مقایسه خطوط انتقال هوایی و زمینی

به گزارش "برق نيوز" یکی از با اهمیت ترین صنایع در جهان امروز صنعت برق است که تمامی صنایع دیگر بدون شک به آن وابسته هستند .شبکه های توزیع و خطوط انتقال برق به مانند شاهرگ های این صنعت حیاتی میباشند که به دو گروه زمینی و هوایی تقسیم می شوند ، متاسفانه در کشور ما تا کنون تحلیلی علمی ، فنی ، اقتصادی  و مقایسه همه جانبه ای درباره این دو نوع خطوط انتقال انرژی الکتریکی انجام نگرفته و همین امر موجب اعمال زیان های فراوانی به سرمایه ملی شده است ۰ در این مقاله به بررسی خطوط انتقال هوایی،زمینی و معایب و مزایای آنها خواهیم پرداخت :

خطوط انتقال هوایی :

این خطوط که بیش از ۹۷ درصد خطوط انتقال کشور را شامل می شوند از جنس آلومینیوم یا آلیاژی از آلومینیوم می باشند . علت استفاده از این فلزسبک و ارزان بودنش نسبت به هادی هایی چون مس است ، البته به علت قابلیت هدایت الکتریکی کمتر آلومینیوم ضخامت آنها را با قرار دادن رشته های موازی همجنس و گاه فولادی در مرکز آن بالا می برند تا از هدایت الکتریکی بیشتری برخوردار گردد .

به گزارش "برق نيوز" خطوط انتقال هوایی به سهولت قابل نصب و انشعابگیری هستند و به همین جهت دارای هزینه راه اندازی اندکی می باشند . هم چنین دسترسی به این خطوط برای تعمیر و ایجاد تغییرات در آن بسیار ساده می باشد . این نوع خطوط  به علت استفاده از سازه های سیمانی و دیگر سازه های ناخوشایند از لحاظ زیبایی برای مناطق شهری مناسب نیستند نیز خطراتی چون طوفان ها و رعدوبرق ها همواره برای این خطوط وجود دارند و کلا خطوط هوایی دارای خاموشی بسیار بیشتری به نسبت خطوط زمینی هستند . هم چنین این خطوط از ایمنی کمی به علت لخت بودن سیم ها در اکثر آنها برخوردارند و حفظ نکردن حریم این خطوط به علل مختلف یا برخورد پرندگان با آنها همواره مشکلاتی چون برق گرفتگی یا آتش سوزی را به دنبال داشته است . از نقطه نظر علمی این خطوط دارای راکتانس بالایی بوده و مناسب برای چگالی های بار کم می باشند .

خطوط انتقال زمینی :

اولین خطوط انتقال برق(که در نیروگاه پرل استریت نیویورک به کار گرفته شدند) خطوط زمینی بودند ، اما کم کم جای خود را به خطوط هوایی دادند .راه اندازی خطوط زمینی انتقال برق به علت هزینه های فراوان حفاری و ایجاد کانال های زمینی و زیر زمینی بسیار گران تر از راه اندازی خطوط هوایی است و گرفتن انشعاب از این خطوط مستلزم وجود ایستگاه های توزیع ، جعبه های انشعاب و تابلو های برق می باشد . نیزعیب یابی این خطوط به علت در دسترس نبودن احتیاج به وسائل مخصوص و گران قیمتی دارد که هزینه های آن را افزایش می دهد . در عوض در خطوط زمینی به ندرت اشکالی به وجود می آید و خاموشی آن به مراتب از خطوط هوایی کمتر است .

این خطوط به زیبایی محیط آسیب نمی زنند و چون در دسترس نمی باشند دارای خطرات بسیار کمتری نسبت به خطوط هوایی خواهند بود و چون حریمی برای آنها تعریف نمی شود در اماکن کم عرض و مسکونی بسیار مفید می باشند . از نظر علمی این خطوط دارای راکتانس سری پایین و مناسب برای چگالی های بار زیاد هستند .

نتیجه آن که خطوط انتقال هوایی به سبب هزینه ها ، درنظر گرفتن راکتانس بالا ، مناسب بودن با چگالی بار کم و آسیب به زیبایی محیط اطراف بایستی در مناطق کم جمعیت ، دور افتاده و بین شهری و خطوط انتقال زمینی به سبب راکتانس پایین ، مناسب بودن برای چگالی های بالای بار ، زیبایی و دیگر مزیت های ذکر شده در مناطق پر ازدحام و شهری به کار گرفته شوند . به نظر می رسد در سال های آتی به علت ازدیاد و تراکم جمعیت ، رشد خطوط انتقال زمینی بسیار بالاتر از رشد خطوط هوایی باشد .با توجه به این مسئله جا دارد مسئولان از هم اکنون راهکارهایی برای دستیابی به فناوری های نوین این صنعت در جهت استفاده اقتصادی تر در خطوط داخلی و نیز صادرات این نوع محصولات اتخاذ کنند ...

کابل

 
تئوری کابل:

جهت انتقال انرژی الکتریکی از تولید کننده تا مصرف کننده ها از هادی ها (فلزات) استفاده می شود از میان فلزاتی که به عنوان هادی انتخاب می شوند، مس و آلومینیوم از همه آنها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.

نیروی الکتریکی به دو صورت جا به جا می شود:

١- شبکه ( کابلی زیرزمینی )

2- شبکه هوایی

١- شبکه های کابلی:

از اجزاء مهم این نوع شبکه کابل می باشد که ابتدا به خصوصیات و اجزاء تشکیل دهنده انواع کابل ها می پردازیم.

تعریف کابل:
اصولاً هر نوع هادی که می تواند جریان برق را داخل خود عبور دهد و توسط موادی از محیط اطراف خود عایق شده باشد بطوریکه ولتاژ روی سطح عایق برابر صفر و روی سطح هادی برابر ولتاژ عبور جریان باشد کابل نامیده می شود عایق کردن کابل به این جهت است که چون کابل در زیر زمین یا روی سطح زمین و دیوار یا کانالها نصب می¬شود باعث اتصال هادی به زمین نشده و ولتاژ در روی بدنه عایق صفر باشد.


ساختمان کابل ها:

کابل ها به طور کلی از سه قسمت تشکیل شده اند که عبارتند از:

١- هادی
٢- عایق
٣- محافظ کننده ها در مقابل عوامل محیطی و نیرو های مکانیکی


1- هادی ها: هادی هایی که در صنعت کابل سازی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد، مس و آلومینیوم می باشد. مس فلزی چکش خوار و قابل خم شدن است و کارکردن در روی آن آسان می باشد. در مقابل حرارت دوام زیاد دارد و در مقابل اسیدها و بازها مقاوم است. مس مورد استفاده در کابل ها را پس از تغلیظ شدن به علت نرمی آن قدری ناخالصی از جنس منیزیم و سیلیسیم اضافه می کنند که باعث سخت شدن آن می گردد. استحکام مکانیکی آن را بالا می برند.
آلومینیوم قابلیت کوره کاری و چکش خواری دارد. قابل جوش دادن و ریخته گری می¬باشد. در مقابل زنگ زدگی مقاوم است. در برابر اسیدها و بازها مقاوم می باشد. نسبت به مس سبکتر می باشد در انتقال انرژی در سیم های هوائی بیشتر به کار می رود. در کابل سازی بیشتر برای کابل ها تا ولتاژ 10 kv جریان زیاد به کار می رود. آلومینیوم خالص بسیار نرم و شکننده است به همین علت از هادی آلومینیومی با 99.5% و 0.5% از فلزات دیگر می باشد.به گزارش "برق نيوز" استحکام مکانیکی هادی آلومینیومی به مراتب کمتر از هادی مس است. برای افزایش استحکام مکانیکی هادی آلومینیوم آن را به صورت آلیاژ بکار می¬برند.

مانند آلدرای که آلیاژی از آلومینیوم، منیزیم، سیلسیم و آهن می باشد. برای بالا بردن قابلیت انعطاف پذیری هادی ها (آلومینیوم و مس) آنها را مخصوصاً در مقاطع بزرگ به صورت چند رشته ای می¬سازند. جهت چرخش هر لایه در هادی های چند رشته ای بر خلاف لایه های مجاور می باشد تا از باز شدن رشته ها جلوگیری شود. تعداد رشته ها در هادی های چند رشته¬ای که از فرمول A = 3K2 – 3K + 1 (A تعداد رشته ها و K تعداد لایه ها) محاسبه می¬شود، معمولاً 7 – 19 37 – 61 می باشد .تأثیر رطوبت بر هادی آلومینیوم به مراتب بیشتر از هادی مس است به طوریکه در هوای مرطوب به سرعت اکسیده می¬شود.

لذا اتصالات الکتریکی با هادی آلومینیوم باید با دقت فراوان همراه باشد. سطح مقطع هادی¬ها به صورت: گرد، مثلثی (سکتوری) و بیضی می¬باشد. سیم¬های مثلثی (سکتوری) و بیضی بیشتر در کابل های جریان زیاد برای کم کردن قطر خارجی کابل و استفاده بیشتر از فضای موجود کابل استفاده ¬گردد. این نوع سطح مقطع به علت زیاد شدن اثر میدان های الکتریکی تا ولتاژ 10 kv بیشتر ساخته نمی شوند. سطح مقطع کابل متناسب با زیاد شدن جریان، زیاد می شود و هر کابل در یک ولتاژ معین داری جریان مجاز مشخصی می باشد. در کابل های فشار قوی با اضافه شدن ولتاژ سطح مقطع کابل هم بزرگتر می¬شود.

2-  عایق ها: انواع عایق هایی که در صنعت کابل سازی به کار می رود عبارت اند از:

١-ترموپلاستها ٢-کاغذ آغشته به روغن ٣-گازها

١- ترموپلاست ها: موادی سختی ناپذیراند که در اثر حرارت نرم شده و در نتیجه قابل شکل گرفتن می¬شوند مانند P.V.C (پلی وینیل کلراید)، پلی اتیلن (P.E.T پروتوتن)، پلی استیرول، (X.L.P.E) .
الف) عایقP.V.C: از معروفترین مواد ترمو پلاستها (پلاستیکها) میباشد که از مواد اولیه آهک، کربن، اسید کلریدریک، کلرید و اسیتیلن تشکیل یافته و با روش پلیمریزاسیون به صورت پودر خالص بدست می آید. از P.V.C خالص نمی توان در صنعت کابل سازی استفاده کرد زیرا این ماده در درجه حرارت معمولی سخت و شکننده میشود و در مقابل حرارت ناپایدار است ولی با اضافه کردن مقداری ماده نرم کننده و مواد پر کننده و رنگ و مختصر حرارت دادن ماده شیره مانندی به دست می آید که می توان از آن به راحتی برای روکش سیم (عایق) و پوشش کابلها استفاده کرد. ماده P.V.C که برای روکش سیم و غلاف خارجی کابل از آن استفاده میشود دارای ترکیبات مختلفی است زیرا روکش سیم (عایق) باید دارای استقامت الکتریکی خوب و پوشش کابل باید دارای استقامت مکانیکی خوب باشد. کابل های P.V.C برای اختلاف سطح تا 1 kv ساخته می شوند.

 کابل های P.V.C در تأسیسات داخلی احتیاج به سرکابل ندارند و نمیسوزد و کهنه نمی شود و عوامل شیمیایی بر روی آن تأثیر ندارد. مورد استعمال آن بیشتر در مصرف داخلی نیروگاه ها، پستها، تابلوهای برق، در توزیع انرژی با ولتاژ کم، روشنایی خیابانها، سیم های فرمان و غیره میباشد ارزش عایق P.V.C نسبت به زیاد شدن درجه حرارت تنزل میکند و لذا نباید درجه حرارت آن از 0 تا 70 درجه سانتیگراد تجاوز کند. هر میلیمتر از عایق P.V.C در حدود 20 kv استقامت دارد. در درجه حرارت کمتر از 3 درجه سانتیگراد در برابر ضربه حساس میشود و حالت شکنندگی پیدا میکند. این ماده در بالاتر از 75 درجه سانتیگراد شکل اصلی خود را از دست میدهد. به رنگهای متنوع میتواند ساخته شود که این امر کمک بزرگی جهت ساخت کابلهای مدار فرمان و تلفن می¬باشد.

در مقابل شعله آتش نمی¬گیرد (شعله را حرکت نمی¬دهد) و در همان نقطه سوخته، استخوانی و سخت شده، شعله خاموش میشود. دارای قابلیت هدایت حرارت از 10 -3 × 4 تا 3 کالری بر سانتیمتر مربع می باشد. کابلهای P.V.C برای ولتاژ های بالاتر از 1 kv باید حتماً دارای غلاف فلزی باشند این غلاف فلزی ممکن است به صورت زره از تسمه های فولادی یا غلاف مسی باشد. عایق P.V.C گرچه دارای استقامت الکتریکی خوبی است ولی به علت اینکه ضریب تلف آن زیاد است، تلفات کابل در فشارهای بالا خیلی زیاد خواهد شد. بدین علت می توان از کابل های P.V.C تا فشار 10 kv استفاده کرد. کابل های P.V.C بر مبنای ماکزیمم شدت حوزه2.5 kv/mm تا 3.5 kv/mmمحاسبه و ساخته میشود. کابلهای P.V.C به پروتودور هم معروف می¬باشند.

ب) P.E.T پلی اتیلن: پلی اتیلن به رنگ سفید است و جزء خانواده ترموپلاست ها می باشد. P.E.T در کابلهای جریان زیاد تا 10 kv به علت اینکه درجه حرارت ذوب آن کم است و زود نرم می شود نمی تواند با کابل P.V.C رقابت کند ولی در فشار های10 kv و بالاتر به خاطر مشخصات خوب دی الکتریکی آن به مقدار زیاد مصرف می¬شود. پلی اتیلن برخلاف P.V.C قابل اشتعال است به همین خاطر روکش خارجی کابلP.E.T یا (P.E) را ازP.V.C می سازند و به کابل های پروتوتن معروف می باشند.

استقامت شیمیایی P.E.T در مقابل اسیدها و بازها از P.V.C بهتر است . پلی اتیلن را می¬توان به سادگی پرس کرده و به فرم های مختلف در آورد و امروزه در صنعت کابل سازی تا 25 kv مورد استفاده قرار می گیرد. کابل های پلی اتیلنی بسیار سبک و مقاوم در برابر رطوبت و زنگ زدگی می باشد. استقامت الکتریکی این ماده /mm 40 kv تا kv/mm 20و مقاومت ویژه آن Ω/cm 10 14 تا 10 15 Ω/cm می باشد.


ج) پلی استیرول: این ماده عایق، مانند شیشه شفاف و سخت است و به سادگی قابل شکل دادن است و در برابر آب و رطوبت و اسیدها و الکل و روغن ثبات دارد. نوعی از آن که دارای بوتادین است در مقابل ضربه مقاومت زیاد دارد و این عایق در مقابل نور در درجه حرارت های پایین ترد و شکننده می باشد. این عایق بیشتر جهت کابل های مخابراتی در فرکانس های بالا به کار برده می¬شود.

د) X.L.P.E: با پیشرفت صنایع پتروشیمی امروزه از مواد ترموپلاست¬ها عایق XLPE ساخته شده است که می توان آن را در ولتاژهای خیلی زیاد تا حدود 400 kv به کار برد. البته کابل¬های ساخته شده با عایق XLPE معمولاً به صورت تک رشته ای می باشند و اطراف کابل به وسیله سیم های مسی و نواری میدانهای الکتریکی اطراف را کم می کنند و در زمان نصب کابل متناسب با ولتاژ آن رشته های کابل باید از هم فاصله jباشته باشند.


٢- کاغذ آغشته به روغن: کاغذ به علت اینکه مایعات را به خود جذب می کند و همچنین نرم و قابل خمش می باشد ماده خوبی جهت استفاده عایق کابل می¬باشد. مقاومت الکتریکی و ضریب تلف کاغذ بستگی به مقدار رطوبت کاغذ دارد و هر چه کاغذ محکمتر، صاف تر و سنگین تر باشد مقدار ضریب عایقی و استقامت الکتریکی آن بیشتر است. جهت بالا بردن خاصیت عایقی کاغذ آنرا به روغن معدنی آغشته می کنند به طوریکه کاغذ های نازک با ضخامت 0.01 mm تا 0.1 mm را در خلأ خشک کرده و در روغن با درجه حرارت 110 تا 120 درجه سانتیگراد در محیط خلأ وارد می کنند.

 در این درجه حرارت روغن شل می باشد و در تمام سوراخ ها و منافذ کاغذ نفوذ کرده و آنها را پر می کند در این صورت کاغذ قدرت عایقی بسیار زیادی پیدا می کند. هر چقدر فشار روغن بیشتر باشد استقامت الکتریکی کاغذ روغنی نیز افزایش می یابد. مقدار حرارت مجاز برای کاغذ آغشته به روغن در حدود 70 درجه سانتیگراد است. روغن مورد استفاده از ترکیبات هیدروکربن است که ازمشتقات نفت می باشد. از مشخصات روغن خوب و تازه این است که باید در20 درجه سانتیگراد صاف و شفاف باشد و ته نشین نکند. مقاومت مخصوص روغن خالص Ω/cm 1016×20 می باشد.


٣- عایق های گازی: گازهای ازت و SF6 مهمترین گازهایی هستند که در صنعت کابل سازی مورد استفاده قرار می گیرد .گاز ازت تحت فشار را در کابل های روغنی فشار قوی وارد می کنند که این عمل باعث جلوگیری از خرابی و فاسد شدن کاغذ آغشته به روغن می شود و خواص الکتریکی روغن را پایدار نگه می دارد. SF6 از گازهای عایق می باشد که قابل سوختن و احتراق نبوده و مورد استفاده زیادی در ولتاژهای فشار قوی دارد. استقامت الکتریکی SF6 تحت فشار 1 at دو برابر هوا بوده و هر چه فشار آن نیز بیشتر شود، خواص الکتریکی آن نیز بهتر می شود.



منبع: http://shahrammoradi.blogfa.com