موضوع: "بدون موضوع"
موتورهای القایی به دلیل سادگی و استحکام ساختمان، ارزانی، محدوده وسیع سرعت و پاره‌ای مزایای دیگر کاربرد گستردهای پیدا کرده‌اند. به همین دلیل پایش وضعیت این نوع موتورها جهت شناسایی خطاها در مراحل اولیه پیدایش آن ها، به ویژه در توان‌های زیاد، اهمیت زیادی دارد. بنابراین تشخیص خطای اتصال حلقه در زمان‌های اولیه وقوع آن می‌تواند مزیت‌های زیر را در بر داشته باشد:
– جلوگیری از آسیب عمده به موتور و تعمیرات زمان‌بر و پر هزینه آن.
– جلوگیری از توقف غیر منتظره خط تولید.
– کاهش تلفات.
حصول مزیت‌های فوق مستلزم اطلاع به هنگام از شدت و موقعیت (فاز) خطای اتصال حلقه موتور است. این امر معمولا از طریق آشکارسازی بعضی آثار مترتب بر رفتار موتور در اثر بروز خطا میسر است. معایب موتورهای القایی را میتوان به سه گروه اصلی: مکانیکی، روتور و استاتور تقسیم کرد. هر کدام از این خطاها ریشه در عوامل متفاوتی دارند و آثار مختلفی بر عملکرد موتور می‌گذارند. حتی بعضی از خطاها ممکن است خود منشا بروز خطاهای دیگر شوند.
خطاهای مکانیکی عمدتاٌ از خطای یاتاقان‌ها (بلبرینگ‌ها) ناشی میشوند ]1و2 [. بعضی عوامل ایجاد خطای یاتاقان عبارتند از : روغن کاری نامناسب یا ناکافی، تنش‌های شعاعی و محوری سنگین بدلیل انحراف محور ومونتاژ، تنظیم یا فونداسیون ضعیف. این عوامل سبب تسریع در سایش و فرسایش یاتاقان ها میشوند. معمولا خطای یاتاقان‌ها بروز خطای نا هم‌محوری روتور و استاتور را نیز در پی دارند. تشدید خطای اخیر می‌تواند منجر به تماس سطوح روتور و استاتور شده و معایب روتور و استاتور را پدید آورد.
شکستن میله‌های روتور، شکستن حلقه انتهایی روتور و انواع نا هم‌محوری (استاتیکی، دینامیکی و مرکب) از جمله خطاهای روتور هستند ]3[. دلایل اصلی بروز این خطاها به شرح زیرند :
1. اضافه بار حرارتی که می‌تواند حین شتابگیری، کارکرد دایم و یا توقف روتور حاصل شود.
2. عدم تعادل حرارتی یا اختلاف دما در میله‌های روتور که از راه اندازی‌های مکرر، پدیده پوستی، انتقال حرارت غیر یکنواخت هسته و میله‌های روتور و بعضی عوامل دیگر ناشی می‌شود.
3. اثرات مغناطیسی که منجر به وارد شدن نیروهای الکترودینامیکی شعاعی بر میله‌ها میشوند. این نیروها که از تاثیر متقابل شار مغناطیسی و جریان میله‌ها حاصل میشوند، با مربع جریان میله‌ها متناسب بوده و سبب لرزش و خمش میله‌ها در امتداد شعاعی شده و سرانجام ممکن است منجر به شکستن میله‌های روتور شوند.
4. غیر یکنواختی ذاتی در امتداد طولی فاصله هوایی (نا هم‌محوری ذاتی) که از ایده‌آل نبودن فناوری ساخت و مونتاژ موتور ناشی می‌شود، باعث کشش مغناطیسی نامتقارن در سطوح مجاور روتور و استاتور می‌شود. زیرا روتور در سمتی که فاصله هوایی کوچکتر است تحت نیروهای کششی بزرگتری قرار میگیرد. این امر سبب خم شدن روتور، تشدید خطای نا هم‌محوری و در نهایت منجر به برخورد روتور با استاتور می‌شود. در نتیجه ممکن است به ساختار روتور و استاتور آسیب جدی وارد شود.
5. افزایش تنش‌های وارد بر میله‌های روتور در اثر اضافه بار دایم یا نوسانی در طول زمان می‌تواند منجر به شکستن میله‌های روتور شود.
6. افزایش نیروهای گریز از مرکز در اثر افزایش سرعت موتور به بیش از سرعت اسمی می‌تواند منجر به بروز تنش‌هایی در حلقه‌های انتهایی و شکستن اتصال بین میله‌های روتور و حلقه‌های انتهایی گردد.
استاتور موتورهای القایی نیز همانند بلبرینگ‌ها و روتور می‌تواند تحت تاثیر عوامل مختلفی دچار خطا شود]3[ . پنج نوع خطا برای سیم پیچ‌های استاتور گزارش شده‌اند که همه آنها ریشه در خرابی عایق سیم‌پیچ‌ها دارند ]4[ این خطاها عبارتند از:
1- خطای حلقه به حلقه در یک کلاف که در آن دو نقطه از یک یا چند حلقه از یک کلاف به همدیگر اتصال پیدا می‌کنند (خطای اتصال حلقه).
2- خطای کلاف به کلاف در یک فاز که در آن یک نقطه از یک کلاف به یک نقطه از کلاف دیگر سیم‌پیچی همان فاز اتصال پیدا میکند.
3- خطای فاز به فاز که در آن نقطه‌ای از سیم‌پیچ یک فاز به نقطه‌ای از سیم‌پیچ یک فاز دیگر اتصال پیدا میکند.
4- خطای مدار باز که در آن به دلیل قطع شدگی سیم، یک فاز یا بخشی از یک فاز مدار باز می‌شود.
5- خطای کلاف به زمین که در آن نقطه‌ای از سیم‌پیچ یک فاز به زمین (بدنه) اتصال پیدا میکند.
شکل (1-1) انواع خطای سیم‌پیچ استاتور را نشان داده است. یک موتور معیوب ممکن است دارای ترکیبی از خطاهای سه گانه فوق باشد. به عنوان مثال، در یک موتور ممکن است محور موتور خمیدگی پیدا کند و این امر سبب ایجاد لرزش و آسیب در بلبرینگ‌ها شده، منجر به تماس روتور با استاتور شود. با ادامه کارکرد موتور در این وضعیت گرمای بیش از حد تولید شده ممکن است میله‌های آلومینیمی روتور ذوب شوند. پخش شدن آلومینیم مذاب روی سیم‌پیچ استاتور خطای سیم‌پیچ را به دنبال می‌آورد.
حدود 75 درصد از کل خرابی‌های موتورهای القایی قفس سنجابی مربوط به خطاهای استاتور و یاتاقان است خرابی بلبرینگ‌ها (خطاهای مکانیکی) 40 تا 50 درصد، خرابی عایق استاتور (خطای استاتور) 30 تا 40 درصد و خرابی قفسه روتور (خطای روتور) 5 تا 10 درصد گزارش شده است ]6[. اگر از پیشرفت خرابی های حلقه به حلقه جلوگیری نشود، موارد مذکور منجر به خطا فاز به زمین یا فاز به فاز میگردد، که البته خطا فاز به زمین محتمل‌تر است. نتایج مطالعات جامع‌تر که بر پایه یک روش آماری و برای موتورهایی با قدرت‌ها و سرعت‌های مختلف صورت گرفته نیز موید درصد‌های فوق الذکر است ]2و7و8[. بنابراین خطاهای سیم‌پیچ استاتور درصد قابل توجهی از کل معایب موتور القایی را به خود اختصاص میدهد. لذا این پایان‌نامه بر روی خطای سیم‌پیچ استاتور تمرکز دارد.
انواع خطای سیم‌پیچ استاتور معمولا با اتصال کوتاه چند حلقه مجاور سیم‌پیچ فاز (خطای اتصال حلقه) شروع می‌شود. به این ترتیب که جریان گردشی در حلقه‌های اتصال کوتاه موجب تولید گرما و افزایش دما در ناحیه معیوب سیم‌پیچ شده و با تخریب بیشتر عایق در آن محل، منجر به خطاهای شدیدتر یعنی خطای کلاف به کلاف، خطای فاز به فاز و یا خطای فاز به زمین میگردد. . اگرچه اطلاعات تجربی از فاصله زمانی بین وقوع خطای اتصال حلقه تا شکست عایقی و تشدید کامل خطا وجود ندارد، ولی قدر مسلم آنست که این فرایند آنی و لحظه‌ای نیست و سرعت آن به شدت خطا، یعنی تعداد حلقه‌های اتصال کوتاه شده، وابسته است.
برای آشکارسازی خطای اتصال حلقه تاکنون شاخص‌های متعددی معرفی شده و روشهای مختلفی هم برای اندازه گیری آن ها و نتیجه‌گیری در خصوص وقوع خطا ارائه شده است که در ادامه مورد بررسی قرار گرفته‌اند.
2-1- عوامل پدید آورنده خطاهای سیم‌پیچ:
همه انواع خطای سیم‌پیچ استاتور ریشه در خرابی عایق سیم‌پیچ دارند. تنش‌های مختلفی در ساختار موتور و به ویژه استاتور ممکن است منجر به خرابی عایق سیم‌پیچ و بروز خطا شوند. این تنش‌ها در قالب تنش‌های حرارتی، الکتریکی، مکانیکی و محیطی قابل دسته‌بندی هستند ]3و4[:
1-2-1- تنش های حرارتی
تنش‌های حرارتی بر اثر افزایش دمای سیم‌پیچ ها بوجود آمده و سبب کاهش طول عمر یا تخریب عایق سیم‌پیچ‌ها میشوند. آزمایش‌های استاندارد نشان می‌دهند که به ازای هر 10 درجه سانتیگراد افزایش دمای سیم‌پیچ از حداکثر مقدار مجاز، طول عمر عایق آن به نصف تقلیل مییابد]4[. عوامل افزایش ایجاد تنش حرارتی عبارتند از:
– اضافه ولتاژ : افزایش دامنه ولتاژ موجب افزایش دامنه شار ماشین، افزایش تلفات هسته، افزایش دما و ایجاد تنش حرارتی می‌شود.
– عدم تعادل ولتاژهای سه فاز : درصد اندکی عدم تعادلی در ولتاژهای سه فاز، موجب افزایش قابل توجه دامنه جریان سیم‌پیچ فازها شده و افزایش تلفات مسی ناشی از آن، افزایش دمای شدیدی را در سیم‌پیچ‌ها پدید می‌آورد. برای مثال فقط 5/3 درصد عدم تعادلی ولتاژها سبب 25 درصد افزایش دما در سیم‌پیچ‌ها خواهد شد]4[ .
– توقف و راه اندازی‌های مکرر : در حین راه اندازی، جریان موتور بین 5 تا 8 برابر جریان بار کامل است. بنابراین در زمان راه اندازی تلفات اهمی قابل توجهی در سیم‌پیچ‌ها ایجاد می‌شود. حال اگر یک موتور در فواصل زمانی کوتاه بطور متناوب در معرض راه اندازی‌های مکرر قرار گیرد، تجمیع حرارت ناشی از افزایش تلفات اهمی موجب افزایش دمای سیم‌پیچ و بروز تنش حرارتی خواهد شد.
– اضافه بار : دمای سیم پیچ بطور تقریب متناسب با توان دوم بار موتور است. به عبارت دیگر دمای سیم‌پیچ با مربع افزایش گشتاور صعود میکند. بعنوان مثال اگر در دمای محیط 40 درجه سانتیگراد یک موتور 100 اسب بخار در دمای 64 درجه سانتیگراد کار کند، با 15 درصد افزایش بار دمای آن به 85 درجه سانتیگراد خواهد رسید. بنابراین طول عمر موتور از 1000000 ساعت مفروض به 1147000 ساعت کاهش خواهد یافت ]4[.
– دمای محیط : موتورهای استاندارد معمولا برای کار در حداکثر دمای محیط معین (معمولا 40 درجه سانتیگراد) طراحی میشوند. هر دمای محیطی فراتر از این مقدار، افزایش مشابهی را در دمای کار موتور پدید آورده باعث بروز تنش حرارتی میگردد.
2-2-1- تنش های الکتریکی
تنش‌های ولتاژ الکتریکی سبب تخریب موضعی عایق الکتریکی و یا کاهش عمر عایق و در نهایت بروز خطاهای سیم‌پیچ از نوع اتصال کوتاه میشوند. بنابراین رابطه مستقیمی بین عمر عایق و تنش‌های ولتاژ اعمال شده به سیم‌پیچ‌ها وجود دارد ]9[. انواع تنش‌های الکتریکی موثر در این زمینه عبارتند از:
– پدیده تخریب عایق : در صورتی که در موتورهای با ولتاژ بیش از 600 ولت سیستم الکتریکی موتور از محیط بیرون ایزوله نشده باشد، این پدیده رخ میدهد. فرایند این نوع تخریب عایق بدین ترتیب است که ابتدا حفره‌های کوچک با جریان نشتی بین مس سیم و محیط آزاد ایجاد می‌شود که کاهش امپدانس بین سیم و زمین در اثر ترکیب رطوبت و مواد خارجی را به دنبال دارد. سپس با تخلیه الکتریکی جزیی به زمین و به وجود آمدن نقاط سوخته ریز در سیستم عایق الکتریکی فرایند تخریب عایق کامل می‌شود.
– اضافه ولتاژهای لحظه‌ای : خطاهای اتصال کوتاه در سیم‌پیچ موتور می‌تواند در اثر اضافه ولتاژهای لحظه‌ای اعمال شده به سیم‌پیچ‌ها رخ دهد. منشا اینگونه اضافه ولتاژها عبارتند از ]9[:
1- در فاز یا خط شبکه تغذیه گاهی اضافه ولتاژهایی تا 5/3 برابر ولتاژ اسمی با زمان خیزش بسیار کم به وجود می‌آیند. این اضافه ولتاژها در صورت رسیدن به سیم‌پیچ‌های موتور، به عایق آنها آسیب وارد می‌کنند.
2- اضافه ولتاژهای ناشی از محدود کننده‌های جریان : زمانی که محدود کننده جریان، مثل (فیوز)، در لحظه‌ای که انرژی در میدان مغناطیسی سیم‌پیچ‌ها ذخیره شده عمل میکند، سبب ایجاد نوسان یا تشدید ولتاژ می‌شود. این امر با اضافه ولتاژهای لحظه‌ای همراه است و سبب آسیب به عایق سیم‌پیچ می‌شود.
3- اضافه ولتاژهای ناشی از عملکرد در درایوهای فرکانس متغیر و در لحظات راه اندازی، توقف و نیز در تغییر سیکل‌های کاری امکان وقوع دارند. این اضافه ولتاژها با دامنه 2 تا 5 برابر ولتاژ اسمی و زمان خیزش از 1/0 تا میلی ثانیه میتوانند به وجود آیند و تهدیدی برای عایق سیم‌پیچ‌ها به حساب می‌آیند.
:
ریزشبکهها شبکه‌هایی با مقیاس های کوچک در سطح ولتاژ فشار ضعیف هستند که برای تامین بارهای گرمایی و الکتریکی مکان های کوچک و مکان هایی که قابلیت دسترسی به شبکه اصلی برق را ندارند، به کار می‌روند. ریزشبکهها برای تامین انرژی انواع مصرف‌کننده‌ها همچون خانگی، صنعتی و کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرند و برآورد هزینه آنها بر اساس سیاستهای قیمت گذاری در بازار برق صورت میگیرد. مناطق دور افتاده، معمولاً با مشکل عدم ارتباط با شبکه اصلی برق مواجه هستند. ریز شبکه‌ها می‌تواند یک راهکار مناسب برای تولید انرژی با در نظر گرفتن مسائل زیست‌محیطی و اقتصادی برای این مناطق باشند. در این پایان‌نامه تعیین سایز بهینه یک سیستم ترکیبی مستقل از شبکه، مورد بررسی قرار میگیرد. سیستم ترکیبی مورد مطالعه متشکل از توربین‌های بادی، آرایه‌های خورشیدی، سلولهای سوختی با ذخیره ساز هیدروژنی و دیزل ژنراتور میباشد. اهداف این پایان‌نامه کمینه‌سازی هزینه سیستم و کاهش آلودگی زیست‌محیطی در دوره مورد مطالعه میباشد. هزینه‌های سیستم شامل هزینه‌های سرمایه‌گذاری اولیه، هزینه جایگزینی و هزینه تعمیر و نگهداری سالیانه اجزای سیستم و هزینه مصرف سوخت دیزل‌ژنراتور میباشد. در این پایان‌نامه از نرم‌افزار GAMS که یکی از قوی‌ترین نرم‌افزارهای تجاری بهینه‌سازی است، استفاده شده‌است.
فصل اول: پیشگفتار
1-1- پیشگفتار
با پیشرفت جوامع بشری نیاز به انرژی افزایش چشم‌گیری یافته است. این نیاز جوامع بشری را به سمت منابعی جدید و پر بازده‌تر سوق میدهد. در ضمن صنعتی شدن و افزایش مصرف خانگی منجر به افزایش غیر قابل پیش‌بینی تقاضا برای انرژی برق شده است. همه این موارد باعث تولید روز افزون گازهای آلوده کننده محیط زیست میشوند[1].
منابع انرژی تجدیدپذیر[1] در دهه های اخیر با افزایش هزینه سوخت های فسیلی و با هدف تولید انرژی پاک، بسیار مورد توجه کشورهای صنعتی قرار گرفته است. این امر موجب پیشرفت های بسیاری در بهره برداری از این منابع گردیده است؛ ولی منابع انرژی تجدید پذیر دارای رفتاری متغیر میباشند و در نتیجه نمی‌توان تولید را به درستی پیش بینی کرد. به منظور افزایش قابلیت اطمینان سیستم، بكار‌گیری از دیزل ژنراتورها[2] برای پاسخ گویی به تقاضای بار در سیستم های مستقل از شبكه به طور گسترده ای رایج می باشد[2]. اما خطر كمبود و پایان پذیری منابع انرژیهای فسیلی، رشد روز افزون قیمت سوخت های فسیلی و حاد شدن مسایل زیست محیطی به دلیل افزایش غیر طبیعی انواع مختلف تركیبات زیان‌آور از جمله گازهای گلخانه‌ای نیز از دلائل بالا رفتن انگیزه كشورها در استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر میباشد.
استفاده از منابع تجدید پذیر با در نظر گرفتن همه مزایا و معایب، شاخه ای در صنعت برق به وجود آورده است؛ که به بررسی محدودیت های بهره برداری سیستم های ترکیبی[3] ، بهینه‌سازی بهره برداری[4] سیستم، کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی، بهبود هزینه تمام شده سیستم و به طور کلی بهره‌برداری بهینه از ریزشبکهها[5] و شبکه‌های هوشمند[6] می‌پردازد.
ریزشبکهها، شبکه‌هایی با مقیاس های کوچک هستند؛ در سطح ولتاژ فشار ضعیف که با بهره گرفتن از تکنولوژی CHP[7] ، برای تامین بارهای گرمایی و الکتریکی مکان های کوچک و مکان هایی که قابلیت دسترسی به شبکه اصلی برق را ندارند، به کار می‌روند. به عبارت دیگر ریزشبکه ها در اصل یک شبکه توزیع فعال می باشند که از سیستم های DG[8] با بارهای متفاوت در سطوح ولتاژ توزیع تشکیل شده است[3].
ریزشبکهها برای تامین انرژی انواع مصرف‌کننده‌ها همچون خانگی، صنعتی و کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرند و برآورد هزینه آنها بر اساس سیاست های قیمت‌گذاری در بازار برق صورت میگیرد. استفاده از ریز شبکه ها موجب ارائه توان با کیفیت بالاتر[4]، افزایش قابلیت اطمینان[9] سیستم و کاهش هزینه‌ها، تلفات و آلودگی در شبکه توزیع می‌شود. با توجه به استفاده از فنآوریهای جدید مانند
توربین‌های بادی[10] و سلولهای خورشیدی[11] در ریزشبکهها و نیز ماهیت تصادفی منابع تجدیدپذیری مانند باد و خورشید، مدیریت و بهره برداری بهینه و ایمن از این شبکه ها به یکی از اولویت های تحقیقاتی پژوهشگران در این زمینه تبدیل شده است[5].
2-1- تعریف مسئله
ریزشبکهها برای تامین انرژی انواع مصرف کنندهها همچون خانگی، صنعتی و کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرند و برآورد هزینه آنها بر اساس سیاستهای قیمت گذاری در بازار برق صورت میگیرد. مناطق دور افتاده، معمولاً با مشکل عدم ارتباط با شبکه اصلی برق مواجه هستند. ریز شبکه‌ها می‌تواند یک راهکار مناسب برای تولید انرژی با در نظر گرفتن مسائل زیست محیطی و اقتصادی برای این مناطق باشند. در این پایان نامه تعیین سایز بهینه یک سیستم ترکیبی مستقل از شبکه، مورد بررسی قرار میگیرد. سیستم ترکیبی مورد مطالعه متشکل از توربین‌های بادی،آرایه خورشیدی، سلولهای سوختی با ذخیره ساز هیدروژنی و دیزل ژنراتور میباشد. اهداف این مقاله کمینه سازی هزینه سیستم و کاهش آلودگی زیست محیطی در دوره مورد مطالعه میباشد. هزینه‌های سیستم شامل هزینه‌های سرمایه‌گذاری اولیه، هزینه جایگزینی و هزینه تعمیر و نگهداری سالیانه اجزای سیستم و هزینه مصرف سوخت دیزل‌ژنراتور میباشد. در این پایان‌نامه از نرم‌افزار GAMS که یکی از قوی‌ترین نرم‌افزارهای تجاری بهینه‌سازی است، استفاده شده‌است.
ریزشبکه در نظر گرفته شده انرژی مورد نظر خود را از توربین بادی، آرایه های خورشیدی، سلول سوختی و دیزل ژنراتور بدست می‌آورد. ذخیره ساز هیدروژنی شامل الکترولایزر میباشد که اضافه توان تولیدی را به عنوان منبع تامین کننده در هنگام نقصان تولید توان، ذخیره میکند. دیزل ژنراتور به عنوان یک منبع پشتیبان عمل میکند. درساعاتی از روز كه توربین‌های بادی و آرایه های خورشیدی به تنهایی قادر به تامین بار نمی باشند، سیستم ذخیره ساز با تولید برق در تامین بار مصرفی سهیم می‌گردند. همچنین بسیاری از سیستمهای مختلط برای پاسخ گویی به پیک بار در زمان‌های كوتاهی‌كه انرژی تولید شده از منابع انرژی موجود، قادر به تامین تقاضا نمی‌باشند به دیزل ژنراتور مجهز شده اند.
در فصل دوم پایان نامه به بررسی اجزای تشکیل دهنده ریز شبکه ها و بر تحقیقات انجام شده خواهیم پرداخت.
در فصل سوم پایان نامه الگوریتم شبیه سازی به همراه قیود و توابع هدف در پایان نامه مورد بررسی قرار خواهند گرفت. در فصل چهارم نتایج شبیه‌سازی آورده شده است و مورد بحث قرار میگیرد. در فصل پنجم نتیجه‌گیری و پیشنهادات ادامه کار آورده شده است.
فصل دوم: معرفی اجزای ریزشبکه و پیشینه تحقیق
1-2- معرفی ریزشبکه ها
ریزشبکهها به صورت مجموعه‌ای از منابع كوچك تولید انرژی میباشند كه به شبكه اصلی متصل می‌گردند. ریزشبکهها به صورت سیستمهای تولید همزمان گرما و الكتریسیته (CHP) در مقیاس‌های كوچك و ولتاژهای كم [1](LV) طراحی شده‌اند كه بارهای گرمایی و الكتریكی تعداد محدودی از مشتركین را فراهم می‌نمایند. با اتصال چند ریزشبکهها به یكدیگر میتوان نیازهای گرمایی و الكتریكی مشتركین بیشتری را فراهم نمود. بهره‌برداری مؤثر از گرمای تلف شده در سیستمهای CHP یكی از مهمترین مزایای ریزشبکهها به شمار میرود. منابع تولید پراكنده مورد استفاده در ریزشبکهها میتوانند شامل انواع مختلف تكنولوژی‌های تولید با انتشار ناچیز كربن در هوا باشند. به طور معمول ریزشبکهها در دو حالت بهره‌برداری میشوند: متصل به شبكه و جزیره‌ای[2] در هر دو حالت بهره‌برداری، ریزشبکهها تأثیراتی را بر مشتركین و همچنین شبكه اصلی خواهند داشت. در این فصل منابع انرژی تولید پراکنده مورد استفاده در ریزشبکهها، سیستم ذخیره ساز انرژی و تأثیرات فنی، اقتصادی و زیست محیطی ریزشبکهها مورد بررسی قرار میگیرد.
در شکل 1.2 یک ریزشبکه متشکل از از منابع انرژی تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر به همراه ذخیره‌ساز باطری و متصل به شبکه برق آمده‌است.
ریزشبکهها تأثیرات قابل توجهی را بر بازارهای گاز و برق در آینده خواهند داشت. برای استفاده از مزایای ریزشبکهها می‌بایست مشاركت آنها را در بازارهای گاز و برق توسعه داد. برای دستیابی به این امر می‌بایست اصلاحات مناسب در بازار انجام شود و همچنین انگیزه‌های مالی برای سرمایه‌گذاری افراد در زمینه ریزشبکهها فراهم گردد[6].
اخیراً تغییرات عمدهای در بازار برق برخی كشورها در حال انجام است. مشاركت ریزشبکهها در بازار سبب افزایش كیفیت توان سرویس در شبكه اصلی خواهد شد. ریزشبکهها میتوانند سرویس‌های جانبی مهمی نظیر تنظیم ولتاژ از طریق تأمین توان راكتیو یا ذخیره توان را برای شبكه اصلی فراهم نمایند.
با افزایش نگرانی‌های مربوط به گرم شدن كره زمین و آلودگی‌های زیست محیطی، بسیاری از كشورها بر اساس معاهده كیوتو سعی در كاهش انتشار كربن نموده‌اند. طبق این معاهده می‌بایست انتشار كربن به میزان 50 درصد تا سال 2050 كاهش یابد. از این رو توجه بسیاری از كشورها به استفاده از منابع سازگار با طبیعت شامل ژنراتورهای با انتشار كم كربن معطوف شده است. استفاده از این گونه منابع در ریزشبکهها تأثیرات بسزایی را در كاهش آلودگی‌های زیست محیطی خواهند داشت. عملكرد این منابع به نحوی است كه پس از ارزیابی سطح آلودگی منتشر شده در محیط، اطلاعات لازم را برای منابع تولید پراكنده ارسال كنند. احتمالاً در آینده قوانین و مقرراتی مبنی بر كاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و همچنین ذرات معلق موجود در هوا وضع گردد[7].
در ادامه منابع انرژی تولید پراکنده تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر بکاررفته در ریزشبکهها را مورد بررسی قرار داده و با سیستم ذخیره‌ساز هیدروژنی آشنا خواهیم شد.
[1] Low Voltage
[2] Isolated
[1] Renewable Sources.
[2] Diesel Generator.
[3] Hybrid System
[4] Operation Optimization
[5] Micro grid
[6] Smart grid
[7] Combined Heat and Power
[8] Distributed Generation
[9] Reliability
[10] Wind Turbines
[11] Solar Cells
1-1- اهمیت پیش بینی بار در سیستم های قدرت
صنعت برق از صنایع زیر بنائی یک كشور و ركنی بسیار مهم در رشد و پیشرفت جوامع امروزی محسوب می شود. با توجه به اینكه از یک طرف پروژه های صنعت برق نیاز به سرمایه گذاری كلان و زمان های طولانی دارد واز طرف دیگر با تكنولوژی موجود هنوز نمی توان ذخیره این انرژی را در ابعاد بزرگ امكان پذیر نمود. بنابراین برنامه ریزی تولید باید به گونه ای صورت گیرد كه پاسخگوی تقاضای انرژی الكتریكی باشد. بدین جهت پیش بینی بار به عنوان عاملی مهم در طرح توسعه و بهره برداری از سیستم های قدرت تلقی می شود و در واقع وسیله ای است كه به كمك آن می توان در جهت بهبود تصمیم گیری اقدام نمود. برآورد روند تخصیص منابع برای توسعه شبكه برق رسانی الزامی است.
در برنامه ریزی توسعه آینده یک سیستم قدرت برآورد بار از اهمیت زیادی برخوردار است و اساس و مبنای مطالعات برنامه ریزی را تشكیل می دهد میزان خطاهای پیش بینی بار دارای اهمیت خاص است.
مشكلات تصمیم گیری در این مورد موقعی بیشتر می شود كه با بودجه محدود و هدف حداقل كردن هزینه از یک طرف و فشار متخصصین ومهندسین بخش قدرت برای خرید تجهیزات پیشرفته وگران قیمت از طرف دیگر و نیز گسترش بی رویه در استفاده از انرژی الكتریكی مواجه شود. اگر میزان بار پیش بینی شده كمتر از بار واقعی باشد ضریب اطمینان و در نتیجه كیفیت خدمات كاهش می یابد واین امر ممكن است حتی به خاموش های اجباری بیانجامد. خود این مساله تا حدی كار مسئولین تجزیه وتحلیل قابلیت اطمینان سیستم را مشكل می سازد واز طرف دیگر اگر بار آینده پیش از مقدار مورد نیاز پیش بینی گردد سرمایه گذاری زیادی هدر شده وبه نیاز مالی منجر می گردد.
عدم امكان ذخیره سازی انرژی الكتریكی از یک طرف وهمچنین صرف هزینه های هنگفت اقتصادی جهت ایجاد نیروگاه های جدید از طرف دیگر سیاست های كلی تولید انرژی الكتریكی را به سمت وسوئی جدید در ارتباط با مدیریت انرژی الكتریكی سوق داده است. واقعیت اینست كه مصرف انرژی الكتریكی ثابت نبوده و همواره بصورت تابعی غیر خطی از پارامترهای مختلف زمانی،محیطی، اقتصادی و در نوسان می باشد. تغییرات مصرف بار الكتریكی شركت های تولید كننده برق را موظف كرده است در زمانبندیهای مختلف اطلاعات مورد نیاز را جهت مدیریت بهتر انرژی در سیستمهای قدرت پیش بینی كنند [9] و [13].
افزایش قابلیت اطمینان وكارائی در صنعت برق، كاهش هزینه ها وهزینه معاملات در صنعت برق، تامین
گزینه های بیشتری برای مصرف كنندگان و… به عنوان انگیزه های اقتصادی، اجتماعی، سیاسی مدیریت صنعت برق را به ناچار دچار تحول و دگرگونی كرد كه ازآن به عنوان تجدید ساختار صنعت برق نامبرده
می شود. در محیط سنتی، سیستمهای تولید، انتقال و توزیع انرژی الكتریكی به صورت انحصاری تحت كنترل دولت ویا یک نهاد انحصاری است كه وظیفه نظارت بر بازار انحصاری و حتی قیمتهای انحصاری را نیز دارا می باشد. در سیستمهای قدرت تجدید ساختار نشده، مصرف كننده ها شركت های توزیع منحصر به فرد بودند كه انرژی را به صورت عمده و بر حسب قواعد خاص از تولید كننده های انحصاری دریافت می كردند. این مصرف كننده ها فقط تحت قیمت های از پیش تعیین شده توسط اپراتورسیستم انرژی خود را دریافت می كردند تولید كنندگان نیز فقط تحت قیمت هایی كه توسط اپراتور سیستم وتحت قرار دادها وتعرفه كمی سنتی مشخص می شد انرژی مورد نیاز شبكه قدرت را تولید می كردند. در این نوع اقتصاد تلفات شبكه بسیار زیاد وجود از اینرو هزینه های زیادی تلف می شد.
با شروع تجدید ساختار صنعت برق و ورود بازارهای رقابتی انرژی الكتریكی قسمت های تولید، انتقال و توزیع اكثرا به قسمت های خصوصی واگذار شدند.
هر چند كه در سطح انتقال این واگذاری به ندرت انجام گرفته است مصرف كنندگان در این نوع ساختار به سیستم انتقال دسترسی مستقیمی دارند و می توانند تولید كننده خود را نیز انتخاب كنند. بازارها از انحصار دولت خارج شده اند و بطور مستقل و همچنین هماهنگ با اپراتور مستقل بازار فعالیت می كنند.
در بخش توزیع نیز با فراهم كردن زمینه برای مشاركت بخش خصوصی و احداث نیروگاه توسط سرمایه گذاران داخلی و خارجی و همچنین واگذاری ظرفیت های نصب شده موجود و فراهم آوردن زمینه رقابت با افزایش تولید كنندگان سعی در جایگزین فضای رقابتی بجای شرایط انحصار گردیده كه در بسیاری از كشورها این امر موفقیت آمیز بوده است.
بخش انتقال با توجه به ماهیتی كه دارد و این واقعیت كه نمی توان دو یا چند شبكه موازی در كنار هم تاسیس كرد تا برای انتقال برق با هم رقابت نمایند تقریبا هنوز به شكل انحصاری اداره شده و تحت عنوان شبكه ملی باقی مانده است.
در بخش توزیع نیز كلیه فعالیت های از نقطه دریافت برق از شبكه انتقال تا تحویل به مصرف كننده نهایی انحصاری است، ابتدا بخش خطوط از بخش مشتركین تفكیک شده پس این بخش خطوط از بخش مشتركین تفكیک شده، پس این بخش كه مشابه به بخش انتقال است یا در تملك دولت باقی مانده ویا در برخی كشورها با رویكردهای اجرائی متفاوت به بخش خصوصی واگذار شده اند در بخش خدمات مشتركین نیز كلیه امور از درخواست و وصول مطالبات و… توسط شركت های خرده فروش انجام می گیرد. از آنجایی كه این بخش از شرایطی متفاوت با بخشهای انتقال و توزیع برخوردار می باشد فعالیت های این بخش از فعالیت انحصاری برخوردار نبوده و بنابراین شركت های خرده فروش همزمان می توانند رضایت مشتری با هم رقابت نمایند كه به بهبود كیفیت و كاهش هزینه های منتهی خواهند شد. لذا واگذاری این امور به بخش خصوصی و ایجاد زمینه مناسب برای رقابتی كردن این بخش نتایج قابل توجهی به همراه داشته است.
در اقتصاد برق، شركت های تولید كننده برق موظفند، مصرف كننده های خود را قابلیت اطمینان زیاد، با كیفیتی بالا و قیمت مناسب با توجه به محدودیت های از جمله حفظ محیط زیست، قرار داد با دیگر شركا در سیستم های به هم پیوسته وبا در نظر گرفتن قیودی نظیر توان و نوع نیروگاه های موجود میزان ذخیره سوخت مورد نیاز نیروگاه های حرارتی، میزان آب موجود در مخزن ها برای استفاده نیروگاه های آبی، و غیره تغذیه نماید.
برای نیل به این اهداف باید از طرفی، تجهیزات مورد نظر نیروگاه ها و شبكه های انتقال و توزیع، به نحو بهینه مورد استفاده و بهره برداری قرار گیرند ( حداقل سرمایه گذاری دراز مدت ) و از طرفی دیگر، انرژی های اولیه موجود برای تولید برق (انواع سوخت ها و آب و…. ) به طرز بهینه، مورد مصرف واقع شوند ]12[.
1-1-1-بررسی اهمیت پیش بینی بارازلحاظ فنی
ضرورت پیش بینی كوتاه مدت باراز لحاظ فنی را می توان به صورت زیر خلاصه نمود:
1- تنظیم برنامه جهت استفاده از نیروگاه های موجود، بدین صورت كه حتی الامكان از نیروگاه ها بخار بعنوان بار پایه واز نیروگاه های آبی جهت كنترل فركانس واز نیروگاه های گازی جهت رفع كمبود تولید در ساعات پیک استفاده نمود.
2- تهیه برنامه جهت ذخیره چرخان وغیر چرخان شبكه ومیزان خاموشی ها در صورت كمبود
3- تهیه برنامه خروج از واحدها خطوط انتقال ترانسفورماتورهای شبكه توزیع
4- رعایت میزان انرژی تعیین شده واحد های آبی كه در این خصوص با توجه به متفاوت بودن میزان بار در ساعات مختلف روز می توان با آگاهی از میزان ذخیره آب در پشت سدها در ماه های مختلف از این نیروگاه ها حداكثر راندمان را با كمترین هزینه بدست آورد.
2-2-1- بررسی اهمیت پیش بینی بارازلحاظ اقتصادی
یکی از وظایف آتی شرکتهای توزیع پس از راه اندازی بازار خرده فروشی خرید انرژی الکتریکی مورد نیاز محدوده خود از بازار عمده فروشی یا برق منطقه ای است. انرژی الکتریکی مورد نیاز هر شرکت باید از بازار برق خریداری شود و خریدار بابت خرید برق باید هزینه های مربوطه که عبارتند از قدرت درخواستی، انرژی مصرفی و جریمه آزمون ناموفق مصرف را پرداخت نماید. پروسه خرید بدین صورت است که خریداران برق مورد نیاز خود را روز قبل از مصرف پیش بینی نموده و برای بازار برق ارسال می نمایند. روش های بسیاری برای پیش بینی نیاز مصرف وجود دارد که در ادامه به آنها اشاره خواهیم کرد. پیش بینی نادرست نیاز مصرف باعث افزایش هزینه خرید انرژی الکتریکی می گردد. دقت در پیش بینی نیاز مصرف منجر به کاهش جریمه آزمون ناموفق مصرف و هزینه های قدرت درخواستی خواهد شد. ابتدا بایستی بازه مجاز و بهینه خطا را شناسایی نموده و با توجه به این بازه، پیش بینی اولیه را به گونه ای تصحیح نمود که احتمال افزایش متوسط قدر مطلق خطا از حد مجاز کاهش یابد.
قبل از ایجاد تجدید ساختار در صنعت برق کشور، پیش بینی بار برای کل کشور انجام شده و سپس با توجه به نتایج بدست آمده از این پیش بینی، شبکه مورد بهره برداری قرار می گرفت. در ساختار سنتی پیش بینی نادرست عواقب زیر را به دنبال دارد:
1- پیش بینی بیشتر از نیاز مصرف منجر به زیاد شدن ذخیره چرخان و در نتیجه هزینه های مرتبط با آن
می گردد.
2- پیش بینی کمتر از نیاز مصرف منجر به افت فرکانس، ناپایداری شبکه و در مدار قرار دادن واحدهای خاموش و هزینه های مرتبط با آن می گردد.
پس از تجدید ساختار در صنعت برق کشور، پیش بینی نیاز مصرف ساعتی توسط شرکت های برق منطقه ای انجام شده و به تبع شفاف سازی هزینه ها، پیش بینی نادرست نیاز مصرف باعث می شود که شرکت های برق منطقه ای جریمه گردند. امروزه با راه اندازی بازار خرده فروشی پیش بینی نیاز مصرف توسط شرکت های توزیع انجام می گیرد و عواقب پیش بینی نادرست متوجه این شرکت ها خواهد بود. روش های متفاوتی برای پیش بینی کوتاه مدت بار وجود دارد، روش های ابتدایی عموما بر پایه روش های آماری و با توجه به منحنی بار روزانه استوار است اما در سال های اخیر پیش بینی کوتاه مدت بار، بیشتر با روش های هوش مصنوعی انجام شده که از جمله آنها می توان به شبکه عصبی، فازی-عصبی، عصبی تطبیقی و عصبی – فازی اشاره نمود.
در نگاه اول ممکن است تصور شود که پیش بینی نیاز مصرف با خطای کم، هزینه خرید برق را حداقل می نماید اما قوانین حاکم بر بازار برق ایران به گونه ای تدوین شده که پیش بینی با خطای کم تنها پارامتر کاهش هزینه های خرید برق نمی باشد. به عبارت دیگر مطابق قوانین بازار برق ایران پیش بینی کمتر یا بیشتر از نیاز مصرف به خریداران هزینه های متفاوتی را تحمیل می نماید.
صرع یک اختلال پیچیده عصبی میباشد که 1 تا 2 درصد از کل جمعیت جهان را مورد تأثیر قرار داده است. عفونتهای سیستم عصبی مرکزی، شوک عاطفی، اختلالات متابولیک، الکل، تومورهای مغزی و مشکلات عروقی مغز از مهمترین عوامل زمینه ساز صرع هستند. صرع معمولاٌ قابل کنترل اما غیرقابل درمان است(Cascino, 1994) . تشنج مشخصه اصلی صرع بوده و بیانگر فعالیت نورونی غیرطبیعی و بیش از حد مغز میباشد که با یک الگوی خودبخودی، تکرار شونده و غیرقابل پیش بینی بروز می کند (Stafstrom, 2003).
شواهدی مبنی بر دخالت تغییر در سیستمهای نوروترنسمیتری مختلف به ویژه گلوتامات، آسپارتات و گابا در ایجاد صرع وجود دارد (Pinto, et al., 2005). به طور کلی تغییر در الگوی فعالیت سیناپسها و مختل شدن عملکرد کانالهای یونی، به عنوان مکانیسمهای اصلی زمینه ساز حملههای صرعی شناخته شده اند (Nobels, 2003; Wuttke and Lerche, 2006). متداولترین روش پیشگیری و درمان صرع استفاده از داروهای سنتزی ضدصرع است که با تأثیر بر زیرساختارهای سلولی دخیل در عملکرد سیناپسها و کانالهای یونی از بروز الگوی فعالیت صرعی در کانون صرع جلوگیری کرده یا گسترش آن به سایر نواحی و بروز تشنج را مهار می کند(Bialar and White, 2010) .
تاریخچه استفاده از گیاهان دارویی با اهداف درمانی مقارن است با تاریخ زندگی بشر. در پزشکی سنتی استفاده از عصاره خام گیاهان، به صورت خوراکی یا موضعی، نقش مهمی در درمان بسیاری از بیماریها، خصوصاٌ کنترل عفونتها داشته است (Navarro, et al., 1996). در دهههای اخیر آشکار شدن عوارض جانبی داروهای شیمیایی منجر به توجه مجدد به روشهای درمانی طبیعی و به راه افتادن موج جدیدی از پژوهشها در زمینه گیاهان دارویی شده است ((Braun and Cohen, 2007.
امروزه علاوه بر استفادههای بالینی، محصولات طبیعی مذکور به منظور کشف اهداف جدیدی از جمله رسپتورها و کانالها، حائز اهمیتاند ((Vriens, et al., 2008.
اسانس های گیاهی[1] ترکیبات مایع، فرار، محلول در چربی، اغلب زلال و به ندرت رنگی میباشند که در بخشهای مختلف گیاه از جمله جوانه، برگ، گل، ساقه، دانه و میوه تولید و ذخیره میشوند (Bakkali, et al., 2008). اسانس‌ها به طور معمول از ترپنهای[2] آروماتیک فرار و فنیل پروپانوئیدها تشکیل شده‌اند که به واسطه عبور آزادانهشان از غشاء سلول میتوانند نقشهای سیگنالینگ متنوعی در سلول داشته باشند. در این ارتباط گزارشهایی حاکی از مداخله اسانس‌های گیاهی با کانالهای یونی و رسپتورها نیز وجود دارد (Goncalves, et al., 2008).
ترپنهای گیاهی به عنوان دارو، چاشنی و طعم دهنده مواد غذایی و خوشبوکننده مورد استفاده قرار می‌گیرند. مونوترپنها ترکیباتی با فرمول مولکولی C10H16 میباشند که هم در فراوردههای گیاهی با اثر صرعزا[3] و هم در فراوردههایی با اثرات ضدصرع[4] یافت میشوند (Burkhard, et al., 1999; Ishida, 2005). انواعی از عصارههای گیاهی و اسانس های روغنی استخراج شده از گیاهان جهت درمان
صرع مورد استفاده قرار می‌گیرند. تحقیقات روی این گیاهان نشان داده که عصاره آنها حاوی ترکیباتی با خواص ضدتشنجی هستند و قادر به مهار فعالیت صرعی القاء شده توسط پنتیلنتترازول[5]((PTZ میباشند (Sayyah, et al., 2002).
PTZ آنتاگونیست گابا است که با مهار رسپتور گاباA باعث کاهش عملکرد گاباارژیک می شود (Olsen, 1981). بنابرین داروهایی که عمل سیستم گابا را از طریق رسپتور گاباA تقویت می کنند میتوانند در جلوگیری از صرع القاء شده توسط PTZ مؤثر باشند (Snead, 1992). از جمله مونوترپنهایی که اثرات ضدصرعی به آنها نسبت داده شد میتوان به اوجنول[6]، لینالول[7]، منتول[8] و لیمونن[9] اشاره کرد (Burkhard, et al., 1999).
اوجنول یک فنیلپروپن است که از گیاهان متعددی از جمله درخت جوز[10]، میخک[11]، دارچین[12]و ریحان[13] استخراج می شود، با اکسید روی ترکیب شده و صمغی را ایجاد می کند که به خاطر ویژگیهای ضدباکتریایی، ضدالتهاب، بیحسکنندگی موضعی و ضددردش به طور گستردهای در دندانپزشکی به کار میرود (Hashimoto, et al., 1988; Ohkubo, et al., 1997; Kim, et al., 2003; Pizzo, et al., 2006; Chaieb, et al.,2007; Zheljazkov, et al., 2008). این ترکیب به عنوان چاشنی و طعم دهنده در محصولات غذایی و همچنین ماده خوشبوکننده در محصولات آرایشی مورد استفاده قرار میگیرد (Opdyke, 1975).
از آنجا که اوجنول در گیاهان و ادویهجات پرمصرف به وفور یافت می شود، بررسی خواص و برهمکنشهای آن با اجزای مختلف سلولی به نظر ضروری میرسد. نشان داده شده که اوجنول با طیف وسیعی از کانالها و رسپتورهای غشائی برهمکنش داده و اثرات بیولوژیک متنوعی از خود به جای میگذارد. اوجنول در سیستم عصبی اثرات متعددی را اعمال می کند، از جمله: حفاظت از سلولهای عصبی در برابر ایسکمی و پپتید بتاآمیلویید (Irie and Keung, 2003; Wie, et al., 1997; Won et al., 1998)، مهار هدایت پتانسیلهای عمل در عصب سیاتیک (Kozam, 1997)، بهبود بخشیدن عوارض عصبی و نورونی ناشی از دیابت (Nangle et al., 2006) و سرکوب پتانسیلهای میدانی صرعی که نشاندهنده یک پتانسیل درمانی برای اوجنول در صرع میباشد (Muller et al., 2006). مشخص شده اوجنول یک اثر ضدصرعی وابسته به زمان و غلظت مورد استفاده دارد (Sayyah et al., 2004). این ترکیب رسپتورهای N-متیل-D-آسپارتات(NMDA) را مهار و رسپتورهای ایونوتروپیک گابا را تقویت می کند که هر دو رسپتور مذکور در احساس درد دخیلاند (Aoshima and Hamamoto, 1999; Wie et al.,1997). این مولکول همچنین پتانسیل عملهای مرکب را در فیبرهای A و C تضعیف می کند. موارد مذکور میتوانند توضیحی بر اثر ضددرد اوجنول باشند (Brodin, 1985). علاوه بر موارد فوق، خواص آنتیاکسیدانی (Li et al., 2006) و ضدسرطانی (Pal, et al., 2010) آن نیز گزارش شده است.
با توجه به مطالعات انجام شده، تصور بر این است که کانالهای یونی اهداف فارماکولوژیک مهم ترکیبات طبیعی میباشند. انواع کانالهای یونی سدیمی، کلسیمی و پتاسیمی در غشاء سلولهای تحریک‌پذیر از جمله نورونها وجود دارند و از آنجا که در سیستم عصبی، انتقال پیام وابسته به پتانسیل عملهایی است که از فعالیت هماهنگ کانالهای یونی متنوع حاصل میشوند، هر ترکیبی که قادر به اثر گذاشتن بر ویژگیهای پتانسیل عمل و بعبارتی کانالهای یونی باشد در تحریک‌پذیری سلول نیز مؤثر خواهد بود (Catteral, 2010). کانالهای یونی در فرایندهای فیزیولوژیکی مختلف از جمله رهایش نوروترنسمیتر، جفت شدن تحریک-انقباض[14]، کنترل بیان ژن و تکوین سلولی نقش دارند. از طرفی اختلال عملکرد کانالهای یونی می‌تواند منجر به اختلالات پاتولوژیک شود. به منظور تأیید تأثیر ترکیبات طبیعی بر کانالهای یونی، استفاده از آنتاگونیست‌ها و آگونیست‌ها‌ی بسیار انتخابی لازم است (Bulaj, 2008). گزارشهایی حاکی از مداخله ترکیبات اسانس‌های گیاهی با فعالیت کانالهای یونی و رسپتورها وجود دارد که تکنیک‌های الکتروفیزیولوژیک برای تشخیص و شناسایی اثرات بیولوژیکی ترکیبات و چگونگی برهمکنش آن ها با کانالهای یونی بسیار مؤثر هستند (Goncalves, et al., 2008).
دلایل استفاده از نورونهای حلزون
در تحقیقات انجام شده روی الگوی فعالیت صرعی و روشهای درمان آن از مدلهای حیوانی مختلف استفاده شده است. با این حال مکانیسمهای اساسی ایجاد کننده الگوی فعالیت صرعی در نمونههای جانوری مختلف مشابه است. از طرفی نتایج تحقیقات مختلف نشان داده است که الگوی فعالیت صرعی ایجاد شده در نورونهای حلزون با الگوی فعالیت ثبت شده در سیستم عصبی مهرهداران از جمله انسان شباهت دارد (Janahmadi, et al., 2008).
مزایای تکنیکی متعدد نورونهای گانگلیون بیمهرگان در مقایسه با نورونهای مهرهداران از جمله وجود نورونهای بزرگ قابل تشخیص، تنوع کانالهای یونی و امکان مطالعه گانگلیون در شرایط in vitro بدون تغییر در ویژگیهای ساختمانی و عملکردی باعث شده تا این نورونها در موارد متعددی جهت مطالعه مکانیسمهای پایه سیستم عصبی مورد استفاده قرار گیرند. نرم‌تنان بزرگترین نورونها را در سلسله جانوران دارند و اندازه بزرگ نورون‌هایشان، شناسایی و ورود الکترود به سلول را تسهیل میکند و از طرفی خونسرد بودن این رده جانوری، مشکلات نگهداری آن ها را در شرایط in vitro کاهش میدهد. این عوامل باعث شدند بسیاری از مطالعات اولیه الکتروفیزیولوژیک برای نخستین بار روی نورونهای نرم‌تنان انجام شوند (Hodgkin and Hoxley, 1939; 1952). در مقایسه با نمونههای بیمهره، مطالعه مکانیسمهای سلولی و مولکولی در نورونهای pestanداران اغلب مستلزم مراحل آماده‌سازی است که ممکن است همراه با تغییراتی در سازمانبندی کلی نورونها باشد. به علاوه اندازه بسیار کوچک نورونها و نیاز به شرایطی با حداقل تغییرات نسبت به شرایط in vivo، انجام ثبت داخل سلولی را مشکل می‌سازد. عملکرد سیستم عصبی بیمهرگان و مهرهداران از جهات بسیاری شبیه میباشد، از جمله داشتن گیرنده‌های حسی، شبکه عصبی مرکزی، خروجی‌های حرکتی و مجموعه‌ای از ناقل‌های عصبی، مسیرهای انتقال سیگنال و انواع کانالهای یونی مشابه (Altrup, et al., 1992). بنا به دلایل ذکر شده بویژه امکان القاء فعالیت صرعی و حضور تنوعی از کانالهای یونی غشائی، استفاده از نورونهای حلزون روش مناسبی جهت مطالعه برهمکنشهای احتمالی اوجنول با کانالهای یونی و مکانیسمهای دخیل در فعالیت صرعی میباشد.
1-1 – نارسائی حاد کلیوی…………………………………………………………………………………………….2
1-1-1 – اختلالات همودینامیک کلیوی…………………………………………………………………………………….3
1-1-2 – آسیب سلولهای اندوتلیالی عروق کلیه………………………………………………………………………3
1-2 – نفوذ سلولهای التهابی……………………………………………………………………………………………………..4
1-2-1- سیتوکاینها……………………………………………………………………………………………………………………5
1-2-2 – کموکاینها……………………………………………………………………………………………………………………5
1-2-3 – تولید واسطههای التهابی توسط سلولهای توبول……………………………………………………….6
1-3 – ایسکمی کلیه و تولید گونه های واکنشگر اکسیژن…………………………………………………………7
1-4 – نارسایی حاد کلیوی و آسیب سایر اندامها……………………………………………………………………….8
1-5 – پانکراس…………………………………………………………………………………………………………………..9
1-5-1 – هیستولوژی و عملکرد پانکراس……………………………………………………………………………………9
1-5-2 – خون رسانی پانکراس…………………………………………………………………………………………………10
1-6 – اثرات کلیهها، گلوکز و انسولین بر یکدیگر…………………………………………………………………….11
1-6-1 – تأثیر کلیه بر متابولیسم گلوکز…………………………………………………………………………………..12
1-6-2 – تأثیر انسولین بر روی کلیه ……………………………………………………………………………………….13
1-6-3 – تأثیرکلیه برمتابولیسم انسولین………………………………………………………………………………….14
1-6-4 – تأثیر نارسایی کلیوی بر انسولین و گلوکز………………………………………………………………….15
1-7 – درمان التهاب……………………………………………………………………………………………………….15
1-7-1 – گیاه زرشک…………………………………………………………………………………………………16
1-7-2 – بربرین……………………………………………………………………………………………………..17
1-7-3 – فعالیتهای فارماکولوژیک بربرین……………………………………………………………………………..18
1-7-4 – اثر بربرین بر متابولیسم قند و چربی…………………………………………………………………………18
1-7-5 – اثرات بربرین بر روی کلیه…………………………………………………………………………………………20
1-8 – هدف……………………………………………………………………………………………………………21 فصل دوم: مواد و روشها
2 – 1 – مواد مورد نیاز…………………………………………………………………………………………………23
2 – 2 – وسایل مورد نیاز…………………………………………………………………………………………..23
2 – 3 – گروههای آزمایشی………………………………………………………………………………………24
2 – 4 – روش آماده سازی حیوانات …………………………………………………………………………..25
2 – 4 – 1- بیهوشی ………………………………………………………………………………………………..25
2 – 4 – 2- جراحی ……………………………………………………………………………………………………….26
2 – 5 – اندازه گیری غلظت های کرآتینین، نیتروژن اوره، گلوکز و انسولین پلاسما……………………………………………………………………………………………………………………………28
2 – 6 – بررسی هیستوپاتولوژی پانکراس………………………………………………………………………28
2 – 6 – 1 – روش آماده سازی جهت رنگ آمیزی با هماتوکسیلین – ائوزین ……………………….29
2 – 6 -2 – مطالعه میکروسکوپی……………………………………………………………………………….30
2 – 7 – روش های آماری…………………………………………………………………………………………………..30
فصل سوم: نتایج
3 – 1 – مقایسه یافته های هیستوپاتولوژی………………………………………………………………… 32
3 – 2 – مقایسه یافته های پلاسمایی…………………………………………………………………………..37
3 – 2 – 1 – میانگین غلظت کرآتینین پلاسما ([Cr]P) بر حسب میلیگرم بر دسیلیتر………….37
3 – 2 – 2 – میانگین غلظت نیتروژن اوره پلاسما ([UN]P) برحسب میلیگرم بر دسیلیتر……39
3 – 2 – 3 – میانگین غلظت گلوکز پلاسما ([Glu]P) برحسب میلیگرم بر دسیلیتر……41
3 – 2 – 4 – میانگین غلظت انسولین پلاسما برحسب نانوگرم بر میلیلیتر………43
فصل چهارم: بحث و نتیجه گیری
4 – 1 – بحث…………………………….46
4 – 1 – 1 – بررسی یافته های هیستوپاتولوژی……………………………46
4 – 1 – 2 – بررسی یافته های پلاسمایی………………………………………………………………..48
4 – 2 – نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………….51
4 – 3 – پیشنهادات……………………………………………………………………………………………………..52
فصل پنجم: فهرست منابع و مآخذ
فهرست منابع …………………………………………………………………………….54
1- 1- نارسایی حاد کلیوی (ARF)
نارسایی حاد کلیوی سندرمی است که به دنبال یک افت ناگهانی گذرا در کل یا منطقهای از جریان خون کلیه روی میدهد]1[. سقوط ناگهانی در میزان فیلتراسیون گلومرولی [2](GFR) به نظر میرسد به دلیل فعل و انفعالات همودینامیک، اختلالات توبولی و اثر نفروتوکسین ها رخ دهد]2[. مطالعات متعدد بر روی نارسایی حاد کلیوی القا شده توسط عوامل توکسیک و ایسکمیک، حاکی از کاهش شدید میزان فیلتراسیون گلومرولی به علت کاهش جریان خون کلیوی و افزایش فشار کپسول بومن و نشت برگشتی میباشد]3[. آسیب حاد کلیوی معمولاً بوسیله افزایش کراتینین سرم و نیتروژن اورهی پلاسمای خون (BUN[3]) مشخص می شود. به تازگی بیومارکرهای ادراری مثل اینترلوکین-18(IL-18 ) و مولکول مولکول آسیب کلیه-1 (KIM-1[4]) برای تشخیص اولیه آسیب حاد کلیوی استفاده می شود]4[.
1-1-1- اختلالات همودینامیک کلیوی
ایسکمی به طور مستقیم منجر به آسیب اندوتلیالی و تون غیر طبیعی عروق ناشی از افزایش حساسیت به تنگ کننده های عروقی و کاهش گشاد کننده های عروقی در شریانچهها می شود. ریپرفیوژن نیز بر عکس باعث اختلال بیشتر جریان خون شده، در نتیجه افزایش در تون عروقی پایه و تداوم انقباض عروقی باعث کاهش بیشتر میزان فیلتراسیون گلومرولی می شود]5[.
1-1-2- آسیب سلولهای اندوتلیالی عروق کلیه
سلولهای اندوتلیالی کلیوی اولین پاسخ التهابی را در آسیب حاد کلیوی (AKI[5]) شروع می کنند. مطالعات نشان داده که خسارات آسیب ایسکمی، مانع عملکرد اندوتلیوم شده و منجر به بهم ریختگی یکپارچگی اندوتلیال از جمله از بین رفتن بخشی از مرزهای سلول – سلول و قطع ارتباط سلول – سلول می شود، در نتیجه تجزیه و فروپاشی اندوتلیال نفوذپذیری عروق را افزایش میدهد و نفوذ لوکوسیتها به پارانشیم کلیه را تسهیل می کند]4[. ایسکمی/ریپرفیوژن (I/R[6]) موجب افزایش مولکولهای چسبندگی برای ترویج برهمکنش اندوتلیال-لوکوسیت می شود، این مولکولهای چسبندگی عبارتند از: اینتگرین، سلکتین و اعضای خانواده بسیار بزرگ ایمنوگلوبین از جمله مولکول چسبندگی داخل سلولی-1 (ICAM-1[7])، مولکول چسبندگی سلولی عروقی (VCAM[8]) و سلکتینP- که همگی توسط سلولهای اندوتلیال تولید میشوند]1[. به همراه افزایش چسبندگی لوکوسیت – سلول اندوتلیال، فعال شدن پلاکتها و مسیرهای انعقادی موضعی نیز رخ میدهد. تمایل اتصال پلاکتهای فعال به لوکوسیتها باعث تشکیل کمپلکسهای پلاکت – لوکوسیت می شود و با تولید سیتوکاینهای التهابی منجر به افزایش پاسخهای التهابی میشوند. به دلیل ارتباط آناتومیکی عروق و توبولها در مدولای خارجی، این برهمکنش لوکوسیت – اندوتلیال به میزان بیشتری روی مدولای خارجی نسبت به کورتکس اثر میگذارد]6[.
1-2- نفوذ سلولهای التهابی
یکی از مشخصات ایسکمی/ریپرفیوژن کلیه نفوذپذیری بافت به جمعیت خاصی از سلولهای التهابی است که شامل: نوتروفیلها، ماکروفاژها، سلولهای کشنده طبیعی و انواع مختلف سلولهای T خانه کرده در فضای بینابینی[9] میباشد]7[.
-2-1- سیتوکاینها
سیتوکاینهای زیادی بوسیله لوکوسیتها و سلولهای توبولی در کلیه آسیب دیده رها میشوند. قرار گرفتن لوکوسیتها در معرض سیتوکاینهای گردش خون، تمایل آنها را به منزوی شدن افزایش میدهد. لوکوسیتهای منزوی از طریق تولید بیشتر گونه های واکنشگر اکسیژن (ROS[10])، افزایش التهاب و افزایش تون عروقی سبب ایجاد آسیب میشوند]1،4[.
1-2-2- کموکاینها
کموکاینها زیر گروه بزرگی از مولکولهای شبه سیتوکاین هستند که نقش عمدهای در جذب لوکوسیتها در التهاب ایفا می کنند]4[.
سیتوکاینها و کموکاینهای پیش التهابی اینترفرون-γ (IFN-γ[11])، اینترلوکین-2 (IL-2)، اینترلوکین-10 (IL-10)، فاکتور رشد تغییرشکل دهنده-β (TGF-β[12])، CXCL1، MIP-2، اینترلوکین-6 (IL-6) و پروتئین جاذب شیمیایی مونوسیت-1 (1-MCP[13]) در آسیب ایسکمیک حاد کلیوی در کلیه افزایش پیدا مییابند]4[.
سلولهای التهابی عوامل منقبض کننده عروقی از جمله پروستاگلندین، لوکوترین، ترومبوکسان، آدنوزین، آنژیوتنسین و اندوتلین را تولید می کنند]4[. از طرفی آسیب اندوتلیالی پاسخ طبیعی شریانچهها به گشادکننده های عروقی مثل نیتریک اکسید (NO) را مختل می کند]5[. NO نقش مرکزی در گشادکنندگی عروق و در مدولاسیون بین لوکوسیت – اندوتلیوم دارد]8[. مطالعات نشان دادهاند که شرایط I/R موجب القای ایزوفرم نیتریک اکسید سنتاز قابل القا (iNOS[14]) میگردد که به دنبال آن سنتز NO بیش از حد فیزیولوژیک افزایش مییابد و NO نیز با آنیونهای سوپراکسید واکنش داده و با تشکیل پروکسی نیتریت (OONO–) به بافتهای کلیه و DNA آسیب میرساند. علاوه بر این با مهار نمودن ایزوفرم نیتریک اکسید سنتاز اندوتلیالی (eNOS[15]) که دارای اثر حفاظتی و فعالیت ضد چسبندگی میباشد، در جهت افزایش انقباض آرتریولها و در نتیجه کاهش جریان خون کلیوی و میزان فیلتراسیون گلومرولی هم نقش دارد]3[.
