|
زمان طي شده برج يا TOWER TRAVEL TIME (TTT)
عكس العمل برج در قبال جريانهاي تخليه جوي با دو مشخصه بيان مي گردد، اين دو مشخصه عبارتند از: امپدانس موجي برج و زمان طي شده آن.
امپدانس موجــي بــرج را بررســي نموديم حال زمان طي شده آن يا TOWER TRAVEL TIME (TTT) را مورد مطالعه قرار مي دهيم . اين مشخصه فاصله زماني رفت وبرگشت موج را در طول برج نشان مي دهد.
سرعت انتشار موج در طول هاديهاي برج معادل سرعت نور يا m /μs 300 = v مي باشد چنانكه زمان لازم جهت انتشار موج در طول برج با ارتفاع h با توجه به سرعت فوق برآورد گردد ،خواهيم داشت:
τ=h/u
با اندازه گيري دقيق زمان رفت وبرگشت موج در طول برج به ارتفاع h مقدار آن بيش از رابطه فوق حاصل مي گردد، براي اين منظور ولتاژ موجي ظاهر شده در نقطه راس برج توسط دستگاه
Time Domain Reflectionery اندازه گيري می شود.
افزايش فاصله زماني رفت وبرگشت موج به منزله كاهش سرعت انتشار موج در طول برج از u به ′u مي باشد. اين كاهش با توجه به هايهاي متعدد اسكلت فلزي برج و خاصيت القايي و خازني آنان نتيجه مي گردد.
زمان طي شده برج از رابطه زير برآورد مي گردد: TTT=ZC
Z- امپدانس موجي برج
C- خاصيت خازن برج در ارتفاع h نسبت به زمين ، ارتفاع h با توجه به ارتفاع نصب سيم زمين در نظر گرفته مي شود.
چنانكه ملاحظه مي شود اين فاصله زماني با خاصيت خازني برج وامپدانس موجي آن ارتباط مستقيم داشته كاهش امپدانس موجي برج آن را به مقدار حاصل از سرعت نور نزديك مي سازد . همچنين افزايش ارتفاع برج در ولتاژهاي بالاي انتقال 500 > u كيلو ولت ، تا حدود 50 – 45 متر ، بر خاصيت خازني برج به طور قابل توجه افزوده زمان TTT را افزايش مي دهد . افزايش زمان طي شده برج مانع از انتقال كامل بارهاي الكتريكي تخليه جوي به زمين در حداقل فاصله زماني گشته ، بر دامنه ولتاژ حاصل در محل زنجير مقره مي افزايد.
امپدانس موجي زمين
موجي بودن مقاومت زمين كه به امپدانس موجي زمين zo موسوم مي باشد ، با تغيير آن نسبت به مقاومت اهمي زمين Ro به ازاء فركانس 50 مشخص مي گردد در اين صورت
بوده ، k به عنوان ضريب موجي با امپدانس زمين ناميده مي شود.
وجود امپدانس موجي ، ولتاژ موجي را در محل اتصال زمين برج پديدار مي سازد. بر طبق منحني هاي I و V تغييرات ولتاژ موجي ودامنه آنان نسبت به جريان برقرار شده نامشخص بوده ، دامنه ولتاژ موجي بيش از ولتاژ حاصل به ازاء مقاومت Ro خواهد بود. اين تغيير از موجي بودن مقاومت زمين آن ناشي مي گردد. به همين علت در هنگام برقراري جريان موجي لازم است امپدانس موجي Zo در نظر گرفته شده ، ولتاژ موجي بر مبناي آن امپدانس برآورد گردد.
ظريب K به شكل موج ، زمان پيشاني آن ، سرعت افزايش موج و غيره بستگي خواهد داشت.
نحوه محاسبه مقاومت زمين برج Ro را ديديم . اين مقاومت به ازاء ولتاژ سينوسي فركانس 50 در مسير جريان زمين ظاهر گرديده و مقدار آن را كنترل مي سازد . هنگامي كه برج تحت تاثير جريان موجي با دامنه چند ميكرو ثانيه و كمتر از آن واقع مي گردد . برقراري جريان موجي با توجه به سرعت افزايش فوق العاده موج و فركانس بسيار بالاي آن ، با ظهور خاصيت القائي و كاپاستيانس فوق العاده C همراه خواهد بود . در سيستم زمين برجها تنها خاصيت القايي L در هنگام برقراري جريان موجي قابل توجه بوده و رابطه امپدانس موجي
بادر نظر گرفتن مقاومت اهمي آنR به شكل زير نوشته مي شود.
Z=R+XL=R+ωL=R+L/(3τ Td)
Td – زمان پشتيباني موج
τ – زمان انتشار موج
چنانكه مشاهده مي گردد ، مقدار امپدانس موجي Z از جمع مقاومت اهمي ثابت R و راكتانس Xl نتيجه مي گردد. راكتانس XL بر حسب خاصيت القايي L وزمان پيشاني موج تغيير مي نمايد . هنگامي كه زمان پيشاني موج به طور فوق العاده افزايش مي يابد XL کاهش می یابد.
همچنين تفاوت امپدانس موجي زمین Z با مقاومت زمين R به سيستم زمين بستگي دارد .
با كاهش زمان پيشاني موج اندوكتانس L ناشي از برقراري جريان موجي در سيستم زمين وامپدانس موجي Z افزايش مي يابد. ظهور امپدانس موجي با مقدار اهمي بيشتر نسبت به مقدار R ، برقراري جريان را به زمين دشوار ساخته مانع از تخليه كامل و سريع بارهاي الكتريكي تخليه جوي در موج ها با زمان پيشاني مي گردد.
موجها با زمان پيشاني كمتر از 1 ميكرو ثانيه را موجهاي تخليه جوي تشكيل مي دهند. بلافاصله پس از طي زمان پيشاني موج از سرعت تغييرات آن كاسته گرديده ، Z مقدار نزديك به R را دارا مي گردد.
بدين ترتيب تغيرات امپدانس موجي بر حسب زمان بوجود مي آيد. در حالي كه تخليه كامل بارهاي الكتريكي در زمان پيشاني موج مورد نظر وحائز اهميت بوده تخليه سريع و به موقع اين بارها مانع از طهور ولتاژ موجي در فاصله زماني پيشاني موج ناگهان افزايش يافته ، شرايط بروز قوس بين بدنه برج و زمين را سبب مي گردد.
در شکل 23 ولتاﮊ موجی ظاهر شده در سر دکل را به ازای موج جریان با زمان پیشانی مختلف رسم شده است.همانطور که مشاهده می شود با کاهش زمان پیشانی بخاطر افزایش امپدانس مشخصه دامنه ولتاﮊ ظاهر شده پای دکل افزایش می یابد و همچنین زمان انتقال بار زیاد می شود.بعبارت دیگر با افزایش کاهش پیشانی نوعی انباشتگی بار مشاهده می شود.
متقابلا ظهور پديده ديگري همزمان با تغييرات موج در فاصله زماني پيشاني آن ، موجب كاهش امپدانس موجي مي گردد. اين پديده عبارت از يونيزاسيون خاك در پي برقراري جريان فوق العاده مي باشد . برقراري جريان فوق العاده و تجمع بارهاي الكتريكي در سيم هاي زمين شدت ميدان الكتريكي E را در سطح هادي وخاك مجاور آن پديد مي آورد ، ظهور شدت ميدان ناشي از تجمع بارها را در بررسي پديده كرنا نيز مشاهده نموديم.
در صورتيكه شدت ميدان در خاك از مقدار معين و مجاز تجاوز نمايد ، يونيزاسيون خاك شرايط لازم جهت بروز قوس را در آن فراهم مي سازد . در این حالت این تخلیه های جزئی باعث گرم شدن خاک و کاهش رطوبت آن شده ومقاومت آنرا افزایش می دهد. به همین دلیل با انتخاب سطح مقطع مورد قبول چگالی جریان در خاک را کنترل وازیونیزاسیون خاک جلوگیری می شود.
عامل دیگر نیزکه باعث افزایش مقاومت زمین می شود گرم شدن آن در اثر عبور جریان می باشد که باعث جذب رطوبت خاک و افزایش مقاومت مخصوص آن می شود. این عامل نیز به نوبه خود بایستی مد نظر قرار گیرد.
پس درنهایت میتوان معادل الکتریکی دکل را در برابر امواج گذرا یک راکتانس بهمراه یک مقاومت در نظر گرفت.برای بدست آوردن ولتاﮋ گذرا ناشی از اعمال جریان موجی گذرا به سیتم با در دست داشتن مقادیر مقاومت و اندوکتانس و شکل موج جریان موجی و با استفاده از تبدیل لاپلاس همانطور که در بحث BFO بیان شد بدست آورد.ضمنا با توجه به شکل دکل مقدار اندوکتانس در طول آن متغیر بوده و مقدار میانگین انتخاب می شود.
اما در محاسبات مقاومت مورد نیاز سیستم زمین با توجه به اینکه سیستم زمین و دکل امپدانس موجی از خود نشان می دهند که ماهیت اهمی و از جنس مقاومتی است می توان مقاومت کل را مجموع این دو مقاومت دانست و در کل مقدار ماکزیمم ولتاﮋ حاصل در سر دکل را بدست آورد.همان رابطه ای که برای Z کل سیستم زمین بیان کردیم:
Z=R+XL=R+ωL=R+L/(3τ Td)
|
