• بازدید : 53 views
  • بدون نظر
این فایل در ۷۳صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

سيستم برقگير ميله اي از روشهاي سنتي براي مقابله با صاعقه است كه از زمان فرانكلين مورد استفاده بوده و بر اساس هدايت بار الكتريكي صاعقه به زمين عمل مي‌نمايد. صاعقه يكي از پديده هاي قدرتمند ومخرب دنياي طبيعي است كه سطح ولتاژ آن تا ۱۰۰ ميليون ولت در هر ضربه مي‌رسد. ضربات صاعقه به تجهيزات شبكه هاي قدرت يكي از عوامل جدي خطر و آسيب براي شركتهاي برق و مصرف كنندگان مي‌باشد. در بعضي از مناطق آمريكا بخصوص مناطق جنوب شرقي ، صاعقه يك پديده تقريباً روزانه است ، اما تابحال امكان پيش بيني و كنترل اين پديده وجود نداشته است. در سالهاي اخير فناوري پيش بيني و رهيابي توسعه يافته و شبكه ملي آشكار سازي صاعقه NLDN هنوز براي رهيابي صاعقه بيش از پيش تأكيد دارد زيرا اين امر مي‌تواند در شبكه هاي حمل و نقل هوايي ، دريايي و فضانوردي بسيار موثر واقع گردد
برق‌گير يا رساناي آذرخش
برق‌گيري يا رساناي آذرخش، ساختمان‌هاي بلند را از يورش آذرخش (صاعقه) مصون مي‌دارد. يك رساناي آذرخش ازيك نوار مسي كلفت تشكيل شده است كه نوك‌هاي فلزي تيزي دارند و در بالاي بلندترين قسمت ساختمان كار گذاشته مي‌شود. اين نوار را به تيغه فلزي بزرگي كه در اعماق مرطوب زمين زير ساختمان مدفون گشته است متصل مي‌كنند.
اين رسانا مسيري را براي شارش بار الكتريكي از بالاي ساختمان به زمين فراهم مي‌كند.
نشست تدريجي بار مثبت از نوكها (تخليه الكتريكي از نوك‌هاي تيز بهتر انجام مي‌شود) بسوي ابرها و شارش الكترونها از برق‌گير به زمين، از انباشته شدن انبوه بار روي بلندترين بخشهاي ساختمان جلوگيري مي‌كند. اگر اين تخليه الكتريكي از نوكها و از طريق برق‌گيري صورت نگيرد تخليه ناگهاني بار «آذرخش» صورت خواهد گرفت. شارش ناگهاني و بسيار عظيم بار كه آذرخش روي مي‌دهد آن قدر انرژي دارد كه مي‌تواند خسارتهاي جدي به ساختمان وارد كند.
ايمني از اصول مهم خلقت و راز دوام و بقاي جهان طبيعت است . حفاظت موجودات زنده كره زمين از پرتوهاي لايه ازن ، دفاع فيزيكي پوست بدن و مقابله شيميايي گلبولهاي سفيد خون در مقابل ميكروبهاي مضر ، از نمونه هاي پديده ، ايمني و حفاظت در آفرينش هستند . انسان متمدن امروز اين قانون طبيعي را در مهار نيروها و مصنوعات ماشيني خود تجربه نموده است . هر واحد صنعتي و شبكه برقي ، كه استفاده از سيستم ايمني و حفاظت را ناديده گرفته باشد ، دير يا زود از ميدان رقابتهاي صنعتي دنيا ، عقب مانده و از دور خارج مي شود . لذا با پيشرفت صنعت و پيچيدگي روز افزون تجهيزات و سيستم ها ، وجود قوانين و مقررات و همچنين تجهيزات لازم جهت رعايت موارد ايمني و حفاظـت ، از اهميـت بيشتري برخوردار ميشود . امروزه انرژي الكتريكي جاي خود را به عنـوان يك انرژي برتر تثبيت كرده است ، و با پيشرفت صنايع و كارخانجات و مصرف كننده ها ، لزوم افزايش توان انتقالي بيش از پيش شده است و اين خود مستلزم صرف هزينه ها و تجهيـزات لازم و كارآمد جهت ارائه خدمـات انتقال انرژي به صورت دائـم و مستمر و بدون خطر و با كيفيت مطلوب مي باشد . و اين مهم بدون حفاظت و مراقبت از تجهيزات و امكانات پرهزينه مورد بهره برداري در صنعت برق حاصل نمي شود . بيشتر تجهيزات به كار رفته در صنعت برق بويـژه پستها ، داراي هزينه بسيار بالايي هستند ، لذا آسيب ديدگي اين تجهيزات ازيكطرف موجب تحميل هزينه هاي سنگين بر صنعت برق مي شود و از طرف ديگر تامين انرژي الكتريكي مورد نياز مصرف كننده ها را دچار اشكال مي كند . اضافه ولتاژهايي نظير اضافه ولتاژ ناشي از رعد و برق ، كليد زني و اضافه ولتاژهاي موقت كه از بوجود آمدن آنها در سيستم به طور كامل نمي توان جلوگيري كرد موجب بروز مشكلاتي مي شونـد . اين گونه مشكـلات در نقاطي از شبـكه ، كـه سطـح عايـقي تجهيزات كمتر از مقدار اضافه ولتاژ باشد به وجود مي آيد . حال اگر از سطح عايقي بالا براي تجهيزات و سيستم استفاده كنيم ، مشكلاتي از جمله سرمايه گذاري زياد ، افزايش حجم تجهيزات و غيره را به دنبال خواهد داشت . لذا براي كاهش سطح عايقي تجهيزات و كم كردن هزينه ، بايستي اضافه ولتاژها را كنترل و به زمين هدايت نمود . اين كار با استفاده از تجهيزاتي همچون برقگيرها محقق مي شود . از طرف ديگر نصب برقگيرها در شبكه ها نياز به آشنايي كامل با انواع برقگيرها ، بررسي و تحليل اصول كار و ساختمان آنها ، عوامل موثر در بروز اشكال در اين تجهيزات و نحوه انتخاب و محل نصب آنها مي باشد . با پيشرفت تكنولوژي ساخت مقاومتهاي وابسته به جريان ، بتدريج مقاومتهايي ساخته شده كه در ولتاژ نامي جريان اندكي از خود عبور مي دهند . با ساخت اين مقاومتها گام بزرگي در جهت كنترل اضافه ولتاژهاي شبكه اعم از تخليه جوي ، ولتاژهاي موقت و كليد زني برداشته شد . اين تجهيزات هر چند وظيفه حفاظت شبكه در مقابل اضافه ولتاژها را دارند ولي بروز اشكال در اين تجهيزات علاوه بر هزينه بالا جهت تهيه و نصب آنها ، همواره شبكه هاي توزيع و انتقال كشور را ساعت ها به حال خاموشي فرو برده اند كه در پاره اي از موارد خسارت وارده از اين ناحيه خيلي بيشتر از هزينه نصب و نگهداري اين ادوات مي باشد . طرز كار و ساختمان برقگيرهاي فشار قوي در طي دو دهه اخير با دگرگوني و تحول كامل روبرو شده است . نوع ابداع شده خصوصيات كاملاً متفاوت از نوعهاي گذشته را دارا مي باشد . در حال حاضر ساخت نوع قديم منسوخ گشته ، كليه كارخانجات سازنده به تدريج و در طي دو دهه ، از سال ۱۹۸۰ خط توليد خود را به نوع جديد تغيير داده اند . 
ساخت و استفاده از برقگيرهاي نوع جديد در حالي معمول گشته است كه بسياري از خصوصيات و پديده هاي اين نوع برقگيرها به طور دقيق و روشن شناخته نبوده ، دستورالعمل هاي انجام آزمايشات و انتخاب آنها در استانداردهاي مختلف كاملاً قطعي نمي باشد .
ضرورت استفاد ه از برقگيرها
معمولاً وقتي درباره يك سيستم برق رساني مي انديشيم ، اجزاي چشمگير آن ، از قبيل نيروگاههاي بزرگ ، ترانسفورماتورها ، خطهاي فشار قوي و غيره به ذهنمان مي آيند . در عين حال كه اين اجزاء قسمت اصلي يك سيستم برق رساني را تشكيل مي دهند ، بسيار اجزاي ضروري و جالب نيز در سيستم وجود دارند . از جمله سيستم حفاظت و ايمني ، كه وجود آنها در يك سيستم لازم و ضروري مي باشد . 
اساس كار دستگاه LCM آناليز هارمونيك سوم موجود در جريان نشتي پيوسته برقگير است.برخلاف سيستم هاي اندازه‌گيري موجود كه بر اساس آناليز هارمونيكها است ، LCM به هارمونيكهاي موجود در ولتاژ سيستم حساس نيست ، زيرا با استفاده از يك پروب ميدان الكتريكي كه بر روي فلنج انتهايي برقگير تحت آزمايش بسته مي‌شود هارمونيكهاي موجود در ولتاژ سيستم بوسيله پروب ميدان جدا شده و خنثي مي‌شوند. بنابراين نتايج اندازه گيري كاملاً مستقل از هارمونيكهاي موجود در ولتاژ سيستم است. رابطه بين هارمونيك سوم جريان و اندازه مولفه مقاومتي جريان با اندازه گيري هاي انجام شده روي انواع مختلف وريستورهاي  ZnO به اثبات رسيده است. با لحاظ كردن اين رابطه در روش اندازه گيري LCM مستقيماً به صورت مولفه مقاومتي جريان نشتي برقگير نشان داده مي‌شود. 
تاثيرات جريان نشتي خارجي ( از روي بدنه برقگير ناشي از وجود آلودگي روي آن)حذف شده و خطاي قابل ملاحظه اي بر روي مقدار متوسط جريان نشتي اندازه گيري شده ايجاد نخواهد شد.
سيستم هاي حفاظت صاعقه به دو گروه تقسيم بندي مي‌شوند : 
۱ـ جمع آوري ضربه هاي صاعقه. 
۲ـ پيش بيني ضربه هاي صاعقه.
ميله هاي برقگير فرانكلين به عنوان جمع كننده محسوب مي‌شوند بدين صورت كه ضربه هاي صاعقه را در مجاورت خود جذب مي‌نمايند. سيستم انتقال بار CTS يك سيستم جلوگيري كننده است و مانع از پيشروي جرقه هاي صاعقه مي‌گردد. 
بعبارتي ديگر ارزيابي مكانيزم عملكرد سيستم DAS نشان مي‌دهد كه اين سيستم بطور ساده همان نظريه رد شده فرانكلين براي ميله هاي برقگير است كه با خنثي نمودن بار الكتريكي ابرهاي صاعقه اي از تشكيل صاعقه جلوگيري مي‌نمود. اگر چه اين ميله ها احتمال ضربه ها را كاهش مي‌دهنداما اين اثر غيرقابل پيش بيني است براي اينكه بتوان نتايج سيستم هاي DAS ,  CTS را در حفاظت صاعقه ارزيابي نموده و در مورد وسعت محدوده قابل حفاظت تصميم گيري نمود لازم است كه درباره اثرات فن آوري اين دو سيستم اندازه گيري هاي سازمان يافته و علمي‌انجام دهيم. 
بعضي از مشتريهاي استفاده كننده از فن آوري CT راضي هستند به طوري كه در جنوب شرق آمريكا مشكلات متعددي در خصوص رعد و برق هست و كاربرهاي اين سيستم . استفاده از آن را مورد تاكيد قرار داده اند. شركت برق Auburndale داراي ژنراتورهاي بوده و در منطقه اي قرار گرفته كه ميزان صاعقه در آن بالاست ودستگاهها بايستي ۴تا۶ صاعقه سنگين را در روز تحمل نمايندكه در بعضي موارد به خاموشي هاي ۱۲ تا ۲۴ ساعته منجر شده است. پس از استفاده از سيستم DAS براي مهار كردن (محدودسازي ) جريانهاي صاعقه در سال ۲۰۰۰ فقط يكبار در طول طوفانها و صاعقه خاموشي داشته اند و مهندسين اتاق كنترل از اين موضوع متعجب شده اند كه صدمه اي به دستگاهها وارد نشده است. آنها مصمم هستند كه دستگاههاي بعدي را نيز به سيتم DAS مجهز نمايند تا تعداد ضربه هاي صاعقه را از ۶ به يك كاهش دهند .چنين تجربه مشابهي نيز در Lexington كه منطقه پر صاعقه اي است نيز اتفاق افتاده است. 
در آنجا نيز با استفاده از سيستم DAS هزينه هاي سنگين صدمه ديدن تجهيزات بواسطه صاعقه را كاهش داده اند و از كاربرد اين سيستم راضي هستند. در گزارش Ayers امده است كه قبل از استفاده از اين سيستم صدمات ناشي از صاعقه در طول يك دوره پنج ساله بين ۲۵/۱ تا ۵/۱ ميليون دلار بوده حال آنكه پس از استفاده از سيستم DAS اين رقم به ۵۰۰۰ دلار كاهش يافته است. 
اما كارايي فناوري انتقال بار صاعقه ،بحث انگيز بوده ونظر منتقدين بر اين است كه اين سيستم مانع از وقوع صاعقه نمي‌شود ضمن اينكه هزينه نصب آن نيز گران است اين اختلاف نظرها ادامه داشته تا اينكه در سالهاي اخير انجمن IEEE تصميم گرفت كه يك استاندارد براي سيستمهاي انتقال بار صاعقه ارائه نمايد. 
به طور خلاصه اين سيستمها در مقابل ضربه هاي صاعقه نمي‌توانند به طور كامل عمل حفاظت را انجام دهند زيرا روش معيني براي اندازه گيري يا اثبات درستي كار اين دستگاه ها وجود ندارد. البته خبرهاي دريافت شده از مشتريهاي كاربرد اين تجهيزات هنوز جالب است. منتهي خود مهندسين برق سيستمهاي قدرت هستندكه بايد از دستگاههاي خود در مقابل صاعقه حفاظت و مراقبت بنماينداگر چه اين كار با اطمينان كامل، دست نيافتني است، لذا آنها بايد تلاش كنند تا ضربه هاي صاعقه تا حد امكان كاهش يابد كه در اين راه سيستم DAS يا CTS مي‌تواند به آنها كمك كند.  
بررسي برقگيرهاي اكسيد فلزي در حالت بهره برداري عادي
عملكرد صحيح برقگيرها براي داشتن قابليت اطمينان بالا در سيستم هاي انتقال فشار قوي و توزيع بسيار حائز اهميت است. 
در مورد برقگيرهاي اكسيد فلزي  ( Metal Oxide  Surge  Arrester) وضعيت آنها را با استفاده از دستگاه نشان دهنده جريان نشتي LCM[1]  در حين كار مي‌توان وارسي نمود. اين وسيله اطلاعات مهمي‌را در مورد قابليت اطمينان عملكرد برقگير در اختيار استفاده كننده قرار مي‌دهد. از آنجا كه LCM در برابر شرايط جوي كاملاً محافظت شده است ، مي‌تواند براي اندازه گيري جريان نشتي براي مدت طولاني نيز مورد استفاده قرار گيردو با استفاده از آن يك فرصت مناسب براي بدست آوردن تاثيرات هرگونه شرايط گذرا بر ميزان مولفه مقاومتي جريان نشتي به دست آيد. 
مقادير اندازه گيري شده يا از روي صفحه نمايش خوانده شده يا با كامپيوتر شخصي ( PC ) براي نسخه برداري يا نمايش گرافيكي فرستاده مي‌شود. در حالت مونتورينگ بلند مدت ،مقدار متوسط مولفه جريان مقاومتي در هر دقيقه ، ساعت ، روز ، ماه و سال در حافظه LCM ذخيره مي‌شود. 
روش كار 
برقگير اكسيد فلزي بطور پيوسته جريان نشتي كوچكي را عبور مي‌دهد .مولفه مقاومتي اين جريان نشتي زماني كه تنش هاي متفاوتي به برقگير اعمال مي‌شود افزايش مي‌يابد كه اين باعث فرسودگي ودر نهايت سبب معيوب شدن برقگير مي‌شود. اندازه گيري مولفه مقاومتي جريان نشتي پيوسته ،روش دقيقي براي چك كردن وضعيت برقگير در حال كار به دست مي‌دهد. 
سيستمهاي حفاظتي جايگزين بجاي روش سنتي ميله هاي برقگير ، سيستم انتقال بار الكتريكي CTS[2]  وسيستم استهلاك بار الكتريكي DAS[3] ميباشند. اصول كار سيستمهاي انتقال بار الكتريكي CTS بر طبق نظر جري كر و كولوبلدر كه از صاحبنظران موضوع صاعقه هستند بر اين استوار است كه يك نقطه تيز با ميدان الكترواستاتيكي قوي مي‌تواند الكترونهايي از مولوكولهاي هواي اطراف را كه يونيزه شده اند هدايت نمايد. پتانسيل اين نقطه بيش از ۱۰ كيلوولت نسبت به نقاط اطراف مي‌باشد.
سيستم DAS از هزاران نقطه تيز تشكيل گرديده كه بر روي سازه اي نصب مي‌شوند و در شرايط ابري و طوفاني نقاط يوني فراواني در فضا ايجاد نموده و بدين ترتيب احتمال تشكيل مسيرهاي جريان بار صاعقه را كاهش مي‌دهند. در واقع سيستم DAS بعنوان يك محدودساز ميدان الكتريكي عمل مي‌نمايد. 
 انتخاب مشخصات مناسب برقگيرها
انتخاب برقگيرها و تعيين مشخصات مناسب آنان با توجه با خصوصيات شبكه و سطح ايزولاسيون داخلي تجهيزات فشار قوي صورت مي پذيرد. برقگيرها به منظور محافظت ايزولاسيون داخلي در قبال ولتاژهاي موجي تخليه جوي و قطع و وصل به كار برده مي شوند. به همين علت ضروري خواهد بود منحني ولت- ثانيه يا ولتاژ قابل تحمل ايزولاسيون داخلي تجهيزات فشار قوي در قبال ولتاژهاي موجي و بخش ثابت و مشخص منحني فوق تحت عنوان BIL، همچنين دامنه اضافه ولتاژهاي تخليه جوي و قطع و وصل ظاهر شده در شبكه بدون وجود برقگير و ساير خصوصيات شبكه از جمله دامنه اضافه ولتاژهاي موقت و نسبت هاي   و   و غيره در دسترس باشند. تعريف ايزولاسيون داخلي و خارجي در تجهيزات فشار قوي و روش رسم منحني ولت- ثانيه و سطح قابل تحمل BIL و سطح محافظت P.L به طور مشروح در فصل هفتم كتاب: «ايزولاسيون و طرح ايستگاه هاي فشار قوي» آورده شده است كه مي توانند مورد مطالعه قرار گيرند.
تعاريف لازم به منظور انتخاب مشخصات مناسب برقگيرها
طبق آنچه كه در فصل قبل بررسي نموديم برقراري شرايط تخليه در برقگيرها بر طبق منحني ولت-آمپر غيرخطي مقاومت ها صورت مي پذيرد. بخشي از منحني فوق به طور مداوم تحت ولتاژ فركانس ۵۰ واقع بوده، جريان ناچيز فركانس ۵۰، تحت عنوان جريان نشتي به طور دائم در مقاومت ها برقرار مي باشد. در بخش فوق ولتاژ واقع بر برقگير همواره كمتر از ولتاژ مبنا بوده،   مي باشد. بخش ديگر منحني به منظور برقراري بارهاي تخليه جوي به زمين به كار مي رود. شرايط برقراري جريان در اين بخش ها تنها در قبال ولتاژهاي تخليه جوي و قطع و وصل براي فاصله زماني كوتاه چند ميكروثانيه تا چند ميلي ثانيه فراهم مي شود. در اين بخش از منحني   مي باشد. هنگامي كه جريان نشتي فركانس ۵۰ همواره در فاصله A، و جريان موجي كوتاه مدت همواره در فاصله B شكل ۲-۱ برقرار شوند، كار برقگير ايده آل بوده، عمر و دوام آن حداكثر خواهد بود. به عبارت ديگر جريان نشتي و تغييرات قابل ملاحظه آن در قبال اضافه ولتاژهاي موقت (فركانس ۵۰) از محدوده A تجاوز ننمايد. بخش A يا ناحيه جريان هاي نشتي به عنوان ناحيه جريان هاي كم اصطلاحاً Low Current Region و بخش B  به عنوان ناحيه جر يان هاي موجي اصطلاحاً ناحيه جريان هاي بالا يا High Current Region ناميده مي شود.
در عمل و در طي بهره برداري تفكيك دقيق جريان هاي برقرار شده در برقگير در شرايط گوناگون كار شبكه، به شرح فوق، امكان پذير نمي باشد. به منظور جلوگيري از برقراري جريان هاي نشتي فركانس ۵۰ در ناحيه B، منحني مشخصه ولت-آمپر مقاومت ها به طور مناسب انتخاب مي شود آنچنانكه نقطه كار برقگير در طي بهره برداري و در قبال ولتاژهاي فاز-زمين فركانس ۵۰ هيچگاه از ناحيه A فراتر نرود. براي اين منظور كليه اضافه ولتاژهاي موقت كه در طي بهره برداري ظاهر مي شوند، برآورده شده، بالاترين مقدار آنان بر نقطه شكست منحني و يا نقطه Reference منطبق مي شود. كارخانجات سازنده در كليه رديف ولتاژهاي اسمي، برقگيرها با منحني هاي مشخصه متفات را طبق استاندارد توليد مي نمايند، كه تفاوت ناچيز بالغ بر kv5-3 را با يكديگر دارا مي باشند.نقاط شكست و نقاط Reference  منحني ها نيز تفاوت مشابه را با يكديگر دارا ي باشند. با توجه به دامنه اضافه ولتاژهاي موقت شبكه، منحني ولت-آمپر مناسب مقاومت ها منطبق با آنان انتخاب مي شوند. آنچنانكه پيك ولتاژ سينوسي اضافه ولتاژدر مجاور نقطه Reference، به ميزان kv3-2 كمتر از آن واقع شود.
به منظور تأمين شرط فوق دو تعريف زير در استاندارد IEC صورت گرفته است:
۱- ولتاژ اسمي برقگير و انتخاب مناسب آن
۲- ولتاژ دائم واقع بر برقگير و انتخاب مناسب آن
عليرغم پيش بيني هاي فوق احتمال افزايش ولتاژ فركانس ۵۰ شبكه به صورت اتفاقي و پيش بيني نشده همواره موجود بوده، نقطه كار برقگير تا بيش از نقطه Reference جابجا مي شود كه با جريان قابل ملاحظه از نوع اكتيو همراه بوده، به علت افت حرارتي بالا، درجه حرارت مقاومت ها را تا مقدار خطرناك فزوني مي بخشد. نظير اضافه ولتاژهاي ناشي از پديده رزنانس و فرو رزنانس.
  • بازدید : 51 views
  • بدون نظر
این فایل در ۲۵صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

تئوري الكتروني اتم
اتم از ذرات كوچكتري به نامهاي الكترون-پروتون ونوترون تشكيل شده است كه الكترونها داراي بارمنفي،پروتونها داراي بار مثبت ونوترونها بدون بارند تعداد الكترونها و پروتونهاي يك اتم در حالت عادي برابرند پس بار اتم در حالت عادي برابر صفر است
توليد الكتريسته بروش مالش
اگر يك ميله شيشه اي را به پارچه ابريشمي مالش دهيم هردوجسم الكتريسيته دار مي شود زيرا شيشه تعدادي الكترون از دست مي دهد و پارچه الكترون مي گيرد پس شيشه داراي بار مثبت و پارچه به همان مقدار داراي بار منفي مي گردد بار ايجاد شده در شيشه و پارچه در محل تماس باقي مي ماند
اجسام رسانا و نارسانا
بعضي از اجسام مانند فلزات كه الكتريسته را به خوبي از خود عبور مي دهند رسانا ناميده مي شود در اين اجسام الكترونهاي آزاد اتم براحتي در شبكه بلوري جسم حركت مي كنند و عمل رسانايي را انجام مي دهند اجسامي كه الكترونهاي آزاد براي هدايت الكتروني ندارند و نمي توانند الكتريسيته را ازخود عبور دهند نارسانا يا عايق ناميده ميشود 
پخش بار الكتريكي در اجسام رسانا
اگر جسم رسانايي بر روي پايه عايقي قرار گيرد و در اثر مالش باردار شود بار توليد شده در آن در سطح خارجي پخش مي شود طوريكه در لبه ها و قسمتهاي نوك تيز چگالي سطحي بار بيشتر از ساير قسمتها مي باشد
چگالي سطحي
مقدار بار الكتريكي موجود در واحد سطح را چگالي سطحي مي نامند
مساحت خارجي جسم/مقدار بار = چگالي سطحي
 
 
اثر بارهاي الكتريكي بر يكديگر و قانون كولن
دو بار همنام يكديگر را دفع و دو بار غير همنام يكديگر را جذب مي كنند مقدار نيروي دافعه و جاذبه طبق قانون كولن با حاصلضرب اندازه بارها نسبت مستقيم وبا مجذور فاصله دو بار نسبت عكس دارد و به جنس محيط نيز بستگي دارد
 
 
ميدان الكتريكي
قسمتي از فضاي اطراف يك بار الكتريكي را كه در آن آثارجاذبه و دافعه الكتريكي وجود دارد ميدان الكتريكي مي نامند
شدت ميدان الكتريكي 
شدت ميدان الكتريكي  در هر نقطه برابر است با نيروي وارد بر واحد مثبت الكتريكي واقع در آن نقطه
 
 
شدت ميدان حاصل از يك بار نقطه اي
 
بار نقطه اي  q
در نقاطي به فاصله r
تعيين جهت ميدان الكتريكي در هر نقطه
در هر نقطه از ميدان الكتريكي براي تعيين جهت ميدان مي توان بار مثبت آزمون را در آن نقطه فرض كرده جهت نيروي وارد بر آن را تعيين كرد كه همان جهت ميدان است
خطوط ميدان 
خطوطي فرضي هستند كه در هر نقطه مماس بر بردار شدت ميدان آن نقطه مي باشد و جهت آن جهت ميدان را در هر نقطه نشان مي دهد
ميدان حاصل از چند بار نقطه اي
ميدان حاصل از دو يا چند بار نقطه اي عبارتست از بر آيند ميدانهاي حاصل از بارها در هر نقطه
شدت ميدان در يك جسم هادي باردار
در يك جسم هادي باردار شدت ميدان در تمام نقاط داخلي و سطح خارجي هادي برابر صفر است ولي در نقاط خارج از جسم ميدان وجود دارد
ميدان الكتريكي يكنواخت
ميداني است كه در آن شدت ميدان چه از لحاظ مقدار وچه از لحاظ امتداد و جهت ثابت باشد مانند ميدان الكتريكي دو صفحه موازي نزديك بهم
اختلاف پتانسيل بين دو صفحه v
   d  فاصله بين آنها   
 
  
 
اختلاف پتانسيل 
اختلاف پتانسيل الكتريكي عامل برقراري جريان از نقطه اي به نقطه ديگر است كه همواره جريان از پتانسيل زياد به پتانسيل كم برقرار است
پتانسيل صفر
در هر ميدان الكتريكي نقطه اي بعنوان پتانسيل صفر يا زمين الكتريكي تعريف مي شود كه پتانسيل نقاط ديگر نسبت به آن نقطه سنجيده مي شود 
تعريف پتانسيل يك جسم بار دار
پتانسيل هر نقطه عبارتست از مقدار انرژي لازم براي ابتقال واحد بار مثبت از زمين (پتانسيل صفر)به آن نقطه
      q انتقال بار از زمين 
     w   انرژي لازم 
   v      اختلاف پتانسل 
 
 

پتانسيل مثبت ومنفي
با وصل نقطه بارداري به زمين بار مثبت از نقطه به زمين منتقل شود  پتانسيل آن مثبت است و اگر از زمين به جسم منتقل شود پتانسيل آن منفي است بعبارت ديگر اگر براي انتقال واحد بار مثبت از زمين به جسمي كار مثبت انجام شود(انرژي بدهيم)پتانسيل آن جسم مثبت است و اگر كار منفي انجام شود (انرژي بگيريم) پتانسيل جسم منفي است

تغييرات انرژي پتانسيل
اگر در يك ميدان پتانسيل تغييري در جهت خواسته ميدان انجام شود انرژي توسط ميدان آزرد مي شود يعني انرژي داخلي آن كاهش مي يابد ولي اگر در خلاف جهت خواسته ميدان تغييري صورت گيرد انرژي داخلي آن افزايش مي يابد
    پتانسيل نقاط اطراف بار نقطه اي
بر حسب تعريف، پتانسيل نقاط واقع در بي نهايت دور از بار نقطه اي را صفر فرض مي كنيم و پتانسيل هر نقطه از فرمول زير بدست مي آيد
 
توجه :پتانسيل بر خلا ف شدت ميدان الكتريكي كميتي اسكالر و داراي مقدار مثبت، منفي و يا صفر است
پتانسيل يك جسم هادي باردار 
در تمام نقاط داخلي و سطح خارجي يك جسم هادي باردار پتانسيل يكسان است
  R شعاع کره بار دار  

  و در نقاط خارج کره باردار پتانسيل از رابطه زير به دست ميآيد 
 
خازن
وسيله اي است برا ذخيره بار الكتريكي كه تشكيل شده است از دو صفحه رسانا كه به موازات هم قرار گرفته ودر فضاي بين دو صفحه عايق و يا دي الكتريك مناسب قرار مي دهند تا دو صفحه با هم تماس نداشته باشند خازن در دو وضعيت مي تواند وجود داشته باشد 
الف- خازن خالي يا دشارژ، يعني دو صفحه خازن خنثي بوده و بدون بار باشد
ب – خازن پر بوده يعني در صفحات آن دو نوع بار مساوي ولي مخالف وجود دارد در اين وضعيت گفته مي شود كه خازن شارژ است
براي پر كردن خازن كافي است دو خوشن آن مستقيما و يا به صور غير مستقيم به دو قطب پيلي متصل شود جوشني كه به قطب مثبت وصل است داراي بار مثبت و جوشني كه به قطب منفي وصل است داراي بار منفي مي گردد 
يك روش براي شارژ كردن خازن به طور غير مستقيم است
در اين حالت خازن را در مداري به  يك مولد وصل مي كنيم به محض آن كه كليد وصل مي شوددر يك لحظه مشاهده مي شود كه شدت جريان به حداكثر مي رسد كه آمپر سنج آن را نشان مي دهد سپس ملاحظه مي شود كه با گذشت زمان هر چند كيد وصل است ولي شدت جريان شروع به كم شدن مي كند تا جايي كه به صفر مي رسد(خيلي خيلي كم مي شود) 
شدت جريان
مقدار الکتريسيته اي که در واحد زمان از مداري مي گذرد شدت جريان ناميده مي شود و واحد آن آمپر است
تعريف آمپر
يک آمپر بزرگي جريان الکتريکي در مداري است که در يک ثانيه يک کولن بار الکتريکي از مقطع مدار شارش مي کند
مقدار الکتريسيته
    در زمان    t   شدت جريان   I

 
مقاومت الکتريکي
در دماي ثابت نسبت اختلاف پتانسيل دو سر سيم به جرياني که از آن عبور مي کند مقاومت الکتريکي سيم مي نامند ( قانون اهم)
 
يک اهم
يک اهم مقاومت سيمي است که اگر اختلاف پتانسيل ۱ ولت  در دو سر آن بر قرار شود جريان ۱ آمپر از آن عبور مي کند
اثر دما بر مقاومت الکتريکي
افزايش دما مقاومت الکتريکي هادي هاي فلزي را افزايش و مقاومت هادي هاي غير فلزي  ونيمه هادي ها را کاهش مي دهد
 
ضريب ازدياد گرمايي مقاومت   
 مقاومت در صفر درجه سلسيوس   R0
   مقاومت در دماي       R
براي فلزات مثبت وبراي غير فلزات منفي است   
       نيروي محرکه
  نيروي محرکه ي مولد مقدار انرژي است که مولد به يکاي بار الکتريکي مي دهد تا بتواند در مدار شارش پيدا کند
 =u/q
   u        انرژي مولد که به بار داده مي شود    
q         مقدار بار الکتريکي
           نيروي محرکه مولد بر حسب ولت
       مولد انرژي را به بار مي دهد تا از پايانه منفي به پايانه مثبت منتقل مي شود مولد مانند يک پمپ آب است که آب را در مدار از پايين دست به بالا دست جا بجا مي نمايد عمل مي کند 
     هر مولد داراي مقاومت دروني است که در واقع مقاومت مولد در مقابل جريان است و آن را با
  r    نشان مي دهند
      قانون اهم در مدار جريان پيوسته
    اختلاف پتانسيل دو سر يک مقاومت از رابطه   v=RI بدست مي آيد
     اختلاف پتانسيل دو سر يک مولد از رابطه   v=E-rI بدست مي آيد که   rI را افت پتانسيل داخلي   مولد مي نامند
محاسبه اختلاف پتانسيل بين دو قطعه از مدار
در يک مدار الکتريکي اختلاف پتانسيل بين دو نقطه از مدار بر اساس اجزاي تشکيل دهنده ي مدار محاسبه مي گردد براي محاسبه از يک نقطه از مدار در يک جهت روي مدار حرکت مي کنيم به ازاي هر جزء از مدار تغيير پتانسيل را محاسبه مي کنيم تا نقطه دوم سپس اختلاف پتانسيل بين دو نقطه را به دست مي آوريم
  • بازدید : 32 views
  • بدون نظر
این فایل قابل ویرایش می باشد وبه صورت زیر تهیه شده وشامل موارد زیر است:

اندازه گيري ولتاژ يك سيستم قدرت داراي اهميت بالايي است . دانستن مقدار ولتاژ براي محاسبه مقدار توان سيستم ، حفاظت و موارد ديگر لازم است . در حال حاضر در شبكه هاي قدرت اندازه گيري ولتاژ توسط ترانسفورماتور ولتاژ القايي يا خازني صورت مي گيرد . در چند سال اخير ترانسفور ماتورهاي ولتاژ نوري در موارد زيادي جايگزين ترانسفور ماتورهاي معمولي شده است .
براي اندازه گيري ولتاژ به كمك المانهاي نوري ، مي توان  از دو اثر كر و پاكلز بهره برد . همانطور كه مشاهده شد اثر كر با مجذور ميدان الكتريكي و اثر پاكلز با توان  اول ميدان رابطه دارد . اين تفاوت باعث شده كه در ساخت ترانسفورماتور ولتاژ نوري بيشتر از اثر پاكلز استفاده شود . در ادامه هر دو اين اثرها را به طور كاملتر بررسي كرده و مشخصات ترانسفور ماتور ولتاژي كه بر اساس هر يك از اين اثرها ساخته مي شود بدست آورده و با يكديگر مقايسه مي شوند . همچنين مشخصات و كارايي اين ترانسفور ماتورها بيان مي شود . ( در اينجا از OPT به جاي ترانسفور ماتور ولتاژ نوري استفاده مي شود ) .
OPT براساس اثر كر
مطابق اثر كر، اگر يك  پرتو نور خطي به ماده اي كه اثر كر دارد و در يك ميدان الكتريكي قرار گرفته است بتابد ، تاخير فاز بين پرتو ورودي و خروجي ايجاد مي شود كه برابر است با : 
             ( 6-1 )                                                           
    كه در اين رابطه ،   ولتاژ اعمال شده ،  فاصله بين دو الكترود توليد كننده ميدان ،  طول مسير نور در ماده كر و   ضريب كر است . در مودر اثر كر ، ميدان الكتريكي بايد بر جهت انتشار عمود باشد . حال اگر بتوان به طريقي مقدار را اندازه گرفت ، در آن صورت ولتاژ اعمال شده به ماده كر مشخص مي شود . براي بدست آوردن  سيستم مدولاسيون شدت نور انتخاب مي گردد . براي بدست آوردن رابطه تئوري بين شت نور خروجي از سيستم كر و زاويه   ، روش مولر بكار گرفته مي شود . سيستم كري كه در اينجا استفاده مي شود متشكل از دو قطبشگر و يك سلول كر ( ماده اي كه از خود اثر كر نشان مي دهد ) است . اگر زاويه محور قطبشگر اول نسبت به جهت انتشار نورº ۱۳۵ و زاويه قطبشگر دوم يا آناليز كنندهº ۴۵باشد (اختلاف زاويه بين محورانتقالشانْ۹۰ مي شود) بردار‌‌‌‌‌‌‌‌‌  پرتو نور خروجي با توجه به محاسبات ماتريسي مولر كه در ضميمه توضيح داده شده است برابر است با : 
                      ( 6-2 )                                                 
كه   برابر نور غير پلاريزه ورودي است كه همراه باماتريسهاي قطبشگر و كر در ضميمه دو معرفي شده اند . با انجام محاسبات رابطه ۶-۲ بردار نور خروجي از سيستم كر برابر است با :
                      ( 6-3 )                                                          
بنابراين شدت نور خروجي از قطبشگر دوم برابر مي شود با : 
             ( 6-4 )                                                                 
 كه  شدت نور ورودي يا ماكزيمم شدت نور است . اگر  را از معادله ۶-۱ در معادله ۶-۴ جايگذاري كنيم داريم : 
             ( 6-5 )                                                          
اين معادله را مي توان به صورت زير هم نوشت : 
                      ( 6-6 )                                                        
كه :        ( 6-7 )                                                         
 ضريب سلول كر ناميده مي شود كه به ضريب كر و ابعاد هندسي سلول بستگي دارد . با توجه به رابطه ( ۶-۷ ) ، مشاهده مي شود كه شدت نور خروجي با ولتاژ رابطه غير خطي دارد .  در شكل ۶-۱ الف رابطه بر حسب ولتاژ براي يك سلول كر كه از ماده نيتروبنزن با طولmm30 و پهناي mm10 ساخته شده است  ، نشان داده شده است . از اين شكل هم غير خطي بودن خروجي نسبت به ولتاژ اعمال شده كاملاً مشخص است . به علاوه چون ثابت كر نيتروبنزن خيلي كوچك است ( به طور كلي ثابت كر اكثر مواد خيلي كوچك است ) ، در ولتاژهاي پايين شدت نور خروجي درحد صفر است . بنابراين استفاده اثر كر براي ساخت  OPTچندان مناسب نيست .
اگر در آرايش سيستم كر اصلاحاتي صورت گيرد و يك تيغه ربع موج در يك طرف سلول كر با زاويه هاي ۹۰ درجه قرار داده شود ، شدت نور خروجي با  رابطه اي تقريباً خطي پيدا مي كند كه به صورت زير است :
             ( 6-8 )                                                    
اما باز هم شدت نور با ولتاژ رابطه غير خطي دارد . در شكل ۶-۱ ب ، رابطه در سيستم اصلاح شده برحسب ولتاژ رسم شده است . از  شكل مشخص مي شود كه  سيستم كر كاملاً غير خطي است و حتي در ولتاژ هاي كم ، توان خروجي از سيستم ، حالت تناوبي به خود مي گيرد كه در اينصورت تشخيص كار سختي است . 

۶-۲-OPT  بر اساس اثر پاكلز
همانطور كه ديده شده اثر كر با ولتاژ رابطه غير خطي دارد و نيز ثابت كر اكثر مواد خيلي كوچك است كه باعث مي شود در ولتاژهاي كم دقت OPT افت كند و با توجه به اين مشكلات استفاده از اثر پاكلز مناسب است زيرا اين اثر با توان اول ولتاژ رابطه دارد . در حال حاضر ، اكثر OPTها بر اساس اثر پاكلز طراحي مي شوند . در ادامه اين بخش ، اين نوعOPT به طور كامل بررسي مي شود .

۶-۲- ۱- اصول كار OPT
اساس كار تقريبا تماميOPT هاي موجود بر اثر پاكلز بنا نهاده شده است كه در فصل ۵ به طور كامل توضيح داده شد . در اينجا براي يادآوري به طور خلاصه اين اثر شرح داده مي شود . مطابق اثر پاكلز ، اگر يك ماده در ميدان الكتريكي قرار بگيرد پديده دو شكستي در آن ظاهر مي شود . در اثر ايجاد پديده دو شكستي ، نور ورودي به دو پرتو نور خطي عمود بر هم تبديل مي شود كه داراي سرعتهاي متفاوت هستند . بدليل اختلاف سرعت بين دو پرتو خروجي ، اختلاف فاز بين آنها بوجود مي آيد كه مطابق رابطه زير با ميدان الكتريكي و در نتيجه ولتاژ رابطه مستقيم دارد :
             ( 6-9 )                                                       
كه   ضريب شكست ماده ،   ثابت پاكلز ،  طول موج نور و  ولتاژ توليد كننده ميدان الكتريكي و   ولتاژ نيم موج است . در اينجا فرض شده است كه ميدان توسط دو الكترود تخت ايجاد مي شود و ميدان در راستاي مسير انتشار نور است . اگر ميدان در راستاي مسير نور نباشد مقدار  به طول سلول وابسته مي شود . حال اگر بتوان اين اختلاف فاز ايجاد شده را به طريقي اندازه گرفت ولتاژ اعمال شده به الكترودها براحتي محاسبه مي شود . براي انجام اين كار مي توان از سيستم مدولاسيون شدت نور بهره برد .

۶-۲-۲- سيستم مدولاسيون شدت نور در OPT
            يكي از روشهاي متداول براي بدست آوردن اختلاف فاز ايجاد شده توسط اثر پاكلز استفاده از سيستم مدولاسيون شدت نور است . اين سيستم شدت نور خروجي از سلول پاكلز را به اختلاف فاز ايجاد شده ربط ميدهد و سپس با پردازش شدت نور خروجي از سيستم ، ولتاژ معين مي شود . در شكل ۶-۲ آرايش يكOPT  كه بر اساس سيستم مدولاسيون شدت نور عمل مي كند ، نشان داده شده است . قطبشگر اول نور ورودي را به نور خطي تبديل مي كند و سپس وارد سلول پاكلز مي شود و پس از خروج از آن وارد قطبشگر دوم شده تا تغييرات ايجاد شده در آن نمايان شود . اگر زاويه قطبشگر اول ۴۵ درجه و زاويه قطبشگر دوم ۱۳۵ درجه باشد از روش مولر داريم :
                      ( 6-10 )                                                   

كه  ماتريس معرف اثر پاكلز ا ست ، كه در ضميمه بررسي شده است . با انجام محاسبات اين رابطه ، شدت نور خروجي برابر مي شود با :
                      ( 6-11 )                                                           
با جايگذاري  در اين معادله داريم : 
                      ( 6-12 )                              
اگر چه زاويه پاكلز با توان اول ميدان رابطه دارد ، ولي شدت  نور خروجي از اين سيستم مدولاسيون شدت نور ، رابطه اي خطي با ولتاژ ندارد به همين دليل در اين سيستم تغييري داده شده است كه باعث مي شود شدت نور با ولتاژ رابطه خطي برقرار كند . اين تغيير عبارت است از اضافه كردن يك تيغه ربع موج قبل يا بعد از سلول پاكلز . آرايش يك سيستم اصلاح شده كه در آن تيغه ربع موج قبل از سلول پاكلز قرار گرفته است ، در شكل ۶-۳ رسم شده است . تيغه ربع موج ، نور خطي ورودي به آن را به نور دايره اي تبديل مي كند . اين نور پس از خروج از تيغه ربع موج ، وارد سلول پاكلز مي شود و به صورت نور بيضوي در مي آيد . ميزان بيضوي شدن نور دايره اي رابطه مستقيمي با ولتاژ دارد . براي اين آرايش بردار نور خروجي از رابطه زيربدست مي آيد : 
                      ( 6-13 )                                        
كه  ماتريس تيغه ربع موج است كه در ضميمه معرفي شده است . در اين آرايش زاويه محور تيغه صفحه ربع موج با مسير نور ْ۹۰ است . شدت نور خروجي از سيستم اصلاح شده برابر است با :
             ( 6-14 )               
سيستم اصلاح شده پاكلز 
    در آرايش اصلاح شده دوم ، تيغه ربع موج بعد از سلول پاكلز قرار داده مي شود . زاويه هاي محور تيغه ربع موج و قطبشگرها مانند آرايش اول است . در اين مورد نور خروجي از سلول پاكلز وارد تيغه مي شود و اختلاف فاز ايجاد شده توسط اثر پاكلز به اندازه  افزايش مي يابد . بردار نور خروجي از رابطه زير بدست مي آيد :
                      ( 6-15 )                                        
با انجام محاسبات اين رابطه ، براي شدت نور خروجي از قطبشگر دوم همان رابطه ۶-۱۴  دست مي آيد كه نشان مي دهد اين دو آرايش از لحاظ شدت نور خروجي با هم يكسان هستند بنابراين مشاهده مي شود كه با تغيير آرايش سيستم پاكلز ، شدت نور خروجي رابطه اي خطي با ولتاژ پيدا مي كند .(رابطه ۶-۱۴)

۶-۲-۳- مدار پردازش سيگنال در OPT 
شدت نور خروجي از سيستم پاكلز در قسمت  قبل بدست آمد ، اين سيگنال سپس وارد قسمت آشكار ساز نوري مي شود و به سيگنال الكتريكي تبديل مي شود . حال بايد با پردازش اين سيگنال مقدار  را بدست آورد . در اينجا فقط نتايج روشهاي پردازش اين سيگنال براي ترانسفور ماتور ولتاژ  بيان خواهد شد .
براي OPT هاي اثر كر، ولتاژ خروجي مدار پردازش سيگنال براي آرايش اصلاح نشده آن برابر است با :
             ( 6-16 )                                                                   
و براي آرايش اصلاح شده برابر مي شود با :
             ( 6-17 )                                                                   
همچنين براي OPT هاي اثر پاكلز همين رابطه ها صادق است و فقط بايد   با  جايگزين شود .

۶-۲-۴- مواد سازنده سلول پاكلز
بلور هاي زيادي وجود دارند كه اثر الكترو نوري پاكلز از خود نشان مي دهند كه ميان آنها مي توان از ،  ، ،   و  نام برد . از ميان اين مواد ، بيشتر از   و  براي ساخت سلول پاكلز استفاده مي شود . در اين ميان ،  بدلايل زير بر مواد ديگر ارجحيت دارد : 
۱ـ در مقايسه با   و   ، وابستگي حرارتي اثر پاكلز در  كوچك است .
۲ـ چون  هيچ توان گردان نوري ندارد ، مي توان ضخامت سلول را زياد گرفت تا تحمل عايقي آن زياد شود .  
۳ـ ثابت دي الكتريك   حدود ۱۶ است و مقاومت ويژه آن هم حدود  15 10است . بنابراين ، با توجه به كوچك بودن ثابت دي الكتريك  و بزرگ بودن مقاومت ويژه   ، توزيع ولتاژ اعمال شده بندرت توسط سنسور آشفته مي شود .
بعد از  ،  استفاده از  رايج تر است . يكي از تفاوتهاي  نسبت به  داشتن توان گردان نوري است كه رابط اختلاف فاز ايجاد شده توسط سلول پاكلز را پيچيده تر مي كند .  در صورت استفاده از اين ماده در سلول پاكلز هر دو پديده دو شكستي و چرخش صفحه پلاريزاسيون نور ورودي ، بطور همزمان اتفاق مي افتد .
قبلاً در بخش (۵-۲) حالت ايجاد همزمان پديده دو شكستي و چرخشي فارادي شد و در معادله (۵-۱۶) رابطه مربوط  به اين حالت آورده شد . چون چرخش فارادي شباهت زيادي به توان گردان نوري دارد مي توان از همان رابطه (۵-۱۶) در اين مورد خاص هم استفاه كرد . بنابراين اگرسلول پاكلز از  ساخته شده باشد و از اين سلول در سيستم مدولاسيون شدت نور با آرايش اصلاح شده استفاده شود ، شدت نور خروجي از سنسور با رابطه هاي زير بيان مي شود : 
             ( 6-18 )                                                             
             ( 6-19 )                                                             
             ( 6-20 )                                                          
             ( 6-21 )                                         
 ولتاژ نيم موج است كه برابر با ۶۸۰۰ ولت است و   توان گردان نوري و  عرض سلول پاكلز است . در ضمن به  ضريب مدولاسيون گفته مي شود كه اين اصطلاح در مورد ساير OPT ها هم بكار برده مي شود .

۶-۳- مشخصات OPT
براي پي بردن به كارآيي ترانسفور ماتور ولتاژ نوري ، بايد مشخصات و نحوه كار آنها مشخص باشد . از جمله اين مشخصات مشخصه خروجي و حرارتي آنهاست كه نقش مهمي در كار آيي آنها دارند . در اين بخش ، مشخصات خروجي OPT هاي اثر كر و پاكلز بررسي و با هم مقايسه مي شوند . همچنين تاثير حرارت را روي اثر پاكلز مشاهده كرده و راههايي براي كاهش تاثير حرارت در بعضي موارد خاص ارايه مي شود .

عتیقه زیرخاکی گنج