بخشی از مقاله
خلاصه مقاله :
در مقاله پیش رو سعی شده است راه حلی نوینی مبتنی بر الگوریتمهاي تکاملی براي مساله پایه گذاري خطوط انتقال هوایی ارایه شود . در ابتدا مساله پایه گذاري خطوط هوایی معرفی می شود و قیدهاي مکانیکی و الکتریکی این مساله بررسی می شوند .
در ادامه ابتدا روشهاي تحلیل دستی این مساله معرفی می شوند . سپس روش برج گذاري با استفاده از الگوریتم ژنتیک معرفی و تشریح می شود . در انتها یک مساله نمونه توسط این روش تحلیل می شود و برج گذاري حاصل شده با برج گذاري ایجاد شده به روش دستی مقایسه میشود.
-1 معرفی مساله پایه گذاري :
پایه گذاري عبارت است تعیین محل ، نوع و ارتفاع هر پایه بر روي نقشه پروفیل به صورتی که محدودیتهاي مکانیکی و الکتریکی حاکم بر مساله خطوط انتقال هوایی رعایت شود و در عین حال پایه گذاري انجام شده تا حد ممکن اقتصادي باشد . براي درك صورت مساله لازم است تا برخی از اصطلاحات بکار رفته در تعریف صورت مساله معرفی شوند .
اصطلاحات بکار رفته عبارتند از : پایه ، نقشه ، محدودیتهاي الکتریکی ، محدودیتهاي مکانیکی .
-1-1 پایه :
پایه یا برج اسکلتی است عموما فلزي که به عنوان نگهدارنده خطوط انتقال هوایی بکار برده می شود .
-1-1-1 انواع پایهها:
پایهها را می توان به دو دسته کلی تقسیم کرد .
الف - پایههاي غیرکششی - : - Suspension Tower
پایههاي که زاویه مجاز انحراف خط در آنها از چند درجه
تجاوز نمی کند و زنجیره مقره بصورت آویزي می باشد و کشش افقی سیم در دو طرف آن مساوي است و براي مسیر مستقیم خط انتقال بکار می رود.
ب - پایههاي کششی - - Tension Tower
پایههاي که زاویه مجاز انحراف خط در آنها زیاد است وربا توجه به انواع مختلف می توانند مقداري اختلاف کشش در دو طرف را و حتی تمام کشش سیم در یک طرف را تحمل کنند. زنجیره مقره در این نوع پایهها در امتداد سیم قرار داردواین پایه درمسیرمستقیم و یا نقاط زاویه استفاده می شود .
-2-1 نقشه :
نقشه مسیر خط انتقال هوایی ، به صورت پلان و پروفیل
در اختیار طراح خط قرار می گیرد .
-1-2-1 پلان - : - Plan
دید از بالاي مسیر خط انتقال را که نشان دهنده وضعیت زمین است را پلان می گویند.
- 2 - 2 پروفیل - : - Profile
دید از روبروي مسیر خط انتقال را که نشان دهنده پستی و بلندي آن مسیر می باشد را پروفیل می گویند.
پلان و پروفیل بصورت یکجا و کنار یکدیگر رسم می شوند تا مهندس طراح خط بتواند به یک دید سه بعدي از مسیر خط انتقال دست یابد . طراح با کمک پروفیل می تواند تغییرات ارتفاع در طول مسیر را ببیند و با کمک پلان موقعیت اراضی اطراف خط انتقال را مشاهده کند.
-3-1 محدودیتهاي الکتریکی :
محدودیتهاي الکتریکی حاکم بر خطوط انتقال از دید یک طراح پایه گذار به دو دسته تقسیم می شود . این محدودیتها تنها از دید طراح پایه گذار است و محدودیتهاي الکتریکی در مساله طراحی خط بسیار بیشتر از موارد معرفی شده در زیر است ، به علت آنکه محدودیتهاي دیگر در بخشهاي قبل از پایه گذاري بررسی می شوند در ماهیت مساله پایه گذاري دخالتی نخواهند داشت .
دسته اول : حداکثر اسپن الکتریکی دسته دوم : فاصله مجاز هادي الکتریکی تا زمین در ادامه هر یک از این محدودیتها معرفی خواهند شد .
-1-3-1 حداکثر اسپن الکتریکی :
در بعضی حالات - نظیر باد یا بلند شدن ناگهانی یخ از روي سیم - نوساناتی روي سیم بوجود خواهد آمد که سبب کم شدن فاصله فازها در وسط اسپن خواهد شد ، براي جلوگیري از اتصال کوتاه فازها به ازاي شرایط نصب نظیر فلش و کشش ، باید حداکثري را براي اسپن در نظر گرفت تا به ازاي آن ، حداقل فاصله بین فازها در وسط اسپن رعایت رشود .
-2-3-1 فاصله مجاز هادي الکتریکی تا زمین :
به علت رعایت مسایل ایمنی استانداردهاي مختلفی براي حداقل فاصله مجاز هادیهاي الکتریکی از سطح زمین ایجاد شده است . در این استانداردها حداقل فاصله به ازاي سطوح ولتاژ مختلف براي اراضی و موانع و تاسیسات مختلف پیشنهاد شده است . در هنگام پایه گذاري باید دقت کرد که این حداقل فواصل همواره رعایت شود.
-4-1 محدودیتهاي مکانیکی
محدودیتهاي مکانیکی حاکم بر خطوط انتقال به دو صورت می باشند . مورد اول محدودیت مکانیکی سیم و مورد دوم محدودیت مکانیکی پایه می باشد .
-1-4-1 محدودیتهاي مکانیکی سیم :
محدودیتهاي مکانیکی سیم به دو دسته فلش و کشش قابل تقسیم می باشد .
کشش : سیم داراي محدودیت حداکثر کشش می باشد و در صورتیکه از یک مقدار مشخص بیشتر کشیده شود آنگاه سیم از نقطه الاستیک خارج می شود و در نهایت سیم شروع به پاره شدن خواهد کرد.
فلش : با توجه به شکل 1 طول بزرگترین خط قایم بین خط AB و منحنی سیم را فلش می گویند . مماس بر منحنی سیم در نقطه C موازي خط AB خواهد بود.
شکل : 1 تعریف کلی فلش
محدودیتهاي حاکم بر سیم باید در شرایط مختلف آب و هوایی بررسی شوند تا نه تنها در هنگام نصب بلکه در تمامی طول سال رعایت شوند .
-2-4-1 محدودیتهاي مکانیکی پایه :
پایههاي مختلف داراي مشخصههاي مکانیکی مختلفی می باشند . مقدار نیروهاي عمودي و افقی و... در هر نوع از پایهها مشخص می باشد و به هنگام استفاده از هر پایه باید دقت کرد تا این محدودیتها کاملا رعایت شود .
-1-2-4-1 مشخصاتپایههايکششیوغیرکششی :
پس از انتخاب شرایط نصب مشخصات پایههاي کششی و غیر کششی از قبیل ارتفاع ، حداکثر زاویه مجاز انحراف خط و منحنیهاي اسپن وزنی - اسپن بادگیر انتخاب می شود . در تهیه این مشخصات باید به شرایط جوي و همچنین مشخصه مکانیکی پایهها دقت کرد و با کمک فهرست پایههاي مختلف موجود پایه اي که مشخصههاي مکانیکی لازم را داشته باشد و همچنین قادر به تامین ارتفاع مورد نیاز براي رعایت فاصله مجاز تا زمین باشد را انتخاب کرد.
اسپن بادگیر : فاصله افقی بین دو نقاط وسط دو اسپن مجاور را اسپن بادگیر گویند.
تمپلت فلش : - Sag Template -
براي انتخاب ارتفاع برج بر اساس فلش ، کشش و فاصله مجاز سیم تا زمین در حالات مختلف شرایط جوي ، تمپلت فلش را تهیه و در هنگام پایه گذاري روي پروفیل از آن استفاده می کنند .
منحنیهاي موجود در تمپلت :
-1 منحنی گرم : براي رعایت فاصله مجاز سیم تا زمین باید حداکثر فلش ممکن در نظر گرفته شود . به همین جهت
منحنی گرم باید بر اساس حداکثر درجه حرارت و مدول الاستیسیته نهایی و پیري سیم رسم شود .
-2 منحنی فاصله مجاز سیم تا زمین : این منحنی براي رعایت فاصله مجاز سیم تا زمین در حداکثر فلش ، زیر منحنی گرم رسم می شود .
-3 منحنی سرد : این منحنی براي کنترل نیروي بالا برنده ، حداقل فلش اولیه و انحراف زنجیره مقره بکار می رود و در حداقل درجه حرارت بدون یخ و باد با در نظر گرفتن مدول الاستیسیته اولیه رسم می شود.
-5-1 تعریف اصطلاحات مهم :
پیش از بررسی روشهاي تحلیل مساله پایه گذاري ، لازم راست که براي روشن شدن مطالب ، برخی از اصطلاحات مهم در تحلیل مساله پایه گذاري را تعریف می کنیم .
اسپن : فاصله افقی بین دو پایه مجاور را اسپن می گویند .
اسپن وزنی : فاصله افقی بین دو نقطه مینیمم سیم در دو اسپن مجاور را اسپن وزنی گویند.
شکل: 2 تمپلت فلش
-2 روشهاي تحلیل دستی مساله پایه گذاري :
براي شروع پایه گذاري ، اولین پایه بعد از پست را پایه انتهایی در نظر می گیرند .
چون : ممکن است خط در محل ورود به پست زاویه داشته باشد
