مزایای هادیهای آلومینیوم آلیاژی نسبت به هادیهای ACSR در خطوط انتقال نیرو

هادیهای آلومینیوم آلیاژی هادیهایی هستند كه تمامی رشته سیم های آنها از آلیاژهای آلومینیوم ساخته شده است

هادیهای آلومینیوم آلیاژی هادیهایی هستند كه تمامی رشته سیم‌های آنها از آلیاژهای آلومینیوم ساخته شده است. در ابتدا از آلومینیوم ۵۰۰۵ جهت ساخت این سیمها استفاده می‌شد كه استحكام آن تنها در اثر كارسختی بوجود می‌آید، اما آلومینیوم آلیاژی ۶۲۰۱ كه قابلیت عملیات حرارتی نیز دارد در ساخت این هادیها، بدلیل استحكام بالای آن در حرارتهای بالای كاری خطوط انتقال، گسترش چشمگیری داشته است. استفاده از هادیهای آلومینیوم آلیاژی برای اولین بار در سال ۱۹۲۱ میلادی در آمریكا آغاز شد و پس از آن در دهه ۵۰ و ۶۰ میلادی از این هادیها برای خطوط انتقال و توزیع در كشورهای اروپایی (آلمان، فرانسه و ...) و نیز ژاپن به مقدار زیادی استفاده شد. در انگلستان نیز حدود ۳۰ سال گذشته هادیهای AAAC به عنوان عمومی‌ترین و مناسب‌ترین هادیها مورد استفاده برای نصب خطوط جدید و جایگزینی خطوط قدیمی مطرح شده‌اند.

امروزه استفاده از این هادیها به مقدار بسیار زیادی (در برخی كشورها تا حدود ۷۰-۶۰ درصد خطوط انتقال و توزیع) گسترش یافته است. در كشور ما متاسفانه این هادیها تاكنون شناخته نشده و در نتیجه چندان مورد استفاده قرار نگرفته‌اند اما با توجه به امكانات موجود بنظر می‌رسد بتوان دراین زمینه فعالیتهای مناسبی صورت داد.

● پارامترهای موثر در انتخاب هادیهای آلومینیوم آلیاژی

▪ پدیده كرونا

چنانچه گرادیان ولتاژ بر روی سطح مقطع یك هادی بیش از قدرت شكست الكتریكی هوا شود باعث تخلیه الكتریكی در هوای اطراف هادی می‌شود. این تخلیه در هوای اطراف هادی سبب ایجاد هاله ای نورانی بنفش رنگ، نویز صوتی، نویز رادیویی و لرزش هادی شده همچنین در فضای اطراف هادی تولید گاز ازن می‌كند. از آنجایی كه گرادیان ولتاژ محیط اطراف هادی در روی سطح هادی بیشترین مقدار خود را دارا است. تخلیه الكتریكی از سطح هادی شروع شده و ضخامت هوای یونیزه اطراف هادی بستگی به ازدیاد ولتاژ دارد. در حالتی كه فواصل بین هادیها كم باشد كرونا ممكن است باعث جرقه زدن و اتصال كوتاه شود. بدیهی است كرونا سبب اتلاف انرژی الكتریكی و باعث كاهش راندمان الكتریكی خطوط انتقال می‌شود.

گرادیان بحرانی ولتاژ كرونا بستگی به قطر هادی و موقعیت سطح و درجه حرارت و فشار اتمسفر محیط دارد. این پارامترها بصورت یك فرمول تجربی درآمده‌اند و اثر همه این پارامترها را بر روی گرادیان بحرانی ولتاژ كرونا نشان می‌دهد بطور كلی داریم:

گرادیان ولتاژ بحرانی = Ec

ثابت‌هایی هستند كه به طبیعت ولتاژ بدست آمده از خطوط بستگی دارند =Eo و K

مقادیر آنها به عنوان مثال برای جریان ac مطابق با F.W.Peek برابر است با

كه این مقادیر برای دو هادی موازی یكدیگر و در بالای زمین است.

در معادله بالا ۹۴۸; نیز فاكتور دانسیته هوا است و زا معادل زیر پیروی می‌كند.

P,t دما و فشار هوا و to و po مقادیر مرجع هستند كه ۰C۲۵= to، po=۷۶۰torr در نظر گرفته شده‌اند. Rc شعاع هادی و m فاكتور صافی سطح است.

صافی سطح و شرایط جوی عامل بسیار مهمی در تلفات كرونا هستند. ضریب صافی m سطح در شرایط ایده‌ال برابر یك است. حتی كوچكترین ناهمواریهای میكروسكوپی نیز باعث كاهش ضریب صافی سطح می‌شود بصورت تجربی می‌‌توان گفت كه مقدار m می‌تواند بین ۷۵ درصد تا ۸۵ درصد برای هادیهای تابیده شده باشد كه این نیز بستگی به نسبت تابیده شدن هادیها به قطر آنها دارد در برخی مواقع حتی این ضریب m در اثر آسیب دیدگی به سطح هادی می تواند تا ۲/۰ و كمتر نیز برسد كه این ناهمواریهای سطحی (حتی بصورت جزیی) باعث كاهش ولتاژ و در نتیجه افزایش كرونا خواهد شد.

▪ تداخل رادیویی

تخلیه الكتریكی در كرونا سبب انتشار امواجی با فركانس بالا می شود كه خود سبب ایجاد پارازیت و نویز گیرنده‌های نزدیك خطوط انتقال می‌شود. بخصوص در ولتاژهای بالا این اثرات بسیار مهم است و با اهمیت‌تر از بررسی میزان تلفات كرونا می‌شود. تداخل درامواج رادیویی در هوای بارانی و مرطوب بیشتر بوده و می‌تواند مزاحم جدی برای ساكنان مجاور خط انتقال شود.

▪ نیروی خودی

این نیرو ناشی از وزن هادی است. در جداول مشخصات هادیها مربوط به سازندگان مختلف، وزن واحد طول هادیها موجود است كه بادر دست داشتن طول اپسن قائم می‌توان نیروی وارد بر برج در اثر وزن هادی را بصورت زیر محاسبه كرد:

نیروی قائم وارد برج در اثر وزن هادی W=w?Sv

كه در این رابطه w وزن واحد طول هادی و Sv اپسن قائم است.

▪ فلش هادی (Sag)

فلش هادیها بطور تخمینی توسط معادله پارابولا محاسبه می‌شود.

كه در اینجا Sag برحسب متر است.

W= وزن هادی برحسب kg/m

T= كشش‌های برحسب kgf (كشش افقی)

L= طول اسپن برحسب m

مولفه T (كشش افقی) در طول سیم ثابت بوده و بستگی به نقطه روی هادی ندارد و با مقدار كل كشش در نقطه مینیمم هادی برابر است. (برابر با وزن یك هادی بطول مشخص)

▪ خودرگی

با بررسی و مقیاس فلزات مختلف در جداول نیروی الكتروشیمیایی می‌توان فهمید كه آلومینیموم یك فلز بسیار فعال و واكنش‌گر است. كه تنها دو عصر بریلیوم و منیزیم فعالتر از آن است. با این وجود آلومینیوم همواره به عنوان یك فلز مقاوم به خوردی مطرح است این عنصر مقاومت به خوردگی بسیار مناسب خود را مدیون تشكیل یك لایه اكسیدی بسیار مقاوم و چسبنده روی سطح خود است و در صورتی كه این لایه اكسیدی تخریب نشود. در بسیاری از اتمسفرهای معمولی یا خورنده این لایه مجدداً تشكیل خواهد شد. در صورت خراشیدن سطح آلومینیوم و قراردادن آن در معرض هوای محیط یك لایه اكسیدی بسیار نازك (در حد nm۱) روی سطح آن پوشیده می شود همین لایه نازك جهت حفاظت كل آلیاژ از خوردگی بسیار موثر است.

دسته اول، هادیهایی هستند كه بطور كامل از آلومینیوم یا آلیاژهای آن ساخته شده‌اند (شامل هادیهای ACAR,AAAC,AAC و ...) در این دسته از هادیها باتوجه به یكسان بودن پتانسیل الكتروشیمیایی تمامی اجزاء سازنده هیچگونه خوردگی گالوانیكی بوجود نمی‌آید و در نتیجه این نوع سیم‌ها تنها در معرض خوردگی‌های اتمسفری (اتمسفرهای صنعتی، ساحلی و ...) قرار می‌گیرند. با توجه به آنكه مقاومت به خوردگی هیچ یك از آلیاژهای آلومینیوم مورد استفاده در ساخت هادیهای خطوط انتقال نیرو بهتر از هادیهای آلومینیومی خالص نیست، لذا برای بهبود رفتار خوردگی هادیهای آلومینیومی نمی‌توان از هادیهای آلیاژی استفاده كرد. آلودگی‌های صنعتی خورنده عموماً از طریق بارش باران برق یا همراه رطوبت بر روی هسته فولادی تقویت‌كننده هادیهای ‌ACSR رسوب می‌كنند. بدین صورت پوشش گالوانیزه اعمالی روی این سیم‌های فولادی كه نقش آند فدا شونده را ایفا می‌كند، بتدریج مصرف می‌شود.

مهندس محمدرضا شیرپی

---