پاسخ : گوناگون از قدرت (برق قدرت) توزيع پتانسيل و ميدان الكتريكي در طول مقرههاي سيليكوني با قطرات آب مطالعه فلش اور در مقرههاي سليكوني با آلودگي مصنوعي در تستهاي مهنمكي نشان ميدهد كه تخليه روي مقره كاملاً آلوده تابع مسير نشتي در طول سطح مقره است. در مقرههايي كه بصورت تكهتكه آلوده ميشوند، تخليه در مسير آلوده تابع مسير نشتي در قسمت آلوده سطح مقره است. وجود قطرات آب و لايههاي آلودگي شدت ميدان الكتريكي را روي سطح مقرههاي سيليكوني افزايش ميدهد. بنابراين مطالعه توزيع پتانسيل وميدان الكتريكي در مقرههاي سيليكوني تحت شرايط مرطوب و آلوده، براي درك عميق شروع مكانيزم فلش اور ناشي از آلودگي بسيار مهم است. قطرات آب نقشهاي متعددي در فلش اور ناشي از آلودگي و پيري مقرههاي سيليكوني ايفا ميكند كه عبارتند از: 1- قطرات به علت پرميتيويته و رسانايي بالايشان ميدان الكتريكي را بشدت زياد ميكند. 2- تخليههاي كروناي سطحي از قطرات آب، مواد چتركهاي مقره را پير ميكند. 3- تخليه كرونا خاصيت آبگريزي در قسمتهايي از سطح را از بين ميبرد و سبب گسترش قطرات و بهم پيوستن آنها ميشود. 1- بدست آوردن مدل: در اولين قدم، يك مدل نمونه بايدبدست آورد تا مشخصات اصلي توزيع ميدان الكتريكي اطراف قطره آب مطالعه شود. به همين دليل، يك سطح سيليكون رابر مسطح آبگريز با يك قطره آب مجزاي براي مطالعه افزايش ميدان الكتريكي در اطراف قطره آب مورد استفاده قرار گرفته است. براي ساده سازي بيشتر، قطره آب مجزاي منفردي كه نيمكره آن در شكلها آمده است فرض ميكنيم. يك مقره بشقابي عمودي را فرض ميكنيم كه قطرات آب ساكن روي چترك و sheath عمورد بر خطوط هم پتانسيل قرار دارند. براي نشان دادن ناحيه sheath و ناحيه چترك مقره، دو الكترود با يك صفحه سيليكون رابر به ابعاد (cm10*cm10*cm10) را فرض ميكنيم. هدايت نسبي مواد سيليكوني 3/4 است. دو الكترود به فاصله 10 سانتيمتر و صفحه سيليكون دردو موقعيت متفاوت قرار ميگيرد. ناحيه sheath بوسيله صفحه سيليكوني كه بين دو الكترود مانند اسپيسر قرار گرفته است شبيهسازي ميشود و صفحه سيليكوني بصورت موازي، بين دو الكترود، براي شبيهسازي ناحيه چترك قرار ميگيرد. در هر دو مورد ولتاژ اعمالي 100 ولت است كه ميانگين شدت ميدان الكتريكي v/cm (10= (10/100)) است. هدايت نسبي آب 80 است. تجزيه و تحليل افزايش ميدان الكتريكي بوسيله قطرات آب خطوط هم پتانسيل و خطوط ميدان الكتريكي اطراف قطره آب كه روي صفحه سيليكوني قرار گرفته است، ناحيه sheath و ناحيه چترك را شبيهسازي ميكند كه به ترتيب در شكلهاي 2 و 3 نشان داده شده است. خطوط پيوسته براي نشان دادن خطوط هم پتانسيل وخط چينها براي مسير ميدان الكتريكي بكار رفته است. از شكلهاي 2 و 3 چنين به نظر ميرسد كه وجود قطره آب سبب انحراف قابل توجهي در ترتيب خطوط هم پتانسيل و مسير ميدان الكتريكي در اطراف قطره اب شده است. براي ناحيه sheath شبيهسازي شده، شدت ميدان الكتريكي در خطوط مرزي قطره آب؛ هوا و مواد عايقي بشدت زياد شده است. براي ناحيه چترك شبيهسازي شده شكل 3، شدت ميدان الكتريكي در نوك قطره آب زياد شده است. بردار شدت ميدان الكتريكي هم از نظر كميت و هم از نظر جهت در طول سطح مقره آب تغيير ميكند. بدنبال اين تغييرات، كميتهاي متعددي تغيير ميكنند كه بعنوان مثال ميتوان به مولفههاي x و y و z بردار شدت ميدان الكتريكي يا كميت بردار اشاره كرد. كميت شدت ميدان الكتريكي روي سطح قطره آب در ناحيه sheath و ناحيه چترك، بترتيب در شلكهاي 4 و 5 نشان داده شده است. هر نقطه روي سطح قطره آب بوسيله سه مولفه x و y و z مشخص شده است. در حقيقت بعد چهارمي نياز است تا توزيع كميت (بزرگي) شدت ميدان الكتريكي را نشان دهد. به عبارت ديگر، بايد بتوانيم توزيع شدت ميدان الكتريكي روي سطح قطره آب را بوسيله دياگرام سه بعدي نشان دهيم. به عبارت ديگر، تمام نقاط روي سطح قطره آب بوسيله تصوير آنها روي صفحه x و y نشان داده ميشود. بنابراين بعد z مي تواند براي نشان دادن كميت بردار شدت ميدان الكتريكي درتمام نقاط سطح قطره آب استفاده شود. واحدهاي x و y به سانتيمتر و شدت ميدان الكتريكي به v/cm است. براي قطره در ناحيه sheath بيشترين مقدار شدت ميدان الكتريكي روي سطح قطره آب و در سطوح مرزي قطره آب، هوا و مواد عايقي است كه v/cm 29 است شكلهاي 2 و 4 و براي قطره در ناحيه چترك، حداكثر مقدار شدت ميدان الكتريكي در بالاي قطره اب است كه v/cm 6/27 است شكلهاي 3 و 5 اگر هدايت نسبي و رساناي قطره آب با هم مطالعه شوند حداكثر مقدار شدت ميدان الكتريكي ذكر شده در بالا كم است. اگر هدايت نسبي 80 باقي بماند و رسانايي s/cmµ 250 است، حداكثر مقدار شدت ميدان الكتريكي براي قطره آب در ناحيه sheath برابر v/cm 5/35 و در ناحيه چترك v/cm7/31 است كه افزايش ميدان الكتريكي زياد است. تجزيه و تحليل توزيع پتانسيل تحت شرايط باراني و مهاي مقرهاي سيليكوني با چهار چترك كه ابعاد آن در شكل 6 آمده است مدل ميشود. براي كاهش زمان محاسبات فقط يك قسمت 10 درجه از سطح چترك مدل شده است و ولتاژ اعمالي 100 ولت است. سه مدل زير براي شبيهسازي شرايط آب و هوايي خاص مورد استفاده قرار گرفته است. 1- مدل خشك و تمييز: اين مدل براي مقرههاي سيليكوني تمييز و خشك بكار ميرود. 2- مدل باراني: در اين مدل، هفت قطره آب روي هر سطح 10 درجه چترك فرض مي شود كه 256=36*7 قطره روي هر چترك و 1008=4*252 قطره آب روي چهار چترك مقره ميافتد. شكل تمام قطرات آب نيمكره با قطره mm2 است. هدايت نسبي قطرات آب 80 و رسانايي آنها µs/cm 250 است. سطح عمودي sheath و زير چتركها خشك است. 3- مدل مهاي: در اين مدل توزيع قطره آب شبيه مدل باراني است، با اين تفاوت كه زير چتركها بوسيله لايه نازك آب پوشانده شده است. هدايت نسبي قطرات آب 80 و رسانايي آنها µs/cm 250 است. خطوط همپتانسيل در هر سه مورد فوق در شكل 7 نشان داده شده است. شكل (7-الف) توزيع يكنواخت ميدان الكتريكي در طول قره تمييز و خشك را نشان ميدهد. (7-ب) نشان ميدهد كه فرض كردن شرايط باراني، شدت ميدان الكتريكي را در اطراف نواحي انتهاي چترك به آرامي نسبت به مدل خشك و تمييز كم ميكند. وجود قطرات آب روي چتركهاي، توزيع ميدان الكتريكي را روي هم رفته كمي غيريكنواختتر از حالت خشك ميكند، (البته شدت ميدان الكتريكي موضعي در اطراف هر مقره آب بيشتر است). نتيجه اينكه، ميدان الكتريكي روي هم رفته، در مناطق محل تقاطع سه گانه (پوشش، هوا و فيتينگها) كمي كوچكتر از حالت خشك و تمييز است. در نهايت شكل (7-ج) نشان ميدهد كه فرض كردن مدل شرايط مهاي، نواحي خشك در طول sheath مقره، حداكثر مقدار ولتاژ را تحميل ميكند. شدت ميدان الكتريكي روي هم رفته در طول نواحي انتهايي مقره بيشتر از حالت خشك تمييز است.
پاسخ : گوناگون از قدرت (برق قدرت) در جست وجو ي پوشش مقاوم در برابر آتش براي كابلها مواد پليمري كه براي حفاظت در برابر شعله در عايق كابلها به كار ميرود در همه جنبههارضايت بخش نيستند، زيرا پارهاي تركيبات آنها،در حين آتش سوزي مقادير زيادي دود ومواد شيميايي خورنده توليد ميكنند. شركتهاي برق به تركيبات جديد عايق ضد آتشسوزي پليمري براي كابلها كه در ولتاژهاي كم و متوسط استفاده ميشوند، نياز دارند.فعاليت اكتشافي EPRI در اين زمينه، نمونهاي از ارزش يك پژوهش در ارتباط و مشاورهنزديك با توليد كنندگان پليمر، تامين كنندگان مواد شيميايي، توليد كنندگان كابل وشركتهاي برق است. نتيجه اين پژوهش، توليد دو تركيب پليمري است كه امكان تاخير درآتش سوزي را فراهم ميآورد و اكنون در حال ارزيابي از طرف يك توليد كننده كابل برايتوليد تجاري است. نوشتار حاضر درباره چگونگي روند اجراي اين پژوهش و كشف فرمولجديد و چگونگي همكاري گروههاي مختلف با EPRI در اين زمينه بحث ميكند. شايد پليمرهاي مصنوعي كه شاملزنجيرهاي از واحدهاي ملكولياند كه تعدادو ساختار شيميايي آنها، خواص ماده راتعيين ميكند، قابل تغييرترين گروه از موادموجود باشند. براي تغيير و اصلاح پليمريمصنوعي با گستره وسيعي از مشخصاتمورد نظر، انواع گوناگوني از افزودنيها بكارميرود. فرمولاسيونهاي اوليه پليمرها دراوايل قرن بيستم توليد شدند و امروزپليمرها براي مصارف بسيار متنوعي از گيرهسر تا اجزاي شاتلهاي فضايي بكارميروند. چنين به نظر ميرسد كه تركيباتپليمري از نظر تعداد بي پايان است. شناختهشدهترين پليمرها، پلي اولفينها مانند پليپروپيلين و پلي اتيلين ماده اوليه هزارانمحصول مورد نياز روزمره انسانها مانندكيسههاي پلاستيكي، بطري شامپو، گلدان،سطل آشغال و...است. در صنعت برق، عايقكاري انواعتجهيزات توزيع يا انتقال شامل كابلها،ترانسفورماتورها، خازنها و ماشينهاي دوار بهوسيله پليمرها انجام ميشود. دوار به وسيلهپليمرها انجام ميشود. اجزاي اوليه عايقسيمها و كابلها، پلي اولفينها و پليمرهاياولفين است. براي پليمرها مصارف معموليديگري در صنعت برق وجود دارد كه كمترشناخته شدهاند. اين مصارف عبارتند از:غشاء جداكننده، الكتروليت باتريهايپيشرفته، بدنه خودروهاي برقي، پوششهايضد خوردگي، لوله، قطعات سيستمهايكنترل محيط زيست و دستكش كارگرانخطوط نيرو. پليمرهايي مانند پلي اولفينها هم برايروكش و هم به عنوان عايق كابلهاي انتقالنيرو استفاده ميشوند. مشخصات اين نوعپليمرها مانند عدم هدايت الكتريكي كه افتانرژي را به حداقل ميرساند، مصرف آنها را به عنوان عايق و روكش كابلها مناسب كردهاست. اين پليمرها كه توليد آنها ساده است،در دماهاي بالا نرم بوده و امكانقالبگيري،پرس كاري و اكستروژن آنها دراشكال و ابعاد مختلف وجود دارد. اينپليمرها بعد از سرد شدن سخت ميشوند.پليمرها با خواص مكانيكي متفاوت (نرم وتاشو تا بسيار سخت) براي كاربردهاي خاصمناسباند. با وجود اين مزاياي فرمولاسيونهاي پلياولفين خالص به دليل اين كه از كربن وهيدروژن تشكيل شده، مستعد شعله ورياست. گرچه آتش سوزي كابلها به ندرتاتفاق ميافتد ولي از آنجا كه اغلب كابلهايولتاژ پايين و متوسط تا پنج كيلووات) درشبكههاي توزيع و نيروگاهها به صورتفشرده در راكها = سينيها، كانالها ومحفظهها قرار ميگيرند، امكان آتش سوزيوجود دارد. براي كاهش احتمال آتش سوزيكابلها. عايق و روكش كابلها در مناطقي كهاحتمال آتش سوزي وجود دارد ازپليمرهايي كه هالوژنها و يا هيدروكسيدفلزات غير هالوژنه (مانندتري هيدراتآلومينيوم) به تركيب آنها اضافه شده است،ساخته ميشوند. اگر چه افزودن اينتركيبات به پليمرها مقاومت آنها را در مقابلآتش سوزي افزايش ميدهد ولي اينتركيبات معايبي نيز دارند. در هنگام آتش سوزي، پلي وينيل كلرايدگاز هيدروژن هاليد آزاد ميكند. اين گاز وقتيبا اكسيد آنتيمون تركيب شود يك سيستمضد آتشسوزي به وجود ميآورد. در اينصورت مقادير قابل توجهي دود توليدميشود كه مسموميت زا و ناايمن است.همچنين گازهاي هيدروژن هاليد، خورنده بوده و لذا خطر خوردگي تجهيزات وجوددارد. پليمرهاي حاوي آلومينيم تري هيدراتدر هنگام آتش سوزي توليد آب كرده وشعله را مهار ميكنند ولي مقادير زيادي آلومينيومتري هيدرات بايد به پليمر اضافه شود تا خاصيت ضد آتش سوزي به وجودآيد. افزودن اين ماده خواص مكانيكي پليمررا تحت تاثير قرار ميدهد به قسمي كه پليمر حاصل، سفت و مستعد ترك خوردن يا نازكشدن بر اثر كشيدگي و سايش است. از سويديگر به دليل خاصيت هدايت الكتريكيهيدرات آلومينيوم، تركيب پليمري اين مادهتنها براي روكش كابلها مناسب است و بهدليل پرت انرژي ناشي از هدايت الكتريكيبراي عايق كابلها الكتريكي براي عايق كابلهامناسب نيست. طرح مساله از اواخر سالهاي دهه 1980، EPRIتحقيقاتي را براي مشخص كردن مصارفجديد پليمرهاي پيشرفته دنبال ميكرد. درسال 1991، EPRI براي آگاهي از آخرينفعاليتهاي تحقيقاتي پليمر، پروفسور اليپيرس (EliPearec) سرپرستانستيتوي تحقيقات پليمر دانشگاه پليتكنيك نيويورك را دعوت به همكاري كرد.پيرس در مورد فن آوريها و مصارف جديدپليمرها، نظرات مهمي داشت. اين ديدگاهها،سيمور آلبرت (يكي از اعضاي EPRI) رامتقاعد كرد كه فن آوري پيشرفته، خواهدتوانست فرمولاسيون جديدي از پليمرهايضد حريق مورد نياز صنعت برق براي عايقكاري كابلها قدرت توليد كند. آلبرت ميگويد: >ساير محققان سعيكرده بودند كه مساله را به استفاده فعلي ازافزودنيهاي هالوژن و هيدروكسيد فلزات محدود كنند. ما با اين پرسش كه (آيا راهديگري وجود دارد؟) شروع كرديم. ما بدنبال افزودنيهاي ضد حريق ديگري بوديم كه همهمحصولات جانبي و ناخواسته از آتشسوزي را حذف كند. نتيجه كار ممكن بود فقط محصولات فعلي را اندكي اصلاح كند.ولي ما به امكان توليد عايق ضد حريقپليمري با خواص خوب فيزيكي، امكانتوليد آسان، قيمت ارزان و غير آلاينده محيطزيست فكر ميكرديم. با اين طرز تفكر بر نشتاين (متخصصپليمر در EPRI) و جان استرينجر (دانشمندعلم مواد و فن آوريهاي اجرايي در بخشتحقيقات استراتژيك) با پيرس در موردامكان توسعه پليمري ضد حريق جديد وارد مذاكره شدند. وي، ادويل (Ed Wil) استاددانشگاه پلي تكنيك نيويورك كه داراي سابقه كار در صنايع شيميايي بود را براي اينكار معرفي كرد. ويل پيشنهاد پروژه تحقيقاتيدر اين زمينه را آماده كرد. پيشنهاد پروژه داراي اين ويژگي بود كه چنانچه بخشهايي ازآن از حمايت مالي برخوردار نميشد قابلحذف بود. بخش تحقيقات اكتشافي EPRI تامين بودجه اين طرح سه ساله را به عهدهگرفت. اگر چه ويل هدف پروژه را ميدانست اما نقشه روشني براي رسيدن به آن نداشت.براي پي بردن به نيازهاي واقعي صنعتبرق، برنشتاين، ويل را به نمايندگان شركت برق اديسون نيويورك معرفي كرد. ويل باكمك نمايندگان صنعت برق و با جستوجودر انتشارات علمي تلاش كرد كه اطلاعاتيدر مورد پليمرها جمع آوري كند. وي بانمايندگاني از شركتهاي Akoz Nobe l،ATqT، كابلسازي BICC،BP، DuPont،Mosanto، South Wire، UnionCarbide گفتگو كرد و آنها راهنماييهايارزشمندي در مورد استانداردهاي پليمرهايضد حريق و روشهاي آزمايش آن ارايهكردند. ويل با مشورت شركتهاي توليدكنندهكابل و انستيتو ملي استاندارد و فنآوري و باكمك EBRI براي انتخاب مواد ضد آتشسوزي آزمايشهايي انجام داد. ويل ميگويد: ما در خلاء تحقيقنميكرديم. روش كار مشخص بود و افراديوجود داشتند كه از آنها سوال ميكرديم. باجمعآوري نظرات صنعتگران برق،توليدكنندگان و اطلاعات بازار ما پي برديم كه فرمولاسيونهاي پليمري ضد آتشسوزيبايد چگونه باشند و چه تركيباتي در دسترساست. كدام فرمولاسيونها از نظر صنعت برقترجيح دارد و براي آينده چه چيز مورد نيازاست.< آلبرت ميگويد >در تحقيقات، همه چيزآن گونه كه فكر ميكنيد موفقيتآميز نيستولي معمولا اطلاعات خوبي در موردموضوع به دست ميآيد. پس از مرحله جمع آوري اطلاعات،مرحله آزمايشهاي پروژه شروع شد. در اينمرحله، از محققي به نام وي مينگ زو(Wiminq Zhu) از دانشگاه ايالتي اوكلاهما به عنوان دانشجوي دوره فوق دكتراثبت نام بعمل آمد. وظيفه وي توليدمخلوطهاي مختلف پليمري و انجاممحاسبات آزمايشگاهي بود. پس از چنددوره سعي و خطا ويل و زو فرمولاسيون ضد حريق خوبي به دست آوردند. از نظرتوليد، اين فرمولاسيون نويد بخش بود. افزودنيهاي مورد نظر قابل تهيه و ارزانبودند. فرمولاسيون مزبور شامل ملامين،پلي فنيلين اكسيد (PPO) و سيلانتيد كالوينبود. ويل ميگويد: >از اين كه فرمولاسيونضد آتشسوزي نويد بخشي به دست آمد،بسيار خشنود شديم. ما دريافتيم كهفرمولاسيون به دست آمده با چند نمونه ازپلياولفينها كه داراي مزاياي آشكار است، همخواني دارد. سه جزء افزودني ضروريبراي تشكيل اين فرمولاسيون ارزان قيمت ومناسب عايقبندي كابلهاي ولتاژ پايين است. سپس توجه ويل و زو معطوف به يافتنفرمولاسيون مناسب روكش شد به نحوي كهاجازه سرايت گرما و شعله را از عايق ندهد.بعد از فعاليتهاي زياد آزمايشگاهي با استفادهاز تركيبات ملامين نتايج مطلوب به دست آمد. آزمايشهاي ويل و زو بر روي صفحاتپليمري انجام شده بود. براي اين كه از اينپليمرها به عنوان عايق و روكش كابلاستفاده شود. بايد امكان اكسترود پليمرهاوجود داشته باشد. محققان بنا به تقاضايEPRI در آزمايشگاه نمونههاي كوچكاكسترود فرمولا سيونهاي جديد را نشان دهند. ولي هنوز راه زيادي تا تجاري شدننتايج تحقيقات در پيش است. بر اساستوافق نامهاي، ليسانس استفاده از اين فنآوري به شركت BICC واگذار شده است.شركت BICC تلاش ميكند كه نتايج بهدست آمده را تجاري كند. استرينجر ميگويد: >تحقيقات اكتشافينه تنها جنبه علمي دارد بلكه جنبه تجاريآنها بايد مد نظر باشد. توليدات و روندهاييكه از پژوهشهاي اكتشافي حاصل ميشودباعث سود آوري شركتها است و آنها را به سوي مرزهاي نو سوق ميدهد. امروزه روندتقاضاي فن آوري پيشرفته توسط مشتريانسريعتر از گذشته است. يكي از راههاي اجابت اين تقاضا ادامه كار در زمينههايياست كه در آن اميد اكتشاف و نوآوري است. البته احتمال شكست و ناكامي نيز وجوددارد. ولي بايد گفت تنها شكست حتمي دردرازمدت ناشي از دست روي دست گذاشتنو تلاش نكردن خواهد بود.
پاسخ : گوناگون از قدرت (برق قدرت) کاربرد ولتاژ فشار قوی DC از مهمترین کاربردهای ولتاژ فشار قوی DC ، می توان به موارد زیر اشاره نمود : [*]انجام کارهای تحقیقاتی و مطالعاتی روی عایق ها : برای مطالعه رفتار عایق ها از ولتاژهای DC استفاده می کنند . اگر عایقی در برابر ولتاژهای فشار قوی DC ، استقامت داشته باشد ، آنگاه حتماً در برابر ولتاژهای فشار قوی AC نیز استقامت خواهد داشت . [*]در فیزیک برای شتاب دهنده ها ( مشابه شتاب دادن پروتون یا الکترون در تلویزیون ) : درمیدان های الکتریکی قوی یکنواخت ، به ذرّات الکتریکی نیروی زیادی وارد شده و شتابمی گیرند . [*]در پزشکی برای تولید اشعه X . [*]در صنایع برای ***** کردن دود خروجی نیروگاه های حرارتی و کارخانجات سیمان و پاشیدن رنگ : ذرّات آلوده در بین الکترودهای فلزی میدان الکتریکی به صورت ذرّات باردار در می آیند و با سرعت به سمت الکترودهای مذکور جذب می شوند . این الکترودها در مسیر دودکش خروجی نصب می گردند و بدین وسیله ، از ورود ذرّات آلوده به هوای آزاد جلوگیری می شود . دررنگ آمیزی الکترواستاتیکی نیز ذرّات رنگ به صورت ذرّات باردار ، با سرعت روی سطح مورد نظر پاشیده می شوند . از ویژگی های این نوع رنگ آمیزی ، یکنواختی ضخامت رنگ در تمام نقاط سطوح و قابلیت تنظیم ضخامت رنگ روی سطح مورد نظر است . [*]در مخابرات برای ایستگاه های پخش تلویزیونی . [*]برای آزمایش کابل های فشار قوی AC با طول زیاد : اگر کابل های فشار قوی AC را بخواهیم با ولتاژهای بالای AC آزمایش کنیم ، به علت ظرفیت خازنی نسبتاً بالای کابل های با طول زیاد ، به جریان زیادی نیاز می باشد . همچنین تخلیه های مکرر در حفره های داخلی احتمالی ، باعث کاهش درجۀ عایقی آنها می شود . بنابراین ، آزمایش آنها با ولتاژ DC مناسب تر است . اگر چه در این آزمایش ها از نظر شرایط کاری ، کابلی که با ولتاژ AC کار می کند متفاوت می باشد ، ولی اعتبار آن از دیدگاه تجربی پذیرفته می شود ؛ زیرا هدف از این کار ، بررسی توزیع شدت میدان درون عایق می باشد . [*]برای آزمایش تجهیزات مورد استفاده در خطوط انتقال HVDC : در خطوط انتقال HVDC ، نیاز به جریان های خیلی زیادی است . از سال 1970 به بعد ، تریستورهای فشار قوی با تحمل ولتاژ بالاتری ساخته شده است که در یکسوکننده های خطوط مورد نظر به کار می رود . در سال 1972 ، تریستورهای تا قدرت kw 70 و در سال 1983 با قدرت kw1000 ساخته شده است . در خطوط انتقال HVDC ، عموماً از یکسوکننده های 12 پالس استفادهمی شود تا اعوجاج ولتاژ خروجی بسیار کم باشد.
پاسخ : گوناگون از قدرت (برق قدرت) قوس الكتريكي چيست؟ تاريخچه در سال 1802 پتروف (V.P.Petrof) كشف كرد كه اگر دو تكه زغال چوب را به قطب هاي باتري بزرگي وصل كنيم و آنها را به هم تماس دهيم و سپس كمي از هم جدا كنيم شعله روشني بين دو تكه زغال ديده مي شود. و انتهاي آنها كه از شدت گرما سفيد شده است نور خيره كننده اي گسيل مي دارد. قوس الكتريكي هفت سال بعد ديوي (H.Davy) فيزيكدان انگليسي اين پديده را مشاهده نمود و پيشنهاد كرد كه اين پديده به احترام ولتا قوس ولتا ناميده شود. آزمايش ساده اگر بخواهيم در يك روش ساده اي ايجاد قوس الكتريكي را نشان دهيم بايد دو تكه كربن را روي گيره قابل تنظيم سوار نمود (بهتر است كه به جاي زغال چوب معمولي ميله خاصي كه از كربن قوس ساخته مي شود و با فشار دادن مخلوط گرافيت ، كربن سياه و مواد چسبنده به وجود مي آيند، استفاده شود). چشمه جريان مي تواند برق شهر هم باشد براي اجتناب ازاينكه در لحظه تماس تكه هاي كربن مدار كوتاه ايجاد شود بايد رئوستايي به طور متوالي به قوس وصل شود. معمولا برق شهر با جريان متناوب تغذيه مي شود. ولي در صورتي كه جريان مستقيم از آن عبور كند قوس پايدارتر است به طوري كه يكي از الكترودها هميشه مثبت «آند)و ديگري همواره منفي «كاتد)است. ماهيت قوس الكتريكي در قوس الكتريكي الكترودها در اثر حرارت سفيد رنگ ميشود. ستوني از گاز ملتهب رساناي خوب الكتريكي بين الكترودها وجود دارد. در قوسمعمولي اين ستون نوري بسيار كمتر از نور تكه هاي كربن سفيد شده از آزمايشهاي مربوطبه گرما گسيل مي كنند. چون الكترود مثبت دمايش از الكترود منفي بيشتر است زود تر ازبين مي رود. در نتيجه تصعيد شديد كربن صورت گرفته و در آن الكترود (الكترود مثبت) فرورفتگي به وجود مي آيد كه به دهانه مثبت معروف است و داغ ترين نقطه الكترودهاست. دماي دهانه در هوا و در فشار جو به 4000 درجه سانتيگراد مي رسد. در لامپ هاي قوسيسازوكارهاي منظم و خود كار خاصي براي نزديك كردن تكه هاي كربن با سرعت يكنواخت وقتيبا سوختن از بين مي روند، مورد استفاده قرار مي گيرند. براي اينكه سايش و خوردگيالكترود مثبت به خاطر دماي بالايش بيشتر است،براي همين هميشه الكترود كربن مثبتكلفت تر از الكترود منفي اختيار مي شود. دماهاي بالا در قوس الكتريكي قوس الكتريكيمي تواند بين الكترودهاي فلزي ساخته شده از آهن ، مس و غيره نيز بگيرد. در اين حالتالكترودها به ميزان زيادي ذوب و تبخير مي شوند و اين عمل به مقدار زيادي آزمايشهايمربوط به گرما احتياج دارد. به اين دليل دماي مركز الكترود فلزي معمولا كمتر ازدماي الكترود كربني است (2000 تا 2500 درجه سانتيگراد). قوسي كه بين الكترودهايكربن در گاز فشرده اي قرار مي گيرد (حدود 20atm) بالا رفتن دماي مركز مثبت تا 5900درجه سانتيگراد يعني دما روي سطح خورشيد را ممكن ساخته است. معلوم شده است كه كربندر اين حالت ذوب مي شود. دماي باز هم بالاتري را مي توان در ستوني از گاز و بخاريكه از آن تخليه الكتريكي مي گذرد، به دست آورد. بمباران شديد اين گاز و بخار باالكترون ها و يون هايي كه با ميدان الكتريكي قوس شتاب گرفته اند دماي ستون گاز را 6000 تا 7000 درجه سانتيگراد مي رساند. به اين دليل تقريبا تمام مواد شناخته شده درستون قوس الكتريكي ذوب و تبخير مي شوند. و بسياري از واكنش هاي شيميايي كه دردماهاي پايين انجام شدني نيستند، با قوس الكتريكي امكان پذير مي شوند. مثلا ميلههاي چيني دير گداز در شعله قوس به سهولت ذوب مي شود. چگونگي ايجاد تخليه قوسالكتريكي براي ايجاد تخليه قوس الكتريكي به ولتاژ زيادي احتياج نيست با ولتاژ 40 تا 45 ولت بين الكترود ها مي توان قوس را به وجود آورد. از طرف ديگر جريان داخل قوسزياد است. مثلا حتي در قوس كوچك جريان به 5 آمپر مي رسد، در حاليكه در قوس هاي بزرگكه در مقياس صنعتي به كار مي روند جريان به صدها آمپر بالغ مي شود. اين به اين معناست كه مقاومت قوس پايين است و از اين رو ستون گاز تابان رساناي الكتريكي خوبي است. يونيزاسيون گاز با انرژي قوس الكتريكي يونش شديد گاز با قوس الكتريكي به آن دليلامكان پذير است كه كاتد قوس الكتريكي تعداد زيادي الكترون گسيل مي داد. اين الكترونها با برخورد با گاز داخل شكاف تخليه گازي آن را يونيزه مي كنند. گسيل الكترونيشديد از كاتد از آنجا ممكن مي شود كه خود كاتد تا دماي بسيار بالايي گرم مي شود (بسته به ماده از 2200 تا 3500). وقتي كه الكترودهاي قوس در ابتدا تماس داده شوندتقريباً تمام گرماي ژول كه از الكترود ها مي گذرد در ناحيه تماس كه مقاومت بسياردارد آزاد مي شود. به اين دليل انتهاي الكترودها به شدت گرم مي شوند كه برايگيراندن قوس به هنگام جداكردن آنها كافي است آن وقت كاتد قوس توسط جرياني كه از قوسمي گذرد، در حالت التهاب مي ماند. در اين فرايند بمباران كاتد توسط يون هايي كه بهآن برخورد مي كند نقش اصلي را ايفا مي كند. مشخصه جريان ولتاژ قوس الكتريكي يعنيبستگي جريان الكتريكي در قوس الكتريكي به ولتاژ بين الكترودها ، ويژگي خاصي دارد. در فلزات و الكتروليت ها جريان متناوب با ولتاژ افزايش مي يابد «قانون اهم). درصورتيكه براي رسانش القايي گازها جريان ابتدا با ولتاژ زياد مي شود، سپس اشباع شدهو مستقل از ولتاژ است. بنابر اين افزايش جريان در تخليه قوسي به اندازه مقاومت درشكاف بين الكترودها و ولتاژ بين آنها منجر مي شود. براي اينكه تاباني قوس پايداربماند رئوستا يا مقاومت الكتريكي قوي ديگري را بايد به طور متوالي به آن بست.
پاسخ : گوناگون از قدرت (برق قدرت) درسهاي تخصصي مهندسي برق- قدرت از درسهاي پايه و اصلي موثر در مهندسي قدرت مي توان به دروس مدار، الكترومغناطيس، الكترونيك، ماشين و بررسي اشاره كرد. بعضي از درسهاي تخصصي اين گرايش عبارتند از: ماشينهاي الكتريكي 3: اين درس از جمله درسهايي است كه ديدي صنعتي به دانشجو مي دهد. مبحث اين درس را مي توان به دو فصل مهم ترانفسورمرهاي سه فاز و ماشينهاي سنكرون تقسيم بندي نمود. ترانسفورهاي سه فاز و ماشينهاي سنكرون، وسايلي الكتريكي هستند كه بيشتر جنبه صنعتي دارند و كاربردهاي بسيار زياد ترانسهاي سه فاز در انتقال و توزيع انرژي الكتريكي، تبديل ولتاژ در ابتداي همه كارخانه ها و كارگاههاي بزرگ صنعتي و … بر هيچ كس پوشيده نيست. در اين درس در مورد انواع آرايشهاي اين تراسنها، كليه گروههاي موجود و كاربرد هر نوع، بحث جامعي مي شود. ماشينهاي مخصوص(ويژه): به تعبيري مي توان اين درس را نقطه عطف درسهاي تخصصي اين گرايش دانست. زيرا اين درس به بررسي در مورد ماشينهاي ويژه مي پردازد كه اين ماشينها در وسايل خانگي كاربرد فراوان دارند. الكترونيك قدرت: الكترونيك قدرت در عمل بين الكترونيك و قدرت، آشتي برقرار كرده است. به طور مثال مي توان با فرمان يك ريزپردازنده كه حدود 5 ولت و 200 ميلي آمپر است يك كارخانه را راه اندازي كنيم. در زمينه الكترونيك قدرت المانهايي نظير تريستور، ترانزيستور و … كاربردهاي فوق العاده زيادي دارند. از مزاياي اين قطعات تحمل توانهاي بالا مي باشد. بررسي سيستمهاي قدرت 2: اين درس بيشتر در مورد انتقال انرژي و مشكلات موجود در اين راه صحبت مي كند. از جمله مطالب ارائه شده در اين درس مي توان به پخش بار اقتصادي در شبكه هاي قدرت، اتصال كوتاههاي متقارن و نامتقارن روي شبكه قدرت و پايداري سيستمهاي قدرت اشاره نمود. توليد و نيروگاه: اين درس يكي از درسهاي بسيار جذاب اين گرايش است، زيرا برخلاف ديگر درسها، زياد به مسائل نظري، نمي پردازد و جنبه بسيار عملي دارد. آشنايي با انواع نيروگاهها (آبي، اتمي، بادي، بخار، …) و همچنين بحث كلي در مورد اين نيروگاهها و روشهاي كاري آنها از مباحث اين درس است. رله و حفاظت: يك شبكه قدرت را بايد در مقابل خطرات احتمالي (اتصال كوتاهها) محافظت كرد. از وسائلي كه در اين مورد استفاده مي شود مي توان به رله ها اشاره كرد كه بسته به نوع رله به محض ايجاد يك حالت خطا و يا خرابي در شبكه وارد عمل شده، قسمتي از شبكه را جدا كرد. عايق و فشار قوي: با توجه به تفاوتهاي ولتاژهاي فشار قوي با ولتاژهاي فشار ضعيف، به طور حتم توليد، اندازه گيري و بهره برداري از اين ولتاژها تفاوتهاي عمده اي با ولتاژهاي فشار ضعيف دارد و براي عايق بندي شبكه فشار قوي بايد از عايقهاي مخصوصي استفاده كرد. فصل نخست اين درس به بررسي اين مقوله مي پردازد. در بخش دوم اين درس انواع تخليله الكتريكي، مراحل مختلف آن در عايقها و اثرات مختلف شكست برعايق مورد بررسي قرار مي گيرد. ترموديناميك: شايد اولين سوالي كه در مرحله اول به ذهن برسد ارتباط اين درس بادرسهاي برق باشد. كاربرد اصلي مطالب اين درس مبحث توليد نيروگاه است. زيرا هنگامآشنايي با انواع نيروگاهها (نيروگاه بخار، گازي، اتمي و …) بايد اطلاعاتي در موردسيكل كاري آنها داشته باشيم، پس داشتن اطلاعاتي در مورد ترموديناميك ضروري است. اصول ميكروكامپيوتر: اين درس را به جرات مي توان از جذابترين و پركاربردترين درسهاي برق دانست زير دردنياي امروز كه تمامي وسايل مكانيكي آنالوگ جاي خود را به وسايل ديجيتالي مي دهند،داشتن اطلاعات كافي در مورد نحوه كارپروسسورها از اولين نيازهاي يك مهندس برق ميباشد. با تركيب مطالب اين درس با هر كدام از درسهاي ديگر مي توان طرحهاي بسيار جالبو پركاربردي را طرح ريزي كرد.
پاسخ : گوناگون از قدرت (برق قدرت) آشنايی با مهندسی برق- قدرت از يک ديد کلي شاخة قدرت مهندسي برق به چه مباحثي ميپردازد؟ توليد انرژي الکتريکي، انتقال آن از نيروگاه به مراکز مصرف و توزيع آن در ميان مصرفکنندهها با کيفيت مناسب،با قابليت اطمينان مطلوب و به صورت اقتصادي موضوع تمامي مباحث علم قدرت است. در قسمت توليد به بررسي انواع نيروگاهها و روشهاي توليد برق پرداخته ميشود.سپس انرژ ي الکتريکي از طريق ترانسفورماتورهاي قدرت به شبکه انتقال تحويل داده ميشود.شبکه انتقال در واقع يک مدار الکتريکي غربالي گسترده است.منظور از گسترده بودن يعني بر عکس مدار هاي الکترونيکي در آن ابعاد مدار مهم بوده و متغيرهاي الکتريکي وابسته به زمان و مکان هستند.در محل هاي گوناگون اين شبکه غربالي ترانسفورماتورهاي کاهنده قرار دارند که سطح ولتاژ را در جند مرحله کاهش داده و انرژي الکتريکي را به شبکه توزيع تحويل ميدهند.شبکه هاي توزيع برق که معمولا شعاعي هستند انرژي الکتريکي را در اختيار مصرف کنندگان گوناگون صنعتي ،تجاري ،مسکوني، کشاورزي و...قرار ميدهند.در اين شاخه به تازگي موضوع انرژيهاي نو وارد شده که به توليد برق به روشهايي غير مرسوم ميپردازد.نيروگاه هاي زمين گرمايي،نيروگاه هاي خورشيدي وپيل هاي سوختي از اين جمله اند. پيلهاي سوختي يکي از ابزارهاي جديد توليد برق هستند که به خاطر مزيات فراوان امروزه حجم عظيمي از تحقيقات اين شاخه را به خود اختصاص دادهاند. در يک پيل سوختي هدف توليد انرژي الکتريکي از طريق ترکيب گاز هيدروژن با اکسيژن است.به طوري که از ترکيب ايندو برق DC توليد ميشود.اين برق DC توسط مبدل هاي AC/DC ميتواند به شبکه وصل شود يا دراختيار خودرو برقي قرار گيرد. لطفاً کمي راجع به زيرشاخههاي قدرت در سطح کارشناسي ارشد و دکتري توضيح دهيد. قدرت هماکنون به پنج زيرشاخه تقسيم شده است: الکترونيک قدرت، فشار قوي، سيستمهاي قدرت، ماشينهاي الکتريکي و تبديل انرژي و مديريت انرژي الکتريکي. در زيرشاخه الکترونيک قدرت هدف اصلي در شبکه هاي توزيع بالابردن کيفيت توان (power quality) و قابليت اطمينان است. منظور از کيفيت توان اين است که يک موج سينوسي تا حد امکان بدون اعوجاج به دست مصرف کننده برسد. در سيستم هاي انتقال ،کنترل سيلان توان اکتيو و راکتيو موضوع ديگري است که تحت عنوان FACTS(Flexhble AC Transmition System) در اين زيرشاخه مطرح شده است. در گذشته سيستمهاي قدرت فقط قادر به انتقال توان بودند، اما امروزه با پيشرفت الکترونيک قدرت امکان کنترل سيلان توان در مسيرهاي مورد نظر نيز ميسر شده است .کاربرد ديگر الکترونيک قدرت در جهت کنترل متغيرهاي ماشين هاي الکتريکي مانند گشتاور، سرعت، موقعيت و... است .اين زيرشاخه درواقع حلقه رابط بين گرايش قدرت با الکترونيک وکنترل است. - فشار قوي: اين زيرشاخه رابط ميان قدرت و فيزيک است. همانطور که فيزيک الکترونيک به توجيه فيزيکي پديدههاي الکترونيکي در نيمه هاديها ميپردازد، در اين زيرشاخه پديدههاي فشار قوي مانند بروز قوس، شکست الکتريکي،رفتار عايقها و...تبيين فيزيکي پيدا ميکنند. البته در اين زيرشاخه پديدههاي فراواني نيز مثل دلائل بروز صاعقه هستند که هنوز کاملا از لحاظ فيزيکي توجيهي پيدا نکردهاند. - سيستمهاي قدرت: در اين زيرشاخه به تحليل مداري سيستمهاي قدرت پرداخته ميشود. اينجا همه چيز در يک چارچوب منظم رياضي قرار ميگيرد و به همة سئوالات به کمک روشهاي رياضي پاسخ داده ميشود. بسياري از دانشجوياني که از رياضيات قوي برخوردارند و در درس مدارهاي الکتريکي نيز شاخص بوده اند،اين شاخه را براي ادامه تحصيل در قدرت انتخاب ميکنند. - ماشينهاي الکتريکي و تبديل انرژي: چگونه حرکت به برق و برق به حرکت تبديل ميشود؟ معادلات ماکسول در الکترومغناطيس چگونه در اين تبديل انرژي به کار ميروند؟ اينها مباحثي است که در اين زيرشاخه مطرح ميشود. موضوعات اين درس در درس ماشينهاي الکتريکي که همة مهندسان برق بايد بگذرانند،مطرح مي شود.اهميت اين درس درحدي است که دانشجويان مهندسي مکانيک، صنايع و نساجي نيز آنرا تحت عنوان مباني مهندسي برق مي گذرانند. - مديريت انرژي الکتريکي: اين زيرشاخه براي اولين بار در دانشگاه صنعتي اميرکبير در سطح کارشناسي ارشد قدرت تعريف و معرفي شده است. نظر به اهميت بالاي منابع انرژي و دستيابي به انرژيهاي نو اين گرايش به منظور تربيت متخصص براي ساماندهي به سيستم توليد و مصرف انرژي در کشور در شاخه قدرت ارائه شد. در آينده وضعيت قدرت در کشور به چه شکل خواهد بود؟ آيا مهندسان اين رشته در بازار کار دچار مشکل نخواهند شد؟ هماکنون حدود 35000 مگاوات نيروگاه نصب شده در کشور داريم که به توليد برق ميپردازند. طبق برآوردهاي به عمل آمده در 12-10 سال آينده به علت افزايش مصرف برق ما به 65000 مگاوات نيروگاه نياز داريم، يعني تقريباً دوبرابر چيزي که الان موجود است. تاسيس اين نيروگاهها و به دنبال آن تاسيس خطوط انتقال لازم و ساخت ترانسفورماتورها و تجهيزات گوناگون سيستم قدرت، امنيت شغلي بسيار بالايي را براي مهندسي قدرت به ارمغان ميآورد. از طرفي مهندسين قدرت حقوق بالاتري نسبت به ديگر مهندسان برق دريافت ميکنند. بنابراين وضعيت شغلي و درآمدي خوبي در انتظار مهندسي قدرت خواهد بود. گستردگي خدمات آنها باعث مي شود که حتي با دور شدن از مراکز استانها باز به خدمات آنها نيازمند باشيم.يعني امکان دارد در گرايشهاي ديگر برق در شهرستانها با بيکاري مواجه شويم. ولي در مهندسي برق- قدرت اِن موضوع اصلا مطرح نمي باشد. نکتة ديگر صدور خدمات مهندسي قدرت ما به کشورهايي نظير سوريه، جمهوري آذربايجان، ترکيه و ارمنستان و...است. قدرت جزو معدود شاخههاي مهندسي ايران است که اينگونه به صدور خدمات خود به خارج از کشور ميپردازد وانتظار ميرود با گسترش تبادلات برق با کشورهاي هم جوار عراق وافغانستان بتوانيم به بازار برق اين کشورها نيز وارد شويم. آقاي دکتر آيا پيوستن به WTO ميتواند مشکلات صنعت ما را حل کند؟ پيوستن به Word Trade Organization WTO به صنايعي اجازة ادامة فعاليت در داخل کشور ميدهد که قدرت رقابت در بازار جهاني را داشته باشند. صنايعي که به کمک يارانهها و کمکهاي جانبي بيست و پنج ساله روي پاي خود ايستادهاند از ميان خواهند رفت. بنابراين با توجه به سياستگذاريهاي اقتصاد جهاني پيوستن به WTO موجب پيشرفت صنايع قوي و از طرف ديگر نابودي صنايع ضعيف ما خواهد شد. به نظر من ما بايد در صنعت تخصصي شويم و اين تخصصها را صنايعي که قابليت پيشرفت داريم مشخص کنيم. ورود به WTO نه تنها به صنعت قدرت ما لطمهاي وارد نميکند بلکه موجب بهبود کيفيت آن نيز خواهدشد. از طرفي صنعت قدرت براي پيشرفت خود مجبور به استفاده از پتانسيلهاي تحقيقاتي دانشگاههاست چون من انتظار دارم که بخش خدمات مهندسي برق قدرت در اين شرايط جديد خود را نشان دهد. البته با توجه به اختلاف نظر بين کارشناسان و تفاوتهاي فاحش در پيشبينيها نتيجة دقيق را گذشت زمان مشخص خواهد کرد.
