قابلیت اطمینان و ایمنی لرزه ای شبکه برق (پست برق)

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 می شوند برای اینکه چطور اوضاع را هدایت و مدیریت کنند در شرایط بحرانی قرار می گیرند، 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 روش های جدیدی برای قابل اطمینان تر شدن هر چه بیشتر انتقال توان الکتریکی(برق) در صورت رویداد لرزه ای بزرگ در کالیفرنیا، در حال تحقیق و توسعه می باشد. وقتی که پای استانداردهای ساختمانی به وسط می آید، 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 می افتد، سیستم را قادر سازند تا به بهترین شکل ممکنی که می تواند کار کند.

در میان نواحی تحت مطالعه، پست های برقی هستند که برق را از نیروگاه دریافت و به نواحی مختلف توزیع می کنند. علت اصلی قطع برق در طول زلزله های گذشته، خرابی های فاجعه بار در کلیدهای قطع و وصل کننده مدار(Circuit Breakers) ، بوشینگ های ترانسفورماتور و کلیدهای قطع کننده در پست های برق بود.

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 اطمینان تر هستند، اشاره می شود:

بوشینگ های  از جنس چینی برای پست ها

در سراسر کالیفرنیا و آمریکا، سیم های 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 می توان بوشینگ ها را بعد از زلزله تعویض نمود، از دست دادن یک پست برق ۵۰۰KV فقط نمی تواند برق کالیفرنیا، بلکه احتمالاً ایالتهای اطراف را نیز مختل و قطع نماید. همچنین، تعمیر پست های برق زمان قابل توجه ای، که حداقل چندین ساعت می باشد را در زمان حیاتی بعد از یک بحران(زلزله) در بر می گیرد.

مرکز PEER در حال تست مواد جدید و طرح های مقاوم سازی برای این بوشینگ ها جهت کمک به پیشگیری از تخریب آنها در زمین لرزه های آینده است. بر اساس نتایج تا به امروز، شرکت PG&E فعالانه در حال به روز رسانی و جایگزینی بوشینگ های شکننده و قدیمی، قبل از وقوع زلزلهبزرگی در آینده است. این به معنی هزینه ای 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 می باشد.

تست شکنندگی کلیدهای قطع کننده ۲۳۰ و ۵۰۰ کیلو ولت

مانند مدارهای الکتریکی در خانه ها، پست ها مجهز به کلیدهای قطع کننده ای هستند که برای هدایت برق به مدار دلخواه یا برای قطع کردن برق به دلایل مختلف مورد استفاده قرار می گیرند:

• تجهیزات آسیب دیده
• تعمیر و نگهداری روزمره
• خطوط معیوب

هر زمانی که بر روی خطوط برق در نزدیکی شما کاری انجام می شود، یک سوئیچ قطع برای خاموشی و قطع برق یک منطقه خاص برای ایمنی کارگران مشغول به کار استفاده می شود. همانطور که ممکن است تصور کنید، هزاران عدد از این سوئیچ ها در ایالت کالیفرنیا وجود دارد. مانند هر چیز دیگری، این کلیدها باید بتوانند تنش های 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 ارزان تر و انعطاف پذیر را برای کاهش آسیب در حین یک رویداد لرزه ای توسعه می دهد. این تحقیق، داده های 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 می دهد. 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 می شود.

مطالعات بر روی هادی های برق انعطاف پذیر و سخت

پروژه قابلیت اطمینان و ایمنیلرزه ای سیستم برق همچنین به بررسی اثرات حرکات لرزه ای بر هادی ها(Conductors) و یا شینه های مسی(Busses) که تجهیزات پست را به یکدیگر متصل می کنند می پردازد. شینه ها و اتصالات سخت و محکم تمایل به انتقال حرکات مضر خود در طول زلزلهبه تجهیزات شکننده تر مانند بوشینگ های ترانسفورماتور را دارند.

در حال حاضر اتصال دهنده های انعطاف پذیر جدید، مانند اتصال دهنده تسمه ای انعطاف پذیر “S – شکل” که ممکن است “خم شود، اما در طول زلزله شکسته نخواهد شد” مورد آزمایش قرار می گیرند تا اثربخشی آن ها را در به حداقل رساندن انتقال نیروی حرکت های 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 پروژه های همکاری مشترک مانند برنامه PEER بر روی قابلیت اطمینان و ایمنی لرزه ای سیستم برق(شبکه برق) می باشد. مرکز PEER، با همکاری کمسیون انرژی کالیفرنیا و شرکت PG&E، پروژه قابل اطمینان تر 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 می کند.

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

منبع: سایت https://peer.berkeley.edu