تعاریف و تجهیزات خطوط انتقال برق
تعاریف و تجهیزات خطوط انتقال
تجهیزات خطوط انتقال، اجزای حیاتی زیرساختهای برق هستند که وظیفه انتقال ایمن، پایدار و بهینه انرژی الکتریکی از نیروگاهها به مراکز مصرف را بر عهده دارند. این تجهیزات نه تنها هادیها را در برابر تنشهای مکانیکی و شرایط جوی (مانند باد، یخ و ارتعاشات گالوپینگ) محافظت میکنند، بلکه با مدیریت میدانهای الکتریکی، از اتلاف انرژی و آسیب به شبکه جلوگیری مینمایند.
شناخت این ابزارها، از مقرهها و اسپیسرها گرفته تا میراگرها و حلقههای کرونا، نقش کلیدی در درک پایداری و راندمان سیستمهای قدرت دارد.
انواع خطوط انتقال از نظر طول
- خط کوتاه (L < 80 Km)
- خط متوسط (80 < L < 240 Km)
- خط بلند (L > 240 Km)
مشخصات الکتریکی خطوط انتقال نیرو
۱. مقاومت الکتریکی هادیها
۲. راکتانس سلفی (XL)
۳. راکتانس خازنی (XC)
۴. ولتاژ نامی (Un)
۵. جریان نامی (In)
۶. سوسپتانس (1/XC)
۷. امپدانس موجی (Zc)
۸. قدرت طبیعی خط (SIL)
نیروهای مکانیکی وارد بر خط انتقال نیرو
۱. وزن هادیها
۲. وزن یخ
۳. نیروی باد
1. دکل (TOWER)
یکی از مهمترین تجهیزات خطوط انتقال برق هستند. وظیفه نگهداری هادیها در فاصله معینی از زمین بر عهده دکلها میباشد که دکلها باید قادر باشند در بدترین شرایط محیطی و جوی، نیروهای مکانیکی وارد بر خود را تحمل نمایند.
2. دکل انتهایی
از دکل انتهایی در انتهای خط انتقال یا مناطق خاص مورد استفاده میگردد. با توجه به اینکه نیروهای وارد بر این نوع دکلها یکطرفه میباشد، در نتیجه وزن آنها نیز سنگینتر است. نصب زنجیره مقره در این نوع دکلها باید به صورت کششی باشد.
3. وظیفه سیم محافظ هوایی
یکی از مهمترین تجهیزات خطوط انتقال برق هستند. به منظور جلوگیری از برخورد صاعقه با هادیهای خطوط انتقال، از سیمهای محافظ هوایی یا Guard wire استفاده میشود.
4. فلش و اسپان خط
فلش به شکمدادگی خط میگویند و اسپان، فاصله بین دو دکل متوالی است. مقدار فلش با مجذور اسپان خط رابطه مستقیم دارد.
5. علت ارت کردن دکل
به دلیل اینکه مقاومت اهمی پای دکل باعث بالا رفتن ولتاژ صاعقه میشود، این نقیصه هنگام نصب دکل با کوبیدن میلهای ارت و اتصال آنها به دکل برطرف شده و سعی میشود مقاومت به حداقل ممکن برسد.
6. جامپر و کاربرد آن
به منظور ارتباط و اتصال الکتریکی هادیهای واقع در دو طرف برج انتهایی، از هادی جامپر استفاده میشود. در بعضی مواقع در خطوط ۶۳ کیلوولت، از جامپر به عنوان دمپر استفاده میگردد.
7. دمپر یا میراکننده
یکی از مهمترین تجهیزات خطوط انتقال برق هستند. وزنههای چدنی هستند که در ابتدا و انتهای خطوط برق (دکلها و غالباً پس از مقرهها) نصب میشوند. این وزنهها (دمپرها) توسط یک کابل انعطافپذیر به یکدیگر متصل شده و یک بست نیز در وسط آنها را به سیم اصلی فاز یا گارد وصل میکند.
مکانیزم عملکرد و اثرات دمپرها
با وزش باد و یا تخلیه برف و یخ، ارتعاشات عرضی در هادی به وجود میآید که این ارتعاشات سعی دارند در محل اتصال به میراکننده، آن را نیز به همراه سیم به نوسان درآورند. اما وزنههای طرفین میراکننده که کابل انعطافپذیر آنها را به هم وصل کرده است، این انرژی ارتعاشی را جذب کرده و هنگام معکوس شدن جهت نوسان سیم، انرژی جذبشده را با تأخیر رها میکنند. وزنههای میراکننده انواع مختلفی دارند و در چند شکل مختلف ساخته میشوند، اما در کل از لحاظ ساختاری با هم تفاوتی ندارند.
نقش دمپر، کاهش اثر آئولینگ است و در فاصله یک متری از کفشک زنجیره مقره روی سیم نصب میگردد. حال اگر این جزء کوچک وظیفه خود را به خوبی انجام ندهد، اثرات و صدمات بزرگی را در خطوط شاهد خواهیم بود.
8. آئولینگ و گالوپینگ
تخلیه ناگهانی برف و یخ (گالوپینگ) و نیز وزش بادهای موسمی و طوفان (آئولینگ)، باعث ایجاد ارتعاش در هادیهای خطوط هوایی انتقال انرژی الکتریکی و خستگی در نقاط اتصال هادی به مقره و در نهایت پارگی سیم میشود.
امروزه دمپرهای بهکار رفته در خطوط به گونهای هستند که در اثر مرور زمان، نوسانات شدید باد یا بیدقتی در موقع نصب، جابهجا شده و به داخل اسپان دکل میروند که این امر باعث ایجاد مشکلاتی از قبیل موارد زیر میشود:
۱. ایجاد بریدگی در سیم بر اثر اصطکاک هادی با لقمههای دمپر در اثر شل بودن.
۲. برهم زدن توازن و ایجاد ارتعاش در سیم هنگام وزش باد و طوفان که منجر به پیچش هادی میگردد.
۳. از بین رفتن شکل ظاهری (زیبایی) دکل.
۴. صرف هزینه تعمیراتی جهت تنظیم مجدد آن.
9. گالوپینگ (رقص سیم)
نوعی از ارتعاشات عمودی هادیها با دامنه زیاد و فرکانس کم است که هنگام جدا شدن یخ از روی هادی صورت میپذیرد و به آن گالوپینگ یا رقص سیم میگویند.
10. اسپیسر
وسیلهای است که در خطوط دو باندل و چندباندل برای نگهداری هادیهای یک فاز مورد استفاده قرار میگیرد و در مدلهای دو-قطبی، سهقطبی و چهار قطبی ساخته میشود.
اسپیسرهای بینفازی و اسپیسر سهقطبی با قرار گرفتن خطوط هوایی توزیع و انتقال در معرض حوادث محیطی نظیر یخ یا باد، هادیها مستعد نوسان هستند؛ این امر ممکن است منجر به تماس هادیها، ایجاد جرقه یا آسیب به تجهیزات شده و در نتیجه باعث قطع برق یا وقفه در سیستم الکتریکی گردد.
اسپیسرهای بینفازی برای به حداقل رساندن احتمال این نوع حوادث و از طریق جدا نگه داشتن هادیها از یکدیگر توسعه داده شدهاند. این اسپیسرها شامل چترها و پوشش تزریقی سیلیکونی بر روی یک میله فایبرگلاس هستند و ممکن است برای افزایش طول، به میلههای پوشش داده شده با سیلیکون متصل شوند.
اسپیسرهای بینفازی سبک و انعطافپذیر بوده و برای تحمل بارهای فشاری، خمشی و پیچشی طراحی شدهاند. این تجهیزات با انواع مختلف کلمپ انتهایی (متناسب با نیازهای اتصال به هادی) یا بدون میلهی آرموراد (رشتههای نگهدارنده) موجود هستند.
یکی از روشهای کار بر روی خط گرم، نصب اسپیسرهای بینفازی خطوط انتقال با استفاده از هلیکوپتر و ابزارهای مخصوص خط گرم است.
11. گنتری
گنتری نوعی استراکچر فلزی دروازهایشکل است که برای ارتباط الکتریکی تجهیزات مختلف، بهویژه ارتباط خط با پست، مورد استفاده قرار میگیرد.
هدف از نصب گویهای رنگی بر روی خطوط انتقال
این گویها به منظور مشخص نمودن مسیر خط برای هواپیماها و هلیکوپترها نصب میشوند.
12. خطوط باندل
به خطوطی که در هر فاز آنها به جای یک هادی، از چندین هادی استفاده شده باشد، خطوط باندل میگویند.
اثرات باندل کردن خطوط انتقال
در یک خط انتقال، چهار کمیت مقاومت، اندوکتانس، ظرفیت خازنی و کنداکتانس روی کارکرد کامل آن به عنوان بخشی از سیستم قدرت اثر میگذارند. کنداکتانس بین هادیها و زمین باعث ایجاد جریان نشتی در مقرههای خطوط هوایی و عایق کابلها میشود.
چون میتوان از جریان نشتی در مقرههای خطوط هوایی چشمپوشی کرد، کنداکتانس بین هادیها در یک خط هوایی صفر فرض میشود. دلیل دیگر چشمپوشی از کنداکتانس، متغیر بودن آن و نبودن روش مناسب برای محاسبه آن میباشد.
جریان نشتی مقرهها (عامل اصلی کنداکتانس) بهطور محسوسی با شرایط هوایی و رطوبتی که بر مقرهها مینشیند، تغییر میکند. بعضی از خاصیتهای یک مدار الکتریکی را میتوان به وسیله میدانهای الکتریکی و مغناطیسی که در اثر عبور جریان از آن به وجود میآید، بررسی نمود. مقاومت و اندوکتانس توزیعشده بهطور یکنواخت در طول خط، امپدانس سری خط را تشکیل میدهند.
کنداکتانس و ظرفیت خازنی بین هادیهای خط تکفاز یا بین هادی و خنثی در خط سهفاز، ادمیتانس موازی خط را تشکیل میدهند. اگرچه مقاومت، اندوکتانس و ظرفیت خازنی در طول خط توزیع شدهاند، اما در مدار معادل خط از کمیتهای فشرده و متمرکز استفاده میشود.
اثر باندل کردن در محاسبه اندوکتانس
در ولتاژهای بسیار بالا (EHV)، یعنی ولتاژهای بالاتر از ۲۳۰ کیلوولت، اگر هر فاز دارای یک هادی باشد، کرونا و افت قدرت ناشی از آن و بهویژه تداخل با خطوط مخابراتی پدید میآید. چنانچه هر فاز دارای دو یا چند هادی باشد که در مقایسه با فاصلهگذاری فازها به یکدیگر نزدیک باشند، گرادیان ولتاژ بالا در هادی (در محدوده EHV) کاهش مییابد.
چنین خطی را خط با هادیهای گروهی مینامند. گروه دارای دو، سه یا چهار هادی است و مزیت مهم گروهی بودن هادیها، کاهش راکتانس است. افزایش تعداد هادیهای گروه، راکتانس و اثر کرونا را کاهش میدهد.
ظرفیت خازنی و باندل کردن
هدف در خطوط انتقال، کاهش اثر سلفی خط و افزایش اثر خازنی آن است. برای این کار دو راه وجود دارد:
۱. زیاد کردن سطح مقطع سیمها.
۲. استفاده از هادیهای گروهی یا به اصطلاح باندل کردن.
مقایسه روشهای کاهش اثر سلفی و افزایش ظرفیت خازنی
روش اول با توجه به اینکه هادیهای بهکار رفته در خطوط انتقال ۳۰ تا ۴۰ درصد هزینه کل خط را شامل میشوند، به هیچ وجه بهصرفه نیست؛ بنابراین از هادیهای گروهی استفاده میکنیم که هم باعث کاهش اثر کرونا و خاصیت سلفی خط شده و هم باعث افزایش اثر خازنی خطوط انتقال میگردد.
با مقایسه روابط بهدستآمده برای سلف و خازن خط انتقال، مشاهده میشود که این دو رابطه دوگان یکدیگرند؛ در کل تعداد معادلات حاکم بر محیط کم بوده و روابط بهدستآمده در تمام زمینهها کاملاً مشابه و دوگان یکدیگر میباشند.
علت افزایش ولتاژ در انتهای خطوط انتقال نیرو
به هنگام بیباری، کمباری یا باز شدن انتهای خط، به دلیل حالت خازنی خطوط انتقال نیرو، ولتاژ انتهایی خط افزایش مییابد که به آن اثر فرانتی میگویند. هرچه طول خط بیشتر باشد، بر میزان اضافه ولتاژ در انتهای خط افزوده میشود.
دلیل خاصیت خازنی خطوط انتقال نیرو
فازهای خطوط انتقال و زمین هر کدام یک هادی و هوای بین آنها یک دیالکتریک محسوب شده و تشکیل یک خازن را میدهند.
چگونگی تشخیص خاصیت سلفی یا خازنی خط
چنانچه ولتاژ انتهای خط از ولتاژ ابتدای خط بیشتر باشد، خط خاصیت خازنی دارد و اگر ولتاژ انتهای خط از ولتاژ ابتدای خط کمتر باشد، دارای خاصیت سلفی است.
علت جابهجایی فازها در خطوط انتقال نیرو
عمل جابهجایی فاز برای متعادل نمودن و نیز کاهش خاصیت خازنی فازها نسبت به یکدیگر صورت میگیرد.
علتهای افزایش ولتاژ در شبکههای توزیع (فشار ضعیف)
در برخی موارد، ولتاژ شبکههای فشار ضعیف افزایش یافته و منجر به ایجاد خطرات میشود. دلایل این پیشامدها عبارتند از:
۱. رعد و برق.
۲. اتصال شبکه فشار قوی به فشار ضعیف.
۳. خروج خازنها از شبکه در مواقعی که بار شبکه کاهش مییابد.
13. اتصال هادیها به دکل و کاربرد مقره
برای اتصال هادیهای خطوط انتقال نیرو به دکل و در عین حال ایزوله کردن هادیها از بدنه دکل، از مقرهها استفاده میشود. شایان ذکر است که انتخاب تعداد مقرهها به سطح ولتاژ خط بستگی دارد.
14. پدیده کرونا
تخلیه الکتریکی ایجاد شده به دلیل افزایش چگالی میدان الکتریکی، کرونا نام دارد. به عبارت دقیقتر، در نزدیکی مواد رسانای تحت فشار قوی، میدان الکتریکی میتواند به حدی متمرکز شود که هوای مجاور خود را یونیزه نماید و این امر منجر به تخلیه جزئی انرژی الکتریکی میگردد.
عوامل مؤثر بر تشکیل کرونا
- مقدار ولتاژ.
- شکل و قطر رسانا.
- ناهمواری سطح رسانا.
- وجود گرد و خاک یا قطرات آب بر روی هادی.
پیامدهای کرونا
- ایجاد جرقه و احتمال اتصال کوتاه در صورت کم بودن فاصله بین هادیها.
- اتلاف انرژی الکتریکی و کاهش راندمان خطوط انتقال.
- ایجاد تداخل در امواج رادیویی.
کاربرد حلقه کرونا
حلقه کرونا، حلقهای است که به منظور کاهش اثر کرونا در نقاطی که تمرکز الکترونها در آنجا زیاد است، به کار میرود تا با توزیع یکنواختتر میدان الکتریکی، از تخلیات کرونا جلوگیری کند.
آیا این مقاله برایتان مفید بود؟
