تعداد صفحات: ۹۲ | قابل ویرایش
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: آشنایی با خطوط انتقال AC و DC………..
۱-۱-مقدمه…………………………………. ۲
۱-۲-مدارهای سه فاز…………………………. ۳
۱-۳-قدرت در مدارهای سه فاز………………….. ۳
۱-۴- تعریف خط انتقال سه فاز دو مداره…………. ۴
۱-۵-سیستم شش فازه………………………….. ۴
۱-۶-ولتاژهای مختلف در آرایش شش فازه………….. ۵
۱-۷-قابلیت انتقال : (۶ فاز با ۳ فاز دو مداره)…. ۵
۱-۸-انتقال به صورت جریان مستقیم فشار قوی……… ۶
۱-۹-طبقه بندی خطوط HVDC …………………… 7
فصل دوم: هادیها در خطوط انتقال AC و DC………..
۲-۱- مقدمه………………………………… ۱۳
۲-۲- جنس هادیهای خطوط انتقال………………… ۱۴
۲-۳- انواع هادیهای خطوط انتقال نیرو………….. ۱۵
۲-۳-۱- هادی تمام آلومینیومی (AAC)……………. 15
۲-۳-۲-هادی آلیاژ آلومینیوم، آلملک – آلدری…….. ۱۶
۲-۳-۳- هادی آلومینیومی با مغزی فولادی (ACSR) …… 16
۲-۳-۴- هادی آلومینیومی با مغزی آلیاژی (ACAR)….. 16
۲-۳-۵- هادیهای با تلفات کم (SLAC)……………. 16
۲-۳-۶- هادی GTACSR………………………… 17
۲-۳-۷- هادی فولادی با روکش مس (Copper Clad Steel)…… 17
۲-۳-۸- هادی فولادی با روکش آلومینیوم (Aluminium Clad Steel) ۱۷
۲-۴- هادیهای مورد استفاده در سیستم HVDC …….. 19
فصل سوم: مقره ها در خطوط انتقال AC و DC……….
۳-۱- مقدمه………………………………… ۲۴
۳-۲- جنس مقره ها…………………………… ۲۵
۳-۲-۱-مقره های چینی………………………… ۲۵
۳-۲-۲- مقره های شیشه ای…………………….. ۲۵
۳-۲-۳- مقره های پلاستیکی (Composite Insulators)…….. 26
۳-۳- طراحی شکل مقره ها……………………… ۲۶
۳-۴- انواع مختلف مقره ها……………………. ۲۷
۳-۴-۱- مقره چرخی (Spool Insulator) ………………. 27
۳-۴-۲- مقره سوزنی (Pin Type Insulator) …………… 28
۳-۴-۳- مقره بشقابی (Disk Insulator)………………. 28
۳-۴-۳-۱- مقره بشقابی استاندارد………………. ۲۹
۳-۴-۳-۲- مقره بشقابی ضد مه (Anti Fog Insulator)…….. 30
۳-۴-۳-۳- مقره های آئر و دینامیک (Open Profile)……. 31
۳-۴-۳-۴-مقره زنگوله ای شکل (Bell Type Insulator)……. 31
۳-۴-۴-مقره های یکپارچه (Long rod Insulator)……….. 32
۳-۴-۵- مقره های بوشینگ (Bushing Insulator)………… 32
۳-۴-۶- مقره اتکائی (Post Insulator)………………. 32
۳-۴-۷- مقره های سرکابل (Sealing end Insulator)………. 33
۳-۴-۸- مقره های پلاستیکی (Composite Insulator)……… 33
۳-۴-۹- مقره های متفرقه……………………… ۳۴
۳-۵- مقره ها در خطوط DC……………………. 34
فصل چهارم: برج ها در خطوط انتقال AC و DC………
۴-۱-مقدمه…………………………………. ۳۸
۴-۲- انواع برجها…………………………… ۳۹
۴-۲-۱- برج وسط خط(Tangent)……………………. 39
۴-۲-۲-برج زاویه (Angle)………………………. 39
۴-۲-۳-برج انتهایی (Terminal)………………….. 39
۴-۳- پارامترهای اساسی در طرح برجها…………… ۳۹
۴-۳-۱- حداقل و حداکثر فاصله بین فازها………… ۳۹
۴-۳-۲- شکل زنجیره مقره……………………… ۴۰
۴-۳-۳- انواع برجهائی که معمولاً در خطوط انتقال بکار می روند ۴۱
۴-۳-۳-۱- برج Waist type (کله گربه ای)………….. ۴۱
۴-۳-۳-۲- برج Vertical………………………… 42
۴-۳-۳-۳-برج نوع Delta……………………….. 42
۴-۴- زاویه حفاظت روی برج (Shieding Angle) و فاصله هوائی بین سیم محافظ و هادی
در وسط اسپن (Mid span clearance)…………………. 43
۴-۵- فاصله عمودی لازم برای حفاظت در برابر پدیده گالوپینگ ۴۳
۴-۶- دیاگرام فاصله هوائی لازم از برج برای تجهیزات تحت بار در شرایط عادی و غیر عادی
خط……………………………………….. ۴۴
۴-۷-توصیه های کلی………………………….. ۴۵
۴-۱۱-برج ها در خطوط DC…………………….. 50
۴-۱۲- امکان تبدیل برجهای موجود AC به DC …….. 51
فصل پنجم: مقایسه و بررسی کلی خطوط انتقال AC و DC.
۵-۱-مقدمه…………………………………. ۵۵
۵-۲-مقایسه نسبی خطوط انتقال DC و AC…………. 56
۵-۲-۱- مسائل فنی…………………………… ۵۶
۵-۲-۲- قابلیت اطمینان………………………. ۶۱
۵-۲-۳- مسائل اقتصادی……………………….. ۶۲
۵-۳- مزایای اقتصادی خطوط انتقال HVDC نسبت به HVAC 63
۵-۳-۱- انتقال مسافت طولانی…………………… ۶۳
۵-۳-۲- انتقال به وسیله کابل…………………. ۶۴
۵-۴- مقایسه وزن مس در خطوط قدرت AC و DC……… 65
۵-۴-۱- شبکه با خط هوائی…………………….. ۶۵
۵-۴-۲-شبکه کابلی…………………………… ۶۸
۵-۵-مقایسه نسبی خطوط HVDC و HVAC از نظر ولتاژ عایقی و توان انتقالی…………………………………… ۷۰
۵-۶- قدرت راکتیو و تنظیم ولتاژ در خطوط AC و DC.. 72
۵-۷-روش دوم: مقایسه توان اکتیو خطوط AC و DC….. 74
۵-۸- تلفات و سطح ایزولاسیون در خطوط AC و DC ….. 76
۵-۸-۱- تلفات در خطوط AC و DC ………………. 76
۵-۸-۲- مقایسه سطح ایزولاسیون در خطوط انتقال AC و DC به روش دوم:…………………………………………. ۷۷
۵-۹- بررسی اقتصادی ………………………… ۷۹
۵-۱۰- کرونا در خطوط DC و AC ……………….. 80
۵-۱۰-۱-نویز کرونا………………………….. ۸۳
مراجع…………………………………….. ۸۴
چکیده
با توجه به رشد روز افزون مصرف انرژی الکتریکی ، روش های تولید و انتقال آن ،که بعنوان نمونه سیستم های قدرت HVAC می باشد بصورت گسترده توسعه یافته است و بنا به ضرورت افزایش قابلیت اطمینان و تامین شرایط فنی و اقتصادی هر چه مطلوب تر و بالا بردن کیفیت و توان تولیدی ،این سیستم ها را ، به شبکه های به هم پیوسته تبدیل کرده است از طرفی توسعه مصرف و بروز مشکلات فنی در سیستم های HVAC از قبیل پایداری ،افزایش تلفات، افزایش سطح ایزولاسیون و سطح اتصال کوتاه و همچنین بروز مشکلات اقتصادی از قبیل افزایش مصرف مس،افزایش هزینه ساخت و طراحی دکل هاو افزایش وسایل عایقی مانند مقره ها،باعث شده که علاوه بر شبکه های HVAC ، انتقال انرژی بوسیله شبکه های HVDC نیز مورد توجه و بررسی قرار گیرند.
کلید واژه ها:
۱-شبکه
۲-سیستم
۳-کابل
۴-هادی
۵- برج یا دکل
۶- مقره
۷- جریان متناوب فشار قوی
۸- جریان مستقیم فشار قوی
مقدمه
رشد سریع در مصرف انرژی الکتریکی لزوم انتقال این انرژی را در ظرفیتهای بالا از مرکز تولید به مصرف ضروری ساخته است اما در سالهای اخیر مسائل اقتصادی در تولید و انتقال انرژی با قیمت ارزان از یک طرف و مسائل زیست محیطی نظیر آلودگی بیش از حد در شهرهای بزرگ از طرف دیگر باعث شده است که نیروگاهها اکثراً در فواصل دور از مصرف عمده که شهرها هستند باشند و در محل منبع سوخت ارزان مانند رودخانه ها مناطق نفت خیز و . . . تأسیس گردند و برای رساندن این انرژی تولید شده از منابع به مناطق مصرف خطوط انتقال انرژی ایجاد گردیدند این خطوط انتقال دارای تلفات می باشند و برای کم کردن تلفات و ارزانتر بودن هزینه خطوط در انتقال انرژی با ظرفیت بالا به صورت ولتاژهای زیاد و جریان پایین استفاده می گردند.
اکثر پیشگامان صنعت برق در ابتدا متمایل به کاربرد شبکه های DC بودند و ادیسون در سخنانش گفت بود جریان AC از نظر ایمنی خطرناک است با توجه به این مسائل و مسائل فنی و اقتصادی خطوط انتقال HVAC در انتقال مقادیر زیاد انرژی به فواصل دور ایجاد خطوط انتقال HVDC را ضروری ساخته است.
علاوه بر این گسترش روزافزون سیستم های قدرت و ضرورت اتصال سیستم های بزرگتر به روند توسعه انتقال انرژی به روش جریان مستقیم سرعت بخشیده است چون سیستم های انتقال HVDC برخی مسائل و مشکلات سیستمهای انتقال HVAC مانند سنکرونیزآسیون – پایداری و . . . را ندارند.
قابلیت انتقال : (۶ فاز با ۳ فاز دو مداره)
واضح است که آرایش شش فاز با ولتاژ فاز به زمین و جریان خط هم اندازه در تمامی فازها، قادر به انتقال توان یکسان با آرایش سه فاز دو مداره می باشد. با این برتری که آرایش شش فاز در مقایسه با آرایش سه فازه دو مداره به حریم ممنوعه کوچکتری جهت انتقال این مقدار توان نیاز دارد. و این خود اثری مثبت در جهت کاهش اندازه حوزه انتقال خطوط برق خواهد داشت.
به عبارت بهتر، فاصله هادی ها در آرایش شش فاز به دلیل کوچکتر بودن ولتاژ بین فازهای مجاور در مقایسه با آرایش سه فاز دو مداره مشابه کمتر بوده، به تبع آن اندازه های برج مورد نیاز نیز به مراتب از ابعاد برج لازم در آرایش مذکور کمتر خواهد بود.
روش شش فاز در مقابل روش افزایش ولتاژ خطوط موجود در سطح ولتاژ بالاتر که تا کنون برای افزایش ظرفیت انتقال به کار می رفته است. مطرح شده است. در هر دو روش، ظرفیت انتقال به میزان ۷۳ درصد افزایش می یابد.
با این تفاوت که سیستم انتقال ۶ فاز دارای مزایایی می باشد که از جمله آن می توان به عدم افزایش ولتاژ بین فازهای مجاور، و در نتیجه عدم تغییر در آرایش هادی ها که در طرح دوم ضروری است.پایداری نسبی بهتر شبکه های دارای خطوط انتقال شش فاز اشاره کرد. در زیر به طور خلاصه قسمتی از برتری های سیستم شش فاز را نسبت به سه فاز بیان می کنیم.
انتقال به صورت جریان مستقیم فشار قوی
انتقال به صورت جریان مستقیم فشار قوی (HVDC) در بعضی حالات بر انتقال جریان متناوب برتری دارد.
- اولین کاربرد تجاری انتقال HVDC بین سرزمین اصلی سوئد و جزیره ی گات لند در سال ۱۹۵۴ میلادی صورت پذیرفت. این سیستم از شیرهای قوس جیوه ای استفاده می کرد و یک ارتباط زیرآبی ۲۰ مگاواتی به طول ۹۰ کیلومتر را تأمین می کرد.
- با اختراع کنورتورهای شیر تریستوری، انتقال HVDC جاذبه ی بیشتری پیدا کرد. اولین سیستم HVDC که از شیرهای تریستوری استفاده می کرد، طرح رودخانه ایل بود که در سال ۱۹۷۲ میلادی به بهره برداری رسید و یک ارتباط جریان مستقیم ۳۲۰ مگاواتی دو طرفه را بین سیستم های قدرت استانهای نیوبرونزویک و کبک کانادا برقرار می نمود.
امروزه، شیرهای تریستوری، تجهیزات استاندارد پستهای کنورتورهای جریان مستقیم هستند. پیشرفتهای اخیر در تجهیزات تبدیل، اندازه و هزینه آنها را کاهش و قابلیت اعتماد آنها را افزایش داده است. این پیشرفتها منجر به استفاده گسترده از انتقال HVDC شده است.
هادی فولادی با روکش آلومینیوم (Aluminium Clad Steel)
مشابه هادی فولادی با روکش مس می باشد با این تفاوت که بجای روکش مس بر روی رشته های فولادی از آلومینیوم استفاده شده که در نتیجه دارای خواص الکتریکی پایین تری نسبت به مورد قبلی بوده ولی در عوض دارای وزن و قیمت کمتری است.
نوع فولاد مورد استفاده می تواند از نوع معمولی دارای مقاومت مکانیکی بین (Kg/mm۲) ۱۴۰-۱۲۰ و یا فولاد نوع سخت دارای مقاومت مکانیکی بین (Kg/mm۲) ۱۸۰-۱۵۰ باشد. کاربرد این هادیها در خطوط هوایی بعنوان سیم محافظ و همچنین برای زمین کردن برجها می باشد.
البته انواع هادیها به موارد فوق ختم نمی شود و نمونه های دیگری مانند TACSR (هادی ACSR مقاوم در مقابل حرارت) و AAAC (هادی تمام آلیاژ از جنس آلومینیوم) و UTACSR ، LTACSR و . . . نیز وجود دارند، لیکن همانطور که قبلاً نیز اشاره شد متداولترین هادی در خطوط انتقال انرژی الکتریکی هادیهای نوع ACSR می باشند که در آنها هدایت الکتریکی توسط رشته های آلومینیومی و مقاومت مکانیکی توسط هسته فولادی تأمین می گردد. تعداد رشته های آلومینیوم و فولادی بستگی به هدایت الکتریکی و مقاومت مکانیکی مورد نیاز دارد.
البته برای مناطق آلوده صنعتی یا دریایی که احتمال خوردگی هادی در اثر پدیده گالوانیک وجود دارد مغزی فولادی با روکش آلومینیم بعنوان هسته هادی ACSR مورد استفاده قرار می گیرد که این هادیها تحت عنوان هادی ACSR/AS یا ACSR/AW شناخته شده اند.
مراجع
[۱]محمد حسن بشیری و علی جباری: ” بررسی خطوط انتقال HVDC در سیستم های قدرت” ، پایان نامه دانشگاه آزاد اسلامی واحد دزفول ، دانشکده مهندسی
[۲]مهرداد طهماسبی زاده: “بررسی روشهای انتقال انرژی الکتریکی”، پایان نامه دانشگاه آزاد اسلامی واحد دزفول ، دانشکده مهندسی
[۳]مهندس لسانی، ” انتقال و توزیع انرژی الکتریکی”، ۱۳۶۱
[۴]دکتر محسن پوررفیع عربانی و مهندس پرویز اسلام زاده، ” دیدگاههای مهندسی در طراحی خطوط انتقال انرژی” ، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران)، ۱۳۷۷
[۵]دکتر حسین سیفی و دکتر علی خاکی صدیق ، “پایداری و کنترل سیستم های قدرت جلد اول” ، دانشگاه ترتبیت مدرس، ۱۳۷۶
[۶]مهندس محمدرضا موسوی و مهندس امیر قلعه نوی “مبانی بررسی سیستم های قدرت(۱)”،انتشارات خراسان ،۱۳۸۵.
