تبیان، دستیار زندگی

حفاظت اضافه ولتاژ سیستم كابل زمینی



یكی از مطالعاتی كه شركت DSTAR در آمریكا در مورد كابل های زمینی انجام داده است ، بررسی اثرات ولتاژهای گذرای ضربه در آنها به دلایلی همچون صاعقه می باشد . نقص كابل های زمینی با عایق پلی اتیلنی و امثال آن بخشهایی از صنعت را دچار مشكل كرده است. یكی از دلایل اصلی خرابی های زودرس، اضافه ولتاژهای مكرری است كه بعلت حالت های گذرا در سیستم ایجاد می شوند .

یك سیستم كامل آزمایشی در آزمایشگاه GE (جنرال الكتریك) برای آزمایش روشهای مختلف حفاظت كابل در مقابل اضافه ولتاژ ایجاد شده است. این مجموعه شامل كابل نوترال مركزی لخت بوده كه در یك محفظه انعطاف پذیر حمل می گردد و امكان آزمایش كابل های كوتاه( ft300 ) و بلند ( f t 1350 ) را فراهم می كند. برای انجام آزمایش ولتاژ ضربه یك سر كابل را به یك riser pole وصل نموده كه از طریق آن ولتاژ ضربه شبیه سازی شده صاعقه به آن اعمال میگردد. ولتاژ ضربه مشابه صاعقه توسط یك مولد ولتاژ ضربه از نوع ماركس با قابلیت تولید ولتاژ ضربه 6 میلیون ولتی تولید میگردد. طرح های مختلف از نحوه نصب برقگیر با یكدیگر مقایسه گردیده اند. در بعضی از آنها صرفا" در محل riser pole برقگیر نصب شده ودربعضی دیگر علاوه برriser pole در طول كابل نیز برقگیر قرار داده شده است. یكی از یافته های مهم این بود كه معلوم شد در سیستم های كابل نواری یا دو شاخه ای ، اضافه ولتاژ شدید تر عمل كرده و در این سیستم ها نیاز به توجه بیشتری در نصب برقگیرها می باشد . نتایج حاصل از این آزمایشها اكنون بوسیله شركتها جهت بهینه سازی حفاظت كابل در مقابل اضافه ولتاژ مورد استفاده قرار می گیرد.

آزمایش ولتاژ ضربه برروی سیستم كابل زمینی برای انواع دیگر كابل ها ادامه یافت. كابل جلددار (jacketed cable) بطور وسیع برای به حداقل رساندن مشكلات ناشی از خوردگی نول به كار می رود. سیم نول خود یك هادی عایق شده است كه می تواند امواج ضربه را  انتقال دهد .

تحقیقاتDSTAR نشان داد كه حالت های گذرای سیم نول ، مشكلات دیگری را نیز ایجاد می كند. وقتی یك اضافه ولتاژ ناشی از صاعقه باعث می شود كه برقگیر تخلیه كند ، جریان بین زمین برقگیر و نول كابل تقسیم می شود .

ولتاژهای قابل توجه ای بین نول كابل و زمین ایجاد می گردد و جلد كابل می تواند سوراخ شود. به خصوص این حالت زمانی رخ میدهد كه مقاومت زمین پای برقگیر زیاد باشد و در نتیجه جریان بیشتری از نول كابل عبور كند.آزمایشهای دیگری برای تشخیص میزان مقاومت جلد كابلها در DSTAR انجام شده است .

در صورت عدم تخلیه صاعقه دربرقگیر محل riser pole خطر انتقال ولتاژ ضربه به سیم پیچی های ترانسفورماتور و صدمه به آنها در طرف اولیه و یا ثانویه وجود خواهد داشت. نتایج آزمایشها نشان میدهند كه در حالت استفاده از برقگیر تنها در محل riser pole خطر خرابی و آسیب وجود دارد.

برای حل مشكل فوق و جلوگیری از سرایت اضافه ولتاژ صاعقه به سیم پیچی های ترانسفورماتور تحقیقات قابل ملاحظه ای انجام گرفته است كه بر اساس آنها ایده استفاده از یك سیم لخت خوابانده شده در كنار كابل جلددار بمنظور كاهش ولتاژ ایجاد شده در بدنه كابل ارائه گردیده است. این روش باعث كاهش چشمگیر ولتاژ بین نول و نقطه زمین محلی می گردد.

یكی دیگر از روشهای مهم كاهش حالت های گذرای نول دركابلها، بهبود سیستم زمین میباشد. نوع دیگری از كابل كه توسط بعضی از شركت ها مورد استفاده قرار می گیرد ، كابل جلددار از نوع نیمه هادی است . این نوع جلد ، نول را در مقابل خوردگی محافظت می كند و باعث میرا شدن حالت های گذرای نوترال می شود. نتایج آزمایشها برروی این كابلها نشان میدهد كه ولتاژ بین نول و زمین بشدت كاهش می یابد. ولیكن، جریان ضربه نوترال در این نوع كابلها به سرعت نوترال های مركزی لخت ، میرا نمی شود .

علاوه بر صاعقه هایی كه به خطوط هوایی تغذیه كننده سیستم زمینی برخورد می كنند ، حالت های گذرای ضربه در اثر برخورد صاعقه به زمین در نزدیكی گودال كابل نیز می توانند در نول كابل ایجاد شوند . DSTAR با آزمایشهای گسترده ای ، جریان القاء شده در نول را بصورت تابعی از محل برخورد صاعقه اندازه گرفت. این كار با كابل های لخت ، دارای جلد عایق و دارای جلد نیمه هادی انجام شد.