مشخصات فنی و عمومی و اجرایی پست ها

جمهوری اسلامی ایران


مشخصات فنی و عمومی و اجرایی پست ها، خطوط فوق توزیع و انتقال، سیستم زمین خطوط انتقال
نشریه شماره 409


معاونت برنامه ریزی و نظارت راهبردی رییس جمهور –  معاونت نظارت راهبردی  - دفتر نظام فنی اجرایی
وزارت نیرو –  شرکت توانیر –  طرح تهیه ضوابط و معیارهای فنی صنعت برق

 

فصل 1: اهداف، کلیات، تعاریف


مقدمه
در این فصل پس از ارئه تعاریف لازم، مقاومت پایه برج ها خطوط انتقال نیرو و عوامل موثر بر آن معرفی شده و در ادامه لزوم و روش های کاهش آن مورد بررسی قرار می گیرد. مقدار مقاومت پایه برج یکی از عوامل تعیین کننده تعداد قطعی های یک خط است و به عواملی چون ویژگی های خاک محل احداث و ساختار فونداسیون بستگی دارد. علاوه براین، کاهش مقاومت زمین برج جهت عملکرد صحیح رله های حفاظتی الزامی است.


1-1.    تعاریف
1-1-1.    زمین: یک اتصال هادی (عمدی یا تصادفی) که توسط آن مدار الکتریکی یا یک تجهیز به ارت یا به بدنه هادی با اندازه نسبتا بزرگ که به مثابه زمین عمل می کند، وصل شده است.
1-1-2.    زمین شده: یک سیستم مدار یا وسیله ای که به زمین متصل است.
1-1-3.    الکترود زمین: یک یا تعدادی هادی که تماس نزدیک با زمین داشته و برای فراهم ساختن زمین به کار می رود.
1-1-4.    هادی زمین: یک هادی که یک وسیله یا تجهیز و یا یک هادی دیگر (پایه برج) را به الکترودهای زمین متصل می کند
1-1-5.    اتصال زمین: اتصالی که برای فراهم کردن یک زمین به کار می رود و شامل هادی زمین و ارت محصور کننده الکترود یا بدنه هادی که به جای ارت عمل می کند می باشد.
1-1-6.    سیستم زمین: سیستم زمین شامل تمام اتصالات زمین است که در یک ناحیه معین به هم وصل شده آن.
1-1-7.    مقاومت زمین: مقاومت زمین، مقاومت اهمی بین الکترود زمین و یک الکترود زمین دیگر است که در فاصله دور قرار دارد و مقاومت آن صفر فرض می شود
1-1-8.    حلقه هادی زمین: یک حلقه هادی که در اطراف برج و در عمق کمی از سطح زمین، به منظور یکنواخت نمودن توزیع پتانسیل زمین اطراف برج در حین وقوع خطا نصب می شود. این حلقه به سیستم زمین برج متصل می گردد

1-2.    مقاومت برج تا زمین
1-2-1. مقاومت پایه برج:
مقاومت برج در محل اتصال آن به زمین یا مقاومت زمین برج، اصطلاحا به مقاومت پایه برج (TFR) معروف است و در خطوط انتقال و فوق توزیع اهمیت ویژه ای دارد. نحوه کار خطوط و عملکرد مناسب آنها به طوری که در هنگام برخورد صاعقه به خط حداقل قطعی رخ دهد، تنها با انتخاب مقدار مناسب برای مقاومت زمین برج ها امکان پذیر می گردد.
مقاومت پایه برج بر دو نوع است:
-    مقاومت فرکانس قدرت که مقاومت اهمی پایه برج در فرکانس 50 هرتز است.
-    مقاومت موجی که ناشی از بروز خصوصیات سلفی و خازنی در پایه برج بر اثر برقراری جریان موجی است.
1-2-2. مقاومت تا زمین:
به طور کلی مقاومت زمین یک الکترود تشکیل شده است از:
-    مقاومت الکترود
-    مقاومت اتصال بین الکترود و خاک
-    مقاومت خاک از سطح خارجی الکترود تا زمین دور
دو مورد اول در مقایسه با مورد سوم ناچیز بوده و در مقاصد عملی قابل چشم پوشی می باشند، اما مورد سوم باید با دقت مناسبی مورد توجه قرار بگیرد


1-3.    عوامل موثر بر مقاومت پایه برج: عوامل موثر بر مقاومت پایه برج در فرکانس قدرت عبارتند از:
1-3-1. نوع خاک: طبق روابط موجود، مقاومت زمین با مقاومت مخصوص خاک نسبت مستقیم دارد. مقاومت مخصوص خاک نیز به ترکیبات خاک، درجه حرارت و رطوبت آن وابسته است
•    اثر ترکیبات شیمیایی خاک: مقاومت مخصوص زمین برای خاک های مختلف بسیار متفاوت بوده، در حدود 1 تا چند هزار اهم متر می باشد. هرچه مقدار مواد اسیدی، بازی و یا املاح محلول در آب موجود در خاک بیشتر باشد هدایت الکتریکی آن بیشتر است
•    اثر درجه حرارت: با انجماد آب درخاک، مقاومت مخصوص آن افزایش می یابد. در مناطق سرد چنانچه الکترودهای زمین تا پایین تر از منطقه منجمد خاک امتداد نیابد تغییرات مقاومت در فصول مختلف سال بسیارخواهد بود. حتی اگر الکترودها تا پایین تر از منطقه منجمد خاک فرو روند بازهم تغییرات مقاومت زمین محسوس است. به طور کلی سطوح فوقانی خاک که منجمد شده است طول موثر میله اتصال زمین را کمتر می کند.
•    اثر رطوبت: رطوبت خاک عامل مهمی در تعیین مقدار مقاومت مخصوص آن است (به ویژه وقتی رطوبت خاک کمتر از 20% باشد). با کاهش رطوبت، مقاومت مخصوص خاک به شدت افزایش می یابد. افزایش رطوبت به بیش از 20% تاثیر چندانی بر مقاومت خاک ندارد.
1-3-2. ساختار پایه برج: اکثر برج ها در خطوط انتقال و فوق توزیع از نوع اسکلت فلزی با فونداسیون های مستقل بر روی زمین می باشند. مقاومت مسیر جریان در داخل فونداسیون بتنی به تعداد آرماتور موجود در آن بستگی دارد. جریان از بدنه اسکلت فلزی برج و از طریق آرماتورها به داخل بتن راه می یابد. با افزایش تعداد آرماتورها مقاومت اهمی کاهش می یابد. به همین علت در هنگام محدود بودن تعداد آرماتورها و یا عدم تامین ارتباط الکتریکی کافی برج و بتن، تسمه های مسی در بتن پیش بینی می گردند. تسمه ها در یک انتها در سطح فوقانی فونداسیون بتنی با خاک تشکیل می دهد. به این ترتیب می توان با افزایش حجم فونداسیون به بدنه برج متصل شده و در انتهای دیگر در داخل بتن قرار می گیرند بدین منظور تسمه ها در محل آماده گشتن قالب داخل بتن قرار داده شده و سپس قالب بتن ریزی می گردد.
قسمت دیگر از جریان زمین برج را محل تماس فونداسیون بتنی با خاک تشکیل می دهد. به این ترتیب می توان با افزایش حجمی فونداسیون، مقاومت زمین برج را تا حدی کاهش داد.
در زمین های سخت، برج های خطوط بدون فونداسیون بتنی طراحی می گردند. به علت ارتباط مستقیم نبشی ها و صفحه فلزی با خاک کوبیده شدن کامل خاک، مقاومت زمین اینگونه فونداسیون ها کمتر از مقاومت زمین فونداسیون های بتنی است.
عوامل موثر بر مقاومت موجی برج علاوه بر عوامل فوق، گرادیان ولتاژ شکست خاک، دامنه و شکل جریان موج ضربه است.


1-4.    لزوم کاهش مقاومت زمین برج:
عملکرد صحیح رله های خطای زمین منوط به کم بود مقاومت پایه برج است. علاوه بر این، بروز قوس های برگشتی به شدت وابسته به مقاومت پایه برج می باشد. در این بخش قوس های برگشتی معایب و شرط بروز آنها بررسی می شود.
1-4-1. پدیده قوس برگشتی: خطوط انرژی متشکل از برج های فولادی و هادی های معلق در ارتفاع ایمنی کافی، مناسب ترین وسیله جهت انتقال بارهای الکتریکی تخلیه جوی زمین هستند. بدین ترتیب تخلیه جوی به خطوط انتقال ناپذیر بوده و درصد قابل توجهی را نسبت به سایر موانع  طبیعی مجاور خط دارا می باشد برای کاهش تعداد برخوردهای صاعقه به خطوط از سیم های گارد استفاده می شود. این سیم ها با قدرت کشش مناسب در ارتفاع کافی نسبت به هادی های فاز به بدنه فلزی برج ها متصل می شوند. با برخورد صاعقه به سیم های زمین، بارهای الکتریکی در طول این سیم ها منتشر شده، با رسیدن به محل برج ها از طریق بدنه فولادی آنان و سیستم زمین برج ها به زمین منتقل می گردند.
سرعت بالای انتقال بارها و دامنه ولتاژهای موجی به مقدار مقاومت مسیر مذکور بستگی دارد. به منظور جلوگیری از ظهور ولتاژ موجی و تراکم بارها، لازم است انتقال بارها در فاصله زمانی پیشانی موج و هم زمان با افزایش آن صورت پذیرد. در صورتی که مسیر برقراری جریان موجی، توانایی کافی برای تخلیه سریع بارهای الکتریکی به زمین را نداشته باشد ولتاژ موجی بر روی برج ظاهر شده و ممکن است منجر به بروز قوس بین برج و سیم فاز گردد. با بروز قوس در طول زنجیره مقره، قسمت اعظم بارهای الکتریکی انباشته شده دربرج از طریق قوس به سمت سیم ها فاز منتشر گشته و به تدریج مستهلک می گردد.
بروز قوس در طول زنجیر مقره و برقراری جریان موجی از سمت برج به سیم های فاز اصطلاحا قوس برگشتی نام دارد.
1-4-2. معایب بروز قوس برگشتی: بروز قوس برگشتی از دو جهت شرایط بهره برداری خط و کار شبکه را مختل می سازد.
-    بروز قوس در طول زنجیر مقره بلافاصله به اتصال کوتاه فاز به زمین تبدیل شده و جریان اتصال کوتاه را از هادی های فاز به بدنه برج ها برقرار می سازد. بروز اتصال کوتاه سبب قطع کلید و توقف بهره برداری از خط می گردد علاوه بر این مدت برقراری جریان خطا در بدنه برج تا حدود 1 ثانیه به طول می انجامد و در صورت بالا بودن مقاومت اهمی پایه برج، ولتاژ تماس (ولتاژ فرکانس قدرت ظاهر شده بر بدنه برج در طول مدت برقراری جریان خطا) تا حد خطرناکی افزایش می یابد. به طوری که تماس اتفاقی با برج یا نزدیک شدن به آن در مدت برقراری جریان خطا ممکن است باعث برق گرفتگی شود. بنابراین مقاومت اهمی پایه برج باید تاحد قابل قبول کاهش یابد.
-    با بروز قوس برگشتی قسمتی از جریان صاعقه به هادی های فاز منتقل گشته و درطول خط منتشر می شود. جریان موجی حاصل از قوس برگشتی مشابه جریان حاصل از برخورد مستقیم صاعقه بر هادی فاز است این جریان با توجه به امپدانس موجی هادی های فاز ولتاژی موجی شکل پدید می آورد که از محل بروز قوس در دو جهت در طول هادی های فاز منتشر می گردد. این موج ولتاژ می تواند باعث بروز قوس در برج های بعدی واقع در مسیر انتشار خود گردد.


زمین کردن برج ها:
برای کاهش مقاومت زمین برج ها لازم است سطح تماس بدنه فلزی برج با خاک افزایش یابد و مسیر جریان از برج به داخل زمین گسترش یابد. ایجاد ترتیب مناسب برای تامین ارتباط الکتریکی کافی بین برج و زمین به زمین کردن برج ها موسوم است. جهت کاهش مقاومت زمین، می بایستی از الکترودهای زمین استفاده نمود.
الکترودهای زمین را می توان به دو دسته تقسیم کرد: دسته اول شامل تاسیسات فلزی نصب شده در زمین برای مقاصدی غیر از زمین کردن است و دسته دیگر الکترودهایی هستند که منحصرا به این منظور ساخته شده اند و میله های زمین و کانترپویزها را شامل می گردند.
-    میله های زمین: اغلب میله های زمین با قطر 16، 20 و 25 میلی متر و طول های 1.5، 2 و 3 متر ساخته می شوند و می توان با اتصال آنها به یکدیگر، به طول بیشتر نیز دست یافت. فولاد با پوشش مس رایج ترین جنس میله است که می توان آن را تا عمق قابل توجهی در زمین فرو کرد بی آنکه تغییر ساختار بدهد. علاوه بر فولاد پوشیده با مس، گاهی اوقات از فولاد گالوانیزه و فولاد ضد زنگ نیز استفاده می شود
-    کانترپویز: کانترپویز سیمی است که در زیر زمین و در امتداد سطح زمین، موازی با خط یا با زاویه ای نسبت به امتداد آن قرار داده می شود و به بدنه برج متصل می شود.

مشاهده متن کامل آیین نامه به صورت pdf