پایان نامه بررسی تاثیر صاعقه بر قابلیت اطمینان خطوط انتقال نیرو

فهرست:

چکیده. 1

فصل اول: مقدمه

1-1 -آشنایی با  صاعقه و پدیده تخلیه جوی.. 2

1 -2- فیزیک صاعقه  و خصوصیات تخلیه جوی الکتریکی.. 4

1-3- شاخه های پیشرونده مرحله ای صاعقه (stepped leader) 5

1-3-1-مسیر برگشتی (Return stroke) 6

1-3- 2-شاخه پیشرونده تیری شکل(Dart leader). 6

1-3-3 -تخلیه بین ابر (Intra cloud discharge) 8

1-3-4 -تخلیه ای که بار مثبت  را به زمین می آورد. 8

1-3-5-تخلیه ای با جریان پیشرونده به سوی بالا.. 8

1-4-جریان ناشی از  اصابت صاعقه.. 8

1-5– اثر مناطق جغرافیایی و ارتفاع بر دامنه جریان. 10

1-6-اثر نوع خاک... 10

1-7-نحوه تاثیر رعد و برق برخطوط انتقال انرژی.. 11

1-8-معرفی اضافه ولتاژها 12

1-9-اضافه ولتاژهای موجی.. 14

1-9-1- اضافه ولتاژهای ناشی از بروز صاعقه.. 14

1-9-1-1-تخلیه جوی یا صاعقه.. 16

1-9-1-2-طبقه بندی صاعقه.. 17

1-9-1-3- مشخصات اصلی امواج صاعقه.. 18

1-9-1-4-اضافه ولتاژهای الکترواستاتیکی.. 19

1-9-2- اضافه ولتاژهای ناشی از کلید زنی.. 19

1-9-2-1- عوامل و شرایط ایجاد اضافه ولتاژهای گذرا کلید زنی.. 20

1-9-2-2- اضافه ولتاژ ناشی از قطع و وصل خطوط... 20

1-9-2-3  -اضافه ولتاژهای ناشی از کلید زنی جریان های خازنی و سلفی.. 20

1-9-2-4- اضافه ولتاژهای ناشی از قطع ناگهانی و نوسانات بار 21

1-10- اضافه ولتاژهای موقتی.. 21

1-10-1- اضافه ولتاژهای موقتی ناشی از بروز رزونانس و فرورزونانس.... 21

1-10-2-اضافه ولتاژهای ناشی از خطای عایقی سیستم.. 22

1-11-قابلیت اطمینان. 23

1-12-راهکارهای  بهبود عملکرد خطوط انتقال و افزایش قابلیت اطمینان. 23

فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده

2-1- معرفی و بررسی شرایط وقوع صاعقه و پدیده جرقه برگشتی.. 25

2- 2-  انواع برخورد صاعقه.. 26

2-2-1- اصابت  مستقیم.. 26

2-2-2-  اصابت غیر مستقیم.. 27

2-2-2-1- برخورد صاعقه به سر دکل.. 28

2-2-2-2- برخورد صاعقه به سیم گارد. 29

2-2-2-3- برخورد صاعقه به نزدیکی هادی.. 29

2-3-عوامل موثر در بروز پدیده جرقه برگشتی.. 29

2-3-1- شرایط  آب و هوایی منطقه جغرافیایی خاصی که دکل در آن منطقه قرار گرفته است... 30

2-3-2-مقاومت پای دکل.. 31

2-3-3- امپدانس موجی دکل.. 34

2-4- مدل  های مختلف جرقه برگشتی.. 35

2-4- 1-مدل سوئیچ ساده. 35

2-4-2- مدل ولتاژ-زمان. 35

2-4-3- مدل یکپارچه  یا مدل معیار سطوح برابر. 36

2-4-4- مدل انتشار پیش رونده. 36

2-4-4-1 -  مدل انتشار پیش رونده موتویاما 38

2-4-4-2- مدل انتشار پیش رونده پیجینی و دیگران. 39

2-5 -محاسبه نرخ جرقه برگشتی(BFR) 40

2-5-1- پیش بینی  نرخ تخلیه برگشتی به کمک منحنی های تعمیم یافته.. 41

2-5-1-1- روش AIEE.. 41

2-5-1-2- روش کلیتون و یانگ.... 45

2-5-1-3- روش انستیتو برقی جنرال الکتریک- ادیسون. 45

2-5-2 -روش مونت کارلو برای محاسبه نرخ تخلیه برگشتی.. 45

2-6-روش های کاهش جرقه برگشتی و افزایش قابلیت اطمینان. 47

2-6-1- استفاده از برقگیر. 47

2-6-1-1-مشخصات  یک برقگیر خوب.. 47

2-6-1-2- عوامل مهم  در آسیب دیدگی برقگیرها 48

2-6-2- کاهش امپدانس زمین.. 48

2-6-3- افزایش طول  زنجیره مقره. 49

2-6-4- روش های غیر متعارف... 49

فصل  سوم: مواد و روش ها

3-1-مدل جریان صاعقه .............................................................................................................................51

3-2- مدل دکل.. 53

3-2-1- مدل خط انتقال تکفاز عمودی بدون تلفات.. 54

3-2-2-مدل چند سیمه دکل.. 56

3-2-3-مدل  چند طبقه دکل.. 58

3-3 -مدل مقاومت پای دکل.. 60

3-4- مدل عمومی جرقه زنجیره مقره. 62

3-5- مدل زنجیره مقره برای خطوط HVDC.. 63

3-6- مدل صاعقه گیر. 64

3-7- مدل سازی میله های عمودی سیستم زمین........................................................................................65

3-7 -1- مدل سازی میله زمین به صورت مقاومت ساده R.......................................................................65

3-7-2- مدل سازی میله زمین به صورت RLCفشرده...............................................................................65

3-7-3- مدل سازی میله زمین به صورت RLC توزیع شده ....................................................................65

فصل  چهارم: نتایج و بحث

4-1- شبیه سازی و بررسی پارامترهای موثر دراضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه در یک سیستم 400 کیلو ولت   68

4-2-مدل سازی دکل.. 69

4- 3- بررسی موج صاعقه اصلی (First Stroke) و موج برگشتی (Subsequent Stroke یا Return Stroke) 76

4-4- بررسی  اضافه ولتاژ بر روی دکل ها حاصل از برخورد موج اصلی و برگشتی با دکل T1. 79

4-5-اضافه ولتاژ بر روی فاز A حاصل از برخورد موج صاعقه اصلی و برگشتی با دکل T1. 83

4-6-اضافه ولتاژ بر روی فاز A حاصل از برخورد موج صاعقه اصلی و برگشتی با فازA در دکل T1. 87

4-7-اضافه ولتاژ بر روی دکل ها حاصل از برخورد موج صاعقه اصلی و برگشتی با فازA در دکل T1. 90

4-8-تاثیر امپدانس پای زمین در وقوع جرقه بازگشتی.. 93

4-9- تاثیر ساختار و ابعاد  دکل بر روی اضافه ولتاژ 95

4-10- مدل سازی میله ها یا الکترود های عمودی برای سیستم زمین.. 98

4-10-1- مدل سازی میله زمین به صورت مقاومت ساده R.. 98

4-10-2- مدل سازی میله زمین به صورت RLC فشرده .. 99

4-10-3- مدل سازی میله زمین به صورت چندین RLC.. 101

4-  11 -مقایسه انواع مدل سازی میله زمین.. 103

4-12- شماتیک و نتایج حاصل از برخورد صاعقه با فازA  واضافه ولتاژ ایجاد شده  در طول کابل GIL با یک برقگیر در ابتدای کابل................................................................................................................107

4-13- شماتیک و نتایج حاصل از برخورد صاعقه با فازA و اضافه ولتاژ ایجاد شده  در طول کابل GIL با یک برقگیر در ابتدا و یک برقگیر در انتهای کابل.. 109

4-14-نتیجه گیری ..................................................................................................................................110

فصل پنجم : بحث و نتیجه گیری

5-1- نتیجه گیری 113

فهرست منابع.. 118

چکیده انگلیسی   123

منبع:

Mikropoulos. P.N  and   Tsovilis.Th.E. July 2010.  ''Estimation  of Lightning Incidence to   Overhead  Transmission  Lines" IEEE Trans. powerDel, vol .25,NO.3.              

Mikropoulos. P.N.  and Tsovilis. E. 2009. ''lightning Attachment Models  and  Maximum Shielding   Failure Current :Application to Transmission  Lines" IEEE Buncharest Power  Tech  Conference ,Romania.

Kadi M.Z.A.Ab r, Cotton.I. 2009"Application  of  Insulator  coordination  gap  models and  effevt  of line design to  backflashover  studies" Int   J Electr power  Electr Power  Energ  Syst.

Fulchiron. D. 1995. ," Overvoltages and  Insulation   Coordination  in MV and HV" E/CT 151,

Nucci. C.A, Rachicdi. F. 1999 , "lightning  Induced  Overvoltage "IEEE Transmission  and  Distribution  Conference ,panl Sesslon Distributoon Lightning  protection .

Tom Short, 1999. "Application  of the IEEE Guide for  Improving the Lightning  Performance  of Electric  power Overhead Distribution Lines" IEEE T& D Conference .

Thomas A.Short, 2000." Lightning  Protection  of Overhesd Disrtibution  Lines" Power Technologies , a Division  of  Stone & Webster Consultants,Inc, November.

Roy B.Carpenter . Jr,Ralph L.Auer, 1995. "Lightning and  Surge Protection  of  Substations" IEEE Transactions on  Industry Applications,  Vol.13, NO .1, January/February .

Baizer. G., Heiss, W.,2000 " Stresses of  Switching   Overvoltages  in  MV  Distribution   Networks  with  a High  Rate   Of Cables AND  Their Influences  on the  Selection  of Surge  Arresters" ABB Schakanlagen, Kassel, Germany.

Golde, R.H, 1945."The Frequency  of  Occurrence  and the Distribution of Lightning  Flashes to Trransmission Lines" AIEE Transaction pt.   .64,902-910,.

AIEE Committee Report, 1950." A Method  for Estimating  Lightning  Performance of  Transmission Lines", AIEE Transaction.

Burgsdorf, V.V, ,1958."lightning  Protection  of  Overhead Transmission   lines and  Operating Experience  in the  U.S.S.R", Proceeding  CIGRE, Report326.

Chowdhuri, P, and  Gross, E.T.B, "Voltage Surges Induced  by  Lightning  Stroke", proceeding

wagner, C.F, and  Hileman,A.R, 1960." A New   Approach  to the  Calculation  of the     Lightning  Performance of  Transmission  Lines- Part  ", AIEE Transaction pt. ,79 ,589-603,

Sargent, M.A and Darveniza, M, ,1969. " Tower  Surge  Impedance"IEEE Transaction ,Power Apparatus and  Systems, 88,NO.5,680-687.

Florkowska. B., Nowak. W. and Tarko. R. 2006,, "Modeling  of  the corona for analysis of  over voltage  Waves propagation in  the  overhead  high- voltage  transmission line" , Archives of Electrical  Engineering , vol.60,NO.1, PP.47-62.

Zhang , W.B., He. J.L., Gao. Y.M. 2002,"Over Voltage  protection and Insulation   Coordination " , Tsinghua University press.

Chen, S.D. , Wang, X.B., Li, B., Yang, S.J., 2006."Frequency  Spectrum of Standard lightning  currents and Its Application " , Meteorological monthly, 32,pp.11-19.

IEEE  working  Group, 1985."A simplified  method for  estimating   lightning  performance of  transmission lines" IEEE  Trans. Power  APP.Syst, vol.PAS-104, NO.4, Apr.

 Rondon, D., Vargas, M., Herrera, J., Montana, J.,Torres, H., Camargo, M., Jimenez, D.,  and Delgadillo, A. 2005. "Influence of  grounding  system  modeling on  transient analysis of  transmission  Lines due ti direct  Lightning strike", in proc . power Tech, st. Petersburg,Russia, Pp.1-6.

Hara, T. and Yamamato, O. 1996 " Modeling  of transmission  tower for Lightning  surge analysis" IEEE Gener. Transm,Distrib, Vol.143, No.3, pp. 283-289.

Baba, Y. and  Ishii, M.  "  Numerical  electromagnetic field  analysis  on  Lightning  surge  response of tower with shield wire, "IEEE  Trans. Power Delivery , Vol.15, NO.3.

Ishii , M., kawamura, T., Kouno, T., Ohsaki, E., Shiokawa, K., Murotani, K., and Higuchi, T. 1991" Multistory transmission  tower  model for Lightning  surge analysis, "IEEE Trans. Power  Delivery , Vol.6, No.3, pp.1327-13335.

Ametani, A. and Kawamura, T. . 2005."A method of a Lightning  surge analysis recommended  in Japan using  EMTP," IEEE Trans. Power Delivery , Vol.20, No.2, Apr

Yasuda, Y., Hirakawa, Y., Shiraishi, K., and Hara, T., 2001. "Sensitivity analysis on  grounding  models for  500kv transmission  Lines"Trans. IEEE Japan  B, Vol.121, NO.10, PP.1386-1393.

IEEE Working  Group, 2001. "Estimating  Lightning   performance  of transmission  lines II-Upates to analytical models", IEEE Trans. Power  Delivery , Vol.8.No.3, Jul . 2001

pigini , A., Rizzi, G. , Garbagnati, E., porrino, A. , Baldo, G. , and  Pesavento, G., 1989."performance of  large  air  gaps under  Lightning  overvoltage :Experiment al study and  analysis of accuracy of  predetermination  methods," IEEE Trans. Power  Delivery , Vol.4,No.2, pp 1379-1392, Apr.

Ye, H.S., J.J.He.H.Li,F.C.Lin. 2005" Simulation  of  Overvoltage  and  Flashover  Caused  by Lightning  Stroke  at Tower  of HVDC Transmission Line", power  system  Technology ,29,pp. 31-35.

Li. S.Q. ,1987."Electrical Engineers Handbook" , Machinery  Industry press.

Zhao, W.J. , 2004."HVDC  Engineering  Technology," china  Electric  power  press.

Cai. J.B. 2002."protection  of Lightning  and  Selection  for  Insulation  of Equipmenton 500kv  Shaheying  substation in Jinxi", jilin Electric power ,1, pp.9-13.

Zhang. Y. , 2004."study on Lightning  overvoltage  protection  for progressive Iine Protection  breaker of 500 kv  substation", Xi' an Jiaotong  University.

Kadir, M., cotton, I., 2006. "Implementation  of the Modified Leader progression Model in  Backflash over  Analysis", First International  power  and Energy Conference PEC on,Malaysia.

Ekonomou, L., Gonost, I.F., Stathopulos, I.A., Dialynas, E.N., " A Backflafhover  Model for  Calculation the Transmission Lines' Lightning  performance"9.Iroon plitechniou str,GR 15780 Zografou, Athens, GREECE.

Coelho Teixeira , C.J ., Machado e Moura, A., 2006. " Study of Backflashover  phenomena in  overhead  Transmission  Lines Using  the EMTP ", IEEE PES Transmission and Distribution  Conference and Exposition  Latin America, Venezuela,.

Viscaro S, ,2005"lightning on  Engineering  Approach " (in Portuguese), ArtLiber Edit . saopaulo.

Viscaro S, 2006." PERFORMANCE OF Transmission  Line  Grounding  Electrides for Lightning  current s". Internal  Report of Task  FORCE 4.4.06- CIGE working  Group on Lightning- c4.4.01, April.

Kizilcay, M., Neumann, C., 2007."Backflash over Analysis for 110KV  lines at  Multi- circuit  Overhead  Line Tower", International  Conference  on power system  Transients  in  Lyon,  France on june.

Chowdhuri, p.,Chairman, BaKer, A.C. , carrara , G., Chisholm , W.A. , Feser, K., Gizybowski, S., Lux, A., Newnam , F.R., 1994."Review of  Research on  Nonstandard   Lightning  voltage wave", IEEE Transaction on power Delivery , Vol.9, No.4, October.

CIGRE.1991,Guide to  procedures  for  estimating the performance of Transmission  lines, CIGRE Brochure 63

Darveniza, M., Vlastos, A.E., 1988."The Generalized  Integration Method for Predicting  Impulse Volt-Time Characteristics for non-standard wave  shapes-a Theoretical Basis "IEEE Transaction , Vol.23, NO.3.june.

IEEE Modeling  and  Analysis of  System  Transient Working  Group.1996,"Modeling   guidelines for  fast  front  transient " IEEE Trans Power  Deliver

shindo , T., Suzuki, T., "A New Calculation  Method  of Breakdown  Voltage  -Time  Characteristics of  Long Air   Gaps", IEEE Transaction on power  APParatus and   Systems, Vol. PAS-104, NO.6, June

AIEE Committee REPORT, 1950. "A  Method  for  Estimating  Lightning  performance of  Transmission  Lines" AIEE Transactions pt.  69.1187.1196

Clayton, J.M, and  Young, F.S,1964," Estimating Lightning  performance of Transmission  Lines"   IEEE Transaction , power Apparatus and  System, 83.1102-1110

General Electric  Company , EHV  Transmission  Lines  Reference   Book , Electric  Institute, New York, N.Y.,1986

Anderson , J,G, and Barthod , L, 1964." Metifor , a Statistical Method  of Insulation  Design  of  EHV  lines"IEEE Transaction , Power A pparatus and System , 83, 271-280. [48]

Martinez , J.A , Castro –A randa , F, 2009. "Lightning  Performance  Analysis  of  an  Overhead Transmissiom  Line  Protected  by  Surge  Arrester",Latin America  Transactions, IEEE March  .

Visacro  .S,Soares  Jr.A, 2005." HEM:   A Model for Simulation  of   Lightning –Related  Engineering  Problems", IEEE Trans, Power Delivery, Vol .20, NO.2, April  .

Berger k, Anderson.R.B , and  Kroninger H, 1975. "Parameter  of Lightning   Flashes" Electra, n 41, pp 23-37.

sargent  M.A , Darveniza , M, "Tower Surge Impedance"  IEEE Transaction  on PAS, Vol.PAS-88, NO.5,1969,PP.680-687.

Chishilm  W.A, Chow Y.L , Srivastava  KD, "Travel Time  of Transmission  Towers" IEEE Transavtion on PSA , Vol,PAS-104, NO.10,1985,PP  2922-2928.

Yi , H., Cui, J.I., 2001." The present  State and  Lightning  Protection  of  Transmission  Line in  China"  High Voltage  Engineering  , Vol 27, NO.6, PP. 44-45.

Caulker, D.  and  Ahmad, H. 2010." Lightning   Overvoltage  on Overhead  Transmission Line  Overhead Transmission Line  during  Backflashover   and  Shielding   Failure"  , UPEC 2010,31st Aug -3 rd.sept.

Andrew R. Hileman, 1999. " Insulation   Coordination  for  Power  Systems",  Eastern  Hemisphere Distribution , New York.

shwehdi, M.H. 2008." Computation of Lightning  Flashover & Backflashover  Voltage Levels on  230kv Transmission   lines"IEEE International   Conference  on  Power  and  Energy  , December 1-3., Johor Baharu, Malaysia.

Kizilcay , M., Neumann, C., 2011." Lightning    Overvoltage  Analysis  for  a 380 kv  Gas – Insulated  Line ,  the  Netheriands June 14-17.

Rachidi.F, et al., 2001,"Current and electromagnetic field associated with lightning-return strokes to tall towers," Electromagnetic Compatibility, IEEE Transactions on, vol. 43, pp. 356-367,.

Markovski.B, et al., 2012, "Transient characteristics of wind turbine grounding," in Lightning Protection (ICLP), 2012 International Conference on, pp. 1-6.

Grcev.L and Popov.M,, 2005, "On high-frequency circuit equivalents of a vertical ground rod," Power Delivery, IEEE Transactions on, vol. 20, pp. 1598-1603

Martinez .A,2010,Power system transients parameter Determination , Taylor and Francis Group, LLC,632