جهت ممانعت از بروز جرقه در فاصله هوائی K ضریب افزایش فاصله هوائی بین فاز با فاز می باشد که معمولاً کمتر یا مساوی دو در نظر گرفته می شود و نیز ماکزیمم دامنه جهش هادیها در اثر گالوپینگ است.
البته در عمل احتمال همزمانی بیشترین دامنه نوسانات گالوپینگ با بالاترین اضافه ولتاژ صاعقه یا کلیدزنی کم است به همین دلیل در محاسبه فاصله هوائی از ارقام ماکزیمم d و استفاده نمی شود، بلکه احتمال بروز اتصال کوتاه را در چنین شرایطی می پذیرند و اصولاً اقتصادی هم نمی باشد که فواصل فازها بر مبنای حوادث نادر طراحی گردد.
شایان ذکر است در برخی مواردممکن است طول فلش و در نتیجه دامنه ماکزیمم جهش هادیها نیز زیاد باشد. در این حالت در صورت انتخاب آرایش عمودی هادیها،فواصل عمودی فازها در مقایسه با حداقل موردنیاز در سر برج بسیار بیشتر خواهد شد. لذا در اینگونه موارد بکارگیری آرایش عمودی فازها موجه نمی باشد. اما اگر طول اسپن و در نتیجه فلش زیاد باشد انتخاب آرایش مثلثی یا افقی فازها توجیه بیشتری دارند. در مواردی که محدودیت کانال عبور وجود داشته باشد اگر امکان تقلیل اسپن و در نتیجه فلش میسر نباشد، فواصل فازها در وسط پایه‌ها باید به کمک فاصله نگهدارهای فازی کنترل شوند.

فصل ششم

تبیین دانش فنی طراحی خطوط انتقال مدرن

6-1- مقدمه
در خطوط کلاسیک برای هر آرایش برج خاص امپدانس موجی و بالتبع آن توان طبیعی مقدار ثابت را دارا میباشد و با تغییر توان عبوری از خط از مقدار صفر (بیباری) تا بار کامل، نسبت متغیر میباشد. اما در خطوط مدرن خاصیت خازنی خط با استفاده از تعبیه راکتورهای شنت قابل تنظیم به همراه خازنهای موازی با آنها به نحوی کنترل میشوند که نسبت تقریباً ثابت بماند. ضمن آنکه در این نوع خطوط با تغییر آرایش باندل و وضعیت قرار گرفتن هادیهای فاز، افزایش مییابد.
6-2- رابطه توان طبیعی خط با ابعاد و اندازه دسته هادیها (باندل)
در این قسمت روابط ریاضی مربوط به توان طبیعی خط بر حسب ابعاد هندسی خط و آرایش باندل آن ارائه خواهد شد.
ظرفیت خازنی هر یک از فازهای خط انتقال را میتوان با توجه به نسبت بار در هر یک از هادیهای فاز به ولتاژ فاز به زمین آن فاز به صورت زیر تعریف کرد:
(6-1)
که در آن ولتاژ فاز به زمین میباشد و ظرفیت خازنی متوسط سه فاز میباشد. ظرفیت خازنی هر فاز خط متشکل از ظرفیت خازن بین فازها و ظرفیت خازن با زمین میباشد که برای آرایش خط نشان داده شده در شکل (6-1) برابر است با: [23, 25]:

شکل (6-1): شمای استقرار هادیهای خط انتقال تک مداره با باندلهای مربوطه (در شکل 8 تایی)

(6-2)

که ارتفاع مرکز باندل هر فاز از سطح زمین، ، و فاصله مراکز باندل سه فاز از همدیگر و شعاع معادل باندل میباشد که برابر است با :
(6-3)
که تعداد زیرهادیها، شعاع هر زیرهادی و شعاع دایره باندل میباشد. در صورت نصب افقی خط که : و و با فرض آرایش مشابه باندلها در هر فاز ، خواهیم داشت :
(6-4)
ظرفیت خازنی فاز وسط در شکل (6-1) برابر است با :
(6-5)
و ظرفیت خازنی فازهای کناری برابر است با :
(6-6)
در صورتی که باشد، آنگاه رابطه ظرفیت خازنی فاز وسط به صورت زیر ساده میشود:
(6-7)
در صورتیکه باندلهای سه فاز مطابق شکل (6-1) در رئوس یک مثلث قرار گیرند به نحوی که : و و (آرایش مشابه باندلها در فازهای 1 و 3) باشد، آنگاه رابطه (6-2) برابر خواهد شد با :
(6-8)
اگر باندلهای سه فاز روی رئوس یک مثلث متساوی الاضلاع قرار گرفته باشند. () و آنگاه خواهیم داشت :
(6-9)
تأثیر زمین ناچیز بوده و در روابط فوق درنظرگرفته نشده است.
همچنین اندوکتانس متوسط سه فاز خط را میتوان از رابطه (6-10) محاسبه نمود :
(6-10)
که ثابت نفوذپذیری مغناطیسی هوا و ثابت نفوذپذیری مغناطیسی هادی خط و تعداد زیرهادیها در باندل میباشد.
در صورت نصب افقی هادیهای فاز در ارتفاع مساوی () خواهیم داشت :
(6-11)
و در صورت نصب این هادیها روی رئوس یک مثلت خواهیم داشت :
(6-12)
و در صورتی که این مثلت از نوع متساوی الاضلاع باشد، خواهیم داشت :
(6-13)
با توجه به روابط فوق با افزایش تعداد زیرهادیها در باندل، اندوکتانس خط کاهش مییابد (بر خلاف خاصیت خازنی). امپدانس موجی خط در صورت نصب هادیهای فاز در رئوس یک مثلث برابر خواهد بود با :
(6-14)
که در صورتی که این مثلث متساوی الاضلاع باشد، خواهیم داشت :
(6-15)
سرعت انتشار موج در حالت ایده آل برابر است با :
(6-16)
تقریباً برابر سرعت نور در هوا میباشد .
در صورت نصب افقی هادیهای فاز (در ارتفاع یکسان)، امپدانس موجی خط برابر خواهد بود با :
(6-17)
تأثیر زمین روی امپدانس موجی رابطه (6-17) تابع نسبت میباشد. البته در صورت صرفنظر کردن از این عبارت، خطا از حدود 3-2 % تجاوز نخواهد کرد و در این صورت خواهیم داشت :
(6-18)
سرعت انتشار موج در طول خط و برای حالت نصب افقی هادیهای فاز برابر خواهد بود با :
(6-19)
(6-20)
با توجه به روابط (6-17) و (6-18)، امپدانس موجی خط با افزایش فاصله بین فازها، افزایش و با افزایش شعاع باندل کاهش مییابد. ضمن آنکه امپدانس موجی در حالت نصب افقی هادیهای سه فاز در ارتفاع یکسان بیش از حالت نصب در رئوس یک مثلث خواهد بود. سرعت انتشار موج در طول خط با توجه به رابطه (6-20) به میزان 2-3% کمتر از سرعت نور در هوا میباشد. به عنوان مثال برای یک خط با ولتاژ نامی kV 750 با آرایش باندل و به ازای و ، سرعت انتشار موج برابر خواهد بود با [23, 25].
همچنین قدرت طبیعی خط بر حسب ابعاد و آرایش هندسی خط با نصب مثلثی برابر خواهد بود با :
(6-21)
و در صورت نصب افقی هادیهای فاز خواهیم داشت :
(6-22)
با توجه به روابط (6-21) و (6-22) با کاهش فاصله بین فازها، افزایش تعداد زیرهادیها در باندل و افزایش شعاع باندل، توان طبیعی خط افزایش خواهد یافت.
6-3- مبانی طراحی خطوط مدرن [23, 25]
با توجه به رابطه (6-1)، بار واحد طول هادی خط بوده که با توجه به قانون گوس برابر است با :
(6-23)
که مقدار مؤثر شدت میدان الکتریکی قابل قبول در سطح هادیها و ضریب استفاده شدت میدان در سطح هادی میباشد. خط به نحوی طراحی میشود که :
(6-24)
که شدت میدان الکتریکی آستانه کرونا میباشد که از رابطه زیر بدست میآید :
(6-25)
که چگالی هوا و ضریب ناهمواری سطح هادی میباشد. ضریب استفاده شدت میدان در سطح هادی () برابر است با :
(6-26)
که مقدار مؤثر شدت میدان الکتریکی ماکزیمم در سطح زیر هادیهای باندل و ضریب غیریکنواختی شدت میدان الکتریکی در سطح زیر هادیهای باندل میباشد و برابر است با :
(6-27)
که شدت میدان الکتریکی متوسط در سطح زیرهادیهای باندل میباشد. میتوان نشان داد که ، در یک آرایش دایرهای باندل متقارن، برابر است با :
(6-28)
مقدار حداقل و ایدهآل یک میباشد که به مفهوم توزیع کاملاً یکنواخت شدت میدان در سطح خارجی زیرهادیهای باندل میباشد. با توجه به رابطه (6-28)، با افزایش تعداد زیرهادیها در باندل ضریب غیریکنواختی افزایش مییابد. اما بهرحال چنانچه با افزایش شعاع باندل نیز افزایش یابد (که به معنای آن است که فاصله زیرهادیها در باندل از همدیگر افزایش یابد)، تأثیر آنها بر یکدیگر کاهش مییابد (که این البته در تطابق با کاهش با توجه به رابطه (6-28) میباشد). البته غیر از زیرهادیهای موجود در باندل، عوامل دیگری از جمله زمین و باندلها در فازهای مجاور نیز را متأثر خواهند نمود که بعداً در مورد این دو عامل بحث خواهد شد.
با جایگذاری رابطه (6-23) در(6-1) خواهیم داشت :
(6-29)
در این رابطه سطح خارجی زیر هادیها در باندل در هر فاز در واحد طول میباشد.
با توجه به رابطه (6-29) ظرفیت خازنی خط متناسب با سطح خارجی زیر هادیها در باندل () و مقدار مؤثر شدت میدان الکتریکی قابل قبول در سطح هادیها () بوده و با ولتاژ فاز () نسبت عکس دارد. با توجه به روابط (6-20) و (6-29)، اندوکتانس متوسط خط برابر خواهد شد با :
(6-30)
که با توجه به آن با تعداد زیر هادیها در باندل نسبت عکس داشته و به ازای تعداد مشخص زیر هادیها متناسب با ولتاژ هر فاز میباشد. به عبارت دیگر در صورت استفاده از ردیف ولتاژ بالاتر بدون تغییر تعداد زیر هادیها در باندل، اندوکتانس خط افزایش مییابد.
ادمیتانس خازنی خط و راکتانس خط با توجه به روابط (6-29) و (6-30) به ترتیب برابر خواهند شد با:
(6-31)
(6-32)
و امپدانس موجی خط برابر است با :
(6-33)
با توجه به رابطه (6-33)، امپدانس موجی خط با سطح خارجی هادیها () و ضریب استفاده از شدت میدان الکتریکی در سطح خارجی () نسبت عکس داشته و متناسب با ولتاژ فاز میباشد. همچنین توان طبیعی با توجه به روابط فوق برابر خواهد شد با :
(6-34)

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه ارشد با موضوع مصرف کننده، مصرف کنندگان، آداب و رسوم

با توجه به رابطه (6-34)، توان طبیعی هر خط مقدار ثابتی را دارا بوده و متناسب با ولتاژ نامی، سطح خارجی هادیها و ضریب استفاده خواهد بود. به عبارت دیگر تنها در صورت تغییر ولتاژ یا تغییر سطح خارجی هادیها (شامل تعداد زیرهادیها در باندل و سطح مقطع آنها)، توان طبیعی خط تغییر خواهد کرد. در صورت عدم تغییر ولتاژ نامی و ضریب استفاده و ثابت بودن شعاع زیر هادیها، توان طبیعی با توجه به رابطه (6-34) تنها متناسب با تعداد زیر هادیها خواهد بود. در خطوط کلاسیک حداقل تعداد زیرهادیها با توجه به ملاحظات کرونا تعیین میشود. جدول (6) مشخصات الکتریکی خطوط کلاسیک در ردیفهای ولتاژ مختلف را نشان میدهد.

1150
750
500
330
220
110

8
4
3
2
1
1

0.8
0.85
0.93
1.03
1.3
1.33

0.25
0.27
0.29
0.32
0.41
0.42

240
255
280
310
390
400

5500
2200
900
350
125
30

جدول (6): مشخصات الکتریکی خطوط کلاسیک در ردیفهای ولتاژ مختلف

با توجه به رابطه (6-34) و شکل (6-2)، حداقل توان طبیعی به ازای تعداد حداقل زیر هادیها در باندل () محقق خواهد شد و با افزایش تعداد زیر هادیها در باندل توان طبیعی به میزان محدود افزایش مییابد. به عنوان مثال برای یک خط kV 500 با افزایش تعداد زیرهادیها تا 4 یا 5، توان طبیعی تنها به میزان به ترتیب و افزایش خواهد یافت. در شکل (6-2) منحنیهای پر رنگ برای هادیهای از نوع AC400/51 و منحنیهای خطچین برای هادیهای از نوع AC240/39 میباشد.

شکل (6-2): منحنیهای توان طبیعی (منحنیهای 1 تا 5) و امپدانس موجی (منحنیهای 6 تا 10) بر حسب تعداد زیر هادیها در باندل، kV 220 (منحنی 1 و 6)، kV 500 (منحنی 2 و 7)، kV 750 (منحنی 3 و 8)، kV 1150 (منحنی 4 و 9)، kV 1800 (منحنی 5 و 10)، منحنیهای پر رنگ برای هادیهای از نوع AC400/51 و منحنیهای خطچین برای هادیهای از نوع AC240/39

مقاومت اهمی دسته هادیها نیز برابر است با :
(6-35)
که مقاومت حجمی هادی ACSR و ضریب استفاده سطح مقطع میباشد. سطع مقطع واقعی عبور جریان با توجه به وجود هسته فولاد و فواصل بین هادیهای رشتهای کمتر بوده و با نشان داده شده که برای هادیهای ACSR در محدوده میباشد. نسبت مقاومت اهمی به راکتانس القایی برابر است با :
(6-36)
با توجه به رابطه (6-36) با افزایش شعاع زیرهادیها و ولتاژ نامی خط نسبت کاهش یافته ضمن آنکه این نسبت به تعداد زیرهادیها در باندل بستگی ندارد. این روابط برای کلیه خطوط اعم از کلاسیک و مدرن صادق میباشد. اما بهرحال با افزایش تعداد زیر

دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید