بخشی از مقاله
چکیده
در برخی موارد بخصوص در مناطق شهري , توان انتقالی از خطوط موجود تا حد ظرفیت از پیش طراحی شده آنها افزایش می یابد و در صورتیکه تدابیر ویژه اي براي تأمین نیاز مصرف برق اندیشیده نشود , چاره اي جز توقف برق رسانی یا قطع برق کوتاه مدت آنها وجود نخواهد داشت . طبیعی است یکی از راههاي منطقی و اصولی براي رفع این نقیصه احداث خطوط انتقال جدید می باشد.
اما در صورتیکه امکان تأمین زمین مناسب براي توسعه شبکه هاي جدید میسر نباشد , لازم است با تدابیر مختلف که در این مقاله بطور اختصار به آنها اشاره می گردد , نسبت به افزایش توان انتقالی خطوط انتقال اقدام نمود. توجه این مقاله بیشتر به روشهایی می باشد که با تغییر آرایش هادیها و مشخصات فیزیکی خط مرتبط میشود. در این مقاله ابتدا محدودیتهاي انتقال توان و استفاده بیشتر از ظرفیت خطوط انتقال نیرو مرور شده و سپس روشهاي اجرایی افزایش انتقال توان در حریم موجود خطوط انتقال نیرو بیان گردیده است.
-1 مقدمه
نیاز رو به رشد مصرف مشترکین برق و لزوم تامین آن سبب می شود تا شبکه هاي شهري هر ساله توسعه یابند. توسعه شبکه هاي انتقال و توزیع شهري ضمن اینکه محتاج به سرمایه گذاري بالا است، نیازمند زمین آزاد یا ارزان قیمت نیز میباشد. در کشورهاي در حال توسعه که رشد نسبی مصرف برق بالا است این مشکل شکل حادتري دارد به همین دلیل باید با توجه به راه حل هاي علمی و عملی نسبت به رفع یا کاهش آثار سوء آن اقدام نمود.
در شهرهاي بزرگ ایران بخصوص شهر تهران، تهیه و تدارك زمین براي احداث شبکه هاي برقرسانی جدید کاري بسیار مشکل و پر هزینه است که باید با بهره گیري از تجارب کشورهاي پیشرفته و انتخاب طرحهاي مناسب ، اقدامات اجرائی را انجام داد. البته ذکر این نکته ضروري است که تهیه و تدارك زمین تنها مشکل اجرائی و اقتصادي نمیباشند بلکه اخذ مجوزات لازم از سازمانهاي مختلف، مشکلات اجتماعی، زیست محیطی، مشکلات اجرایی و همچنین حل و فصل قانونی خرید و تصاحب زمین از دیگر عوامل بسیار مهم و تأخیر انداز است که شرکتهاي برق با آن مواجه میباشند. بنابراین، با توجه به عوامل فوق، لزوم استفاده از حریم موجود خطوط، جهت انتقال توان بیشتر کاملا احساس میشود. هدف این مقاله، جمع آوري، تدوین و ارائه روشهاي عملی جهت افزابش توان انتقالی در خطوط انتقال موجود میباشد.
-2 محدودیتهاي ظرفیت خطوط
برخلاف ظرفیت حجمی که معمولاً با عدد ثابت و مشخصی بیان می گردد , در خطوط انتقال یا توزیع نیرو برحسب اینکه ظرفیت بر چه مبنایی محاسبه شده باشد, میتواند ارقام مختلفی را به خود اختصاص دهد . لذا وقتی بحث پیرامون ظرفیت خطوط به میان می آید لازم است مشخص گردد چه عاملی باعث محدودیت ظرفیت خطوط می گردد و چه بسا ممکن است با ارائه روش هاي اصلاحی نسبت به افزایش ظرفیت اقدام نمود. بنابراین لازم است قبل از ارائه روش هاي اصلاحی جهت افزایش توان انتقالی , کلیاتی در خصوص ظرفیت خطوط انتقال نیرو و همچنین محدودیت هاي انتقال توان بیشتر، مطرح گردد.
-2-1 ظرفیت حرارتی هادیها
اولین عامل محدود کننده ظرفیت خطوط انتقال یا توزیع نیرو , ظرفیت حرارتی هادیها است . براي اینکه مشخصه اولیه هادیها حفظ گردد , لازم است جریان عبوري از هادیها طوري تنظیم شود که هیچ وقت درجه حرارت آنها از حد مجاز خود افزایش نیابد که این جریان به جریان مجاز یا جریان حرارتی هادیها موسوم است. بنابراین جریان مجاز به بالاترین جریانی اطلاق می شود که عبور پیوسته آن از هادي سبب نشود تا درجه حرارت هادیها از حد مجاز خود افزایش یابد.
لذا با توجه به اینکه درجه حرارت هادیها از مجموع درجه حرارت محیط, توان تابشی خورشید و تلفات الکتریکی حاصل میشود, جریان مجاز هادیهاي یک خط انتقال معین برحسب اینکه در چه منطقه اي نصب شده باشد و یا اینکه زمان مطالعه شب یا روز باشد, زمستان باشد یا تابستان, هوا ابري باشد یا آفتابی ارقام مختلفی را بخود اختصاص می دهد. بنابراین نوع هادیها بر حسب زمان و مکان بهره برداري متفاوت است و معمولا در خطوط کوتاه امکان انتقال توانی در حد ظرفیت حرارتی میسر می باشد.
-2-2 شرایط طراحی اولیه
همانطور که در بالا اشاره گردید , حد ظرفیت خطوط باید در حد ظرفیت حرارتی آنها محدود گردد, در چنین مواردي فرض می شود که ماکزیمم درجه حرارت هادیها به مقدار درجه حرارت مجاز هادیها - براي هادیهاي آلومینیوم فولاد حدود 90 درجه سانتیگراد می باشد - برسد. طبیعی است در صورتیکه طراحی طوري انجام شود که درجه حرارت هادیها به 90 درجه , برسد مسلماً فلش هادیها , ارتفاع پایه ها و فواصل فازي نیز براین مبنا طراحی می شوند .
اما گاهی اوقات بخصوص در خطوط بلند سایر محدودیت ها سبب میشوند که امکان بارگذاري در حد ظرفیت حرارتی میسر نمیباشد , در چنین شرایطی، درجه حرارت هادیها براي ارقام کمتري - مثلاً 70 , 65 و یا 75 درجه سانتیگراد - طراحی میشوند. در مواردي که ظرفیت خطوط انتقال براي مقادیري کمتر از حد حرارتی خود طراحی شوند, امکان افزایش ظرفیت خطوط براي مقادیر بالاتر میسر نمی باشد, چون در صورت اجراي این اقدام درجه حرارت هادیها و در نتیجه فواصل هادیها از یکدیگر و با زمین کاهش مییابند گرچه اجراي این عمل تخریب هادیها را بهمراه ندارد.
-2-3 ولتاژ خط
ظرفیت خطوط انتقال نیرو ضمن اینکه به جریان وابسته است, به ولتاژ خطوط انتقال یا توزیع نیرو نیز بستگی دارد. طبیعی است وقتی ولتاژ دو برابر شود, حتی براي هادیهاي یکسان, توان انتقالی نیز تقریباً دو برابر می شود . بنابراین یکی از راههاي افزایش ظرفیت خطوط انتقال , انتخاب ولتاژ بالاتر براي آنها می باشد. اما محدویتهاي ناشی از عرض حریم و مشکلات مسیر همواره افزایش ولتاژ خطوط انتقال نیرو را به عنوان یک راه اصولی تأئید نمی کند, به همین دلیل و بخصوص در مناطق شهري این شیوه ممکن است قابل اجرا نباشد .
-2-4 افت ولتاژ
در بسیاري موارد براي اینکه ولتاژ در نقاط مصرف از حد مشخصی کمتر نشود , لازم است توان انتقالی از خطوط انتقال یا توزیع نیرو از حد معینی بیشتر نشود. به عبارت دیگر در این گونه موارد محدودیت افت ولتاژ , سبب کاهش ظرفیت مفید خطوط انتقال یا توزیع نیرو می شود. البته در چنین شرایطی اگر مشکل افت ولتاژ حل شود , ظرفیت خطوط میتواند افزایش یابد. اما تحت هر شرایطی از ظرفیت حرارتی خطوط بیشتر نمی شود. بعبارتی اگر مشکل افت ولتاژ حل شود - مثلا براي خطوط کوتاه - می توان ظرفیت خط را تا ظرفیت حرارتی آن افزایش داد.
-2-5 حد پایداري
در برخی موارد براي حفظ پایداري سیستم, لازم است ظرفیت خطوط انتقال در حد معینی محدود گردد. این حد، تابعی از مشخصه خطوط و شرایط شبکه می باشد . بنابراین حتی اگر از نظر افت ولتاژ و ظرفیت حرارتی مشکلی نباشد, توان انتقالی از خطوط نباید به بیش از ظرفیتی که از دیدگاه پایداري سیستم دیکته می شود, فراتر رود . البته این محدودیت کمتر در خطوط توزیع یا خطوط انتقال با طول کوتاه اتفاق می افتد و بیشتر براي خطوط طولانی مطرح میگردد.
-2-6 پارامترهاي اقتصادي
معمولاً در خطوط انتقال با طول کوتاه - خطوط شهري - امکان انتقال توانی تا حد ظرفیت حرارتی میسر می باشد. اما ممکن است بارگذاري در این حد, تلفات را به بیش از حد مجاز افزایش دهد که از نظر اقتصادي موجه نباشد. بنابراین صرف اینکه از دیدگاه فنی امکان انتقال توان زیاد از یک خط انتقال میسر باشد, همواره به عنوان یک راه منطقی تلقی نمیشود، بلکه لازم است ظرفیت خطوط از دیدگاه اقتصادي نیز مورد توجه قرار گیرد . به عبارت دیگر جریان عبوري از هادیها باید در محدوده چگالی اقتصادي جریان باشد.
-3 روشهاي افزایش میزان توان انتقالی
با توجه به محدودیتهاي موجود جهت افزایش ظرفیت خطوط، باید از روشهایی استفاده نمود که بتوان با لحاظ کردن تمام محدودیتهاي فوق توان بیشتري استفاده نمود. همانطور که اشاره شد، جایگزینی خطوط انتقال با ولتاژ بیشتر نیز نیازمند استفاده از حریم و بالتبع آن زمین بیشتر می باشد. لذا با در نظر گرفتن همه این عوامل، می توان از روشهاي زیر جهت افزایش ظرقیت خطوط استقاده نمود.
-3-1 افزایش ظرفیت از طریق نصب خازن
در بسیاري موارد ظرفیت خطوط با بار راکتیو اشغال میشود, که همین امر، سبب کاهش ظرفیت مفید آنها میگردد. در خطوط انتقال با طول کوتاه که افت ولتاژ یا حد پایداري محدودیت چندانی در بارگذاري خطوط ایجاد نمیکنند, یکی از روشهاي مؤثر در آزاد سازي ظرفیت خطوط و تجهیزات مسیر, نصب خازن در محل مصرف می باشد. درصد افزایش ظرفیت مفید خطوط تابعی از ضریب قدرت بار مصرفی میباشد. جدول - - 1 رابطه ضریب قدرت و ظرفیت اکتیو را نشان می دهد.
همانطور که از این جدول مشهود است در صورتیکه با نصب خازن در محل مصرف , ضریب قدرت از مقدار 0/80 به یک افزایش یابد , میزان توان انتقالی میتواند حدود 25 درصد افزایش یابد. البته ذکر این نکته ضروري است که مقادیر این جدول فرضی است. با اجراي این اقدام , ظرفیت خطوط تقریبا با بار اکتیو اشغال میشود. در نتیجه بدون اینکه تغییري در مشخصه خطوط ایجاد شود امکان افزایش ظرفیت خطوط فراهم میشود. البته این روش در مواردي قابل اجرا است که ضریب قدرت مصرف پائین باشد.
