• بازدید : 51 views
  • بدون نظر
این فایل در ۹صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:
انسان از زمانهاي دور با پديده هايي مشابه آنچه شما ديديد آشنا بوده است. بررسي اين پديده ها براي درك علت آنها باعث پيشرفت دانش و فناوري بسيار گسترده اي در اين زمينه شده است.
به اين مبحث از دانش، الكتريسيته گفته مي شود. واژه الكتريسيته از نام يوناني «الكترون» به معناي «كهربا» گرفته شده است.
براي بررسي الكتريسيته، ابتدا بايد با كميتي به نام «بار الكتريكي» آشنا شويم.
 
وقتي ميله اي پلاستيكي را با پارچه پشمي مالش مي دهيم، به علت مالش ميله به پارچه، در ميله تغييري ايجاد مي شود و ميله خاصيت جديدي را پيدا مي كند. از اين رو تكه هاي كوچك كاغذ را جذب  مي كند. در اين صورت مي گوييم ميله داراي بار الكتريكي شده است. در واقع مالش سبب ايجاد بار الكتريكي در اجسام مي شود.
نيرويي كه اجسام داراي بار به يكديگر وارد مي كنند، نيروي الكتريكي مي ناميم.
 
بررسي و تحليل مشاهدات بالا دو واقعيت مهم را نشان مي دهد.
الف) نيروي الكتريكي موجود بين جسم هايي كه داراي بارالكتريكي هستند، گاهي ربايشي و گاهي رانشي است.
ب) دو نوع بار الكتريكي وجود دارد.
 
فرانكلين فيزيكدان آمريكايي براي تشخيص بارهاي الكتريكي از يكديگر آن ها را نامگذاري كرد:
او بار الكتريكي روي لاستيك و بادكنك (يا بارهاي مشابه) را بار الكتريكي منفي و بار الكتريكي روي شيشه، پارچه پشمي و (بارهاي مشابه آن) را بار الكتريكي مثبت ناميد.
 
دو قاعده ي اساسي الكتريسيته درباره نيروهايي كه دو جسم باردار به يكديگر وارد مي كنند.
 
۱- دو جسم كه بار الكتريكي همنام دارند(هر دو منفي، يا هردو مثبت) بر يكديگر نيروي رانشي وارد     مي كنند.
– دو جسم كه بار الكتريكي غير همنام (يكي منفي و ديگري مثبت) دارند، بر يك ديگر نيروي ربايشي وارد مي كنند.
 
 
مي دانيم كه همه مواد از اتم ساخته شده اند، هر اتم از تعدادي پروتون (p) و نوترون (n) كه هسته ي آن را مي سازند و تعدادي الكترون (e) كه به دور هسته در حال چرخش هستند، ساخته شده است.
 
بار الكتريكي مثبت به پروتون ها و بار الكتريكي منفي به الكترون ها و بار صفر به نوترون ها نسبت داده مي شود.
مقدار بار الكتريكي پروتون و الكترون يكسان است. بار الكتريكي الكترون و پروتون كه كوچكترين بارالكتريكي به شمار مي آيد بار پايه ناميده مي شود و با نماد e نمايش داده مي شود.
 
يكاي اندازه گيري بارالكتريكي كولن (c) نام دارد و مقدار آن برابر است با:      
e = ۱/۶ x ۱۰-۱۹ C              
بار الكترون با e- و بار پروتون با e+ نشان داده مي شود.
 
در يك اتم در حالت عادي پروتون ها هميشه با تعداد الكترون ها برابر است،در نتيجه، چون اتم در حالت عادي داراي دو نوع بار الكتريكي مثبت و منفي به مقدار مساوي است، اتم از نظر بارالكتريكي خنثي است.
 
اتم چگونه داراي بار الكتريكي مي شود:
الف) اگر از اتم، الكتروني جدا شود، چون تعداد پروتون هاي آن از تعداد الكترونهايش بيش تر مي شود. داراي بار الكتريكي مثبت مي شود.
ب) اگر تعدادي الكترون به يك اتم افزوده شود، چون تعداد الكترونهاي آن از تعداد پروتون هايش بيش تر  مي شود. داراي بارالكتريكي منفي مي شود.
 
نكته: اگر جسمي بر اثر دادن يا گرفتن الكترون، بار الكتريكي پيدا كند مي توان نوشت: q=n.e
q = بارالكتريكي بر حسب كولن
 n= تعداد الكترونهاي مبادله شده 
 e= باريك الكترون
تعداد الكترونهايي كه بايد از اتم گرفته شود.
 
توجه: باردار شدن اتم ها فقط از طريق انتقال الكترون انجام مي شود و پروتون ها در اين كار نقشي ندارند، زيرا پروتون ها ذرات سنگيني هستند كه با نيروي بسيار زيادي در هسته ي اتم نگه داشته شده اند و نمي توان آن ها را به راحتي الكترون از اتم جدا كرد.
 
پايستگي بار الكتريكي:
مي دانيم كه براي بارداركردن يك جسم بايد تعدادي الكترون به آن بدهيم و يا از آن بگيريم. در اين مبادله ي الكترون ها، هيچ گاه الكتروني توليد نمي شود و يا از بين نمي رود بلكه الكترون ها تنها از جسمي به جسم ديگر منتقل مي شوند. 
لذا با توجه به اينكه الكترون داراي مقدار معيني بار الكتريكي است، مي توان گفت:
“بار الكتريكي به وجود نمي آيد و از بين نمي رود، بلكه از جسمي به جسم ديگر منتقل مي شود.”
 
 اين اصل “پايستگي بار الكتريكي” ناميده مي شود.
 
مواد جامد را بر اساس رساناي الكتريكي آن به سه گروه رسانا، نيمه رسانا و نارسانا تقسيم بندي مي كنند.
 
۱- در بعضي از مواد جامد الكترونهاي آخرين لايه هر اتم (الكترونهاي آزاد) مي توانند به آساني با گرفتن اندكي انرژي از اتم خود جدا شده و در داخل ماده جامد آزادانه جابه جا شوند. جابه جايي الكترون موجب رسانش الكتريكي ماده مي شود. اين گونه مواد را رساناي الكتريكي مي ناميم. جسم هايي مانند مس و ساير فلزات كه به علت داشتن الكترون آزاد، بار الكتريكي درون آن ها شارش مي كند رسانا مي نامند.
 
۲- در مواد جامد ديگر، الكترون ها براي رها شدن از اتم يا مولكول خود، انرژي زيادي لازم دارند و چون معمولا اين انرژي را به دست نمي آورند نمي توانند آزادانه جابه جا شوند، اين گونه مواد را نارساناي الكتريكي (عايق يا دي الكتريك) مي نامند.
جسم هايي مانند ميله پلاستيكي و شيشه اي كه الكترون ها نمي توانند در آن ها آزادانه حركت كند و در نتيجه بار الكتريكي را از خود عبور نمي دهند، نارسانا مي نامند.
 
۳- دسته ديگري از مواد وجود دارند كه در آن ها مقدار كمي الكترون به دليل ارتعاش هاي گرمايي يا عوامل ديگر، انرژي لازم براي رها شدن را به دست مي آورند و در رسانش الكتريكي شركت مي كنند. اين مواد را نيمه رسانا مي ناميم.
سيليسيوم وژرمانيوم از اين گروه مواد هستند. از نيم رسانا در ساختمان ديود، ترانزيستور و مدارهاي الكتريكي استفاده مي شود.
 
نكته: وقتي به يك جسم نارسانا بار التريكي داده مي شود، بار در محل داده شده بـه جـسـم باقي       مي ماند و در جسم جابه جا نمي شود ولي وقتي به جسم رسانا بارالكتريكي داده مي شود آن بارالكتريكي در محل داده شده ساكن نمي ماند و در سطح خارجی جسم توزيع مي شود. در يك جسم رساناي باردار در مكان هاي برجسته و تيز, تجمع بار بيش تر از ساير نقاط است.
الكتروسكوپ در موارد زير مورد استفاده قرار مي گيرد:
۱- آيا جسم داراي بار الكتريكي است؟
۲- جسم چه نوع باري دارد؟
۳-جسم رساناست يا نارسانا؟
 
۱) تشخيص وجود بار در اجسام به وسيله الكتروسكوپ
جسم را به آرامي به كلاهك الكتروسكوپ بدون باري نزديك مي كنيم و نزديك كلاهك نگاه می داريم. اگر جسم داراي بار الكتريكي باشد،با نزديك كردن آن الكترونهاي آزاد الكتروسكوپ تحت تاثير نيروهاي رانش و ربايش آن جابه جا شده و ورقه ها بارهاي همنام پيدا مي كنند و از هم جدا مي شوند. در صورتيكه جسم بدون بار الكتريكي باشد در ورقه ها هيچ تغييري مشاهده نمي شود.
  • بازدید : 43 views
  • بدون نظر
این فایل قابل ویرایش می باشد وبه صورت زیر تهیه شده وشامل موارد زیر است:

يكي از مؤلفه‌هاي مطرح در افزايش تلفات شبكه توزيع مسأله عدم تعادل بار در اين شبكه اعم از شبكه فشار ضعيف , ترانسفورماتورهاي توزيع و شبكه فشار متوسط مي‌باشد. اين مؤلفه كه به عنوان يك عامل اختلال در عملكرد شبكه توزيع اعلام وجود مي‌كند به دو صورت عدم تساوي بار فازها و عدم تساوي ضريب توان بار فازها ( يا تركيبي از هر دو ) متظاهر مي‌گردد و بايد در هريك از بخشهاي سه گانه شبكه توزيع مورد بررسي و تجزيه و تحليل قرار بگيرد. 
با آماري كه از پستها و شبكه توزيع تهيه شده عدم تعادل بار مأيوس كننده است و اين مشخصه نشان دهنده عدم رعايت اصول فني از طرف پرسنل توزيع و بعضاً سهل انگاري و عدم وجود دانش فني در ايجاد شبكه‌هاي برق رساني مبتني بر اصول فني براي مصرف كننده‌ها مي‌باشد. 
– اثر عدم تعادل بار در افزايش تلفات شبكه فشار ضعيف 
۱-۱-۱- تبعات نامتعادلي بار 
الف) افزايش تلفات قدرت : تلفات قدرت در شبكه فشار ضعيف شامل دو دسته تلفات قدرت در فازها و تلفات قدرت در سيم نول مي‌باشد. با فرض ثابت بودن مجموع جريان سه فاز , تلفات قدرت در فازها در حالت عدم تعادل بار بيش از تلفات در حالت تعادل بار بوده كه به آن تلفات در نول هم اضافه مي‌شود و با توجه به اين امر كه اكثراً مقاطع سيمها در نول نصف مقاطع سيم فازها و بنابراين مقاومت اهمي سيم نول حدود دو برابر مقاومت سيم فازها مي‌باشد , تلفات حتي در حالت جريانهاي عبوري كم , باز هم قابل توجه است. 
ب) افت ولتاژ در اثر نامتعادلي : حتي با فرض اين كه سيمهاي فاز در شبكه مقاطع يكسان و در نتيجه امپدانس مساوي داشته باشند , در اثر عبور جريان نا برابر , سيمهاي فاز افت ولتاژ متفاوتي داشته و در نتيجه داراي ولتاژ نامتعادلي در طرف مصرف كننده‌ها بخصوص مصرف كننده‌هاي حساس مانند موتورهاي سه فاز خواهند بود. اين موضوع اثرات نامطلوبي بر مصرف كننده‌هاي سه فاز خواهد داشت. 
ج) خطرات ناشي از جريان دار شدن سيم نول : با نامتعادل شدن جريان در سيستم سه فاز و عبور جريان از سيم نول , نسبت به زمين داراي ولتاژي مي‌شود كه درصورت عبور از حد مجاز از نظر ايمني نامطلوب بوده و چنانچه مصرف كننده با سيم نول تماس حاصل كند , احتمال برق گرفتگي وجود خواهد داشت. علاوه بر مسائل ياد شده زياد بودن نامتعادلي بار شبكه باعث وضعيت نامطلوبي در اجزاء ديگر شبكه از جمله ترانسفورماتورها خواهد شد. 
۱-۱-۲- شبكه فشار ضعيف 
عدم تعادل بار در شبكه ضعيف بدلايل زير بوجود مي آيد : 
– عدم تساوي بار مشتركين در هر لحظه روي هر فاز 
– وجود شبكه‌هاي تكفاز طولاني و پربار روي خطوط فشار ضعيف 
– وجود لوازم برقي تكفاز موتوري با ضريب توان پائين روي خط ( مثل موتورهاي تكفاز جوشكاري و۰۰۰) نامتعادلي بار , به دو صورت عدم تصاوي بار فازها و جريان دار شدن سيم نول باعث افزايش تلفات شبكه مي‌شود. 

۱-۱-۲-۱- عدم تساوي بار فازها [۴] 
در يك خط فشار ضعيف سه فاز با فرض ثابت بودن مجموع بار فازها , اگر بار فازها بصورت نا متعادل توزيع شده باشد , طبق نا مساوي كوشي , تلفات ايجاد شده در سيمهاي فاز بيشتر از تلفات حالتي است كه بار فازها به طور مساوي تقسيم شده باشند. 
نا مساوي كوشي       
اگر بارهاي هر فاز به ترتيب   و بار متوسط آنها را   بناميم , خواهيم داشت : 
 
اگر طول خط L و مقاومت واحد طول خط به اهم R فرض شود داريم : 
 
در مورد خطوط فشار ضعيف موجود كه بار آنها در چند نقطه از خط برداشته مي‌شود , بهترين راه براي توجيه قضيه فوق و همچنين اندازه گيري افزايش تلفات ناشي از عدم تعادل بار پيدا كردن الگوي مناسب براي آنهاست. تلفات در يك فاز با توزيع يكنواخت طبق فرمول چنين مي‌باشد (Iچگالي واحد طول جريان مي‌باشد   ) : 
 
در صورت مساوي بودن بار سه فاز           
در نتيجه : (۱-۱)   
حال جهت محاسبه اضافه تلفات سيم‌هاي فاز ناشي از عدم تساوي بار فازها , اگر اندازه آن   ناميده شود و تلفات در حالت تساوي بار فازها و عدم تساوي بار فازها در سيمهاي فاز   و   باشد خواهيم داشت : 
همانگونه كه ملاحظه مي‌شود اضافه تلفات ناشي از عدم تساوي بار فازها فقط به اندازه آنها بستگي داشته و ارتباطي به ضريب توان آنها ندارد. همچنين در صورت تساوي بار فازها عبارت داخل پرانتز صفرشده و مقدار اضافه تلفات مذكور نيز صفر مي‌گردد. 
حال با فرض اينكه تلفات اضافي ناشي از عدم تساوي بار فازها بعلت جريان عدم تساوي بار   در هر فاز به طور مستقل با توزيع يكنواخت عمل نمايد :
 يعني هر قدر تفاوت جريان سه فاز نسبت به يكديگر بيشتر باشد , جريان عدم تساوي بار بيشتر بوده و تلفات مربوط به آن بيشتر مي‌شود. هرقدر بار سه فاز به يكديگر نزديكتر باشند جريان عدم تساوي بار كمتر شده و تلفات حاصله نيز كمتر مي‌گردد. 
۱-۱-۳- اضافه تلفات ناشي از جريان دار شدن سيم نول [۴] 
از آنجائيكه جمع برداري جريان سه فاز از داخل سيم نول عبور مي‌نمايد جريان سيم نول به مجموعه عوامل عدم تساوي بار فازها و تفاوت ضريب توان بار فازها بستگي دارد. 
اما از آنجائيكه مشتركين تكفاز , عموماً خانگي و تجاري مي‌باشند و ضريب توان اينگونه مشتركين بعلت نبود بارهاي موتوري بزرگ عمدتاً حدود ۹/۰ مي‌باشد. بنابراين تفاوت ضريب توان بار فازها چندان قابل توجه نيست لذا با تقريب خوبي مي‌توان اختلاف فاز بين جريانهاي فازهاي هر خط را   در نظر گرفت , بدين ترتيب و با توجه به شكل (۱-۱) جريان نول را مي‌توان محاسبه كرد : 
 
ملاحظه مي‌شود جريان نول به تفاوت اندازه بار فازهاي خط بستگي داشته و هر قدر اين بارها بهم نزديكتر باشند , جريان نول كمتر و بر عكس هر چقدر اندازه بارها نسبت بهم دور باشند جريان نول بيشتر مي‌گردد. با در نظر گرفتن الگوي توزيع جريان يكنواخت روي سيم نول , اندازه تلفان آن برابر است با : 
 
بادر نظر گرفتن رابطه (۱-۷) و با توجه به اينكه مقطع سيم نول را عموماً نصف مقطع فاز در نظر مي‌گيرند و به تبع آن مقاومت سيم نول دو برابر مقاومت فازهاست , خواهيم داشت : 
(۱-۸)        
                
با مقايسه روابط (۱-۶) و (۱-۷) با روابط (۱-۵) و (۱-۸) نتيجه مي‌شود كه : 
(۱-۱۰)      
(۱-۱۱)        
به عبارت ديگر با محاسبه تلفات اضافي ناشي از عدم تساوي بار فازها روي سه فاز خط مي‌توان تلفات اضافي مربوط به جريان دار شدن سيم نول را محاسبه كرد و بالعكس. اما از آنجائيكه جريان  نول را مي‌توان در نمونه‌هاي مورد مطالعه اندازه گيري نمود , راه بهتر محاسبه تلفات ناشي از جريان دار شدن سيم نول و سپس بدست آوردن تلفات اضافي مربوط به عدم تساوي بار فازها مطابق رابطه (۱۰-۱) مي‌باشد. 
بدترين حالت مربوط به ايجاد تلفات در سيم نول , براي خطوط تكفاز يا خطوط با انشعابهاي فرعي طولاني تكفاز اتفاق مي‌افتد زيرا در آن صورت جريان فاز تماماً از سيم نول عبور نموده و تلفات قسمت تكفاز شبكه را شش برابر مي‌كند. تلفات در شبكه تكفاز با سيم نول به مقطع نصف مقطع فاز يا شبكه دو فاز با سيم نول به مقطع نصف مقطع فاز , مطابق با آنچه كه در زير آمده است به ترتيب به نه برابر و سه برابر افزايش مي‌يابد. در روابط زير ,   جريان فاز و   تلفات شبكه سه فاز مي‌باشند. 
 
 
(۱-۱۲)        
در صورتيكه اگر همين شبكه سه فاز مي‌بود و بار آن متعادل تقسيم مي‌شد , تلفات برابر بود با : 
 
 
تلفات در شبكه تكفاز با مقطع نول نصف مقطع فاز عبارتست از : 
 
               
اگر جريان نول صفر مي‌بود يا به عبارت ديگر شبكه سه فاز متعادل به جاي شبكه تكفاز مورد نظر كشيده مي‌شد , آنگاه تلفات مربوط چنين مي‌شد : 
 
(۱-۱۳)  
تلفات در شبكه دو فاز با مقطع سيم نول نصف مقطع سيم فاز برابر است با :          
  
اگر   باشد , آنگاه :       
اگر همين شبكه سه فاز با بار متعادل مي‌بود : 
 
 
(۱-۱۴)      
۱-۱-۴- رسم نمودار چگونگي رابطه بين افزايش عبور جريان از سيم نول و ميزان تلفات در شبكه (بار كاملاً اكتيو) [۳] 
چنانچه سطح مقطع سيم نول برابر سيم فاز فرض شود. 
 
(۱-۱۵)  از دياد تلفات 
براي حالتي كه سطح مقطع سيم نول نصف سيم فاز باشد :  (تلفات سيم نول )   ازدياد تلفات 
(  جريان متوسط سه فاز است )              
با توجه به رابطه (۱-۱۵) ازدياد تلفات برابرخواهد بود با : 
  ازدياد تلفات 
  درصد ازدياد تلفات 
          
و براي حالتي كه سطح مقطع نول نصف سيم فاز باشد .         درصد ازدياد تلفات
شكل (۱-۲) درصد افزايش تلفات بر حسب افزايش عبور جريان از سيم نول براي دو حالت ۱ و ۲ نشان مي‌دهد. 
شكل (۱-۲) : درصد افزايش تلفات برحسب افزايش عبور جريان از سيم نول 
۱-۱-۵- شرايط لازم براي تعادل شبكه علاوه بر يكسان نمودن بار فازها 
بديهي است كه محاسبات انجام شده در حالت ساده شبكه و با فرض همسان بودن مقاطع سيمهاي شبكه و ضريب قدرت مساوي در فازها انجام يافته است و در حالي كه اين دو شرط برقرار نباشد امكان محاسبه با حجم گسترده شبكه حتي با محاسبات كامپيوتري نيز نتيجه قابل قبولي را در بر نخواهد داشت. در اينجا هدف صرفاً نمايشي تقريبي افزايش تلفات انرژي در اثر عدم تعادل بار و زيانهاي ناشي از آن مي‌باشد كه به همين وسيله توجه شركتهاي توزيع را به تعديل بار فازها معطوف دارد و بنابراين با اندازه‌گيري جريان سيم نول يا جريان سيم‌هاي فاز ميزان تلفات ناشي از نامتعادلي بار را محاسبه و بار مالي آنرا تعيين كند. 
ذكر اين نكته ضروري است كه مساوي كردن بار فازها و متعادل نمودن آن براي صفر كردن يا كاهش جريان نول عملاً بسيار بعيد و شايد غير ممكن است و نيز ضريب قدرت هر فاز تأثير بسزايي در جريان نول دارد. با اين معني كه با متعادل كردن بار فازها زماني جريان در سيم نول صفر خواهد شد كه ضريب قدرت هر سه فاز نيز يكسان باشد. براي روشن نمودن مطلب ذكر يك مثال ضروري است : 

عتیقه زیرخاکی گنج