طراحي و نصب اولين خط هوائي كابل فاصله دار 20 كيلوولت ايران ( بخش پاياني)
طراحي و نصب اولين خط هوائي كابل فاصله دار 20 كيلوولت ايران ( بخش پاياني)
- تجهيزات اصلي شبكه كابل فاصله دار
يكي از ويژگيهاي اصلي شبكه كابل فاصله دار تعداد كم مواد و تجهيزات ويژه آن مي باشد . درادئامه مشخصات اساي هاديها، فاصله نگهدارها، سيم نگهدارنده فولادي و مقره هاي ويژه اين شبكه ها به اختصار توضيح داده مي شود .
7-1- هاديها
جنس رساناي هاديها از نظر امكان توليد مي تواند شامل تمام انواع رايج در خطوط هوايي لخت باشد اما با توجه به اينكه سيم نگهدارنده در اين سيستم عهده دار تحمل نيروهاي كشش مكانيكي است لذا عموماً از هاديهاي تمام آلومينيوم رشته اي استفاده مي شود . ( شكل 5) ساختار رايج اين هاديها در فشار متوسط نشان داده شده است . در اين شكل شماره هادي 1 الي 4 به ترتيب نشانگر هاديهاي رشته اي كمپكت شده تمام آلومينيومي ، لايه نيمه هادي پلي اتيلني ( يا XLPE ) ترموپلاستيك اكسترود شده ، لايه LDPE و HDPE مشكي مي باشد . لازم به ذكر است دو لايه خارجي را به ترتيب از سمت هادي از XLPE , XLPE مشكي نيز توليد مي كنند و در اين صورت حداكثر دماي كار پيوسته هادي به جاي 75 مي تواند تا 90 درجه سانتيگراد افزايش يابد .
جدول (1) اطلاعات و مشخصات فني هادي هاي شبكه فاصله دار توليدي يكي از شركتهاي خارجي را نشان مي دهد .
7-2- فاصله نگهدارها
فاصله نگهدارها بايد بر روي سيم فولادي نگهدارنده و در موقعيت مناسب محكم شوند و در طي مراحل نصب و پس از آن از موقعيت خود حركت نكنند . در هر صورت نبايد به فاصله نگهدارها هيچگونه نيروي طولي وارد شود . ساختارهاي متفاوتي از فاصله نگهدارها كه توسط شركتهاي مختلف توليد شده اند در شكل (6) مشاهده ميشود . فاصله نگهدارها عموماً از جنس HDPE بوده و بايد در مقابل اشعه UV خورشيد مقاوم باشند . جهت تطابق بيشتر با محيط اطراف رنگ آنها خاكستري انتخاب مي شود با ايجاد چترك هايي سعي مي شود تا فاصله خزش تا حد امكان افزايش يابد . ابعاد فاصله نگهدارها به گونه‌اي انتخاب مي شود كه هاديها بر روي رئوس يك مثلث متساوي الاضلاع قرار بگيرند . فاصله بين دو فاز كناري در حدود 38 سانتيمتر مي باشد كه بسيار كمتر از فاصله رايج 220 سانتيمتري بين فازهاي كناري در شبكه هاي با هاديهاي لخت مي باشد كه اين موضوع تأثير قابل توجهي در كاهش باند آزادسازي حريم خواهد داشت .
فاصله نگهدارهاي داراي اهرم نگهدارنده بدليل استحكام مكانيكي بيشتر نسبت به بستهاي ضد UV داراي قابليت اطمينان بيشتري هستند اما قيمت آنها نيز حدود 5/3 برابر بيشتر مي باشد . فاصله نگهدارها در طرح هاي سه فاز عمودي و تكفاز نيز توليد شده و مورد استفاده قرار مي گيرند ( شكل 6-ج) امروزه امكان نصب و استفاده از خطوط 69 كيلوولت فاصله نگهدار با استفاده از فاصله نگهدارهاي ويژه مشابه شكل (6-ج ) فراهم آمده است كه عموماً به منظور كاهش باند آزادسازي حريم وافت ولتاژ خط ( بدليل افزايش خاصيت خازني و كاهش اثر سلفي ) مورد استفاده مي باشد . (5)
7-3- سيم نگهدارنده ( مسنجر)
اين هادي نقش نگهدارنده هادي هاي روكش دار در فواصل تعريف شده آنها را بعهده دارند . جنس اين سيم ها معمولاً فولاد با روكش آلومينيوم ( آلمو ولد ) و يا فولاد گالوانيزه مي باشد . اين هادي علاوه بر نقش نگهدارنده بايستي نقش سيم ارت و حفاظت در مقابل صاعقه را نيز بعهده بگيرند . سيم فولادي متناسب با ميزان تحمل استقامت كششي تعيين مي شود . در مناطقي كه رعد و برق زياد باشد ميتوان دو رشته از اين مفتول ها را آلومينيومي انتخاب نمود تا هدايت جريان صاعقه را براحتي انجام پذيرد .
در اين صورت ديگر رشته هاي فولادي از نوع (clad Alumni ) مي باشند . دليل استفاده از آلومينيوم ايجاد هدايت الكتريكي زياد در مقابل برخورد صاعقه و همچنين كاهش افت ولتاژ در شبكه هاي فشار ضعيف كابل فاصله دار مي باشد . لازم به ذكر است در شبكه هاي فشار ضعيف سيم نگهدارنده را از جنس آلومينيوم آلياژي انتخاب نموده و به عنوان نول مورد استفاده قرار مي دهند .
7-4- مقره ها
بر روي پايه هاي زاويه دار و به منظور عدم اعمال نيروهاي كششي به فاصله نگهدارها از مقره استفاده ميشود . مقره هاي مذكور از HDPE ساخته شده و داراي ضريب دي الكتريك مناسب با روكش XLPE يا HDPE كابلهاي فاصله دار مي باشند . شكل 7-الف نمونه اي از اين مقره هاي 20 كيلوولتي را نشان مي دهد .
مقره هاي مذكور علاوه بر سبك بودن در مقابل اشعه UV نيز مقاوم مي باشند . علاوه بر مقره هاي مذكور ، سيم هاي اصله نيز نبايد داراي قسمتهاي فلزي باشند . در واقع نمي توان از سيم هاي اصله شبكه هاي هوائي لخت در شبكه هاي كابل فاصله دار ( يا هادي هاي روكش دار ) استفاده نمود . در اين حالت قسمت فلزي سيم اصله و هادي كابل فاصله دار مانند دو صفحه يك خازن عمل نموده و بر روي سيم اصله از طرف شبكه تحت ولتاژ ، بار الكتريكي القا مي شود . تشكيل خازن مذكور موجب ايجاد ميدان الكتريكي و به تبع آن تخليه هاي الكتريكي و كرونا شده و نهايتاً موجب خرابي و كاهش عمر كابل فاصله دار ( هادي روكش دار ) مي گردد . شكل 7-ب نمونه اي از سيم اصله ترموپلاستيك مناسب را نشان مي دهد .
8- روشهاي اجرا
اجراي شبكه هاي كابل فاصله دار روش خاص خود را براي سيم كشي دارد . در واقع سيم كشي اين شبكه ها دو مرحله اي مي باشد . ابتدا سيم نگهدارنده نصب مي شود . ميزان كشش و فلش آن متناسب با محاسبات انجام شده براساس شرايط بارگذاري منطقه ، طول اسپن ، وزن هاديها ، سيم نگهدارنده و فاصله نگهدارها و همچنين دماي روز سيم كشي انتخاب مي گردد . اين ميزان كشش اوليه سيم نگهدارنده بايستي به نحوي انتخاب گردد كه پس از آويختن هادي ها و فاصله نگهدارهاي عايقي بر روي آن و اضافه شدن وزن ، كشش سيم نگهدارنده از مقدار مجاز تجاوز نكند . محاسبات مذكور با استفاده از معادله تغيير وضعيت انجام مي شود .
در طراحي مكانيكي سيستم هاي كابل فاصله دار ، در شرايط اوليه وزن واحد طول سيم نگهدارنده به تنهايي در نظر گرفته مي شود و وزن حالت نهايي شامل تركيب سيم نگهدارنده ، هادي هاي روكش دار ضخيم و يك دهم وزن فاصله نگهدارهاي عايقي ( بدليل نصب فاصله نگهدارها در فواصل ده متري ) خواهد بود .
ميزان كشش سيم نگهدارنده فولادي با توجه به قدرت پايه كششي و در نظر گرفتن ضرائب اطمينان لازم تعيين مي شود . بديهي است امكان استفاده از سيم مهار يا بيش از يك پايه جهت افزايش بارگذاري سيم نگهدارنده وجود دارد . در واقع مي توان اسپن هاي بلند را با انتخاب مناسب سيم نگهدارنده فولادي و طرح پايه ها براحتي اجرا نمود .
به منظور حل معادله درجه سه تغيير وضعيت و نيز استخراج بار منتجه در انواع شرايط آب و هوايي نرم افزار ويژه هاي تهيه گردد تا جدول كشش و فلش انواع كابلهاي فاصله نگهدار در تمامي شرايط بارگذاري استاندارد ( شرايط شش گانه ) پذير گردد.
امكان استخراج دو مرحله اي كشش در سيم نگهدارنده بدون بار كابل در مرحله اول و سپس امكان اضافه كردن شبكه كابل بر روي آن و استخراج نتايج مرحله دوم براي كشش و فلش .
امكان محاسبه و استخراج سطح مقطع معادل براي محاسبه فشار باد تبر روي انواع كابل فاصله دار .
امكان تعريف و يا تعويض فقط سيم نگهدارنده با حفظ ديگر شرايط خط كابل فاصله دار.
شكل زير يكي از منوهاي نمايش نرم افزار تهيه شده را نشان مي دهد .
شكل (9) قسمتي از نتايج حاصل از نرم افزار مذكور را نشان مي دهد . در اين شكل محور عمودي مقدار فلش بر حسب متر و محور افقي طول اسپن بر حسب متر را نشان مي دهد . سطح مقطع هاديهاي كابل فاصله دار 70 ميليمتر مربع و سيم نگهدارنده مغزي سيم Curlew انتخاب شده است . پارامتر منحني ها دماي روز سيم كشي مي باشد كه از ده تا چهل درجه سانتيگراد ( از پايين به بالاي دسته منحني ها ) در نظر گرفته شده است . در دو دسته منحني نشان داده شده دسته منحني پائين نشانگر شرايط نصب بدون وزن كابلها و فاصله نگهدارها بوده و دسته منحني بالا در نظر گرفتن موارد مذكور مي باشد . با استفاده از منحني هاي مذكور مي توان تعيين نمود كه در يك اسپن و دماي روز سيم كشي مشخص ، مقدار فلش سيم نگهدارنده در روز سيم كشي و بدون بارگذاري هاديها و فاصله نگهدارها چقدر بايد باشد . همچنين با استفده از دسته منحني هاي بالاتر مي توان مقدار فلش را پس از نصب هاديها و فاصله نگهدارها كنترل نمود . در اين شكل حداكثر بارگذاري سيم نگهدارنده فولادي در بدترين رژيم باگذاري مساوي 40% UTS در نظر گرفته شده است . نرم افزار فوق الذكر قادر است مشخصه هاي مشابهي را براي انواع سايزهاي كابل و سيم نگهدارنده فولادي تعيين نمايد .
9- مشخصات اولين شبكه كابل فاصله دار ايران
هدف از اجراي اين پروژه كابل فاصله دار 20 كيلوولت ايران ، تدوين و بومي سازي دانش فني طراحي شبكه هاي مذكور از طرق طراحي و نصب آن مي باشد . طراحي مذكور متناسب با شرايط و مقتضيات منطقه بوده و شامل روشهاي نصب ، اجراء و بهره برداري اين خطوط نيز خواهد بود .
پروژه مذكور طي يك همكاري پژوهشي بين شركت توزيع نيروي برق آذربايجان شرقي و دانشكده مهندسي برق دانشگاه تبريز در خردادماه سال 1388 آغاز گرديده است . در اين پروژه پايلوت يك خط هوايي فاصله دار چهار مداره باسطح مقطع هادي آلومينيومي 150 ميليمتر مربع با روكش صخيم به طول 650 متر در شهرك سرمايه گذاري خارجي واقع در جاده تبريز- صوفيان طراحي ، تأمين تجهيات و اجرا مي گردد سپس خط مذكور بصورت دو مداره به طول يك كيلومتر امتداد خواهد يافت. اين خط قادر است ضمن انتقال بيش از 36 مگاوات توان بيش از 2000 ميليون ريال در هزينه هاي احداث نسبت به خطوط كابل زيرزميني صرفه جويي نمايد . اين پروژه پايلوت به صورت انتقال دانش فني از خارج از كشور و همچنين طراحي و ساخت داخلي قطعات برنامه ريزي گرديده است .
جهت انتقال دانش فني بازديدهاي لازم توسط مشاور طرح از چند كشور خارجي انجام شده و طي جلسات مختلف اطلاعات لازم جهت طراحي اخذ گرديده و منابع معتبر تأمين كننده فاصله نگهدارهاي عايقي شناسائي شده است . هم اكنون قالبهاي لازم جهت توليد داخلي فاصله نگهدارهاي مذكور در دست تهيه مي باشد . در هنگام نگارش مقاله پايه گذاري پروژه مذكور به اتمام رسيده و تمامي سفارشهاي خريد داخلي و خارجي در حال تحويل مي باشد .
به نظر ميرسد مراحل نصب تا خرداد 1389 تكميل گردد .
10- طراحي مكانيكي و تحليل بارگذاري سازه ها
طراحي و تحليل شرايط بارگذاري كنسول هاي پاه هاي عبوري و كششي با استفاده از نرم افزار ABAQUS انجام شده و نهايتاً قالب هاي لازم تهيه گرديده و تجهيزات مورد نياز توليد شده است . لازم به ذكر است بدليل محدوديتهاي موجود امكان خريد تجهيزات و ابزارآلات لازم از خارج از كشور ممكن نگرديده اما خوشبختانه هم اكنون قطعات فلزي در داخل كشور طراحي و توليد شده و همچنين با ابداع روشهاي خاص در نصب شبكه مذكور نيازي به ابزارآلات پيچيده نصب مرتفع گرديده است . شكلهاي (10) نقشه هاي طراحي كنسول ها و تحليل هاي بارگذاري سازه ها را نشان مي دهند.
11- تحليل اقتصادي
جهت بررسي اقتصادي شبكه كابل فاصله دار محاسبات هزينه سرمايه گذاري اوليه براي يك خط هوائي 20 كيلوولت با هادي آلومينيوم فولاد ( 120*3 ) ميليمتر مربع و آرايش سرتير افقي با استفاده از مقره هاي سوزني در پايه هاي تو خطي كه يكي از خطوط رايج در شبكه هاي توزيع كشور مي باشد انجام گرفته است . خط مذكور يك بار بصورت هادي لخت و در مراحل ديگر بصورت هادي روكش دار با روكش XLPE ، كابل خودنگهدار و شبكه كابل فاصله دار در نظر گرفته شده است. متوسط اسپن 60 متر در نظر گرفته شده و از قيمتهاي سال 1388 استفاده شد .
شكل (12) نتايج حاصل را نشان مي دهد . همانطوريكه ملاحظه مي شود هزينه سرمايه گذاري اوليه شبكه هاي كابل فاصله دار بطور قابل ملاحظه اي كمتر از شبكه كابل خودنگهدار 20 كيلوولت است . بديهي است جهت بررسي كامل اقتصادي در حالت كلي بايد چهار پارامتر زير مد نظر قرار گيرد اما در اين مقاله صرفاً نتايج مقايسه هزينه سرمايه گذاري اوليه احداث خط ارائه گرديده است .
الف : هزينه سرمايه گذاري اوليه احداي خط
ب : هزينه حال آزاد سازي حريم
ج : هزينه حال خسارت خاموشي ساليانه
د : هزينه حال بهره برداري و تعميرات
_______________
