دانلود پروژه کارشناسی برق-قدرت با موضوع حفاظت در برابر صاعقه و سیستم زمین

اختصاصی از کوشا فایل دانلود پروژه کارشناسی برق-قدرت با موضوع حفاظت در برابر صاعقه و سیستم زمین دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : word(قابل ویرایش)

تعداد صفحات:115

فهرست مطالب:

چکیده    ‌ج
فهرست مطالب    ‌ج
فهرست جدولها و نمودارها    ‌ز
فصل اول :    1
کلیات و اصول زمینکردن    1
مقدمه    2
1-1- اصول زمینکردن    3
1-2- زمینکردن نقطه خنثی سمت منبع در یک سیستم قدرت    8
1-2-1- مقدمه    8
1-2-2- انواع روشهای زمینکردن    11
1-2-2-2- سیستمهای زمینشده بصورت مستقیم    12
1-2-2-3- زمینکردن با استفاده از نصب راکتور در نقطه خنثی    13
1-2-2-4- زمین کردن رزونانسی با استفاده از نصب راکتور در نقطه خنثی    14
1-2-2-5- زمینکردن امپدانسی توسط نصب مقاومت در نقطه خنثی    15
1-2-3- نقطه مناسب برای زمینکردن    18
1-3- زمین کردن تجهیزات    23
1-3-1- مقدمه    23
1-3-2- اقدامات موثر برای زمینکردن تجهیزات    27
1-3-3- عملکرد دستگاههای محافظتی    29
1-3-4- پتانسیل تماس هنگام بروز خطای زمین    31
1-3-5- مساله ولتاژ القایی    32
فصل دوم :    33
زیرسیستم الکترود زمین    33
2-1- زمینکردن    34
2-1-1- زمین حفاظتی    34
2-1-1-1- برق گرفتگی    35
2-1-1-2- ولتاژ گام    36
2-1-1-3- اختلاف سطح تماس    36
2-1-2- زمین کردن الکتریکی    37
2-2- مقاومت زمین    38
2-2-1- نمکهای موجود در خاک    40
2-2-2- رطوبت    40
2-2-3- دما    41
2-2-4- سطح فشردگی خاک    42
2-3- الکترودهای زمین و انواع مختلف آن    43
2-3-1- الکترود زمین میلهای    44
2-3-1-1- میل افقی یا سطحی    44
2-3-1-2- میل عمودی    46
2-3-2- الکترود صفحهای    50
2-3-3- الکترود نیم کره    52
2-3-4- الکترود تسمه ای    54
2-3-5- الکترود سیمی    55
2-4- استفاده از مواد الکترولیت در اجرای سیستم زمین    56
2-5- مشخصات اتصالات    57
2-6- مسایل مربوط به ایمنی    57
2-7- ظرفیت جریان دهی الکترد    58
2-8- مشخصات فنی احداث چاه گراند و مراحل اجرایی آن    59
2-9- مشخصات فنی احداث شبکه شطرنجی و رینگ و ایجاد کانالهای راد کوبی    61
2-10- جوشکاری با کارپیت و جوشکاری CADWELD    62
2-11- دستگاه ارت تستر    63
2-11-1- وسایل مورد نیاز و همراه دستگاه ارت تستر    64
2-11-2- نکات لازم هنگام تست ارت    65
2-11-3- طرز عملکرد دستگاه ارت تستر    65
2-11-4- خطاهایی که موجب اختلال در اندازه گیری می شود    65
2-11-5- اخطارها و احتیاط ها هنگام تست زمین    66
2-12- سیم زمین    66
2-13- حداکثر مقاومت مجاز برای سیستمهای مختلف    68
فصل سوم :    69
زیرسیستم حفاظت رعد و برق    69
مقدمه    70
3-1-  پدیده رعد و برق    72
3-2- احتمال وقوع صاعقه    73
3-3- ناحیه جاذب    75
3-4- مخروط حفاظت    77
3-5- نیازمندیهای اصلی حفاظت در مقابل صاعقه    79
3-6- نصب سیستم حفاظت مناسب در مقابل صاعقه    79
3-6-1- سیستم حفاظت رعد و برق مجتمع    80
3-6-1-1- برقگیر    81
3-6-1-2- هادیهای زمین شده    90
3-6-2- سیستم حفاظت رعد و برق مجزا    93
3-6-2-1- اجزای سیستم حفاظت در مقابل رعد و برق    94
3-6-2-2- طراحی سیستم حفاظت رعد و برق    98
3-7- اتصال زمین    110
3-8- زمین خطوط قدرت AC    111
مراجع و مؤاخذ    115


فهرست جدولها و نمودارها
جدول 2- 1 : مقاومت ویژه مربوط به انواع مختلف زمین.    39
جدول 2- 2 : مقاومت خاک های مختلف با توجه به میزان درصد رطوبت موجود.    42
جدول 2- 3 : تغییرات مقاومت ویژه با توجه به تغییرات دما.    43
جدول 2- 4 : مقادیر مربوط به F.    50
جدول 2- 5 : سطح مقطع سیم زمین متناسب با شدت و مدت جریان.    67

جدول 3- 1 : حداقل ویژگی های لازم برای هادی های مورد استفاده در سیستم    91
جدول 3- 2  : حداقل ویژگی های لازم برای هادی های مورد استفاده در سیستم    91

فهرست اشکال
شکل1- 1 a:-خطا در سیستم زمین نشده، b-تاثیر زمین کردن نقطه خنثی    6
شکل1- 2 شارش جریان خطا در یک سیتم زمین¬شده    7
شکل1- 3 تقسیم بندی روش های زمین کردن    9
شکل1- 4 تکنیک های زمین کردن و مدار معادل هر کدام    10
شکل1- 5 زمین کردن رزونانسی.    15
شکل1- 6 زمین کردن مقاومت-بالای نقطه خنثی ژنراتور    17
شکل1- 7 ترانسفرماتور زمین کننده زیگ زاگ.    18
شکل1- 8 رفتار ترانسفرماتور زمین کننده زیگ زاگ هنگام بروز خطا    20
شکل1- 9 ترانسفورماتور زمین کننده ستاره-مثلث.    21
شکل1- 10 رفتار ترانسفورماتور زمین کننده ستاره-مثلث هنگام بروز خطا    22
شکل1- 11 رفتار ترانسفورماتور زمین کننده ستاره-مثلث هنگام بروز خطا.    24
شکل1- 12 حالات مخلتف تماس فرد با مسیر برق دار    26
شکل1- 13 : الگوی ولتاژ حین خطای زمین.    28
شکل1- 14 : چگونگی افزایش پتانسیل زمین    29
شکل1- 15 : امپدانس مربوط به مسیر برگشت    30
شکل1- 16 : ارتباط بین پتانسیل تماس و فاصله هادی    31
شکل1- 17 : مثالی از پتانسیل القا شده.    32

شکل2- 1 : مفاهیم مربوط به زمین حفاظتی.    37
شکل2- 2 : پارامترهای مربوط به اندازه¬گیری مقاومت زمین.    39
شکل2- 3  :  انواع مختلف میل افقی یا سطحی    45
شکل2- 4 :  انواع مختلف میل افقی یا سطحی    45
شکل2- 5 : میل غربالی    46
شکل2- 6 : الکترود تک میله ای که انتهای آن در سطح زمین قرار دارد.    47
شکل2- 7 : الکترود تک میله ای که انتهای آن در زیر زمین قرار دارد.    48
شکل2- 8 : الکترود دو میله ای که انتهای آن در سطح زمین قرار دارد.    48
شکل2- 9 : الکترود دو میله ای که انتهای آن در زیر زمین قرار دارد.    49
شکل2- 10 : الکترود صفحه مربعی.    52
شکل2- 11 : الکترود صفحه دایره ای    52
شکل2- 12 : الکترود نیم کره هم سطح با زمین.    53
شکل2- 13 : الکترود نیم کره دفن شده در زیر زمین.    53
شکل2- 14 : الکترود تسمه ای هم سطح با زمین    54
شکل2- 15 : الکترود تسمه ای دفن شده در زیر زمین.    54
شکل2- 16 : الکترود سیمی همسطح با زمین.    55
شکل2- 17 : الکترود سیمی دفن شده در زیر زمین.    55
شکل2- 18  : طریقه موازی کردن ارت برق گیر و شین ارت    60
شکل2- 19 : شماتیک کلی دستگاه ارت تستر    64

شکل 3- 1 : نمونه ای از ابر باران زا.    72
شکل 3- 2 : ناحیه جاذب برای یک تیرک فلزی.    76
شکل 3- 3 : ناحیه جاذب مربوط به ساختمان هموار مرتفع.    77
شکل 3- 4 : ناحیه حفاظتی ایجاد شده توسط میله عمودی.    78
شکل 3- 5 : ناحیه حفاظتی ایجاد شده توسط سیم هوایی زمین شده.    78
شکل 3- 6  : زوایای معمول برای تعیین ناحیه حفاظتی    79
شکل 3- 7 : برقراری اتصال بین مسیر دشارژ و اجسام فلزی نزدیک به آن.    83
شکل 3- 8 : محل قرارگیری برقگیرها در بام¬های معمولی    85
شکل 3- 9 : محل قرارگیری برقگیرها در بام¬های با شیب ملایم    86
شکل 3- 10 : محل قرارگیری برقگیرها در بام¬های هموار    86
شکل 3- 11 : روش ترسیمی جهت تعیین نیاز به برقگیرهای اضافی.    87
شکل 3- 12 : حفاظت بخشی از تجهیزات توسط دیگر قسمت¬های سازه.    89
شکل 3- 13 : تعیین ناحیه حفاظت شده برای سطوح هموار با استفاده از برقگیر.    90
شکل 3- 14 : سیستم حفاظت رعد و برق توسط تیرهای مجزا.    95
شکل 3- 15 : نمودار M‌ بر حسب D.    101
شکل 3- 16 : طراحی سیستم حفاظت رعد و برق اولیه.    102
شکل 3- 17 : نمای روبرو از ساختار محافظت شده در مقابل رعد و برق    103
شکل 3- 18 : نمای از پهلوی ساختار محافظت شده در مقابل رعد و برق.    105
شکل 3- 19 : چگونگی قرار گرفتن سیم زمین حول ساختار تحت حفاظت    108
شکل 3- 20 : حفاظت رعد و برق توسط سیم زمین شده هوایی.    110
شکل 3- 21 : اتصالات زمین سیستم قدرت AC تک فاز 115/230 ولت.    112
شکل 3- 22 : اتصالات زمین سیستم قدرت AC سه فاز 120/208 ولت.    113
شکل 3- 23 : اتصالات مربوط به ترانس زمین کننده زیگ زاگ    114

چکیده:

با توجه به خطرات ناشی از حوادث طبیعی از جمله رعد و برق که منازل مسکونی یا درکل تاسیسات ساختمانی را تهدید می کند برآن شدم تا یک مرجع مناسب هر چند کوتاه جهت دفع این خطرات از منابع علمی موجود
جمع آوری نمایم . باشد که به لطف خدای منان مفید واقع شود.این کتاب دلایل زمین کردن تاسیسات و اصول آنرا ونیز به منظور افزایش سطح آگاهی از عوارض ناشی از رعد و برق وچگونگی حفاظت در برابر آن را می آموزد و
از مراجع کاملاٌ کاربردی جمع آوری شده است.


مقدمه:
   بحث زمینکردن سیستمهای الکتریکی، از جمله مباحث مهم و قدیمی محسوب میشود. در این نوشتار، میخواهیم نیاز به طراحی صحیح زمین مناسب در دو سمت تولید و مصرف را بیان کنیم. بعلاوه، روشهای مختلف زمینکردن سمت تولید،‌ به همراه مزایا و معایب هر کدام از این روشها ارائه شده است.
   همچنین تاثیر رعد و برق بر روی سیستمهای الکتریکی مورد بررسی قرار میگیرد. روشهای مختلف حفاظت در مقابل این پدیده طبیعی بیان شده است.
   همانگونه که اشاره خواهد شد، از جمله مهمترین قسمتهای زمینکردن، ‌طراحی زیرسیستم زمین و محاسبات مربوط به مقاومت زمین و روشهای کاهش آن میباشد. در این تحقیق، روشهای مختلف انجام این کار اشاره خواهد شد.
   همبندکردن یکی از اقداماتی است که جایگاه ویژهای در مبحث زمینکردن دارا میباشد. برای انجام درست و موثر این عمل، رعایت برخی از اقدامات، لازم و ضروری است که توضیحات مربوط به آن نیز در ادامه بیان خواهد شد.

1-1- اصول زمینکردن
   زمینکردن، اهداف اصلی زیر را در پی دارد :
باعث ایجاد یک مرجع الکتریکی در سیستم تامین قدرت میشود. با اتصال یک نقطه مشخص از منبع تغذیه به زمین – برای مثال، نقطه خنثی یک منبع سهفاز- این اطمینان حاصل میشود که تمام نقاط سیستم در یک پتانسیل مشخص نسبت به زمین عمل میکنند.
سطوح فلزی چارچوب سیستمهای الکتریکی به زمین متصل میشوند تا این اطمینان حاصل شود که این قسمتها همواره در پتانسیل زمین باقی خواهند ماند و در نتیجه، هیچ تهدیدی برای پرسنل – که ممکن است با این سطوح برخورد کنند – وجود نخواهد داشت.
انجام درست زمینکردن، باعث ایجاد یک مسیر کم امپدانس برای بارهای استاتیک جمعشده و شوکهای بوجود آمده توسط پدیدههای جوی و الکتریکی و خطاها بسمت زمین میشود. در نتیجه این اطمینان حاصل میشود که هیچ صدمه و آسیبی به تجهیزات حساس و نیز پرسنل، وارد نخواهد شد.
   سیستم زمین تجهیزات،‌ شامل چهار زیرسیستم میباشد که در زیر توضیح داده شده است :
زیرسیستم الکترود زمین : این زیرسیستم شامل شبکهای از میلههای الکترود زمین، ‌صفحهها و هادیهای اتصالدهنده آنها به یکدیگر است. مرجع زمین توسط الکترودهای مدفون در زمین- در محل سایت یا تاسیسات موردنظر- بدست میآید. زیرسیستم الکترود زمین، میتواند شامل قسمتهای زیر باشد : الف) یک سیستم شامل میلههای دفنشده که از داخل توسط سیمهای بدون عایق به هم متصل شدهاند. ب) سیستمهای لولهکشی فلزی مانند آب، گاز،‌ سوخت و ... که فاقد هرکونه عایقکاری در اتصالات مختلف آن میباشد. ج) صفحه زمین متشکل از سیمهای افقی مدفون.  
زیرسیستم حفاظت رعد و برق : این زیرسیستم برای تخلیه انرژی رعد و برق، یک مسیر با امپدانس پایین تا زمین تولید میکند. برای محافظت مناسب از یک ساختمان، برج و دکل در مقابل ضربات رعد و برق، از برقگیرهایی باید استفاده کرد که از هدایت الکتریکی کافی و قدرت مکانیکی مناسب جهت ایستادگی در مقابل ضربات وارد، برخوردار باشند. بین برقگیرها و زمین، باید یک مسیر با امپدانس پایین ایجاد شود.
زیرسیستم حفاظت خطا : این زیرسیستم شامل هادیهای زمین (معمولا سیمهای به رنگ سبز) میباشد که در سراسر سیستم توزیق توان قرار داده میشوند تا مسیرهای الکتریکی با ظرفیت کافی را به گونهای ایجاد کنند که دستگاههای حفاظتی مانند فیوزها و مدارشکنهای نصبشده، بطور سریع عمل کنند. زیر سیستم مربوطه، این اطمینان را بوجود میآورد که پرسنل از خطر شوک، مصون خواهند ماند. بعلاوه، تجهیزات نیز در مقابل صدمه و آسیبهای احتمالی، محافظت خواهند شد.
زیرسیستم مرجع سیگنال : این زیرسیستم، یک مرجع مناسب را برای تجهیزات الکترویکی و مخابراتی تامین میکند و بدین وسیله، اختلاف ولتاژ بین تجهیزات را حداقل میکند. این امر باعث کاهش شارش جریان بین تجهیزات و همچنین، ‌کاهش و یا از بین رفتن ولتاژهای نویز در مسیرها و مدارهای سیگنال سیگنال میشود.    
   هنگامی که خطایی در عایق هادی بکار برده شده در سیستمهای الکتریکی اتفاق افتد –  این خطا میتواند بر اثر کهنگی، عوامل خارجی و یا فشارهای الکتریکی و یا حرارتی بوجود آید – تعیین نقطه خطا و رفع آن امری واجب است. در سیستمهایی که فاقد مرجع زمین هستند، تعیین محل خطا امری مشکل است. شکل 1-1-a، این سیستم را نشان میدهد. ملاحظه میشود که بدلیل نبود حلقه هدایت زمین، نقطه خطا همچنان پنهان باقی میماند و محل آن تعیین نمیشود. حال اگر در این حالت، خطای دومی در همان خط و در محل دیگری از سیستم رخ دهد،‌ این امر باعث بروز اتصال کوتاه و شارش مقدار زیادی جریان خطا خواهد شد که توسط دستگاههای حفاظتی قابل تشخیص خواهد بود.
   برای تشخیص هر چه سریعتر اولین نقطه خطا – بدون اینکه منتظر بروز خطای دوم باشیم – یکی از قطبهای منبع را به زمین متصل میکنند . شکل 1-1-b، این موضوع را نشان میدهد. قطبی از منبع که به زمین متصل است، خنثی و قطب دیگر، خط نامیده میشود.
   باید توجه داشت که اتصال بین نقط خنثی و زمین، ‌تنها در محل منیع انجام میگیرد و جریان بازگشتی از سوی بار به سمت منبع، تنها از طریق سیم خنثی انجام میگیرد. هنگامی که خطایی رخ میدهد، جریان بسیار زیادی از طریق مدارهای الکتریکی و مسیر زمین، به سمت منبع باز میگردد و بسته به مقاومت زمین، میزان شارش جریان در این مسیر توسط دستگاههای حفاظتی قابل تشخیص است.
 
شکل1- 1 a:-خطا در سیستم زمین نشده، b-تاثیر زمین¬کردن نقطه خنثی

شکل 1-1 : a-خطا در سیستم زمین نشده، b-تاثیر زمینکردن نقطه خنثی.
   لذا یکی از مهمترین اهداف زمینکردن، فراهم نمودن امکان تشخیص خطا است. این امر از طریق ایجاد یک مسیر جهت شارش جریان خطا از محل بروز خطا و از طریق زمین به نقطه خنثی تولید صورت میگیرد.
   همانگونه که در شکل 1-1-b نشان داده شده است تنها منبع به زمین متصل شده و نقطه دیگری از سیستم به زمین متصل نشده است. باید توجه داشت که در سیستمهای عملی، بروز یک خطای عایقبندی،‌ به این معنا نیست که بصورت اتوماتیک یک اتصال زمین بوقوع بپیوندد. این امر زمانی میتواند بوجود آید که نقطه خراب شده و آسیب دیده، از طریق یک مسیر کم امپدانس به زمین متصل شود. این مسیر با استفاده از یک باس مرجع زمین در سمت مصرفکننده و اتصال کلیه چارچوبهای فلزی تمام تجهیزات الکتریکی به آن انجام میگیرد. روش کار، در شکل 1-2 نشان داده است.  
 
شکل1- 2 شارش جریان خطا در یک سیتم زمین¬شده


   در واقع بسیار مطلوب است که در یک تاسیسات ولتاژ پایین در سمت مصرفکننده، یک ترمینال زمین وجود داشته باشد که بصورت مستقیم به نقطه خنثی منبع متصل شده باشد. به این ترتیب این اطمینان حاصل میشود که یک مسیر کمامپدانس – که جرم زمین در آن وارد نمیشود – بوجود خواهد آمد. پیشبینی دقیق مقاومت جرم زمین، کار بسیار مشکلی است. در نتیجه بجز در سیستمهای ولتاژ بالا، تاکید بر آن است که یک اتصال مستقیم فلزی بین این دو نقطه ایجاد شود. باید توجه داشت که در سمت بار، بایستی نقاط خنثی و زمین از هم جدا باشند. یعنی همانطور که قبلا نیز اشاره شد، اتصال بین نقطه خنثی و زمین تنها در سمت منبع برقرار میباشد.
1-2- زمینکردن نقطه خنثی سمت منبع در یک سیستم قدرت
1-2-1- مقدمه
   زمین کردن نقطه خنثی سیستم تغذیه، دو عملکرد مهم انجام میدهد :
بوجود آوردن نقطه مرجع برای کل سیستم و ایجاد یک مسیر برای شارش جریانهای ناشی از خطا به سمت زمین و در نتیجه شناسایی محل وقوع خطا.
این عمل باعث میشود که هنگام اتصال بدنه فلزی با قسمتهای برقدار، هیچ حادثه ناگواری، پرسنل را تهدید نمیکند. برای انجام این کار، بدنه تمام تجهیزات را به هم اتصال میدهند و همگی را زمین میکنند تا پتانسیل بدنه تمام تجهیزات تقریبا با هم یکسان شود. (اختلاف موجود، ناشی از مقاومت زمین موجود بین اتصالات است).
   برای زمینکردن نقطه خنثی منبع، از روشهای مختلفی استفاده میشود که در شکل 1-3 نشان داده شده است.