|
توان الکتریکی با جریان متناوب ، نوعی از انرژی الکتریکی است که برای تغذیه تجاری الکتریسیته به عنوان توان الکتریکی ، از جریان متناوب استفاده میکند. ویلیام استنلی جی آر کسی است که یکی از اولین سیم پیچهای عملی را برای تولید جریان متناوب طراحی کرد. طراحی وی یک صورت ابتدایی ترانسفورماتور مدرن بود که یک سیم پیچ القایی نامیده میشد. از سال 1881م تا 1889م سیستمی که امروزه استفاده میشود، توسط نیکلا تسلا ، جرج وستینگهاوس ، لوییسین گاولارد ، جان گیبس و الیور شالنجر طراحی شد.
سیستمی که توماس ادیسون برای اولین بار برای توزیع تجاری الکتریسیته بکار برد، به دلیل استفاده از جریان مستقیم محدودیتهایی داشت که در این سیستم برطرف شد. اولین انتقال جریان متناوب در طول فواصل بلند در سال 1891م نزدیک تلورید کلورادو اتفاق افتاد که چند ماه بعد در آلمان ادامه پیدا کرد. توماس ادیسون به علت اینکه حقوق انحصاری اختراعات متعددی را در فن آوری جریان مستقیم «DC» داشت، استفاده از جریان مستقیم را به شدت حمایت میکرد، اما در نهایت جریان متناوب به عرصه استفاده عمومی آمد. چارلز پروتیوس استینمتز از جنرال الکتریک بسیاری از مشکلات مرتبط با تولید الکتریسیته و انتقال آن را با استفاده از جریان متناوب حل کرد.
بر خلاف جریان DC ، جریان AC را میتوان توسط یک ترانسفورماتور به سطوح مختلف ولتاژی انتقال داد. هر چه میزان ولتاژ افزایش یابد، انتقال توان هم موثرتر صورت خواهد گرفت. افزایش میزان قابلیت انتقال توان به علت قانون اهم است، تلفات انرژی الکتریکی وابسته به عبور جریان از یک هادی است. تلفات توان به علت جریان توسط رابطه P = Ri2t محاسبه میشود، بنابراین اگر جریان دو برابر شود، تلفات چهار برابر خواهد شد.
با استفاده از ترانسفورماتور ، ولتاژ را میتوانیم به یک ولتاژ بالا افزایش دهیم تا بتوانیم توان را در طول فواصل بلند در سطح جریان پایین انتقال داده و در نتیجه تلفات کاهش یابد. سپس میتوانیم ولتاژ را دوباره به سطحی که برای تغذیه خانگی بی خطر باشد، کاهش دهیم.
تولید الکتریکی سه فاز بسیار عمومی است و استفادهای موثرتر از ژنراتورهای تجاری را برای ما ممکن میسازد. انرژی الکتریکی توسط چرخش یک سیم پیچ داخل یک میدان مغناطیسی در ژنراتورهای بزرگ و با هزینه بالا ایجاد میشود. اما به هر حال جای دادن سه سیم پیچ جدا روی یک محور (بجای یک سیم پیچ) ، هم نسبتا آسان و هم مقرون به صرفه است. این سیم پیچها روی محور ژنراتورها نصب شدهاند اما از نظر فیزیکی جدا هستند و دارای یک اختلاف زاویه 120 درجهای نسبت به هم هستند. سه شکل موج جریان تولید میشود که دارای اختلاف فاز 120 درجهای نسبت به هم ، اما اندازههای یکسان هستند.
توزیع الکتریسیته سه فاز بطور وسیعی در ساختمانهای صنعتی و توزیع الکتریسیته تک فاز در محیطهای خانگی بکار میرود. نوعا یک ترانسفورماتور سه فاز ممکن است مسیرهای مختلفی را با یک فاز متفاوت برای بخشهای مختلف هر مسیر تغذیه کند. سیستمهای سه فاز به گونهای طراحی شدهاند که در محل بار متعادل باشند، اگر باری بطور صحیح متعادل شده باشد، جریانی از نقطه خنثی عبور نخواهد کرد. این بدین مفهوم است که میتوان جریان را تنها با سه کابل بجای شش کابل که در غیر این صورت مورد نیاز است، انتقال داد. گفتنی است که برق سه فاز در واقع نوعی از سیستم چند فازه است.
در بسیاری از موارد تنها یک برق تک فاز برای تغذیه روشنایی خیابانها یا مصرف کنندههای خانگی مورد نیاز است. وقتی که یک سیستم توان الکتریکی سه فاز داریم، یک کابل چهارمی که خنثی است را در توزیع خیابانی قرار میدهیم تا برای هر خانه یک مدار کامل را فراهم کنیم، «یعنی هر خانه میتواند از یکی از کابلهای فاز و کابل خنثی برای مصرف استفاده کند». خانههای مختلف در خیابان از فازهای مختلف استفاده میکنند یا وقتی که مصرف کنندههای زیادی به سیستم متصلند، آنها را به صورت مساوی در طول برق سه فاز پخش میکنند تا بار روی سیستم متعادل شود. بنابراین کابل تغذیه هر خانه معمولا تنها شامل یک هادی فاز و نول و احتمالا با یک پوشش آهنی زمین شده ، است.
برای اطمینان یک سیم سومی هم اغلب بین هر یک از وسایل الکتریکی در خانه و صفحه سوییچ الکتریکی اصلی یا جعبه فیوز وصل میشود. این سیم سوم در انگلستان و اکثر کشورهای انگلیسی زبان سیم earth و در آمریکا سیم ground خوانده میشود. در صفحه سوییچ اصلی سیم earth را به سیم نول و نیز به یک تیرک متصل به زمین یا هر نقطه earth در دسترس (برای آمریکاییها نقطه ground) نظیر لوله آب ، متصل میکنند.
در صورت وقوع خطا ، سیم زمین میتواند جریان کافی را برای راه اندازی یک فیوز و جدا کردن مدار دارای خطا ، از خود عبور دهد. همچنین اتصال زمین به این مفهوم است که ساختمان مجاور دارای ولتاژی برابر ولتاژ نقطه خنثی است. شایعترین نوع خطای الکتریکی (شوک) در صورتی رخ میدهد که شیئی (معمولاً یک نفر) بطور تصادفی بین یک هادی فاز و زمین مداری تشکیل دهد. در این صورت یک جریان خطا از فاز به زمین ایجاد میشود که به جریان پس ماند معروف است. یک مدار شکن جریان پس ماند طراحی شده است تا چنین مشکلی را شناسایی کند و مدار را قبل از اینکه شوک الکتریکی منجر به مرگ شود قطع کند.
در کاربردهای صنعتی (سه فاز) بسیاری از قسمتهای مجزای سیستم خنثی به زمین متصلند که این امر موجب میشود تا جریان های کوچک زمین ، که همواره بین یک ژنراتور و یک مصرف کننده (بار) در حال عبور هستند را متعادل کند. این سیستم زمین کردن این اطمینان را به ما می دهد که اگر خطایی رخ دهد، جریانی که از نقطه خنثی می گذرد به یک سطح قابل کنترل محدود شده باشد. این روش به سیستم خنثی زمین چندگانه معروف است.
اکثر کشورهای جهان سیستمهای الکتریکیشان را روی یکی از دوفرکانس 60 و 50 هرتز استاندارد کردهاند. لیست کشورهای 60 هرتز که اغلبشان در دنیای جدید قرار دارند کوتاهتر
است، اما نمیتوان گفت که 60 هرتز کمتر معمول است.
تبدیل ستاره مثلث در درایوها و در موتورهای القایی بکار می رود. این تبدیل به تئوری سه فاز ( یا سیستم های چند فازه) مرتبط می شود و نام انگلیسی این تبدیل (Y-delta) از شکل دیاگرام مداری گرفته شده که به ترتیب شبیه حرف Y و حرف یونانی &Delta است.
این تبدیل به منظور بوجود آوردن معادل هایی برای شبکه هایی با سه ترمینال بوجود آمده است.
تصویر
برای بدست آوردن شبکه معادل می بایست مقاومت بین هر دو ترمینال برای هر دو شبکه یکسان باشد.
<math>R_1 = \left( \frac{R_aR_b}{R_a + R_b + R_c} \right)</math>
<math>R_2 = \left( \frac{R_bR_c}{R_a + R_b + R_c} \right)</math>
<math>R_3 = \left( \frac{R_cR_a}{R_a + R_b + R_c} \right)</math>
<math>R_a = \left( \frac{R_1R_2 + R_2R_3 + R_3R_1}{R_2} \right)</math>
<math>R_b = \left( \frac{R_1R_2 + R_2R_3 + R_3R_1}{R_3} \right)</math>
<math>R_c = \left( \frac{R_1R_2 + R_2R_3 + R_3R_1}{R_1} \right)</math>
دو ساختار مختلف برای اتصال موتورهای الکتریکی به شبکه سه فاز وجود دارد:
انتخاب ستاره مثلث می تواند مانند یک دنده برای سرعت یک موتور الکتریکی عمل کند. موتورها را به صورت ستاره راه اندازی می کنند و پس از رسیدن به سرعت نامی آنرا تبدیل به مثلث می کنند تا عملکرد موتور بهبود یابد.
برای کاهش دادن تعداد اتصالات الکتریکی به یک ژنراتور انتهای هر یک سیم پیچ ها را به یک نقطه مشترک که نقطه خنثی یا نقطه شروع نامیده می شود، متصل می کنند. انتهای دیگر اتصال خودش را دارد. در این صورت برای یک موتور سه فاز، چهار اتصال به ژنراتور خواهیم داشت: یک اتصال خنثی و سه فاز.
مزیت این روش این است که سیم خنثی را می توانیم نازک تر از سیم های فاز بسازیم و بنابراین هم در وزن و هم در هزینه صرفه جویی خواهیم کرد. در برخی از سیستم ها، سیم خنثی حذف می شود و جریان های بازگشتی از طریق زمین عبور می کنند.
<pre>
B
|
|
. N
/ \
/ \
A C
</pre>
وقتی که به یک ژنراتور سه سیم وصل شود که هر سیم به دو سر مقابل دو سیم پیچ مجاور وصل شده باشد، یک اتصال مثلث ایجاد کرده ایم.
<pre>
B
.
/ \
/___\
A C
</pre>
اتصال مثلث می تواند بدون اتصال به زمین باشد که زمانی بسیار استفاده می شد. امروزه برخی سیستم های مثلث زمین گوشه وجود دارند که نقطه A در آنها زمین شده و برخی سیستم های مثلث سر وسط زمین شده که در آنها نقطه ای وسط A و C روی سیم پیچ زمین شده است و نیز تعدای سیستم های زیگزاگ زمین شده که یک نقطه خنثی را برای زمین کردن با استفاده از تبدیل زیگزاگ بوجود می آورد.
معمولترین موتور تک فاز موتور سنکرون قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه هایی بکار می رود که گشتاور پایین نیاز دارند، نظیر پنکههای برقی ، اجاقهای ماکروویو و دیگر لوازم خانگی کوچک. نوع دیگر موتور AC تک فاز موتور القایی است، که اغلب در لوازم بزرگ نظیر ماشین لباسشویی و خشک کن لباس بکار میرود. عموماً این موتورها میتوانند گشتاور راه اندازی بزرگتری را با استفاده از یک سیم پیچ راه انداز به همراه یک خازن راه انداز و یک کلید گریز از مرکز ، ایجاد کنند.
هنگام راه اندازی ، خازن و سیم پیچ راه اندازی از طریق یک دسته از کنتاکتهای تحت فشار فنر روی کلید گریز از مرکز دوار ، به منبع برق متصل میشوند. خازن به افزایش گشتاور راه اندازی موتور کمک میکند. هنگامی که موتور به سرعت نامی رسید، کلید گریز از مرکز فعال شده ، دسته کنتاکتها فعال میشود، خازن و سیم پیچ راه انداز سری شده را از منبع برق جدا میسازد، در این هنگام موتور تنها با سیم پیچ اصلی عمل میکند.
برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر، از موتورهای القایی سه فاز AC (یا چند فاز) استفاده میشود. این موتورها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان ، استفاده میکنند. اغلب ، روتور شامل تعدادی هادیهای مسی است که در فولاد قرار داده شدهاند. از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادیها القای جریان میکند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب میشود که موتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید.
این نوع از موتور با نام موتور القایی معروف است. برای اینکه این موتور به حرکت درآید بایستی همواره موتور با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیه اعمالی به موتور ، بچرخد، چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کنندههای در روتور ایجاد نخواهد شد. استفاده از این نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها ، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزایش است. به سیم پیچهای روتور جریان میدان جدایی اعمال میشود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود، که در موتور سنکرون وجود دارد، موتور به صورت همزمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز ، به گردش در میآید. موتورهای سنکرون را میتوانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.
سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش ، یا اختلاف در سرعت چرخش بین روتور و میدان استاتور ، گشتاور تولیدی موتور را تعیین میکند. تغییر سرعت در این نوع از موتورها را میتوان با داشتن دسته سیم پیچها یا قطبهایی در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر میکند، ممکن ساخت. به هر حال با پیشرفت الکترونیک قدرت می توانیم با تغییر دادن فرکانس منبع تغذیه ، کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت موتورها داشته باشیم.
نوع دیگری از موتورهای الکتریکی موتور پلهای است، که در آن یک روتور درونی ، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورت الکترونیکی روشن و خاموش میشوند، کنترل میشود. یک موتور پلهای ترکیبی از یک موتور الکتریکی DC و یک سلونوئید است. موتورهای پلهای ساده توسط بخشی از یک سیستم دندهای در حالتهای موقعیتی معینی قرار میگیرند، اما موتورهای پلهای نسبتا کنترل شده ، میتوانند بسیار آرام بچرخند. موتورهای پلهای کنترل شده با کامپیوتر یکی از فرمهای سیستمهای تنظیم موقعیت است، بویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان یار باشند.
یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمده تا بجای اینکه یک گشتاور (چرخش) گردشی تولید کند، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش ، بوجود آورد. موتورهای خطی اغلب موتورهای القایی یا پلهای هستند. میتوانید یک موتور خطی را در یک قطار سریع السیر ماگلیو مشاهده کنید که در آن قطار روی زمین پرواز میکند.
نگاهی به نیروگاههای بادی از دیدگاه اقتصادی |
استفاده از توربین های بادی در سراسر دنیا رو به گسترش است. نیاز به تولید انرژی بیشتر ، ملاحظات زیست محیطی ، کمبود منابع زیرزمینی در اغلب کشورها ، از مواردی است که تمایل به استفاده از این فن آوری را افزایش داده است. هم اکنون در بسیاری از کشورهای جهان از جمله دانمارک و آلمان، درصد قابل توجهی از انرژی الکتریسیته از طریق نیروگاههای بادی تامین می شود. برای مثال در دانمارک در حدود 20 درصد مصرف الکتریسیته سالانه از طریق انرژی باد تامین می شود. با این حال سهم نیروگاه های بادی در تولید برق جهان تنها 3% است. در کشور ما نیز از مدت ها قبل قدم هایی در این راه برداشته شده است و هم اینک پروژه هایی در شمال ( منطقه منجیل ) و شرق ( بینالود ـ خراسان ) در دست اجرا است. ساخت توربین ها توسط شرکت های داخلی ـ از جمله شرکت سدید صبا نیرو ـ انجام می شود و مواد اولیه از کشورهای صاحب فن آوری خریداری و وارد می شود. از آنجا که ایران بدلیل مجاورت با دریا و همچنین وجود رشته کوههای البرز و زاگرس ، کشوری بادخیز محسوب می شود، دور از ذهن نیست که در آینده نزدیک استفاده از فن آوری انرژی باد در کشور توسعه یابد، بویژه که در حال حاضر با مسئله آلودگی هوا مواجه هستیم. انرژی باد جزو انرژی های پاکیزه ـ بدون آلودگی ـ است و هزینه بهره برداری از آن در مقایسه با دیگر روشهای تولید الکتریسیته به مراتب کمتر است. بدیهی است مانند هر فن آوری دیگری ، عاری از عیب نیز نیست. در این مقاله دیدگاههای اقتصادی مربوط به کار با انرژی باد و بهره برداری از آن مورد بررسی قرار گرفته است. 1ـ قیمت توربین های بادی چگونه است ؟ نمودار زیر طیف قیمتی توربین های بادی پیشرفته کشور دانمارک را که از فوریه 1998 به شبکه وصل شده اند ، نشان می دهد. همان گونه که مشاهده می شود قیمت بر حسب ظرفیت ژنراتور ، بسیار متغیر است. از دلایل موثر بر این مسئله ، به عنوان مثال می توان به تفاوت ارتفاع برج ها و تنوع موجود در قطر روتورهای ساخته شده برای توربین های بادی ، اشاره کرد. به طوری که یک متر اضافه ارتفاع برای برج توربین می تواند به بهایی معادل 1500 دلار آمریکا تمام شود! یک توربین ویژه که با باد کم و به نسبت قطر روتور بزرگتر کار می کند گران تر باشد. 1ـ1) ـ درجه بندی اقتصادی : همچنان که از توربین 150KW به سمت توربین 600KW حرکت می کنیم، قیمت ها سه برابر و چه بسا چهار برابر می شوند. دلیل این امر آن است که برای هر محدوده یک درجه بندی اقتصادی وجود دارد. با این حال نیروی انسانی مورد نیاز جهت راه اندازی توربین های بزرگ و کوچک در بسیاری از موارد یکسانند. برای راه اندازی مزرعه های بادی در مقایسه با توربین های تکی نیز ممکن است درجه بندی های اقتصادی وجود داشته باشد که البته بسیار محدودتر خواهد بود. 2ـ1) ـ رقابت بر سر قیمت و طیف تولید : رقابت بر سر قیمت در حال حاضر بسیار جدی است و طیف تولید به طور اخص گسترده و پیرامون 1000KW است. اینجاست که ما علاقه مند می شویم توربینی را انتخاب کنیم که برای کار در کلیه شرایط خاص آب و هوایی ، از هر نظر بهینه باشد. توربین های 1000KW ویژه در بازار امروزی : حتی اگر طیف قیمت ها از 6000KW تا 750KW خیلی مشابه باشد، بدیهی است که ما الزاماً خواهان انتخاب یک توربین با ژنراتور حتی الامکان بزرگتر ، نخواهیم بود. یک توربین با ژنراتور بزرگ ، حدوداً 750KW ( و به همان نسبت قطر روتور کوچکتر ) چنانچه در یک منطقه کم باد مستقر شود ، در مقایسه با یک توربین حدود 600KW با قطر روتور بیشتر ، الکتریسیته کمتری تولید می کند. یک توربین پرکار امروزی به طور نمادین ، یک ماشین 1000 کیلو واتی است که برج آن حدود 60 الی 80 متر ارتفاع دارد و قطر روتور حدود 54 متر است . نکته: در حال حاضر میانگین هزینه سرمایه گذاری برای مزرعه های بادی بزرگ و پیشرفته حدود 1000 دلار آمریکا به ازای هر یک کیلووات قدرت الکتریکی نصب شده است. باید توجه داشت که منظور ما تولید انرژی سالانه نیست. برای توربین های تکی یا گروه کوچکی از توربین ها ، قیمت ها به طور معمول تا اندازه ای بالاتر خواهد بود. 2 ـ هزینه نصب توربین های بادی: این هزینه بطور کلی شامل هزینه های ساختمانی ، حمل و ترابری ، نصب، تبدیل و انتقال انرژی برق و هزینه های مربوط به تجهیزات کنترل جانبی است. هر یک از این هزینه ها خود به چند زیر شاخه تقسیم می شود. از جمله: 1ـ2) هزینه های ساختمانی شامل : هزینه احداث فنداسیونها که معمولا از نوع بتنی هستند ، هزینه احداث جاده های دسترسی به سایت ( در صورت نبود جاده دسترسی ) جهت انتقال توربین و پایه مربوط به محل سایت. 2ـ2) هزینه تبدیل شامل تهیه یک واحد ترانسفورماتوری جهت تبدیل جریان ولتاژ پایین ( معمولا 690 ولت ) تولیدی توربین بادی به جریان ولتاژ بالا ( معمولا 10 الی 30 کیلو ولت ) به منظور اتصال به شبکه محلی. 3ـ2) هزینه احداث تجهیزات مخابراتی ( تلفن ) چنانچه کنترل و نظارت از راه دور و راه اندازی مدنظر باشد و نهایتاً هزینه کابل کشی از محل توربین به خط انتقال انرژی محلی ( معمولا KV30ـ10 ) جهت انتقال قدرت. 4ـ2) هزینه خرید و یا اجاره زمین ذکر این نکته بجاست که هر یک از هزینه های مذکور بسته به شرایط و عوامل موجود می تواند متغیر باشد. هزینه احداث جاده و فندانسیون ها به شرایط خاک محل احداث و توپوگرافی منطقه بستگی دارد، ساخت جاده ای که بتواند تحمل عبور یک محموله 30 تنی را داشته و در ضمن اقتصادی نیز باشد نیاز به تحقیق و بررسی های بیشتری دارد. از دیگر عوامل تاثیرگذار در هزینه، میزان دسترسی به نزدیکترین جاده ، هزینه کرایه جرثقیل و مسافت موجود بین نزدیکترین شبکه انتقال قدرت تا محل استقرار توربین ها است. این شبکه باید توانایی انتقال ماکزیمم توان تولیدی توربین ها را داشته باشد، در غیر این صورت باید با صرف هزینه های اضافی تقویت شود. هزینه تامین تسهیلات مخابراتی در قیاس با سایر هزینه ها چشم گیر نیست، اما چون یک امکان انتخابی محسوب می شود، می تواند در کاهش هزینه موثر باشد. هزینه ترابری نیز در صورت دور بودن سایت می تواند در محاسبات اقتصادی لحاظ شود. 3ـ هزینه بهره برداری و نگهداری توربین های بادی : توربین های پیشرفته امروزی به گونه ای طراحی می شوند که در طول 20 سال عمر کاری مطلوبشان به مدت 120000 ساعت کار کنند. تجربه نشان داده که یک توربین تا زمانی که نو محسوب شود خرج نگهداری بسیار کمی خواهد داشت و این میزان به فراخور کهنه شدن دستگاه افزایش می یابد. مطالعات انجام شده بر روی 5 هزار توربین بادی دانمارکی نصب شده در این کشور از سال 1975 ، نشان می دهد که نسل جدید توربین ها به نسبت نسل های قبلی ، هزینه تعمیر و نگهداری کمتری دارند.توربین های مورد مقایسه در این بررسی همه به یک نسبت کار کرده ، تنها تفاوتشان در سال ساخت آنها بوده است. هزینه نگهداری توربین های نسل قدیم ( معمولا 25_250KW) در سال ، به طور میانگین چیزی حدود 3 درصد سرمایه گذاری اولیه توربین است.در حالی که این رقم برای توربین های نسل جدید، که هم بزرگتر هستند و هم نسبت به انواع کوچکتر نیازی به سرویس پیوسته ندارند، چیزی حدود 5/1 الی 2 درصد است. هزینه سرویسهای سالانه متداول یک توربین رقم ثابتی است، اما از آنجا که میزان استهلاک آن با افزایش تولید توان فزونی می یابد، عده ای ترجیح می دهند این رقم را بر حسب کیلو وات ساعت خروجی در محاسباتشان وارد کنند که در این صورت به طور معمول ، رقمی حدود 0.01USD/kwh در نظر گرفته می شود. علاوه بر ابعاد توربین که در تعیین مقیاس نقش مهمی را ایفا می کند، ملاحظات دیگری نیز ( از نظر اقتصادی ) در حالتی که از یک مزرعه بادی بهره برداری می کنیم – نسبت به زمانی که تنها یک توربین مورد استفاده قرار می گیرد ـ می تواند در تعیین مقیاس مد نظر قرار گیرد. این ملاحظات در ارتباط با مسائلی چون بازرسی و سرکشی های بین سال ، پایش و هزینه های مربوط به راهبری سیستم است. بعضی از قطعات به کار رفته در ساختمان توربین، نسبت به سایرین ، بیشتر در معرض استهلاک قرار دارند. این عارضه به طور اخص برای مجموعه گیربکس و پره ها صدق می کند. جهت افزایش عمر کاری یک توربین بادی ، بهره بردار باید در زمانی که توربین به پایان عمر کاری خود نزدیک می شود، با انجام معاینات فنی اساسی (major overhaul ) ، در صورت نیاز به تعویض پره ها اقدام کند. هزینه یک مجموعه نوساز شامل پره ، گیربکس یا ژنراتور ، معمولا رقم بزرگی حدود 15 الی 20 درصد قیمت توربین خواهد بود. عمر کاری 20 سال معیار مناسبی برای سازندگان قطعات توربین است و باید کیفیت تولیدشان به گونه ای باشد که احتمال خرابی آن ها تا 20 سال بسیار کم باشد. علاوه بر مرغوبیت مواد به کار رفته که موجب طول عمر توربین می شود، شرایط محیطی سایت نیز تاثیر به سزایی دارد. اثر اغتشاشات بادی سایت ( turbulence) بر خستگی و فرسودگی پره ها قابل ذکر است، به همین دلیل توربین هایی که در مجاورت دریا نصب شده اند ـ به علت اغتشاش باد کمتر ـ طول عمر بهتری دارند. 4 ـ راندمان توربین های بادی نسبت به سرعت باد : نمودار زیر انرژی تولیدی سالانه یک واحد توربین 600 کیلو وات را نسبت به سرعت باد نشان می دهد. برای مثال برای سرعت باد 75/6 متر بر ثانیه در ارتفاع نصب هاب ( hub ) توربین ، رقمی حدود 5/1 میلیون کیلو وات ساعت انرژی در سال ـ به شرط بادخیزی سایت ـ حاصل می شود. انرژی خروجی سالانه بر حسب مکعب سرعت باد به شدت متغیر است. نمودار 2 به ازای سه مقدار متفاوت ثابت k ( ضریب شکل shape factor ) رسم شده است و ما در توضیحات بعدی بر اساس k=2 بحثمان را ادامه خواهیم داد. 5 ـ ضریب دسترسی (The availability factor ) : معمولا فرض بر آن است که یک توربین بادی در هر لحظه در دسترس و قابل بهره برداری است . اما در عمل توربین های بادی برای این که عملکردشان مطمئن باقی بماند ، هر 6 ماه به یک سرویس و معاینه فنی نیاز دارند. عوامل غیر مترقبه ای چون صاعقه می تواند موجب از کارافتادن یک توربین شود . آمارهای جامع نشان می دهد که بهترین سازندگان توربین متفقاً به فاکتور دسترسی بیش از 98% دست می یابند، به این معنا که دستگاه در 98 درصد زمان ها قابل بهره برداری است و تا زمانی که توربین در حین وزش بادهای شدید بازدید فنی نشده است ، تاثیر منفی بر کل قدرت خروجی کمتر از 2 درصد است. چنین درصد اطمینان بالایی در قیاس با سایر روش های تولید الکتریسیته ، بسیار ممتاز است. لذا در محاسبات اقتصادی ضریب دسترسی ملحوظ نمی شود چرا که تاثیر سایر عوامل ( مثلا تغییرات انرژی باد ) در تخمین هزینه بیشتر است. با این حال در حین خرید یک توربین بادی ، بهتر است سوابق کاری و قابلیت سرویس دهی سازنده مورد مطالعه دقیق قرار گیرد. 6 ـ اقتصاد انرژی باد : همان طور که در صفحات قبل بحث شد ، میزان الکتریسیته سالانه تولیدی ، به طور مشخص بستگی به میزان محتوای باد موجود در سایت دارد. بنابراین برای انرژی باد قیمت واحدی وجود ندارد، اما یک طیف از کمیت ها به سرعت باد بستگی دارد. نمودار زیر که برای یک توربین 600kw نمادین دانمارکی رسم شده است، نشان می دهد چگونه قیمت برق با میزان تولید سالانه تغییر می کند. نتیجه : اگر تولید انرژی سالانه را دوبرابر بالا ببریم، نصف قیمت هر کیلووات ساعت را خواهیم پرداخت. پس اگر برای مثال نرخ واقعی بهره سالانه 6 درصد باشد ، قیمت ها بطور متوسط 5/7 درصد بیشتر از آنچه در نمودار نشان داده شده ، خواهد بود. 7 ـ تحلیل اقتصادی انرژی تولیدی یک توربین مجدداً همان توربین 600kw را در نظر می گیریم و فرض می کنیم استفاده 20 ساله از آن مدنظر باشد : ـ میزان سرمایه گذاری ( شامل هزینه نصب ) : 585000USD ـ هزینه راه اندازی و نگهداری : 6750 USD/Year ـ نرخ بهره واقعی : 5% انرژی سالانه خروجی توربین با استفاده از توزیع رایلی ( Rayleigh ) ( ضریب شکل برابر 2 ) و از طریق برنامه محاسب چگالی قدرت بدست می آید. ملاحظه می شود چنانچه کلاس زبری ( Roughness Class ) بین 1 الی 2 فرض شود ، سرعت باد در ارتقاع هاب ( hub ) 50 متر تا حدود 28 الی 35 درصد بالاتر از ارتفاع هاب ده متر ( ارتفاع معمول جهت انجام مطالعات هواشناسی ) خواهد بود. برای درک این موضوع اگر به محور افقی رسم شده زیر محور افقی اصلی در نمودار (4 ) توجه کنیم مشاهده خواهد شد که چگونه سرعت باد در ارتفاع ده متر و کلاس زبری 1 ، معادل خواهد بود با 8m/s در ارتفاع هاب 50 متر. 1ـ7 ) موارد کلیدی در تحلیل هزینه انرژی باد : از آنجا که بررسی کلیه موارد موثر در تحلیل هزینه انرژی باد از حوصله این بحث خارج است، تنها موارد کلیدی خلاصه وار اشاره می شود : 1ـ1ـ7 ) هزینه های تولید انرژی از باد شامل موارد زیر است : 1) استهلاک اقتصادی سرمایه گذاری 2) بهره سرمایه به کار گرفته شده 3) هزینه بهره برداری و نگهداری 2ـ 1ـ7) قیمت و هزینه دو مقوله کاملا متفاوت هستند که نباید یکسان انگاشته شوند. 3ـ1ـ7) قیمت توربین از تقسیم عایدی فعالیت (Turn over ) سازنده توربین بر حجم تولید ، بدست نمی آید. 4ـ1ـ7) تولید و هزینه با قیمت بستگی مستقیم دارند ولی رابطه معکوس برقرار نمی کنند. 5ـ1ـ7) طیف تغییرات هزینه های نصب : هزینه تولید انرژی ، به این دلیل که هزینه نصب بالاست ، لزوماً بالا نخواهد بود.عکس قضیه به این ترتیب تعریف می شود که ما زمانی مایل هستیم هزینه بالای نصب را متحمل شویم ، که منابع باد خوبی ( و در نتیجه قیمت تولید پایینی ) در یک منطقه دور افتاده در دسترس داشته باشیم. نتیجه : استفاده از میانگین هزینه های نصب ، تا زمانی که مناطقی با زبری ، شرایط باد و قیمت برق تحویلی یکسان به شبکه ( بر حسب واحد کیلو وات ساعت ) و یا مسافت یکسان تا شبکه مدنظر نباشد ، بیهوده است. 6ـ1ـ7) اطلاعات آماری یک منطقه نمی تواند مبنای محاسبات هزینه برای منطقه دیگر باشد. قیمت استفاده از انرژی باد در آلمان بالا است. در صورتی که در انگلستان به دلیل هزینه پایین برق ، قیمت انرژی باد نیز کم است، البته در این کشور توربین های بادی نصب شده بسیار کمی را خواهیم دید ، چرا که سایت های با محتوای باد زیاد نادر هستند و ما قادر نخواهیم بود سایتی را که مقرون به صرفه باشد پیدا کنیم. 7ـ1ـ7) قیمت به ازای واحد قدرت نامی بر حسب KW ، مشخصه نامناسبی برای سرمایه گذاری روی انرژی باد است، قیمت به ازای واحد متر مربع منطقه تحت پوشش روتور ، مشخصه مناسب تری را به دست می دهد : از آنجا که این مورد مهمترین عامل درتحلیل هزینه انرژی باد است ، برای درک بهتر موضوع مثال زیر را ارائه می دهیم : انرژی تولیدی سالانه دو توربین . که هر دو متعلق به یک سازنده هستند را مورد مقایسه قرار می دهیم : محاسبات نشان می دهد که تولید انرژی سالانه توربین دوم دقیقا 2/45% بزرگتر از اولی است. حال اگر فرض کنیم قیمت توربین دوم 33% بالاتر از اولی باشد، به نتایج متفاوت تری خواهیم رسید : 1) قیمت به ازای یک کیلو وات قدرت نامی 21% افزایش می یابد. 2) قیمت به ازای یک متر مربع از منطقه تحت پوشش روتور 4/8 % کاهش می یابد . 3) قیمت به ازای یک کیلو وات ساعت انرژی 4/8 % کاهش می یابد. توربین های بادی امروزی بیشتر با سیستم کنترل زاویه پرده ساخته می شوند تا سیستم کنترل استال ( Stall Control ) . این بدان معناست که تغییر سایر ژنراتور در ارتباط با سایز روتور ، می تواند با آزادی بیشتری صورت بگیرد. عموما ، تمایل به استفاده از روتور با منطقه تحت پوشش بزرگتر به ازای یک سایز مشخص ژنراتور ، وجود دارد. در نتیجه وقتی قیمت به ازای یک کیلو وات قدرت نصب شده را برای توربین های قدیمی با توربین های جدید مقایسه می کنیم ـ تا هزینه ها را بر آورد کنیم ـ رقم حاصل کاملا اغراق آمیز خواهد بود. پس معیار مناسب جهت سنجش قیمت ، بهای واحد مترمربع منطقه تحت پوشش روتور و نه قیمت به ازای یک کیلو وات قدرت ( نامی ) نصب شده است. 8ـ1ـ7) ضریب ظرفیت ( Capacity Factor ) : این ضریب برای یک فرآیند تولید انرژی سالانه بخش بر بیشینه تولید انرژی نظری ( تئوریکال ) در شرایطی که ژنراتور در طول سال با قدرت نامی کار کرده باشد. در تحلیل نهایی آنچه به شمار می آید ، قیمت به ازای هر کیلو وات ساعت انرژی تولیدی است و نه ضریب توانایی. 8) اقتصاد انرژی باد در مناطق فرا ساحلی : 1ـ8) تازه ترین گزارش های دانمارک در مورد انرژی باد در مناطق فراساحلی ( انرژی باد ساحلی ) : در سال 1997 کمپانیهای دانمارکی فعال در زمینه قدرت و آژانس انرژی دانمارک ، طرحهایی را برای سرمایه گذاری کلان روی انرژی باد در مناطق فراساحلی این کشور نهایی کردند. این طرحها شامل نصب و احداث 4100 مگاوات نیروگاه بادی در مناطق فراساحلی تا سال 2030 هستند. یعنی 50 درصد از مصرف برق دانمارک 31Twh/year. توسط باد ساحل تامین خواهد شد. دلیل اصلی اقتصادی شدن پروژه های انرژی باد ساحلی این است که هزینه فونداسیون ها بطور چشمگیری کاهش پیدا کرده است. کل سرمایه مورد نیاز جهت نصب یک مگاوات نیروگاه بادی ـ ساحلی در دانمارک، به طور تقریبی حدود 7/1 میلیون دلار آمریکا(معادل 12 میلیون DKK یا 4 میلیون DEM است.) (با در نظر گرفتن هزینه اتصال به شبکه و مانند آن ) . از آنجا که اساسا باد بیشتری در دریا نسبت به خشکی وجود دارد ، ما به میانگین هزینه برقی حدود ……….. ( معادل ………… ) دست می یابیم. ( اگر نرخ استهلاک واقعی 5% و عمر طراحی شده پروژه 20سال باشد ، در هزینه بهره برداری و نگهداری خواهیم داشت :………………………………… ) به دلیل اغتشاشات کمتر ، توربین ها در دریا می توانند عمر فنی طولانی تری داشته باشند . اگر طول عمر پروژه را به جای 20 ، مثلا 25 سال فرض کنیم ، این عامل موجب کاهش 9 درصدی در هزینه ها می شود. ( در حدود …………. ) . میزان تاثیر پذیری هزینه از طول عمر پروژه در نمودار نمایش داده شده است . به نظر می رسد شرکت های برق دانمارک با نگاهی به طول عمر پروژه 50 سال سعی کنند پروژه هایشان را بهینه کنند. این مسئله از آنجا نتیجه می شود که سازندگان فونداسیون ها ، برج ها ، محفظه ناسل و شفت اصلی توربین طرحهایشان را برای استفاده در طول عمر 50 سال ارائه می دهند. اگر عمر توربین را 50 سال در نظر بگیریم و یک بازدید فنی ( بازسازی فنی ) پس از 25 سال با هزینه ای حدود 25 درصد از سرمایه گذاری اصلی ( این مقدار صرفاً یک مثال عددی است ) به آن اضافه کنیم ، هزینه الکتریسته ………. بدست می آید که مشابه میانگین اماکن فراساحلی در دانمارک است. 2ـ8) طیف مشاغل در صنعت باد 1ـ2ـ8) 30000 شغل در سرتاسر جهان در 1995 : صنعت باد در سال 1995 حدود 30000 نفر را در سرتاسر جهان به کار گرفت . این آمار بر اساس مطالعات موسسه صنعت باد دانمارک است که در سال 95 منتشر گردید. مطالعه شامل مشاغل مستقیم و غیر مستقیم بوده است . منظور از مشاغل غیر مستقیم ، افرادی هستند که قطعات ساخته شده برای توربین بادی را به کار گرفته اند و نیز کسانی که در سرتاسر جهان در زمینه نصب توربین های بادی فعال بوده اند. 2ـ2ـ8) 9000 شغل در دانمارک : صنعت باد در دانمارک حدود 8500 نفر را در سال 95 به کار گرفت. شاید جالب باشد که بدانیم این افراد چطور در بین مشاغل مختلف تقسیم شده بودند : در حقیقت تولید توربین بادی 50 درصد مشاغل آزاد ایجاد می کند، بویژه که سازندگان دانمارکی بسیاری از قطعات را مانند گیربکس ، ژنراتور ، هاب و مانند آن را از طریق قطار ، هواپیما و امثال آن دریافت می کنند. افزون بر این ، تعدادی از مشاغل نیز هنگام اجرا و نصب توربین های بادی در مناطق برون مرزی شکل می گیرد. 9) نتیجه گیری : باد یک انرژی پاکیزه و رایگان است که استفاده از آن چه از لحاظ اقتصادی و چه زیست محیطی مقرون به صرفه است. همان گونه که در این مقاله اشاره شد، کشور دانمارک با استفاده از کلیه امکانات موجود در حال بهره برداری روز افزون از انرژی باد است و طبق آخرین گزارش قصد دارد تا سال 2030 میزان تولید انرژی نیروگاههای بادی خود را به صد در صد برسانند . چنین روندی در اکثر کشورهای پیشرفته امروزی مشاهده می شود و خوشبختانه در کشور ما نیز اندک زمانی است که مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به منابع باد غنی و نیز مناطق بادخیز و مستعد همچون کوه ، دشت و دریا در کشورمان شایسته است مسئولین امر با برنامه ریزیهای مناسب زمینه را برای استفاده هر چه بیشتر از این منابع خدادادی فراهم کنند. |
کابل های فشار ضعیف و متوسط
بیش از 90% کابلهای جریان زیاد دارای عایقی از کاغذ آغشته به روغن می باشند .
بدین معنی که سیمها با نوارهای کاغذی باند پیچی شده و سپس به نوعی از روغن معدنی غلیظ اغشته می شوند.
چنین کابلی را که ما در این کتاب " کابل کم روغن " 1 می نامیم از 1 تا 60 هزار ولت ساخت و نرم شده اند
2 . سیم کابل از مس المینیوم است و می تواند یک لا یا چند لا ( طنابی ) باشد .سیم های چندلا نرم تراست وقابلیت انحنای آن نیزنسبت به کابل باسیم یک لابیشتراست.
سیم های طنابی به مقطع گردوبخصوص درکابل های سه سیمه وچهارسیمه از 1تا 10 هزارولت بشکل سکتوروبیضی نیزساخته می شوند.
کاغذ بصورت نوارباریک به ضخامت 1/0تا 15/0 میلیمتر به شکل مارپیچی روی سیم پیچیده می شود پیچیده می شود وقبل ازاینکه کاغذآغشته به روغن شود ، سیم عایق شده رادرخلاء وحرارت زیادبا دقت خشک می کنند ودرهمین حالت سیم عایق شده ازداخل منبع روغن بادرجه حرارت C 120-110 عبورداده می شود. درنتیجه روغن که دراین درجه حرارت بسیار سیال است درداخل کاغذنفوذکرده وتمام خلل وفرج کاغذراپرمی کند .
دردرجه حرارت معمولی روغن کابل تقریبا سفت است ونمی تواند درداخل کابل مثلا بعلت پستی وبلندی مسیر کابل جریان پیداکند. برای جلوگیری ازنفوذ رطوبت بداخل کابل ،سیم عایق شده بایک غلاف فلزی پوشانده می شود وبه همین جهت دوانتهای کابل نیز باسرکابل مخصوصی مقدارکمی آنتیمون وروی مخلوط دارد. این اضافات باعث می شوندکه سرب قدری سخت ترشده وپایداری واستقامت آن درمقابل خورندگی وکروزیون بیشترشود.دربعضی از کابل ها بجای سرب از غلاف آلومینیومی بدون درز استفاده می شود. مشکل ساختمانی این نوع کابل دردرجه حرارت زیاد ذوب آلومینیوم است .
کابل های باغلاف آلومینیومی بخوبی کابل های سربی خم نمی شوندوانعطاف پذیرنیستند ولی درعوض به مراتب سبکترازکابل های سربی هستند. غلاف آلومینیومی بایددرمقابل کروزیون وخورندگی بخوبی حفاظت شود. این موضوع برای غلاف سربی نیز نیزصادق است، مگراینکه کابل درمکان کاملا خشک (لوله های بتونی خشک) ویادرداخل ساختمان کشیده شود. غلاف کابل علاوه براینکه تحت تأثیرعوامل شیمیایی قرارمی گیرد، به علت جریان هائی که اززمین عبورمی کند ،تحت تأثیرعوامل الکترولیتی نیزواقع می شوند.لذا بایدکابل از نظرالکتریکی نیزعایق باشد به همین جهت غلاف سربی توسط کاغذ قیر اندودشده بانداژ می شودوروی آن راباموادی شبیه قیروگونی می پوشانند.
کابلهائی که به طورآزاد درزیرزمین کشیده می شوند همگی تحت تأثیرنیروی مکانیکی سطحی نیز قرارمی گیرندکه باعث فرورفتگی هائی درکابل استقامت الکتریکی کابل در این نقاط تنزل می کند . لذا اینگونه کابلها که باید فشارهای خارجی را نیز تحمل کنند شامل زرهی از تسمه های فولا دی می شود و بهمین جهت بنام کابلهای زرهی معروف هستند زره فولادی نیز برای جلوگیری از زنگ زدگی و خورندگی با قشری ازقیروگونی ویا مواد مصنوعی p v c پوشانده می شود کابلهایی که تحت کشش زیاد نیز قرار میگیرند 0(مثل کابل هایی که در معادن زیرزمینی به کار برده می شوند و یا کابل هایی که از رودخانه و یا دریاچه میگذرند )بازره فولادی از تسمه های.باریک –مفتول های گرد و یا پروفیل پوشانده می شوند .شکل 1 مقطع یک کابل سه فاز را باسیم گرد و سیم سکتوری نشان می دهد .
سه رشته سیم پس از عایق شدن در ضمن اینکه اطراف خالی ان با الیاف کنفی یا پنبهای پر می شود بصورت طناب بهم پیچیده می شود و مقطع دایره ای شکل پیدا می کند . برای جلوگیری از باز شدن وریختن الیافها ودر ضمن آماده کردن کابل دور آن را با چند لا نوار کاغذ بصورت کمربند باند پیچی می کند و بخاطر همین باند کاغذی کمربندی این نوع کابل بنام"کابل کمربندی"معروف است.
کابل های کمربندی با رشته سیم های سکتوری دارای قطر کمتری نسبت به کابل های با رشته سیم دایره ای شکل هستند بهمین جهت سبکتر و قابلیت انحنای انها نیز بیشتر است.ولی به خاطر اینکه حوزه الکتریکی اطراف ان غیریکنواخت است نمی توان در اختلاف سطح های زیاد نیز از ان استفاده کرد و بهمین جهت فقط در کابلهای تاولتاژ KV10 از مقطع سکتوری استفاده میشود .
در گذشته که هنوز کابل های با عایق مصنوعی (PVC)رواج پیدا نکرده بود از کابلهای کمر بندی چها رسیمه برای توز یع برق شهری با اختلاف سطح 220-380 ولت نیز استفاده می شد.
شکل 2 چنین کابلی را در مقطع نشان می دهد .
در ضمن بهتر است از غلاف الومینیومی کابلها به عنوان سیم چهارم یا سیم صفر بخصو ص در شبکهای شهری که همیشه از سیم صفر جریان می گذرد استفاده نشود زیرا مشخص نیست که ارتباط غلاف با موف های موجود در مسیر کابل به نحو کاملا"مطمِِئنی انجام گرفته شده باشد .شکل 3 طرز تقسیم حوزه الکتریکی کابل کمر بندی را در لحظه ای که ولتاژ سیم Tصفر است و ولتاژ R,وSبرابر مختلف الجهت هستند نشان می دهد .
چنان چه دیده می شود حوزه الکتریکی سیمها اولا" از عایق اصلی سیمها خارج شدهو تا غلاف سربی ادامه پیدا می کند . لذا مواد پر کننده کابل که از استقامت الکتریکی خوبی بر خوردار نیستند نیز تحت تاثیر فشار الکتریکی قرار میگیرند .
بخصوصی منطقه ما بین سیمها که در شکل با Zمشخص شده است و نمی تواند از مواد عایق خوب پر شود دارای شدت حوزه بسیار قوی می باشد
در ثانی خطوط حوزه در عایق کاغذی سیمها نیز از حالت شعاعی که عمود بر سطح ورقهای کاغذ است خارج شده ودر بعضی از قسمتها حتی این خطوط مماس بر سطح کاغذ عبور می کند ودر قسمتهای دیگر نیز دارای یک مولفه در سطح کاغذ خواهند بود.در نتیجه تفاوت پتانسیل در سطح لایه کاغذها نیز پیدا می شود وچون استقامت الکتریکی در سطح کاغذ به مراتب کمتر از استقامت الکتنریکی ضخامت کاغذ است در نتیجه بین لایها ودر منطقه Zاین کابل در فشارهای زیاد تخلهء الکتریکی که مقدمهء جرقه زدن وسوختن کابل است ایجاد می شود.
بدین جهت کابل کمربندی را نمی توان برای فشار های زیاد ساخت ودر نتیجه ساختمان این کابلها به فشارماکسیموم تا KV20محدود می شود.در سال 1913 باآشنایئ به شدت حوزه در کابل کمربندی و استقامت الکتریکی کاغذ در سطح و در عمق شخصی به نام هو خست پیشنهاد کرد که هر یک از رشته سیمها پس از عایق شدن با ورقهء نازک فلزی پوشانده شود و سپس غلاف سربی به طریقی رویه سه کلاف کشیده شود که با ورقهای نازک فلزی در تماس باشد.
بابه کار بستن این پیشنهاد کاغذهای اطراف رشته سیمها فقط تحت تاثیر حوزه های شعاعی یعنی عمودبرسطوح کاغذ قرارمی گیرند ومؤلفه های سطحی ازبین می رود ، درضمن تمام موادپرکننده اطراف سیم های کابل بخصوص درمنطقه Z فاقدحوزه الکتریکی می شود ودیگراحتیاج نیست باعایق خوب وباارزش پرشود.
پیشنهاد هوخسنت باعث پیشرفت سریع صنعت کابل سازی وساختن کابل های فشارقوی شد. کابل هایی که به این طریق ساخته می شوند کابل H معروفند.
شکل زیرشدت حوزه رادریک کابل سه فاز ویک کابل H نشان می دهد بعدها بخاطراینکه کابل های ضخیم باداشتن یک غلاف سربی دارای قابلیت انحنای بسیارکم است و
فرم دادن وخم کردن آن مشکل است ، لذا کابل هائی باسه غلاف سربی ساخته شدوبنام «کابل سه غلافه»معروف گردید.شکل بعد یک چنین کابلی رادرمقطع نشان می دهد . کابل سه غلافه تاولتاژ 60هزارولت ساخته می شود .درکابل سه غلافه نیز بخصوص درولتاژهای بالا ازکاغذ متالیزه H استفاده می شود. دراینجا وظیفه کاغذH ارتباط برقرارکردن بین کاغذ H وغلاف سربی است .درموقعی که درجه حرارت کابل دراثرزیاد بالا می رود، حجم روغن داخل کابل زیادشده وبطور رادیال (شعاعی) به غلاف سربی فشاروارد می سازدوباعث انبساط آن می شود. درموقع کم باری وسردشدن کابل حجم روغن کم شده ومجددا بطرف داخل فشرده می شود. ولی چون غلاف سربی نمی تواند مجددا جمع شود ، بین عایق کابل درصورتیکه فاقد کاغذ H باشد وغلاف سربی فاصله هوائی (جدائی) بوجودمی آید که به علت
نداشتن استقامت الکتریکی کافی باعث تخلیه الکتریکی درزیرپوشش غلاف سربی می شود،درصورتیکه ورقه نازک H بعلت تماس باغلاف سربی ، باآن هم پتانسیل است وفاصله هوائی کوچکی که دراثرانبساط وانقباض روغن بدست می آید، نمی تواندباعث تخلیه الکتریکی درآن مکان که فاقداختلاف پتانسیل گردد.
برای تعییین ضخامت عایق کابل کم روغن ، شدت حوزه دراطراف سیم KV/mm 5-2 درنظرگرفته می شود. درصورتیکه استقامت الکتریکی حقیقی چنین کابلی درموقعی که ازآن بارگرفته می شود درحدود KV/mm 16 است ودرموقعی که کابل را تادرجه حرارتی گرم کنیم که درموقع بارنامی گرم شود، استقامت الکتریکی آن تغییرمحسوسی نمی کندوحتی چندین بارگرم وسردکردن متوالی کابل ،تأثیری روی استقامت الکتریکی کابل نمی گذاردبطوری که اگرشدت حوزه الکتریکی KV/mm5-2 انتخاب شود ، می توان گفت که کابل باضریب اطمینانی معادل با 5-3 کارمی کند ،شکل 6 استقامت الکتریکی کابل درزمان کوتاه مدت خیلی زیادودرحدود KV/mm60-50است که به تدریج باازدیادزمان اثراختلاف سطح،این استقامت کم شده ودرحدود 100-50 ساعت به مقدار ثابت وپایدارKV/mm 116می رسد.لذامی توان گفت که استقامت کم شده ومی توان گفت که استقامت دائمی کابل کم روغن KV/mm 16 ثابت است.
اولین اندازه گیری رادیو اکتیویته هسته زمین
هواشناسان برای شناسایی طوفانها، تندبادهای دریایی و گردبادها از آن استفاده میبرند. شما حتی نوعی خاص از رادار را در مدخل ورودی فروشگاهها میبینید که در هنگام قرار گرفتن اشخاص در مقابلشان، درب را باز میکنند. بطور واضح میبینید که رادار وسیلهای بسیار کاربردی میباشد. در این بخش از مقالات ما به اسرار رادار میپردازیم.
استفاده از رادار عموماً در راستای سه هدف زیر میباشد:
شناسایی حضور یا عدم حضور یک جسم در فاصلهای مشخص – عمدتاً آنچه که شناسایی میشود متحرک است و مانند هواپیما، اما رادار قادر به شناسایی حضور اجسام که مثلاً در زیرزمین نیز مدفون شدهاند، میباشد. در بعضی از موارد حتی رادار میتواند ماهیت آنچه را که مییابد مشخص کند، مثلاً نوع هواپیمایی که شناسایی میکند.
شناسایی سرعت آن جسم- دقیقاً همان هدفی که پلیس از آن در بزرگراهها برای کنترل سرعت خودروها از آن استفاده میکند.
جابهجایی اجسام – شاتلهای فضایی و ماهوارههای دوار بر دور کره زمین از چیزی به عنوان رادار حفرههای مجازی برای تهیه نقشه جزئیات، نقشههای عوارض جغرافیایی سطح ماه و دیگر سیارات استفاده میکنند.
تمام این سه عملیات میتواند با دو پدیدهای که شما در زندگی روزمره با آن آشنائید پیاده شود: «پژواک» و «پدیده داپلر» این دو پدیده به سادگی قابل فهم میباشند، چرا که هر روزه شما با آنها در حوزه شنوایی خویش برخوردارید. رادار از این دو پدیده در حوزة امواج رادیویی استفاده میبرد.
بگذارید ابتدا با این پدیده در حوزه شنیداری یا صوتی خویش بیشتر آشنا شویم.
پژواک و پدیده داپلر
پژواک پدیدهای است که شما هر روزه با آن برخورد دارید، اگر شما به داخل یک چاه و یا در یک دره فریاد بزنید، پژواک صدای شما چند لحظه بعد به گوشتان میرسد. در واقع شما صدایتان را باز خواهید شنید. پژواک بدین جهت رخ میدهد که بعضی از امواج صدای شما (به این دلیل واژه بعضی را آوردیم که صدای برخی از حیوانات مانند اردک در فرکانس خاص امواج صدای این حیوان هیچگاه پژواکی ندارد) پس از برخورد به یک سطح (که این سطح میتواند سطح آب، انتهای چاه یا دیوارة کوه موجود در انتهای دره باشد) به سمت شما باز میگردد و گوش شما دوباره آنرا میشنود. فاصله زمانیای که بین فریاد شما تا شنیدن پژواک آن طول میکشد با فاصله مکانی بین شما و آن سطح بازگردانندة پژواک ارتباط دارد.
هنگامی که شما به داخل یک چاه فریاد میکشید، صدای شما از دهانة چاه به سمت انتهای چاه رفته و پس از برخورد با سطح آب انتهای چاه منعکس میشود. در این حالت اگر شما سرعت صدا را به طور دقیق بدانید، با اندازهگیری زمان رفتوبرگشت صدا میتوانید عمق چاه را حساب کنید.
پدیدة داپلر نیز بسیار معمول است. شما هر روز (بدون اینکه حتی از آن درکی داشته باشید) آن را تجربه میکنید. این پدیده زمانی رخ میدهد که یک مولد امواج صوتی و یا منعکس کننده امواج صوتی دارای حرکت باشد. مثلاً یک خودرو که در حال بوق زدن است. حالت تشدید شدة پدیدة داپلر در شکستن «دیوار صوتی» رخ میدهد. در این جا به درک این پدیده میپردازیم (ممکن است شما برای اینکه بهتر این پدیده را درک کنید کنار یک اتوبان آن را تجربه کنید) فرض کنید که خودرویی با سرعت 100 کیلومتر بر ساعت در حال بوق زدن به سمت شما در حرکت باشد. تا زمانیکه خودرو در حال نزدیک شدن به شماست فقط یک نت صوتی را میشنوید (در واقع یک فرکانس ثابت، در شماره گذشته راجع به فرکانس صحبت کردیم)، اما هنگامی که خودرو به کنار شما میرسد صدای بوق ناگهان تغییر کرده و به عبارتی «بم» تر میشود و بعد از لحظهای که از شما عبور کرد (و اگر همچنان راننده در حال بوق زدن بود) ناگهان صدا بمتر نیز میشود، در صورتی که شما میدانید که صدای بوق همیشه ثابت است، کما اینکه راننده داخل خودرو در تمام مدت بوق زدن فقط نت واقعی بوق را میشنود. این تغییرات صوت شنیده شده توسط شما بوسیلة پدیدة داپلر قابل توضیح است. اما آنچه که رخ میدهد: «سرعت صوت» مقداری ثابت است، برای سادهتر شدن محاسباتمان سرعت صورت را 1000کیلومتر در ساعت در نظر بگیرید. (سرعت واقعی صوت وابسته به دما، فشار هوا و رطوبت هواست.) فرض کنید که خودرویی در فاصله یک کیلومتری شما قرار دارد (بصورت غیر متحرک). راننده داخل خودرو به مدت یک دقیقه شستی بوق را فشرده تا صدا به گوش ما برسد، این صدا با سرعتی برابر با 1000کیلومتر بر ساعت به سمت شما حرکت میکند، بعد از 6 ثانیه از فشرده شدن شستی بوق توسط راننده، شما چه صدایی را خواهید شنید؟ (این 6 ثانیه در واقع مدت زمانی است که طول میکشد صدا به شما برسد) و به مدت یک دقیقه پس از آن چه میشنوید؟ مسلماً صدای بوق را بدون هیچ تغییری.
پدیده داپلر: شخص پشت سر خودرویی را با بسامدی (فرکانس) پایینتر و بمتر از آنچه که راننده داخل خودرو و در حال حرکت میشنود. راننده از شخصی که خودرو به سمت آن در حال حرکت است صدا را با نت پایینتر میشنود.
حال فرض کنید خودرو از فاصلهای دور با سرعتی معادل 100 کیلومتر بر ساعت به سمت شما حرکت کند، همان راننده با همان خودرو و با همان صدای بوق و به مدت همان یک دقیقه شستی بوق را فشارمیدهد میشود. جالب است! شما صدای بوق را فقط به مدت 54 ثانیه خواهید شنید آن هم به خاطر حرکت خودرو رخ داده است.
در واقع تعداد اعوجاجهای موج صوتی ثابت بوده ولی در زمان کوتاهتری به سمت شما آمده و از آنجائیکه تعریف فرکانس تعداد نوسانات موج در واحد زمان است لذا اگر قبلاً این نوسانات را 1 بر 60 ثانیه تقسیم کردیم و فرکانس F1 بدست میآمد، حال باید این تعداد نوسانات را بر 54 تقسیم کنیم که مطمئناً عددی بزرگتر خواهد شد. این عدد بزرگتر یا فرکانس بالاتر یعنی صدای «زیر»تر. همین توجیه نیز برای خودرویی که از شما وجود دارد، در این حالت شما 64 ثانیه صدای بوق را میشنوید که فرکانس حاصله در این حالت کمتر (یا صدای بمتر) خواهد بود.
شکستن دیوار صوتی
اینک که ما در حال بحث بر روی رابط صدا و سرعت هستیم میتوانیم در مورد شکستن دیوار صوتی هم صحبت کنیم. فرض کنید آن خودرویی که صحبتش بود با سرعتی معادل 100 کیلومتر در ساعت به سوی شما، آن هم در حال بوق زدن، حرکت کند، امواج صوتی چون سرعتی معادل همان سرعت خودرو را دارند، لذا نه از آن جلو زده و نه عقب میمانند، لذا در کل مدت حرکت خودرو شما صدایی را نخواهید شنید. اما در لحظهای که خودرو به شما میرسد، تمام امواج صوتی جمع شده و یکجا شما آنها را میشنوید. صدای بسیار بلند و با فرکانس بسیار بالا.
این صدا توسط هواپیمایی که قادرند با سرعتی معادل با سرعت صوت حرکت کنند میتواند موجبات وحشت بسیاری از افرادی که در زیر مسیر این هواپیما قرار دارند بوجود آورده قدرت این صدا به قدری است که میتواند شیشهها را بشکند.
چنین اتفاقی برای قایقها نیز رخ میدهد. منتهی در این میان تجمع امواج آب که سرعتی در حدود سرعت این قایقها دارند. این موج متمرکز بصورت V شکل از جلو قایق به طرفین حرکت میکند که زاویه این موج توسط سرعت قایق کنترل میشود. در واقع تجمع امواجی که قایق در هر لحظه تولید میکند و هر لحظه بر آن میافزاید نیز توسط پدیده داپلر قابل توضیح است.
شما میتوانید با استفاده از ترکیبی از پژواک و پدیده داپلر بصورتی که در زیر میآید استفاده کنید. در محلی که ایستادهاید به سمت خودرویی که در حال حرکت (به سمت شما یا در خلاف جهت) اصواتی را بفرستید. بعضی از این اصوات پس از برخورد با خودرو به سمت شما باز میگردند. (پژواک) از آنجایی که خودرو در حال حرکت است لذا اصوات منعکس شده یا به هم فشرده میشوند (در حالی که خودرو به سمت شما میآید) و یا از هم باز میشوند. در حالت حرکت مخالف در هر دو صورت شما میتوانید با مقایسه موج فرستاده شده و بازگشته سرعت خودرو را بدست آورید.
مفهوم رادار:
دیدیم که میتوان با استفاده از مفهوم پژواک به فاصله اجسام دور پی برد و همین طور با استفاده از تغییر پدیده داپلر به سرعت این جسم پی ببریم. با توجه به این مفاهیم میتوان فهمید که رادار صوتی چیست؟ این گونه رادار در زیردریاییها و کشتیها کاربرد دارد و همیشه در حال کار است. میتوان از رادار صوتی در محیط آزاد نیز استفاده کرد، اما بخاطر چند اشکال ریز این گونه رادار در هوا استفاده نمیشود.
- صدا در هوا مسافت زیادی را نمیتواند بپیماید…. شاید در حدود 5/1 کیلومتر و یا کمی بیشتر
- هرکسی میتواند صدا را بشنود لذا استفاده از صدا در محیط آزاد موجب آزار دیگران میشود که البته میتوان با بالا بردن فرکانس صدای مورد استفاده و استفاده از امواج «فراصوت» این مشکل را حل کرد.
- صدای منعکس شده حاصل از پدیده پژواک بسیار ضعیف میباشد به طوری که دریافت آن بسیار سخت است.
سمت چپ: آنتن های مجموعه مخابراتی فضایی گلدستون (بخشی از شبکه ارتباطی فضایی ناسا) که به ارتباطات مخابراتی رادیویی فضاپیماهای میان سیارهای ناسا کمک میکند.
سمت راست: رادار جست وجوی سطح و هوا که بر روی نوک دکل یک موشک هدایت شونده قرار گرفته است.
حال بیایید در مورد یک نمونه واقعی راداری که برای شناسایی هواپیماهای در حال پرواز بکار میرود صحبت کنیم. سیستم رادار در ابتدا با روشن کردن فرستنده قویاش یک دسته موج رادیویی متراکم در آسمان و در جهات مختلف پخش میکند. این ارسال برای چند میکروثانیه صورت میپذیرد، حال فرستنده خاموش شده و گیرنده سیستم رادار مترصد دریافت پژواک امواج که به همراه اطلاعات حاصل از پدیده داپلر نیز هستند میماند.
امواج رادیویی با سرعتی معادل سرعت نور حرکت میکنند، تقریباً در هر میکروثانیه 300 متر را در فضا طی میکنند؛ حال اگر سیستم رادار مذکور دارای یک ساعت بسیار دقیق و قوی باشد، میتواند با دقت بسیار بالایی موقعیت هواپیما را مشخص کند، با استفاده از روشهای خاص پردازش سیگنال برای تحلیل پدیده داپلر بر روی موجهای برگشتی میتوان به دقت سرعت هواپیما را مشخص کرد.
آنتن رادار یک دسته کوچک اما قدرتمند پالس امواج رادیویی از یک فرکانس مشخص را در فضا میفرستند. هنگامی که امواج به یک جسم برخورد میکنند منعکس شده و در اثر پدیده داپلر فشردهتر یا گسستهتر میشوند. همان آنتن وظیفه دریافت امواج منعکس شده را که البته بسیار کمتر از امواج ارسالی هستند بر عهده دارد.
در رادارهای زمینی قضیه خیلی پیچیدهتر از رادارهای هوایی است، هنگامی که یک رادار پلیس به ارسال پالس موج رادیویی میپردازد بخاطر وجود اجسام بسیار در سر راهش مانند نردهها، پلها، تپهها و ساختمانها پژواکهای بسیاری را دریافت میدارد، اما از آنجایی که تمام این اجسام ثابت هستند به جزء خودروها مورد نظر، لذا سیستم رادار خودروهای پلیس از میان امواج منعکس شده، فقط آنهایی را انتخاب میکند که در آنها پدیده داپلر قابل شناسایی است، آن هم به اندازهای که جسم متحرک اضافه سرعت داشته باشد، در ضمن آنتن این رادارها بسیار دهانه تنگی دارند، چرا که فقط بر روی یک خودرو تنظیم میشوند.
البته امروزه پلیسها در برخی کشورها از جمله کشور خودمان از تکنولوژی لیزر برای تعیین سرعت خودروها در بزرگراهها استفاده میکنند. تکنولوژی به نام «لیدار» شناخته میشود. در این مدل بجای امواج رادیویی از اشعه نوری متمرکز (یا همان لیزر) استفاده میشود.
خازن
خازن ها انرژی الکتریکی را نگهداری می کنند و به همراه مقاومت ها ، در مدارات تایمینگ استفاده می شوند . همچنین از خازن ها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده می شود . از خازن ها در مدارات بعنوان فیلتر هم استفاده می شود . زیرا خازن ها به راحتی سیگنالهای غیر مستقیم AC را عبور می دهند ولی مانع عبور سیگنالهای مستقیم DC می شوند .
ظرفیت :
ظرفیت معیاری برای اندازه گیری توانائی نگهداری انرژی الکتریکی است . ظرفیت زیاد بدین معنی است که خازن قادر به نگهداری انرژی الکتریکی بیشتری است . واحد اندازه گیری ظرفیت فاراد است . 1 فاراد واحد بزرگی است و مشخص کننده ظرفیت بالا می باشد . بنابراین استفاده از واحدهای کوچکتر نیز در خازنها مرسوم است . میکروفاراد µF ، نانوفاراد nF و پیکوفاراد pF واحدهای کوچکتر فاراد هستند .
µ means 10-6 (millionth), so 1000000µF = 1F
n means 10-9 (thousand-millionth), so 1000nF = 1µF
p means 10-12 (million-millionth), so 1000pF = 1nF
انواع مختلفی از خازن ها وجود دارند که میتوان از دو نوع اصلی آنها ، با پلاریته ( قطب دار ) و بدون پلاریته ( بدون قطب ) نام برد .
خازنهای قطب دار :
الف - خازن های الکترولیت
در خازنهای الکترولیت قطب مثبت و منفی بر روی بدنه آنها مشخص شده و بر اساس قطب ها در مدارات مورد استفاده قرار می گیرند . دو نوع طراحی برای شکل این خازن ها وجود دارد . یکی شکل اَکسیل که در این نوع پایه های یکی در طرف راست و دیگری در طرف چپ قرار دارد و دیگری رادیال که در این نوع هر دو پایه خازن در یک طرف آن قرار دارد . در شکل نمونه ای از خازن اکسیل و رادیال نشان داده شده است .
در خازن های الکترولیت ظرفیت آنها بصورت یک عدد بر روی بدنه شان نوشته شده است . همچنین ولتاژ تحمل خازن ها نیز بر روی بدنه آنها نوشته شده و هنگام انتخاب یک خازن باید این ولتاژ مد نظر قرار گیرد . این خازن ها آسیبی نمی بینند مگر اینکه با هویه داغ شوند .
ب - خازن های تانتالیوم
خازن های تانتالیم هم از نوع قطب دار هستند و مانند خازنهای الکترولیت معمولاً ولتاژ کمی دارند . این خازن ها معمولاً در سایز های کوچک و البته گران تهیه می شوند و بنابراین یک ظرفیت بالا را در سایزی کوچک را ارائه می دهند .
در خازنهای تانتالیوم جدید ، ولتاژ و ظرفیت بر روی بدنه آنها نوشته شده ولی در انواع قدیمی از یک نوار رنگی استفاده می شود که مثلا دو خط دارد ( برای دو رقم ) و یک نقطه رنگی برای تعداد صفرها وجود دارد که ظرفیت بر حست میکروفاراد را مشخص می کنند . برای دو رقم اول کدهای استاندارد رنگی استفاده می شود ولی برای تعداد صفرها و محل رنگی ، رنگ خاکستری به معنی × 0.01 و رنگ سفید به معنی × 0.1 است . نوار رنگی سوم نزدیک به انتها ، ولتاژ را مشخص می کند بطوری که اگر این خط زرد باشد 3/6 ولت ، مشکی 10 ولت ، سبز 16 ولت ، آبی 20 ولت ، خاکستری 25 ولت و سفید 30 ولت را نشان می دهد .
برای مثال رنگهای آبی - خاکستری و نقطه سیاه به معنی 68 میکروفاراد است .
آبی - خاکستری و نقطه سفید به معنی 8/6 میکروفاراد است .
خازنهای بدون قطب
خازن های بدون قطب معمولا خازنهای با ظرفیت کم هستند و میتوان آنها را از هر طرف در مدارات مورد استفاده قرار داد . این خازنها در برابر گرما تحمل بیشتری دارند و در ولتاژهای بالاتر مثلا 50 ولت ، 250 ولت و ... عرضه می شوند .
پیدا کردن ظرفیت این خازنها کمی مشکل است چون انواع زیادی از این نوع خازنها وجود دارد و سیستم های کد گذاری مختلفی برای آنها وجود دارد . در بسیاری از خازن ها با ظرفیت کم ، ظرفیت بر روی خازن نوشته شده ولی هیچ واحد یا مضربی برای آن چاپ نشده و برای دانستن واحد باید به دانش خودتان رجوع کنید . برای مثال بر 1/0 به معنی 0.1µF یا 100 نانوفاراد است . گاهی اوقات بر روی این خازنها چنین نوشته می شود ( 4n7 ) به معنی 7/4 نانوفاراد . در خازن های کوچک چنانچه نوشتن بر روی آنها مشکل باشد از شماره های کد دار بر روی خازن ها استفاده می شود . در این موارد عدد اول و دوم را نوشته و سپس به تعداد عدد سوم در مقابل آن صفر قرار دهید تا ظرفیت بر حسب پیکوفاراد بدست اید . بطور مثال اگر بر روی خازنی عدد 102 چاپ شده باشد ، ظرفیت برابر خواهد بود با 1000 پیکوفاراد یا 1 نانوفاراد .
کد رنگی خازن ها
در خازن های پلیستر برای سالهای زیادی از کدهای رنگی بر روی بدنه آنها استفاده می شد . در این کد ها سه رنگ اول ظرفیت را نشان می دهند و رنگ چهارم تولرانس ا نشان می دهد . برای مثال قهوه ای - مشکی - نارنجی به معنی 10000 پیکوفاراد یا 10 نانوفاراد است . خازن های پلیستر امروزه به وفور در مدارات الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرند . این خازنها در برابر حرارت زیاد معیوب می شوند و بنابراین هنگام لحیمکاری باید به این نکته توجه |
|
|
خازن ها با هر ظرفیتی وجود ندارند . بطور مثال خازن های 22 میکروفاراد یا 47 میکروفاراد وجود دارند ولی خازن های 25 میکروفاراد یا 117 میکروفاراد وجود ندارند .
دلیل اینکار چنین است :
فرض کنیم بخواهیم خازن ها را با اختلاف ظرفیت ده تا ده تا بسازیم . مثلاً 10 و 20 و 30 و . . . به همین ترتیب . در ابتدا خوب بنظر می رسد ولی وقتی که به ظرفیت مثلاً 1000 برسیم چه رخ می دهد ؟
مثلاً 1000 و 1010 و 1020 و . . . که در اینصورت اختلاف بین خازن 1000 میکروفاراد با 1010 میکروفاراد بسیار کم است و فرقی با هم ندارند پس این مسئله معقول بنظر نمی رسد .
برای ساختن یک رنج محسوس از ارزش خازن ها ، میتوان برای اندازه ظرفیت از مضارب استاندارد 10 استفاده نمود . مثلاً 7/4 - 47 - 470 و . . . و یا 2/2 - 220 - 2200 و . . .
خازن های متغیر
در مدارات تیونینگ رادیوئی از این خازن ها استفاده می شود و به همین دلیل به این خازنها گاهی خازن تیونینگ هم اطلاق می شود . ظرفیت این خازن ها خیلی کم و در حدود 100 تا 500 پیکوفاراد است و بدلیل ظرفیت پائین در مدارات تایمینگ مورد استفاده قرار نمی گیرند . در مدارات تایمینگ از خازن های ثابت استفاده می شود و اگر نیاز باشد دوره تناوب را تغییر دهیم ، این عمل بکمک مقاومت انجام می شود . | |
|
خازن های تریمر :
خازن های تریمر خازن های متغییر کوچک و با ظرفیت بسیار پائین هستند . ظرفیت این خازن ها از حدود 1 تا 100 پیکوفاراد ماست و بیشتر در تیونرهای مدارات با فرکانس بالا مورد استفاده قرار می گیرند . | |
در مباحث قدرتی آنچه که میتواند ممیزی بین مهندسی برق- قدرت و دیگر شاخه ها باشد همان نگاه ویژه این شاخه به سخت افزار های مکانیکیست. آیا تا کنون به چگونگی حرکت رباط ها اندیشیده اید؟ یک رباط چیست؟
در یک تعریف کلی آنچه که توسط دست انسان ساخته شده و توانایی حرکت را داشته باشد می تواند یک رباط باشد. اما هر رباط خود اجزا و قسمتهای پیچیده و یا ساده ای دارد.
قصد داریم که در این بخش شما را با عملکرد جز کوچکی از پیکره یک رباط بپردازیم.
Servo motor
هر servo motor یک دستگاه کو چکی ست که بخش اعظم حرکت آن توسط یک shaft خروجی تعیین می شود. چگونگی حرکت و مو قعیت های زاویه ای این خروجی توسط دسته ای از سیگنال های دیکد شده که برای کابل دیتا آن تعریف می شود کنترل میشود. برای طول مدت زمانی که یک سیگنال فعال بوده و یک پالس بر روی خط ورودی آن قرار دارد این shaft خروجی در مو قعیت خاص زاویه ای که مختص آن سیگنال است قرار دارد و با تغییر این ورودی زاویه مد نظر نیز تغییر می کند.
مشاهده می کنید که در اینجا یک رابطهای بین نرم افزار و سخت افزار ایجاد شده است. این موتور ها در صنایع رباتیک و تولیدات صنعتی مانند موتور های کنترل کننده هواپیما ها و ... کاربرد وسیعی دارند.
آنچه که قدرت حرکتی این نوع موتور ها راتعیین می کند مقدار بارگیریست که از سوی سیگنال انجام می گیرد بر این اساس برای حرکت با سرعتی سریع جهت طی مسافتی متناسب با سرعت میزان بارگیری مذکور بالاست و عمو ما این میزان توسط سازنده مو تور تعیین خواهد شد.
سه کابل موجود در این موتور ها می توانند 3 ورودی این مو تور باشند.
معمولا سیم اول برای power حدود 5 ولت.
سیم دوم :GND
سیم سوم (معمو لا به رنگ سفید): جهت کنترل وضعیت های حرکتیست.
عملکرد مداری :
هر servo از چند مدار الکترونیکی کنترلی – یک مقاومت متغیر(پتانسیو متر) – تعدادی چرخدنده (برای ایجاد امکان حرکت) – یکshaft خروجی تشکیل شده است. در بخشی از این مدار که به آن pot اطلاق می شود امکان دیدن سیگنالی که مو تور تحت تاثیر آن از خود عکس العمل نشان می دهد وجود دارد.
زاویه حرکتی این خانواده از مو تور ها متفاوت است اما یک servo نرمال میتواند مسافتی بین 0 تا 180 درجه را بپیماید. سیستم کنترل کننده معممو لا وظیفه کنترل این چرخش را به عهده دارد. این زاویه حرکتی که نیاز است موتور آن را بپیماید به وسیله پالسی که توسط کابل کنترلی فرستاده می شود تعیین می گردد که به آن Pulse Code Modulation اطلاق می شود.
یک servo تمایل دارد که هر 20 میلی ثانیه با یک پالس جدیدی تحریک شود.
طول این پالس بستگی به مسافتی دارد که نیاز است توسط سرو و طی شود. برای مثال همانطور که در شکل مشاهده می کنید هر پالسی که در ضمن 1.5 میلی ثانیه اعمال می شود امکان چرخش shaft را به اندازه 90 درجه فراهم می سازد.
اگر طول پالس کمتر از مقدار مذکور باشد زاویه حرکتی shaft خروجی به 0 میل میکند و اگر بیش از 1.5 میلی ثانیه باشد به 180 درجه نزدیک می شود.
سیکل ترکیبی چیست؟
برای پاسخ به پرسش مذکور در ابتدا تعریفی از انواع توربین ها و اصول کلی کار آنها ارائه می دهیم.
توربین ها اصو لا بر اساس عامل ایجاد کننده کار تقسیم بندی می گردند . اگر عامل فوق گاز باشد آن را بخاری اگر آب باشد آبی و چنانچه باد باشد توربین بادی گو یند. توجه داشته باشیم که منظور از گاز گاز ناشی از احتراق است. لذا نوع سوخت دخیل در آن که بر حسب مورد می تواند گازوئیل مازول یا گاز باشد در این تقسیم بندی ها اهمیت ندارد. (اگر چه در کشور ما سوخت گاز سوخت غالب این توربین هاست. )
هر توربین گاز v94.2 متشکل از دو محفظه احتراق است که در طر فین توربین نصب هستند و سوخت گاز یا گازو ئیل پس از ورود به آن همراه با عملکرد سیستم جرقه مشتعل شده و با هوایی که از سمت فیلتر های ورودی وارد کمپرسور شده و پس از انبساط از آن خارج می شود وارد ناحیه محفظه احتراق شده محترق می گردد و گازی با درجه حرارت 1050 در جه سانتیگراد تو لید می نماید.
گاز مذکور وارد توربین گاز شده و سبب گردش توربین و در نتیجه محور ژنراتور ده و تولید برق می کند. محصول خروجی از توربین گاز دودیست با درجه حرارت حدود 550 درجه سانتیگراد که به عنوان تلفات حرارتی از طریق دودکش وارد جو می شود و به ایت ترتیب توربین گاز در بهترین شرایط با بهره برداری حدود 33 درصد تولید انرژی می کند. به بیان دیگر 67 درصد دیگر به عنوان تلفات حرارتی محسوب و فاقد کارایی می باشد.
ایده سیکل ترکیبی در واقع بازیافت مجدد از بخش 67 درصد یاد شده است. به این ترتیب که در بخش خروجی اگزوز هر توربین گاز با نصب دریچه های کنترل شونده گاز داغ فوق را به قسمت دیگ بخار هدایت تا آب موجود در آن به بخار سوپر هیت(بخار خیلی داغ و خشک) با درجه حرارت حدود 530 درجه سانتیگراد تبدیل و به همراه بخار خروجی از بویلر دوم جهت استفاده در توربین بخار به کار گرفته شود.
به این ترتیب در بخش دیگ بخار چون از مشعل و سوخت جهت گرمایش صرفه جویی می شود راندمان در کل افزایش یافته و به رقمی معادل 55 در صد می رسد. (نزدیک به 25 درصد از 67 درصد تلفات فوق الذکر بازیافت و بدون نیاز به سوخت اضافی تبدیل به انرژی الکتریکی می شود. )
این بخار پس از انجام کار در توربین بخار افت درجه حرارت پیدا کرده و دمای آن به رقمی حدود 60 درجه سانتیگراد می رسد و در اینجا به منظور استفاده مجدد از آن بخار فوق توسط سیستم خنک کن ( در نیرو گاه کرمان به کمک فنر های پرقدرت) سرد و تبدیل به آب شده و جهت استفاده مجدد پس از انجام عملیات تصفیه بین راهی وارد تانک تغذیه می گردد تا دوباره وارد دیگ بخار گشته و تبدیل به بخار سوپر هیت شود.
این چرخه را سیکل ترکیبی گویند که نیرو گاه کرمان یکی از نیرو گاه های فوق الذکر در سطح کشور محسوب می شود.
آب مورد نیاز این نیرو گاه از طریق سه حلقه چاه حفر شده در دشت جو پار تامین و به کمک خط لوله به استخر آب خام نیرو گاه به ظرفیت 3000 متر مکعب وارد و ذخیره شده تا پس از انجام عملیات تصفیه مورد استفاده بویلر های نیرو گاه قرار گیرد.
ظرفیت آبدهی چاه های مذکور 80 لیتر در ثانیه است.