بهینهآسازیآ ابعاد و وزنآ دکلهایآ خطوط انتقالآ نیرو
دکتر قدرتآا...حیدریآ
وقتیآ هدفآ، بهینهآسازیآ ابعاد و وزنآ دکلهایآ خطوط انتقالآ نیرو باشد، طبیعیآ استآعواملآ مختلفیآ از جملهآ مشخصهآ هادیها، آرایشآ فازها و فاصلهآ آنها تا دکلها در اینآ امردخالتآ دارد. گرچهآ نقشآ هر یکآ از عواملآ جویآ و محیطیآ، بسیار مهمآ استآ، اما فاصلهآهادیها تا بدنهآ یا بازویآ برجها، نقشآ موثرتریآ را در طراحیآ ابعاد و وزنآ دکلها یا برجهایآخطوط انتقالآ نیرو دارد.
در اینآ نوشتار ضمنآ بررسیآ عواملآ مختلفآ در محاسبهآ فواصلآ فازیآ، تأثیر آنها درطراحیآ دکلهایآ موجود نیز مورد بحثآ و بررسیآ قرار گرفتهآ استآ. همچنینآ ابعاد دکلهایآطراحیآ شدهآ در کشور ایرانآ با چند نمونهآ از دکلهایآ مربوط بهآ خطوط انتقالآ نصبآ شدهآ درچند کشور خارجیآ مقایسهآ شدهآ استآ. نتایجآ اینآ بررسیها نشانآ میآدهد در طراحیآ دکلهایآ خطوط انتقالآ نیرو، فواصلآ فازها از بدنهآ دکلها و از یکدیگر، بیشتر از حد مورد نیازاستآ کهآ اینآ امر نشانگر در نظر گرفتنآ ضریبآ اطمینانآ بالا بودهآ کهآ موجبآ افزایشآ وزنآآنها و در نتیجهآ قیمتآ خطوط انتقالآ نیرو میآشود.
گرچهآ ابعاد و وزنآ دکلها بهآ عواملآ بسیارمتعددیآ از جملهآ فاصلهآ اسپنآ، سرعتآ و زاویهآوزشآ باد، ضخامتآ یخآ، وزنآ و قطر هادیآ وعواملآ دیگر وابستهآ استآ اما در یکآ شرایطمعینآ، فواصلآ فازها یکیآ از عواملآ مهمآ وموثر در طراحیآ دکلهایآ خطوط انتقالآ نیرواستآ. با افزایشآ فاصلهآ هادیها از بدنهآ یا بازویآ دکلها، نیرویآ تحمیلیآ بر آنها تغییر میآکند کهآ اینآ امر سببآ افزایشآ ابعاد، وزنآ وقیمتآ آنها میآشود. توجهآ بهآ اینآ بخشآ از طراحیآ، میآتواند عاملآ موثریآ در کاهشآهزینهآهایآ مربوط بهآ ساختآ دکلها و در نتیجهآسرمایهآگذاریآ خطوط انتقالآ نیرو باشد.
بررسیآ فواصلآ فازیآ در مراجعآ مختلفآنشانآ میآدهد با وجود مدلها و روابط متعددیآ کهآ برایآ محاسبهآ فواصلآ فازیآ ارایهآ شدهآ استآ، در عملآ فواصلآ فازها حتیآ در شرایط محیطیآ یکسانآ، برابر نیستآ کهآ وجود دکلهایآ متنوعآ با ابعاد و وزنآ مختلفآ درشبکهآهایآ برقآرسانیآ ایرانآ موید اینآ مطلبآ استآ. لذا با توجهآ بهآ اهمیتآ فواصلآ فازها وجایآگذاریآ هادیها در طراحیآ دکلها، پهنای آباند عبور و در نتیجهآ سرمایهآگذاریآ خطوط انتقالآ نیرو، در اینآ نوشتار مورد بحثآ و بررسیآقرار میآگیرد.
معیار انتخابآ فواصلآ فازیآ
در خطوط انتقالآ نیرو فاصلهآ فازها تا بدنهآبرجها یا فاصلهآ فاز تا فاز بهآ عواملآ متعددیآ ازجملهآ اضافهآ ولتاژها، شرایط جویآ و محیطیآ وسایر مشخصاتآ فنیآ خطوط، وابستهآ استآ امابهآ هر حالآ دامنهآ تغییراتآ آنآ قابلآ محاسبهآاستآ. از طرفیآ با توجهآ بهآ اینآ کهآ ممکنآ استآ اضافهآ ولتاژها یا پدیدهآهایآ جویآ رخآ دهد، لذافاصلهآ فازها میآتواند با پذیرشآ احتمالآ کمآ یازیاد برایآ وقوعآ جرقهآ در فواصلآ هواییآ،افزایشآ یا کاهشآ یابد. برایآ روشنآ شدنآمطلبآ، بهآ تأثیرگذاریآ عواملآ موثر و مختلفآدر اینآ زمینهآ بهآ طور اختصار اشارهآ میآشود.
الفآ) عواملآ موثر در فواصلآ فازیآ
در محاسبهآ حداقلآ فاصلهآ فازها تا بدنهآدکلها عواملآ متعددیآ دخالتآ دارد کهآ از جملهآمیآتوانآ بهآ اینآ موارد اشارهآ کرد:
- ولتاژ خط انتقالآ
- وزنآ و قطر هادیها
- قطر یخآ رویآ هادیها
- درجهآ حرارتآ هادیها
- سرعتآ و زاویهآ وزشآ باد
- شرایط جویآ و محیطیآ مسیر
- فلشآ هادیها
- فاصلهآ پایهآها
- قابلیتآ اطمینانآ یا درصد ریسکآپذیریآ.
اینآ عواملآ عمدتا در نزدیکآسازیآفاصلهآ فازها بهآ بدنهآ دکلها در شرایط وزشآ باددخالتآ دارند. اما در هر شرایطیآ، حداقلآفاصلهآ فازها تا بدنهآ دکلها در هر جهتآ نباید ازرقمیآ کهآ از طریقآ اضافهآ ولتاژهایآ ناشیآ از کلیدزنیآ یا صاعقهآ بهآ وجود میآآیند کمترباشد. شایانآ ذکر استآ کهآ در برخیآ از مراجعآ،سرعتآ باد ماکزیممآ در زمانآ وقوعآ حداکثراضافهآ ولتاژ، منظور نمیآشود.
بآ) حداقلآ فاصلهآ افقیآ هادیآ تا دکلآ
در جایآگذاریآ هادیها در رویآ دکلها بایددقتآ شود کهآ فاصلهآ هادیها با بدنهآ یا بازویآدکلها در هیچآ قسمتآ، از مقدار مشخصیآ،کمتر نباشد اینآ فاصلهآ تابعیآ از مقدار اضافه آولتاژهایآ ناشیآ از صاعقهآ و کلیدزنیآ و درصد ریسکآپذیریآ استآ. برایآ محاسبهآ حداقلآفاصلهآ هواییآ یا فاصلهآ هادیآ تا بدنهآ،میآتوانآ از اینآ روابط استفادهآ کرد:
رابطهآ (2) نیز حداقلآ فاصلهآ هواییآ از دیدگاه آاضافهآ ولتاژ ناشیآ از صاعقهآ را نشانآ میآدهد:
در اینآ رابطهآ داریمآ:
LS - حداقلآ فاصلهآ هواییآ بر مبنایآ اضافهآولتاژ کلیدزنیآ بهآ متر
VS - اضافهآ ولتاژ ناشیآ از کلیدزنیآ بهآکیلوولتآ
LL - حداقلآ فاصلهآ هواییآ بر مبنایآ اضافهآولتاژ صاعقهآ بهآ متر
VL - اضافهآ ولتاژ ناشیآ از صاعقهآ بهآ کیلوولتآ
برایآ محاسبهآ حداقلآ فاصلهآ هواییآ درهر سطحآ از ولتاژ لازمآ استآ، با توجهآ بهآ مقادیراضافهآ ولتاژهایآ ناشیآ از کلیدزنیآ و صاعقهآ،حداقلآ فاصلهآ هواییآ محاسبهآ شود.
ضمنا برایآ سهولتآ مقایسهآ و محاسبهآ،حداقلآ فاصلهآ هواییآ مجاز فازها تا بدنهآدکلها با توجهآ بهآ روابط (1 و 2) و برحسبآمقادیر مختلفیآ از اضافهآ ولتاژهایآ صاعقهآ وکلیدزنیآ نیز محاسبهآ شدهآ استآ. حداقلآ فاصله آهواییآ، تنها بهآ مقدار ولتاژ بستگیآ ندارد، بلکهآتابعیآ از نوعآ اضافهآ ولتاژ نیز استآ. بهآ عبارتآدیگر اینآ مطلبآ نشانآ میآدهد کهآ ولتاژشکستآ هوا ضمنآ اینآ کهآ بهآ قدر مطلقآ ولتاژبستگیآ دارد، بهآ شکلآ موجآ آنآ نیزوابستهآ استآبهآ عبارتآ دیگر برایآ مقادیر یکسانیآ از اضافه آولتاژهایآ صاعقهآ و کلیدزنیآ، حداقلآ فاصلهآهواییآ مجاز یا فواصلآ فازها از یکدیگر (یا بابدنهآ دکلها) برایآ اضافهآ ولتاژ کلیدزنیآ بیشتراز اضافهآ ولتاژ ناشیآ از صاعقهآ استآ.
فاصلهآ فاز تا بدنهآ دکلآ
در صورتیآ کهآ زنجیرهآ مقرهآها در اثر وزشآباد دچار نوسانآ نشود، حداقلآ فاصلهآ فاز تا بدنهآ دکلها را میآتوانآ معادلآ L در نظر گرفتآکهآ مقدار آنآ برابر LL یاLS (هر کدامآ بزرگترباشد) استآ. اما در عملآ وزشآ باد سببآ انحرافآ زنجیرهآ مقرهآها بهآ سمتآ دکلهامیآشود کهآ اینآ اقدامآ موجبآ نزدیکآ شدنآفازها بهآ بدنهآ یا بازویآ دکلها میآشود. لذا اگر هدفآ، تعیینآ محلآ مناسبآ برایآ نصبآزنجیرهآ مقرهآها باشد باید اینآ مطلبآ مدنظرقرار گیرد.
شمایآ کلیآ بخشیآ از دکلآ راهمراهآ با زنجیرهآ مقرهآها نشانآ میآدهد. در اینآشکلآ fزاویهآ انحرافآ زنجیرهآ مقرهآها، dhمیزانآ پیشرویآ افقیآ هادیها بهآ سمتآ دکلآ و dvفاصلهآ هادیآ تا بازویآ دکلآ در حالتآانحرافآ زنجیرهآ مقرهآها و Lin طولآ زنجیرهآمقرهآهاستآ. با توجهآ بهآ شکلآ فوقآ میزان آپیشرویآ زنجیرهآ مقرهآها بهآ سمتآ بدنهآ دکلآ رامیآتوانآ از رابطهآ 3بهآ دستآ آورد.
با توجهآ مقدار dh حداقلآ فاصلهآ فاز تا بدنهآ(D) بهآ دستآ میآآید.
وزشآ باد علاوهآ بر اینآ کهآ فاصلهآ افقیآ هادیهاتا دکلآ را کاهشآ میآدهد، سببآ کاهشآفاصلهآ عمودیآ هادیها تا بازویآ دکلآ (dv) نیزمیآشود. لذا در انتخابآ طولآ زنجیرهآ مقرهآهاباید دقتآ شود کهآ هیچآ وقتآ مقدار dv از Lکمتر انتخابآ نشود. اما اگر مقدار dv از حدمجاز کاهشآ یابد طولآ زنجیرهآ مقرهآها باید باتوجهآ بهآ رابطهآ (6) اصلاحآ شود:
با جایآگذاریآ مقدار معادلآ Lin در رابطهآ (5)مقدار D بهآ صورتآ روابط (7) و (Cool محاسبهآ میآشود.
زاویهآ انحرافآ زنجیرهآ مقرهآها را میآتوانآ ازرابطهآ (9) بهآ دستآ آورد. در اینآ رابطهآ Vسرعتآ وزشآ باد برحسبآ متر بر ثانیهآ، dقطرهادیآ بر حسبآ متر، w وزنآ یکآ متر از طولآهادیآ برحسبآ کیلوگرمآ و Sh و Svاسپنهایآ بادو وزنآ استآ.
همانآ طور کهآ ملاحظهآ میآشود فاصلهآ هادیهاتا بدنهآ دکلها بهآ سرعتآ باد، شرایط آبآ وهواییآ منطقهآ، نوعآ هادیآ و فاصلهآ دکلهاوابستهآ استآ. بهآ عبارتآ دیگر هر چهآ زاویهآانحرافآ زنجیرهآ مقرهآها بیشتر باشد فاصله آفازها باید زیادتر انتخابآ شود. در شرایطمتعارفآ، مقدار tanf در محدودهآ 4/0 تا 6/0 تغییر میآکند، لذا در اینآ حالتها مقدار Kدرمحدودهآ 4/1 تا 6/1تغییر میآکند (اگر زنجیرهآمقرهآها بهآ صورتآ V شکلآ نصبآ شود K حدود
1/1 تا 2/1 خواهد بود) لذا با توجهآ بهآ مقادیراضافهآ ولتاژهایآ مندرجآ در جدولآ (1) و در نظرگرفتنآ K مساویآ 1/1 و 1/4 برایآ آرایشآ Vو I مقرهآها، حداقلآ فاصلهآ هادیها تا بدنهآدکلها (D) محاسبهآ و نتیجهآ در جدولآ (3) درجآشدهآ استآ. در اینآ محاسباتآ برایآ ولتاژ 400کیلوولتآ از مقدار ماکزیممآ Ls و برایآ سایرسطوحآ ولتاژ از ارقامآ ماکزیممآ LL استفادهآ شدهآاستآ.
لازمآ بهآ توضیحآ استآ کهآ تنظیمآ فاصلهآهادیها در سر دکلها بهآ معنیآ مناسبآ بودنآفواصلآ فازیآ در خط انتقالآ نیستآ، بلکهآ بایدفاصلهآ فازها در وسط پایهآها نیز کنترلآ شود.چونآ ممکنآ استآ در اثر وزشآ باد، فواصل آهادیها از حد مجاز کمتر شود. در چنینآشرایطیآ، باید فاصلهآ هادیها در سر دکلهابیشتر از ارقامآ محاسبهآ شدهآ منظور شود تا در وسط پایهآها مشکلیآ ایجاد نشود.
فواصلآ فازیآ
برایآ بررسیآ فواصلآ فازیآ متداولآ درخطوط انتقالآ نیرویآ کشور، مقادیر فواصلآهواییآ و فازیآ کهآ از روشآ محاسباتیآ فوقآ بهآدستآ آمدهآ استآ با مقادیر مشابهآ آنها کهآ درمراجعآ مختلفآ درجآ شدهآ مورد مقایسهآ قرار میآگیرد. در ادامهآ نوشتار مقادیر مربوط بهآ اینآعواملآ ارزیابیآ میآشود.
الفآ) فواصلآ فازها در دکلهایآ شبکهآبرقآرسانیآ کشور
بررسیآ دکلهایآ نصبآ شدهآ در سطحآشبکهآهایآ برقآرسانیآ کشور، نشانآ میآدهدکهآ ابعاد آنها دارایآ تفاوتهایآ محسوسیآ استآ.گرچهآ بخشیآ از اینآ اختلافاتآ مربوط بهآشرایط آبآ و هواییآ منطقهآ استآ، اما قسمتآدیگر بهآ ناهماهنگآبودنآ معیارهایآ طراحیآ ازجملهآ انتخابآ ضرایبآ اطمینانآ طراحیآمرتبط میآشود. جدولآ (4) دامنهآ تغییراتآفواصلآ فازها در چند نمونهآ از دکلهایآ خطوطانتقالآ نیرویآ کشور را نشانآ میآدهد.
بآ) مقادیر واقعیآ در چند خط انتقالآخارجآ از کشور
برایآ نتیجهآگیریآ بهتر، وضعیتآ فاصلهآفازیآ در چند نمونهآ از خطوط انتقالآ نیرو نصبآشدهآ در کشورهایآ اروپاییآ و آمریکاییآ کهآ ازمراجعآ مختلفآ استخراجآ شدهآ مورد مطالعهآ قرارگرفتآ. با توجهآ بهآ بررسیهایآ انجامآ شدهآ، فاصلهآ هادیها تا بدنهآ دکلها محاسبهآ و نتیجهآدر جدولآ (5) درجآ شد. همانآ طور کهآ از اینآجدولآ پیداستآ اختلافآ محسوسیآ بینآ ارقام آاینآ جدولآ با دیگر مراجعآ، وجود دارد. گرچهآبخشیآ از اینآ اختلافاتآ مربوط بهآ شرایط آبآ وهواییآ مسیر استآ اما عاملآ دیگر، تفاوتآ در بکارگیریآ معیارهایآ طراحیآ استآ.
جآ) حداقلآ مجاز در NESC
از آنآ جا کهآ هدفآ، مقایسهآ فواصلآ هواییآمحاسبهآ شدهآ در مراجعآ مختلفآ استآ، لذامقادیر توصیهآ شدهآ توسط NESCنیز موردبررسیآ و مقایسهآ قرار میآگیرد. البتهآ چونآ دراینآ مرجعآ ولتاژهایآ معادلآ سطوحآ ولتاژ استاندارد کشور وجود ندارد، لذا فواصلآ هواییآولتاژهایآ نزدیکآ (سطوحآ ولتاژ 69 ، 138 و 230)، انتخابآ و فواصلآ، با توجهآ بهآسطوحآ ولتاژ کشور، اصلاحآ شدهآ استآ. جدولآ(6) حداقلآ فاصلهآ هواییآ مجاز و فاصلهآ هادیآتا دکلآ را در چهار سطحآ ولتاژ استاندارد کشورایرانآ نشانآ میآدهد.
مقایسهآ فواصلآ فازیآ
بررسیهایآ انجامآ شدهآ در اینآ نوشتارنشانآ میآدهد روشهایآ بکار گرفتهآ شدهآ درمراجعآ مختلفآ برایآ محاسبهآ فواصلآ فازیآ،متفاوتآ بودهآ کهآ اینآ امر باعثآ بروز اختلافاتآمحسوسیآ در مقادیر فاصلهآ فازها تا بدنه آدکلها شدهآ استآ.
با توجهآ بهآ آنآ چهآ گفتهآ شد و برایآ سهولتآمقایسهآ، نتایجآ مطالعاتآ انجامآ شدهآ دربخشهایآ قبلیآ در جدولآ (7) درجآ شدهآ استآ.در اینآ جدولآ حالتهایآ اولآ، دومآ، سومآ و چهارمآمربوط بهآ اینآ شرایط استآ:
- حالتآ اولآ: نتایجآ محاسباتآ
- حالتآ دومآ: استاندارد NESC
- حالتآ سومآ: خطوط نصبآ شدهآ در چند کشورخارجیآ
- حالتآ چهارمآ: خطوط نصبآ شدهآ در شبکهآبرقآرسانیآ ایرانآ .
گرچهآ بخشیآ از اختلافآ ارقامآ موجود دراینآ جدولآ مربوط بهآ شرایط محیطیآ استآ، امابهآ هر حالآ فواصلآ هادیها تا دکلهایآ خطوطنصبآ شدهآ در کشور ایرانآ از حد متعارفآ بیشتراستآ کهآ باید مورد بازنگریآ و ارزیابیآ قرارگیرند.
با توجهآ بهآ اینآ کهآ بهینهآسازیآ ابعاد و وزنآدکلها یا برجهایآ خطوط انتقالآ نیرو بدونآبکارگیریآ معیارهایآ مناسبآ در محاسبهآفواصلآ فازیآ میسر نیستآ لذا باید اینآ اقدامآمهمآ در طراحیآ خطوط انتقالآ نیرو بخصوصآ طراحیآ دکلها بهآ طور جدیآ مورد توجهآ قرارگیرد. بدیهیآ استآ استانداردهایآ دکلهایآخطوط انتقالآ نیرو بدونآ توجهآ بهآ اینآ مهمآ، نمیآتواند از مطلوبیتآ کافیآ برخوردار باشد.
نتیجهآ:
بررسیهایآ مقدماتیآ انجامآ شدهآ در اینآنوشتار نشانآ میآدهد کهآ معیارهایآ موجودبرایآ محاسبهآ فواصلآ فازیآ در کشور دارایآضریبآ اطمینانآ بالاییآ استآ کهآ اینآ امر سببآافزایشآ بیآمورد ابعاد و وزنآ دکلهایآ خطوطانتقالآ نیرو میآشود.
بررسیآ و مقایسهآ فواصلآ فازیآ ابعاددکلهایآ خطوط انتقالآ نیرویآ موجود در کشورایرانآ با تعدادیآ از مراجعآ نشانآ میآدهد کهآ دربسیاریآ موارد امکانآ کاهشآ ابعاد آنآ، میسراستآ. از آنآ جا کهآ مشخصاتآ فنیآ دکلها مستقیما بهآ فواصلآ فازها تا بدنهآ دکلآ ودرنتیجهآ بهآ نیروهایآ تحمیلیآ بر آنها وابستهآاستآ، بهآ طور طبیعیآ بهینهآسازیآ ابعاد و وزنآدکلها بدونآ انتخابآ معیار مناسبآ برایآ تعیینآفواصلآ فازیآ میسر نیستآ، بنابراینآ توصیهآ میآشود در بازنگریآ استاندارد دکلهایآ مربوطبهآ خطوط انتقالآ نیرویآ کشور بهآ اینآ نکتهآمهمآ توجهآ شود.
منابعآ:
1- قدرتآا...حیدریآ، کتابآ طراحیآ الکتریکیآخطوط انتقالآ نیرو، انتشاراتآ تابشآ برقآ،شرکتآ برقآ منطقهآایآ تهرانآ، بهمنآ 1379.
2- قدرتآا...حیدریآ، >نقشآ قیمتآ زمینآ درآرایشآ هادیها، شکلآ برجها و ولتاژ خطوطانتقالآ نیرو<، شانزدهمینآ کنفرانسآ بینآالمللیآبرقآ، تهرانآ، آبانآماهآ 1380.
3- P.P.Rawliey,"Transmission anddistribution",Katson Publishing Ho-use, Second edition, June 1982,India.
4- Transmission Line referencebook, 345KV and above, ElectricPower Research Institute (EPRI)second edition , 1982, Palo Alto,California, USA.
5- Turan Gonen, "Modern PowerSystem Analysis", A.Willey- Inte-rnational Publication , John Wileyand Sons, 1987.
6- A.J.Pansini, "Basics of ElectricalPowr Transmission",by Prentice Hall,Inc., Englewood Cliffs, New Jersy,1990.
7- Proceeding of Compact trans-mission Line, CIGRE symposium,Lenningrad-Russia, 1991.
8- Gh.Heidari, M.Heidari, "Effect ofLand price on transmission linedesign", CIGRE, Paris, Sept.2002.
* اینآ نوشتار در هفدهمینآ کنفرانسآبینآالمللیآ برقآ ارایهآ شدهآ استآ.
دکتر قدرتآا...حیدریآ
وقتیآ هدفآ، بهینهآسازیآ ابعاد و وزنآ دکلهایآ خطوط انتقالآ نیرو باشد، طبیعیآ استآعواملآ مختلفیآ از جملهآ مشخصهآ هادیها، آرایشآ فازها و فاصلهآ آنها تا دکلها در اینآ امردخالتآ دارد. گرچهآ نقشآ هر یکآ از عواملآ جویآ و محیطیآ، بسیار مهمآ استآ، اما فاصلهآهادیها تا بدنهآ یا بازویآ برجها، نقشآ موثرتریآ را در طراحیآ ابعاد و وزنآ دکلها یا برجهایآخطوط انتقالآ نیرو دارد.
در اینآ نوشتار ضمنآ بررسیآ عواملآ مختلفآ در محاسبهآ فواصلآ فازیآ، تأثیر آنها درطراحیآ دکلهایآ موجود نیز مورد بحثآ و بررسیآ قرار گرفتهآ استآ. همچنینآ ابعاد دکلهایآطراحیآ شدهآ در کشور ایرانآ با چند نمونهآ از دکلهایآ مربوط بهآ خطوط انتقالآ نصبآ شدهآ درچند کشور خارجیآ مقایسهآ شدهآ استآ. نتایجآ اینآ بررسیها نشانآ میآدهد در طراحیآ دکلهایآ خطوط انتقالآ نیرو، فواصلآ فازها از بدنهآ دکلها و از یکدیگر، بیشتر از حد مورد نیازاستآ کهآ اینآ امر نشانگر در نظر گرفتنآ ضریبآ اطمینانآ بالا بودهآ کهآ موجبآ افزایشآ وزنآآنها و در نتیجهآ قیمتآ خطوط انتقالآ نیرو میآشود.
گرچهآ ابعاد و وزنآ دکلها بهآ عواملآ بسیارمتعددیآ از جملهآ فاصلهآ اسپنآ، سرعتآ و زاویهآوزشآ باد، ضخامتآ یخآ، وزنآ و قطر هادیآ وعواملآ دیگر وابستهآ استآ اما در یکآ شرایطمعینآ، فواصلآ فازها یکیآ از عواملآ مهمآ وموثر در طراحیآ دکلهایآ خطوط انتقالآ نیرواستآ. با افزایشآ فاصلهآ هادیها از بدنهآ یا بازویآ دکلها، نیرویآ تحمیلیآ بر آنها تغییر میآکند کهآ اینآ امر سببآ افزایشآ ابعاد، وزنآ وقیمتآ آنها میآشود. توجهآ بهآ اینآ بخشآ از طراحیآ، میآتواند عاملآ موثریآ در کاهشآهزینهآهایآ مربوط بهآ ساختآ دکلها و در نتیجهآسرمایهآگذاریآ خطوط انتقالآ نیرو باشد.
بررسیآ فواصلآ فازیآ در مراجعآ مختلفآنشانآ میآدهد با وجود مدلها و روابط متعددیآ کهآ برایآ محاسبهآ فواصلآ فازیآ ارایهآ شدهآ استآ، در عملآ فواصلآ فازها حتیآ در شرایط محیطیآ یکسانآ، برابر نیستآ کهآ وجود دکلهایآ متنوعآ با ابعاد و وزنآ مختلفآ درشبکهآهایآ برقآرسانیآ ایرانآ موید اینآ مطلبآ استآ. لذا با توجهآ بهآ اهمیتآ فواصلآ فازها وجایآگذاریآ هادیها در طراحیآ دکلها، پهنای آباند عبور و در نتیجهآ سرمایهآگذاریآ خطوط انتقالآ نیرو، در اینآ نوشتار مورد بحثآ و بررسیآقرار میآگیرد.
معیار انتخابآ فواصلآ فازیآ
در خطوط انتقالآ نیرو فاصلهآ فازها تا بدنهآبرجها یا فاصلهآ فاز تا فاز بهآ عواملآ متعددیآ ازجملهآ اضافهآ ولتاژها، شرایط جویآ و محیطیآ وسایر مشخصاتآ فنیآ خطوط، وابستهآ استآ امابهآ هر حالآ دامنهآ تغییراتآ آنآ قابلآ محاسبهآاستآ. از طرفیآ با توجهآ بهآ اینآ کهآ ممکنآ استآ اضافهآ ولتاژها یا پدیدهآهایآ جویآ رخآ دهد، لذافاصلهآ فازها میآتواند با پذیرشآ احتمالآ کمآ یازیاد برایآ وقوعآ جرقهآ در فواصلآ هواییآ،افزایشآ یا کاهشآ یابد. برایآ روشنآ شدنآمطلبآ، بهآ تأثیرگذاریآ عواملآ موثر و مختلفآدر اینآ زمینهآ بهآ طور اختصار اشارهآ میآشود.
الفآ) عواملآ موثر در فواصلآ فازیآ
در محاسبهآ حداقلآ فاصلهآ فازها تا بدنهآدکلها عواملآ متعددیآ دخالتآ دارد کهآ از جملهآمیآتوانآ بهآ اینآ موارد اشارهآ کرد:
- ولتاژ خط انتقالآ
- وزنآ و قطر هادیها
- قطر یخآ رویآ هادیها
- درجهآ حرارتآ هادیها
- سرعتآ و زاویهآ وزشآ باد
- شرایط جویآ و محیطیآ مسیر
- فلشآ هادیها
- فاصلهآ پایهآها
- قابلیتآ اطمینانآ یا درصد ریسکآپذیریآ.
اینآ عواملآ عمدتا در نزدیکآسازیآفاصلهآ فازها بهآ بدنهآ دکلها در شرایط وزشآ باددخالتآ دارند. اما در هر شرایطیآ، حداقلآفاصلهآ فازها تا بدنهآ دکلها در هر جهتآ نباید ازرقمیآ کهآ از طریقآ اضافهآ ولتاژهایآ ناشیآ از کلیدزنیآ یا صاعقهآ بهآ وجود میآآیند کمترباشد. شایانآ ذکر استآ کهآ در برخیآ از مراجعآ،سرعتآ باد ماکزیممآ در زمانآ وقوعآ حداکثراضافهآ ولتاژ، منظور نمیآشود.
بآ) حداقلآ فاصلهآ افقیآ هادیآ تا دکلآ
در جایآگذاریآ هادیها در رویآ دکلها بایددقتآ شود کهآ فاصلهآ هادیها با بدنهآ یا بازویآدکلها در هیچآ قسمتآ، از مقدار مشخصیآ،کمتر نباشد اینآ فاصلهآ تابعیآ از مقدار اضافه آولتاژهایآ ناشیآ از صاعقهآ و کلیدزنیآ و درصد ریسکآپذیریآ استآ. برایآ محاسبهآ حداقلآفاصلهآ هواییآ یا فاصلهآ هادیآ تا بدنهآ،میآتوانآ از اینآ روابط استفادهآ کرد:
رابطهآ (2) نیز حداقلآ فاصلهآ هواییآ از دیدگاه آاضافهآ ولتاژ ناشیآ از صاعقهآ را نشانآ میآدهد:
در اینآ رابطهآ داریمآ:
LS - حداقلآ فاصلهآ هواییآ بر مبنایآ اضافهآولتاژ کلیدزنیآ بهآ متر
VS - اضافهآ ولتاژ ناشیآ از کلیدزنیآ بهآکیلوولتآ
LL - حداقلآ فاصلهآ هواییآ بر مبنایآ اضافهآولتاژ صاعقهآ بهآ متر
VL - اضافهآ ولتاژ ناشیآ از صاعقهآ بهآ کیلوولتآ
برایآ محاسبهآ حداقلآ فاصلهآ هواییآ درهر سطحآ از ولتاژ لازمآ استآ، با توجهآ بهآ مقادیراضافهآ ولتاژهایآ ناشیآ از کلیدزنیآ و صاعقهآ،حداقلآ فاصلهآ هواییآ محاسبهآ شود.
ضمنا برایآ سهولتآ مقایسهآ و محاسبهآ،حداقلآ فاصلهآ هواییآ مجاز فازها تا بدنهآدکلها با توجهآ بهآ روابط (1 و 2) و برحسبآمقادیر مختلفیآ از اضافهآ ولتاژهایآ صاعقهآ وکلیدزنیآ نیز محاسبهآ شدهآ استآ. حداقلآ فاصله آهواییآ، تنها بهآ مقدار ولتاژ بستگیآ ندارد، بلکهآتابعیآ از نوعآ اضافهآ ولتاژ نیز استآ. بهآ عبارتآدیگر اینآ مطلبآ نشانآ میآدهد کهآ ولتاژشکستآ هوا ضمنآ اینآ کهآ بهآ قدر مطلقآ ولتاژبستگیآ دارد، بهآ شکلآ موجآ آنآ نیزوابستهآ استآبهآ عبارتآ دیگر برایآ مقادیر یکسانیآ از اضافه آولتاژهایآ صاعقهآ و کلیدزنیآ، حداقلآ فاصلهآهواییآ مجاز یا فواصلآ فازها از یکدیگر (یا بابدنهآ دکلها) برایآ اضافهآ ولتاژ کلیدزنیآ بیشتراز اضافهآ ولتاژ ناشیآ از صاعقهآ استآ.
فاصلهآ فاز تا بدنهآ دکلآ
در صورتیآ کهآ زنجیرهآ مقرهآها در اثر وزشآباد دچار نوسانآ نشود، حداقلآ فاصلهآ فاز تا بدنهآ دکلها را میآتوانآ معادلآ L در نظر گرفتآکهآ مقدار آنآ برابر LL یاLS (هر کدامآ بزرگترباشد) استآ. اما در عملآ وزشآ باد سببآ انحرافآ زنجیرهآ مقرهآها بهآ سمتآ دکلهامیآشود کهآ اینآ اقدامآ موجبآ نزدیکآ شدنآفازها بهآ بدنهآ یا بازویآ دکلها میآشود. لذا اگر هدفآ، تعیینآ محلآ مناسبآ برایآ نصبآزنجیرهآ مقرهآها باشد باید اینآ مطلبآ مدنظرقرار گیرد.
شمایآ کلیآ بخشیآ از دکلآ راهمراهآ با زنجیرهآ مقرهآها نشانآ میآدهد. در اینآشکلآ fزاویهآ انحرافآ زنجیرهآ مقرهآها، dhمیزانآ پیشرویآ افقیآ هادیها بهآ سمتآ دکلآ و dvفاصلهآ هادیآ تا بازویآ دکلآ در حالتآانحرافآ زنجیرهآ مقرهآها و Lin طولآ زنجیرهآمقرهآهاستآ. با توجهآ بهآ شکلآ فوقآ میزان آپیشرویآ زنجیرهآ مقرهآها بهآ سمتآ بدنهآ دکلآ رامیآتوانآ از رابطهآ 3بهآ دستآ آورد.
با توجهآ مقدار dh حداقلآ فاصلهآ فاز تا بدنهآ(D) بهآ دستآ میآآید.
وزشآ باد علاوهآ بر اینآ کهآ فاصلهآ افقیآ هادیهاتا دکلآ را کاهشآ میآدهد، سببآ کاهشآفاصلهآ عمودیآ هادیها تا بازویآ دکلآ (dv) نیزمیآشود. لذا در انتخابآ طولآ زنجیرهآ مقرهآهاباید دقتآ شود کهآ هیچآ وقتآ مقدار dv از Lکمتر انتخابآ نشود. اما اگر مقدار dv از حدمجاز کاهشآ یابد طولآ زنجیرهآ مقرهآها باید باتوجهآ بهآ رابطهآ (6) اصلاحآ شود:
با جایآگذاریآ مقدار معادلآ Lin در رابطهآ (5)مقدار D بهآ صورتآ روابط (7) و (Cool محاسبهآ میآشود.
زاویهآ انحرافآ زنجیرهآ مقرهآها را میآتوانآ ازرابطهآ (9) بهآ دستآ آورد. در اینآ رابطهآ Vسرعتآ وزشآ باد برحسبآ متر بر ثانیهآ، dقطرهادیآ بر حسبآ متر، w وزنآ یکآ متر از طولآهادیآ برحسبآ کیلوگرمآ و Sh و Svاسپنهایآ بادو وزنآ استآ.
همانآ طور کهآ ملاحظهآ میآشود فاصلهآ هادیهاتا بدنهآ دکلها بهآ سرعتآ باد، شرایط آبآ وهواییآ منطقهآ، نوعآ هادیآ و فاصلهآ دکلهاوابستهآ استآ. بهآ عبارتآ دیگر هر چهآ زاویهآانحرافآ زنجیرهآ مقرهآها بیشتر باشد فاصله آفازها باید زیادتر انتخابآ شود. در شرایطمتعارفآ، مقدار tanf در محدودهآ 4/0 تا 6/0 تغییر میآکند، لذا در اینآ حالتها مقدار Kدرمحدودهآ 4/1 تا 6/1تغییر میآکند (اگر زنجیرهآمقرهآها بهآ صورتآ V شکلآ نصبآ شود K حدود
1/1 تا 2/1 خواهد بود) لذا با توجهآ بهآ مقادیراضافهآ ولتاژهایآ مندرجآ در جدولآ (1) و در نظرگرفتنآ K مساویآ 1/1 و 1/4 برایآ آرایشآ Vو I مقرهآها، حداقلآ فاصلهآ هادیها تا بدنهآدکلها (D) محاسبهآ و نتیجهآ در جدولآ (3) درجآشدهآ استآ. در اینآ محاسباتآ برایآ ولتاژ 400کیلوولتآ از مقدار ماکزیممآ Ls و برایآ سایرسطوحآ ولتاژ از ارقامآ ماکزیممآ LL استفادهآ شدهآاستآ.
لازمآ بهآ توضیحآ استآ کهآ تنظیمآ فاصلهآهادیها در سر دکلها بهآ معنیآ مناسبآ بودنآفواصلآ فازیآ در خط انتقالآ نیستآ، بلکهآ بایدفاصلهآ فازها در وسط پایهآها نیز کنترلآ شود.چونآ ممکنآ استآ در اثر وزشآ باد، فواصل آهادیها از حد مجاز کمتر شود. در چنینآشرایطیآ، باید فاصلهآ هادیها در سر دکلهابیشتر از ارقامآ محاسبهآ شدهآ منظور شود تا در وسط پایهآها مشکلیآ ایجاد نشود.
فواصلآ فازیآ
برایآ بررسیآ فواصلآ فازیآ متداولآ درخطوط انتقالآ نیرویآ کشور، مقادیر فواصلآهواییآ و فازیآ کهآ از روشآ محاسباتیآ فوقآ بهآدستآ آمدهآ استآ با مقادیر مشابهآ آنها کهآ درمراجعآ مختلفآ درجآ شدهآ مورد مقایسهآ قرار میآگیرد. در ادامهآ نوشتار مقادیر مربوط بهآ اینآعواملآ ارزیابیآ میآشود.
الفآ) فواصلآ فازها در دکلهایآ شبکهآبرقآرسانیآ کشور
بررسیآ دکلهایآ نصبآ شدهآ در سطحآشبکهآهایآ برقآرسانیآ کشور، نشانآ میآدهدکهآ ابعاد آنها دارایآ تفاوتهایآ محسوسیآ استآ.گرچهآ بخشیآ از اینآ اختلافاتآ مربوط بهآشرایط آبآ و هواییآ منطقهآ استآ، اما قسمتآدیگر بهآ ناهماهنگآبودنآ معیارهایآ طراحیآ ازجملهآ انتخابآ ضرایبآ اطمینانآ طراحیآمرتبط میآشود. جدولآ (4) دامنهآ تغییراتآفواصلآ فازها در چند نمونهآ از دکلهایآ خطوطانتقالآ نیرویآ کشور را نشانآ میآدهد.
بآ) مقادیر واقعیآ در چند خط انتقالآخارجآ از کشور
برایآ نتیجهآگیریآ بهتر، وضعیتآ فاصلهآفازیآ در چند نمونهآ از خطوط انتقالآ نیرو نصبآشدهآ در کشورهایآ اروپاییآ و آمریکاییآ کهآ ازمراجعآ مختلفآ استخراجآ شدهآ مورد مطالعهآ قرارگرفتآ. با توجهآ بهآ بررسیهایآ انجامآ شدهآ، فاصلهآ هادیها تا بدنهآ دکلها محاسبهآ و نتیجهآدر جدولآ (5) درجآ شد. همانآ طور کهآ از اینآجدولآ پیداستآ اختلافآ محسوسیآ بینآ ارقام آاینآ جدولآ با دیگر مراجعآ، وجود دارد. گرچهآبخشیآ از اینآ اختلافاتآ مربوط بهآ شرایط آبآ وهواییآ مسیر استآ اما عاملآ دیگر، تفاوتآ در بکارگیریآ معیارهایآ طراحیآ استآ.
جآ) حداقلآ مجاز در NESC
از آنآ جا کهآ هدفآ، مقایسهآ فواصلآ هواییآمحاسبهآ شدهآ در مراجعآ مختلفآ استآ، لذامقادیر توصیهآ شدهآ توسط NESCنیز موردبررسیآ و مقایسهآ قرار میآگیرد. البتهآ چونآ دراینآ مرجعآ ولتاژهایآ معادلآ سطوحآ ولتاژ استاندارد کشور وجود ندارد، لذا فواصلآ هواییآولتاژهایآ نزدیکآ (سطوحآ ولتاژ 69 ، 138 و 230)، انتخابآ و فواصلآ، با توجهآ بهآسطوحآ ولتاژ کشور، اصلاحآ شدهآ استآ. جدولآ(6) حداقلآ فاصلهآ هواییآ مجاز و فاصلهآ هادیآتا دکلآ را در چهار سطحآ ولتاژ استاندارد کشورایرانآ نشانآ میآدهد.
مقایسهآ فواصلآ فازیآ
بررسیهایآ انجامآ شدهآ در اینآ نوشتارنشانآ میآدهد روشهایآ بکار گرفتهآ شدهآ درمراجعآ مختلفآ برایآ محاسبهآ فواصلآ فازیآ،متفاوتآ بودهآ کهآ اینآ امر باعثآ بروز اختلافاتآمحسوسیآ در مقادیر فاصلهآ فازها تا بدنه آدکلها شدهآ استآ.
با توجهآ بهآ آنآ چهآ گفتهآ شد و برایآ سهولتآمقایسهآ، نتایجآ مطالعاتآ انجامآ شدهآ دربخشهایآ قبلیآ در جدولآ (7) درجآ شدهآ استآ.در اینآ جدولآ حالتهایآ اولآ، دومآ، سومآ و چهارمآمربوط بهآ اینآ شرایط استآ:
- حالتآ اولآ: نتایجآ محاسباتآ
- حالتآ دومآ: استاندارد NESC
- حالتآ سومآ: خطوط نصبآ شدهآ در چند کشورخارجیآ
- حالتآ چهارمآ: خطوط نصبآ شدهآ در شبکهآبرقآرسانیآ ایرانآ .
گرچهآ بخشیآ از اختلافآ ارقامآ موجود دراینآ جدولآ مربوط بهآ شرایط محیطیآ استآ، امابهآ هر حالآ فواصلآ هادیها تا دکلهایآ خطوطنصبآ شدهآ در کشور ایرانآ از حد متعارفآ بیشتراستآ کهآ باید مورد بازنگریآ و ارزیابیآ قرارگیرند.
با توجهآ بهآ اینآ کهآ بهینهآسازیآ ابعاد و وزنآدکلها یا برجهایآ خطوط انتقالآ نیرو بدونآبکارگیریآ معیارهایآ مناسبآ در محاسبهآفواصلآ فازیآ میسر نیستآ لذا باید اینآ اقدامآمهمآ در طراحیآ خطوط انتقالآ نیرو بخصوصآ طراحیآ دکلها بهآ طور جدیآ مورد توجهآ قرارگیرد. بدیهیآ استآ استانداردهایآ دکلهایآخطوط انتقالآ نیرو بدونآ توجهآ بهآ اینآ مهمآ، نمیآتواند از مطلوبیتآ کافیآ برخوردار باشد.
نتیجهآ:
بررسیهایآ مقدماتیآ انجامآ شدهآ در اینآنوشتار نشانآ میآدهد کهآ معیارهایآ موجودبرایآ محاسبهآ فواصلآ فازیآ در کشور دارایآضریبآ اطمینانآ بالاییآ استآ کهآ اینآ امر سببآافزایشآ بیآمورد ابعاد و وزنآ دکلهایآ خطوطانتقالآ نیرو میآشود.
بررسیآ و مقایسهآ فواصلآ فازیآ ابعاددکلهایآ خطوط انتقالآ نیرویآ موجود در کشورایرانآ با تعدادیآ از مراجعآ نشانآ میآدهد کهآ دربسیاریآ موارد امکانآ کاهشآ ابعاد آنآ، میسراستآ. از آنآ جا کهآ مشخصاتآ فنیآ دکلها مستقیما بهآ فواصلآ فازها تا بدنهآ دکلآ ودرنتیجهآ بهآ نیروهایآ تحمیلیآ بر آنها وابستهآاستآ، بهآ طور طبیعیآ بهینهآسازیآ ابعاد و وزنآدکلها بدونآ انتخابآ معیار مناسبآ برایآ تعیینآفواصلآ فازیآ میسر نیستآ، بنابراینآ توصیهآ میآشود در بازنگریآ استاندارد دکلهایآ مربوطبهآ خطوط انتقالآ نیرویآ کشور بهآ اینآ نکتهآمهمآ توجهآ شود.
منابعآ:
1- قدرتآا...حیدریآ، کتابآ طراحیآ الکتریکیآخطوط انتقالآ نیرو، انتشاراتآ تابشآ برقآ،شرکتآ برقآ منطقهآایآ تهرانآ، بهمنآ 1379.
2- قدرتآا...حیدریآ، >نقشآ قیمتآ زمینآ درآرایشآ هادیها، شکلآ برجها و ولتاژ خطوطانتقالآ نیرو<، شانزدهمینآ کنفرانسآ بینآالمللیآبرقآ، تهرانآ، آبانآماهآ 1380.
3- P.P.Rawliey,"Transmission anddistribution",Katson Publishing Ho-use, Second edition, June 1982,India.
4- Transmission Line referencebook, 345KV and above, ElectricPower Research Institute (EPRI)second edition , 1982, Palo Alto,California, USA.
5- Turan Gonen, "Modern PowerSystem Analysis", A.Willey- Inte-rnational Publication , John Wileyand Sons, 1987.
6- A.J.Pansini, "Basics of ElectricalPowr Transmission",by Prentice Hall,Inc., Englewood Cliffs, New Jersy,1990.
7- Proceeding of Compact trans-mission Line, CIGRE symposium,Lenningrad-Russia, 1991.
8- Gh.Heidari, M.Heidari, "Effect ofLand price on transmission linedesign", CIGRE, Paris, Sept.2002.
* اینآ نوشتار در هفدهمینآ کنفرانسآبینآالمللیآ برقآ ارایهآ شدهآ استآ.
