بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسی دلایل سوختن کابل خودنگهدار فشار ضعیف در شبکه های توزیع برق مشهد
چکیده
زندگی در جامعه مدرن و در حال توسعه، بدون وجود انرژی الکتریکی مستمر و قابل اطمینان بسیار مشکل است. تحول بزرگ در استفاده از منابع انرژی زمانی رخ داد که قدرت بخار آب توسط "جمیز وات" شناسایی و به کار گرفته شد. پس از شناخت منابع انرژی و تولید انبوه برق در مراکز نیروگاهی، انتقال و توزیع آن بصورت ایمن، پایدار و کیفیت استاندارد از اهمیت بالایی برخوردار شد. یکی از متداول ترین روش های توزیع برق در سطح ولتاژ فشار ضعیف استفاده از شبکه های هوایی با سیم مسی می باشد. در سالیان اخیر بدلیل مشکلاتی چون حریم، سرقت، برق دزدی و غیره، استفاده از شبکه های هوایی 5 سیمه به چالش جدی برای شرکت های توزیع نیروی برق مبدل شده و بدنبال راهکاری برای کاهش تبعات اجتماعی و زیست محیطی در شبکه های توزیع می باشند. کابل های خودنگهدار فشار ضعیف هوایی روشی است برای غلبه بر مشکلات پیش روی صنعت برق لیکن لازم است تمهیدات استفاده از این قبیل کابل ها شناسایی و مشکلات آن رفع گردد تا در آینده دچار مشکل نشویم.
در این مقاله به بررسی دلایل سوختن کابل های خودنگهدار در شبکه ها توزیع برق مشهد در پیک بار سال 93 پرداخته و در نهایت راهکارهای حل مشکل ارائه خواهد شد.
سیم مسی - شرایط محیطی - کابل خودنگهدار - یراق آلات
مقدمه شبکه های فشار ضعیف به دو دسته کلی هوایی و زمینی
تقسیم می شوند. هر یک از شبکه ها مزایا و معایب خاص خودش را دارد. در جدول 1 بعضی از معایب و مزایای این قبیل شبکه ها آمده است.
به منظور کاهش معایب شبکه های فشار ضعیف هوایی با سیم مسی، استفاده از کابل خودنگهدار روشی است که در سالیان اخیر مورد توجه جدی قرار گرفته که خوشبختانه شرکت توزیع نیروی برق مشهد بعنوان شرکتی پیشرو بسمت استفاده از کابل های خودنگهدار حرکت نموده است. کابل های خودنگهدار بسیاری از معایب سیم های مسی را پوشش و حل نموده است لیکن چنانچه در مراحل اجرایی به مسایل محیطی و فنی توجه نگردد تهدیداتی در استفاده از این قبیل کابل ها بوجود خواهد آمد.
کابل های خودنگهدار فشار ضعیف هوایی در سال 1930 میلادی تولید کنندگان کابل در کشورآلمان، ماده ای به نام پلی ونیل کلراید (PVC) را کشف و از آن برای عایق کاری سیم و کابل استفاده نمودند. هرچند این ماده بدلیل کیفیت نامناسب و عدم مقاوم بودن در شرایط آب و هوایی دارای نقاط ضعف بسیاری بود لیکن گام بسیار مهمی برداشته شده بود.
با پیشرفت صنایع نفت و پتروشیمی و همچنین کشف فرآورده های نفتی جدید، مواد عایقی جدیدی تولید گردید اما پیشرفت اساسی در عایق ها با تولید عایق پلی اتیلن کراس لینک (XLPE) در کارخانه جنرال الکتریک آمریکا در سال 1953 رخ داد. این ماده با دارا بودن ویژگی های بسیار مناسب به سرعت جای خود را در صنعت کابل سازی باز کرد. پس از آن در سال 1977 میلادی اولین بار از پلی اتیلن کراس لینک در کابل های هوایی فشار ضعیف به عنوان عایق استفاده شد و با توجه به خصوصیات بسیار مناسب آن، تاکنون نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
کابل های خود نگهدار فشار ضعیف متداول مورد استفاده به 4 دسته تقسیم می شوند.
-1 کابل هایی با سیم نگهدارنده مجزای فولادی و هادی های فاز، نول و روشنایی معابر که از جنس آلومینیوم هستند.
-2 کابل هایی که با نول و سیم نگهدارنده مشترک از جنس آلومینیوم تقویت شده با فولاد، آلومینیوم تقویت شده با آلیاژ یا آلومینیوم آلیاژی بوده و هادی های فاز و روشنایی معابر آن از جنس آلومینیوم می باشد.
-3 کابل های بدون سیم نگهدارنده (با هادی های فاز، نول و روشنایی معابر)
-4 کابل های دو رشته ای آلومینیومی (صرفا روشنایی معابر)
در شکل 1 نمایی از کابل خودنگهدار 6 رشته ای آمده است.
به منظور شناسایی فازها از یکدیگر و همچنین سیم نول و سیم نگهدارنده، بر روی سطح خارجی هر رشته کابل خودنگهدار با ایجاد بر آمدگی هایی در طول کابل نشانه گذاری می شود. طبق استاندارد و مشخصات فنی ارائه شده توسط شرکت توانیر، نشانه های مربوط به شناسایی هر یک از رشته های کابل خودنگهدار به شرح ذیل می باشد.
-1 نشانه فاز :R یک برآمدگی بصورت خط ممتد در طول کابل.
-2 نشانه فاز :S دو برآمدگی بصورت خط ممتد در طول کابل.
-3 نشانه فاز :T سه برآمدگی بصورت خط ممتد در طول کابل.
-4 نشانه نول: با چندین برآمدگی بصورت خط ممتد در طول کابل. (اصطلاحا هزار خط)
-5 نشانه روشنایی معابر: با سطح صاف. (بدون برآمدگی) -6 نشانه سیم نگهدارنده: در صورتی که دارای روکش
باشد با سطح صاف، بدون برآمدگی و یک خط رنگی سفید و یا زرد در طول روکش سیم.
در شکل 2 نشانه های مربوط به شناسایی هر یک از رشته های کابل خونگهدار نشان داده شده است.
شکل :2 علائم و نشانه های روی رشته های کابل خودنگهدار
بررسی دلایل سوختن کابل های خودنگهدار فشار ضعیف هوایی در شبکه های توزیع برق مشهد گسترش روز افزون شبکه های فشار ضعیف هوایی، افزایش
قیمت زمین که منجر به عدم رعایت حریم شبکه های برق شده، افزایش قیمت مس که منجر به سرقت شبکه های مسی شده، مسائل ایمنی و حفاظتی انسان و حیوانات، مسائل زیست محیطی، افزایش برق های غیر مجاز و غیره، همگی از عواملی است که شرکت توزیع برق مشهد را بر آن داشت تا تحولی اساسی در شبکه های فشار ضعیف هوایی با سیم مسی ایجاد نماید. شرکت توزیع نیروی برق مشهد از سال 1384 گرایش جدی به استفاده از کابل خودنگهدار پیدا نمود و از آن سال تاکنون علاوه بر احداث و توسعه شبکه های جدید فشار ضعیف با کابل خودنگهدار، طی برنامه منظم و جامعی به تبدیل شبکه های موجود مس به کابل خودنگهدار مبادرت نموده است که تاکنون بالغ بر 85 درصد شبکه های مسی موجود را به کابل خودنگهدار از نوع 6 رشته تبدیل نموده است.
در جدول 2 هادی مس و آلومینیوم در شرایط مشابه مقایسه شده است.
چگونگی تعیین سطح مقطع کابل خودنگهدار در برق مشهد رسانایی مس بیشتر از آلومینیوم بوده و در جایگزینی آلومینیوم بجای مس لازم است به این مسئله توجه جدی داشت. بر اساس روابط الکتریکی و به منظور محاسبه مقاومت سیم (با شرایط برابری طول برای سیم مس و آلومینیوم) برای اینکه مقاومت سیم آلومینیوم برابر سیم مس شود، خواهیم داشت:
اگر Rcu=Ral در نظر بگیریم در نتیجه خواهیم داشت :
Sal=1 64 Scu
در فرمول R مقاومت اهمی سیم، مقاومت ویژه الکتریکی، l طول هادی و S سطح مقطع می باشد.
پس در یک رسانایی برابر و طول یکسان، مقطع یک رسانای آلومینیوم 1,64 برابر مقطع یک رسانای مس است. جدول 3 مقاطع هادی های آلومینیومی معادل با هادی مسی (با طول برابر و هدایت الکتریکی یکسان) را نشان می دهد. مشاهده می شود که برای هادی مسی تا مقطع 16 میلیمترمربع، سطح مقطع های آلومینیوم، معادل یک رنج بالاتر و از سطح مقطع 25 میلیمتر مربع به بعد معادل 2 رنج بالاتر خواهد بود.
شبکه های فشار ضعیف هوایی در برق مشهد شامل مقاطع 25، 35 و 50 میلیمتر مربع می باشد که 65 درصد آن مقطع 25، 25 درصد آن 35 و 10 درصد آن مقطع 50 می باشد. با توجه به اینکه بیشترین سهم سیم مسی از مقطع 25 میلیمتر مربع می باشد معادل آلومینیوم آن را می توان 50 میلیمتر مربع گرفت لیکن سطح مقطع 70 انتخاب گردید تا علاوه بر یکنواختی و افزایش ضریب بهره وری، توسعه های آینده هم مد نظر قرار گرفته باشد در نتیجه کابل خودنگهدار 4*70+35+25 انتخاب و مورد استفاده قرار گرفته است. (سطح مقطع فازها و نول 70، معابر 35 و مسنجر25 میلیمترمربع می باشد) از طرف دیگر با توجه به منابع محدود مالی و دیگر شرایط حاکم بر شرکت های توزیع، فقط تعویض سیم انجام می گیرد و تیرهای موجود به قوت خود باقی می ماند مگر تیرهای فرسوده و غیرقابل اطمینان که تعویض می گردد.
در پیک بار تابستان 93 تعدادی کابل خودنگهدار سوزی گزارش شد که در طول چند سالی که از عمر استفاده از این کابل ها در شبکه می گذشت اتفاق جدیدی بود لذا نیاز به بررسی دقیق علل حادثه ها بود. بدلیل پراکندگی مناطق حادثه لذا یکی از مناطقی که بیشترین کابل سوزی در آن اتفاق افتاده بود مورد بررسی میدانی قرار گرفت.
برای این منظور و بررسی دقیق تر، شبیه سازی یکی از موارد کابل سوزی انجام گردید. در این منطقه شبکه ای مسی با طول و بار مشخص تبدیل به کابل خودنگهدار شد . پارامترهای شبکه مورد تحقیق به شرح جدول 4 می باشد.
در شکل 3 شمای تک خطی شبکه مورد بررسی نشان داده شده است .
سیم و یا کابل سوزی در شبکه های هوایی فشار ضعیف عوامل متعددی می تواند داشته باشد. این عوامل شامل بار پیش از حد، اتصالات نامناسب، آسیب دیدن سیم و یا کابل در زمان احداث، مجاورت با اشجار، عوامل جوی، عدم رعایت استانداردهای طراحی، عدم آموزش مناسب به مجریان، ساختار سیم یا کابل و غیره می باشد.
سیم های مسی شبکه هوایی به هر علتی بسوزد بدلیل جدا بودن سیم ها از یکدیگر فقط در همان رشته سیم اثر سوختن دیده می شود و نهایتا همان سیم پاره شده و به فازهای دیگر آسیب نمی رساند و فقط برق مشترکینی که از همان فاز استفاده می کنند قطع می شود لیکن در
