طراحي و نصب اولين خط هوائي كابل فاصله دار 20 كيلوولت ايران ( بخش اول )

مهرداد طرفدار حق - دانشيار مهندسي برق و كامپيوتر - دانشگاه تبريز و كريم روشن ميلاني- مدير دفتر طراحي مهندسي شركت توزيع نيروي برق آذربايجان شرقي
چكيده – اين مقاله ضمن معرفي شبكه هاي هوايي فشار متوسط با كابل فاصله دار پيشرفتهاي حاصل از نصب اولين خط هوايي 20 كيلوولت كابل فاصله دار ايران را كه در شهرك سرمايه گذاري خارجي تبريز درحال طي مراحل نهايي مي باشد ارائه مي نمايد . فاز اول خط مذكور به طول 650 متر به صورت چهار مدار بر روي يك پايه مشترك درحال نصب بوده و قدرتي معادل 360 مگاوات را براي تغذيه بارهاي صنعتي اين منطقه تامين خواهد نمود. روشهاي اساسي طراحي الكتريكي و مكانيكي خط مذكور دراين مقاله ارائه مي گردد. تحليل هاي مكانيكي كنسولهاي پايه هاي عبوري و كششي كه با نرم افزار ABAQUS انجام شده است نيز ارائه خواهد شد. همچنين نتايج مشخصه هاي كشش- فلش حاصل از يك نرم افزار ويژه نوشته شده ارائه مي شود.
كليد واژه – كابلهاي فاصله دار، كابل خودنگهدار، هادي روكشدار، طراحي مكانيكي، طراحي الكتريكي 1- مقدمه
شبكه هاي توزيع هوايي انرژي الكتريكي را ميتوان به دو نوع با هاديهاي لخت (bare conductors) و باهاديهاي غير لخت (non-bare conductors) تقسيم بندي نمود. شبكه هاي هوايي غير لخت نيز به سه گروه زير تقسيم مي شوند :
1- هاديهاي روكشدار covered conductors(CC)
2- كابل هاي به هم تابيده شده هوايي aerial bundled cables (ABC) كه درايران به اشتباه به كابلهاي خودنگهدار (self-supporting cables) معروف شده اند درحاليكه فقط نوع چهار سيمه كه فاقد سيم نگهدارنده هستند واقعاً خودنگهدار مي باشند.
3- كابل هاي فاصله دار spacer cables
هاديهاي هوايي روكشدار براي اولين بار در ايران در سال 1385 توسط مولفين مقاله و تيم همكار به توليد انبوه رسيد . كمتر از چندماه پس ازتوليد هاديهاي روكشدار ، كابلهاي خودنگهدار فشار ضعيف كه از تاباندن همان هاديهاي روكشدار به دور يك سيم حمال فولادي ساخته شده بودند توسط شركتهاي مختلف ايراني توليد گرديدند . شبكه هاي كابل فاصله دار در اكثركشورها و به ويژه در امريكا، برزيل، كشورهاي آسياي جنوب شرقي و اروپا بطور گسترده استفاده مي شوند .و مثلاً در تمام شبكه توزيع برق ايالتهاي مساچوست ، گروتون و استرلينگ از كابلهاي فاصله دار استفاده مي شود همچنين ويژگيهاي خاص آنها موجب شده است تا اينش بكه ها از آلاسكا گرفته تا ايستگاه آزمايشي خليج mcmurdo درقطب جنوب مورد استفاده قرار گيرند . كابل هاي فاصله دار در ولتاژهاي فوق توزيع و در سطح ولتاژ 69 كيلو نيز بكار برده شده اند . اين شبكه به ويژه بمنظور كاهش حريم مورد استفاده قرار گرفته است. تجربيات شركت ceming برزيل نشان داده است كه با استفاده از كابل فاصله دار ميتوان نرخ عيب را از 9/0 عيب درهركيلومتر درسال براي شبكه هاي توزيع با هاديهاي لخت به 04/0 عيب در هر كيلوكتر درسال كاهش داد. درخردادماه 1388 يك قرارداد پژوهشي بين دانشگاه تبريز و شركت توزيع نيروي برق آذربايجان شرقي جهت طراحي و نصب اولين خط هوايي 20 كيلووات با كابل فاصله دار منعقد گرديد . محل نصب خط مذكور شهرك سرمايه گذاري خارجي تبريز و طول فاز اول خط 630 متر مي باشد . قيمت هايهاي اين خط كمتر از نصب كابلهاي خودنگهدار فشارمتوسط 20 كيلووات با سطح مقطع يكسان بوده و به نظر مي رسد درآينده نزديك بتواند جايگزين شبكه هاي كابل خودنگهدار فشارمتوسط هوايي درايران گردد.
هدف اين مقاله معرفي شبكه ها كابل فاصله دار ، تجهيزات، روشهاي طراحي الكتريكي، مكانيكي ، ويژگيهاي نصب و همچنين گزارش پيشرفت پروژه تحقيقاتي مذكور مي باشد. 2- ساختار شبكه هاي هوايي توزيع كابل فاصله دار
درشبكه كابل فاصله دار هوايي يا (aerial spacer cable) كابلهاي سه لايه در سه راس فاصله نگهدارهاي عايقي كه به شكل لوزي يا صليبي هستند بسته مي شوند . از راس بالايي فاصله نگهدارها يك سيم فولادي (ياآلومينيوم آلياژي) به عنوان سيم نگهدارنده عور مي كند . وظيفه سيم نگهدارنده تحمل نيروي وزن مي باشد . اين سيم خط را درمقابل صاعقه نيز حفاظت مي نمايد و بدين ترتيب مشكلات شبكه هاي هادي روكشدار مانند لزوم بكارگيري سيم گارد مجزا، شاخكهاي هوايي و يا لخت نمودن هادي درمحل اتصال به مقره بطوركامل رفع مي شود . فاصله نگهدارها علاوه بر نصب به كراس آرم در سر تيرها، در فواصل حدود ده متري دربين اسپن ها نيز قرار مي گيرند.
دراين سيستم هادي ها قادر بهتحمل اتصال كوتاه بين فازها و يابرخوردها اتفاقي ديگر اشياء ازجمله تماس شاخه درختان و پرندگان را بدون وقفه در برقرساني دارند.
هاديهاي مذكور از سيم فولادي آويزان بوده و تقريبا هيچ نيروي كششي( بجز وزن كم حدود پنج متر از هادي درهر طرف هر كدام از فاصله نگهدارها) را تحمل نمي كنند.
عمده ترين مزيت طرح مذكور جداشدن كامل طراحي مكانيكي و الكتريكي ازهمديگر مي باشد . درواقع ميتوان مطابق با طول اسپن ، شرايط بارگذاري منطقه و وزن هاديها ، نوع سيم حمال فولادي را به سادگي و دريك محدوده وسيع انتخاب نمود. چنين شرايطي امكان عبور از اسپن هاي بسيار بلند را كه قبل از اين در شبكه هاي توزيع امكان آن وجود نداشت ميسر مينمايد . نكته قابل توجه اين است كه تمامي طرحها و شبكه هاي كابل فاصله دار فشار متوسط اجرا شده در سطح دنيا از سيم حمال فولادي براي اين شبكه ها استفاده مي كنند كه اين امر امكان اقتباس و استفاده از استانداردها، تجهيزات، آزمونها و روشهاي نصب و تجربيات آنها را عينا فراهم مينمايد.درضمن دراجراي اين شبكه ها نياز يه آلومينيوم آلياژي كه در دو شبكه هادي روكشدار و كابل خودنگهدار بسيار مشكل آفرين شده بود رفع شده است.
همانطوريكه ذكر گرديد امكان طراحي الكتريكي هاديها در شبكه كابل فاصله دار بدون رعايت هرگونه محدوديت وجود دارد. درواقع صرفاً براساس توان الكتريكي مورد استفاده و افت ولتاژ مجاز ميتوان سطح مقطع هاديهاي تمام آلومينيوم روكشدار سه لايه را تعيين و پس ازاتمام طراحي الكتريكي نسبت به تعيين مشخصات سيم حمال فولادي اقدام نمود. شكل 1 عكسهايي ازاين شبكه ها را كه توسط مولفين تهيه شده است را نشان مي دهد.