طراحی و نصب اولین خط هوائی کابل فاصله دار 20 کیلوولت ایران

هادیهای هوایی روکشدار برای اولین بار در ایران در سال 1385 توسط مولفین مقاله و تیم همکار به تولید انبوه رسید . کمتر از چندماه پس ازتولید هادیهای روکشدار ، کابلهای خودنگهدار فشار ضعیف که از تاباندن همان هادیهای روکشدار به دور یک سیم حمال فولادی ساخته شده بودند توسط شرکتهای مختلف ایرانی تولید گردیدند . شبکه های کابل فاصله دار در اکثرکشورها و به ویژه در امریکا، برزیل، کشورهای آسیای جنوب شرقی و اروپا بطور گسترده استفاده می شوند .و مثلاً در تمام شبکه توزیع برق ایالتهای مساچوست ، گروتون و استرلینگ از کابلهای فاصله دار استفاده می شود همچنین ویژگیهای خاص آنها موجب شده است تا اینش بکه ها از آلاسکا گرفته تا ایستگاه آزمایشی خلیج mcmurdo درقطب جنوب مورد استفاده قرار گیرند . کابل های فاصله دار در ولتاژهای فوق توزیع و در سطح ولتاژ 69 کیلو نیز بکار برده شده اند . این شبکه به ویژه بمنظور کاهش حریم مورد استفاده قرار گرفته است. تجربیات شرکت ceming برزیل نشان داده است که با استفاده از کابل فاصله دار میتوان نرخ عیب را از 9/0 عیب درهرکیلومتر درسال برای شبکه های توزیع با هادیهای لخت به 04/0 عیب در هر کیلوکتر درسال کاهش داد. درخردادماه 1388 یک قرارداد پژوهشی بین دانشگاه تبریز و شرکت توزیع نیروی برق آذربایجان شرقی جهت طراحی و نصب اولین خط هوایی 20 کیلووات با کابل فاصله دار منعقد گردید . محل نصب خط مذکور شهرک سرمایه گذاری خارجی تبریز و طول فاز اول خط 630 متر می باشد . قیمت هایهای این خط کمتر از نصب کابلهای خودنگهدار فشارمتوسط 20 کیلووات با سطح مقطع یکسان بوده و به نظر می رسد درآینده نزدیک بتواند جایگزین شبکه های کابل خودنگهدار فشارمتوسط هوایی درایران گردد.
هدف این مقاله معرفی شبکه ها کابل فاصله دار ، تجهیزات، روشهای طراحی الکتریکی، مکانیکی ، ویژگیهای نصب و همچنین گزارش پیشرفت پروژه تحقیقاتی مذکور می باشد.                          2- ساختار شبکه های هوایی توزیع کابل فاصله دار
درشبکه کابل فاصله دار هوایی یا (aerial spacer cable) کابلهای سه لایه در سه راس فاصله نگهدارهای عایقی که به شکل لوزی یا صلیبی هستند بسته می شوند . از راس بالایی فاصله نگهدارها یک سیم فولادی (یاآلومینیوم آلیاژی) به عنوان سیم نگهدارنده عور می کند . وظیفه سیم نگهدارنده تحمل نیروی وزن می باشد . این سیم خط را درمقابل صاعقه نیز حفاظت می نماید و بدین ترتیب مشکلات شبکه های هادی روکشدار مانند لزوم بکارگیری سیم گارد مجزا، شاخکهای هوایی و یا لخت نمودن هادی درمحل اتصال به مقره بطورکامل رفع می شود . فاصله نگهدارها علاوه بر نصب به کراس آرم در سر تیرها، در فواصل حدود ده متری دربین اسپن ها نیز قرار می گیرند.
دراین سیستم هادی ها قادر بهتحمل اتصال کوتاه بین فازها و یابرخوردها اتفاقی دیگر اشیاء ازجمله تماس شاخه درختان و پرندگان را بدون وقفه در برقرسانی دارند.
هادیهای مذکور از سیم فولادی آویزان بوده و تقریبا هیچ نیروی کششی( بجز وزن کم حدود پنج متر از هادی درهر طرف هر کدام از فاصله نگهدارها) را تحمل نمی کنند.
عمده ترین مزیت طرح مذکور جداشدن کامل طراحی مکانیکی و الکتریکی ازهمدیگر می باشد . درواقع میتوان مطابق با طول اسپن ، شرایط بارگذاری منطقه و وزن هادیها ، نوع سیم حمال فولادی را به سادگی و دریک محدوده وسیع انتخاب نمود. چنین شرایطی امکان عبور از اسپن های بسیار بلند را که قبل از این در شبکه های توزیع امکان آن وجود نداشت میسر مینماید . نکته قابل توجه این است که تمامی طرحها و شبکه های کابل فاصله دار فشار متوسط اجرا شده در سطح دنیا از سیم حمال فولادی برای این شبکه ها استفاده می کنند که این امر امکان اقتباس و استفاده از استانداردها، تجهیزات، آزمونها و روشهای نصب و تجربیات آنها را عینا فراهم مینماید.درضمن دراجرای این شبکه ها نیاز یه آلومینیوم آلیاژی که در دو شبکه هادی روکشدار و کابل خودنگهدار بسیار مشکل آفرین شده بود رفع شده است.
همانطوریکه ذکر گردید امکان طراحی الکتریکی هادیها در شبکه کابل فاصله دار بدون رعایت هرگونه محدودیت وجود دارد. درواقع صرفاً براساس توان الکتریکی مورد استفاده و افت ولتاژ مجاز میتوان سطح مقطع هادیهای تمام آلومینیوم روکشدار سه لایه را تعیین و پس ازاتمام طراحی الکتریکی نسبت به تعیین مشخصات سیم حمال فولادی اقدام نمود. شکل 1 عکسهایی ازاین شبکه ها را که توسط مولفین تهیه شده است را نشان می دهد.

- مزایای شبکه های کابل فاصله دار
مزایای عمده حاصل از بکارگیری این خطوط نسبت به شبکه های لخت هوایی عبارتند از :
1- باند حریم کم به دلیل فاصله 38 سانتیمتری بین دو فاز کناری
2- حذف مقره و یراق آلات بسیار کم
3- قیمت کمتر نسبت به شبکه های با هایدهای لخت در طی دوره بهره برداری بدلیل کاهش خسارت خاموشیها
4- کاهش هزینه بهره برداری به جهت نرخ عیب کمتر
5- افزایش امکان حفاظت اشخاص از برق گرفتگی
6- قطعی برق کمتر و کاهش انرژی های توزیع نشده
7- کاهش قطع درختان و جلوگیری از مرگ و میر پرندگان و حیوانات
8- رضایتمندی استفاده کنندگان به ویژه در یک بازار برق رقابتی
9- هادیها تمام آلومینیومی (ارزانتر، قابل تولید در داخل کشور، سبک تر شدن هادی)
4- مقایسه کابلهای فاصله دار با شبکه های کابلهای خودنگهدار فشارمتوسط
میتوان مهمترین مزایای شبکه های هوائی توزیع با کابلهای فاصله دار نسبت به شبکه های تزویع با کابلهای خودنگهدار را بشرح ذیل ذکر نمود:
1- عیب یابی کابلهای خودنگهدار بدلیل پیچیده شدن فازها بسیار دشوار و تعمیرات آن مشکل است درحالیکه درشبکه کابل فاصله دار این مشکل براحتی حل شده است.
2- قیمت کمتر هزینه احداث شبکه های هوایی توزیع با کابلهای فاصله دار حدود 60% شبکه های با کابلهای خودنگهدار فشار متوسط معادل الکتریکی می باشد.
3- یراق آلات بسیارکمتر شبکه های هوایی توزیع با کابلهای فاصله دار اساسا ساختار بسیار ساده داشته و مانند کابلهای خودنگهدار یراق آلات، ابزارها و آموزشهای خاصی جهت نصب نیازندارند.
4- انشعاب گیری و اتصال ترانسها در شبکه کابل خودنگهدار فشارمتوسط بسیار دشوار بوده درحالیکه در شبکه کابل فاصله دار بهره برداری بسیار راحت تر شده است.
5- کابلهای فاصله دار از کابلهای خودنگهدار سبک تر هستند و درنتیجه قدرت پایه ها کمترخواهد بود.
- مزایای کابل های فاصله دار نسبت به هادیهای روکشدار فشارمتوسط
1- عدم نیاز به تجهیزات اضافی حفاظت درمقابل صاعقه
2- عدم نیاز به مقره و کاهش بیشتر باند حریم
3- امکان اجرای چندین مدار بر روی یک پایه
4- امکان عبور از اسپن های خیلی بزرگ
- ویژگیها
گرچه مناطقی که کاربرد شبکه های کایل فاصله دار در آنها توصیه شده اند به موارد مشروحه زیر مختص نمی شوند و میتوان از آنها درهر منطقه ای که محدودیتهای اجرایی وجود دارد استفاده نمود اما استفاده از آنها درموارد زیر توصیه شده است :
الف- اجرای چند مدار بر روی یک پایه
با استفاده ازاین شبکه ها میتوان چندین فیدر را بر روی یک پایه اجرا نمود .

ب- استفاده درمناطق شهری جهت کاهش حریم مجاز
فاصله کم بین دو فاز کناری امکان کاهش باند آزادسازی حریم را فراهم می کند. بدیهی است علاوه بر موضوع مذکور ، این شبکه ها بدلیل روکشدار بودن و در صورت اصلاح قوانین حریم در سطح کشور مزایای بیشتری را نیز از این نظر خواهد داشت.
ج- مناطق مجاور دریا بمنظور جلوگیری از خوردگی شیمیایی
وجود سه لایه روکش بطور محسوسی از خوردگی شیمیایی جلوگیری می کند . همچنین عدم وجود فولاد در هادیها از خوردگی گالوانیکی جلوگیری خواهد نمود.
د- قابلیت بکارگیری درمناطق کوهستانی :
درزمانیکه مناطق مرتفع با مشکلات برخوردهادیها درزمان وزش طوفانهای شدید ویا افتادن سنگ مواجه هستند یا منطقی که افتادن شاخه درختان ایجاد قطعی و خاموشی می نمایند این سیستمها بسیار مناسب می باشند . همچنین باتوجه به اینکه مناطق کوهستانی بیشتر دچار مشکلات ناشی از برخورد صاعقه هستند این سیستم بدلیل ارت شدن سیم نگهدارنده و قرار گرفتن آن در بالای شبکه بهترین راه حل مقابله با برخورد صاعقه را نیز دارا می باشد.
هـ عبور از رودخانه های عریض ، اسپن های بلند و یا دریاچه های مصنوعی پشت سدها:
دراینگونه موارد بدلیل اسپن های بزرگ عملاً امکان عبور از سیم های لخت در طول زیاد غیرممکن می باشد. با استفاده از کابلهای فاصله دار و فغقط با انتخاب مناسب سیم نگهدارنده درهرمورد میتوان این شبکه های را به راحتی اجرا نمود.
و- مناطقی که مشکلات پرندگان و حیوانات در برخورد با شبکه و ایجاد خاموشیهای زیاد ناشی از عوامل خارجی را دارا هستند
ز- کاهش افت ولتاژ
باتوجه به نزدیک بودن هادیها به همدیگر در طول خط، خاصیت سلفی خط کاهش و خاصیت خازنی آن افزایش یافته و موجب کاهش افت ولتاژ می گردد. همچنین فاصله نگهدارها موجب قرار گرفتن هادیها بر روی رئوس یک مثلث متساوی الاضلاع شده و تساوی امپدانس هرسه فاز را ازاین نظر تضمین می کند.

ح- امکان حفاظت کابلها در صورت افتادن درخت
یکی از معضلات همه شبکه های توزیع هوایی افتادن درخت بر روی شبکه به ویژه پس از وقوع طوفان درمناطق پر درخت می باشد . سیم نگهدارنده شبکه کابل فاصله دار بدلیل موقعیت مکانی خود قادر است کابلهای این شبکه را از آسیب درختان و شاخه های آنها محفوظ نگهدارد . شکل 4 این ویژگی را نشان می دهد .

و- امکان نصب در زیر خطوط 63 کیلوولت
بدلیل امکان اجرای اسپن های بلند میتوان این شبکه ها را برروی پایه های خطوط 63 کیلوولت و در زیر شبکه 63 کیلوولت نصب نمود. شکل4 این ویژگی را نشان می دهد.