قابلیت اطمینان و ایمنی لرزه‌ای پست برق

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، در کالیفرنیا، این موضوع که "اگر" زمین لرزه رخ دهد مسئله نیست، اما اینکه "چه زمانی" رخ دهد مهم است. در صورت وقوع یک زلزله بزرگ، کسانی که اولین افراد پاسخگو و مسئول نامیده می‌شوند برای اینکه چطور اوضاع را هدایت و مدیریت کنند در شرایط بحرانی قرار می‌گیرند، از جمله پلیس، اورژانس، افراد مسئول در ستاد بحران، کارکنان بیمارستان و آتش نشانان. اما قبل از اینکه این افراد حتی بتوانند به درستی کار خود را شروع کنند، یک چیز مهم وجود دارد که به آن نیاز دارند: برق.

به لطف تحقیقات انجام شده توسط برنامه PIER کمیسیون انرژی کالیفرنیا و شرکت برق و گاز اقیانوس آرام (PG&E)، و هدایت این موضوع توسط مرکز تحقیقات مهندسی زمین لرزه اقیانوس آرام، ابزار و روش‌های جدیدی برای قابل اطمینان‌تر شدن هر چه بیشتر انتقال توان الکتریکی (برق) در صورت رویداد لرزه‌ای بزرگ در کالیفرنیا، در حال تحقیق و توسعه می‌باشد. وقتی که پای استاندارد‌های ساختمانی به وسط می‌آید، کالیفرنیا در رتبه نخست آمادگی در برابر زلزلهدر کشور آمریکا و جهان است. رهبران پیشرو در زمینه انرژی در کالیفرنیا در تلاش هستند تا با پیش بینی آنچه که برای شبکه برق (از تولید تا انتقال) در طول زلزله اتفاق می‌افتد، سیستم را قادر سازند تا به بهترین شکل ممکنی که می‌تواند کار کند.

در میان نواحی تحت مطالعه، پست‌های برقی هستند که برق را از نیروگاه دریافت و به نواحی مختلف توزیع می‌کنند. علت اصلی قطع برق در طول زلزله‌های گذشته، خرابی‌های فاجعه بار در کلید‌های قطع و وصل کننده مدار (Circuit Breakers)، بوشینگ‌های ترانسفورماتور و کلید‌های قطع کننده در پست‌های برق بود.

خرابی زلزله در پست برق

در زیر به مواردی که محققین مرکز PEER (Pacific Earthquake Engineering Research Center) در حال تحقیق و کار بر روی آن‌ها برای داشتن سیستم برق قابل اطمینان‌تر هستند، اشاره می‌شود:

بوشینگ‌های ترانسفورماتور از جنس چینی برای پست‌ها

در سراسر کالیفرنیا و آمریکا، سیم‌های ولتاژ بالا (HV) که به داخل ترانسفورماتور هدایت شده اند توسط یک بوشینگ چینی در بالای ترانسفورماتور عایق شده اند. این ماده بسیار شکننده و حساس به شکست در حین زلزلهاست. اگر چه می‌توان بوشینگ‌ها را بعد از زلزله تعویض نمود، از دست دادن یک پست برق ۵۰۰KV فقط نمی‌تواند برق کالیفرنیا، بلکه احتمالاً ایالت‌های اطراف را نیز مختل و قطع نماید. همچنین، تعمیر پست‌های برق زمان قابل توجه ای، که حداقل چندین ساعت می‌باشد را در زمان حیاتی بعد از یک بحران (زلزله) در بر می‌گیرد.

مرکز PEER در حال تست مواد جدید و طرح‌های مقاوم سازی برای این بوشینگ‌ها جهت کمک به پیشگیری از تخریب آن‌ها در زمین لرزه‌های آینده است. بر اساس نتایج تا به امروز، شرکت PG&E فعالانه در حال به روز رسانی و جایگزینی بوشینگ‌های شکننده و قدیمی، قبل از وقوع زلزلهبزرگی در آینده است. این به معنی هزینه‌ای بالغ بر تقریباً ۱۰۰ هزار دلار در سال و قطع شدن سرویس دهی به مناطق تحت سرویس و برق دهی کالیفرنیا به مبلغ ۲۵۰۰۰ دلار برای هر بوشینگ می‌باشد.

تست شکنندگی کلید‌های قطع کننده ۲۳۰ و ۵۰۰ کیلو ولت

مانند مدار‌های الکتریکی در خانه ها، پست‌ها مجهز به کلید‌های قطع کننده‌ای هستند که برای هدایت برق به مدار دلخواه یا برای قطع کردن برق به دلایل مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند:

تجهیزات آسیب دیده
تعمیر و نگهداری روزمره
خطوط معیوب

هر زمانی که بر روی خطوط برق در نزدیکی شما کاری انجام می‌شود، یک سوئیچ قطع برای خاموشی و قطع برق یک منطقه خاص برای ایمنی کارگران مشغول به کار استفاده می‌شود. همانطور که ممکن است تصور کنید، هزاران عدد از این سوئیچ‌ها در ایالت کالیفرنیا وجود دارد. مانند هر چیز دیگری، این کلید‌ها باید بتوانند تنش‌های ناشی از یک زمین لرزه را تحمل کنند تا کارکرد سیستم (شبکه برق) مختل نشود.

مرکز PEER در حال حاضر یک سیستم سوئیچ / پشتیبانی جداگانه ارزان‌تر و انعطاف پذیر را برای کاهش آسیب در حین یک رویداد لرزه‌ای توسعه می‌دهد. این تحقیق، داده‌های ارزشمندی را برای توسعه استاندارد‌های صنعتی جدیدی که به کاهش آسیب به این اجزای مهم پست و تجهیزات دیگر در صورت وقوع یک زلزلهبزرگ کمک خواهد کرد ارائه می‌دهد. تا به امروز، پیاده سازی این استاندارد‌های صنعتی جدید منجر به دستیابی به عملکرد عالی کلید‌های قطع ۲۳۰ کیلو ولت با اصلاحات جزئی شده است. هزینه صرف شده برای خرید کلید‌های گرانقیمت بیشتر از ۲۵۰ هزار دلار در سال صرفاً برای شرکت PG & E تخمین زده می‌شود.

خرابی کلید‌ها و تجهیزات پست در زلزله
مطالعات بر روی هادی‌های برق انعطاف پذیر و سخت

پروژه قابلیت اطمینان و ایمنیلرزه‌ای سیستم برق همچنین به بررسی اثرات حرکات لرزه‌ای بر هادی‌ها (Conductors) و یا شینه‌های مسی (Busses) که تجهیزات پست را به یکدیگر متصل می‌کنند می‌پردازد. شینه‌ها و اتصالات سخت و محکم تمایل به انتقال حرکات مضر خود در طول زلزلهبه تجهیزات شکننده‌تر مانند بوشینگ‌های ترانسفورماتور را دارند.

در حال حاضر اتصال دهنده‌های انعطاف پذیر جدید، مانند اتصال دهنده تسمه‌ای انعطاف پذیر "S – شکل" که ممکن است "خم شود، اما در طول زلزله شکسته نخواهد شد" مورد آزمایش قرار می‌گیرند تا اثربخشی آن‌ها را در به حداقل رساندن انتقال نیروی حرکت‌های مضر به اجزای پست مورد بررسی قرار دهد. این طراحی، که توسط UC Berkeley توسعه داده شده و برای ثبت اختراع در نظر گرفته شده، به بهبود عملکرد پست در طول زلزلهکمک خواهد کرد.

نتیجه گیری

گرچه زمین لرزه اجتناب ناپذیر است، اما در مورد آسیب ناشی از زمین لرزه اینطور نیست و اجتناب پذیر است. از طریق تحقیق و توسعه، شبیه سازی و پیاده سازی، ایالت کالیفرنیا پیشرویی جهانی در آماده سازی و پیشگیری از آسیب از طریق پروژه‌های همکاری مشترک مانند برنامه PEER بر روی قابلیت اطمینان و ایمنی لرزه‌ای سیستم برق (شبکه برق) می‌باشد. مرکز PEER، با همکاری کمسیون انرژی کالیفرنیا و شرکت PG&E، پروژه قابل اطمینان‌تر کردن شبکه برق (پست برق) در یک رویداد بزرگ لرزه ای، که متعهد به کاهش خسارت به سیستم برق در یک زلزلهو کمک به افراد مسئول در شرایط بحرانی و اضطرار در انجام وظایف خود در یک وضعیت به شدت بحرانی و خطرناک است. علاوه بر این، انتقال سریعتر خدمات نیرورسانی و برقرسانی پس از زلزله، امکان از سرگیری به موقع شرایط عادی زندگی و کسب و کار روزمره، که به نفع اقتصاد هم شهر زلزلهزده و هم کشور باشد، را تضمین می‌کند.

خرابی شبکه برق پس از زلزله

در همین راستا می‌توان از راهکار‌های تأمین برق سیار (پست‌های برق قابل حمل) نیز که در مواقع بحران و زلزلهو خارج از مدار شدن پست‌های ثابت می‌توانند به سرعت برای کمک به برق دار نمودن مناطق زلزله زده مورد استفاده قرار گیرند نیز بهره برد.

 

منبع: کارگشا