بررسی پارامترهای خطوط انتقال و تاثیرات باندل کردن در خطوط


هدف خطوط انتقال و شبکه انتقال هوایی این است که انرژی الکتریکی را از واحد های تولید در نواحی مختلف به سیستم توزیع که در نهایت بار را تامین می نماید انتقال دهد.در مقاله زیر پارامترهای مهم در خطوط انتقال و تاثیر باندل کردن در خطوط انتقال مورد بحث قرار گرفته است.

.

امپدانس سری خط انتقال

در یک خط انتقال چهار کمیت مقاومت ، اندوکتانس ، ظرفیت خازنی و کنداکتانس روی کارکرد کامل آن به عنوان بخشی از سیستم قدرت اثر می گذارند.کندکتانس بین هادیها و زمین باعث جریان نشتی در مقره های خطوط هوائی وعایق کابلها میشود.چون میتوان از جریان نشتی در مقره های خطوط هوائی چشم پوشید کنداکتانس بین هادیها در یک خط هوائی صفر فرض نمود.

دلیل دیگر چشم پوشی از کنداکتانس متغیر بودن آن ونبودن روش مناسب برای محاسبه آن می باشد.جریان نشتی مقره ها عامل اصلی کنداکتانس به طور محسوسی با شرایط هوائی و رطوبتی که بر مقره ها می نشیند تغییر میکند.

.

بعضی از خاصیت های یک مدار الکتریکی را می توان به وسیله میدانهای الکتریکی و مغناطیسی که در اثر عبور جریان از آن به وجود می آید بررسی نمود.

مقاومت و اندوکتانس توزیع شده به طور یکنوهخت در طول خط امپدانس سری خط را تشکیل می دهند.کنداکتانس وظرفیت خازنی بین هادیهای خط تکفاز یا بین هادی وخنثی در خط سه فاز ادمیتانس موازی خط را تشکیل می دهند.اگرچه مقاومت اندوکتانس و ظرفیت خازنی در طول خط توزیع شده اند اما درمدار معادل خط از کمیتهای فشرده و متمرکز استفاده می شود.

.

انواع هادیها در خطوط انتقال

در انتقال قدرت الکتریکی در آغاز از هادیهای مسی استفاده می شد اما امروزه هادیهای آلومینیومی به علت ارزانتر وسبکتر بودن نسبت به هادیهای مسی با همان مقاومت د خطوط هوائی به طور کامل جای آنها را گرفته اند. یکی دیگر از مزیتهای هادی آلومینیومی این است که در یک مقاومت مشخص قطر آن از هادی مسی بیشتر است.در حالت با قطر بزرگتر به ازای ولتاژیکسان خطوط فوران الکتریکی گرادیان ولتاژدر سطح هادی پائین آمده امکان یونیزه شدن هوای اطراف هادی کاهش یابد.

AAC هادی خط

نمادهای زیر انواع مختلف هادیهای آلومینیومی را نشان می دهند:

AAC هادی تمام آلومینیومی

AAAC هادی تمام آلیاژ آلومینیوم

ACSR هادی آلومنیومی تقویت شده با فولاد

ACAR هادی آلومنیومی تقویت شده با آلیاژ

هادیهای آلیاژآلومنیومی دارای قدرت کششی بیشتری نسبت به هادیهای الکتریکی آلومنیومی معمولی هستند.

.

 اندوکتانس ناشی از فوران داخلی یک هادی

اندوکتانس یک خط انتقال برابر فوران در بر گیرنده آن به ازای عبور جریان یک آمپر است.در خطوط انتقال ما با هادیهای گروهی سروکار داریم از جمله خط سه فاز با فاصله گذاری یکسان وغیر یکسان که به بررسی آنها می پردازیم.

هنگامی که فاصله گذاری یکسان نباشد،به دست آوردن اندوکتانس نسبت به خط سه فاز متقارن سخت تر می شود. در این حالت فوران در برگیرنده و اندوکتانس هر فاز یکسان نخواهد بود.

اندوکتانس گوناگون هر فاز منجر به نامتعادل شدن مدارمی شود.با جابجا کردن هادیهادرفاصله معین و با یک ترتیب مشخص ، به گونه ای که هر هادی جای ابتدائی دو هادی دیگر را در فاصله یکسان اشغال نماید،می توان سه فاز را متعادل نمود.جابجائی هادیها ، جایگشت نامیده میشود .معمولا خطوط قدرت امروزی در فاصله های منظم جابجا نمی شوندوجایگشت هادیها برای متعادل کردن اندوکتانس فازها ،ممکن است در پست کلید زنی صورت گیرد.

خوشبختانه،نامتقارنی بین فازهای یک خط جایگشت نشده کم بوده در بیشتر محاسبات اندوکتانی از آن چشم پوشی می شود.اگراز عدم تقارن چشم پوشی گردد،اندوکتانس از آن چشم پوشی گردد، اندوکتانس هر فاز خط جایگشت نشده برابر میانگین اندوکتانس یک فاز ازهمان خط است که به طور صحیح جایگشت شده باشد.

.

اثر باندل کردن درمحاسبه اندوکتانس

در ولتاژهای بسیار بالا(EHV)،یعنی ولتاژهایبالاتر ازkv 230،اگرهر فاز دارای یک هادی باشد،کرونا و افت قدرت ناشی از آن و بویژه تداخل با خطوط مخابراتی پدید می آید.چنانچه هر فاز دارای دو یا چند هادی باشد که در مقایسه با فاصله گذاری فازها به یکدیگر نزدیک باشند،گرادیان ولتاژ بالا در هادی در محدوده EHV کاهش می یابد.

باندل کردن خطوط انتقال

چنین خطی را خط با هادیهای گروهی می نامند.گروه دارای دو،سه یا چهار هادی است.مزیت مهم گروهی بودن هادیها،کاهش راکتانس است.افزایش تعداد هادیهای گروه،راکتانس واثر کرونا را کاهش میدهد.

.

خاصیت خازنی خط انتقال

ظرفیت خازنی خط انتقال ناشی از اختلاف پتانسیل بین هادیهاست که باعث می شود هادیها مانند صفحه های خازن باردارشوند.ظرفیت خازنی بین هادیها،میزان بار به ازای واحد اختلاف پتانسیل استودر مورد هادیهای موازی مقداری است ثابت که به اندازه و فاصله بین هادیها بستگی دارد.در خطوط قدرت کمتر ازkm 80 اثر ظرفیت خازنی کم بوده قابل چشم پوشی می باشد. اما در خطوط بلند تربا و ولتاژبیشتر به صورت افزاینده ای اهمیت می یابد.

ولتاژ متناوبی که به خط انتقال اعمال می گردد، باعث می شود که میزان بارالکتریکی در هر نقطه، هماهنگ با مقدار لحظه ای ولتاژ بین دو هادی در آن نقطه ، گویا زیاد شود. تغییربارهمان جریان الکتریکی است و این جریان که حاصل باردار وبی باردار شدن متناوب خط در اثر ولتاژ متناوب است ،

جریان باردار کننده خط نامیده می شود.از آنجا که ظرفیت خازنی بین هادیها به صورت موازی می باشد، جریان باردارکننده حتی درحالت مدار باز شدن خط وجود دارد.این جریان علاوه بر افت ولتاژدرطول خط بر بازده ، ضریب توان خط و پایداری سیستمی که خط جزئی از آن است نیز اثر می گذارد.

پایه بررسی ظرفیت خازنی،قانون گوس در میدانهای الکتریکی می باشد. براساس این قانون بار الکتریکی کل داخل یک سطح حلقه بسته برابر فوران الکتریکی است که از سطح بیرون می آید.به عبارت دیگر،بارکل داخل یک سطح حلقه بسته برابرفوران الکتریکی است که از سطح بیرون می آید.به عبا رت دیگر،بار کل سطح حلقه بسته برابر انتگرال مولفه چگالی فوران الکتریکی روی سطح می باشد.

.

ظرفیت خازنی خط سه فاز با فاصله گذاری نامتقارن

هنگامی که فاصله گذاری هادیهای یک خط سه فاز یکسان نباشد،محاسبه ظرفیت خازنی مشکلتر می شود.در یک خط معمولی جایگشت نشده، ظرفیت خازنی به خنثای میانگین هر یک از فازها نسبت به خنثی برابر نیستند.در یک خط جایگشت شده،ظرفیت خازنی به خنثی میانگین فازهای دیگر برابر است،چون هادی هر فاز در دوره کامل جایگشت،مکان فازهای دیگر را در فاصله های یکسان اشغال می کند.عدم تقارن خط جایگشت نشده در بیشتر حالتها کم بوده محاسبات ظرفیت خازنی ماند خط جایگشت شده انجام می شود.

به دست آوردن ظرفیت خازنی خط سه فاز به طور دقیق کاری مشکل است مگر این که فاصله گذاری تخت بوده فاصله بین هادیهای مجاور یکسان باشد.درفاصله گذاری معمولی با هادیهای متداول با فرض اینکه بار واحد طول هادی در همه بخشهای دوره جایگشت یکسان باشد،ظرفیت خازنی با دقت کافی به دست خواهد آمد.با چنین فرضی در مورد بارها، ولتاژ بین یک زوج هادی درهر یک از بخشهای دوره جایگشت یکسان نمی باشد، پس باید اندازه میانگین بر ای ولتاز بین هادیها به دست آورد و ظرفیت خازنی را با این اندازه میانگین بررسی نمود.

.

اثر زمین بر ظرفیت خازنی خط انتقال سه فاز

زمین بر ظرفیت خازنی خط انتقال به علت تغییر دادن میدان الکتریکی خط ، اثر می گذارد، اگر زمین را یک هادی کامل به صورت یک صفحه افقی بی نهایت فرض کنیم، در می یابیم که میدان الکتریکی ناشی از هادی باردار نزدیک سطح زمین با حالتی که سطح هم پتانسیل زمین وجود ندارد، یکسان نمی باشد.میدان الکتریکی هادی باردار شده برای سازگار شدن با سطح زمین نیرویی را متحمل می شود.البته،فرض مسطح بودن و پستی و بلندیهای آن کاملا معتبر نیست.اما این فر ض ما را توانا می سازد تا اثر هدایت زمین را در محاسبه ظرفیت خازنی بفهمیم.

اگر مداری شامل یک هادی هوایی با مسیر برگشت از زمین در نظر بگیریم، هنگام باردار شدن هادی، بارها از زمین روی هادی قرار می گیرند واختلاف پتانسیل بین هادی و زمین بوجود می آید. زمین دارای بار مساوی ولی از نظر علامت مخالف با هادی است. خطوط فوران الکتریکی از بارهای روی هادی به بارهای روی زمین به سطح هم پتانسیل زمین عمود است چون سطح را،هادی کامل فرض کرده ایم.تصور کنید در زیرزمین درفاصله ای برابر با فاصله هادی هوایی اصلی تا زمین، یک هادی فرضی با همان اندازه و شکل هادی اصلی وجود داشته باشد. اگر زمین را حذف کرده و باری مساوی ولی مخالف بار هادی فرضی قرار دهیم،صفحه میانی هادی اصلی وهادی فرضی یک سطح همان مکان را به عنوان سطح هم پتانسیل زمین اشغال میکند. فوران الکتریکی بین هادی هوایی واین سطح هم پتانسیل، همان فوران الکتریکی است که بین هادی وزمین وجود داشت . بنابراین برای محاسبه ظرفیت خازنی باید به جای زمین، یک هادی باردار شده فرضی در زیر زمین با فاصله ای برابر با فاصله زمین تا هادی اصلی قرار دهیم. این هادی دارای باری مساوی  ولی مختلف العلامه با بار هادی اصلی است وهادی تصویری یا هادی قرینه نامیده می شود.

روش کاربرد هادی قرینه به جای زمین برای محاسبه ظرفیت خازنی یک هادی هوایی را می توان برای بیش از یک هادی نیز به کار برد. در این صورت اگر به جای هر هادی هوایی، یک هادی قرینه درنظر گرفته شود، فوران الکتریکی بین هادیهای اصلی و قرینه های آنها بر صفحه ای که به جای زمین قرارمی گیرد عمود بوده و این سطح، یک سطح هم پتانسیل می باشد.فورانهای الکتریکی بالای این صفحه به حالتی که زمین به جای هادی های قرینه قرار داشت، برابر است.

.

ظرفیت خازنی و باندل کردن

هدف ما در خطوط انتقال کاهش اثر سلفی خط و افزایش اثر خازنی آن است.برای این کار دو راه وجود دارد:

1- زیاد کردن سطح مقطع سیمها

2- استفاده از هادی های گروهی یه به اصطلاح باندل کردن

روش اول با توجه به اینکه هادیهای به کار رفته در خطوط انتقال 30 تا40 درصد هزینه کل خط را شامل میشود به هیچ وجه به صرفه نیست، بنابر این از هادیهای گروهی استفاده میکنیم که هوم بهعث کاهش اثر کرونا و خاصیت سلفی خط می شود وهم باعث افزایش اثر خازنی خطوط انتقال می شود .با مقایسه روابط بدست آمده برای سلف و خازن خط انتقال مشاهده می شود که این دو رابطه دوگان یکدیگرندودر کل تعداد معادلات حاکم بر محیط کم بوده و روابط بدست امده در تمام زمینه ها کاملا مشابه بوده و دوگان یکدیگرند.

۳ دیدگاه در “بررسی پارامترهای خطوط انتقال و تاثیرات باندل کردن در خطوط”

  1. کیومرث گفت:

    سلام.خسته نباشید.از شما بخاطر تمامی اطلاعاتتون بینهایت ممنونم.در خصوص CT ها واسه پایان نامه ام مطالب میخواستم.ممنون میشم کمکم کنید.

  2. کیومرث گفت:

    سلام و پیشاپیش روز مرد و ولادت امام علی بر شما مبارک.در خصوص CT ها واسه پایان نامه ام مطالب میخواستم.ممنون میشم کمکم کنید.

ارسال نظر برای این مطلب

Time limit is exhausted. Please reload CAPTCHA.