امروزه با رشد قابل توجه مصرف در شبكه های برق، افزایش ظرفیت خطوط هوایی در بخش های انتقال و فوق توزیع، الزامی است. در این مقاله هادی های كامپوزیتی تقویت شده با ظرفیت بالا (ACCR ) به عنوان یكی از بهترین راهكارهای افزایش ظرفیت خطوط انتقال به ویژه در مناطق شهری، معرفی می شوند. این نوع هادی ها قادر هستند ظرفیت خطوط انتقال با ساختار اولیه دكل ها را تا سه برابر افزایش دهند. از طرفی، اجرای پروژه تعویض هادی ها با این روش نسبت به احداث خطوط موازی، تا پنج برابر صرفه جویی زمانی دارد. مزیت های زیاد فنی و اقتصادی این هادی ها نسبت هادی های مرسوم در صنعت برق، استفاده از آن ها را در خطوط ظرفیت بالا، كاملاً توجیه می كند.
واژه های كلیدی:
خطوط انتقال، هادی های ظرفیت بالا، آلومنیوم تقویت شده، افزایش ظرفیت.
مقدمه
ظرفیت جریانی محدود در خطوط انتقال نیرو، توسعه شبكه های برق را دچار مشكلات عدیده ای نموده است. رشد تقاضای انرژی الكتریكی در كشورهای در حال توسعه مانند ایران موجب شده تا در زمان های اوج مصرف، خطوط انتقال و فوق توزیع شبكه، در آستانه محدوده های مجاز انتقال توان قرار گیرند. این وضیعت نه تنها مجموعه سیستم قدرت را به سمت اوضاع ناپایدار سوق می دهد، نگرانی های زیادی را در توسعه آتی شبكه برق برای برنامه ریزان سیستم به همراه دارد.
احداث خطوط موازی، یكی از راه حل های مرسوم برای حل این مشكل است. با این راهكار، در صورت احداث خط انتقال مشابه، ظرفیت مجموعه به دو برابر افزایش می یابد. مشكل اصلی اجرای این طرح ها، تحمیل هزینه های گزاف به شركت های برق، به ویژه در مناطق شهری است.
تعویض هادی های خط با هادی های ظرفیت بالا، یكی از بهترین راهكارهای افزایش ظرفیت خطوط انتقال است كه از نظر فنی و اقتصادی، در اغلب موارد، قابل توجیه است. در این روش، با استفاده از سازه ها و دكل های موجود، هادی ها معمول خط (ACSR ) با هادی های ظرفیت بالا(ACCR)، جایگزین می شوند. این نوع هادی ها قادر به افزایش ظرفیت خط تا سه برابر هادی های معمولی می باشند. طرح این هادی ها اولین تغییر عمده در خطوط انتقال هوایی نسبت به هادی های ACSR است كه در ابتدای قرن بیستم معرفی شده بودند. همچنین، این هادی جدید قادر به حل معضلات مربوط به گریز از محدوده های حرارتی در خطوط انتقال واقع شده در مناطق گرمسیر است.
در این مقاله ابتدا ساختمان این هادی ها به همراه مشخصات فنی آن ها، معرفی می گردند. سپس ویژگی های مكانیكی و الكتریكی هادی عنوان می شود تا ارجعیت این نوع هادی ها نسبت به هادی های كنونی، قابل توجیه باشد. مزیت های عمده هادی های ظرفیت بالا نسبت به هادی های مرسوم در خطوط انتقال، در قسمت بعد بیان می شوند وبا ارائه یك پروژه نمونه، توجیه پذیری اقتصادی این گونه طرح ها، بررسی می شود.
ساختار فنی هادی های ظرفیت بالا
هادی های ظرفیت بالا(ACCR) تشكیل شده اند از سیم های آلومینیومی تقویت شده كه توسط سیم های آلیاژی زیركونیوم- آلومینیوم، احاطه شده اند.
قطر هر یك از سیم های آلومینیومی تقویت شده مركزی، بسته به اندازه هادی، بین 9/1 تا 9/2 میلیمتر است. این سیم ها با وزن بسیار كمتر و رسانایی به مراتب بیشتر، استحكام مكانیكی در حد سیم های فولادی دارند. این نكته باعث می شود تا این هادی ها در وزن برابر نسبت به هادی های ACSR از سطح مقطع بزرگ تری برخوردار باشند. این استحكام به واسطه هزاران فیبر باریك اكسید آلومینیومی است كه در ساختمان سیم های آلومینیومی تقویت شده مركزی، بكار رفته است. چنین تركیبی باعث می شود تا استحكام مكانیكی سیم های تقویت شده هشت برابر سم های آلومینیومی معمولی باشد. همچنین، وزن این تركیب كمتر از نصف وزن فولاد معادل است، رسانایی آن بیشتر است و ضریب انبساط طولی آن كمتر از نصف ضریب انبساط طولی فولاد می باشد.
رسانایی سیم های بیرونی این نوع هادی كه از آلیاژ زیركونیم- آلومینیوم تشكیل شده اند، تنها 5/1% از آلومینیوم خالص كمتر است اما در عوض مقاومت حرارتی بالایی دارند. یكی از ویژگی های آلیاژ زیركونیم- آلومینیوم عملكرد آن ها در دمای بالا است بطوریكه این تركیب می تواند بطور دائم در دمای 210 درجه سانتی گراد عمل كند. این در حالی است كه دمای مجاز هادی های آلومینیومی در حدود 100 درجه سانتی گراد است.
ویژگی های الكتریكی و مكانیكی هادیACCR
از مهم ترین ویژگی های هادی های ACCR امپاسیتی (حداكثر جریانی كه هادی را از محدوده حرارتی مجاز خارج نمی كند) بسیار بالا نسبت به هادی های موجود، می باشد. مقایسه تحمل حرارتی بین دو هادی ACSR و ACCR نشان می دهد حداكثر دمای مجاز آن ها به ترتیب در حدود 100 و 200 درجه سانتی گراد است. این نكته عامل اصلی افزایش هادی های ظرفیت بالا نسبت به هادی های معمولی است.
یكی از عوامل عمده در تعیین محدوده مجاز حرارتی سیم، حد مجاز شكم خط است كه به ضریب انبساط طولی هادی مربوط می شود. ضریب انبساط طولی هادی معرفی شده كمتر از نصف هادی های معمولی است. از طرفی، اگر هر دو نوع هادی با نیروی یكسانی كشیده شوند، شكم خط در هادی ACCR این اجازه را می دهد تا دما تا 200 درجه سانتی گراد و حتی بالاتر نیز برسد و حد مجاز شكم خط رعایت شده باشد. این ویژگی در خطوط جدیدالتاسیس باعث كاهش ارتفاع دكل و به دنبال آن كاهش هزینه های سازه ای خط می گردد.
مزایای بهره برداری از هادی های ظرفیت بالا
هادی ظرفیت بالای معرفی شده، بخاطر طراحی مناسب كه دارد، دارای خواص مكانیكی و الكتریكی فوق العاده ای نسبت به هادی های معمولی است كه اهم مزایای آن را می توان به صورت زیر عنوان نمود:
هادی ACCR با توجه به وزن كمتر، ظرفیت خط انتقال را بین 5/1 تا 3 برابر افزایش می دهد.
طرح جایگزینی این نوع هادی ها با هادی های معمولی در خطوطی كه نیاز مبرم به افزایش ظرفیت دارند، بسیار اقتصادی است و اثرات محیطی كمتری را بجا می گذارد.
با افزایش ظرفیت خطوط انتقال مجهز به این نوع هادی پراكندگی خطوط انتقال كاهش می یابد. كاهش قابل توجه وزن هادی های ACCR نسبت به هادی ها ی مرسوم، به تعدیل نیروهای وارد بر بخش های مختلف دكل، منجر می شود. این موضوع باعث افزایش طول عمر خط انتقال می شود.ضریب انبساط حرارتی كمتر این هادی ها به كاهش ارتفاع دكل می انجامد كه پیامد آن كاهش هزینه هاست.تغییر شكل تدریجی این هادی ها در مقابل عواملی چون طوفان های پیاپی، كمتر است.استحكام كششی و سختی مكانیكی هادی معرفی شده بیشتر از هادی های مرسوم ACSRاست.
افزایش دمای هادی ACCR در خطاهای اتصال كوتاه كمتر از هادی های متدوال ACSR می باشد. این موضوع در طول عمر هادی نقش موثرتری دارد.
قطعاً زمان احداث یك خط موازی جدید بسیار بیشتر از زمان جایگزینی هادی های خط با هادی معرفی شده است. زمان احداث خط جدید در حدود پنج برابر زمان تعویض هادی های خط است.
با حذف تغییر ساختار دكل ها و یا احداث مجدد خطوط، می توان به راحتی مشكلات حقوقی، مطالعه جامع محیطی، گزارش های عمومی و عملیات سنگین ساخت و ساز را پشت سر نهاد.
اجرای این پروژه با هادی های ACCR ،تقریباً60% نسبت به احداث خط جدید صرفه اقتصادی داشته است. این در حالی است كه هزینه خرید زمین در این پروژه برای احداث خط جدید تنها 10% از مبلغ كل پروژه را بخود اختصاص داده است. لیكن در مناطق شهری این هزینه به مراتب بیشتر از این رقم خواهد بود.
نتیجه گیری:
افزایش ظرفیت خطوط انتقال و فوق توزیع با مشكلات عمده ای چون محدودیت های مكانیكی دكل ها و هزینه های گزاف در احداث خطوط موازی، مواجه است. بهره برداری از هادی های نوین ظرفیت بالای ACCR با توجیه اقتصادی قاطعی، به ویژه در مناطق شهری، راهكاری برای حل این مشكل است. این هادی ها از خصوصیات فنی فوق العاده ی چون رسانایی بهتر، استحكام مكانیكی بیشتر، انبشاط طولی كمتر، سبك تر و آسیب پذیری كمتر نسبت به هادی های متداول ACSR ، برخوردارند. به واسطه این ویژگی ها، استفاده از این هادی ها در خطوط جدید التاسیس نیز توصیه می شود.
هم اكنون استفاده از این هادی ها در محدوده برق منطقه ای تهران برای خطوط پربار منشعب از نروگاه منتظر قائم (منتظر قائم- كمال آباد) و منشعب از نیروگاه پرند (پرند- اسلامشهر و پرند- فرودگاه- اسلامشهر) كه با هادی های قدیمی با ظرفیت پائین احداث شده و هم اكنون برای احداث مسیر موازی دارای مشكلات عدیده حقوقی است، قابل بررسی می باشد. افزایش ظرفیت این خطوط به دلیل عبور آن ها از مناطق شهری با روش های مرسوم، بسیار پر هزینه است.
گفتنی است كه شركت سازنده این هادی ها بخاطر عدم مراودات تجاری با ایران، از ارائه هر گونه اطلاعات، همكاری و یا ارائه كالا در این زمینه، خودداری نموده است. لذا، ضرورت تحقیق و ساخت این هادی ها در كشور، آشكار است.
منبع: نشریه نفت و انرژی
واژه های كلیدی:
خطوط انتقال، هادی های ظرفیت بالا، آلومنیوم تقویت شده، افزایش ظرفیت.
مقدمه
ظرفیت جریانی محدود در خطوط انتقال نیرو، توسعه شبكه های برق را دچار مشكلات عدیده ای نموده است. رشد تقاضای انرژی الكتریكی در كشورهای در حال توسعه مانند ایران موجب شده تا در زمان های اوج مصرف، خطوط انتقال و فوق توزیع شبكه، در آستانه محدوده های مجاز انتقال توان قرار گیرند. این وضیعت نه تنها مجموعه سیستم قدرت را به سمت اوضاع ناپایدار سوق می دهد، نگرانی های زیادی را در توسعه آتی شبكه برق برای برنامه ریزان سیستم به همراه دارد.
احداث خطوط موازی، یكی از راه حل های مرسوم برای حل این مشكل است. با این راهكار، در صورت احداث خط انتقال مشابه، ظرفیت مجموعه به دو برابر افزایش می یابد. مشكل اصلی اجرای این طرح ها، تحمیل هزینه های گزاف به شركت های برق، به ویژه در مناطق شهری است.
تعویض هادی های خط با هادی های ظرفیت بالا، یكی از بهترین راهكارهای افزایش ظرفیت خطوط انتقال است كه از نظر فنی و اقتصادی، در اغلب موارد، قابل توجیه است. در این روش، با استفاده از سازه ها و دكل های موجود، هادی ها معمول خط (ACSR ) با هادی های ظرفیت بالا(ACCR)، جایگزین می شوند. این نوع هادی ها قادر به افزایش ظرفیت خط تا سه برابر هادی های معمولی می باشند. طرح این هادی ها اولین تغییر عمده در خطوط انتقال هوایی نسبت به هادی های ACSR است كه در ابتدای قرن بیستم معرفی شده بودند. همچنین، این هادی جدید قادر به حل معضلات مربوط به گریز از محدوده های حرارتی در خطوط انتقال واقع شده در مناطق گرمسیر است.
در این مقاله ابتدا ساختمان این هادی ها به همراه مشخصات فنی آن ها، معرفی می گردند. سپس ویژگی های مكانیكی و الكتریكی هادی عنوان می شود تا ارجعیت این نوع هادی ها نسبت به هادی های كنونی، قابل توجیه باشد. مزیت های عمده هادی های ظرفیت بالا نسبت به هادی های مرسوم در خطوط انتقال، در قسمت بعد بیان می شوند وبا ارائه یك پروژه نمونه، توجیه پذیری اقتصادی این گونه طرح ها، بررسی می شود.
ساختار فنی هادی های ظرفیت بالا
هادی های ظرفیت بالا(ACCR) تشكیل شده اند از سیم های آلومینیومی تقویت شده كه توسط سیم های آلیاژی زیركونیوم- آلومینیوم، احاطه شده اند.
قطر هر یك از سیم های آلومینیومی تقویت شده مركزی، بسته به اندازه هادی، بین 9/1 تا 9/2 میلیمتر است. این سیم ها با وزن بسیار كمتر و رسانایی به مراتب بیشتر، استحكام مكانیكی در حد سیم های فولادی دارند. این نكته باعث می شود تا این هادی ها در وزن برابر نسبت به هادی های ACSR از سطح مقطع بزرگ تری برخوردار باشند. این استحكام به واسطه هزاران فیبر باریك اكسید آلومینیومی است كه در ساختمان سیم های آلومینیومی تقویت شده مركزی، بكار رفته است. چنین تركیبی باعث می شود تا استحكام مكانیكی سیم های تقویت شده هشت برابر سم های آلومینیومی معمولی باشد. همچنین، وزن این تركیب كمتر از نصف وزن فولاد معادل است، رسانایی آن بیشتر است و ضریب انبساط طولی آن كمتر از نصف ضریب انبساط طولی فولاد می باشد.
رسانایی سیم های بیرونی این نوع هادی كه از آلیاژ زیركونیم- آلومینیوم تشكیل شده اند، تنها 5/1% از آلومینیوم خالص كمتر است اما در عوض مقاومت حرارتی بالایی دارند. یكی از ویژگی های آلیاژ زیركونیم- آلومینیوم عملكرد آن ها در دمای بالا است بطوریكه این تركیب می تواند بطور دائم در دمای 210 درجه سانتی گراد عمل كند. این در حالی است كه دمای مجاز هادی های آلومینیومی در حدود 100 درجه سانتی گراد است.
ویژگی های الكتریكی و مكانیكی هادیACCR
از مهم ترین ویژگی های هادی های ACCR امپاسیتی (حداكثر جریانی كه هادی را از محدوده حرارتی مجاز خارج نمی كند) بسیار بالا نسبت به هادی های موجود، می باشد. مقایسه تحمل حرارتی بین دو هادی ACSR و ACCR نشان می دهد حداكثر دمای مجاز آن ها به ترتیب در حدود 100 و 200 درجه سانتی گراد است. این نكته عامل اصلی افزایش هادی های ظرفیت بالا نسبت به هادی های معمولی است.
یكی از عوامل عمده در تعیین محدوده مجاز حرارتی سیم، حد مجاز شكم خط است كه به ضریب انبساط طولی هادی مربوط می شود. ضریب انبساط طولی هادی معرفی شده كمتر از نصف هادی های معمولی است. از طرفی، اگر هر دو نوع هادی با نیروی یكسانی كشیده شوند، شكم خط در هادی ACCR این اجازه را می دهد تا دما تا 200 درجه سانتی گراد و حتی بالاتر نیز برسد و حد مجاز شكم خط رعایت شده باشد. این ویژگی در خطوط جدیدالتاسیس باعث كاهش ارتفاع دكل و به دنبال آن كاهش هزینه های سازه ای خط می گردد.
مزایای بهره برداری از هادی های ظرفیت بالا
هادی ظرفیت بالای معرفی شده، بخاطر طراحی مناسب كه دارد، دارای خواص مكانیكی و الكتریكی فوق العاده ای نسبت به هادی های معمولی است كه اهم مزایای آن را می توان به صورت زیر عنوان نمود:
هادی ACCR با توجه به وزن كمتر، ظرفیت خط انتقال را بین 5/1 تا 3 برابر افزایش می دهد.
طرح جایگزینی این نوع هادی ها با هادی های معمولی در خطوطی كه نیاز مبرم به افزایش ظرفیت دارند، بسیار اقتصادی است و اثرات محیطی كمتری را بجا می گذارد.
با افزایش ظرفیت خطوط انتقال مجهز به این نوع هادی پراكندگی خطوط انتقال كاهش می یابد. كاهش قابل توجه وزن هادی های ACCR نسبت به هادی ها ی مرسوم، به تعدیل نیروهای وارد بر بخش های مختلف دكل، منجر می شود. این موضوع باعث افزایش طول عمر خط انتقال می شود.ضریب انبساط حرارتی كمتر این هادی ها به كاهش ارتفاع دكل می انجامد كه پیامد آن كاهش هزینه هاست.تغییر شكل تدریجی این هادی ها در مقابل عواملی چون طوفان های پیاپی، كمتر است.استحكام كششی و سختی مكانیكی هادی معرفی شده بیشتر از هادی های مرسوم ACSRاست.
افزایش دمای هادی ACCR در خطاهای اتصال كوتاه كمتر از هادی های متدوال ACSR می باشد. این موضوع در طول عمر هادی نقش موثرتری دارد.
قطعاً زمان احداث یك خط موازی جدید بسیار بیشتر از زمان جایگزینی هادی های خط با هادی معرفی شده است. زمان احداث خط جدید در حدود پنج برابر زمان تعویض هادی های خط است.
با حذف تغییر ساختار دكل ها و یا احداث مجدد خطوط، می توان به راحتی مشكلات حقوقی، مطالعه جامع محیطی، گزارش های عمومی و عملیات سنگین ساخت و ساز را پشت سر نهاد.
اجرای این پروژه با هادی های ACCR ،تقریباً60% نسبت به احداث خط جدید صرفه اقتصادی داشته است. این در حالی است كه هزینه خرید زمین در این پروژه برای احداث خط جدید تنها 10% از مبلغ كل پروژه را بخود اختصاص داده است. لیكن در مناطق شهری این هزینه به مراتب بیشتر از این رقم خواهد بود.
نتیجه گیری:
افزایش ظرفیت خطوط انتقال و فوق توزیع با مشكلات عمده ای چون محدودیت های مكانیكی دكل ها و هزینه های گزاف در احداث خطوط موازی، مواجه است. بهره برداری از هادی های نوین ظرفیت بالای ACCR با توجیه اقتصادی قاطعی، به ویژه در مناطق شهری، راهكاری برای حل این مشكل است. این هادی ها از خصوصیات فنی فوق العاده ی چون رسانایی بهتر، استحكام مكانیكی بیشتر، انبشاط طولی كمتر، سبك تر و آسیب پذیری كمتر نسبت به هادی های متداول ACSR ، برخوردارند. به واسطه این ویژگی ها، استفاده از این هادی ها در خطوط جدید التاسیس نیز توصیه می شود.
هم اكنون استفاده از این هادی ها در محدوده برق منطقه ای تهران برای خطوط پربار منشعب از نروگاه منتظر قائم (منتظر قائم- كمال آباد) و منشعب از نیروگاه پرند (پرند- اسلامشهر و پرند- فرودگاه- اسلامشهر) كه با هادی های قدیمی با ظرفیت پائین احداث شده و هم اكنون برای احداث مسیر موازی دارای مشكلات عدیده حقوقی است، قابل بررسی می باشد. افزایش ظرفیت این خطوط به دلیل عبور آن ها از مناطق شهری با روش های مرسوم، بسیار پر هزینه است.
گفتنی است كه شركت سازنده این هادی ها بخاطر عدم مراودات تجاری با ایران، از ارائه هر گونه اطلاعات، همكاری و یا ارائه كالا در این زمینه، خودداری نموده است. لذا، ضرورت تحقیق و ساخت این هادی ها در كشور، آشكار است.
منبع: نشریه نفت و انرژی
