فهرست مطالبعنوان صفحهچکیده1فصل اول: مقدمه1-1 -آشنایی با صاعقه و پدیده تخلیه جوی21 -2- فیزیک صاعقه و خصوصیات تخلیه جوی الکتریکی41-3- شاخه های پیشرونده مرحله ای صاعقه (stepped leader)51-3-1-مسیر برگشتی (Return stroke)61-3- 2-شاخه پیشرونده تیری شکل(Dart leader)61-3-3 -تخلیه بین ابر (Intra cloud discharge)81-3-4 -تخلیه ای که بار مثبت را به زمین می آورد.81-3-5-تخلیه ای با جریان پیشرونده به سوی بالا81-4-جريان ناشي از اصابت صاعقه81-5– اثر مناطق جغرافيايي و ارتفاع بر دامنه جریان101-6-اثر نوع خاك101-7-نحوه تاثیر رعد و برق برخطوط انتقال انرژی111-8-معرفی اضافه ولتاژها121-9-اضافه ولتاژهای موجی141-9-1- اضافه ولتاژهای ناشی از بروز صاعقه141-9-1-1-تخلیه جوی یا صاعقه161-9-1-2-طبقه بندی صاعقه171-9-1-3- مشخصات اصلی امواج صاعقه181-9-1-4-اضافه ولتاژهای الکترواستاتیکی191-9-2- اضافه ولتاژهای ناشی از کلید زنی191-9-2-1- عوامل و شرایط ایجاد اضافه ولتاژهای گذرا کلید زنی201-9-2-2- اضافه ولتاژ ناشی از قطع و وصل خطوط201-9-2-3 -اضافه ولتاژهای ناشی از کلید زنی جریان های خازنی و سلفی201-9-2-4- اضافه ولتاژهای ناشی از قطع ناگهانی و نوسانات بار211-10- اضافه ولتاژهای موقتی211-10-1- اضافه ولتاژهای موقتی ناشی از بروز رزونانس و فرورزونانس211-10-2-اضافه ولتاژهای ناشی از خطای عایقی سیستم221-11-قابلیت اطمینان231-12-راهکارهای بهبود عملکرد خطوط انتقال و افزایش قابلیت اطمینان23فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده2-1- معرفی و بررسی شرایط وقوع صاعقه و پدیده جرقه برگشتی252- 2- انواع برخورد صاعقه262-2-1- اصابت مستقیم262-2-2- اصابت غیر مستقیم272-2-2-1- برخورد صاعقه به سر دکل282-2-2-2- برخورد صاعقه به سیم گارد292-2-2-3- برخورد صاعقه به نزدیکی هادی292-3-عوامل موثر در بروز پدیده جرقه برگشتی292-3-1- شرایط آب و هوایی منطقه جغرافیایی خاصی که دکل در آن منطقه قرار گرفته است302-3-2-مقاومت پای دکل312-3-3- امپدانس موجی دکل342-4- مدل های مختلف جرقه برگشتی352-4- 1-مدل سوئیچ ساده352-4-2- مدل ولتاژ-زمان352-4-3- مدل یکپارچه یا مدل معیار سطوح برابر362-4-4- مدل انتشار پیش رونده362-4-4-1 - مدل انتشار پیش رونده موتویاما382-4-4-2- مدل انتشار پیش رونده پیجینی و دیگران392-5 -محاسبه نرخ جرقه برگشتی(BFR)402-5-1- پیش بینی نرخ تخلیه برگشتی به کمک منحنی های تعمیم یافته412-5-1-1- روش AIEE412-5-1-2- روش کلیتون و یانگ452-5-1-3- روش انستیتو برقی جنرال الکتریک- ادیسون452-5-2 -روش مونت کارلو برای محاسبه نرخ تخلیه برگشتی452-6-روش های کاهش جرقه برگشتی و افزایش قابلیت اطمینان472-6-1- استفاده از برقگیر472-6-1-1-مشخصات یک برقگیر خوب472-6-1-2- عوامل مهم در آسیب دیدگی برقگیرها482-6-2- کاهش امپدانس زمین482-6-3- افزایش طول زنجیره مقره492-6-4- روش های غیر متعارف49فصل سوم: مواد و روش ها 3-1-مدل جریان صاعقه .............................................................................................................................513-2- مدل دکل533-2-1- مدل خط انتقال تکفاز عمودی بدون تلفات543-2-2-مدل چند سیمه دکل563-2-3-مدل چند طبقه دکل583-3 -مدل مقاومت پای دکل603-4- مدل عمومی جرقه زنجیره مقره623-5- مدل زنجیره مقره برای خطوط HVDC633-6- مدل صاعقه گیر643-7- مدل سازی میله های عمودی سیستم زمین........................................................................................653-7 -1- مدل سازی میله زمین به صورت مقاومت ساده R.......................................................................653-7-2- مدل سازی میله زمین به صورت RLCفشرده...............................................................................653-7-3-مدل سازی میله زمین به صورت RLC توزیع شده ....................................................................65فصل چهارم: نتایج و بحث4-1- شبیه سازی و بررسی پارامترهای موثر دراضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه در یک سیستم 400 کیلو ولت684-2-مدل سازی دکل694- 3- بررسی موج صاعقه اصلی (First Stroke) و موج برگشتی (Subsequent Stroke یا Return Stroke)764-4- بررسی اضافه ولتاژ بر روی دکل ها حاصل از برخورد موج اصلی و برگشتی با دکل T1794-5-اضافه ولتاژ بر روی فاز A حاصل از برخورد موج صاعقه اصلی و برگشتی با دکل T1834-6-اضافه ولتاژ بر روی فاز A حاصل از برخورد موج صاعقه اصلی و برگشتی با فازA در دکل T1874-7-اضافه ولتاژ بر روی دکل ها حاصل از برخورد موج صاعقه اصلی و برگشتی با فازA در دکل T1904-8-تاثیر امپدانس پای زمین در وقوع جرقه بازگشتی934-9- تاثیر ساختار و ابعاد دکل بر روی اضافه ولتاژ954-10- مدل سازی میله ها یا الکترود های عمودی برای سیستم زمین984-10-1- مدل سازی میله زمین به صورت مقاومت ساده R984-10-2- مدل سازی میله زمین به صورت RLC فشرده 994-10-3- مدل سازی میله زمین به صورت چندین RLC1014- 11 -مقایسه انواع مدل سازی میله زمین1034-12- شماتیک و نتایج حاصل از برخورد صاعقه با فازA واضافه ولتاژ ایجاد شده در طول کابل GIL با یک برقگیر در ابتدای کابل................................................................................................................1074-13- 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 کابل1094-14-نتیجه گیری ..................................................................................................................................110فصل پنجم : بحث و نتیجه گیری5-1- نتیجه گیری113فهرست منابع118چکیده انگلیسی123 فهرست جدول هاصفحه عنوان جدول جدول1-1 . مشخصه های صاعقه شامل مشخصه های پیشرونده مرحله ای،مسیربرگشتی وشاخه پیشرونده تیری شکل7جدول1- 2. متوسط مقاومت زمين در مناطق مختلف برحسب اهم متر11جدول1- 3 . مشخصات اصلی اضافه ولتاژهای مهم سیستم قدرت (طبق استاندارد 71IEC)12جدول2- 1 .مقادیر بیشینه پیشنهادی برای امپدانس پای دکل49جدول3- 1 .مقدار پارامترهای شکل موج های مختلف صاعقه53جدول3- 2 .امپدانس موج دکل برای مدل خط انتقال تکفاز عمودی بدون تلفات55جدول3- 3 . امپدانس موجی دکل چند سیمه57جدول3- 4 . امپدانس موجی و ضریب میرایی بر طبق مدل چند طبقه دکل59جدول3- 5 . مقاومت میرایی و kiبر طبق مدل بابا وایشی59جدول3- 6 . مقاومت و اندوکتانس میرایی برای مدل چند طبقه دکل60جدول3- 7 .مدل های وابسته به جریان مقاومت زمین دکل61جدول3- 8. مدل انتشار پیش رونده62جدول3- 9 .مقادیر مشخصه ولت آمپر صاعقه گیر خط DC65جدول4- 1 . مشخصات موج اصلی و برگشتی صاعقه78جدول4- 2 .مشخصات دو نوع میله در دو نوع خاک با مدل سازی RLC98جدول4- 3 . محاسبه پارامترهای RLC برای حالت قسمت بندی شده به طول یک متر102 فهرست شکل هاعنوان شکل صفحهشکل1- 1. تقسیم بار های الکتریکی مثبت و منفی3شکل1- 2.شماتیک اصابت یک صاعقه به زمین (با استفاده از دوربین ذکر شده) ،زمان از چپ به راست افزایش می یابد6شکل1- 3.شکل موج صاعقه باجریان ضربهµs 2/88شکل1- 4.توزیع آماری صاعقه دریکی ازمناطق تایلند9شکل1- 5.دامنه و زمان استمرار انواع اضافه ولتاژها در یک سیستم با حفاظت کامل13شکل1- 6.(الف)شکل موج جریان و (ب)شکل موج ولتاژ صاعقه استاندارد(نوسی و همکاران،1999)15شکل1- 7.صاعقه با پلاریته منفی و با جهت از زمین به طرف ابر(توماس،2000)17شکل1- 8 .توزیع تجمعی دامنه جریان صاعقه 1-اقتباس از مقاله AIEE، 2- اقتباس از مقاله اندرسون18شکل1- 9.توزیع تجمعی پیشانی امواج صاعقه18شکل1- 10. اضافه ولتاژ ناشی از وقوع فرورزونانس در یک ترانسفورماتور پنج ستونه22شکل2- 1. اصابت صاعقه بریک فازخط انتقاال27شکل 2- 2. برخورد صاعقه به سر دکل28شکل 2- 3. پدیده جرقه برگشتی28شکل 2- 4 .برخورد صاعقه به سیم گارد29شکل2- 5. منحنی ایزوکرونیک.( اکونومو و همکاران)30شکل2- 6.بازتاب موج صاعقه از سمت زمین.(ویسکارو،2005)32شکل 2- 7. ترکیب اضافه ولتاژ صاعقه در نوک دکل(ویسکارو،2006)33شکل 2- 8. .تغييرات مقاومت موجي نسبت به مقاومت در فركانس قدرت34شکل 2- 9 .پدیده شکست یک فاصله هوایی سوزن_ سوزن ، آغاز کرونا (a)، شکل گیری یک نوار باریک (b)، انتشار پیش رونده (c)، شکست (d) (میکروپولوس و همکاران،2010)37شکل 2- 10. منحنی های تخمین جریان بحرانی ضربه در دکل بر حسب تعداد عایق های آویز استاندارد (146*254) بر حسب میلیمتر42شکل2- 11. منحنی های تخمین جریان بحرانی ضربه در نیمه راه43شکل 2- 12.منحنی های تنظیم تعداد عایق ها در شکل (2-10) هنگامی که ارتفاع و فاصله مین هادی ها نسبت به مقدار مرجع متفاوت است44شکل3- 1. مدل محاسباتی تخلیه صاعقه52شکل3- 2. مدل های مختلف دکل54شکل3- 3 .نمونه دکل دو مداره (a): 150 کیلو ولت و (b):400 کیلو ولت ، طول زنجیره مقره به ترتیب 86/1و 62/3متر55شکل3- 4. مدل جرقه زنجیره مقره63شکل 3- 5.مدلهای یک میله زمین عمودی، a)موقعیت فیزیکی، b) مدل فرکانس پایین، c) مدل فرکانس بالا باRLC فشرده، d) مدل فرکانس بالا با پارامترهای توزیع شده ...............................................................................................65 شکل 4- 1.ساختار سیستم مورد بررسی.. 68شکل4- 2. دو نوع دکل مورد بررسی در سیستم نمونه.. 70شکل4- 3. مدل مداری برای حالت مدلسازی دکل با یک خط تنها.. 70شکل4- 4. انواع مختلف روشهای محاسبه امپدانس موجی.. 71:شکل4-5. مدل سازی دکل به صورت چند سطحی.. 72شکل4- 6.محاسبه مقادیر req, z. 72شکل4- 7. مدل مداری و پارامترهای مورد نیاز برای مدل سازی دکل1بر اساس دو مدل اقتباس از کتاب مارتینز............74 شکل4-8.مدل و پارامترهای مورد نیاز برای مدل سازی دکل 2در دو حالت کلی مدل سازی. 75شکل4- 9. شکل استاندار یک موج صاعقه.. 76شکل4- 10.چهار حالت برخورد صاعقه با زمین(رشیدی و همکاران،2001).. 77شکل4- 11. a) موج اصلی و برگشتی صاعقه، b)مشتق موج اصلی و برگشتی صاعقه(رشیدی و همکاران ،2001).78شکل 4- 12. شماتیکی از شبیه سازی اصابت همزمان موج اصلی و برگشتی صاعقه به دکل T179شکل4- 13.اضافه ولتاژ ناشی از برخورد صاعقه با دکل T1 بر روی تمام دکل ها a) موج اصلی، b)موج برگشتی80شکل4- 14.اضافه ولتاژ ناشی از برخورد صاعقه با دکل T1 بر روی تمام دکل ها a) اصابت موج اصلی و برگشتی به طور همزمان، b)موج برگشتی 5میکروثانیه بعد از موج اصلی، c) موج برگشتی 10میکروثانیه بعد از موج اصلی 82شکل 4- 15. مقایسه اضافه ولتاژ موج اصلی و برگشتی بر روی دکل T1. 82شکل 4- 16. مقایسه اضافه ولتاژ ناشی از اصابت همزمان دو موج به صورت همزمان، با 5 میکروثانیه اختلاف و 10 میکروثانیه اختلاف.. 82شکل 4- 17.مقایسه اضافه ولتاژ ناشی از اصابت موج اصلی، موج برگشتی و به صورت همزمان با 5 میکروثانیه اختلاف.. 83شکل 4- 18.اضافه ولتاژ ناشی از برخورد صاعقه با دکل T1 بر روی فاز A تمام دکلها a)موج اصلی b) موج برگشتی84شکل4- 19.اضافه ولتاژ ناشی از برخورد صاعقه با دکل T1 بر روی فازA تمام دکل ها a) اصابت موج اصلی و برگشتی به طور همزمان، b)موج برگشتی 5میکروثانیه بعد از موج اصلی، c) موج برگشتی 10میکروثانیه بعد از موج اصلی85شکل4- 20.مقایسه اضافه ولتاژ موج اصلی و برگشتی بر روی فازA در دکل T186شکل4- 21.مقایسه اضافه ولتاژ حاصل از اصابت همزمان موج اصلی و برگشتی بر روی فازA در دکل T186شکل4- 22. مقایسه اضافه ولتاژ حاصل از اصابت موج اصلی، برگشتی و همزمان بر روی فازA در دکل T186شکل4- 23. اضافه ولتاژ ناشی از برخورد صاعقه با فازA در دکل T1 بر روی فاز A تمام دکلها a)موج اصلی،87شکل4- 24.اضافه ولتاژ ناشی از برخورد صاعقه با فازA در دکل T1 بر روی فاز A تمام دکلها a)موج اصلی و برگشتی با هم با 5میکروثانیه اختلاف، b) موج اصلی و برگشتی با هم با 10میکروثانیه اختلاف88شکل4- 25. مقایسه اضافه ولتاژ موج اصلی و برگشتی بر روی فازA در دکل T1 در هنگام اصابت صاعقه به فاز A89شکل4- 26.اضافه ولتاژ موج اصلی و برگشتی به طور همزمان بر روی فازA در دکل T1 در هنگام اصابت صاعقه به فاز A.. 89شکل4- 27. اضافه ولتاژ موج اصلی، برگشتی، و به طور همزمان با 5 میکروثانیه اختلاف بر روی فازA در دکل T1 در هنگام اصابت صاعقه به فاز A.. 89شکل4- 28.اضافه ولتاژ بر روی دکلها حاصل از برخورد صاعقه با فازA در دکل T1، a)موج اصلی، b) موج برگشتی90شکل4- 29.اضافه ولتاژ بر روی دکلهای مختلف حاصل از برخورد صاعقه با فازA در دکل T1، a) اصابت موج اصلی و برگشتی با هم با 5 میکروثانیه اختلاف، b) اصابت موج اصلی و برگشتی با هم با 10 میکروثانیه اختلاف91شکل4- 30.اضافه ولتاژ بر روی دکل T1 حاصل از اصابت موج اصلی و برگشتی با فاز A92شکل4- 31.اضافه ولتاژ بر روی دکل T1 حاصل از اصابت همزمان موج اصلی و برگشتی با فاز A با اختلاف زمانی29شکل4- 32.اضافه ولتاژ بر روی دکل T1 حاصل از اصابت موج اصلی، برگشتی و همزمان هر دو موج با فاز A92شکل4- 33.اضافه ولتاژ بر روی دکل ناشی از برخورد صاعقه با دکل T1 برای مقاومت های مختلف پای زمین93شکل4- 34. اضافه ولتاژ ناشی از جرقه برگشتی بر روی فاز A برای مقاومت های پای زمین مختلف94شکل4- 35.ساختار داخلی دکل تک مداره.. 95شکل4- 36. ساختار داخلی دکل دو مداره.. 96شکل4- 37.اضافه ولتاژ ناشی از برخورد صاعقه با دکل T1 بر روی خود دکل و 3فاز برای دو نوع دکل تک مدا ره و دومداره.. 97شکل4- 38. مقایسه ای از اصابت موج اصلی و برگشتی صاعقه به دکل، بین دکل تک مداره و دکل دو مداره................97شکل4- 39. اضافه ولتاژ بر روی دکل ناشی از برخورد موج اصلی صاعقه در حالت های مختلف با مدل سازی R 99شکل4- 40.اضافه ولتاژ بر روی دکل ناشی از برخورد موج برگشتی صاعقه در حالت های مختلف با مدل سازی R99شکل4- 41.اضافه ولتاژ بر روی دکل ناشی از برخورد موج اصلی صاعقه در حالت های مختلف با مدل سازی RLC100شکل4- 42.اضافه ولتاژ بر روی دکل ناشی از برخورد موج برگشتی صاعقه در حالت های مختلف با مدل سازی RLC100شکل4- 43. شماتیکی از شبیه سازی میله های زمین به صورت چندین RLC.. 101شکل4- 44.اضافه ولتاژ بر روی دکل ناشی از برخورد موج اصلی صاعقه در حالتهای مختلف با مدل سازی یک RLC به ازای هر یک متر طول میله.. 102شکل4- 45. اضافه ولتاژ بر روی دکل ناشی از برخورد موج برگشتی صاعقه در حالتهای مختلف با مدل سازی یک RLC به ازای هر یک متر طول میله a) شکل کامل، b) شکل زوم شده در 5/2 میکروثانیه اول103شکل4- 46. اضافه ولتاژ بر روی دکل ناشی از برخورد موج اصلی صاعقه در حالتهای مختلف مدل سازی a) شکل 10 میکروثانیه اول، b) شکل زوم شده در 20 میکروثانیه بعدی.. 104شکل4- 47. اضافه ولتاژ بر روی دکل ناشی از برخورد موج برگشتی صاعقه در حالتهای مختلف مدل سازی a) شکل 10 میکروثانیه اول، b) شکل زوم شده در 20 میکروثانیه بعدی.. 105شکل4- 48.اضافه ولتاژ بر روی دکل ناشی از برخورد موج اصلی صاعقه در حالتهای مختلف مدل سازی106شکل4- 49. اضافه ولتاژ بر روی دکل ناشی از برخورد موج برگشتی صاعقه در حالتهای مختلف مدل سازی106شکل4- 50. شماتیکی از شبیه سازی حضور یک برقگیر در ابتدای کابل.. 107شکل4- 51 .اضافه ولتاژ در طول کابل GIL با یک برقگیر a)نتایج شبیه سازی، b) نتایج مقاله مرجع108شکل4- 52. شماتیکی از شبیه سازی وجود دو برقگیردر ابتدا و انتهای کابل109شکل4- 53. اضافه ولتاژ در طول کابل GIL با دو برقگیر a)نتایج شبیه سازی، b) نتایج مقاله مرجع110 اضافه ولتاژها یکی از مهمترین عوامل مخرب و تهدید کننده عایق تجهیزات شبکه قدرت بوده و اغلب باعث ایجاد وقفه در سرویس دهی و کاهش کیفیت توان و قابلیت اطمینان سیستم می شوند.ا ضافه ولتاژهای گذرا ناشی از صاعقه در سیستم قدرت خیلی رایج تر و خطرناک تر بوده و از اهمیت بیشتری در هماهنگی عایقی سیستم برخوردار می باشند. بنا بر این در این پایان نامه به ارزیابی مسائل مختلفی در خصوص اضافه ولتاژهای صاعقه در یک سیستم 400 کیلو ولت با خطوط هوایی و خط با عایق گازی Gil))با استفاده از نرم افزار EMTP RV پرداخته شده است.در این پایان نامه مطالعه جامعی برای بررسی مسائل مختلف در خصوص اضافه ولتاژهای صاعقه انجام گرفته است از جمله :موج اصلی و برگشتی صاعقه ، عملکرد خطوط هوایی و خط با عایق گازی در اثر موج های صاعقه ، برسی اضافه ولتاژهای صاعقه ناشی از برخورد صاعقه به دکل یا سیم زمین و برخورد مستقیم صاعقه به سیم های فاز ، تاثیر ساختار و ابعاد دکل در ایجاد این اضافه ولتاژها ،طراحی سیستم زمین دکل ها و تکنیک های مدل سازی آن،ویژگی های خاک و تاثیر نصب برقگیرها درمکان های مختلف،در نهایت با معرفی و تعیین پارامترهای موثر در ایجاد اضافه ولتاژها ، استراتژی های کمک کننده ای معرفی شده است.