موضوع : آشنایی با ایستگاه های فشار قوی با ایزولاسیون گاز GIS

توضیح: این فایل به صورت ورد و آماده ی پرینت می باشد
این فایل به همراه عکس می باشد

مقدمه:
    افزایش روزافزون مصرف انرژی الکتریکی و گسترش مداوم شبکه های تولیدوانتقال انرژی استفاده ازردیف های بالاتر ولتاژ را ضروری می نماید. استفاده از ردیف های بالای ولتاژهای انتقال باافزایش غیرقابل قبول ابعاد و اندازه های ایستگاههای فشار قوی همراه بوده،احداث ایستگاههااز نوع معمول با ایزولاسیون هوا را در مراکز شهری و صنعتی با دانسیته قابل ملاحظه مصرف غیر ممکن می نماید.
راه حل مناسب تغییر نوع ماده ایزوله و استفاده از ماده ایزوله با خاصیت دی الکتریک بالا تا چند برابر هوا مانند گاز 6SF می باشد.این تغییر کاهش ابعاد و اندازه های ایستگاهها با ایزولاسیون هوا، دگرگونی کامل ساختمان آنان را موجب می شود.این گونه ایستگاهها به عنوان Gas Insulated Substation موسوم بوده و به طور خلاصه با "GIS" نشان داده می شوند.در شکل زیر نمو نه ای از این پست ها آورده شده است. 
استفاده از گاز)6(SFکاهش ابعاد و اندازه فواصل هوایی ایزولاسیون را تا چند برابر موجب شده،ابعاد ایستگاهها تا حدود   تا  کاهش می یابند.طرح و احداث ایستگاهها با ایزولاسیون گاز در کلیه ردیف ولتاژهای اسمی از حدود سالهای 1980-1970 بطور گسترده معمول گردیده است.
ساختمان ایستگاههای GIS
هنگامی که از ماده ایزوله دیگری به عوض هوادر فواصل ایزولاسیون هادیهای تحت ولتاژ استفاده می شود،لازم است  کلیه هادیها و
تجهیزات در فضای بسته فلزی انباشته از ماده ایزوله،نصب شده،توسط ماده ایزوله موجود در فضای بسته از بدنه زمین شده محفظه فلزی، ایزوله و عایق شوند.با توجه به تحت فشار بودن گاز در داخل محفظه و حفظ فشار ثابت،محفظه استوانه به صورت بسته و آب بندی شده،طراحی شده، هادی تحت ولتاژ توسط بوشینگ یا مقره عبوری به هادیهای موجود در فضای باز با ایزولاسیون هوا،مشابه سایر تجهیزات فشار قوی با بدنه فلزی یا Metal-Cald نظیر ترانسفورماتورها متصل می شود.
      علاوه بر شینه ها،کلیه تجهیزات فشار قوی مورد نصب در شینه ها و خروجی ها،شامل تجهیزات قطع و وصل،ترانسفورماتورهای جریان ولتاژ،برقگیرهای فشار قوی،در داخل محفظه بسته گاز در امتداد شینه به آن متصل می باشند.لذا این محفظه بسته یکپارچه از یک انتها به بوشینگ های ورودی هادی وازانتهای دیگربه بوشینگ ترانسفورماتورها یا سرکابلها با بوشینگ متصل به هادیهای فاز خطوط ختم می شود.
هادیهای سه فاز شینه ممکن است در داخل یک محفظه،به عنوان محفظه مشترک برای سه فاز نصب شده(شکل 1)،یا در سه محفظه جداگانه،هر محفظه شامل یک فاز(شکل 2 ) نصب شوند.
          شکل 1     شکل 2
هادی های تحت ولتاژ یا شینه ایستگاه توسط ماده ایزوله سخت با تحمل مکانیکی کافی در امتداد محور مرکزی استوانه حفظ و ثابت نگاه داشته می شوند،برای این منظور مقره های نگاهدارنده هادی از جنس سخت در فواصل معین به بدنه محفظه محکم شده،هادی را در موقعیت های مرکزی خود در فاصله ثابت از بدنه حفظ می نمایند،به همین علت به عنوان جدا کننده از بدنه یا Spacer نامیده می شوند.با توجه به اینکه ایستگاه و کلیه تجهیزات مربوطه به صورت محفظه بسته فلزی انباشته از گاز 6SF تحث ولتاژ صفر می باشند به عنوان ایستگاه یا بدنه فلزی یا Metal-Clad محسوب می شود.ترانسفورماتور قدرت در انتهای محفظه بسته گاز شامل شینه -ها نصب شده،شینه فشار قوی با ایزولاسیون گاز به ترمینال فشار قوی ترانسفورماتور متصل می شود،برای این منظور از بوشینگ نوع گاز-روغن استفاده می شود.شینه با ایزولاسیون گاز تا خارج از ساختمان شامل تاسیسات GIS ادامه یافته به ترانسفورماتور در خارج ساختمان متصل می شود.محفظه بسته گاز به صورت سراسری و محفظه یکپارچه پیش بینی نشده،بلکه از محفظه های آب بندی شده از یکدیگر موسوم به Cempartement تشکیل شده اند.تجهیزات فشار قوی واقع در مسیر شینه تحت ولتاژ داخل محفظه بسته گاز نظیر CT ، PTو سکسیونر و غیره در داخل محفظه های جدا،آب بندی شده از یکدیگر واقع می باشند.از خارج محفظه ها بدنه یکپارچه استوانه را تشکیل می دهند.محفظه ها مربوط به تجهیزات مختلف از طریق مقره های نگاهدارنده صفحه ای صاف یا مخروطی به صورت دیواره یا Barrier(شکل 3) از یکدیگر جدا و آب بندی می شوند.مقره های نگاهدارنده در این حالت ضمن حفظ هادی در موقعیت خود به صورت دیواره آب بندی کننده،محفظه ها را از یکدیگر جدا نموده،لازم است فشار حاصل از هر طرف در صورت تخلیه گاز در طرف دیگر(محفظه دیگر)را تحمل نمایند. بطور معمول در هر Bay برحسب تعداد تجهیزات و طراحی محفظه بالغ بر 4 تا 6 محفظه Cempartement یا محفظه های آب بندی شده مستقل از یکدیگر موجود می باشند.
      شکل 3
کاهش ابعاد و اندازه ایستگاههایی با ایزولاسیون گاز
     در پست های AIS به علت ولتاژ استقامت محدود هوا،به میزان KV/Cm 4-3،در مقایسه با ولتاژ استقامت گاز 6SF فواصل ایزولاسیون تا حدود 8-6 برابر افزایش می یابند.درشکل زیرسطح زیربنای خروجی خط شامل کلیه تجهیزات موردنیازیک خروجی ازنقطه ورودبه گنتری تانقطه اتصال به شینه فشارقوی برای ردیف ولتاژهای مختلف باایزولاسیون هواوایزولاسیون گاز نشان داده شده است.
      بر طبق منحنی های فوق سطح زیربنای یک خروجی در ردیف KV400 از نوع با ایزولاسیون هوا معادل 2m2000(پهنای خروجیm40 و طول آنm50)و از نوع GIS به حدود 2m40 بالغ می شود.سطح و فضای مورد نیاز در ایستگاهها از نوع GIS بالغ بر   تا ایستگاهها با ایزولاسیون هوا،در ردیف مهمترین و عمده ترین مزیت ایستگاهها از نوع فوق محسوب می شوند.این ویژگی پست های GISدرمقا یسه با پست های AISدر شکل 4 نشان داده شده است .در ایستگاههای از نوع GIS در صورت نصب سه فاز در محفظه مشترک ابعاد ایستگاه در مقایسه با سه محفظه جدا برای سه فاز تا حدود 20% کاهش نشان می دهد.
 شکل 4
موارد قابل توجیه به منظور احداث ایستگاههای از نوع GIS به شرح زیر می باشند
1-در مراکز مصرف با دانسیته بالای بار بالغ بر 50-20 هزار MW در کیلومتر مربع و تراکم قابل ملاحظه مراکز مسکونی و تجاری.
2-در مصرف کننده ها و مراکز صنعتی با مصرف قابل ملاحظه انرژی به صورت متمرکز و دانسیته بالای مصرف  .
3- در مناطق و مراکز مسکونی قدیمی با ارزش تاریخی و یا مراکز طبیعی با جذابیت های توریستی.
4-در مراکز تولید برق آبی واقع در مناطق کوهستانی که بطور معمول فضای کافی به منظور احداث پست AIS موجود نمی باشد.
5-هنگامی که توسعه ایستگاههای موجود انتقال انرژی شامل افزایش تعداد خروجی ها،گسترش طول شینه ها و یا تعداد ترانسفورماتورها با محدودیت های طبیعی همراه بوده،غیرممکن باشد.
6-در مناطق با آلودگی طبیعی و یا صنعتی بالا.
7-در فضاهای انباشته از گازهای قابل احتراق،نظیر پالایشگاهها،فضای مجاور پمپ بنزین هاوایستگاههای گازوغیره.
8-در مناطق در معرض خطر حملات هوایی و احتمال بالای صدمه به تاسیسات برق رسانی و قطع برق،نصب ایستگاهها از نوع GIS در زیرزمین(پست های داخلی) مناسب ترین راه حل است.
مزایای GIS نسبت به AIS
1- تاسیسات و تجهیزات از نوع GIS به صورت پیش ساخته و آماده پیش بینی
شده،به همین علت نصب و مونتاژ تجهیزات،انجام تعمیرات و آزمایشات با سهولت فوق العاده در حداقل فاصله زمانی صورت می پذیرند.
2-احتمال بروز عیب در ایستگاههای GIS تحت تاثیر عوامل خارجی نظیر شرایط جوی،تخلیه جوی،آلودگی محیط موجود نیست.
3-پدیده های جنبی زیست محیطی نظیر بروزکرونا و اختلالات رادیویی،تلفنی،تلویزیونی ناشی از آن،صدای ناشی از قطع و وصل تجهیزات و ترانسفورماتورها،ارتفاع نصب تجهیزات و غیره در ایستگاههای فضای بسته مشاهده نمی شوند،  بدین  ترتیب  ایمنی  ایستگاه (safty ) بالا خواهد بود.
تجهیزات مورد نصب در تاسیسات GIS و ساختمان آنها
1- ترانسفورماتور جریان :  ساختمان ترانسفورماتورهای جریان در تاسیسات GIS مشابه ترانسفورماتورهای جریان نوع بوشینگ می باشد.هادی حامل جریان در محفظه GIS به عنوان سیم پیچی اولیه محسوب شده،هسته های مغناطیسی به صورت حلقه با ایزولاسیون قابل قبول بر روی بدنه استوانه GIS واقع می باشند،سیم پیچی ثانویه بر روی هسته ها پیچیده شده است(شکل5).هسته ها از نظر جنس و منحنی مغناطیسی کننده به منظور اندازه گیری و یا تغییر رله های حفاظتی متفاوت می باشند.
 شکل5
2- ترانسفورماتور ولتاژ : ترانسفورماتور ولتاژ در انتهای شینه و یا هر نقطه شینه با استفاده از هادی ارتباطی به شینه متصل می شود. ترانسفورماتور ولتاژ(شکل6) مجهز به هسته به صورت قاب بوده،سیم پیچی ثانویه بر روی آن واقع می باشد.ترانسفورماتور ولتاژ با بدنه از جنس آلومینیوم از طریق فلانژ( شکل 7) مناسب به محفظه GIS متصل شده،محفظه داخلی آن از طریق جدا کننده های نوع دیسکی( شکل 3 ) از محفظه سراسری GIS  جدا و آب بندی می شود.ترانسفورماتورهای ولتاژ تا ردیف  KV300 از نوع القایی و در ردیف ولتاژهای بالاتر از نوع خازنی پیش بینی می شود.

فهرست مطالب
عنوان               صفحه
مقدمه
ساختمان ایستگاههای 2
کاهش ابعاد و اندازه ایستگاهها با ایزولاسیون گاز 3
موارد قابل توجیه به منظور احداث ایستگاهها از نوع 5
مزایای GIS نسبت به AIS                                5
تجهیزات مورد نصب در تاسیسات GIS و ساختمان آنها 5
     ترانسفورماتورهای جریان 5
      ترانسفورماتور ولتاژ  6
       سکسیونر قابل قطع زیر بار6
        سکسیونر زمین کننده  7
        سکسیونر ساده  7
        بریکر 7
        برقگیر 9
برش طولی از یکBayتاسیساتGISباسه هادی سه فاز در یک محفظه 10
نمایش سوئیچگیرGIS باسه هادی سه فازدریک محفظه به همراه دیاگرام تک خطی 11
قطعات و اتصالات خاص در شینه ها   12
خصوصیات گاز 6SF به عنوان ماده ایزوله12
جابجایی و تزریق گاز  13
روش های تقویت ولتاژ استقامت گاز و کاهش احتمال بروز قوس 14
خصوصیات ماده ایزوله سخت پیش بینی شده در داخل گاز  15   
خصوصیات ماده اپوکسی به عنوان ماده ایزوله سخت 16
شکل مقره های نگاهدارنده یا جدا کننده ها  17
خصوصیات مقره ها یا Spacer در داخل محفظه بسته 18
بررسی تئوری و تعیین عوامل بروز قوس در محل مقره های اتکایی  در تاسیسات 18
ولتاژهای موجی در ایستگاه 19
ولتاژهای موجی قطع و وصل در ایستگاههای نوع 21
 روش کاهش دامنه اضافه ولتاژهای ناشی ازبازوبسته  شدن سکسیونرها در محفظه بسته شدن  23
انتخاب جنس بدنه تاسیسات 23
خصوصیات محفظه های ازنوعCommon Tank  و یا    
انتخاب ابعاد اصلی و فشار مناسب گاز    
ظهوراضافه ولتاژهای موجی تخلیه جوی در هادی ها واقع در محفظه بسته گاز 26
اضافه ولتاژهای موجی تخلیه جوی ناشی از تخلیه مستقیم بر هادیهای فاز 27
نصب برقگیرها در داخل محفظه بسته ایستگاههای 27
سیستم زمین و لزوم زمین نمودن تاسیسات 29
مشخصات شبکه زمین  29
روش زمین نمودن بدنه تاسیسات 30
نگاهداری و بهره برداری تاسیسات 31
عوامل موثر در بروز عیب و کاهش کیفیت ایزولاسیون در تاسیسات 31
اندازه گیری ها و کنترل های ضروری مداوم در تاسیسات 32
 نقشه چند پست GIS با شینه بندی های مختلف به همراه دیاگرام تک خطی آنها 33
شماتیک نحوه اتصال تاسیسات GIS به ترانسفو رماتور  36
مراجع  37