برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

وقتی‌ هدف‌، بهینه‌سازی‌ ابعاد و وزن‌ دكلهای‌ خطوط انتقال‌ نیرو باشد، طبیعی‌ است‌عوامل‌ مختلفی‌ از جمله‌ مشخصه‌ هادیها، آرایش‌ فازها و فاصله‌ آنها تا دكلها در این‌ امردخالت‌ دارد. گرچه‌ نقش‌ هر یك‌ از عوامل‌ جوی‌ و محیطی‌، بسیار مهم‌ است‌، اما فاصله‌هادیها تا بدنه‌ یا بازوی‌ برجها، نقش‌ مؤثرتری‌ را در طراحی‌ ابعاد و وزن‌ دكلها یا برجهای‌خطوط انتقال‌ نیرو دارد.
در این‌ نوشتار ضمن‌ بررسی‌ عوامل‌ مختلف‌ در محاسبه‌ فواصل‌ فازی‌، تأثیر آنها درطراحی‌ دكلهای‌ موجود نیز مورد بحث‌ و بررسی‌ قرار گرفته‌ است‌. همچنین‌ ابعاد دكلهای‌طراحی‌ شده‌ در كشور ایران‌ با چند نمونه‌ از دكلهای‌ مربوط به‌ خطوط انتقال‌ نصب‌ شده‌ درچند كشور خارجی‌ مقایسه‌ شده‌ است‌. نتایج‌ این‌ بررسیها نشان‌ می‌دهد در طراحی‌ دكلهای‌ خطوط انتقال‌ نیرو، فواصل‌ فازها از بدنه‌ دكلها و از یكدیگر، بیشتر از حد مورد نیازاست‌ كه‌ این‌ امر نشانگر در نظر گرفتن‌ ضریب‌ اطمینان‌ بالا بوده‌ كه‌ موجب‌ افزایش‌ وزن‌آنها و در نتیجه‌ قیمت‌ خطوط انتقال‌ نیرو می‌شود.
گرچه‌ ابعاد و وزن‌ دكلها به‌ عوامل‌ بسیارمتعددی‌ از جمله‌ فاصله‌ اسپن‌، سرعت‌ و زاویه‌وزش‌ باد، ضخامت‌ یخ‌، وزن‌ و قطر هادی‌ وعوامل‌ دیگر وابسته‌ است‌ اما در یك‌ شرایطمعین‌، فواصل‌ فازها یكی‌ از عوامل‌ مهم‌ ومؤثر در طراحی‌ دكلهای‌ خطوط انتقال‌ نیرواست‌. با افزایش‌ فاصله‌ هادیها از بدنه‌ یا بازوی‌ دكلها، نیروی‌ تحمیلی‌ بر آنها تغییر می‌كند كه‌ این‌ امر سبب‌ افزایش‌ ابعاد، وزن‌ وقیمت‌ آنها می‌شود. توجه‌ به‌ این‌ بخش‌ از طراحی‌، می‌تواند عامل‌ مؤثری‌ در كاهش‌هزینه‌های‌ مربوط به‌ ساخت‌ دكلها و در نتیجه‌سرمایه‌گذاری‌ خطوط انتقال‌ نیرو باشد.

بررسی‌ فواصل‌ فازی‌ در مراجع‌ مختلف‌نشان‌ می‌دهد با وجود مدلها و روابط متعددی‌ كه‌ برای‌ محاسبه‌ فواصل‌ فازی‌ ارایه‌ شده‌ است‌، در عمل‌ فواصل‌ فازها حتی‌ در شرایط محیطی‌ یكسان‌، برابر نیست‌ كه‌ وجود دكلهای‌ متنوع‌ با ابعاد و وزن‌ مختلف‌ درشبكه‌های‌ برق‌رسانی‌ ایران‌ مؤید این‌ مطلب‌ است‌. لذا با توجه‌ به‌ اهمیت‌ فواصل‌ فازها وجای‌گذاری‌ هادیها در طراحی‌ دكلها، پهنای ‌باند عبور و در نتیجه‌ سرمایه‌گذاری‌ خطوط انتقال‌ نیرو، در این‌ نوشتار مورد بحث‌ و بررسی‌قرار می‌گیرد.

معیار انتخاب‌ فواصل‌ فازی‌
در خطوط انتقال‌ نیرو فاصله‌ فازها تا بدنه‌برجها یا فاصله‌ فاز تا فاز به‌ عوامل‌ متعددی‌ ازجمله‌ اضافه‌ ولتاژها، شرایط جوی‌ و محیطی‌ وسایر مشخصات‌ فنی‌ خطوط، وابسته‌ است‌ امابه‌ هر حال‌ دامنه‌ تغییرات‌ آن‌ قابل‌ محاسبه‌است‌. از طرفی‌ با توجه‌ به‌ این‌ كه‌ ممكن‌ است‌ اضافه‌ ولتاژها یا پدیده‌های‌ جوی‌ رخ‌ دهد، لذافاصله‌ فازها می‌تواند با پذیرش‌ احتمال‌ كم‌ یازیاد برای‌ وقوع‌ جرقه‌ در فواصل‌ هوایی‌،افزایش‌ یا كاهش‌ یابد. برای‌ روشن‌ شدن‌مطلب‌، به‌ تأثیرگذاری‌ عوامل‌ مؤثر و مختلف‌در این‌ زمینه‌ به‌ طور اختصار اشاره‌ می‌شود.

الف‌) عوامل‌ موثر در فواصل‌ فازی‌
در محاسبه‌ حداقل‌ فاصله‌ فازها تا بدنه‌دكلها عوامل‌ متعددی‌ دخالت‌ دارد كه‌ از جمله‌می‌توان‌ به‌ این‌ موارد اشاره‌ كرد:
-
ولتاژ خط انتقال‌
-
وزن‌ و قطر هادیها
-
قطر یخ‌ روی‌ هادیها
-
درجه‌ حرارت‌ هادیها
-
سرعت‌ و زاویه‌ وزش‌ باد
-
شرایط جوی‌ و محیطی‌ مسیر
-
فلش‌ هادیها
-
فاصله‌ پایه‌ها
-
قابلیت‌ اطمینان‌ یا درصد ریسك‌پذیری‌.
این‌ عوامل‌ عمدتا در نزدیك‌سازی‌فاصله‌ فازها به‌ بدنه‌ دكلها در شرایط وزش‌ باددخالت‌ دارند. اما در هر شرایطی‌، حداقل‌فاصله‌ فازها تا بدنه‌ دكلها در هر جهت‌ نباید ازرقمی‌ كه‌ از طریق‌ اضافه‌ ولتاژهای‌ ناشی‌ از كلیدزنی‌ یا صاعقه‌ به‌ وجود می‌آیند كمترباشد. شایان‌ ذكر است‌ كه‌ در برخی‌ از مراجع‌،سرعت‌ باد ماكزیمم‌ در زمان‌ وقوع‌ حداكثراضافه‌ ولتاژ، منظور نمی‌شود.

ب‌) حداقل‌ فاصله‌ افقی‌ هادی‌ تا دكل‌
در جای‌گذاری‌ هادیها در روی‌ دكلها بایددقت‌ شود كه‌ فاصله‌ هادیها با بدنه‌ یا بازوی‌دكلها در هیچ‌ قسمت‌، از مقدار مشخصی‌،كمتر نباشد این‌ فاصله‌ تابعی‌ از مقدار اضافه ‌ولتاژهای‌ ناشی‌ از صاعقه‌ و كلیدزنی‌ و درصد ریسك‌پذیری‌ است‌. برای‌ محاسبه‌ حداقل‌فاصله‌ هوایی‌ یا فاصله‌ هادی‌ تا بدنه‌،می‌توان‌ از این‌ روابط استفاده‌ كرد:
رابطه‌ (2) نیز حداقل‌ فاصله‌ هوایی‌ از دیدگاه ‌اضافه‌ ولتاژ ناشی‌ از صاعقه‌ را نشان‌ می‌دهد:
در این‌ رابطه‌ داریم‌:
LS -
حداقل‌ فاصله‌ هوایی‌ بر مبنای‌ اضافه‌ولتاژ كلیدزنی‌ به‌ متر
VS -
اضافه‌ ولتاژ ناشی‌ از كلیدزنی‌ به‌كیلوولت‌
LL -
حداقل‌ فاصله‌ هوایی‌ بر مبنای‌ اضافه‌ولتاژ صاعقه‌ به‌ متر
VL -
اضافه‌ ولتاژ ناشی‌ از صاعقه‌ به‌ كیلوولت‌
برای‌ محاسبه‌ حداقل‌ فاصله‌ هوایی‌ درهر سطح‌ از ولتاژ لازم‌ است‌، با توجه‌ به‌ مقادیراضافه‌ ولتاژهای‌ ناشی‌ از كلیدزنی‌ و صاعقه‌،حداقل‌ فاصله‌ هوایی‌ محاسبه‌ شود.
ضمنا برای‌ سهولت‌ مقایسه‌ و محاسبه‌،حداقل‌ فاصله‌ هوایی‌ مجاز فازها تا بدنه‌دكلها با توجه‌ به‌ روابط (1 و 2) و برحسب‌مقادیر مختلفی‌ از اضافه‌ ولتاژهای‌ صاعقه‌ وكلیدزنی‌ نیز محاسبه‌ شده‌ است‌. حداقل‌ فاصله ‌هوایی‌، تنها به‌ مقدار ولتاژ بستگی‌ ندارد، بلكه‌تابعی‌ از نوع‌ اضافه‌ ولتاژ نیز است‌. به‌ عبارت‌دیگر این‌ مطلب‌ نشان‌ می‌دهد كه‌ ولتاژشكست‌ هوا ضمن‌ این‌ كه‌ به‌ قدر مطلق‌ ولتاژبستگی‌ دارد، به‌ شكل‌ موج‌ آن‌ نیزوابسته‌ است‌به‌ عبارت‌ دیگر برای‌ مقادیر یكسانی‌ از اضافه ‌ولتاژهای‌ صاعقه‌ و كلیدزنی‌، حداقل‌ فاصله‌هوایی‌ مجاز یا فواصل‌ فازها از یكدیگر (یا بابدنه‌ دكلها) برای‌ اضافه‌ ولتاژ كلیدزنی‌ بیشتراز اضافه‌ ولتاژ ناشی‌ از صاعقه‌ است‌.

فاصله‌ فاز تا بدنه‌ دكل‌
در صورتی‌ كه‌ زنجیره‌ مقره‌ها در اثر وزش‌باد دچار نوسان‌ نشود، حداقل‌ فاصله‌ فاز تا بدنه‌ دكلها را می‌توان‌ معادل‌ L در نظر گرفت‌كه‌ مقدار آن‌ برابر LL یاLS (هر كدام‌ بزرگترباشد) است‌. اما در عمل‌ وزش‌ باد سبب‌ انحراف‌ زنجیره‌ مقره‌ها به‌ سمت‌ دكلهامی‌شود كه‌ این‌ اقدام‌ موجب‌ نزدیك‌ شدن‌فازها به‌ بدنه‌ یا بازوی‌ دكلها می‌شود. لذا اگر هدف‌، تعیین‌ محل‌ مناسب‌ برای‌ نصب‌زنجیره‌ مقره‌ها باشد باید این‌ مطلب‌ مدنظرقرار گیرد.
شمای‌ كلی‌ بخشی‌ از دكل‌ راهمراه‌ با زنجیره‌ مقره‌ها نشان‌ می‌دهد. در این‌شكل‌ fزاویه‌ انحراف‌ زنجیره‌ مقره‌ها، dhمیزان‌ پیشروی‌ افقی‌ هادیها به‌ سمت‌ دكل‌ و dvفاصله‌ هادی‌ تا بازوی‌ دكل‌ در حالت‌انحراف‌ زنجیره‌ مقره‌ها و Lin طول‌ زنجیره‌مقره‌هاست‌. با توجه‌ به‌ شكل‌ فوق‌ میزان ‌پیشروی‌ زنجیره‌ مقره‌ها به‌ سمت‌ بدنه‌ دكل‌ رامی‌توان‌ از رابطه‌ 3به‌ دست‌ آورد.
با توجه‌ مقدار dh حداقل‌ فاصله‌ فاز تا بدنه‌(D) به‌ دست‌ می‌آید.
وزش‌ باد علاوه‌ بر این‌ كه‌ فاصله‌ افقی‌ هادیهاتا دكل‌ را كاهش‌ می‌دهد، سبب‌ كاهش‌فاصله‌ عمودی‌ هادیها تا بازوی‌ دكل‌ (dv) نیزمی‌شود. لذا در انتخاب‌ طول‌ زنجیره‌ مقره‌هاباید دقت‌ شود كه‌ هیچ‌ وقت‌ مقدار dv از Lكمتر انتخاب‌ نشود. اما اگر مقدار dv از حدمجاز كاهش‌ یابد طول‌ زنجیره‌ مقره‌ها باید باتوجه‌ به‌ رابطه‌ (6) اصلاح‌ شود:
با جای‌گذاری‌ مقدار معادل‌ Lin در رابطه‌ (5)مقدار D به‌ صورت‌ روابط (7) و (8) محاسبه‌ می‌شود.
زاویه‌ انحراف‌ زنجیره‌ مقره‌ها را می‌توان‌ ازرابطه‌ (9) به‌ دست‌ آورد. در این‌ رابطه‌ Vسرعت‌ وزش‌ باد برحسب‌ متر بر ثانیه‌، dقطرهادی‌ بر حسب‌ متر، w وزن‌ یك‌ متر از طول‌هادی‌ برحسب‌ كیلوگرم‌ و Sh و Svاسپنهای‌ بادو وزن‌ است‌.
همان‌ طور كه‌ ملاحظه‌ می‌شود فاصله‌ هادیهاتا بدنه‌ دكلها به‌ سرعت‌ باد، شرایط آب‌ وهوایی‌ منطقه‌، نوع‌ هادی‌ و فاصله‌ دكلهاوابسته‌ است‌. به‌ عبارت‌ دیگر هر چه‌ زاویه‌انحراف‌ زنجیره‌ مقره‌ها بیشتر باشد فاصله ‌فازها باید زیادتر انتخاب‌ شود. در شرایطمتعارف‌، مقدار tanf در محدوده‌ 4/0 تا 6/0 تغییر می‌كند، لذا در این‌ حالتها مقدار Kدرمحدوده‌ 4/1 تا 6/1تغییر می‌كند (اگر زنجیره‌مقره‌ها به‌ صورت‌ V شكل‌ نصب‌ شود K حدود
1/1
تا 2/1 خواهد بود) لذا با توجه‌ به‌ مقادیراضافه‌ ولتاژهای‌ مندرج‌ در جدول‌ (1) و در نظرگرفتن‌ K مساوی‌ 1/1 و 1/4 برای‌ آرایش‌ Vو I مقره‌ها، حداقل‌ فاصله‌ هادیها تا بدنه‌دكلها (D) محاسبه‌ و نتیجه‌ در جدول‌ (3) درج‌شده‌ است‌. در این‌ محاسبات‌ برای‌ ولتاژ 400كیلوولت‌ از مقدار ماكزیمم‌ Ls و برای‌ سایرسطوح‌ ولتاژ از ارقام‌ ماكزیمم‌ LL استفاده‌ شده‌است‌.
لازم‌ به‌ توضیح‌ است‌ كه‌ تنظیم‌ فاصله‌هادیها در سر دكلها به‌ معنی‌ مناسب‌ بودن‌فواصل‌ فازی‌ در خط انتقال‌ نیست‌، بلكه‌ بایدفاصله‌ فازها در وسط پایه‌ها نیز كنترل‌ شود.چون‌ ممكن‌ است‌ در اثر وزش‌ باد، فواصل ‌هادیها از حد مجاز كمتر شود. در چنین‌شرایطی‌، باید فاصله‌ هادیها در سر دكلهابیشتر از ارقام‌ محاسبه‌ شده‌ منظور شود تا در وسط پایه‌ها مشكلی‌ ایجاد نشود.

فواصل‌ فازی‌
برای‌ بررسی‌ فواصل‌ فازی‌ متداول‌ درخطوط انتقال‌ نیروی‌ كشور، مقادیر فواصل‌هوایی‌ و فازی‌ كه‌ از روش‌ محاسباتی‌ فوق‌ به‌دست‌ آمده‌ است‌ با مقادیر مشابه‌ آنها كه‌ درمراجع‌ مختلف‌ درج‌ شده‌ مورد مقایسه‌ قرار می‌گیرد. در ادامه‌ نوشتار مقادیر مربوط به‌ این‌عوامل‌ ارزیابی‌ می‌شود.
الف‌) فواصل‌ فازها در دكلهای‌ شبكه‌برق‌رسانی‌ كشور
بررسی‌ دكلهای‌ نصب‌ شده‌ در سطح‌شبكه‌های‌ برق‌رسانی‌ كشور، نشان‌ می‌دهدكه‌ ابعاد آنها دارای‌ تفاوتهای‌ محسوسی‌ است‌.گرچه‌ بخشی‌ از این‌ اختلافات‌ مربوط به‌شرایط آب‌ و هوایی‌ منطقه‌ است‌، اما قسمت‌دیگر به‌ ناهماهنگ‌بودن‌ معیارهای‌ طراحی‌ ازجمله‌ انتخاب‌ ضرایب‌ اطمینان‌ طراحی‌مرتبط می‌شود. جدول‌ (4) دامنه‌ تغییرات‌فواصل‌ فازها در چند نمونه‌ از دكلهای‌ خطوطانتقال‌ نیروی‌ كشور را نشان‌ می‌دهد.
ب‌) مقادیر واقعی‌ در چند خط انتقال‌خارج‌ از كشور
برای‌ نتیجه‌گیری‌ بهتر، وضعیت‌ فاصله‌فازی‌ در چند نمونه‌ از خطوط انتقال‌ نیرو نصب‌شده‌ در كشورهای‌ اروپایی‌ و آمریكایی‌ كه‌ ازمراجع‌ مختلف‌ استخراج‌ شده‌ مورد مطالعه‌ قرارگرفت‌. با توجه‌ به‌ بررسیهای‌ انجام‌ شده‌، فاصله‌ هادیها تا بدنه‌ دكلها محاسبه‌ و نتیجه‌در جدول‌ (5) درج‌ شد. همان‌ طور كه‌ از این‌جدول‌ پیداست‌ اختلاف‌ محسوسی‌ بین‌ ارقام ‌این‌ جدول‌ با دیگر مراجع‌، وجود دارد. گرچه‌بخشی‌ از این‌ اختلافات‌ مربوط به‌ شرایط آب‌ وهوایی‌ مسیر است‌ اما عامل‌ دیگر، تفاوت‌ در بكارگیری‌ معیارهای‌ طراحی‌ است‌.
ج‌) حداقل‌ مجاز در NESC
از آن‌ جا كه‌ هدف‌، مقایسه‌ فواصل‌ هوایی‌محاسبه‌ شده‌ در مراجع‌ مختلف‌ است‌، لذامقادیر توصیه‌ شده‌ توسط NESCنیز موردبررسی‌ و مقایسه‌ قرار می‌گیرد. البته‌ چون‌ دراین‌ مرجع‌ ولتاژهای‌ معادل‌ سطوح‌ ولتاژ استاندارد كشور وجود ندارد، لذا فواصل‌ هوایی‌ولتاژهای‌ نزدیك‌ (سطوح‌ ولتاژ 69 ، 138 و 230)، انتخاب‌ و فواصل‌، با توجه‌ به‌سطوح‌ ولتاژ كشور، اصلاح‌ شده‌ است‌. جدول‌(6) حداقل‌ فاصله‌ هوایی‌ مجاز و فاصله‌ هادی‌تا دكل‌ را در چهار سطح‌ ولتاژ استاندارد كشورایران‌ نشان‌ می‌دهد.

مقایسه‌ فواصل‌ فازی‌
بررسیهای‌ انجام‌ شده‌ در این‌ نوشتارنشان‌ می‌دهد روشهای‌ بكار گرفته‌ شده‌ درمراجع‌ مختلف‌ برای‌ محاسبه‌ فواصل‌ فازی‌،متفاوت‌ بوده‌ كه‌ این‌ امر باعث‌ بروز اختلافات‌محسوسی‌ در مقادیر فاصله‌ فازها تا بدنه ‌دكلها شده‌ است‌.
با توجه‌ به‌ آن‌ چه‌ گفته‌ شد و برای‌ سهولت‌مقایسه‌، نتایج‌ مطالعات‌ انجام‌ شده‌ دربخشهای‌ قبلی‌ در جدول‌ (7) درج‌ شده‌ است‌.در این‌ جدول‌ حالتهای‌ اول‌، دوم‌، سوم‌ و چهارم‌مربوط به‌ این‌ شرایط است‌:
-
حالت‌ اول‌: نتایج‌ محاسبات‌
-
حالت‌ دوم‌: استاندارد NESC
-
حالت‌ سوم‌: خطوط نصب‌ شده‌ در چند كشورخارجی‌
-
حالت‌ چهارم‌: خطوط نصب‌ شده‌ در شبكه‌برق‌رسانی‌ ایران‌ .
گرچه‌ بخشی‌ از اختلاف‌ ارقام‌ موجود دراین‌ جدول‌ مربوط به‌ شرایط محیطی‌ است‌، امابه‌ هر حال‌ فواصل‌ هادیها تا دكلهای‌ خطوطنصب‌ شده‌ در كشور ایران‌ از حد متعارف‌ بیشتراست‌ كه‌ باید مورد بازنگری‌ و ارزیابی‌ قرارگیرند.
با توجه‌ به‌ این‌ كه‌ بهینه‌سازی‌ ابعاد و وزن‌دكلها یا برجهای‌ خطوط انتقال‌ نیرو بدون‌بكارگیری‌ معیارهای‌ مناسب‌ در محاسبه‌فواصل‌ فازی‌ میسر نیست‌ لذا باید این‌ اقدام‌مهم‌ در طراحی‌ خطوط انتقال‌ نیرو بخصوص‌ طراحی‌ دكلها به‌ طور جدی‌ مورد توجه‌ قرارگیرد. بدیهی‌ است‌ استانداردهای‌ دكلهای‌خطوط انتقال‌ نیرو بدون‌ توجه‌ به‌ این‌ مهم‌، نمی‌تواند از مطلوبیت‌ كافی‌ برخوردار باشد.

نتیجه‌:
بررسیهای‌ مقدماتی‌ انجام‌ شده‌ در این‌نوشتار نشان‌ می‌دهد كه‌ معیارهای‌ موجودبرای‌ محاسبه‌ فواصل‌ فازی‌ در كشور دارای‌ضریب‌ اطمینان‌ بالایی‌ است‌ كه‌ این‌ امر سبب‌افزایش‌ بی‌مورد ابعاد و وزن‌ دكلهای‌ خطوطانتقال‌ نیرو می‌شود.
بررسی‌ و مقایسه‌ فواصل‌ فازی‌ ابعاددكلهای‌ خطوط انتقال‌ نیروی‌ موجود در كشورایران‌ با تعدادی‌ از مراجع‌ نشان‌ می‌دهد كه‌ دربسیاری‌ موارد امكان‌ كاهش‌ ابعاد آن‌، میسراست‌. از آن‌ جا كه‌ مشخصات‌ فنی‌ دكلها مستقیما به‌ فواصل‌ فازها تا بدنه‌ دكل‌ ودرنتیجه‌ به‌ نیروهای‌ تحمیلی‌ بر آنها وابسته‌است‌، به‌ طور طبیعی‌ بهینه‌سازی‌ ابعاد و وزن‌دكلها بدون‌ انتخاب‌ معیار مناسب‌ برای‌ تعیین‌فواصل‌ فازی‌ میسر نیست‌، بنابراین‌ توصیه‌ می‌شود در بازنگری‌ استاندارد دكلهای‌ مربوطبه‌ خطوط انتقال‌ نیروی‌ كشور به‌ این‌ نكته‌مهم‌ توجه‌ شود.

دكتر قدرت‌ا...حیدری‌

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :