخلیه الکتریکی و آسیب دیدگی دستگاه و افراد خواهد شد.

هدف از زمین کردن قسمت های فلزی غیر باردار در حالت کلی عبارت از حفاظت دستگاه ها و پرسنل در برابر خطرات ناشی از اتصال کوتاه، امواج سیار ناشی از رعد و برق و سوئیچینگ می باشد و قسمت هایی که معمولاً زمین می شوند عبارتند از: بدنه فلزی قابل دسترس دستگاه ها مانند پانل ها، اطاقک ها، پایه ها و ستون های نگهدارنده شین ، گیره، پست و قلدرهای ایذولدتور بوشینگ ها، سر کابل های سربی و پوشش های فلزی کابل ها لوله های آب و غیره.

با توجه به اینکه هدف از نگارش این جزوه صرفاً طراحی سیستم زمین نوترال و قسمت های فلزی غیر باردار خودداری نموده و به بررسی موضوع اصلی می پردازیم و در صورت لزوم اشاراتی مختصر در جای مناسب به آنها خواهد شد.

کلیات طرح سیستم زمین

ایجاد یک سیستم زمین مطلوب حتی تا همین سال های اخیر به مفهوم داشتن سیستم زمین با مقاومت هر چه کمتر بوده است اما با ایجاد شبکه های برق وسیع با ظرفیت بالا، طبعاً با جریان های اتصال کوتاه فوق العاده زیادی روبرو هستیم که با وجود مقاومت کم سیستم زمین، پتانسیل آن ممکن است از حد مجاز ایمنی تجاوز کند.

به همین جهت تحقیقات اخیر مفاهیم جدیدی از لحاظ ایمنی را تحت عنوان کلی کنترل گردایان پتانسیل، در شرایط بروز خطا معرفی کرده است.

این مفاهیم بیان کننده شرایط حد محاز ولتاژ قابل تحمل برای شخص در نقاط نزدیک به هم (حدود یک متر) در سطح و اطراف پست می باشد.

این شرایط تحت عناوین: ولتاژ گام (Step Voltage) ولتاژ تماس (touch Voltage) ولتاژ مش یا خانه (Mesh Voltage) ولتاژ انتقالی (Transfer Voltage) مورد بررسی قرار می گیرند که در این مبحث به طور مفصل مورد تجزیه و تحلیل قرار خواهند گرفت.

برای کنترل گرادیان پتانسیل در پست های فشار قوی، طرح شبکه ای سیستم زمین به صورت مجموعه ای از هادی های موازی افقی، به طور متقاطع و فرم شطرنجی در عمق 60-30 سانتیمتر به طور معمول رایج گشته است.

در صورت عدم کفایت این نوع شبکه در عمق مذکور (به دلیل مختلف از جمله در حد بالا و متغییر بودن مقاومت خاک و در نهایت مقاومت سیستم زمین) از ملیه های فلزی (الکترودها) به طول چند متر (متر 306) استفاده می شود. این الکترودها به طور عمودی در زمین پست در عمق پایین تر از شبکه هادی ها، کوبیده می شوند و انتهای بالائی این الکترودها به نقاط تقاطع هادی ها در اطراف شبکه در زیر دستگاه هایی با قدرت قطع زیاد و حساس (مانند ترانس قدرت، برق گیر، ترانس ولتاژ و غیره) به طور مستقیم وصل می گردند. همچنین در برخی موارد از یک هادی پیوسته سراسری که بدور شبکه زمین کشیده می شود استفاده می گردد و هادی های کناری و حاشیه ای شبکه را نزدیکتر به هم از هادی های میانی، انتخاب می کنند.

این عمل فزونی گرادیان پتانسیل زمین در اطراف شبکه را کنترل نموده و توزیع آن را یکنواخت می کند فرم شبکه با توجه به بهای هادی ها تا حدی متفاوت است بدین معنی که اگر هزینه واحد طول هادی قابل توجه باشد معمولاً سعی می شود فقط در زیر دستگاه های نصب شده در پست، شبکه زمین واقع شود البته در صورتی که شبکه جوابگوی تمام شرایط یک سیستم زمین مناسب نباشد و هزینه هادی های به کار رفته فوق العاده گران نگردد، سراسر محوطه پست را به طور نسبتاً یکنواخت با شبکه هادی ها در عمق مذکور می پوشانند در این حالت بنا به دلایلی که بعداً شرخ خواهیم داد مقاومت سیستم زمین کمتر شده و در مجموع محاسن زیادی خواهد داشت.

در محل اتصال هادی هایی که قسمت های فلزی تجهیزات و یا نوترال دستگاه ها را به شبکه زمین متصل می نمایند، محل تقاطع هادی های شبکه به هم، به صورت جوش و غیره متصل می گردد تا مسیرهای متعددی در مسیر جریان اتصالی ورودی به شبکه زمین ایجاد شود. در نقاط دیگر در صورتی که ضروی نباشد نباید عمل اتصال یا جوش انجام گیرد زیرا توزیع و نشت جریان دراین حالت به مطلوبیت یک هادی تنها نیست و محل اتصال از لحاظ حرارت نقطه ای در شبکه هادی ها نقطه ضعیفی می باشد. (زیرا در جاهایی که در مسیر جریان، جنس هادی تغییر کند احتمال افزایش حرارت در آن نقطه فزونی یافته و باعث تغییر جریان و بالطبع افزایش گرادیان پتانسیل در محل اتصال اجتناب ناپذیر می شود).منبع :http://m-bargh.blogfa.com/