گزیده مقالات صنعت برق

موتور ولتاژ بالا

امروزه ساخت ماشین‌های الکتریکی ولتاژ بالا با استفاده از بکارگیری کابلهای ولتاژ بالا در سیم‌پیچی استاتور امکان پذیر شده است. پس از ساخت ژنراتور ولتاژ بالا اکنون شرکت ABB اکنون برای سطح ولتاژهای 20 کیلوولت تا 66 کیلو ولت با توان خروجی 45-5 مگاوات عملی شده است که با توسعه این طرح انتظار می‌رود سطح ولتاژ آن تا 150 کیلو ولت برسد. فن آوری موتور ولتاژ بالا بر مبنای یک طرح جدید و اثبات نشده نمی‌باشد زیرا این طرح‌ برای ژنراتورهای ولتاژ بالا با موفقیت اجرا گردیده است و اکنون ژنراتور ولتاژ بالا در نیروگاه آبی نصب شده است.

مقادیر نامی موتور نمونه آزمایشی است و ماکزیمم توان قابل تحویل به محور آن MW 5/6 می‌باشد. میزان کابل مصرفی برای این طرح سه حلقه می‌باشد که هر حلقه برای یک فاز است و هر کدام طولی در حدود 1500 متر دارد. این موتور مستقیما به شبکه وصل می‌گردد در نتیجه ترانسفورماتور و سوئیچگر ولتاژ متوسط حذف می‌گردد. با حذف ترانسفورماتور و تجهیزات سوئیچگر سرمایه‌گذاری اولیه و همچنین هزینه‌های سرویس، نگهداری و تعمیرات کاهش می‌یابد. با حذف ترانسفورماتور خطر نشتی روغن و آتش سوزی از بین می‌رود. سادگی این طرح سبب کاهش خطرات ناشی از اغتشاشات شبکه می‌گردد و هزینه‌های ناشی از توقف پایین می‌آید. یکی دیگر از مزایای مهم این طرح این است که موتورهای ولتاژ بالا در مقایسه با موتورهای رایج فضای کمتری اشغال می‌نمایند. سیستم خنک کنندگی این نوع موتورها بر اساس مقادیر نامی بر دو نوع می‌باشد. برای توانهای پایین از سیستم خنک کنندگی هوا استفاده می‌شود ولی در برای توانهای بالاتر استاتور با آب و روتور با هوا خنک می‌گردد.

آزمایش موفقیت آمیز ترانسفورماتورهای ابررسانایی HTS

یک تیم تحقیقاتی صنعتی در آمریکا متشکل از مهندسین و دانشمندان که زیر نظر شرکت Waukesha Electric Systems  فعالیت می‌نمایند، در سال 1999 خبر تحول مهمی را در صنعت برق با انجام آزمایش موفقیت آمیز نوع جدیدی از ترانسفورماتورهای قدرت اعلام نمودند. ترانسفورماتورهای ابر رسانایی جدید در مقایسه با ترانسفورماتورهای رایج، کوچک و سبک‌تر می‌باشند و دارای طول عمر بیشتری نیز هستند. در این نوع ترانسفورماتورها دیگر نیازی به هزاران گالن روغن جهت عایقی و خنک سازی نمی‌باشد و در نتیجه خطر ایجاد حریق و مسائل زیست محیطی را نخواهد داشت. در ابر رساناها به علت عدم وجود مقاومت اهمی در برابر جریان dc تلفات اهمی برابر با صفر است. لذا با استفاده از ابر رساناها در ترانسفورماتورها تلفات کل ترانسفورماتور کاهش قابل ملاحظه‌ای خواهد یافت. تلاشهایی که جهت توسعه ترانسفورماتورهای ابر رسانا انجام می‌گیرد صرفا به خاطر مسائل اقتصادی و کاهش هزینه نیست. یکی دیگر از دلایل طرح این مبحث این است که در مراکز پر تراکم شهری، رشد مصرف 2 درصدی (سالیانه) به معنی نیاز به ارتقاء ظرفیت سیستم‌های موجود است. از طرفی بسیاری از پستهای توزیع به صورت Indoor بوده و در کنار ساختمانها نصب شده‌اند. در این نوع پست‌ها مانند دیگر پستهای توزیع، از ترانسهای روغنی استفاده می‌شود که استفاده از روغن، مشکلات و خطرات زیست محیطی و ایمنی مربوط به خود را دارد. در حالی که ترانسفورماتورهای ابررسانا ماده خنک کننده نیتروژن است که خطری برای افراد و موجودات زنده ندارد به علاوه در این ترانسفورماتورها، خطر آتش‌سوزی نیز وجود ندارد. به همین لحاظ خنک کننده مورد استفاده در ترانسفورماتورهای ابررسانا به هیچ عنوان قابل مقایسه با روغنهای قابل اشتعال و مواد شیمیایی شیمی همچون PCB نیست.

ژنراتور ولتاژ بالا

شرکت ABB اخیرا ژنراتوری با ولتاژ بالا ابداع کرده است. این ژنراتور بدون نیاز به ترانسفورماتور افزاینده به طور مستقیم به شبکه قدرت متصل می‌گردد. ایده جدید به کار گرفته شده در این طرح استفاده از کابل به عنوان سیم پیچ استاتور می‌باشد. ژنراتور ولتاژ بالا برای هر دو کاربرد نیروگاههای حرارتی و آبی مناسب می‌باشد. راندمان بالا، کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری، تلفات کمتر، تاثیرات منفی کمتر بر محیط زیست از مزایای این نوع ژنراتور می‌باشد. ژنراتور ولتاژ بالا در مقایسه با ژنراتورهای معمولی در ولتاژ بالا و جریان پائین کار می‌کند. ماکزیمم ولتاژ خروجی این ژنراتور با تکنولوژی کابل محدود می‌گردد که در حال حاضر با توجه به تکنولوژی بالای ساخت کابلها می‌توان ولتاژ آن را تا سطح 400 کیلو ولت طراحی نمود. هادی استفاده شده در ژنراتور ولتاژ بالا به صورت دوار می‌باشد در حالی که در ژنراتورهای معمولی این هادی به صورت مثلثی می‌باشد درنتیجه میدان الکتریکی در ژنراتورهای ولتاژ بالا یکنواخت‌تر می‌باشد. ابعاد سیم پیچ براساس ولتاژ سیستم ماکزیمم قدرت ژنراتور تعیین می‌گردد. در ژنراتورهای ولتاژ بالا لایه خارجی کابل در تمام طول کابل زمین می‌گردد، این امر موجب می‌شود که میدان الکتریکی در طول کابل محدود گردد و دیگر مانند ژنراتورهای معمولی نیاز به کنترل میدان در ناحیه انتهایی سیم پیچ نباشد. مزایای زمین کردن کابل سیم پیچ استاتور این است که دیگر خطر کرنا یا تخلیه جزیی (PRTIAL Discharge) در هیچ ناحیه‌ای از سیم‌پیچ وجود ندارد و همچنین ایمنی افراد بهره‌بردار و یا تعمیرکار افزایش می‌یابد. سربندی‌ها و اتصالات معمول در فضای خالی مورد دسترس در محل انجام می‌گیرد، بنابراین محل این اتصالات در یک نیروگاه نسبت به نیروگاه دیگر متفاوت می‌باشد، اما درهر حال این اتصالات در خارج از هسته استاتور می‌باشد، برای مثال اتصالات و سربندی‌ها ممکن است زیر ژنراتور و یا خارج از قاب استاتور انجام می‌گیرد. بدین ترتیب اتصالات و سربندی‌ها، مشکلات ناشی از ارتعاشات و لرزش‌های به وجود آمده در ماشینهای معمولی را نخواهند داشت.

میکروتوربین ها

استفاده از میکروتوربین‌ها در آمریکا گسترش روزافزونی یافته است. پدیده‌ای که امروز Deregulation Power نامیده می‌شود باعث شده است تا در بسیاری جاها، ژنراتورهای خصوصی جای تغذیه از سوی شرکت‌های برق سراسری یا منطقه‌ای را بگیرند.

در حال حاضر بیش از 66 درصد از حرفه‌ها در ایالات متحده دارای نوعی از تولید برق اضطراری یا پشتیبان هستند. میکروتوبین‌ها هم به صورت مستقل و هم در اتصال با شبکه می‌توانند کار کنند. پراکنده شدن توزیع انرژی باعث شده است که میکروتوربین‌ها قابلیت ایجاد انقلابی را در ساختار صنعت برق هم از نظر تغذیه و هم از نظر تقاضا داشته باشند. عوامل اصلی توسعه میکروتوربین‌ها عبارتند از:

• پیشرفت تکنولوژی
• نیاز به انرژی با کیفیت بالاتر
• قابلیت اطمینان بالا
• راندمان بالاتر
• سازندگان میکروتوربین‌ها

ارتقاء کیفیت توان با استفاده از میکروتوربین ها

شرکت Harbec Plastics سازنده قطعات پلاستیکی برای صنایع پزشکی و غذایی دارای تجارب ناخوشایند از قطع توان در کارخانجات می‌باشد. مجموعه تجهیزات این کارخانه یک پروسه تولید پیچیده شامل 30 ماشین (Computer Numerical–Controlled) و تعدادی ماشین CAD (Computer Aided Design) می‌باشد.

قطع لحظه‌ای قدرت در کارخانه باعث خروج از تنظیم ماشینهای CNC خواهد شد. در بهترین وضعیت خروج یک ماشین نیاز به شش تا هشت ساعت زمان برای بازیابی عملکرد عادی وراه‌اندازی مجدد دارد. در بدترین وضعیت باعث تخریب محصول شده، تولیدات چند روز را ضایع می‌سازد.

ساخت ترانسفور ماتور قدرت خشک

در ژوئیه 1999 شرکت ABB یک ترانسفور ماتور فشار قوی خشک به نام Dryfomer ساخته است که به روغن به عنوان خنک کننده و دی الکتریک نیازی ندارد. در این ترانسفورماتور به جای استفاده از هادی‌های مسی با عایق کاغذی از کابل پلیمری خشک با هادی سیلندری استفاده می‌شود. تکنولوژی کابل استفاده شده در این ترانسفورماتور قبلا در ساخت یک ژنراتور فشار قوی به نام Power Former در شرکت ABB به کار گرفته شده است. نخستین نمونه از این ترانسفورماتور اکنون در نیروگاه هیدروالکتریک Lotte fors واقع در مرکز سوئد نصب شده که انتظار می‌رود به دلیل نیاز روز افزون صنعت به ترانسفورماتورهایی که از ایمنی بیشتری برخوردار باشند و با محیط زیست نیز سازگاری بیشتری داشته باشند با استقبال فراوانی روبرو گردد.

در یک ترانسفورماتور خشک استفاده از تکنولوژی کابل امکانات تازه‌ای برای بهینه کردن طراحی میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی، نیروهای مکانیکی و تنش‌های گرمایی فراهم کرده است.

انتقال اطلاعات مخابراتی و اینترنتی توسط شبکه‌های قدرت

در دالاس آمریکا تحقیقات و آزمایش‌هایی در دست انجام است که اگر به نتیجه برسد همه کسانی که به شبکه برق متصل هستند قادر خواهند بود صدا، ویدیو و اطلاعات اینترنتی را با قیمت کم و کیفیت بالا و با حجم تقریبا نامحدود به اسانی و فقط با استفاده از یک آداپتور ارزان که به برق خانه وصل می‌شود رد و بدل کنند.

ویلیام استورات مبتکر این طرح بر این باور است که این فن‌اوری شبکه‌های ملی برق را قادر خواهد کرد تا سرویس‌های ارتباطی را به خانه‌ها،مدارس، مراکز تجاری و نواحی روستایی ارائه دهند.در واقع بدین وسیله هرشبکه ملی برق یک شبکه گسترده و موثر اطلاعاتی و مخابراتی نیز خواهد شد.

در این فن‌اوری به جای سیم‌های حامل جریان برق از میدان مغناطیسی اطراف آنها برای انتقال ویدیو، صدا و دیگر داده‌ها استفاده می‌شود. این کار شبکه قدرت را قادر می‌سازد تا داده‌های تلفنی، رادیویی، ویدیو، اینترنت و ماهواره را به هر جایی در شبکه انتقال دهد.

فن آوری جدید در انتقال اطلاعات با استفاده از خطوط برق

شرکت برق توهوکو ژاپن در حال گسترش و تقویت سیستم اتوماسیون توزیع خویش است که قادر است از راه دور کلیدها و دیگر تجهیزات متصل به خطوط توزیع را کنترل نماید.

برای بسط سیستم اتوماسیون و موثرتر کردن عملکرد آن اطلاعات باید بین کامپیوترهای ایستگاه مرکزی (ایستگاه اصلی) و تجهیزات پراکنده توزیع ( ایستگاه پیرو) انتقال یابد. بنابراین شبکه‌های حجیم اطلاعاتی و ارتباطی برای پوشش تجهیزات توزیع از پست‌ها تا مصرف کنندگان خانگی لازم می‌باشد. برای پاسخ به این نیازها شرکت توهوکو که ناحیه خدماتی آن مناطق کوهستانی و مشتریان پراکنده است به سیستم حامل خط توزیع (DLc) روی آورده است که در آن از خطوط موجود توزیع به عنوان مسیر انتقال اطلاعات استفاده می‌گردد تا هزینه‌های سرمایه‌گذاری کم شده و از تجهیزات موجود شرکت به نحو احسن استفاده شود.

هدایت رعد و برق بوسیله لیرز در ژاپن

شرکت برق کانسایی ژاپن در پروژه‌ای مشترک با مرکز تحقیقات تکنولوژی لیزری و دانشگاه اوزاکا، از ماده دسامبر سال 1994 آزمایش‌هایی را برای هدایت صاعقه توسط لیزر در واکیاما، شهر میهاما در فوکوکی شروع کرد و در یازدهم فوریه 1997 برای نخستین بار در جهان این کار را با موفقیت به انجام رساند.

هدایت صاعقه به وسیله لیزر، تکنولوژی است که در آن پالسهای لیزری نسبتا قوی به سمت ابر باردار پرتاب می‌شود. بدین وسیله یک مسیر پلاسما در هوا شکل می‌گیرد که بار الکتریکی ابر می‌تواند به راحتی از آن تخلیه شود. بنابراین بدینوسیله صاعقه می‌تواند به طور مصنوعی به مکان امنی هدایت و تخلیه گردد. در فصل زمستان با توجه به این که در ژاپن بخصوص در نقاطی مانند دریای ژاپن بیش از نصف خاموشی‌های برق ناشی از صاعقه‌های مکرر در زمستان می‌باشد بنابراین روش لیزری در هدایت و تخلیه کنترل شده صاعقه برای جلوگیری از بروز صدمات به تجهیزات شبکه‌های قدرت از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. به همین دلیل برای توسعه روش لیزری مقابله با صاعقه انتظارات فراوانی وجود دارد.

 تاثیر طوفانهای خورشیدی بر شبکه‌های مخابرات و برق

خورشید همواره شاهد واکنشها و انفجارهایی در سطح خود است. این واکنشها هر 11 سال به اوج خود می‌رسند. با شدت یافتن انفجارها در سطح خورشید، ذرات باردار و گازهای داغ به فضا پرتاب می‌شوند و آثاری بر محیط اطراف خود ( از جمله زمین) برجای می‌گذارند.

در سال 1989 بیشترین فعالیت خورشیدی دوره قبل، باعث وقوع طوفان مغناطیسی و در نتیجه سبب اختلال در شبکه برق شرکت Hydro Quebec کانادا و آسیب به تجهیزات شبکه گردید. در اثر این حادثه شش میلیون نفر برای مدت 9 ساعت در خاموشی فرو رفتند. با افزایش حجم و گستردگی شبکه‌های مخابراتی و برق، تکرار چنین حوادثی می‌تواند خسارات بیشتری به بار آورد. از آن زمان تاکنون، شرکت هیدروکبک بیش از یک میلیارد دلار برای پیشگیری از وقوع مجدد چنین حادثه‌ای هزینه کرده است.

 فن‌آوری جدید در تشخیص کرونای خطوط انتقال در روز روشن

پدیده کرونا ممکن است در اثر به وجود آمدن خطا در خط انتقال و یا اشکالات فنی در مقره‌ها و یا یراق آلات خط و پست رخ دهد. حداقل مشکل ایجاد شده توسط کرونا نویز شنیداری و اختلالات رادیویی است که منجر به نارضایتی شهروندان می‌گردد. تاکنون مشکل اساسی این بوده است که منابع کرونا را چگونه می‌توان به صورت دقیق و کارآمد تشخیص داد. روشهای تشخیص به وسیله نویز شنیداری و اختلالات رادیویی اغلب جهت تشخیص کرونا مورداستفاده قرار گرفته‌اند ولی این روشها قادر به تشخیص محل دقیق وقوع پدیده کرونا نمی‌باشند. جهت به دست آوردن اطلاعات بیشتر درباره پدیده کرونا مانند منبع، نوع و دامنه آن، شرکت‌های برق ناچار به انجام این کار در شب می‌باشند زیرا دستگاههای موجود برای این منظور در تاریکی قادر به تشخیص کرونا هستند. این عملیات مشکل گران و غیرموثر می‌باشد.

• موتور ولتاژ بالا 1
• آزمایش موفقیت آمیز ترانسفورماتورهای ابر رسانا HTS 3
• ژنراتور بالا 6
• میکروتوربین ها 8
• ارتقاء کیفیت توان با استفاده از میکروتوربین ها 10
• ساخت ترانسفورماتور قدرت خشک 15
• انتقال اطلاعات مخابراتی و اینترنتی توسط شبکه ای قدرت 17
• فناوری جدید در انتقال اطلاعات با استفاده از خطوط برق 19
• دورنمای کاربرد تجهیزات ابررسانائی درشبکه های قدرت 21
• هدایت رعد و برق بوسیله لیزر در ژاپن 26
• تاثیر طوفانهای خورشیدی بر شبکه های مخابرات و قدرت 25
• فن آوری جدید در تشخیص کرونای خطوط انتقال در روز روشن 30