پایان نامه بررسی عملكرد سیستم زمین برجهای خطوط انتقال در برابر صاعقه

پایان نامه بررسی عملكرد سیستم زمین برجهای خطوط انتقال  در برابر صاعقه

فیزیك صاعقه ( Physics of lightning )

    صاعقه را می‌توان یك تخلیة گذرای الكتریكی با جریان بالا كه طول مسیر آن به كیلومترها می‌رسد ، تعریف كرد. صدای ناشی از این عمل رعد ( thunder ) نامیده می شود . این تخلیه الكتریكی هنگامی رخ می‌دهد كه ناحیه‌ای از اتمسفر دارای آنچنان بار الكتریكی شود كه میدان ناشی از آن باعث شكست الكتریكی هوا گردد. این عمل به خصوص در ابرهای جوشان ( thunder cloud ) اتفاق می‌افتد. این ابرها را كومولونیمبوس ( cumulonimbus ) می‌نامند. گر چه در جریان ریزش برف و تگرگ و ابرهای روی كوههای آتشفشان هم زدن صاعقه گزارش شده است ، در این بحث منظور ما از صاعقه بیشتر، برق ناشی از ابرهای جوشان است. این چنین تخلیه‌ای می‌تواند در درون ابر( intra cloud ) ، پایین دو ابر ( cloud to cloud ) یا بین ابر و زمین ( cloud to earth ) ، پایین ابر و هوای اطراف اتفاق افتد. قبل از بررسی مسأله تخلیه به مسأله بارداری ابرهای جوشان پرداخته می‌شود. تئوریهای مختلفی در این زمینه وجود دارد كه در فصل پیوستها به آنها اشاره می گردد.

مسیر برگشتی ( Return stroke )

 وقتی كه شاخه پیشروندة مرحله‌ای، ستونی از بار منفی را به نزدیك زمین می‌آورد، میدان الكتریكی قوی حاصل در زمین به قدری است كه باعث حركت بارها به سمت بالا می‌شود تا به شاخة پیشرونده برسد. وقتی یكی از این تخلیه‌ها به شاخة پیشرونده می رسد از این لحظه مسیر برگشتی شروع می‌شود.

با اتصال شاخة پیشرونده به زمین، بار مثبت از زمین به سوی ابرها جاری می‌گردد و با اندازه‌گیری از روش اسپكتروسكوپی ( spectroscopy ) درجه حرارت مسیر به حدود k˚ 30000 می‌رسد.

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                         صفحه

فصل اول

مقدمه

1-1کلیات...............................................................................................................................8

1-2 اهداف..............................................................................................................................9

1-2-1 فصل دوم.....................................................................................................................

1-2-2 فصل سوم.....................................................................................................................9

1-2-3 فصل چهارم..................................................................................................................9

1-2-4 فصل پنجم.................................................................................................................10

1-2-5 فصل ششم..................................................................................................................10

1-2-6 فصل هفتم..................................................................................................................10

1-2-7 فصل هشتم.................................................................................................................11

فصل دوم

فیزیک صاعقه و پارامترهای جریان ناشی از آن

2-1 فیزیک صاعقه................................................................................................................13

2-2 شاخه های پیشروندة مرحله ای صاعقه.............................................................................13

2-2-1 مسیر برگشتی.............................................................................................................14

2-2-2 شاخة پیشروندة تیری شکل.........................................................................................15

2-2-3 تخلیة بین ابر...............................................................................................................16

2-2-4 تخلیه ای که بار مثبت به زمین می آورد.......................................................................17

2-2-5 تخلیه ای با جریان پیشرونده بسوی بالا.........................................................................17

2-3 اختلاف پتانسیل بین ابر و زمین و انرژی موجود در صاعقه................................................18

2-4 رعد................................................................................................................................18

2-5 جریان ناشی از اصابت صاعقه..........................................................................................20

2-5-1 اثر ارتفاع جسم در دامنه جریان...................................................................................20

2-5-2 اثر مناطق جغرافیایی....................................................................................................21

2-5-3 شکل موج جریان.......................................................................................................22

2-5-4 معادلة ریاضی شکل موج ناشی از صاعقه..................................................................24

فصل سوم

هدایت الکتریکی خاک

3-1 قابلیت هدایت الکتریکی خاک.....................................................................................26

3-1-1 اثر نوع خاک.............................................................................................................26

3-1-2 اثر رطوبت موجود در خاک و نمکهای محلول در آن...............................................28

3-1-3 اثر درجه حرارت........................................................................................................30

3-1-4 اثر دانه بندی و توزیع آن............................................................................................32

3-1-5 اثر عمق......................................................................................................................32

3-1-6 اثر قطر میله.................................................................................................................33

3-1-7 اثر جریانهای پراکنده در زمین.....................................................................................34

فصل چهارم

طرح سیستم زمین برجهای خطوط انتقال

4-1 مقدمه...........................................................................................................................37

4-2 مقاومت پای برج...........................................................................................................37

4-2-1 رفتار مقاومت زمین بر اثر موج گذرا...........................................................................39          

4-3 کم کردن مقاوت پایة برجها بوسیلة اتصالات اضافی.......................................................39

4-3-1 نصب میلة قائم در زمین..............................................................................................40

4-3-1-1 استفاده از میله های طویل.......................................................................................41

4-3-1-2 اتصال زمین چند میله ای(میله های موازی)..............................................................42

4-3-2 نصب میلة افقی در زمین.............................................................................................44

4-3-3 زمین کردن بصورت کانترپوز.....................................................................................46

4-4 نتایج آزمایشها و تجربیات عملی اتصال زمین...................................................................49

4-5 طرح سیستم زمین برجهای خطوط انتقال انرژی...............................................................51

4-5-1 زمین کردن برجهای خطوط انتقال انرژی....................................................................53 

فصل پنجم

تخلیة جوی الکتریکی بر خطوط انتقال

5-1 تخلیة جوی الکتریکی بر هادیهای فاز...........................................................................59

5-2 تخلیة جوی بر سیمهای محافظ........................................................................................64

5-3 تخلیة جوی مستقیم بر بدنة برجها.....................................................................................67

5-4 تخلیة جوی مستقیم در مجاور پستهای فشار قوی..............................................................71

5-5 انتشار موج در طول خطوط انتقال انرژی..........................................................................73

فصل ششم

محاسبات اضافه ولتاژها در خطوط انتقال در اثر اصابت صاعقه

 6-1 مقدمه.............................................................................................................................76

 6-2 محاسبات اضافه ولتاژ در برج در اثر برخورد مستقیم صاعقه ..........................................76

 6-2-1 محاسبة ولتاژ در نقطة رأس برج...................................................................................76

 6-2-2 محاسبة ولتاژ روی کراس آرم.....................................................................................79

 6-2-3 محاسبة ولتاژ روی زنجیر مقره.....................................................................................80

 6-3 محاسبة ولتاژ القائی در اثر برخورد صاعقه به اطراف خطوط انتقال....................................82

 6-3-1 محاسبات بر روی خط زمین شده................................................................................83

6-3-2 اثر زمین شدن یکی از هادیهای خط انتقال.................................................................84

فصل هفتم

بررسی حادثة خط منتظرقائم -  قزوین

 7-1 شرح حادثه...................................................................................................................87

 7-2 علت حادثه.....................................................................................................................88

 7-2-1 برخورد صاعقه با فاز...................................................................................................88

 7-2-2 برخورد مستقیم صاعقه با برج......................................................................................90

 7-3 پیشنهادات......................................................................................................................90

 7-3-1 تقویت اتصال زمین پایة برجها.....................................................................................91

 7-3-2 نصب برقگیر...............................................................................................................91

 7-3-3 نصب سیم محافظ هوایی.............................................................................................92

 7-3-4 نصب شاخکهای برقگیر در طول زنجیر مقره................................................................92

 7-4 گزارشی از پست منتظرقائم..............................................................................................93

فصل هشتم

شبیه سازی

8-1 مدل زنجیر مقره..............................................................................................................96

8-2 شبیه سازی برج...............................................................................................................96

8-2-1 مشخصات برجهای شبکة مورد نظر.............................................................................96

8-2-2 مدلسازی برج در حالتی که شبکه دارای سیم محافظ نباشد..........................................97

8-2-3 شبیه سازی برج در حالتی که شبکه دارای سیم محافظ باشد.........................................97

8-3 مدل سازی خط انتقال و پستهای فشار قوی......................................................................98

8-4 شبیه سازی موج صاعقه...................................................................................................98

8-5 شبیه سازی حادثه...........................................................................................................99

8-6 شبیه سازی شبکه با وجود سیم محافظ در مقابل بر خورد صاعقه ..................................102

8-6-1 بررسی رفتار شبکه در حالت بدون برقگیر در پست منتظرقائم در مقابل برخورد صاعقه

سیم محافظ..............................................................................................................102

8-6-2 بررسی رفتار شبکه در حالت وجود برقگیر در پست منتظرقائم در مقابل برخورد صاعقه

سیم محافظ..............................................................................................................104

فصل نهم

نتیجه گیری و پیشنهادات

9-1 نتایج..........................................................................................................................106

9-2 ارائة پیشنهادات...........................................................................................................107

پیوستها

تئوری ویلسون......................................................................................................................110

تئوری سیمپسون....................................................................................................................111

تئوری ورکمن......................................................................................................................113

مراجع و مآخذ.....................................................................................115