فهرست:
فهرست مطالب
عنوان صفحه
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