دانلود مقاله خطوط انتقال هوایی

بخشی از مقاله

خطوط انتقال هوایی

خطوط انتقال هوايي :
اين خطوط که بيش از ۹۷ درصد خطوط انتقال کشور را شامل می شوند از جنس آلومينيوم يا آلياژی از آلومينيوم می باشند . علت استفاده از اين فلزسبک و ارزان بودنش نسبت به هادی هايی چون مس است ، البته به علت قابليت هدايت الکتريکی کمتر آلومينيوم ضخامت آنها را با قرار دادن رشته های موازی همجنس و گاه فولادی در مرکز آن بالا می برند تا از هدايت الکتريکی بيشتری برخوردار گردد . خطوط انتقال هوايی به سهولت قابل نصب و انشعابگيری هستند و به همين جهت دارای

هزينه راه اندازی اندکی می باشند . هم چنين دسترسی به اين خطوط برای تعمير و ايجاد تغييرات در آن بسيار ساده می باشد . اين نوع خطوط به علت استفاده از سازه های سيمانی و ديگر سازه های ناخوشايند از لحاظ زيبايی برای مناطق شهری مناسب نيستند . نيز خطراتی چون طوفان ها و رعدوبرق ها همواره برای اين خطوط وجود دارند و کلا خطوط هوايی دارای خاموشی بسيار بيشتری به نسبت خطوط زمينی هستند . هم چنين اين خطوط از ايمنی کمی به علت لخت بودن سيم ها در اکثر آنها برخوردارند و حفظ نکردن حريم اين خطوط به علل مختلف يا برخورد پرندگان با آنها همواره مشکلاتی چون برق گرفتگی يا آتش سوزی را به دنبال داشته است . از نقطه نظر علمی اين خطوط دارای راکتانس بالايی بوده و مناسب برای چگالی های بار کم می باشند .
خطوط انتقال زمينی :
اولين خطوط انتقال برق(که در نيروگاه پرل استريت نيويورک به کار گرفته شدند) خطوط زمينی بودند ، اما کم کم جای خود را به خطوط هوايی دادند .راه اندازی خطوط زمينی انتقال برق به علت هزينه های فراوان حفاری و ايجاد کانال های زمينی و زير زمينی بسيار گران تر از

راه اندازی خطوط هوايي است و گرفتن انشعاب از اين خطوط مستلزم وجود ايستگاه های توزيع ، جعبه های انشعاب و تابلو های برق می باشد . نيزعيب يابی اين خطوط به علت در دسترس نبودن احتياج به وسائل مخصوص و گران قيمتی دارد که هزينه های آن را افزايش می دهد . در عوض در خطوط زمينی به ندرت

اشکالی به وجود می آيد و خاموشی آن به مراتب از خطوط هوايي کمتر

است . اين خطوط ب

ه زيبايي محيط آسيب نمی زنند و چون در دسترس نمی باشند دارای خطرات بسيار کمتری نسبت به خطوط هوايي خواهند بود و چون حريمی برای آنها تعريف نمی شود در اماکن کم عرض

و مسکونی بسيار مفيد می باشند . از نظر علمی اين خطوط دارای راکتانس سری پايين و مناسب برای چگالی های بار زياد هستند .
نتيجه آن که خطوط انتقال هوايی به سبب هزينه ها ، درنظر گرفتن راکتانس بالا ، مناسب بودن با چگالی بار کم و آسيب به زيبايی محيط اطراف بايستی در مناطق کم جمعيت ، دور افتاده و بين شهری و خطوط انتقال زمينی به سبب راکتانس پايين ، مناسب بودن برای چگالی های بالای بار ، زيبايی و ديگر مزيت های ذکر شده در مناطق پر ازدحام و شهری به کار گرفته شوند . به نظر می رسد در سال های آتی به علت ازدياد و تراکم جمعيت ، رشد خطوط انتقال زمينی بسيار بالاتر از رشد خطوط هوايی باشد .با توجه به اين مسئله جا دارد مسئولان از هم

اکنون راهکارهايی برای دستيابی به فناوری های نوين اين صنعت در جهت استفاده اقتصادی تر در خطوط داخلی و نيز صادرات اين نوع محصولات اتخاذ کنند

خطوط هوایی انتقال :

وظیفه انتقال انرژی الکتریکی را از نقاط تولید به مرکز مصرف به عهده دارد .
خطوط انتقال : 1- خطوط هوایی 2- كابل های زیر زمینی

انتخاب سطح ولتاژ انتقال :
پارامترهای مشخص در آغاز طراحی یک خط انتقال نیرو عبارتند از : طول خط ، و قدرت مورد نظر برای انتقال .
ولتاژهای استاندارد شده انتقال در ایران 400kv و 230kv است . ولتاژهای فوق توزیع 132kv و 63kv و ولتاژهای توزیع نیز 20kv و 400v تعیین شده اند .
مسایل اقتصادی در مورد تلفات :
به خاطر مسایل اقتصادی ناگزیر به پذیرش مقداری تلفات در

طول خط هستیم كه به این تلفات < تلفات مجاز گویند و طراحان خطوط انتقال مقدار آن را اغلب كوچك تر از 5 درصد توان انتقالی در نظر می گیرند .
طراحی هادی های خطوط انتقال :
مهمترین اجزای هر شبكه انتقال انرژی هادی ها هستند و مسیر جریان از طریق آن ها برقرار می شود .
جنس هادی های خطوط انتقال :

در سال های اولیه جنس هادی ها از مس انتخاب می شد ولی بعدا از آلمینیوم استفاده كردند . در عمل برای دستیابی به سطح مقطع های زیاد و بالا بردن قابلیت انعطاف در خطوط انتقال معمولا از هادی های رشته ای استفاده می شود ، این رشته ها از نظر الكتریكی موازی یكدیگر بوده و در طول هادی به صورت مارپیچ بر روی هم می غلتند . با این كار مقاومت سیم به دلیل اثر پوستی كاهش می یابد . برای افزایش مقاومت مكانیكی هادی ها ، درون آن ها را با رشته های فولادی تقویت می كنند .
• مس :
چون چگالی جریان هادی های مسی زیاد زیاد است برای یك جریان نامی معین سطح مقطع كوچك تری نیاز است و در نتیجه در خطوط هوایی سطح كمتری در برابر فشار باد خواهد داشت . سه نوع سیم مسی در شبكه های برق مورد استفاده قرار می گیرد :
الف ) مس سخت یا زده شده : كه دارای مقاومت مكانیكی بالا بوده و حداقل مقاوت كششی آن kg / mm2 38 است . بار مكانیكی مجاز مس سخت kg / mm2 18- 14 است .
ب) مس نیمه سخت : دارای مقاومت مكانیكی و قابلیت هدایت

نسبتا خوبی بوده و مقاومت مكانیكی آن در حد گسیختگی kg / mm2 32 است در شبكه های فشار ضعیف با توجه به این كه جریان زیاد است مقرون به صرفه است كه از مس سخت یا مس نیمه سخت به صورت هادی های لخت استفاده می شود .
ج) مس نرم : كه از آن برای محكم كردن سیم روی مقره استفا

ده می گردد .
• آلمینیوم :
آلومینیوم هادی دیگری است كه در شبكه های الكتریكی از آن استفاده می شود . از آن جایی كه وزن مس نسبت به آلومینیوم بیشتر است بنابراین در خطوط انتقال انرژی اقتصادی تر است كه ازآلومینیوم استفاده می گردد قابلیت هدایت الكتریكی آلومینیوم از مس كمتر ولی قیمت آن ارزانتر است و تأثیر عوامل جوی و رطوبت بر روی آن به مراتب بیشتر از مس بوده ودر هوای مرطوب بوده زودتر اكسیده می شود استحكام مكانیكی آلومینیوم از مس كمتر است . حداكثر مقاومت كششی آن kg / mm2 18 بوده و بار مكانیكی مجاز آن kg / mm2 9 است .
انواع هادی های خطوط انتقال نیرو :
1- هادی های تمام آلومینیوم (ACC) 2- هادی های آلیاژ آلومینیوم (Bus-Bar) 3- هادی آلومینیومی با مغزی فولادی (ACSR) 4- هادی آلومینیوم با مغزی آلیاژی (ACAR) 5- هادی ها با تلفات كم (SLAC) 6- هادی (GTACSR) 7- هادی فولادی با روكش مس 8- هادی با روكش آلومینیوم
سیم محافظ :
سیم محافظ هوایی كه در سرتاسر مسیر خط امتداد می یابد تنها به عنوان چتری محافظ بر روی هادی ها بوده تا آن را از برخورد مستقیم صاعقه و ایجاد اختلال در انتقال انرژی مصون دارد .
مدل های خطوط انتقال انرژی :
خطوط انتقال انرژی را به دسته تقسیم بندی می كنیم :
1- خطوط انتقال كوتاه : اگر طول خط كمتر از 100km باشد خط انتقال را كوتاه می نامند و اثر خازنی (كاپاستیانس ) خط در فركانس 50Hz صرفه نظر نموده و تنها مقاومت اهمی و اندوكتانس سری (خاصیت سلفی) خط را در نظر گرفت .
2- خط انتقال متوسط و بلند : خطوط انتقال نیرو بین 100 تا 250 كیلومتر را خطوط متوسط و بالای 250km را خطوط انتقال بلند یا طولانی می گویند .
نیروی های وارد بر هادی :
نیروهای خودی : این نیروها ناشی از وزن هادی ، وزن زنجیر

ه مقره و نیروهای ناشی از قرار گیری برج در زاویه است .
نیروهای ناشی از بارگذاری خارجی : این نیروها شامل بار گذاری ناشی از تشكیل قشر یخ روی هادی و نیروی ناشی از باد است .

انواع خطوط انتقال فشار قوی :
1- خط انتقال نوع كلاسیك : به دلیل فاصله نسبتا زیادی كه عمدتا میان تولید و مصرف انرژی الكتریكی وجود دارد انتقال آن از محا تولید تا محل مصرف توسط خطوط انتقال انرژی با ولتاژی بالای متناوب یا مستقیم صورت میگیرد .
مشخصات الكتریكی خطوط انتقال كلاسیك :
خطوط انتقال كلاسیك امروزی معمولا به صورت یك یا چند مداره هستند . هدف از چند مداره نمودن خطوط افزایش ظرفیت انتقال آن هاست همچنینی هادی فازها ممكن است به صورت تك هادی یا باندل باشد هدف از باندل نمودن خطوط از یك سو كاهش پدیده كرونا در هادی های خطوط و از سوی دیگر بهبود مشخصات الكتریكی خط است كه نهایتا سبب افزایش ظرفیت انتقال خط خواهد شد .
2- خطوط انتقال انرژی نوع مدرن (خطوط فشرده) : از مزایای احداث خطوط مدرن انتقال انرژی با قدرت طبیعی به دلیل این كه خطوط از نظر اندازه و حجم برج نسبت به خطوط كلاسیك مشابه خود ابعاد كوچكتری دارند و فضای كمتری را اشغال میكنند و به خطوط فشرده موسوم گردیده اند . و نوع متداول برجی كه معمولا برای این نوع خطوط فشرده توصیه می گردد برج نوع لوله ای یا تلسكوپی است .
انواع برج ها در خطوط مدرن (خطوط فشرده ) :
1- برج های مهاری 2- برج های مخروطی 3- برج های پنجره ای
برج های مورد استفاده در سیستم پیوسته برق كشور عبارتند از :
1- برج های یك مداره (Single Circuit) 2- برج های دو مداره (Double Circuit)
برج های چند مداره :
1- برج وسط خط 2- برج زاویه یا كششی 3- برج انتهایی

خط انتقال هوایی نوعی از خط انتقال است که در آن از دکل‌ها و تیرها برای نگه داشتن کابل‌ها بالای سطح زمین استفاده می‌شود. از آنجایی که در این گونه

خطوط از هوا به عنوان عایق کابل‌ها استفاده می‌شود این روش انتقال یکی از کم هزینه‌ترین و رایج‌ترین روش‌های انتقال است. دکل‌ها و تیرهایی که برای نگهداشتن کابل‌ها استفاده می‌شود می‌توانند از جنس چوب، فولاد، بتون، آلومینیوم و در برخی موارد پلاستیک مسلح باشند. به طور کلی کابل‌ها مورد استفاده در خطوط هوایی از جنس آلومینیوم ال ولتاژ متوسط و ولتاژ پایین و محل اتصال به مصرف‌کننده استفاده می‌شود.
اختراع مقره‌های جداکننده نقش مهمی در امکان افزایش ولتاژ انتقال در خطوط هوایی داشت. در سال‌های پایانی قرن ۱۹ بیشینه ولتاژ قابل انتقال با مقره‌های سوزنی به ۶۹ کیلوولت می‌رسید اما امروزه امکان انتقال انرژی الکتریکی در ولتاژهای بالاتر از ۷۶۵ کیلوولت و حتی ولتاژهای بالاتر وجود دارد.
خطوط انتقال هوایی معمولا با توجه به سطح ولتاژشان به این صورت طبقه‌بندی می‌شوند:
• ولتاژ پایین: ولتاژهای پایین‌تر از ۱۰۰۰ ولت. مورد استفاده در اتصالات و ارتباطات به مصرف کننده‌های خانگی و تجاری کوچک.
• ولتاژ متوسط (توزیع): ولتاژهای بین ۱ تا ۳۳ کیلو ولت. مورد استفاده برای انتقال در مناطق شهری یا روستایی.
• ولتاژ بالا(انتقال میانی): ولتاژهای بین ۳۳ تا ۲۳۰ کیلوولت. مورد استفاده برای خطوط انتقال میانی.
• ولتاژ خیلی بالا(انتقال): ولتاژهای بین ۲۳۰ تا ۸۰۰ کیلوولت. مورد استفاده برای خطوط انتقال طولانی.

ساختار
ساختار یک خط هوایی می‌تواند با توجه به نوع خط شکل‌های بسیار متفاوتی به خود بگیرد. این ساختار می‌توان به سادگی یک سری از تیرهای چوبی باشد که دارای یک یا چند میله صلیبی برای نگه داشتن کابل‌ها باشد. در ولتاژهای بالا نگه دارنده کابل‌های معمولا یک دکل فلزی است که از شبکه منظمی از قطعات کوچکتر ساخته شده‌است. در مناطق دور افتاده و خاصی که امکان حمل دکل‌ها از زمین وجود ندارد از تیرهای آلمینیومی استفاده می‌شود و آنها را با بالگرد به محل منتقل می‌کنند.

استفاده از هر روش با توجه به خصوصیات محیط و خط و همچنین وزن کابل‌ها انجام می‌گیرد. در یک پروژه بزرگ انتقال ممکن است از انواع مختلفی از تیرها و دکل‌ها استفاده شود. در محل‌های تغییر زاویه خط و محل‌های انتهای خط باید از روش‌های مختلفی برای نگه داشتن تیرها و دکل‌ها استفاده شود و در این محل‌ها از تیرهای کاملا متفاوتی استفاده می‌شود. در محل‌های گذرگاه خط از یک جاده یا رودخانه مهم هم باید از دکل‌های خاصی استفاده کرد.
پی‌ریزی دکل‌ها انتقال می‌تواند بسیار پر هزینه باشد به ویژه گر زمین مانند زمین‌های مرطوب برای نگه‌داشتن دکل ضعیف باشد. در برخی موارد پی دکل‌ها با استفا

ده از سیم‌های فولادی به دقت در پی محکم می‌شود.

مقره‌ها
مقره‌ها باید این قابلیت را داشته باشند که ولتاژ نامی شبکه و ولتاژهای لحظه‌ای ناشی از کلیدزنی یا رعدوبرق را تحمل کنند. در ساده‌ترین حالت می‌توان مقره‌ها را به دودسته تقسیم کرد مقره‌های سوزنی شکل که هادی یا کابل را بالای خود نگه می‌دارند و مقره‌های آویزان که کابل را از پایین می‌گیرند. تا ولتاژ ۳۳ کیلوولت استفاده از هر دو نوع متعارف است اما در ولتاژهای بالاتر از ۳۳ کیوولت بیشتر از مقره‌های آویزان استفاده می‌شود. مقره‌ها معمولا از جنس چینی، شیشه فشرده و یا پلاستیک ساخته می‌شوند.
مقره‌های آویزی از چندین لایه یا بشقاب تشکیل شده‌اند که با افزایش تعداد لایه میزان ولتاژ قابل تحمل آنها افزایش می‌یابد. تعداد لایه‌های این مقره‌ها با توجه به خصوصیات مختلف خط مانند ولتاژ خط، احتمال برخورد رعد و برق،ارتفاع دکل و خصویات محیط مانند میزان رطوبت و آلودگی هوا انتخاب می‌شود. از طرف دیگر مقره‌ها باید از نظر مکانیکی استحکام کافی را برای تحمل وزن کابل‌ها و همچنین فشار اضافی ناشی از برف یا باد داشته باشند.
مقره‌های چینی ممکن است با لعابی نیمه‌هادی پوشیده شده باشند تا به ترتیب جریان نشیتی کوچکی (در حد چند میلی آمپر) از سطح مقره عبور کند. این جریان موجب گرم شدن سطح مقره و خشک نگه داشتن آن خواهد شد. این لایه نیمه‌ها همچنین باعث خواهد شد تا در صورت ایجاد جرقه، جرقه مسیر طولانی‌تری را بر روی سطح مقره طی کند.

هادی‌ها
اصولا در خطوط هوایی فشار قوی و فشار متوسط از هادی‌های آلمینیومی که با نواری فولادی مسلح شده‌اند (ACSR) استفاده می‌شود. استفاده از هادی‌های آلمینیومی به علت نسبت بهتر وزن به مقاومت آنها در مقایسه با مس انجام می‌گیرد و از طرف دیگر اام

روزه فلز آلمینیوم از مس ارزان‌تر است. البته استفاده از هادی‌های مسی هم به ویژه در ولتاژهای پایین رایج است.
همانطور که می‌دانید با بالابردن قطر هادی افت توان در طول خط پایین می‌آید و از طرفی قیمت تمام شده هادی بالا می‌رود. برای به دست آوردن بهترین نسبت، قانونی به نام قانون کلوین وجود دارد این قانون به این نکته اشاره می‌کند که بهینه‌ترین قطر برای یک هادی در صورتی به وجود می‌آید که هزینه سالیانه انرژی تلف شده در خط برابر میزان سود سرمایه‌گذاری کردن هزینه خرید هادی باشد. البته عواملی مانند تغییر میزان توان انتقالی از خط در طول سال، تغییر قیمت دائمی هادی و ... تعیین میزان قطر بهینه برای هادی‌ها را پیچیده می‌کند.
از آنجایی که هادی‌های مورد استفاده در خطوط هوایی انعطاف‌پذیر هستند در فاصله بین دو تیر یا دکل به سمت پایین خم می‌شوند و این میزان خم شدگی با توجه به

دما در طول سال تغییر می‌کند. یکی از نکات مهم در مورد نصب هادی‌ها بر روی تیر محاسبه حاشیه امنیت بالای سر برای یک خط هوایی است. از آنجایی میزان خم شدگی هادی با حرارت رابطه مستقیم دارد و حرارت هادی نیز با توجه به حرارت محیط و میزان جریان جاری در هادی تغییر می‌کند، میزان خم شدگی کابل نوعی محدودیت برای میزان جریان قابل انتقال توسط یک خط ایجاد می‌کند.
از آنجایی که در ولتاژهای بالا مقداری از توان در اثر پدیده کرونا تلف می‌شود در ولتاژهای بالا از کابل‌های دسته‌ای برای انتقال انرژی الکتریکی استفاده می‌شود. این کابل‌ها از چند رشته مجزا تشکیل شده‌اند که به وسیله جدا کننده‌ها در کنار هم نگه‌داشته شده‌اند. تعداد رشته‌های هادی شده نسبت به هم در ولتاژهای مختلف متفاوت است مثلا در ولتاژ ۲۲۰ کیلوولت از کابل دسته‌ای دوتایی و در ولتاژ ۳۸۰ کیلوولت از کابل دسته‌ای سه‌تایی استفاده می‌شود.
عیب یاب اتوماتیک خطوط انتقال هوایی

شرکت های برق همواره به دنبال اتوماتیک کردن عملیات نگهداری خطوط انتقال هوایی بوده اند. تاکنون بازرسی های مربوط به این خطوط بصورت چشمی و از روی زمین انجام شده است. اگرچه ماشینهای متحرک به همراه ویدئو و یا ضبط کننده های ویدیوئی 8mm نیز وارد بازار شده اند، ولی اینگونه ماشینها نیز متکی به دقت بینایی بشر می باشند. شرک

ت SATO KENSETSU KOGYO اقدام به طراحی و ساخت یک عیب یاب اتوماتیک خطوط انتقال هوایی نموده است که این سیستم با بکارگیری سیم پیچ ها و مدارات عیب یاب، خرابی های روی خطوط انتقال را به شکل سیگنالهای الکتریکی دریافت می نماید. اطلاعات بر روی نوارهای کاست ضبط می گردد و می توان حدود و موقعیت خرابی را به شکل مقادیر عددی بدست آورد. بطور همزمان این سیستم تصاویری را ضبط می نماید که از روی آنها می توان خرابی را به صورت تصویری نیز مشاهده نمود. این دستگاه طوری طراحی شده است که در

صورت وجود موانعی برروی خطوط انتقال به صور

ت اتوماتیک متوقف خواهد شد.
این سیستم از دو بخش که شامل جزء عیب یاب و یک درایو می باشد تشکیل شده است. دستگاه عیب یاب قابلیت حرکت به جلو، توقف و حرکت به عقب را توسط سیستم کنترل از راه دور و از روی زمین دارد (FM radio Controlled system).

حدود و موقعیت خط معیوب بر روی یک ضبط کننده اطلاعات دوکاناله ضبط می گردد. در صورت بیشتر بودن میزان خرابی نسبت به مقدار تنظیم شده از قبل، این دستگاه شروع به گرفتن تصاویر بصورت اتوماتیک خواهد کرد.