ساختمان يك خط انتقال
2-1-1-ساختمان يك خط انتقال نمونه
اكثر خطوط انتقال ، هوايي مي باشند زيرا خطوط زميني براي انتقال به فواصل زياد بسيار گران تمام مي شوند . هاديهاي خطوط هوايي به وسيله برج هاي مشبك فولادي ( دكل ) يا پايه هاي چوبي ، جهت عايق نمودن هاديها از زمين در هر نوع شرايط جوي و جلوگيري از تماس اتفاقي مي باشد . استفاده از پايه هاي بلند اين امكان را مي دهد تا از اسپان هاي بلند و در نتيجه تعداد پايه هاي كمتري استفاده كرد .
اندازه يا طول مقره بستگي به ولتاژ خط دارد . هرچه ولتاژ قويتر باشد بايستي طول زنجيره مقره بلندتر باشد . هادي ها معمولا از آلومينيوم رشته اي با هسته فولادي است . آلومينيوم هادي خوبي براي الكتريسيته است ، و هسته فولادي موجب مقاوم شدن هادي مي شود . يك هادي مقاوم وسبك را مي توان با فلش (شكم) كمتر در اسپان هاي بلند استفاده نمود .
3-1-1- ولتاژ خط انتقال
نيروي الكتريكي در نيروگاه ها 13800 ولت تا 24000 ولت توليد مي شود . يك ايستگاه ترانسفورماتور افزاينده بعد از نيروگاه ولتاژ را تقويت مي كند تا با بازده بالا انتقال يابد . ولتاژهاي توليدي در نيروگاه تا ولتاژهاي معمول خط انتقال يعني 123000 ولت ، 230000 ولت ، 400000 ولت ، 500000ولت و 765000 ولت افزايش مي يابد . به عنوان يك قاعدﮤ كلي ، اگر ولتاژ 2 برابر گردد انرژيي كه ميتوان انتقال داد بدون افزايش تلفات خط ، چهار برابر مي شود .
در خطوط فشار قوي ( EHV ) مانند مدارهاي 500 كيلو ولت از هادي هاي باندل كه 2 ، 3 يا 4 هادي به وسيله اسپيسر دمپر به يك ديگر متصل مي گردند استفاده مي شود باندل نمودن هادي ها باعث جلوگيري از مشكلات ولتاژ فشار قوي مي گردد . در هر صورت ظرفيت افزايش يافته هادي علاوه بر ولتاژ فشار قوي اجازه مي دهد يك خط 500 كيلو ولت تك مداره تا معادل 8 مدار 230 كيلو ولت انرژي حمل نمايد .
4-1-1- پست هاي سيستم انتقال
پايانه هاي خطوط انتقال در پست ها و سوئيچ ها ياردها ( محوطﮥ كليدها ) قرار دارند . پست هاي برق ، ايستگاه هاي تغيير ولتاژ هستند . ترانسفورماتورها ميتوانند به منظور انتقال مؤثر ولتاژ فشار قوي ، ولتاژ را افزايش و يا براي توضيع نيرو در جاده ها و خيابان ها ، ولتاژ را كاهش دهند .
تجهيزات به گونه اي طراحي شده كه ايستگاه بتواند در صورت خارج شدن قسمتي از مدار ، خط فوق توزيع مربوطه را تغذيه نمايد .
5-1-1- سوئيچ يارد (محوطه كليد ها )
سوئيچ ياردها در پايانه هاي خطوط انتقال قرار دارند . يك سوئيچ يارد شامل كليد هاي قطع كننده ( سكسيونر ها ) ، مدار شكن ها ( ديژنگتورها ) ، رله ها و سيستم هاي ارتباطي براي محافظت مدار مي باشد . سوئيچ يارد اين مكان را ايجاد مي كند كه برق از مدارهاي مختلف عبور كند و اطمينان حاصل شود كه حتي وقتي بعضي از قسمتهاي يك سيستم قدرت خراب مي شود مشتريان به طور مستمر سرويس دريافت دارند .
مدار هاي متعددي كه به داخل يك سوئيچ يارد وارد مي شود به وسيله يك مدار مشترك به نام باس يا شينه به يكديگر ارتباط مي يابند . اصطلاح باس از كلمه اومني باس به معني مجموعه اي از اشياء متعدد يا در اين حالت يك مجموعه اي از مدار ها متعدد است . باس بايستي بتواند جريان خطي زيادي را حمل نمايد بنابراين معمولا شامل هاديهاي خيلي بزرگ يا لوله مسي يا آلومينيومي بزرگ و سخت مي باشد . سوئيچ يارد معمولا در داخل همان محوطه محصور شدة ترانسفورماتور قرار دارد و قسمتي از پست را تشكيل مي دهد .
كليدهاي فشار قوي :
1- سكسيونرها : يكي از كليدهاي فشار قوي بوده كه به دو صورت قابل قطع زير بار و غير قابل قطع زير بار مي باشد . كه به صورت دستي كنترل شده و عمل قطع و وصل انجام مي شود .
2- اتوريكلوزرها : اين كليد براي محافظت مدار و يا شبكه هاي فشار متوسط و قوي استفاده مي شود كه بصورت اتوماتيك عمل مي كنند . عملكرد اين كليد به اين صورت است كه چنانچه در شبكه ما اتصال كوتاهي رخ دهد اين كليد بصورت اتوماتيك 3 يا 4 مرتبه عمل قطع و وصل را انجام مي دهد و چنانچه مشكل شبكه (اتصال كوتاه) برطرف شده باشد به حالت وصل مي ماند و اگر برطرف نشده باشد در قطع و وصل چهارمي ديگر وصل نمي شود .
3- ديژنگتورها : اين كليد به صورت قطع و وصل خودكار مي باشد و بيشتر براي محافظت تجهيزات فشار قوي استفاده مي شود .
4- سكشن آلايزرها : اين كليد عملكردش تقريبا همانند ريكلوزرها مي باشد كه در شبكه هاي شعاعي بعضاً هم حلقوي از اين نوع كليد استفاده مي شود ، كه وظيفه آن كنترل يك قسمت مخصوص است .
6-1-1- ارتباط بين پستها
اپراتور بايد وسايل اندازه گيري و آلارمها (هشداردهنده ها ) كه شرايط ايستگاهها و خطوط منطقه تحت كنترل را نشان مي دهد در اتاق كنترل بازبيني كند . اپراتور مي تواند خارج از نيروگاه و ايستگاه ، كليد ها را به طريق كنترل از راه دور باز و بسته نمايد . اين كنترل عاليه سيستم بستگي به سيستمهاي ارتباطي بين ايستگاهها (مركز ديسپاچينگ ) دارد .
براي انتقال اطلاعات و علائم از ايستگاهي به ايستگاه ديگر از خطوط تلفن ، كابل نوري ،سيستمهاي PLC ، سيستمهاي ماكروويو يا ماهواره اي استفاده مي شود . چون وجود ارتباط مداوم بسيار حياتي مي باشد ، معمولا بيش از يك سيستم ارتباطي در محل وجود دارد تا در صورت خرابي يك سيستم ، بتوان از سيستم ديگري استفاده نمود .
خطوط تلفن يك ارتباط عادي بين ايستگاه ها است . استفاده از كابل نوري در شيلدوايرا بر روي خطوط انتقال ، يك حالت ارتباطي معمول مي باشد .
سيستم plc از هاديهاي خط قدرت براي انتقال اطلاعات استفاده مي نماييم . علائم ارتباطي به وسيله دستگاهي كه شبيه به ترانسفورماتور ولتاژ است ولي در اصل يك ترانسفورماتور كوپلينگ ولتاژ خازني ( ccvt ) مي باشد ،به هاديهاي قدرت ارسال يا از آن دريافت مي شود . به منظور نگهداري علائم انتقالي در قسمتهاي مورد نظر خط قدرت ، تله هاي موج نصب مي گردد. تله موج كه شبيه به يك سيم پيچ استوانه اي بزرگ مي باشد از پيشروي علائم در خط جلوگيري مي نمايد .
ارتباطات ماكروويو بين ايستگاه ها نياز به برج (دكل) همراه با آنتن در هر ايستگاه دارد . آنتن هاي فرستنده و گيرنده ماكروويو نياز به يك ديد مستقيم و بدون وجود هيچ مانعي در بين آنها دارد . بايستي برج هاي ماكروويو در صورت امكان بر روي تپه ها به فاصله 60 تا 100 كيلومتر (35 تا 60 مايل ) نصب گردند تا علائم بين برجها مخابره شود .
7-1-1- استخرهاي قدرت الكتريكي
نيروگاه به وسيله خطوط انتقال در استخرهاي بزرگ منطقه اي يا شبكه هايي كه از مرز هاي شركت هاي برق مي گذرد به يكديگر مرتبط مي شوند . قدرت الكتريكي توسط اين شبكه ها به هر جايي كه نياز باشد ارسال مي گردد . بدين ترتيب اين انرژي مي تواند مثلا در فصل گرما براي تغذيه اوج بارهاي حرارتي به شمال كشور ارسال شود .
لوازم اندازه گيري در پايانه هاي خطوط يا پست هاي تبديل مقدار انرژي كه از مرزهاي سرويس دهي شركت ها عبور مي كند وهمچنين مبالغي كه بايستي بابت آنها پرداخت يا به حساب منظور شود را تعيين مي كنند . بعضي اوقاتيك شركت برق فقط انرژي رااز يك همسايه توليد كننده برق به همسايه ديگر انتقال مي دهد و هزينه اين انتقال (ترانزيت) را دريافت مي دارد .
8-1-1- خاموشي و ضعف ولت
خاموشي بزرگ در شمال شرقي ايالات متحده آمريكا و كانادا در نهم نوامبر 1965 ميلادي بوجود آمد . اشكال يك عنصر در استخر قدرت (شبكه) موجب شروع يك زنجيره واكنشي شد كه منجر به از دست رفتن بيشتر آن شبكه گرديد . از آن زمان پيشرفت طرح هاي حفاظتي آغاز و نصب تجهيزات حفاظتي خوب براي جدا نمودن نقاط معيوب صورت گرفت شركتهاي برق همواره با بهبود طرح هاي حفاظتي ، داراي فرايندهايي هستندكه در صورتي كه تقاضا (ديماند) مشتركين بيش از مقدار انرژي توليد شده سيستم باشد ، عملا ولتاژ شبكه را كاهش مي دهند ويا بار را از سيستم كم مي كنند .
وقتي تقاضاي مشتريان از استخر قدرت بيشتر از مقدار توليد شده يا تامين شده توسط خطوط انتقال باشد ، انداختن بار آخرين مرحله تصميم گيري خواهد بود. قبل از قطع بار ، بايستي ولتاژ شبكه را پايين آورد تا كل انرژي تحويل شده به مشتركين كاهش يابد .
ممكن است مشتركين (مشتريان برق) مشاهده كنند كه روشنايي آنها قدري كم نور شده و موتورهاي روشن ، گرمتر ميشوند .بعضي از شركت هاي برق خارج از كشور هر دو سال يكبار به وسيله كاهش ولتاژ سيستم آزمايشاتي را انجام مي دهند . ضعف ولت معمولا تنها توسط مشتركيني ملاحظه مي شود كه تقريبا كمتر از ولتاژ نرمال در مواقع معمول دريافت مي دارند .
اگر بعد از اينكه عملا ولتاژ سيستم كاهش يافت هنوز نتوان به اندازه كافي تقاضاي مشتركين را تامين كرد ، بايستي ابتدا بعضي از صنايع بزرگ را از مدار خارج كرد . معمولا اين صنايع قراردادي با شركت برق دارند كه اجازه ميدهد بارشان در مقابل نرخ بهتر يا فروش كمتر برق ، كاهش يابد .
در زمستان سرد غير عادي سال ميلادي 1994 – 1993 ، تامين برق مورد تقاضاي مشتركين در واشنگتن D.C بسيار مشكل شد و به جاي اجراي خاموشي گردشي (دوره اي) ، مقدار تقاضا يا مصرف مشتركين به وسيله بستن ساختمانهاي دولتي در سردترين روزها كاهش داده شد .
وقتي همه روشهاي ديگر براي كاهش بار با شكست مواجه مي شود بايستي بار الكتريكي عموم مردم به طور گردشي بر اساس زمان بندي واعلان قبلي كاهش يابد . كاهش بار به طور گردشي (نوبتي) باعث اعمال خاموشي در يك منطقه جغرافيايي معيني براي يك دوره زماني مشخص معمولا 30 تا 60 دقيقه مي شود .
اكثر خطوط انتقال ، هوايي مي باشند زيرا خطوط زميني براي انتقال به فواصل زياد بسيار گران تمام مي شوند . هاديهاي خطوط هوايي به وسيله برج هاي مشبك فولادي ( دكل ) يا پايه هاي چوبي ، جهت عايق نمودن هاديها از زمين در هر نوع شرايط جوي و جلوگيري از تماس اتفاقي مي باشد . استفاده از پايه هاي بلند اين امكان را مي دهد تا از اسپان هاي بلند و در نتيجه تعداد پايه هاي كمتري استفاده كرد .
اندازه يا طول مقره بستگي به ولتاژ خط دارد . هرچه ولتاژ قويتر باشد بايستي طول زنجيره مقره بلندتر باشد . هادي ها معمولا از آلومينيوم رشته اي با هسته فولادي است . آلومينيوم هادي خوبي براي الكتريسيته است ، و هسته فولادي موجب مقاوم شدن هادي مي شود . يك هادي مقاوم وسبك را مي توان با فلش (شكم) كمتر در اسپان هاي بلند استفاده نمود .
3-1-1- ولتاژ خط انتقال
نيروي الكتريكي در نيروگاه ها 13800 ولت تا 24000 ولت توليد مي شود . يك ايستگاه ترانسفورماتور افزاينده بعد از نيروگاه ولتاژ را تقويت مي كند تا با بازده بالا انتقال يابد . ولتاژهاي توليدي در نيروگاه تا ولتاژهاي معمول خط انتقال يعني 123000 ولت ، 230000 ولت ، 400000 ولت ، 500000ولت و 765000 ولت افزايش مي يابد . به عنوان يك قاعدﮤ كلي ، اگر ولتاژ 2 برابر گردد انرژيي كه ميتوان انتقال داد بدون افزايش تلفات خط ، چهار برابر مي شود .
در خطوط فشار قوي ( EHV ) مانند مدارهاي 500 كيلو ولت از هادي هاي باندل كه 2 ، 3 يا 4 هادي به وسيله اسپيسر دمپر به يك ديگر متصل مي گردند استفاده مي شود باندل نمودن هادي ها باعث جلوگيري از مشكلات ولتاژ فشار قوي مي گردد . در هر صورت ظرفيت افزايش يافته هادي علاوه بر ولتاژ فشار قوي اجازه مي دهد يك خط 500 كيلو ولت تك مداره تا معادل 8 مدار 230 كيلو ولت انرژي حمل نمايد .
4-1-1- پست هاي سيستم انتقال
پايانه هاي خطوط انتقال در پست ها و سوئيچ ها ياردها ( محوطﮥ كليدها ) قرار دارند . پست هاي برق ، ايستگاه هاي تغيير ولتاژ هستند . ترانسفورماتورها ميتوانند به منظور انتقال مؤثر ولتاژ فشار قوي ، ولتاژ را افزايش و يا براي توضيع نيرو در جاده ها و خيابان ها ، ولتاژ را كاهش دهند .
تجهيزات به گونه اي طراحي شده كه ايستگاه بتواند در صورت خارج شدن قسمتي از مدار ، خط فوق توزيع مربوطه را تغذيه نمايد .
5-1-1- سوئيچ يارد (محوطه كليد ها )
سوئيچ ياردها در پايانه هاي خطوط انتقال قرار دارند . يك سوئيچ يارد شامل كليد هاي قطع كننده ( سكسيونر ها ) ، مدار شكن ها ( ديژنگتورها ) ، رله ها و سيستم هاي ارتباطي براي محافظت مدار مي باشد . سوئيچ يارد اين مكان را ايجاد مي كند كه برق از مدارهاي مختلف عبور كند و اطمينان حاصل شود كه حتي وقتي بعضي از قسمتهاي يك سيستم قدرت خراب مي شود مشتريان به طور مستمر سرويس دريافت دارند .
مدار هاي متعددي كه به داخل يك سوئيچ يارد وارد مي شود به وسيله يك مدار مشترك به نام باس يا شينه به يكديگر ارتباط مي يابند . اصطلاح باس از كلمه اومني باس به معني مجموعه اي از اشياء متعدد يا در اين حالت يك مجموعه اي از مدار ها متعدد است . باس بايستي بتواند جريان خطي زيادي را حمل نمايد بنابراين معمولا شامل هاديهاي خيلي بزرگ يا لوله مسي يا آلومينيومي بزرگ و سخت مي باشد . سوئيچ يارد معمولا در داخل همان محوطه محصور شدة ترانسفورماتور قرار دارد و قسمتي از پست را تشكيل مي دهد .
كليدهاي فشار قوي :
1- سكسيونرها : يكي از كليدهاي فشار قوي بوده كه به دو صورت قابل قطع زير بار و غير قابل قطع زير بار مي باشد . كه به صورت دستي كنترل شده و عمل قطع و وصل انجام مي شود .
2- اتوريكلوزرها : اين كليد براي محافظت مدار و يا شبكه هاي فشار متوسط و قوي استفاده مي شود كه بصورت اتوماتيك عمل مي كنند . عملكرد اين كليد به اين صورت است كه چنانچه در شبكه ما اتصال كوتاهي رخ دهد اين كليد بصورت اتوماتيك 3 يا 4 مرتبه عمل قطع و وصل را انجام مي دهد و چنانچه مشكل شبكه (اتصال كوتاه) برطرف شده باشد به حالت وصل مي ماند و اگر برطرف نشده باشد در قطع و وصل چهارمي ديگر وصل نمي شود .
3- ديژنگتورها : اين كليد به صورت قطع و وصل خودكار مي باشد و بيشتر براي محافظت تجهيزات فشار قوي استفاده مي شود .
4- سكشن آلايزرها : اين كليد عملكردش تقريبا همانند ريكلوزرها مي باشد كه در شبكه هاي شعاعي بعضاً هم حلقوي از اين نوع كليد استفاده مي شود ، كه وظيفه آن كنترل يك قسمت مخصوص است .
6-1-1- ارتباط بين پستها
اپراتور بايد وسايل اندازه گيري و آلارمها (هشداردهنده ها ) كه شرايط ايستگاهها و خطوط منطقه تحت كنترل را نشان مي دهد در اتاق كنترل بازبيني كند . اپراتور مي تواند خارج از نيروگاه و ايستگاه ، كليد ها را به طريق كنترل از راه دور باز و بسته نمايد . اين كنترل عاليه سيستم بستگي به سيستمهاي ارتباطي بين ايستگاهها (مركز ديسپاچينگ ) دارد .
براي انتقال اطلاعات و علائم از ايستگاهي به ايستگاه ديگر از خطوط تلفن ، كابل نوري ،سيستمهاي PLC ، سيستمهاي ماكروويو يا ماهواره اي استفاده مي شود . چون وجود ارتباط مداوم بسيار حياتي مي باشد ، معمولا بيش از يك سيستم ارتباطي در محل وجود دارد تا در صورت خرابي يك سيستم ، بتوان از سيستم ديگري استفاده نمود .
خطوط تلفن يك ارتباط عادي بين ايستگاه ها است . استفاده از كابل نوري در شيلدوايرا بر روي خطوط انتقال ، يك حالت ارتباطي معمول مي باشد .
سيستم plc از هاديهاي خط قدرت براي انتقال اطلاعات استفاده مي نماييم . علائم ارتباطي به وسيله دستگاهي كه شبيه به ترانسفورماتور ولتاژ است ولي در اصل يك ترانسفورماتور كوپلينگ ولتاژ خازني ( ccvt ) مي باشد ،به هاديهاي قدرت ارسال يا از آن دريافت مي شود . به منظور نگهداري علائم انتقالي در قسمتهاي مورد نظر خط قدرت ، تله هاي موج نصب مي گردد. تله موج كه شبيه به يك سيم پيچ استوانه اي بزرگ مي باشد از پيشروي علائم در خط جلوگيري مي نمايد .
ارتباطات ماكروويو بين ايستگاه ها نياز به برج (دكل) همراه با آنتن در هر ايستگاه دارد . آنتن هاي فرستنده و گيرنده ماكروويو نياز به يك ديد مستقيم و بدون وجود هيچ مانعي در بين آنها دارد . بايستي برج هاي ماكروويو در صورت امكان بر روي تپه ها به فاصله 60 تا 100 كيلومتر (35 تا 60 مايل ) نصب گردند تا علائم بين برجها مخابره شود .
7-1-1- استخرهاي قدرت الكتريكي
نيروگاه به وسيله خطوط انتقال در استخرهاي بزرگ منطقه اي يا شبكه هايي كه از مرز هاي شركت هاي برق مي گذرد به يكديگر مرتبط مي شوند . قدرت الكتريكي توسط اين شبكه ها به هر جايي كه نياز باشد ارسال مي گردد . بدين ترتيب اين انرژي مي تواند مثلا در فصل گرما براي تغذيه اوج بارهاي حرارتي به شمال كشور ارسال شود .
لوازم اندازه گيري در پايانه هاي خطوط يا پست هاي تبديل مقدار انرژي كه از مرزهاي سرويس دهي شركت ها عبور مي كند وهمچنين مبالغي كه بايستي بابت آنها پرداخت يا به حساب منظور شود را تعيين مي كنند . بعضي اوقاتيك شركت برق فقط انرژي رااز يك همسايه توليد كننده برق به همسايه ديگر انتقال مي دهد و هزينه اين انتقال (ترانزيت) را دريافت مي دارد .
8-1-1- خاموشي و ضعف ولت
خاموشي بزرگ در شمال شرقي ايالات متحده آمريكا و كانادا در نهم نوامبر 1965 ميلادي بوجود آمد . اشكال يك عنصر در استخر قدرت (شبكه) موجب شروع يك زنجيره واكنشي شد كه منجر به از دست رفتن بيشتر آن شبكه گرديد . از آن زمان پيشرفت طرح هاي حفاظتي آغاز و نصب تجهيزات حفاظتي خوب براي جدا نمودن نقاط معيوب صورت گرفت شركتهاي برق همواره با بهبود طرح هاي حفاظتي ، داراي فرايندهايي هستندكه در صورتي كه تقاضا (ديماند) مشتركين بيش از مقدار انرژي توليد شده سيستم باشد ، عملا ولتاژ شبكه را كاهش مي دهند ويا بار را از سيستم كم مي كنند .
وقتي تقاضاي مشتريان از استخر قدرت بيشتر از مقدار توليد شده يا تامين شده توسط خطوط انتقال باشد ، انداختن بار آخرين مرحله تصميم گيري خواهد بود. قبل از قطع بار ، بايستي ولتاژ شبكه را پايين آورد تا كل انرژي تحويل شده به مشتركين كاهش يابد .
ممكن است مشتركين (مشتريان برق) مشاهده كنند كه روشنايي آنها قدري كم نور شده و موتورهاي روشن ، گرمتر ميشوند .بعضي از شركت هاي برق خارج از كشور هر دو سال يكبار به وسيله كاهش ولتاژ سيستم آزمايشاتي را انجام مي دهند . ضعف ولت معمولا تنها توسط مشتركيني ملاحظه مي شود كه تقريبا كمتر از ولتاژ نرمال در مواقع معمول دريافت مي دارند .
اگر بعد از اينكه عملا ولتاژ سيستم كاهش يافت هنوز نتوان به اندازه كافي تقاضاي مشتركين را تامين كرد ، بايستي ابتدا بعضي از صنايع بزرگ را از مدار خارج كرد . معمولا اين صنايع قراردادي با شركت برق دارند كه اجازه ميدهد بارشان در مقابل نرخ بهتر يا فروش كمتر برق ، كاهش يابد .
در زمستان سرد غير عادي سال ميلادي 1994 – 1993 ، تامين برق مورد تقاضاي مشتركين در واشنگتن D.C بسيار مشكل شد و به جاي اجراي خاموشي گردشي (دوره اي) ، مقدار تقاضا يا مصرف مشتركين به وسيله بستن ساختمانهاي دولتي در سردترين روزها كاهش داده شد .
وقتي همه روشهاي ديگر براي كاهش بار با شكست مواجه مي شود بايستي بار الكتريكي عموم مردم به طور گردشي بر اساس زمان بندي واعلان قبلي كاهش يابد . كاهش بار به طور گردشي (نوبتي) باعث اعمال خاموشي در يك منطقه جغرافيايي معيني براي يك دوره زماني مشخص معمولا 30 تا 60 دقيقه مي شود .
اضافه ولتاژ در شبكه
اضافه ولتاژ در شبکهطبق
استاندارد بين المللي ، ايزولاسيون تجهيزات فشار قوي در هر سطح ولتاژي با
در نظر گرفتن اضافه ولتاژهاي موجي پيش بيني و ساخته مي شود . اضافه
ولتاژها به عنوان تهديدي جدي براي ايزولاسيون تجهيزات فشار قوي مي باشند كه
موجب بروز قوس الكتريكي بروي تجهيزات ميشود؛ كه اگر ين قوس بصورت داخلي
باشد موجب انفجار و انهدام تجهيز مي گردد.
برقگيرهاي فشار قوي براي جلوگيري از بوجود آمدن هر نوع قوسي بروي تجهيزات در نظر گرفته ميشود و با توجه به سطح ولتاژ ، با تجهيزات ديگر بصورت موازي نصب مي گردد.
منبع اضافه ولتاژ ميتواند به شرح ذيل باشد:
الف : اضافه ولتاژهاي موقت: افزايش ولتاژهاي با فركانس 50 هرتز شبكه بهن.ان اضافه ولتاژهاي موقت ناميده مي شود و به دو صورت در شبكه ها ايجاد ميشود .
1- اضافه ولتاژهاي موقت دراز مدت ( بيش از يك دقيقه ):
اين نوع اضافه ولتاژها با افزايش محدود دامنه به ميزان 5 تا 10 درصد ( با ضريب اضافه ولتاژ 05/1 تا 1/1 ) كه به علت تغييرات توان هاي اكتيو و راكتيو بار شبكه در 24 ساعت است ايجاد مي شود .
2- اضافه ولتاژها موقت كوتاه مدت ( كمتر از يك دقيقه):
اين نوع اضفه ولتاژها با افزايش دامنه به ميزان 20 تا 80 درصد (با ضريب اضافه ولتاژ 2/1 تا 8/1 ) در كمتر از يك دقيقه بر اثر اتصالي يك فاز به زمين و لفزايش ولتاژهاي فازي سالم ايجاد مي شود .
ب : اضافه ولتاژهاي موجي :اين نوع اضافه ولتاژها با فاصله زماني بسيار كم ( از 2 تا 3 ميلي ثانيه ) بروي نيم پريود ولتاژ سينوسي ظاهر ميشود.با توجه به فاصله زماني محدود آن ( در حدود 300-50 ميكرو ثانيه) .اضافه ولتاژها در مقايسه با منحني سينوسي فركانس 50 هرتز با دامنه بزرگتري همراه خواهد بود لذا بدانها اضافه ولتاژ موجي (يا ضربه اي ) اتلاق ميشود.
اين نوع اضافه ولتاژها ناشي از دو عاملند :
1- پديده تخليه جوي : با ايجاد رعد و برق بين ابرهاي آسمان وهادي هاي فاز شبكه اضافه ولتاژ صاعقه ايجاد مي شود.
2- پديده بروز برگشت جرقه ( يا كليد زني ) : كه اين نوع اضافه ولتاژ در نوع خود جالب و بسيار مخرب است . هنگامي
كه در مسير جريان بار شبكه ، پارگي يا قطع هادي هاي فاز به گونه اي رخ دهد كه فاصله هادي ها در محل قطع ناچيز باشد آنگاه جريان بار از طريق قوس الكتريكي در نقطه پارگي هادي ايجاد مي شود .قوس الكتريكي بطور طبيعي در لحظات صفر سينوسي خاموش شده و جريان عبوري به مدت زمان 100 – 50 ميكرو ثانيه قطع ميشود . پس از قطع جريان ، ولتاژ دو سر پارگي ( يا قطع ) هادي پس از خاتمه حالت هاي گذراي مدار به حالت ماندگار خود مي رسد كه بسته به نوع مدار ( سلفي يا خازني ) ممكن است تا دو برابر ولتاژ شبكه نيز برسد . از لحظه قطع كامل جريان تا رسيدن آن به وضعيت ماندگار ( كه داراي شرايط حالت گذرا است ) ولتاژ ايجاد شده به ولتاژ گذراي برگشتي معروف است . اين ولتاژ برگشتي دو تاثير عمده دارد اول آنكه پيك اين ولتاژ مي تواند به چند برابر پيك ولتاژ شبكه برسد كه تجهيزات عايقي ممكن است تحمل اين ولتاژ را نداشته باشند و منجر به پديده برگشت جرقه گردد . دوم آنكه سرعت افزايش ولتاژ برگشتي از مقدار اوليه كه صفر فرض شد تا اولين پيك گذراي آن نيز عامل مهمي در برگشت جرقه است .
از مهمترين عوامل بوجود آمدن چنين اضافه ولتاژهايي پارگي يا قطع هادي در مسير جريان و درنقطه اتصال در محل برج هاي انتهايي ، در داخل محفظه قطع بريكر ها در هنگام جدا شدن كنتاكتها و خفه شدن قوس و در هنگام باز نمودن ديسكانكتهاي قابل قطع زير بار مي باشند . البته در زمان وصل كليدهاي قدرت نيز امكان برگشت جرقه وجود دارد لذا به اين نوع اضافه ولتاژها ، اضافه ولتاژهاي كليد زني (سوئيچينگ ) نيز مي گويند.
به منظور جلوگيري از بوجود آمدن قوس ، كافي است دامنه ولتاژهاي موجي تا كمتر از سطح BIL (Basic Insulation Level ) كاهش يابد( در حدود 80 تا 85 درصد ) . كاهش دامنه ولتاژهاي موجي از طريق تخليه بارها از هادي فاز به زمين و هم زمان با تخليه ابرها به هادي فاز صورت مي گيرد . به عبارت ديگر در طول مدت برقرار تخليه از ابر هادي هاي فاز به طور موقت زمين شده تا مانع تجمع بارهاي ناشي از ابر در هادي هاي فاز گردد كه نتيجتاً مانع از ظهور ولتاژ موجي با دامنه قابل ملاحظه خواهد شد .ارتباط مستقيم هادي فاز با زمين در طول مدت تخليه توسط برقگيرها (Lighting Arrester or Surge Arrester ) صورت مي گيرد . سطح يا دامنه ولتاژهاي موجي قابل قبول در پست هاي فشار قوي ، به عنوان سطح محافظت پست (PL) بيان ميشود ( protection level ) كه آن هم برابر است با : PL = ( 0.8 – 0.85 ) × BIL
برقگيرهاي فشار قوي براي جلوگيري از بوجود آمدن هر نوع قوسي بروي تجهيزات در نظر گرفته ميشود و با توجه به سطح ولتاژ ، با تجهيزات ديگر بصورت موازي نصب مي گردد.
منبع اضافه ولتاژ ميتواند به شرح ذيل باشد:
الف : اضافه ولتاژهاي موقت: افزايش ولتاژهاي با فركانس 50 هرتز شبكه بهن.ان اضافه ولتاژهاي موقت ناميده مي شود و به دو صورت در شبكه ها ايجاد ميشود .
1- اضافه ولتاژهاي موقت دراز مدت ( بيش از يك دقيقه ):
اين نوع اضافه ولتاژها با افزايش محدود دامنه به ميزان 5 تا 10 درصد ( با ضريب اضافه ولتاژ 05/1 تا 1/1 ) كه به علت تغييرات توان هاي اكتيو و راكتيو بار شبكه در 24 ساعت است ايجاد مي شود .
2- اضافه ولتاژها موقت كوتاه مدت ( كمتر از يك دقيقه):
اين نوع اضفه ولتاژها با افزايش دامنه به ميزان 20 تا 80 درصد (با ضريب اضافه ولتاژ 2/1 تا 8/1 ) در كمتر از يك دقيقه بر اثر اتصالي يك فاز به زمين و لفزايش ولتاژهاي فازي سالم ايجاد مي شود .
ب : اضافه ولتاژهاي موجي :اين نوع اضافه ولتاژها با فاصله زماني بسيار كم ( از 2 تا 3 ميلي ثانيه ) بروي نيم پريود ولتاژ سينوسي ظاهر ميشود.با توجه به فاصله زماني محدود آن ( در حدود 300-50 ميكرو ثانيه) .اضافه ولتاژها در مقايسه با منحني سينوسي فركانس 50 هرتز با دامنه بزرگتري همراه خواهد بود لذا بدانها اضافه ولتاژ موجي (يا ضربه اي ) اتلاق ميشود.
اين نوع اضافه ولتاژها ناشي از دو عاملند :
1- پديده تخليه جوي : با ايجاد رعد و برق بين ابرهاي آسمان وهادي هاي فاز شبكه اضافه ولتاژ صاعقه ايجاد مي شود.
2- پديده بروز برگشت جرقه ( يا كليد زني ) : كه اين نوع اضافه ولتاژ در نوع خود جالب و بسيار مخرب است . هنگامي
كه در مسير جريان بار شبكه ، پارگي يا قطع هادي هاي فاز به گونه اي رخ دهد كه فاصله هادي ها در محل قطع ناچيز باشد آنگاه جريان بار از طريق قوس الكتريكي در نقطه پارگي هادي ايجاد مي شود .قوس الكتريكي بطور طبيعي در لحظات صفر سينوسي خاموش شده و جريان عبوري به مدت زمان 100 – 50 ميكرو ثانيه قطع ميشود . پس از قطع جريان ، ولتاژ دو سر پارگي ( يا قطع ) هادي پس از خاتمه حالت هاي گذراي مدار به حالت ماندگار خود مي رسد كه بسته به نوع مدار ( سلفي يا خازني ) ممكن است تا دو برابر ولتاژ شبكه نيز برسد . از لحظه قطع كامل جريان تا رسيدن آن به وضعيت ماندگار ( كه داراي شرايط حالت گذرا است ) ولتاژ ايجاد شده به ولتاژ گذراي برگشتي معروف است . اين ولتاژ برگشتي دو تاثير عمده دارد اول آنكه پيك اين ولتاژ مي تواند به چند برابر پيك ولتاژ شبكه برسد كه تجهيزات عايقي ممكن است تحمل اين ولتاژ را نداشته باشند و منجر به پديده برگشت جرقه گردد . دوم آنكه سرعت افزايش ولتاژ برگشتي از مقدار اوليه كه صفر فرض شد تا اولين پيك گذراي آن نيز عامل مهمي در برگشت جرقه است .
از مهمترين عوامل بوجود آمدن چنين اضافه ولتاژهايي پارگي يا قطع هادي در مسير جريان و درنقطه اتصال در محل برج هاي انتهايي ، در داخل محفظه قطع بريكر ها در هنگام جدا شدن كنتاكتها و خفه شدن قوس و در هنگام باز نمودن ديسكانكتهاي قابل قطع زير بار مي باشند . البته در زمان وصل كليدهاي قدرت نيز امكان برگشت جرقه وجود دارد لذا به اين نوع اضافه ولتاژها ، اضافه ولتاژهاي كليد زني (سوئيچينگ ) نيز مي گويند.
به منظور جلوگيري از بوجود آمدن قوس ، كافي است دامنه ولتاژهاي موجي تا كمتر از سطح BIL (Basic Insulation Level ) كاهش يابد( در حدود 80 تا 85 درصد ) . كاهش دامنه ولتاژهاي موجي از طريق تخليه بارها از هادي فاز به زمين و هم زمان با تخليه ابرها به هادي فاز صورت مي گيرد . به عبارت ديگر در طول مدت برقرار تخليه از ابر هادي هاي فاز به طور موقت زمين شده تا مانع تجمع بارهاي ناشي از ابر در هادي هاي فاز گردد كه نتيجتاً مانع از ظهور ولتاژ موجي با دامنه قابل ملاحظه خواهد شد .ارتباط مستقيم هادي فاز با زمين در طول مدت تخليه توسط برقگيرها (Lighting Arrester or Surge Arrester ) صورت مي گيرد . سطح يا دامنه ولتاژهاي موجي قابل قبول در پست هاي فشار قوي ، به عنوان سطح محافظت پست (PL) بيان ميشود ( protection level ) كه آن هم برابر است با : PL = ( 0.8 – 0.85 ) × BIL
بهينه سازي وزن دكلها
بهينه سازي ابعاد وزن دكلهاوقتي هدف، بهينه‌سازي ابعاد و وزن دكلهاي خطوط انتقال نيرو باشد، طبيعي است‌عوامل مختلفي از جمله مشخصه هاديها، آرايش فازها و فاصله آنها تا دكلها در اين امردخالت دارد. گرچه نقش هر يك از عوامل جوي و محيطي، بسيار مهم است، اما فاصله‌هاديها تا بدنه يا بازوي برجها، نقش مؤثرتري را در طراحي ابعاد و وزن دكلها يا برجهاي‌خطوط انتقال نيرو دارد.
در اين نوشتار ضمن بررسي عوامل مختلف در محاسبه فواصل فازي، تأثير آنها درطراحي دكلهاي موجود نيز مورد بحث و بررسي قرار گرفته است. همچنين ابعاد دكلهاي‌طراحي شده در كشور ايران با چند نمونه از دكلهاي مربوط به خطوط انتقال نصب شده درچند كشور خارجي مقايسه شده است. نتايج اين بررسيها نشان ميدهد در طراحي دكلهاي خطوط انتقال نيرو، فواصل فازها از بدنه دكلها و از يكديگر، بيشتر از حد مورد نيازاست كه اين امر نشانگر در نظر گرفتن ضريب اطمينان بالا بوده كه موجب افزايش وزن‌آنها و در نتيجه قيمت خطوط انتقال نيرو ميشود.
گرچه ابعاد و وزن دكلها به عوامل بسيارمتعددي از جمله فاصله اسپن، سرعت و زاويه‌وزش باد، ضخامت يخ، وزن و قطر هادي وعوامل ديگر وابسته است اما در يك شرايطمعين، فواصل فازها يكي از عوامل مهم ومؤثر در طراحي دكلهاي خطوط انتقال نيرواست. با افزايش فاصله هاديها از بدنه يا بازوي دكلها، نيروي تحميلي بر آنها تغيير مي‌كند كه اين امر سبب افزايش ابعاد، وزن وقيمت آنها ميشود. توجه به اين بخش از طراحي، ميتواند عامل مؤثري در كاهش‌هزينه‌هاي مربوط به ساخت دكلها و در نتيجه‌سرمايه‌گذاري خطوط انتقال نيرو باشد.
بررسي فواصل فازي در مراجع مختلف‌نشان ميدهد با وجود مدلها و روابط متعددي كه براي محاسبه فواصل فازي ارايه شده است، در عمل فواصل فازها حتي در شرايط محيطي يكسان، برابر نيست كه وجود دكلهاي متنوع با ابعاد و وزن مختلف درشبكه‌هاي برق‌رساني ايران مؤيد اين مطلب است. لذا با توجه به اهميت فواصل فازها وجاي‌گذاري هاديها در طراحي دكلها، پهناي باند عبور و در نتيجه سرمايه‌گذاري خطوط انتقال نيرو، در اين نوشتار مورد بحث و بررسي‌قرار مي‌گيرد.
معيار انتخاب فواصل فازي
در خطوط انتقال نيرو فاصله فازها تا بدنه‌برجها يا فاصله فاز تا فاز به عوامل متعددي ازجمله اضافه ولتاژها، شرايط جوي و محيطي وساير مشخصات فني خطوط، وابسته است امابه هر حال دامنه تغييرات آن قابل محاسبه‌است. از طرفي با توجه به اين كه ممكن است اضافه ولتاژها يا پديده‌هاي جوي رخ دهد، لذافاصله فازها ميتواند با پذيرش احتمال كم يازياد براي وقوع جرقه در فواصل هوايي،افزايش يا كاهش يابد. براي روشن شدن‌مطلب، به تأثيرگذاري عوامل مؤثر و مختلف‌در اين زمينه به طور اختصار اشاره ميشود.
الف) عوامل موثر در فواصل فازي
در محاسبه حداقل فاصله فازها تا بدنه‌دكلها عوامل متعددي دخالت دارد كه از جمله‌مي‌توان به اين موارد اشاره كرد:
- ولتاژ خط انتقال
- وزن و قطر هاديها
- قطر يخ روي هاديها
- درجه حرارت هاديها
- سرعت و زاويه وزش باد
- شرايط جوي و محيطي مسير
- فلش هاديها
- فاصله پايه‌ها
- قابليت اطمينان يا درصد ريسك‌پذيري.
اين عوامل عمدتا در نزديك‌سازي‌فاصله فازها به بدنه دكلها در شرايط وزش باددخالت دارند. اما در هر شرايطي، حداقل‌فاصله فازها تا بدنه دكلها در هر جهت نبايد ازرقمي كه از طريق اضافه ولتاژهاي ناشي از كليدزني يا صاعقه به وجود مي‌آيند كمترباشد. شايان ذكر است كه در برخي از مراجع،سرعت باد ماكزيمم در زمان وقوع حداكثراضافه ولتاژ، منظور نمي‌شود.
ب) حداقل فاصله افقي هادي تا دكل
در جاي‌گذاري هاديها در روي دكلها بايددقت شود كه فاصله هاديها با بدنه يا بازوي‌دكلها در هيچ قسمت، از مقدار مشخصي،كمتر نباشد اين فاصله تابعي از مقدار اضافه ولتاژهاي ناشي از صاعقه و كليدزني و درصد ريسك‌پذيري است. براي محاسبه حداقل‌فاصله هوايي يا فاصله هادي تا بدنه،ميتوان از اين روابط استفاده كرد:
رابطه (2) نيز حداقل فاصله هوايي از ديدگاه اضافه ولتاژ ناشي از صاعقه را نشان ميدهد:
در اين رابطه داريم:
LS - حداقل فاصله هوايي بر مبناي اضافه‌ولتاژ كليدزني به متر
VS - اضافه ولتاژ ناشي از كليدزني به‌كيلوولت
LL - حداقل فاصله هوايي بر مبناي اضافه‌ولتاژ صاعقه به متر
VL - اضافه ولتاژ ناشي از صاعقه به كيلوولت
براي محاسبه حداقل فاصله هوايي درهر سطح از ولتاژ لازم است، با توجه به مقاديراضافه ولتاژهاي ناشي از كليدزني و صاعقه،حداقل فاصله هوايي محاسبه شود.
ضمنا براي سهولت مقايسه و محاسبه،حداقل فاصله هوايي مجاز فازها تا بدنه‌دكلها با توجه به روابط (1 و 2) و برحسب‌مقادير مختلفي از اضافه ولتاژهاي صاعقه وكليدزني نيز محاسبه شده است. حداقل فاصله هوايي، تنها به مقدار ولتاژ بستگي ندارد، بلكه‌تابعي از نوع اضافه ولتاژ نيز است. به عبارت‌ديگر اين مطلب نشان ميدهد كه ولتاژشكست هوا ضمن اين كه به قدر مطلق ولتاژبستگي دارد، به شكل موج آن نيزوابسته است‌به عبارت ديگر براي مقادير يكساني از اضافه ولتاژهاي صاعقه و كليدزني، حداقل فاصله‌هوايي مجاز يا فواصل فازها از يكديگر (يا بابدنه دكلها) براي اضافه ولتاژ كليدزني بيشتراز اضافه ولتاژ ناشي از صاعقه است.
فاصله فاز تا بدنه دكل
در صورتي كه زنجيره مقره‌ها در اثر وزش‌باد دچار نوسان نشود، حداقل فاصله فاز تا بدنه دكلها را ميتوان معادل L در نظر گرفت‌كه مقدار آن برابر LL ياLS (هر كدام بزرگترباشد) است. اما در عمل وزش باد سبب انحراف زنجيره مقره‌ها به سمت دكلهامي‌شود كه اين اقدام موجب نزديك شدن‌فازها به بدنه يا بازوي دكلها ميشود. لذا اگر هدف، تعيين محل مناسب براي نصب‌زنجيره مقره‌ها باشد بايد اين مطلب مدنظرقرار گيرد.
شماي كلي بخشي از دكل راهمراه با زنجيره مقره‌ها نشان ميدهد. در اين‌شكل fزاويه انحراف زنجيره مقره‌ها، dhميزان پيشروي افقي هاديها به سمت دكل و dvفاصله هادي تا بازوي دكل در حالت‌انحراف زنجيره مقره‌ها و Lin طول زنجيره‌مقره‌هاست. با توجه به شكل فوق ميزان پيشروي زنجيره مقره‌ها به سمت بدنه دكل رامي‌توان از رابطه 3به دست آورد.
با توجه مقدار dh حداقل فاصله فاز تا بدنه(D) به دست مي‌آيد.
وزش باد علاوه بر اين كه فاصله افقي هاديهاتا دكل را كاهش ميدهد، سبب كاهش‌فاصله عمودي هاديها تا بازوي دكل (dv) نيزمي‌شود. لذا در انتخاب طول زنجيره مقره‌هابايد دقت شود كه هيچ وقت مقدار dv از Lكمتر انتخاب نشود. اما اگر مقدار dv از حدمجاز كاهش يابد طول زنجيره مقره‌ها بايد باتوجه به رابطه (6) اصلاح شود:
با جاي‌گذاري مقدار معادل Lin در رابطه (5)مقدار D به صورت روابط (7) و (8) محاسبه ميشود.
زاويه انحراف زنجيره مقره‌ها را ميتوان ازرابطه (9) به دست آورد. در اين رابطه Vسرعت وزش باد برحسب متر بر ثانيه، dقطرهادي بر حسب متر، w وزن يك متر از طول‌هادي برحسب كيلوگرم و Sh و Svاسپنهاي بادو وزن است.
همان طور كه ملاحظه ميشود فاصله هاديهاتا بدنه دكلها به سرعت باد، شرايط آب وهوايي منطقه، نوع هادي و فاصله دكلهاوابسته است. به عبارت ديگر هر چه زاويه‌انحراف زنجيره مقره‌ها بيشتر باشد فاصله فازها بايد زيادتر انتخاب شود. در شرايطمتعارف، مقدار tanf در محدوده 4/0 تا 6/0 تغيير مي‌كند، لذا در اين حالتها مقدار Kدرمحدوده 4/1 تا 6/1تغيير مي‌كند (اگر زنجيره‌مقره‌ها به صورت V شكل نصب شود K حدود
1/1 تا 2/1 خواهد بود) لذا با توجه به مقاديراضافه ولتاژهاي مندرج در جدول (1) و در نظرگرفتن K مساوي 1/1 و 1/4 براي آرايش Vو I مقره‌ها، حداقل فاصله هاديها تا بدنه‌دكلها (D) محاسبه و نتيجه در جدول (3) درج‌شده است. در اين محاسبات براي ولتاژ 400كيلوولت از مقدار ماكزيمم Ls و براي سايرسطوح ولتاژ از ارقام ماكزيمم LL استفاده شده‌است.
لازم به توضيح است كه تنظيم فاصله‌هاديها در سر دكلها به معني مناسب بودن‌فواصل فازي در خط انتقال نيست، بلكه بايدفاصله فازها در وسط پايه‌ها نيز كنترل شود.چون ممكن است در اثر وزش باد، فواصل هاديها از حد مجاز كمتر شود. در چنين‌شرايطي، بايد فاصله هاديها در سر دكلهابيشتر از ارقام محاسبه شده منظور شود تا در وسط پايه‌ها مشكلي ايجاد نشود.
فواصل فازي
براي بررسي فواصل فازي متداول درخطوط انتقال نيروي كشور، مقادير فواصل‌هوايي و فازي كه از روش محاسباتي فوق به‌دست آمده است با مقادير مشابه آنها كه درمراجع مختلف درج شده مورد مقايسه قرار مي‌گيرد. در ادامه نوشتار مقادير مربوط به اين‌عوامل ارزيابي ميشود.
الف) فواصل فازها در دكلهاي شبكه‌برق‌رساني كشور
بررسي دكلهاي نصب شده در سطح‌شبكه‌هاي برق‌رساني كشور، نشان مي‌دهدكه ابعاد آنها داراي تفاوتهاي محسوسي است.گرچه بخشي از اين اختلافات مربوط به‌شرايط آب و هوايي منطقه است، اما قسمت‌ديگر به ناهماهنگ‌بودن معيارهاي طراحي ازجمله انتخاب ضرايب اطمينان طراحي‌مرتبط ميشود. جدول (4) دامنه تغييرات‌فواصل فازها در چند نمونه از دكلهاي خطوطانتقال نيروي كشور را نشان ميدهد.
ب) مقادير واقعي در چند خط انتقال‌خارج از كشور
براي نتيجه‌گيري بهتر، وضعيت فاصله‌فازي در چند نمونه از خطوط انتقال نيرو نصب‌شده در كشورهاي اروپايي و آمريكايي كه ازمراجع مختلف استخراج شده مورد مطالعه قرارگرفت. با توجه به بررسيهاي انجام شده، فاصله هاديها تا بدنه دكلها محاسبه و نتيجه‌در جدول (5) درج شد. همان طور كه از اين‌جدول پيداست اختلاف محسوسي بين ارقام اين جدول با ديگر مراجع، وجود دارد. گرچه‌بخشي از اين اختلافات مربوط به شرايط آب وهوايي مسير است اما عامل ديگر، تفاوت در بكارگيري معيارهاي طراحي است.
ج) حداقل مجاز در NESC
از آن جا كه هدف، مقايسه فواصل هوايي‌محاسبه شده در مراجع مختلف است، لذامقادير توصيه شده توسط NESCنيز موردبررسي و مقايسه قرار مي‌گيرد. البته چون دراين مرجع ولتاژهاي معادل سطوح ولتاژ استاندارد كشور وجود ندارد، لذا فواصل هوايي‌ولتاژهاي نزديك (سطوح ولتاژ 69 ، 138 و 230)، انتخاب و فواصل، با توجه به‌سطوح ولتاژ كشور، اصلاح شده است. جدول(6) حداقل فاصله هوايي مجاز و فاصله هادي‌تا دكل را در چهار سطح ولتاژ استاندارد كشورايران نشان ميدهد.
مقايسه فواصل فازي
بررسيهاي انجام شده در اين نوشتارنشان ميدهد روشهاي بكار گرفته شده درمراجع مختلف براي محاسبه فواصل فازي،متفاوت بوده كه اين امر باعث بروز اختلافات‌محسوسي در مقادير فاصله فازها تا بدنه دكلها شده است.
با توجه به آن چه گفته شد و براي سهولت‌مقايسه، نتايج مطالعات انجام شده دربخشهاي قبلي در جدول (7) درج شده است.در اين جدول حالتهاي اول، دوم، سوم و چهارم‌مربوط به اين شرايط است:
- حالت اول: نتايج محاسبات
- حالت دوم: استاندارد NESC
- حالت سوم: خطوط نصب شده در چند كشورخارجي
- حالت چهارم: خطوط نصب شده در شبكه‌برق‌رساني ايران .
گرچه بخشي از اختلاف ارقام موجود دراين جدول مربوط به شرايط محيطي است، امابه هر حال فواصل هاديها تا دكلهاي خطوطنصب شده در كشور ايران از حد متعارف بيشتراست كه بايد مورد بازنگري و ارزيابي قرارگيرند.
با توجه به اين كه بهينه‌سازي ابعاد و وزن‌دكلها يا برجهاي خطوط انتقال نيرو بدون‌بكارگيري معيارهاي مناسب در محاسبه‌فواصل فازي ميسر نيست لذا بايد اين اقدام‌مهم در طراحي خطوط انتقال نيرو بخصوص طراحي دكلها به طور جدي مورد توجه قرارگيرد. بديهي است استانداردهاي دكلهاي‌خطوط انتقال نيرو بدون توجه به اين مهم، نمي‌تواند از مطلوبيت كافي برخوردار باشد.
نتيجه:
بررسيهاي مقدماتي انجام شده در اين‌نوشتار نشان ميدهد كه معيارهاي موجودبراي محاسبه فواصل فازي در كشور داراي‌ضريب اطمينان بالايي است كه اين امر سبب‌افزايش بي‌مورد ابعاد و وزن دكلهاي خطوطانتقال نيرو ميشود.
بررسي و مقايسه فواصل فازي ابعاددكلهاي خطوط انتقال نيروي موجود در كشورايران با تعدادي از مراجع نشان ميدهد كه دربسياري موارد امكان كاهش ابعاد آن، ميسراست. از آن جا كه مشخصات فني دكلها مستقيما به فواصل فازها تا بدنه دكل ودرنتيجه به نيروهاي تحميلي بر آنها وابسته‌است، به طور طبيعي بهينه‌سازي ابعاد و وزن‌دكلها بدون انتخاب معيار مناسب براي تعيين‌فواصل فازي ميسر نيست، بنابراين توصيه ميشود در بازنگري استاندارد دكلهاي مربوطبه خطوط انتقال نيروي كشور به اين نكته‌مهم توجه شود.
منابع:
1- قدرت‌ا...حيدري، كتاب طراحي الكتريكي‌خطوط انتقال نيرو، انتشارات تابش برق،شركت برق منطقه‌اي تهران، بهمن 1379.
2- قدرت‌ا...حيدري، >نقش قيمت زمين درآرايش هاديها، شكل برجها و ولتاژ خطوطانتقال نيرو3- P.P.Rawliey,"Transmission anddistribution",Katson Publishing Ho-use, Second edition, June 1982,India.
4- Transmission Line referencebook, 345KV and above, ElectricPower Research Institute (EPRI)second edition , 1982, Palo Alto,California, .
5- Turan Gonen, "Modern PowerSystem Analysis", A.Willey- Inte-rnational Publication , John Wileyand Sons, 1987.
6- A.J.Pansini, "Basics of ElectricalPowr Transmission",by Prentice Hall,Inc., Englewood Cliffs, New Jersy,1990.
7- Proceeding of Compact trans-mission Line, CIGRE symposium,Lenningrad-Russia, 1991.
8- Gh.Heidari, M.Heidari, "Effect ofLand on transmission linedesign", CIGRE, Paris, Sept.2002.
تداخل خطوط هوايي
تداخل خطوطتداخل خطوط ميادين الكترومغناطيسي با لوله هاي حفاري شده:
الزامات و تذكرات
خلاصه
خطوط انتقال به عنوان منابع عمده ميدان مغناطيسي مورد توجه مي باشند.
در سالهاي اخير تداخل ميدان الكترومغناطيسي (EMF) با خطوط لوله هاي حفاري شده، مورد توجه بسياري قرار گرفته است. تداخل ميادين الكترومغناطيسي با لوله هاي قرار گرفته در كريدورهاي مورد استفاده، يكي از مشكلات واقعي و جدي است كه هم سلامت اپراتور و هم يكپارچگي خطوط انتقال را به خطر مي اندازد.
نصب خطوط لوله در كريدورهاي مورد استفاده انرژي كه حاوي خطوط انتقال با AC بالا مي باشند باعث مي شود اين خطوط ولتاژ AC توليد كنند.
اين حالت موجب مي شود در سيستم انتقال بي تعادلي ايجاد شود و وجود ولتاژهاي بالا نزديك به سيستم هاي برجهاي زميني انتقال موجب بروز خطاهاي فازي مي گردد.
زماني كه ولتاژ AC در يك دوره زماني طولاني بر روي خط لوله وجود داشته باشد مي تواند خطرناك بوده و به طور بالقوه براي پرسنل اجرايي هنگام تماس با خطوط لوله يا ملحقات آن تهديدآميز است. علاوه بر اين خوردگي لوله منتج از تخليه AC مي باشد.
با توجه به زمينهاي گسترده اي از عربستان سعودي و لوله هاي آب و نفت، طول عمده اي از اين لوله ها در امتداد خطوط انتقال برق با ولتاژ بالا قرار دارد. در اين زمينه مطالعه اي در سال 1992 در منطقه شرقي جهت ارزيابي ابزارهاي با ولتاژ بالا بر روي لوله هاي انتقال نفت حفاري شده در زمين انجام شده است. همچنين در سال 1998 يك تحقيق ديگر بر روي يك خط انتقال 380 كيلوولت و يك لوله حفاري شده جهت انتقال آب به صورت موازي در منطقه غربي انجام گرفته است.
براي رفع اين مشكل لوله ها بايد با سيستمي كه AC را انتقال داده و جلوي DC را مي گيرد،به جهت تعديل AC و حفظ سيستم محافظ كاتدي بر روي لوله در زمين كار گذاشته شود.
اين مقاله روشها، راهنمائيها، داده هاي مورد نياز و تذكرات ضروري را هنگام انجام چنين ارزيابي هايي ارائه مي دهد. همچنين در اين مقاله نتايج مطالعه موردي يك خط انتقال 380 كيلوولت در بخش غربي عربستان سعودي ارائه گرديده است.
كليدواژه ها: ميدان الكترومغناطيس، تداخل ميدان الكترومغناطيس، لوله ها، تحقيق بر روي تداخل ميدان الكترومغناطيسي، تداخل خطوط انتقال.
مقدمه
مشكل تداخل ميدان الكترومغناطيسي با لوله هاي حفاري شده به مدت 30 سال است كه شناسايي گرديده است. با اين وجود، اين مشكل تنها در 10 سال اخير به علت توسعه در تكنولوژي خط لوله و گرايش فزاينده براي استقرار خط لوله در مسيرهاي درست نزديك به خطوط انتقال برق با ولتاژ بالا، مورد توجه قرار گرفته است. هم اكنون خطوط لوله اغلب در مسيرهاي درستي (ROW) از خط انتقال قدرت الكتريكي نصب مي گردد.
نصب خطوط لوله اي كه به عنوان كنداكتورهاي الكتريكي نزديك خطوط انتقال برق ولتاژ بالا هستند موجب ايجاد مشكل تداخل غيرمعمول ميدان الكترومغناطيسي و لوله مي گردد.
زماني كه لوله هاي فولادي نزديك به خطوط هوايي انتقال برق نصب مي گردد، بين ميدانهاي خطوط الكتريكي و لوله ها تداخل ايجاد مي شود. همانطور كه در شكل 1-1 مي بينيد. قدرت الكتريكي در سه سيستم فازي و در يك يا دو ساختار مداري منتقل مي شود؛ كه هر يك بر روي يك خط جداگانه بالاي دكل يا برج دست در يك مسير نگه داشته مي شوند (قرار دارند).
اگر هر فاز برابر باشد، مجموع جريانات متناوب در سه فاز و مجموع ميادين مغناطيسي ايجاد شده از جريان متناوب در هر فاز براي متعادل كردن هر سه سيستم فازي بايد به صفر برسد. (يا بايد به صفر برسد تا هر 3 سيستم فازي به تعادل برسد). شكل 2 -1 نشان مي دهد كه فواصل متفاوت بين خط لوله و هر فاز در خط انتقالي در راستاي فاز نامتوازن، منجر به تداخل AC القايي (استقرايي) در خط لوله مي گردد.
(زيرنويس شكل 2-1: تأثير القا (استقرا) و فواصل متفاوت بين خط لوله و مدار خط انتقالي) معمولاً پوشش هايي بر روي خطوط لوله براي پيشگيري و حفاظت از اين خطوط از اثرات تخريبي شديد به دليل آب و هواي سخت عربستان سعودي استفاده مي شود.
تكنولوژي مدرن پوشش خطوط لوله به وسيله ايجاد پوشش هاي بهتر و ايجاد مشكلات كمتر در پوشش ها به جهت انتقال AC به زمين، باعث كاهش مشكل AC مي گردد. در واقع يك خط لوله بدون پوشش پاسخ خوبي براي كاهش مشكل AC مي باشد. هم پوشش هاي Fusion Bonded Epcxy استفاده شده در آمريكا و هم روكش هاي سه لايه اي FBE/PE مورد استفاده در اروپا مشكل تداخل AC بر خطوط لوله را تشديد مي كنند. در گذشته،خطوط لوله با پوشش كمتر به علت زميني كردن كافي كه موجب كاهش ولتاژهاي گرديد مواجه با مشكلات عملي نبود. توسعه سريع خطوط انتقال، شاخه هاي صنعتي، و منابع كنترل از راه دور كشف ميدان نفتي و محدود بودن منابع آبي عربستان سعودي نياز دارند كه ابزارآلات و كالاهاي خود را به بخش ها و موقعيت هاي مربوطه انتقال دهند. به عبارت ديگر اضافه كردن لوله هاي حفر شده در خاك براي حفظ اين خدمات، زندگي و توسعه در عربستان ضروري است. توسعه فزاينده چنين خدماتي موجب مي گردد كه مراقبتهاي كاتديك (CP) به كار گرفته شود و اين امر باعث مي گردد كه مطالعات ارزيابي EMI به عنوان يك ضرورت جهت اطمينان از اينكه CP به طور فعال اجرا گرديده و همه مطالعات مربوط به تداخلات ميدان الكترومغناطيس مذكور در فوق به جهت حفظ سلامت افراد و سرمايه گذاريها ضروري است.
پيش زمينه:
تداخل ميدان الكترومغناطيسي بين سيستم هاي انتقال و لوله هاي حفر شده شامل سه نوع است:
1 – الكترواستاتيك و تداخل خازني
در نزديكترين قسمت خطوط قدرت هوايي اتفاق مي افتد، زماني كه لوله بر پايه اي قرار دارد كه به خوبي از زمين عايق بندي شده است. خط لوله ولتاژي را مناسب با خاك بر مي دارد، كه با ولتاژ خط انتقالي متناسب است. طول لوله هاي جوش داده شده نزديك به خطوط با ولتاژ بالا بايد زمين شود. زماني كه ولتاژ منفي در خطوط هوايي به 115 كيلوولت مي رسد و طول بخش جوش داده شده از 100 به 1000 متجاوز مي شود. اتصال برق ساكن از كمترين نتايج بعد از احداث است، در حالي كه بهترين لوله روكش شده اجازه كافي براي نشت به زمين را با وجود نقصهايي خواهد داشت، براي اينكه عملاً بار برق ساكن را زميني كند.
2 – مقاومت يا تداخل اهمي
زماني رخ مي دهد كه روشنايي (مشعل ها) به يك ساختار انتقالي برخورد كنند و يا زماني كه موقعيت فاز – زمين معيوب شود. وقتي چنين اتفاقي بيافتد يك مخروط عظيم ولتاژي در اطراف سيستم اتصالي و كل زميني ايجاد مي شود. اگر خطوط لوله قرار گرفته شده در اين منطقه داراي نقص پوشش باشند، موجب مي گردد كه هسته مركزي ولتاژ در روي اين لوله انتقال ايجاد گردد. هر كس با خطوط لوله بيروني مخروط ولتاژ تماس پيدا كند يك شوكي، از پتانسيل بين خطوط لوله و خاك اطراف آن به او وارد مي شود. اگر ولتاژ اتصالي براي تداخل طولاني مدت به 65 ولت افزايش يابد، و يا براي مدت كوتاه به 1000 ولت برسد. اقدامات حفاظتي براي افراد لازم مي شود. اين اقدامات شامل: پوشيدن چكمه هاي لاستيكي، دستكش هاي عايق بندي شده و يا پوشالهاي حفاظتي عايق بندي شده مي باشد.
به هر حال بر طبق هيچ محاسبه اي، هيچ اتصال مستقيمي بين خط لوله و سيستم دكل زميني نمي تواند وجود داشته باشد.
اگر خط لوله در مجاورت يك موقعيت قدرت سيستم زمين قرار بگيرد و يا نصب انتقالي صورت گيرد، شرايط ويژه اي پيش مي آيد. اگر در طي مدت زمين كردن يك اتصال طولاني يا موقت با نصب زمين ايجاد شود، ولتاژ زمين به خط لوله منتقل خواهد شد و مخروط بيروني همانند ولتاژ اتصال قابل مشاهده است. بر طبق خط لوله و روكش هاي آن، ولتاژ اتصال در فاصله هاي بيشتر و با سرعتهاي متفاوت كاهش مي يابد.
3 – ميدان الكترومغناطيس يا تداخل القايي (استقرايي)
زماني رخ مي دهد كه مسير موازي نزديك و گسترده با ولتاژ بالاي سه فاز خطوط انتقالي AC وجود داشته باشد. اين ولتاژ باعث مي شود كه هيچ گونه عدم تعادل فازي در خطوط ايجاد نشود. با بالا رفتن جريانات الكتريكي در حال اجرا (عامل) در خطوط هوايي، افزايش شرايط روكش هاي خطوط لوله، و يا طول خطوط موازي نزديك به ولتاژ بالاي خطوط انتقالي AC، احتمال تداخل افزايش يابد.
ولتاژها در خطوط لوله توسط اتصال مغناطيسي با خطوط ولتاژ بالا ايجاد مي شوند. و باعث جريانات جاري در خط لوله مي شوند. اين جريانات منتج به يك ولتاژ متفاوت بين خط لوله و خاك اطراف مي شوند.
4 – ولتاژهاي ارتباطي (اتصال ولتاژها)
زماني كه يك ولتاژ القايي مدت دار AC بر روي خط لوله وجود دارد، كه در نتيجه بخشهاي طولاني از تشابه با خطوط انتقالي برج الكتريكي EMF است، ممكن است تماس با خط لوله و يا ملحقات آن ايمن نباشد.
اين ولتاژ اتصالي و يا اختلاف بين خط و زمين، مي تواند باعث شود كه جريان AC به زمين جاري شود، زماني كه فرد با خط تماس پيدا كند.
وقتي يك ماده آهني، مثل خط لوله، تحت تأثير ميدانهاي الكتريكي است و يك شخص با آن تماس پيدا مي كند، يك جريان از بدن فرد به زمين عبور مي كند. ميزان اين جريان بستگي به مقاومت الكتريكي بدن فرد و چگونگي قرار گرفتن فرد بر زمين دارد.
ضروريات ارزيابي تداخل ميدان الكترومغناطيسي (EMF)
از رويه ها و دستورالعملهاي كاربردي و استاندارد اين ضروري است كه مطالعات تداخل ميدان الكترومغناطيسي بايد موارد موارد زير را به عنوان اطلاعات مدبرانه به كار برد:
الف) روش تحقيق
مشكلات رويكرد تحقيقي تداخل ميدان الكترومغناطيسي معمولاً به هفت مورد اساسي تقسيم مي شود:
1 – جمع آوري اطلاعات پيش زمينه
2 – توسعه يك طرح (نقشه)
3 - انتخاب ابزار مناسب
4 – هدايت تحقيق
5 – تجزيه و تحليل اطلاعات و قرار دادن منابع
6 – پيدا كردن راه حل
7 – تأئيد عملكرد راه حل
ب) جمع آوري اطلاعات
جمع آوري اطلاعات مهمترين مرحله در بررسي مشكل تداخل ميدان الكترومغناطيسي (EMI) مي باشد. اطلاعات مورد نياز براي تحقيق در نكات زير خلاصه مي شود:
1 – جايگاههاي فيزيكي خط لوله و مسيرهاي خطوط انتقالي در طرح كلي و همچنين فاصله هاي دقيق مورد نياز هستند. (لازمنر)
2 – طراحي مقياس با حداكثر نما (ديد) و نقشه كامل منطقه جغرافيايي مورد نظر، نشان دادن تمام كنداكتورهاي (خط لوله) مورد مطالعه با جزئيات كافي، به همراه تأسيسات اصلي كه مي تواند زمين كردن را تأمين كند.
3 – خط انتقالي و جزئيات خط لوله:
(3-1) قطر تمام خطوط لوله هايي كه در اطراف و يا امتداد خطوط انتقالي هستند (در مقياس اينچ)
(2-2) تعداد خطوط لوله اي كه به طور موازي و متوالي وجود دارد، خطوط انتقالي طراحي شد:
(4-3) اندازه ضخامت روكش ها در مقياس mm
(3-4) اگر ديواره بيروني سيماني است، ضخامت آن در مقياس mm مورد نياز است.
(3-5) ضخامت زمين در طول خطوط لوله 100 ميكرواهم محاسبه شده است در غير اين صورت چيز ديگري توصيه مي شود.
(3-6) عمق خطوط لوله در متراژ
(3-7) وضعيت برجهاي خطوط انتقالي، ارتفاع و جداسازي افقي بين تمام كنداكتورهاي موازي و و پيچ دلر
(3-8) فاصله از مركز (ROW)
(3-9) ويژگي هاي كنداكتور
پ) توسعه طرح
براي يك طرح خوب توسعه يافته، يك سند كلي از مناطق مورد نظر را پيش نويس كنيد.
آن را با مدير تأسيسات، سرپرست منطقه، مهندس تأسيسات و يا پرسنل مربوط بازبيني كنيد و سپس از تمام بخشهاي مورد بهره برداري تأئيد بگيريد.
چه وقت و كجا شروع به تحقيق گرديد.
تجهيزاتي كه استفاده خواهيد كرد و يك درك كلي از اينكه چگونه تجهيزات معيوب عمل مي كنند.
نوع اندازه هايي كه به كار مي گيريد و نكات اندازه گيري در بيرون و داخل تجهيزات
تصاعد منطقي اندازه هاي و اينكه چقدر و چه مدت هر يك از اين اندازه ها طول مي كشد.
چطور شما اطلاعات را ثبت و ذخيره مي كنيد و ارتباط تجهيزات با سيستم الكتريكي وسيله براي ثبت اطلاعات.
شرايط مؤثر تجهيزات اندازه گيري، شرايط ايمني و تنظيم و تأئيد.
ت) انتخاب ابزار مناسب
بسياري از نرم افزارهاي پيشرفته براي تجزيه و تحليل تداخل الكتريكي خطوط نفت و گاز در فروشگاهها در دسترس هستند. چنين ابزارهايي براي تجزيه و تحليل تأثيرات الكتريكي يك ولتاژ القايي از خطوط قدرت موازي كه تحت شرايط نرمال و ثابت است بر روي لوله هاي انتقال در هنگام به وجود آمدن خطاهاي سيستم قدرت مورد استفاده قرار مي گيرد. بنابراين، انتخاب ابزار مناسب بر اساس آن است كه تجزيه و تحليلي و چه توليداتي مورد نياز هستند. اين تحقيق اولويت را به هيچ ابزار مناسبي ارائه نمي دهد.
ث) هدايت تحقيق
روند جمع آوري اطلاعات معمولاً سرنخهاي ضروري را براي دلايل اجتماعي مؤثر سرچشمه مشكل تداخل ميدان الكترومغناطيسي (EMI) روشن مي كند، به عنوان مثال با شروع استفاده از تجهيزات آسيب ديده، اجراي چند اندازه گيري ساده مي تواند مشخص كند كه انشعابات هدايت شده و يا پراكنده شده كدام باعث ايجاد مشكل شده اند. زماني كه شما اولين نوع انشعابات درگير را معين مي كنيد. ممكن است كه اندازه هاي بيروني و دروني وسيله را براي نزديك شدن به مبدأ EMI بيشتر بگيريدخواه يك قطعه از تجهيزات باشد و يا يك قسمت جزئي در نزديكي قسمت توزيع شبكه اي.
ج) تجزيه و تحليل اطلاعات و قرار دادن مبدأ
بعد از تكميل تحقيقات، اطلاعات را مرتب كنيد( جمع بندي كنيد) و به دنبال الگوها بگرديد. فركانس هاي حساب شده اجزا توسط يك تحليلگر سرنخهاي مفيدي را تأمين مي كند. به علاوه شناخت فركانسهاي عامل براي گسترش موقعيت ها در منطقه و براي مصرف نهايي ابزارها به شما كمك خواهد كرد كه تشخيص دهيد كدام تركيبات در نتيجه عملكرد كدام ابزار هستند.
حتي اگر شما مبدأ را در طول يك دوره تحقيق تشخيص دهيد، زمان كمتري را مي گيرد تا اينكه شما دوباره مشكلات EMI بيشتر ياد بگيريد. اين شما را به راه حل ممكن براي حل آن مشكل هدايت خواهد كرد.
انتخاب راه حل وقتي يك راه حل انتخاب مي شود، به دقت عملكرد تجهيزات، محيط الكترومغناطيسي و عملكرد تجهيزات آُيب ديده را مورد توجه قرار دهيد. همچنين شما بايد ايمني، قيمت، نصب، نگهداري، زيبايي شناسي و اثر عملكرد راه حل ممكن را مورد ارزيابي قرار دهيد. قبل از تهيه و نصب انتخابتان را با افراد درگير مرور كنيد تا مطمئن شويد كه تمام تأثيرات عملكردهاي تجهيزات و تأسيسات شناخته شده هستند و به حداقل رسيده اند. معمولي ترين راه حل ها براي مشكلات EMI (تداخل ميدان الكترومغناطيسي) شامل حفاظ ها، فيلترها و تكنيكهاي تقويت زمين هستند.
ج) تأئيد عملكرد راه حل ها
بعد از اينكه شما راه حل را به كار برديد بايد تأئيد اداري صورت بگيرد و عملكردهاي تأسيسات به حالت نرمال برگردد. مراقب عملكرد راه حل نصب شده باشيد و اندازه هاي انشعابات در تجهيزات آسيب ديده را دوباره بگيريد.
اندازه هاي «بعدي، را در يك گزارش نهايي وارد كنيد. وقتي كه گزارش نهايي تكميل شد، مي توانيد موضوع را براي اجرا بگذاريد.
استانداردها و راهنمايي ها
در سال 1997، NACE ، مشكل AC القايي را بر خطوط لوله مشخص كرده است. در اصل يك تمرين توصيه شده استاندارد را براي كنترل فرسايش، مباحث ايمني مورد بحث قرار داده است. در سال 1995، اين استاندارد به روز شده است و مبحث جديدي به عنوان استاندارد RP-01-77-95 مطرح شده است.
«كاهش جريان متناوب و تأثيرات روشنايي بر ساختارهاي متاليك و سيستم هاي كنترل فرسايش». استانداردي كه در كانادا مورد بحث قرار گرفت.
CAN/CSA-C22.3N0.6-M9n مي باشد. «اصول و روشهاي هماهنگي الكتريكي بين خطوط لوله و خطوط تأمين الكتريكي».
استانداردهاي NACE و كانلوايي توصيه است كه پتانسيل روي خطوط لوله اي AC كاهش داده و به كمتر از 15 ولت AC مي رسد.
نمونه هاي كاربرد عملي
مشكلات EMI (تداخل ميدان الكترومغناطيس) كه در بعضي از خطوط لوله مستقر در آبهاي انحرافي در منطقه غربي عربستان سعودي وجود دارد اين است كه
الف – مطالعه موردي: 1 – اطلاعات ويژه به كارگ رفته شده
در ذيل نمونه هاي عملي هستند از بيشترين اطلاعات مورد نياز توسط اكثر نرم افزارهاي قابل دسترس طراحي شده براي شبيه سازي مدل و ارزيابي اين مشكل:
1 – موقعيتهاي فيزيكي خطوط لوله و ريشه هاي خطوط انتقالي كه در زير نشان داده شده است، در يك نماي كلي و همچنين با فاصله هاي دقيق به دست آمده اند.
شكل 1 – 5- (زيرنويس موقعيت هاي فيزيكي خطوط لوله و ريشه هاي خطوط انتقالي براي مورد 1)
2 – خط انتقالي و جزئيات خط لوله
ارزيابي قدرت مدار دوگانه خطوط انتقالي MVA900 يعني 450 براي هر ساختار برج مداري و زمين.
طول دهانه 400 a 450 – 325 متر استفاده شده در محاسبات
كنداكتورهاي استفاده شده:
Mm2 5500، 50 AAAC براي كنداكتورهاي T.L
AACSR/AW زميني
براي برج زمين شبكه برق mm2 150 ، كنداكتورهاي استاندارد شده Hard Drawn مورد استفاده قرار مي گيرد. خط لوله و اطلاعات روكش آن، وضعيت برج در شكل 2 – 5 نشان داده شده است.
اطلاعات الكتريكي، تكنيكي مورد نياز:
جريان برق مدار كوتاه و KA 50. ولتاژهاي شروع كننده درون راستي KV 1050.
ولتاژهاي مشعل درون رانشي KV 1425
اطلاعات محاسبه شده تكنيكي:
جدول 1 پارامترهايي براي فاز و كنداكتور هوايي را ليست كرده است.
خط لوله
شعاع لوله هاي بيروني: m 711/0
شعاع لوله دروني:m 693/0
نفوذپذيري نسبي: 300
مقاومت ارسال: 65 اهم
مقاومت نسبي 17
ب) مطالعه موردي: 2 – نتايج ويژه توليد.
نمونه هايي از شرح جانبي محاسبه شده از ولتاژ القايي در عملكرد حالت ثابت بر روي خط لوله واقع در ارتفاع يك متر و موازي با خط در شكل 3 – 5 و 6 – 5 نشان داده شده است.
براي خطوط با يك وضعيت عمودي، 2 رشته متفاوت فازي باري مدارها مورد توجه قرار گرفته است: توالي يكسان و توالي برعكس
H ab cd سيم هاي زميني وضعيت راهنماي فازي ولتاژ
هشدارها و خطرات EMI
در مطالعات EMI، تداخل بين ميادين خطوط قوي و خطوط لوله حفاري شده از جزئيات بسيار پيچيده است. شناخت كامل از تداخل ميادين الكتريكي نياز به شناخت كنوني موارد زير را دارد: نوع استقامت و نقص كنوني مدار كوتاه، شكل و پوشش خط لوله، تأثير نصب بال كه مي تواند هدايت الكتريكي خط لوله را در مكانهاي متفاوت قطع و ريشه هاي فيزيكي كاربردي را طراحي مي كند.
ارائه مدلهاي مختلف از مشكلات تداخلي كه ممكن است مشكلات و نتايج متفاوتي داشته باشد، توجه به نصب محافظ كاتدي وابسته، محافظت و ايمني افرادي كه با خط لوله در تماس هستند. تمام اين مشكلات هشدار مي دهد كه بايد راهي براي پيشگيري به كار گرفته شود.
به دليل تناسب بين ولتاژ القايي و ميدان الكتريكي، به نظر مي رسد كه يك ارزيابي دقيق از عامل مؤثر بسيار مشكل است. دگرشهاي مهم ارتفاع كند اكتورها در طول و انتهاي لوله و نزديكي به برج منجر به ارتفاع گوناگون در ميدان الكتريكي مي شود.
استقامت چرخش در مبحث تجزيه و تحليل خطوط لوله يك پارامتر مبهم مي باشد.
مقاومت پوشش يك پارامتر اساسي است چون خاصيت امپدانس را بر خطوط لوله دارد. امپدانس (مقامت مركب) كمتر عموماً باعث كاهش ولتاژ القايي در خط لوله مي گردد. بسته به نوع پوشش، به علت تأثير مقاومت زمين، ممكن است سوراخ شدگي در نقاط ضعيف در روي پوشش ايجاد شود. همچنين مقاومت خاك، ميله زمين، كف پوشها و هر ساختار اهني نزديك بايد در اندازه گيري شناخته شده باشد، همچنين هشداري كه اين نرم افزار ارائه مي دهد مربوط به حل و ارزيابي اين مشكل است. بخصوص زماني كه خطوط لوله با يك زاويه يا منحني براي خط قدرتي تلاقي پيدا مي كند، ممكن است از بسياري از ابزارهاي مشابه استفاده شود، كه استفاده از قطعات مشابه و نمونه سازي شده ممكن است بر صحت نتايج تأثير نامطلوب داشته باشد.
بنابراين همچون گذشته در حال حاضر نيز توجهات رو به افزايش پيرامون اتفاقات ممكن مربوط به تداخل سيستم هاي ولتاژ بالا بر روي لوله هاي انتقال فلزي به جهت تأمين امنيت افراد، ريسك تخريب لوله و ريسك به هم ريختگي ساختار و وسايل مرتبط با اين خطوط صورت گرفته است.
توصيه ها و پيشنهادات
اين مقاله مواردي را به عنوان راهنما براي ارزيابي اثر ميدان الكترومغناطيس خطوط قدرت كه در تعامل با لوله هاي حفاري شده فلزي دارد براي حداقل كردن تمام اين گونه تأثيرات مضر مورد ملاحظه قرار داده است.
دقت مطالعه EMI بستگي به استفاده مناسب مقاومت خاك براي هر قطعه از لوله دارد.
بنابراين بيشتر اندازه گيري مقاومت خاك بايد در امتداد ريشه فيزيكي اين لوله انتقال و ابعاد جانبي صورت گيرد. به عبارت ديگر مقاومت خاك ارزيابي شده در تمام موقعيتهاي هم جوار با لوله انتقال تا حد امكان داراي درجه درستي از اطمينان مي باشند. همچنين اين دقت بستگي به مقاومت متوسط پوشش به كار گرفته شده بر روي لوله انتقال مي باشد و در صورت امكان اين موضوع نيز بايد مورد اندازه گيري قرار بگيرد.
معمولاً فرضيات متنوعي در هنگام ارزيابي EMI به علت دلايل عمليو غير قابل دسترس مورد لحاظ قرار مي گيرند. اين فرضيات بر مبناي فاز مطالعاتي جمع آوري اطلاعات كه توسط مشتري تهيه گرديده است ايجاد مي گردد. بعضي از اين موارد عبارتند از: اتصال لوله انتقال به سيستم هاي توزيع، نصب بال، همچنين گاهي اوقات به كار بردن عناصر خنثي به جهت اتصال خطوط لوله از طريق سيم كشي هاي متنوع درون زمين مي باشد.
انواع خطوط هوايي عايق شده
انواع خطوط هوایی عایق شدهشبكه هاي توزيع در اكثر كشورهاي در حال توسعه و جهان سوم با استفاده از هادي هاي لخت اجرا مي شوند. اين در حالي است كه مصرف كنندگان انرژي الكتريكي در كشورهاي پيشرفته بويژه در طي چند دهه اخير شاهد روند رو به رشد استفاده از انواع خطوط هوائي عايق شده در شبكه هاي توزيع هوايي مي باشند.
رايج ترين انواع خطوط هوايي عايق شده در شبكه هاي توزيع هوايي عبارتند از :
1-هادي روكش دار Covered Conductor ( CC )
2-هادي با روكش ضخيم Covered Conductor Thick ( CCT )
3-كابل باندل هوايي ( كابل خودنگهدار Self-suppporting Cable ) در دو نوع با پوشش فلزي و با پوشش غيرفلزي
( يا به اختصارABC ) Metallic/Non-Metallic Screened Aerial Bundlled Cable ( M/NMSABC )
4-كابل هوايي فاصله دار Aerial Spacer Cable ( ASC )
از بين موارد فوق CC و CCT بسيار مشابه مي باشند. هر دوي آنها داراي هادي هاي مجزا هستند كه با عايق پلي اتيلن كراس لينك Cross Linked Polyethlene ( XLPE ) پوشيده شده اند. تفاوت اساسي CCT با CC اين است كه در نوع CCT ضخامت عايق ، متناسب با سطح ولتاژ و سايز هادي تغيير مي كند و همچنين داراي روكش خارجي از جنس پلي اتيلن سنگين ( HDPE ) High Density Polyethylene مي باشد. نوع CC صرفاً در مقابل برخوردهاي اتفاقي و كوتاه مدت دوفاز به هم يا فاز به زمين استقامت الكتريكي نشان مي دهد در حاليكه CCT مي تواند در مقابل تماس هاي طولاني مدت دوفاز به هم يا يك فاز به زمين استقامت عايقي مناسب داشته باشد.
كابل باندل هوايي از سه فاز مجزاي عايق شده و يك هادي لخت از جنس آلومينيوم آلياژي ( وگاهي يك هادي اضافي زمين ) تشكيل مي شود. بر روي فازهاي عايق شده با XLPE ، يك پوشش هادي جهت شكل دهي ميدان الكتريكي كشيده شده است. و نهايتاً با يك نوار عايق و يك لايه HDPE ساختار اساسي كابل هوايي شكل مي گيرد. در كابل هاي فوق ، يك لايه نيمه هادي رشته هادي هاي تابيده شده و عايق را در بر مي گيرد. رشته هاي تابيده شده مياني از جنس فولاد يا آلومينيوم آلياژي بوده و جهت افزايش مقاومت مكانيكي كابل هوايي مي باشد. كابل هاي NMSABC ( با پوشش غير فلزي ) از نظر ساختار مشابه كابل هاي MSABC ( با پوشش فلزي ) مي باشند اما فاقد پوشش هادي شكل دهنده ميدان هستند.
در خطوط با كابل هوايي فاصله دار از كابل هاي هوايي كه عموماً دو پوشش عايقي و روكشي دارند استفاده مي شود. لايه داخلي از پلي اتيلن كراس لينك ( XLPE ) و لايه خارجي از پلي اتيلن مشكي يا خاكستري مقاوم در مقابل ترك خوردگي با چگالي زياد و مقاوم در برابر سائيدگي تشكيل مي شود. در ضمن لايه نازكي از نيمه هادي ، هادي هاي تابيده شده و عايق را در بر گرفته است. علاوه بر لايه هاي مذكور ، در ولتاژهاي بالاتر از 15 كيلوولت از يك لايه محافظ ديگر جهت جلوگيري از ترك خوردگي لايه آخر نيز ممكن است استفاده شده باشد. كابل هاي مذكور توسط نگهدارنده هاي مخصوص كه عموماً از جنس پلي اتيلن مي باشند دور از هم نگهداشته مي شوند.
به منظور مقايسه انواع كابل ها و هادي هاي روكش دار فوق بايد توجه داشت كه كابل هاي هوايي فاصله دار نيازمند استفاده از يراق آلات ، آموزش هاي جديد كادر فني و صرف هزينه هاي بيشتر هستند. اين موارد موجب مي گردد استفاده از اين خطوط در اولويتهاي مقادير جريان نامي و جريان عيب آنها كمتر از NMSABC مي باشد. كابل هاي NMSABC نيز گرانتر از انواع CC و CCT بوده و در ضمن انجام عمليات خط گرم در مورد آنها بسيار دشوارتر مي باشد. بدين ترتيب از بين انواع چهارگانه خطوط هوايي عايق دار توزيع ، صرفاً دو نوع CC و CCT مورد توجه بيشتر قرار گرفته است. البته خطوط CCT گرانتر از نوع CC مي باشد و به جزء در مناطق پر دذرخت يا طوفان خيز ، استفاده از خطوط CC به جهت اقتصادي بودن توصيه مي شود. به همين جهت اكثر خطوط هوايي عايق دار در كشورهاي پيشرفته از نوع هادي هاي روكش دار CC مي باشند. هادي روكش دار CoveredConductors
جنس هادي در انواع مختلف هادي هاي روكش دار شبكه هاي توزيع از نوع آلومينيوم ، آلومينيوم آلياژي و يا آلومينيوم با مغز فولاد ( ACSR ) مي باشد ( در شبكه هاي فشار ضعيف از هادي هاي مسي نيز استفاده شده است ). با وجود اينكه آلومينيوم به دليل وزن سبك به عنوان يك هادي مناسب به طور وسيعي در هادي هاي روكش دار مورد استفاده قرار مي گيرد ولي عواملي همچون افزايش استقامت مكانيكي و ممانعت از پارگي و خوردگي منجر به استفاده از آلومينيوم آلياژي در اين خصوص شده است. شكل دهي رشته هادي ها نيز يكي از مواردي است كه منجر به كاهش تأثيرات نامطلوب عوامل فيزيكي محيط بر روي هادي ها و نهايتاً خطوط مي گردد. استفاده از رشنه هادي هاي شكل يافته به صورت فشرده و توليد هادي هاي كمپكت روكش دار از ديگر مواردي است كه ضمن بهبود شرايط مكانيكي هادي هاي فوق ، موجب سهولت توزيع حرارت در آنها شده و كاهش مقاومت الكتريكي را نيز به همراه دارد.
هاد هاي روكش دار داراي يك روكش عايقي با ضخامت معيني ( به طور متوسط 3 ميلي متر ) براي تمام رده هاي شبكه فشار متوسط تا 19/33 كيلوولت مي باشند. پس از ساخت هادي و كمپكت نمودن آن ابتدا يك لايه نسبتاً نازك از جنس نيمه هادي بر روي هادي كشيده شده و سپس با ضخامت معيني از مواد عايقي XPLE ( پلي اتيلن كراسلينك ) پوشيده مي شود. اين هادي ها در ولتاژ كاري 20 كيلوولت نسبت به برخوردهاي موردي بين فازها و فاز به زمين نقش عايقي را داشته و از ايجاد اتصالي ها ممانعت به عمل مي آورند. عايق اين نوع هادي ها غالباً به رنگ مشكي بوده و در مقابل اشعه ماوراء بنفش خورشيدي ( UV ) از مقاومت لازم برخوردار است. لايه نيمه هادي پوششي بر روي سطوح هادي ها در ولتاژهاي 20 كيلوولت و بالاتر نقش شكل دهي ميدان را دارد. لازم به ذكر است اخيراً هادي هاي روكش دار در بعضي از شركت هاي داخلي در حال طي مراحل توليد مي باشد. ويژگي هاي الكتريكي خطوط هوايي روكش دار
وجود پوشش عايقي در هادي هاي روكش دار موجب ايجاد ويژگي هاي الكتريكي خاص براي اين نوع از هادي ها مي گردد. مهمترين اين موارد عبارتند از :
1-حفاظت در مقابل صاعقه
2-تخليه هاي جزئي
3-تغيير مقادير اندوكتانس و كاپاسيتانس خط
4-جريان شارژ
منبع:DB-IRAN.IR
فناوري تحليل وشبيه سازي سيستم هاي قدت
فناوري شبيه سازي و تحليل سيستم هاي قدرت 1000kvسيستم
هاي قدرت با سطح ولتاژ 1000 kv بالاترين سطح ولتاژ بكاررفته براي انتقال
قدرت توسط خطوط انتقال هوايي طويل مي باشند. در اين سيستم ها، ترانسپوزه
نمودن هاديهاي خطوط 1000 kv بواسطه مشكلات عايقي امكان پذير نبوده و لذا
اين خطوط از نظر ساختاري نامتقارن مي باشند. بنابراين براي تحليل رفتار
نامتقارن اين خطوط برخلاف خطوط ترانسپوزه شده و متقارن نمي توان از ابزار
مولفه هاي متقارن استفاده نمود. همچنين چون عدم تقارن ولتاژ و جرياني كه در
اين خطوط ايجاد مي شود منشاء گرمايش ژنراتورها و ترانسفورماتورها ميگردد،
بنابراين يافتن راه حلهائي براي متعادل نمودن عملكرد اين خطوط ضروري و لازم
مي باشد.
از طرفي ديگر چون عدم تعادل اينگونه خطوط طويل با حجم بسيار بالاي توان ميتواند بر عملكرد كل سيستم قدرت تأثير سوء داشته باشد لذا مطالعه و بررسي آنها ضروري است.
اكثر برنامه هاو نرم افزارهاي موجود براي تحليل سيستمهاي قدرت مبتني بر فرض متقارن بودن مشخصات سه فاز خطوط و شرايط بارگذاري آنها مي باشد. بنابراين عليرغم اينكه ميتوانند شرايط كاري نامتقارن مانند اتصال كوتاه و پايداري گذرا را تحليل نمايند، اما با شرط تقارن ساختاري خطوط و شبكه مي باشد.
برنامه EMTP عليرغم اينكه براي تحليل شرايط ولتاژ و جريان در خطوط نامتقارن استفاده ميشود اما داراي نارسائي هاي زير مي باشد.
1- مقادير ولتاژهاي داخلي ژنراتورها مي بايد داده شود كه ضرورتا"بايد از برنامه ديگري محاسبه شوند.
2- براي محاسبه دقيق جريان مؤلفه منفي ژنراتورها استفاده از امپدانس مؤلفه منفي آنها امكان پذير نميباشد.
3- حجم بسياري از اطلاعات ورودي و نتايج خروجي وجود خواهد داشت كه استفاده از آن را براي تحليل شبكه هاي بزرگ نامناسب مي سازد.
بنابراين براي شبيه سازي و تحليل رفتار سيستم هاي قدرت با خطوط نامتقارن 1000 kv ، ابداع نرم افزارهاي جديدي لازم و ضروري است.
براي اين منظور در شركت برق توكيو نرم افزار شبيه سازي طراحي شده است كه قادر است شرايط كاري نامتقارن ايجاد شده بواسطه خطوط نامتقارن، بارهاي نامتقارن و ادوات جبران سازي را تحليل نمايد.
روش مدلسازي و حل اين نرم افزار بر اساس مؤلفه هاي فازي است كه از روش مؤلفه هاي متقارن عام تر مي باشد. همچنين برخلاف برنامه EMTP كه از منابع ولتاژ و جريان استفاده مي نمايد، اين برنامه معادلات پخش بار شبكه سه فاز را بكمك روش نيوتن – رافسن حل مي نمايد.
اين برنامه قادر است كه محاسبات شبيه سازي را براي تقريبا" تمام شبكه برق توكيو انجام دهد.
براي ارزيابي و تائيد توانائي و قابليت هاي نرم افزار، يك شبكه 500 kv و 275 kv شامل 191 شين و 109 خط توسط آن شبيه سازي گرديده است. همچنين بر اساس اين برنامه يك برنامه ديگري تهيه شده است كه ميتواند در شبكه هاي پيچيده جريانهاي خطا را كه توسط سناريوهاي متعدد و ممكن خطا ايجاد ميشوند تحليل و بررسي نمايد.
برنامه محاسبات پخش بار تحت شرايط ولتاژ و جريان نامتقارن اخيرا" براي بررسي تعدادي از مسائل رايج در شبكه مانند محاسبه و آناليز مولفه منفي جريان ژنراتورها و خطوط و تحليل ولتاژهاي نامتقارن توليد شده بواسطه بارهاي نامتعادل مانند قطارهاي برقي، بكار گرفته شده است.
منبع:db-iran.ir
از طرفي ديگر چون عدم تعادل اينگونه خطوط طويل با حجم بسيار بالاي توان ميتواند بر عملكرد كل سيستم قدرت تأثير سوء داشته باشد لذا مطالعه و بررسي آنها ضروري است.
اكثر برنامه هاو نرم افزارهاي موجود براي تحليل سيستمهاي قدرت مبتني بر فرض متقارن بودن مشخصات سه فاز خطوط و شرايط بارگذاري آنها مي باشد. بنابراين عليرغم اينكه ميتوانند شرايط كاري نامتقارن مانند اتصال كوتاه و پايداري گذرا را تحليل نمايند، اما با شرط تقارن ساختاري خطوط و شبكه مي باشد.
برنامه EMTP عليرغم اينكه براي تحليل شرايط ولتاژ و جريان در خطوط نامتقارن استفاده ميشود اما داراي نارسائي هاي زير مي باشد.
1- مقادير ولتاژهاي داخلي ژنراتورها مي بايد داده شود كه ضرورتا"بايد از برنامه ديگري محاسبه شوند.
2- براي محاسبه دقيق جريان مؤلفه منفي ژنراتورها استفاده از امپدانس مؤلفه منفي آنها امكان پذير نميباشد.
3- حجم بسياري از اطلاعات ورودي و نتايج خروجي وجود خواهد داشت كه استفاده از آن را براي تحليل شبكه هاي بزرگ نامناسب مي سازد.
بنابراين براي شبيه سازي و تحليل رفتار سيستم هاي قدرت با خطوط نامتقارن 1000 kv ، ابداع نرم افزارهاي جديدي لازم و ضروري است.
براي اين منظور در شركت برق توكيو نرم افزار شبيه سازي طراحي شده است كه قادر است شرايط كاري نامتقارن ايجاد شده بواسطه خطوط نامتقارن، بارهاي نامتقارن و ادوات جبران سازي را تحليل نمايد.
روش مدلسازي و حل اين نرم افزار بر اساس مؤلفه هاي فازي است كه از روش مؤلفه هاي متقارن عام تر مي باشد. همچنين برخلاف برنامه EMTP كه از منابع ولتاژ و جريان استفاده مي نمايد، اين برنامه معادلات پخش بار شبكه سه فاز را بكمك روش نيوتن – رافسن حل مي نمايد.
اين برنامه قادر است كه محاسبات شبيه سازي را براي تقريبا" تمام شبكه برق توكيو انجام دهد.
براي ارزيابي و تائيد توانائي و قابليت هاي نرم افزار، يك شبكه 500 kv و 275 kv شامل 191 شين و 109 خط توسط آن شبيه سازي گرديده است. همچنين بر اساس اين برنامه يك برنامه ديگري تهيه شده است كه ميتواند در شبكه هاي پيچيده جريانهاي خطا را كه توسط سناريوهاي متعدد و ممكن خطا ايجاد ميشوند تحليل و بررسي نمايد.
برنامه محاسبات پخش بار تحت شرايط ولتاژ و جريان نامتقارن اخيرا" براي بررسي تعدادي از مسائل رايج در شبكه مانند محاسبه و آناليز مولفه منفي جريان ژنراتورها و خطوط و تحليل ولتاژهاي نامتقارن توليد شده بواسطه بارهاي نامتعادل مانند قطارهاي برقي، بكار گرفته شده است.
منبع:db-iran.ir
