دانلود پروژه رشته برق درباره فیوز های الكتریكی – قسمت چهارم

دانلود پایان نامه

شكل (2-3) نمای مشخصه حفاظتی برای یك موتور ولتاژ بالا را نمایش می دهد. زمان استارت موتورهای ولتاژ بالا متناسب با نوع موتور و مقدار بار مكانیكی آن مابین 6 الی 60 ثانیه می باشد كه در این شكل زمان استارت 10 ثانیه در نظر گرفته شده است.

نقطه A یعنی محل تلاقی مشخصه فیوز و مشخصه رله می باید طوری انتخاب گردد كه مقدار جریان مربوط به این نقطه از مقدار جریان استارت موتور بیشتر باشد تا اینكه هم وقتیكه موتور استارت می شود فیوز نسوزد و هم وقتیكه موتور زیر بار به خاطر دلایل مختلف ( از جمله كاهش ولتاژ) توقف می نماید وظیفه حفاظت به رله سپرده شود. بنابراین قدرت قطع كنتاكتورها می باید بیشتر از جریان مربوط به نقطه A در شكل باشد اما وقتیكه رله جریان زیاد قطع سریع زمین استفاده می گردد، قدرت مذكور می باید بیشتر از جریان نقطة B باشد. همچنین كنتاكتور می باید قابلیت تحمل جریان عبوری تا زمان قطع فیوز و همچنین مربوطه را برای ماكزیمم جریان انتظاری خطا داشته باشد یعنی اینكه در این شرایط كنتاكتهای آن ذوب نشوند.

نکته مهم : برای استفاده از متن کامل تحقیق یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و تحقیق دانشگاهی در رشته های مختلف است که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

حفاظت ترانسفور ماتور توزیع

فیوزهای ولتاژ بالا بطور گسترده در مدار اولیه ترانسفور ماتورهای توزیعی كه دارای قدرت نامی حدود MVA1 هستند، مورد استفاده قرار می گیرند. همانند حفاظت موتور در اینجا نیز فیوزها برای حفاظت در برابر جریان زیاد استفاده نمی شوند، بنابراین مقادیر نامی فیوز می تواند از مقادیر نامی ترانسفورماتور بسیار بزرگ تر باشد. فیوزها باید بر پایه ملاحظات زیر انتخاب گردند.

الف- توانائی تحمل جریان هجومی ترانفسورماتور:

وقتی ترانسفور ماتورها به برق وصل می شوند، جریان هجومی گذرایی در آنها ایجاد می شود، دامنه و مدت زمان حضور این جریان بستگی به چگالی شار مغناطیسی پس ماند هسته و شكل مومج ولتاژ در محفظه وصل كلید و امپدانس منبع دارد. فیوز نباید تحت شرایط جریان هجومی عمل كند. یك قانون سرانگشتی كه در اروپا استفاده می شود این است كه اثر كلی جریان هجومی را معادل 10 برابر جریان نامی در مدت 1/0 ثانیه در نظر می گیرند. در آمریكای شمالی روش پیشنهادی این است كه اثر جریان هجومی معادل 25 برابر جریان نامی برای مدت نصف پریود در نظر گرفته شود. بهر حال شبیه سازی مسئله در اینجا توصیه می گردد.

ب- توانائی تحمل اضافه بار:

ترانسفورماتورها اغلب برای چند ساعت در روز، در نقاطی فراتر از مقادیر نامی خود كار می كنند. این موضوع به دلیل ثابت زمانی طولانی حرارتی زیادی كه ترانسفورماتورها دارند میسر می باشد. از آنجا كه ثابت زمانی حرارتی فیوز كمتر كاز ثابت زمانی ترانسفورماتور می باشد. مقدار مجاز اضافه بار نامی ترانسفورماتور باید برای فیوز به عنوان شرایط ماندگار ( یعنی به عنوان جریان نامی) در نظر گرفته شود. امكان وجود اضافه بارهای بیشتر با مدت كمتر هم باید به دقت در نظر گرفته شوند.

ج- توانایی تحمل برخورد صاعقه:

امواج سیار جریان كه در اثر برخورد صاعقه ایجاد می شوند گرچه با هماهنگی سطح عایقی سیستم دفع می شوند، ولی ممكن است باعث ذوب شدن ناخواسته المنت فیوز گردد. برای درصد كمی از موارد انرژی برخورد بسیار زیاد می باشد، جلوگیری از ذوب شدن المنت بسیار مشكل است و در عمل باید احتمال وجود خطر را پذیرفت.

د- قطع سریع جریان خطا:

فیوز باید توانائی قطع سریع جریانهای شدید حاصل از خطاهایی را كه ممكن است در داخل ترانسفورماتور یا در ثانیه ترانسفورماتور و قبل از حفاظت ثانویه ( خطای “ناحیه ترمینال ثانیه”)رخ دهد، دارا باشد. گرچه در نظر گیری این موضوع مشكل نیست، ولی اگر خطا دارای دامنه محدود باشد.و ( مثل خطای دو حلقه مجاور سیم پیچی یا خطای فاز به زمین در ناحیه ترمینال ثانویه با مقاومت خطای قابل ملاحظه) قطع سریع جریان بدلیل طبیعت ضد جریان هجومی بودن مشخصه جریان- زمان فیوز، مشكل است. یك قانون سرانگشتی كه در انگلستان رایج است چنین بیان می دارد كه جریان خطای فاز به زمین در ترمینال ثانویه ( پس از كاهش تحت ضریبی معادل 6/0 برای در نظر گرفتن اثر مقاومت خطا) باید در مدت زمان كمتر از100 ثانیه توسط فیوز ولتاژ بالا (HV) قطع گردد.

هـ – هماهنگی مابین حفاظت اولیه و ثانویه:

اگر مدار ثانویه توسط یك رله جریان زیاد با منحنی مشخصه معكوس یا یك فیوز اصلی حفاظت شده باشد، هماهنگی مابین اولیه و ثانویه بسیار مشكل می باشد. با این وجود، حالت بسیار رایج این مطلب مطابق همان چیزی است كه در شكل (3-4ب) نشان داده شده است، كه در آن برای هر یك از كابلهای توزیعی كه از ترانسفورماتور تغذیه می شوند فیوزهای مجزایی در نظر گرفته شد است. با داشتن اطمینان از اینكه كل زمان عملكرد فیوز توزیع، كمتر از زمان قبل از قوس (prearcing Time) فیوز ولتاژ بالا می باشد می توان به هماهنگی مذكور دست یافت.

به هنگام استفاده از مشخصه جریان- زمان برای انتقال كلیه جریانها به یك سمت ترانسفورماتور نسبت تبدیل ترانسفورماتور مورد توجه قرار می گیرد. برای ترانسفورماتوری كه سیم پیچی آن بصورت ستاره- مثلث می باشد، مطلب دیگری نیز می باید بدترین شرایط برای ایجاد هماهنگی خطای فاز به فاز در طرف ثانویه است كه توزیع جریانی بصورت 1 : 1: 2 در طرف اولیه ایجاد می كند. نكته دیگری كه باید در نظر گرفته شود این است كه اگر ترانسفورماتور مجهز به تغییر دهنده تپ
(Tap Chnger) باشد، نسبت تبدیل آن می تواند دستخوش تغییرات گردد و در نتیجه در هماهنگی باید در نظر گرفته شود.

شكل ( 3-14 الف) یك نمونه از ایجاد هماهنگی بین فیوزهای توزیع  HV (ولتاژ بالا) و LV (ولتاژ پائین) را نشان می دهد. زمان متناظر با نقطه Aزمانی است كه فیوز   HV لازم دارد تا جریان خطای زمین در ترمینال ثانویه را قطع نماید.

فیوزهای حفاظتی ترانسهای ولتاژ

جریان بار نامی ترانسهای ولتاژ معمولاً مقدار كمی mA می باشد. بنابراین اندازه فیوزی كه برای حفاظت این نوع ترانسها مورد استفاده قرار می گیرد از روی قابلیت تحمل جریان هجومی ترانس مشخص می شود. مقدار جریان هجومی با افزایش استفاده از فولادهای با هدایت مغناطیسی بالا برای ترانسهای ولتاژ بطور روز افزونی افزایش یافته است. با توجه به این موضوع امروزه، استفاده از فیوزهای 3 آمپری برای حفاظت ترانسهای ولتاژ تقریباً استاندارد شده است. بهر حال، در صورت استفاده از این نوع فیوزها، هدف ایجاد حفاظت در مقابل جریان اتصالی كوچك، همانند آنچه در صورت اتصالی مابین حلقه های سیم پیچی ترانس از مدار می گذرد، نمی باشد. چرا كه اگر بخواهیم فیوزی انتخاب كنیم كه بتواند جریانهای اتصالی به این كوچكی را نیز مشخص دهد در آنصورت فیوز مذكور نمی تواند جریانهای هجومی ترانس را تحمل نماید در هر حال ترانسهای ولتاژی كه جدیداً ساخته می شوند دارای آنچنان قابلیت اطمینان بالائی هستند كه ایجاد چنین اتصالی هائی در آنها غیر متحمل می باشد و بنابراین حفاظتی برای این نوع اتصالی در نظر گرفته نمی شود. با اینحال در جاهائیكه قابلیت اطمینان بالاتری لازم است، مانند ترانسهای ولتاژ مربوط به ژنراتورهای خیلی بزرگ، استفاده از فیوزهای مخصوص معمومل می باشد. این فیوزها قابلیت قطع جریان از حداقل جریان فیوزینگ تا حدود kA 200 را دارا می باشند.

حفاظت نیمه هادیهای قدرت

در بیست سال اخیر استفاده از دیودهای سیلیكانی و تایرستورها به سرعت افزایش یافته سات و به همراه آن فیوزهای محدود كنندة جریان جهت حفاظت قطعات مذكور و همچنین مداراتی كه این قطعات در آنان قرار گرفته اند بطور روز افزونی مورد استفاده قرار می گیردند، با توجه به این موضوع استاندارد 269 IEC شامل ضمیمه ای است كه شرایط اضافی مورد لزوم را برای چنین فیوزهایی تشریح می نماید. این نوع فیوزها معمولاً فیوزهای نیمه هادی نامیده می شوند.

مشكل اصلی در حفاظت قطعات نیمه هادی این است كه اینگونه قطعات ذاتاً توانائی عبور جریان اضافه بار بسیار كمی را دارا می باشند. این موضوع به این دلیل است كه محل اتصال لایه های p-n در نیمه هادیها نازك است و لازم است كه همواره خنك نگه داشته شود كه این عمل با ایجاد خنك كننده، گاهی اوقات در هر دو طرف لایه، برآورده می گردد. به این ترتیب جریان نامی نیمه هادی به حداكثر ممكن افزایش می یابد. اما تحت شرایطی كه به مقدار اضافه بار زیاد باشد، تأخیر زمانی در تبادل حرارتی باعث افزایش سریع درجه حرارت محل اتصال لایه های p-n شده و در نتیجه نیمه هادی آسیب می بیند. به عنوان مثال، اگر جریان نامی یك تایریستور A 100 باشد این تایریستور قابلیت قطع شش برابر این جریان را برای مدت فقط 10 میلی ثانیه دارا می باشد. شكل ( 3-5) مشخصه خرابی چنین قطعه ای را در مختصات جریان- زمان نشان می دهد. از آنجائكه مشخصه مذكور بستگی به شكل موج جریان عبوری از قطعه دارد، شكل مذكور بطور تقریبی برای مقدار موثر جریان سینوسی ترسیم شده است. بهر حال كارخانجات سازنده این قطعات معمولاً مشخصه دقیق خریاب وسیله را در اختیار خریداران قرار می دهدند. یكی از اعدادی كه معمولاً در اختیار قرار می گیرد، مقدار پیك جریان سینوسی است. (ITSM) كه آن مقدار جریانی است كه در یك نیم پریود باعث خرایب وسیله نگردد مقدار مؤثر جریان مربوطه را بنابراین می توان از روی تعیین نمود و زمان مربوطه نیز در سیستم های HZ 50 برابر msec 10 در سیستم های HZ 60 برابر msec 33/8 خواهد بود.

با توجه به مشخصه خرابی قطعات نیمه هادی واضح است كه برای حفاظت آنان احتیاج به فیوزهایقطع سریع می باشد فیوزهائی كه حداكثر دارای فاكتور تأخیر 6 باشند. بنابراین با توجه به مطالبی كه در فصل قبلی آمد، فیوزهای نیمه هادی می باید دارای المانهای پهن، كوتاه، نازك از جنس نقره و دارای شیاری عمیق كه در اثر نیروهای الكترو مغناطیسی پاره نشوند، باشند. همچنین جهت خنك كردن بهتر آنها اغلب برای فیوزهای با جریان نامی بالا از چندین بدنه فیوز كه بصورت موازی قرا گرفته اند استفاده می گردد.

طراحی فیوز كه بتواند مشخصه ای همانند آنچه در شكل ( 3-5) آمده است ( یعنی دقیقاً موازی مشخصه خرابی نیمه هادی باشد) و مدار را قبل از اینكه به نیمه هادی آسیب برسد قطع نماید در عمل كاملاً ممكن می باشد. اما ساخت چنین فیوزی اقتصادی نمی باشد چرا كه در اینصورت جریان نامی فیوز خیلی پائین تر از جریان فیوزینگ و در نتیجه جریان نامی نیمه هادی خواهد بود. و از ظرفیت كامل نیمه هادی نمی توان استفاده نمود بعنوان مثال اگر فاكتور فیوزینگ برابر 25/1 باشد و جریان نامی نیمه هادی A 100 باشد در اینصورت جریان نامی فیوز خواهد بود كه در نتجه ماكزیمم جریان قابل عبور از مدار در حالت عادی كار به  A 80 محدود خواهد شد.بنابراین از ظرفیت كامل نیمه هادی در مدار استفاده نخواهد شد و در نتیجه از نظر اقتصادی این طرح قابل قبول نخواهد بود.

یادآوری می گردد كه ساخت فیوزی با فاكتور فیوزینگ خیلی كم نیز امكانپذیر نمی باشد.

با توجه به مسئله بالا عملاً از دو روش برای حفاظت نیمه هادیها استفاده می گردد. اولین روش، كه برای نیمه هادیهای كم قدرت و در نتیجه ارزان قیمت مورد استفاده قرار می گیرد. این است كه از فیوزی استفاده می شود كه جریان نامی آن برابر جریان نامی قطعه نیمه هادی باشد. در اینصورت نیمه هادی در مقابل اضافه بار حفاظت نمی گردد ولی در مقابل اتصالی حفاظت می شود. در روش دیگر كه معمولاً برای نیمه هادیهای پر قدرت و در نتیجه گران قیمت استفاده می گردد، فیوز و دژنكتور را با هم بكار می برند، چرا كه در اینجاب نه تنها نیمه هادی گران است بلكه مدارهای متصله نیز از اهمیت بالائی برخور دارند. شكل ( 3-6) مشخصه هماهنگی مابین فیوز و دژنكتور مورد بحث را نشان می دهد. زمان قطع دژنكتور در این شكل طوری تنظیم شده است كه نه تنها جریان اضافه بار را قطع نماید بلكه جریانهای اتصال كوتاه به مقدار كم را تا زمان sec1 قطع كند. باری اتصالی با جریان بالاتر كه احتیاج به قطع سریع مدار می باشد، فیوز این وظیفه را به عهده می گیرد و بنابراین فیوز به عنوان پشتیبان دژنكتور در مدار عمل می نماید.

برای ركتیفایرهای خیلی بزرگ حفاظت اضافه بار سیستم می تواند بوسیله كنترل گیت این ركتیفایرها برای اضافه بارهای كم مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین تركیب دژنكتور، فیوز و همچنین كنترل گیت این نوع ركتیفایرها حفاظت آنان را تضمین می نماید. البته مسئله هماهنگی این نوع وسائل با یكدیگر و همچنین كنترل گیت بسیار پیچیده می باشد و از موضوع این كتاب خارج وبنابراین بحث بیشتری در مورد آن صورت نمی گیرد.

نتیجتاً بحث های بعدی این كتاب به این موضوع حفاظت مبدل های قدرتی كه به وسیله دژنكتور در مدار تغذیه مبدل، همراه با فیوزهائی كه هر یك از تایریستورها را بطور جداگانه برای اتصال كوتاه حفاظت می نمایند محدود می گردد. بخش بعدی اصول انتخاب فیوز برای انتخاب این وظیفه را بررسی می نماید.

وقتیكه در مدار مبدل یك اتصال كوتاه می پیوندد جریان گذرائی از مدار عبور می كند كه مقدار و مشخصه آن به طریقه اتصال مدار، ولتاژ منبع در لحظة اتصالی و رفتار فیوز در شرایط اتصالی بستگی دارد. معیار صحیح برای حفاظت درست این است كه فیوز بایستی قبل از اینكه قطع آسیب ببیند مدار را قطع كند. برای بررسی موضوع و تصمیم گیری صحیح جهت انتخاب فیوز، نیاز به حل معادلات رفتار فیوز همراه با معادلات چگونگی افزایش درجه حرارت محل اتصال p-n قطعه مورد نظر تحت شرایط اتصالی مورد نظر خواهیم داشت. با حل چنین معادلاتی می توان مطمئن بود كه درجه حرارت محل اتصال قطعه از مقدار مجاز آن ( تحت بدترین شرایط اتصال كوتاه در مدار) تجاوز ننموده و بنابراین فیوز وظیفه حفاظتی خود را به خوبی انجام می دهد. اما استفاده از چنین روشهائی كامپیوتری مختص به آن دارند كه برای این كار طراحی شده باشند. این نوع برنامه ها عموماً در دسترس همه قرار ندارند. بنابراین معمولاً از روشهای تقریبی « قوانین سر انگشتی» بر مبنای هماهنگی استفاده می شود.

دلیل اصلی برای متوسل شدن مهندسین به این است كه انتگرال معیاری از درجه حرارت متصاعد شده در قطعه در اثر وجود یك پالس كوتاه مدت را بدست می دهد. بشرطی كه گویای حاصل از عبور جریان از دست نرود یعنی شرایط اصطلاحاً آدیباتیك باشد.

بهر حال عملاً شرایط آدیباتیك (adiabatic) مذكور فقط برای زمانهای خیلی كوتاه كه در آن حرارت امكان تبادل نداشته باشد صادق می باشد و بنابراین بر تحمل قطعه با افزایش زمان افزوده می شود چرا كه حرارت فرصت تبادل را می یابد. با توجه به این موضوع در صورتیكه مقدار برای هماهنگی در نظر گرفته شود در حقیقت مسئله را با اطمینان بیشتری ( مارجین بالاتری) حل نموده ایم. اما باید توجه داشت كه مقدار به شكل موج پالس مذكور نیز بستگی دارد.

به علاوه مقدار عبوری از فیوز، قبل از قوس و در زمان قوس هر دو، متناسب با نوع طراحی فیوز، مقدار جریان انتظاری و همچنین شرایط مدار تغییر می نماید. بنابراین قانون ساده ای كه كل عبوری از فیوز می باید كمتر از قابل تحمل قطعه باشد در عمل می باید با در نظر گرفتن فاكتورهای ذكر شده بیشتر مورد تأمل قرار گیرد.

شكل (3-7) برای نمونه، قابلیت تحمل یك قطعه نیمه هادی را با مقدار جریان انتظاری برای نمونه نشان می دهد. قابلیت تحمل قطعه با افزایش جریان انتظاری بدلیلی كه قبلاً ذكر شد كاهش می یابد. افزایش مقدار جریان انتظاری همانطوریكه بر روی محور بالائی نمایش داده شده است با كاهش زمان متناسب است. در هر حال در زمانی كمتر از msec 3 همانطوریكه از شكل مشخص است شرایط آدیاباتیك بوجود می آید. یعنی اینكه از این زمان به پائین فرصت تبادل حرارتی برای محل اتصال قطعه دیگر وجود ندارد و بنابراین مقدار قابل تحمل ثابت می ماند.

برای دیدن قسمت های دیگر این تحقیق لطفا” از منوی جستجوی سایت که در قسمت بالا قرار دارد استفاده کنید. یا از منوی سایت، فایل های دسته بندی رشته مورد نظر خود را ببینید.

با فرمت ورد

Leave a comment