بخشی از مقاله
چکیده
گسترش و توسعه شهرها و افزایش نیاز آنها به توان الکتریکی بیشتر، احداث یا توسعه خطوط انتقال نیرو جدید را ضروری می سازد . از طرف دیگر قیمت بسیار زیاد زمین در مناطق شهری ، عدم امکان تهیه و تدارک زمین مناسب، اخذ مجوزات قانونی ، امکان تصاحب زمین واحداث خطوط جدید را با مشکلات عدیده ای رو به رو می سازد. در کشورهای پیشرفته جهان سالها است که تحقیقات و مطالعات گسترده ای در جهت کاهش پهنای باند عبور خطوط به کارگرفته شده است که لازم است در شهرهای بزرگ کشور نیز این دیدگاههای علمی و عملی مورد توجه قرارگیرد.
به کارگیری خطوط کمپاکت و افزایش توان انتقالی خطوط موجود از شیوه های مناسبی هستند که در این زمینه مورد استفاده قرامی گیرند. دراین مقاله سعی می گردد تا نقش نزدیک سازی فاصله فازی وتاثیر آن بر روی مقادیر پارامترهای الکتریکی مانند راکتانس سلفی ، راکتانس خازنی ، امپدانس موجی و قدرت طبیعی بررسی شود. برای چگونگی تاثیر آرایش فازها و مقادیر پارامترهای الکتریکی خطوط در یک خط 63 کیلو ولت نمونه مورد بررسی قرار می گیرد.
1. مقدمه
کمپکت سازی خطوط به کلیه ترفند ها و روش هایی اطلاق می گردد که در نزدیک سازی فواصل افقی و عمودی فاز ها موپر باشند . طبیعی است نزدیک سازی فاز ها خود به عوامل بسیار متعدد دیگری بستگی دارد که در مجموعه دانش های متعلق به خطوط انتقال کمپکت جای می گیرند . بنابراین حاصل بکار گیری تمام این روش ها ، تقلیل پهنا و ارتفاع پایه ها یا برج ها و درنتیجه تقلیل مساحت زمین اشغالی در طول مسیر می شوند.
بطور کلی خطوط انتقال کمپکت به پایه ها و یا برج های خاص اطلاق نمی شود ، بلکه برحسب اینکه هدف از کمپکت سازی چه باشد ، می توان روش های مختلفی را بکار گرفت ، به عبارت دیگر پهنای برج یا فاصله فاز های کناری که عملا در محاسبه عرض باند عبور دخالت دارند ، برحسب اینکه خطوط انتقال معمولی یا خیلی کمپکت باشند می تواند در محدوده خیلی وسیعی تغییر نماید ، بنابراین خطوط کمپکت می تواند از انواع مختلفی تشکیل گردد که برحسب شرایط جغرافیایی و جوی منطقه و سایر پارامتر های فنی و اقتصادی میتواند تغییر نماید .
ازآنجا که لازمه کمپکت سازی خطوط انتقال ، بکارگیری طرح های ویژه و در برخی موارد استفاده از تجهیزات اضافی است ، لذا ممکن است دربرخی موارد سرمایه گذاری لازم جهت احداث آنها در مقایسه با خطوط انتقال معمولی افزایش یابد ، ولی اگر در محاسبات اقتصادی قیمت زمین نیز منظور گردد ، در اغلب موارد بکارگیری خطوط انتقال کمپکت ضمن دارا بودن مزیت های فنی ، توجیه اقتصادی نیز خواهد داشت .
گسترش وتوسعه شهرها سبب افزایش میزان مصرف الکتریکی می شود ولازمه تامین آن احداث وتوسعه شبکه های انتقال وتوزیع نیرو می باشد در شهرهای بزرگ انجام این مهم به سادگی عملی نمی باشد کمبود زمین ، گرانی قیمت زمین ، مشکلات زیست محیطی ، مشکلات تصاحب قانونی زمین و اخذ مجوز ات لازم همه باهم گاهی احداث خطوط انتقال نیرو را آنقدر پیچیده می سازد که حتی بدون توجه به مسائل اقتصادی هم اجرای آن به سهولت میسر نمی باشد .
طبیعی است هرچه به میزان انرژی الکتریکی درخواستی افزوده گردد لازمه تامین آن افزایش ولتاژ خطوط انتقال جدید می باشد که در چنین حالتی مشکلات زیر پدیدار می شود
- افزایش فواصل فازی
- افزایش پهنای برج
- افزایش حریم خطوط
- افزایش باند عبور
این عوامل باعث افزایش مساحت زمین اشغالی در طول مسیر خطوط انتقال نیرو گشته ودر نتیجه تهیه وتدارک آن را با مشکلات عدیده ای همراه می سازند بنابر این اگر قرار باشد احداث خطوط انتقال در مسیرها ی جدید صورت گیرد با توجه به قیمت بسیار بالا ی زمین در شهرهای بزرگ تنها قیمت زمین در یک کیلومتر از طول مسیر به چند ین برابر بهای یک کیلومتر از خط عادی افزایش می یابد که در بسیاری موارد برقرسانی را از دیدگاه اقتصادی توجیه نمی نماید
.2 مزایا نزدیک سازی فازها در خطوط انتقال و فوق توزیع
وقتی خطوط انتقال یا فوق توزیع با منطق نزدیک سازی فازها طراحی واجرا می گردد مزایایی را نیز به همراه خواهد داشت که به شرح ذیل می باشد
- فواصل افقی ودر نتیجه پهنای - فواصل فازهای کناری - برجها یا پایه کاهش یابد
- فواصل عمودی فازها و در نتیجه ارتفاع پایه ها کاهش یابد
- وزن پایه ها وبرجها کاهش می یابد
- مساحت زمین اشغالی کاهش می یابد
- قیمت زمین اشغالی در طول مسیر کاهش می یابد
- امکان نصب خطوط با ولتاژ بالاتر در مسیر خطوط موجود میسر می گردد
- ابعاد کم برجها امکان نصب آن در وسط اتوبانهای شهری میسر می سازد
- نیاز به فوندانسیون کمتری دارد
- توان انتقالی از واحد زمین اشغالی بیشتر می شود
- در مناطق شهری یا مناطقی که قیمت زمین زیاد است هزینه انتقال انرژی کاهش می یابد
- راکتانس سلفی خط کاهش می یابد
- ظرفیت خازنی خط افزایش می یابد
- قدرت طبیعی یا SIL خط افزایش می یابد
- افت ولتاژ بهبود می یابد
- تلفات انرژی قدری کاهش می یابد
- توان انتقالی و ظرفیت خطوط افزایش می یابد
.3 پارامترهای خطوط انتقال فشار قوی
بعضی از خاصیت های یک مدار الکتریکی را می توان به وسیله میدانهای الکتریکی و مغناطیسی که در اثر عبور جریان از آن به وجود می آید بررسی نمود.
-1فاصله متوسط هندسی فازها
یکی از مهمترین پارامترهای تعیین کننده اندوکتانس و کاپاسیتانس خط انتقال، فاصله بین فازهای خط می باشد. که با فرض ترانسپوزه شدن خط در طول مسیر ما از فاصله متوسط هندسی - Geometric Mean Distance - GMD جهت محاسبه پارامترهای خط انتقال استفاده می شود. که با توجه به مشخص بودن فواصل هادیها در آرایش دکل برای یک خط تکمداره از رابطه - 1 - بدست می آید.
طبیعی است با جایگذاری فازها روی برجها مقدار GMD حتی برای یک خط انتقال مشخص می توان ارقام متفاوتی به خود اختصاص دهد.
بر حسب اینکه آرایش فازها از چه نوعی باشد GMD در محدوده وسیعی تغییر می نماید که این تغییرات می تواند در محدوده وسیعی صورت پذیرد. بنابراین پارامترهای الکتریکی خطوط انتقال انرژی با توجه به نوع آرایش هادیها، تغییرات زیادی خواهند داشت که در ادامه مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
-2 راکتانس سلفی
راکتانس سلفی از پارامترهای بسیار مهمی است که در مقدار افت ولتاژ ، حد پایداری و تلفات اکتیو و راکتیو و همچنین ظرفیت خطوط انتقال نیرو دخالت دارد. طبیعی است هر چه از میزان راکتانس سلفی کاسته شود از بسیاری از جهات مزایایی را برای خطوط به همراه دارد. برای محاسبه مقدار اندوکتانس در یک خط انتقال نیروی سه فاز می توان از رابطه زیر استفاده نمود.
که در این رابطه:
: XL راکتانس سلفی خط انتقال - اهم بر کیلومتر -
:GMD فاصله متوسط هندسی - Geometric Mean Distance -
:GMR شعاع متوسط هندسی - Geometric Mean Radius -
مقدار GMR بررسی هادیهای استوانه ای شکل تو پر از یک جنس می باشد که از رابطه - 2 - به دست می آید. اما با توجه به اینکه اغلب هادیهای خطوط انتقال نیرو بصورت رشته ای هستند و در بعضی موارد جنس رشته ها متفاوت است مانند - ACSR - لذا مقدار GMR واقعی آنها کمی با مقدار بدست آمده از رابطه - 2 - متفاوت است.
در این رابطه r شعاع بر حسب سانتیمتر و پرمابیلیتی نسبی هادی است که برای هادیهای مسی و آلومینیومی مقدار آن برابر یک می باشد. با جایگذاری مقدار r.e 4 GMR و قراردادن در رابطه - 2 - مقدار GMR بصورت رابطه - 3 - محاسبه می شود.
روابطی که در بالا به آن اشاره گردید مربوط به خطوط انتقال ساده یا یک هادی در هر فاز می باشد. در صورتیکه خطوط انتقال بصورت باندل - چند هادی در هر فاز - نصب می شوند. مقدار GMR باید بصورت زیر اصلاح شود.
در روابط فوق ns تعداد هادیهای فرعی در هر فاز ، ds فاصله هادیهای فرعی از هم بر حسب سانتیمتر می باشند. با توجه به روابط فوق، همانطور که رابطه بالا نشان می دهد با کاهش فواصل فازی، مقدار GMD و در نتیجه راکتانس سلفی خط کاهش می یابد تغییرات راکتانس سلفی خطوط بر حسب GMD برای چند هادی استاندارد کشور نشان داده شده است. در شکل - 1 - نیز تغییرات راکتانس سلفی خط بر حسب تعداد هادی در هر فاز برای هادی - لینکس - نشان داده شده است. با توجه به شکل اگر راکتانس سلفی خطوط ساده و باندل مورد مقایسه قرار گیرند معلوم می شود که در برخی موارد راکتانس سلفی خطوط مدرن - یک هادی در هر فاز - تقریباً معادل خطوط باندل دوتایی معمولی می باشد.
شکل :1 تغییرات GMD وتاثیر آن برروی راکتانس سلفی درسیم لینکس
