خطوط انتقال انرژی

[Murtaza]

خطوط انتقال:
فرآیند جابجایی توان الکتریکی را انتقال انرژی الکتریکی گویند. این فرآیند معمولاً شامل انتقال انرژی الکتریکی از مولد یا تولید کننده به پست های توزیع نزدیک شهرها یا مراکز تجمع صنایع است و از این پس یعنی تحویل انرژی الکتریکی به مصرف کننده ها درمحدوده توزیع انرژی الکتریکی است . انتقال انرژی الکتریکی به ما اجازه می دهد تابه راحتی و بدون متحمل شدن هزینه حمل سوخت ها و همچنین جدای از آلودگی تولید شده از سوختن سوخت ها در نیروگاه ، از انرژی الکتریکی استفاده کنیم . حال آنکه در بسیاری موارد انتقال منابع انرژی مانند باد یا آب سدها غیر ممکن است و تنها راه ممکن انتقال انرژی الکتریکی است .

انرژی الکتریکی را می توان به طور اقتصادی به فاصله های دور انتقال داد. برق از نیروگاه تا مراکز بار به وسیله خطوط انتقال فشار قوی انتقال می یابد . یک خط انتقال رامی توان به یک لوله آب تشبیه کرد که هر چه فشار آب بیشتر ولوله بزرگتر باشد آب بیشتری در لوله جریان خواهد یافت . به همین طریق هر چه ولتاژ بیشتر باشد و قطر سیم بزرگتر باشد انرژی الکتریکی بیشتری از خط انتقال عبور خواهد کرد.

هر چه ولتاژ بیشتر باشد تولید وانتقال ارزانتر تمام می شودزیرا ازرابطه   افزایش ولتاژ موجب کاهش جریان برای مقدار معین توان می شود . هر چه جریان کمتر باشد اندازه کابل ها ، سوئیچ گیرهای حفاظتی کوچکتر و تلفات توان خط () نیز کنترل و کمتر می شود.

آشنایی با شبکه های انتقال انرژی

تاریخچه انتقال انرژی الکتریکی :

سال ها پیش یعنی در سالهای آغازین استفاده از انرژی الکتریکی ، انتقال توان با همان ولتاژ مصرف کننده ها انجام می گرفت و این به دلیل استفاده از توان الکتریکی به صورت DC بود ، چرا که در آن زمان هیچ راهی برای افزایش ولتاژ DC وجود نداشت و از آنجا که انواع مختلف مصرف کننده ها مثل لامپ ها یا موتورها نیازمند ولتاژهای مختلفی بودند برای هر یک باید از ژنراتوری جداگانه استفاده کرد که این خود امکان استفاده از یک شبکه بزرگ برای تغذیه کلیه مصرف کنندگان را از بین می برد. با استفاده از ترانسفورماتور امکان اتصال مولدها به خطوط انتقال ولتاژ بالا و همچنین امکان اتصال خطوط ولتاژ بالا به شبکه های محلی توزیع فراهم شد. با انتخاب فرکانسی مناسب امکان تغذیه انواع بارها از جمله روشنایی ها و موتورها ایجاد می شد . مبدل های گردان و بعدهای لامپ های قوس جیوه و دیگر یکسو کننده های جریان امکان اتصال مصرف کننده های DC را با استفاده از یک نوع یکسوساز به شبکه مهیا می ساختند . حتی مصرف کننده های با فرکانس های متفاوت هم می توانستند با استفاده ازمبدل های گردان به شبکه متصل شوند . با استفاده از نیروگاه های متمرکز برای تولید برق همچنین امکان صرفه جویی به وسیله تولید انبوه فراهم شد و ضریب بار در هر نیروگاه امکان تولید با راندمان بالاتر را نیز ایجاد کرد به طوریکه امکان استفاده از برق با قیمت کمتی برای مصرف کننده ها فراهم شد . بدین ترتیب امکان به وجود آمدن یک شبکه بزرگ برای تغذیه انواع مختلفی از مصرف کننده ها بوجودآمد .

با استفاده از نیروگاه های چند برابر بزرگتر که به منطقه بزرگی اتصال داده شده بودند ،قیمت تمام شده تولید برق کاهش یافت و امکان استفاده ازنیروگاه های با راندمان بالاتر فراهم شد که می توانستند بارهای مختلف راتغذیه کنند. همچنین بدین ترتیب ثبات تولید برق افزایش پیدا کرد و هزینه سرمایه گذاری دراین بخش کاهش یافت ودرنهایت امکان استفاده ازمنابع انرژی دور افتاده مثل نیروگاه های هیدروالکترویک ویا زغال سنگ معادن دوردست ،بدون نیاز به پرداخت هزینه حمل ونقل سوخت ها فراهم شد.

در طول قرن بیستم ولتاژ انتقال رفته رفته افزایش یافت . در سال 1914پنجاه پنج خط انتقال با ولتاژ بیش از 70 کیلوولت درحال استفاده بودند که دراین میان بیشترین ولتاژ انتقال 150 کیلوولت بود . اولین خط انتقال سه فاز نیز باولتاژ 110 کیلو درآلمان بین لاچهامر وریزا درسال 1912 راه اندازی شد .درهفدهم آوریل 1929 اولین خط انتقال 220 کیلوولت در آلمان به بهره برداری رسید که درمسیرش از نزدیکی چهار شهر عبور می کرد . در این خط دکل ها برا ی افزایش ولتاژ احتمالی تا 380 کیلوولت ساخت شده بودند . اولین خط انتقال 380 کیلوولت درسال 1957 ساخته شد، ده سال بعد یعنی در سال 1967 اولین خط انتقال با ولتاژ بسیار بالای 735 کیلو ولت ساخته شد.

در نهایت درسال 1982 در اتحاد جماهیر شوروی خط انتقالی با ولتاژ 1200 کیلوولت ساخته شد؛ این ولتاژ بیشترین ولتاژ مورد استفاده قرار گرفته درخطوط انتقال در جهان است. علت استفاده از چنین ولتاژی درشوروی پهناور بودن این کشور نسبت به تراکم شهرها بود.

 

ساختمان یک خط انتقال نمونه :

اکثر خطوط انتقال ، هوایی می باشند زیرا خطوط زمینی برای انتقال به فواصل زیاد بسیار گران تمام می شوند. هادیهای خطوط هوایی به وسیله برج های مشبک فولادی ( دکل ) یاپایه های چوبی ،جهت عایق نمودن هادیها از زمین در هر نوع شرایط جوی و جلوگیری از تماس اتفاقی می باشد. استفاده از پایه های بلند این امکان را می دهد تا از اسپن های بلند ودر نتیجه تعداد پایه های کمتری استفاده کرد.

اندازه یا طول مقره بستگی به ولتاژ خط دارد. هر چه ولتاژ قویتر باشد بایستی طول زنجیره مقره بلندتر باشد . هادی ها معمولا ازآلومینیوم رشته ای با هسته فولادی است . آلومینیوم هادی خوبی برای الکتریسته است . و هسته فولادی موجب مقاوم شدن هادی می شود . یک هادی مقاوم سبک رامی توان با فلش کمتر دراسپن های بلند استفاده نمود.

ولتاژ خط انتقال :

نیروی الکتریی در نیروگاه ها 13800ولت تا 24000 ولت تولید می شود. یک ایستگاه ترانسفورماتورافزاینده بعد ازنیروگاه ولتاژ را تقویت میکند تا با بازده بالا انتقال یابد . ولتاژهای تولیدی درنیروگاه تا ولتاژهای معمول خط انتقال یعنی 123000 ولت ، 230000 ولت ، 400000 ولت ، 500000 ولت و 765000 ولت افزایش می یابد .به عنوان یک قاعدة کلی ، اگرولتاة 2 برابر گردد انرژی که می توان بدون افزایش تلفات خط انتقال داد، چهار برابر می شود.

درخطوط فشار قوی (EHV ) مانند مدارهای 500 کیلوولت از هادی های باندل که 2 ، 3 یا 4 هادی به وسیله اسپیسر دمپر به یک دیگر متصل می گردند استفاده میشود. باندل نمودن هادی ها باعث جلوگیری ازمشکلات ولتاژ فشار قوی می گردد.

درهر صورت ظرفیت افزایش یافته هادی علاوه بر ولتاژ فشار قوی اجازه می دهد یک خط 500 کیلو ولت تک مداره تا معادل 8 مدار230 کیلوولت انرژی حمل نماید .

توان ورودی به شبکه :

در نیروگاه ها توان الکتریکی با ولتاژ نسبتاً کمی ( درنهایت 30 کیلوولت ) تولید می شود و سپس به وسیله ترانسفورماتورهای پست قدرت با توجه به طول مسیر ودیگر ملاحظات شبکه تا ولتاژی بین 115 تا 765 کیلوولت (در ایران معمولاً 400 کیلوولت است) افزایش می یابد تا امکان انتقال آن درطول مسیرهای طولانی فراهم شود.

پست های سیستم انتقال :

پایانه های خطوط انتقال در پست ها و سوئیچ ها یاردها ( محوطة کلیدها ) قرار دارند . پست های برق ، ایستگاه های تغییر ولتاژ هستند. ترانسفورماتورها می توانند به منظور انتقال مؤثر ولتاژ فشار قوی ، ولتاژ را افزایش یا برای توزیع نیرو درجاده ها و خیابان ها ، ولتاژ راکاهش دهند .

تجهیزات به گونه ای طراحی شده که ایستگاه بتواند درصورت خارج شدن قسمتی ازمدار ، خط توزیع مربوطه را تغذیه نماید .

سوئچ یارد (محوطه کلیدها ) :

سوئیچ یاردها درپایانه های خطوط انتقال قرار دارند . یک سوئیچ یارد شامل کلید های قطع کننده (سکسیونر ها )، ( مدار شکن ها ) ، (دیژنگتور ها )،رله ها وسیستم های ارتباطی برای محافظت مدار می باشد. سوئیچ یارد این مکان را ایجاد می کند که برق از مدارهای مختلف عبور کند و اطمینان حاصل شود که حتی وقتی بعضی از قسمتهای یک سیستم قدرت خراب می شودمشتریان به صورت مستمر سرویس دریافت دارند.

مدارهای متعددی که به داخل یک سوئیچ یارد وارد می شود به وسیله یک مدار مشترک به نام باس یا شینه به یکدگیر ارتباط می یابند . اصطلاح باس از کلمه اومنی باس به معنی مجموعه ای از اشیاء متعدد یا در این حالت یک مجموعه ای از مدارها متعدد است . باس بایستی بتواندجریان خطی زیادی راحمل نماید بنابراین معمولاً شامل هادیهای خیلی بزرگ یا لوله مسی یا آلومینیومی بزرگ و سخت می باشد.

وظیفه خطوط هوایی :

خطوط هوایی انتقال انرژی که از اجزاء اصلی شبکه های الکتریکی گسترده محسوب می شوند وظیفه انتقال انرژی الکتریکی را از نقاط تولید به مرکز مصرف به عهده دارد .

بحث انتقال از آنجا آغاز گردیده که تولید انرژی الکتریکی در بعضی مناطق به سبب وجود پتانسیل و فاکتورهای لازم جهت تولید در آن منطقه افزایش یافته و بایست این انرژی به سایر نقاط هم ارسال شود .

تعاریف و اصطلاحات :

کشش (Tension ) : مقدار نیرویی که اگر سیم در نقطه ای پاره شود لازم است در همان نقطه اعمال گردد تا سیم شکل سابق خود را حفظ کند کشش را با حرف T نمایش می دهند واحد آن kg است .

فلش (Sag ) : بزرگترین فاصله قائم بین منحنی سیم وخطی که از انتقال اتصال هادی دو برج مجاور می گذرد را فلش می گویند. فلش را با حرف F نمایش میدهد.

اسپن ( Span ) : به فاصله افقی بین دو برج متوالی اصطلاحاً اسپن گویند .

اسپن را با حرف S نمایش می دهند واحد آن متر است و دارای انواع زیر می باشد.

اسپن معمولی                                اسپن افقی یااسپن باد

اسپن متوسط                                 اسپن بحرانی    

اسپن تعادل                                   اسپن الکتریکی

اسپن قائم (اسپن وزن )

سکشن ( Section  ) : قسمتی از مسیر خط که محدود به دو برج کششی بوده و ما بین آنها تعدادی برج آویزی قرار می گیرد را اصطلاحاً سکشن گویند.

حداکثر مقاومت کششی : مقدار مقاومت کششی است که اگر به سیم وارد شود سیم شروع به پاره شدن خواهد نمود حداکثر مقاومت کششی را با U.T.S نشان می دهند واحد آن کیلوگرم است .

ضریب انبساط خطی : نسبت تغییر طول نسبی ناشی از حرارت به تغییر درجه حرارت را ضریب انبساط خطی گویند و با حرف a نشان می دهند .

نکته : واحد ضریب انبساط خطی yc می باشد.

«منحنی سیم یا منحنی شنت ( Catenarg ) : عبارت ایست از منحنی ریسمانی که کاملاً قابل انعطاف بوده از دو نقطه نگهدارنده آن آویزان شده تحت بار گسترده و یکنواختی نظیر وزنش قرار گرفته باشد. منحنی سیم تحت درجه حرارتهای مختلف ، شکلهای مختلفی خواهد داشت عمده منحنی هایی که درطراحی به کار برده می شوند عبارتند از :

منحنی گرم                         منحنی فاصله های از زمین

منحنی سرد                         منحنی معمولی

تمپلت ( Template ) : به وسیله ای که منحنی های مختلف سیم بر روی آن رسم گردیده و جهت برجگذاری مورد استفاده قرار می گیرد اصطلاحاً تمپلت گویند.

پلان ( plan ) :دید از بالای مسیر خط انتقال که نشان دهنده وضعیت زمین وعوارض موجود درحاشیه باند مسیر عبور خط می باشد را پلان می گویند .

پروفیل ( Profile ) : دید از روبروی مسیر خط انتقال که نشان دهنده پستی و بلندیهای مسیر عبور خط بوده و برشی از محور مرکزی خط انتقال و زمین رانشان دهد پروفیل گویند.

برج ( Tower ) : برج یا تاور که گاهی پایه نیز نامیده می شود وظیفه نگهداری هادیهای خط انتقال را به عهده داشته و دارای انواع مختلف زیر میباشد.

برج آویزی : suspension tower: برجهایی را گویند که درآنها زاویه مجاز انحراف خط از چند درجه تجاوز نمی کند و 1- زنجیره مقره در آن به صورت آویزی می باشد 2- کشش افقی سیم در دو طرف این نوع برجها برابربوده و 3- اغلب برای مسیر مستقیم خط انتقال بکار می رود .

برج کششی : tension tower :برجهایی را گویند که زاویه انحراف مجاز خط در آنها زیاد بوده و به عبارت دیگر می توانند نیروهایی ناشی از قرارگرفتن برج در زاویه های مسیر خط را تحمل نمایند . این نوع برجها می توانند بسته به زاویه ای که برای آن طراحی شده اند مقداری اختلاف کشش در دو طرف خود را تحمل نمایند به همین دلیل برجها را برجهایی زاویه نیز می نامند . زنجیره مقره در برجهای کششی در ابتدای سیم قرار دارندو از آنها در مسیر مستقیم یانقاط زاویه استفاده می شود .

برج انتهایی : پایه ای کششی بوده ودر ابتدا و انتهای خط انتقال به کار برده می شود.این نوع برجها از انواع قبلی سنگین تر بوده وتحمل نیروهای کشش کاملاً نامتقارن در دو طرف خود را دارد.

انتخاب سطح ولتاژ انتقال : پارامترهای مشخص در آغاز طراحی یک خط انتقال نیرو عبارتند از : 1- طول خط 2- قدرت مورد نظر جهت انتقال .

انتخاب ولتاژ اقتصادی : ولتاژهای استاندارد شده انتقال در ایران kv 400 و kv 230 می باشد. ولتاژهای فوق توزیع kv 132 و kv 63 وولتاژهای توزیع نیز kv 20 و 400 ولت تعیین شده اند . لذا اولین شرط لازم انتخاب یکی از ولتاژهای استاندارد شده فوق جهت انتقال می باشد. ولتاژهای دیگری در چند استان کشور در ردیف ولتاژهای فوق توزیع وجود دارد که ازجمله به ولتاژ kv 33 بجای kv 20 در استان خوزستان . ولتاژ kv 11 دراستانهای خوزستان و فارس و سیستان و ولتاژ kv 66 به kv 63 دراستان فارس اشاره نمود.

طراحی هادیهای خطوط انتقال :

مهمترین اجزاء هر شبکه انتقال انرژی هادیها هستند ومسیر جریان از طریق آنها برقرار می گردد.

سیم محافظ: سیم محافظ هوایی که در سر تا سرمسیرخط امتداد می یابد تنها به عنوان چتری محافظ بر روی هادیها بوده تا آن را ازبرخورد مستقیم صاعقه و ایجاد اختلال درانتقال انرژی مصون دارد.

از جنبه  اقتصادی هادیهای خطوط انتقال دارای اهمیت بسزایی هستند . هزینه بهره برداری مربوط به افت انرژی وتلفات توان نیز مستقیماً با نوع ومقطع های خط مرتبط است.

جنس هادیهای خطوط انتقال :

در سالهای اولیه جنس هادیها از مس انتخاب می شد ولی بعداً از آلومینیوم استفاده کردند به دلیل وزن سبکتر وقیمت کمتر ولی قابلیت هدایت الکتریکی و استقامت مکانیکی الومینیوم ازمس کمتر است لذا بایستی جهت انتقال جریان مساوی  سطح مقطع هادی آلومینیومی را بزرگتر از هادی مسی انتخاب کنیم.

شدت میدان الکتریکی هادی آلومینیومی با افزایش قطر هادی کاهش می یابد ودرنتیجه تلفات ناشی از کرونا کم می شود .و این موضوع نیزامتیاز دیگری برای هادیهای آلومینیوم محسوب می شود.

درعمل برای دستیابی به سطح مقطع های زیاد و بالا بردن قابلیت انعطاف در نصف خطوط انتقال معمولاً از هادی های رشته ای استفاده می کرد این رشته ها از نظر الکتریکی موازی یک دیگر بوده و در طول هادی به صورت مار پیچ برروی هم می غلتند . با این کارمقاومت سیم بدلیل اثر پوستی کاهش می یابد.

برای ازدیاد مقاومت مکانیکی هادیها نیز درون آنها را با رشته های فولادی آلیاژهای فلزی دیگر تقویت می کند.

انواع هادیهای خطوط انتقال نیرو :

هادیهای خطوط انتقال نیرو از لحاظ نوع جنس وکاربرد انواع مختلفی دارندکه مهمترین آنها را می توان به صورت زیر خلاصه نمود.

1-    هادیهای تمام آلومینیوم (AAC )

از نوع هادیهای رشته ای بوده ومقاومت مکانیکی پایینی دارد به همین دلیل بیشتردر خطوط با اسپن کوتاه استفاده می شوندو بیشترین کاربرد آن در خطوط kv 20  است .

2-    هادی آلیاژ آلومینیوم ( bus- bar )

این هادی دارای استقامت مکانیکی بهتری نسبت به هادی نوع قبل دارد. این هادیا درخطوط kv 20 و kv 63 با اسپن کوتاه استفاده می شود.در سیستمهای انتقال به عنوان هادیهای باس بار مورد استفاده قرار می گیرد .

3-    هادی آلومینیوم با مغزی فولادیی (ACSR )

این هادیها به دلیل استقامت الکتریکی ومکانیکی بالا در خطوط انتقال انرژی استفاده می شود. قسمت مرکزی این هادیها جهت افزایش استقامت مکانیکی از جنس فولدمی باشد.

4-    هادی آلومینیم با مغزی آلیاژی (ACAR  )

کاملاً مشابه هادیهای ACSR بوده ولی جهت افزایش مقاومت مکانیکی وکاهش میزان خوردگی از آلیاژ مخصوصی بجای فولاداستفاده می شود.

5- هادیهای با تلفات کم ( SLAC )                small loss ACSR

6- هادی GTACSR

هادی ACSR با فواصل هوایی را GTACRS گویند که اخیراً جهت افزایش قدرت انتقال درکشور ژاپن ساخته شده است . دارای ظرفیت انتقالی بالا و مقاومت بیشتر در برابر خوردگی است .

7- هادی فولادی با روکش مس copper clad steel

8- فولادی با روکش آلومینیوم aluminum elad sieel

مدلهای خطوط انتقال انرژی :

دراین قسمت به دلیل نیاز به مشخصه های الکتریکی خط در روابط آتی لازم است ضمن آشنایی مختصر با انواع مدلهای خطوط انتقال نیرو باید ازمعادل هر یک از آنها نیز آشنا شویم.

خطوط انتقال انرژی را به سه دسته تقسیم بندی می کنیم :

-         خطوط انتقال کوتاه

-         خطوط انتقال متوسط

-         خطوط انتقال بلند

خطوط انتقال کوتاه :

اگر طول خط کمتراز km 100 باشد خط انتقال را کوتاه می نامند ومی توان از ادیستانس مربوط به کاباستانس در فرکانس hz 50 صرفه نظر نموده و تنها مقاومت اهمی و سری خط را در نظر گرفت جریان ورودی در ابتدا برابر جریان در امتداد خط میباشد .

خط انتقال متوسط و بلند :

خطوط انتقال انرژی نیرو بین 100 تا 250 کیلومتر را خطوط متوسط وبالای km 250 را خطوط انتقال بلند یا طولانی می گویند .با افزایش طول و ولتاژ جریان نشتی ناشی از ظرفیت خط نسبت به زمین قابل ملاحظه شده وآنرا باید درنظر گرفت لذا درخطوط انتقال با طول متوسط موازی درمحاسبات وارد می شود .اگر امپدانس خط را به طور متمرکز درنظر بگیریم ادیستانس خط را به دو قسمت تقسیم کنیم و درابتدا و انتهای خط قراردهیم مدار اهمی .. بدست می آید .

بررسی پخش بار :

پخش بار در یک شبکه الکتریکی عبارت است ازمیزان ولتاژ ، زاویه بار ،توان اکتیو ، جریان و ضریب قدرت در تمام نقاط شبکه که شامل باسبارها و اتصالات بین آنها می باشد.

انجام محاسبات پخش بار چه در شبکه های موجود و چه در شبکه های پیش بینی شده برای آینده ضروری بوده و تعیین کننده مشخصات اجزای الکتریکی شبکه ازجمله خطوط انتقال انرژی الکتریکی است . خط انتقال باید بر پایه مفروضات صحیحی طراحی شود تا درهنگام بهره بردرای طراحی انجام شده دارای کارایی لازم بوده و خط تحت شرایطی که برای آن بصورت بهینه طرایح شده مورد بهره برداری قرار گیرد .

دسته بندی باسبارهای شبکه در بررسی پخش بار :

هدف محاسبات پخش بار معین ساختن کمیات الکتریکی (توان ، ولتاژ و.. ) درهر نقطه و اتصال از شبکه می باشد . به همین منظور محل نقاط گره شبکه ، شامل باسبارهای مصرف و انتقال وتولید از دیدگاه کمیات معلوم ومجهول آنه به سه نوع کلی تقسیم بندی می شوند :

1)     باس جبرانگر :

وظیفه این باس که ولتاژ و زاویه بار آن ثابت وبه عنوان مرجع در نظر گرفته میشود (معمولاً 0>1) تأمین توان مصرف شده در شبکه می باشد. میزان این تلفات توان الکتریکی در انتهای محاسبات مشخص می گردد . در شبکه سراسری ایران باس نیروگاه سد دز به عنوان باس جبرانگر انتخاب شده است وولتاژ زاویه ولتاژ سایر باسها درمقایسه با آن محاسبه میشود.

2)باس بار کنترل ولتاژ :

دراین نوع باس ولتاژ و توان اکتیو باس مشخص می باشد و مقادیر مجهول ، توان راکتیو وزاویه ولتاژ هستند، معمولاً باسهای نیروگاهی از این نوع می باشند.

استفاده از نتایج پخش بار در طراحی خطوط انتقال :

برای طراحی یک خط ، میزان بار انتقالی آن در هنگامی که در شبکه متصل می گردد وپس از بهره برداری از آن با پیش بینی تغییراتی که در شبکه بر طبق برنامه ریزی صورت می گیرد انجام می پذیرد . باید درهنگام محاسبات پخش بار برای استفاده از آن در طراحی خط ،تمامی گزینه های ممکن برای گسترش شبکه در طول عمر مفید خطرا در نظر گرفت .

کاربرد محاسبات اتصال کوتاه درطراحی خطوط :

خطای اتصال کوتاه به حالتی اطلاق میشود که درآن یک فاز و یا ترکیبی از فازها از طریق امپدانس معمولاً کوچک (Zsc ) به زمین و یا به یکدیگر متصل کردند. نحوه اتصال فازها به یکدیگر و یا زمین نوع اتصال کوتاه رامشخص می سازد به طور کلی میتوان احتمالات مختلف بروز خط را در چهار حالت زیر طبقه بندی نمود.

1)     خطای اتصال کوتاه سه فاز (LLLG )

در این حالت فازهای خط به یکدیگر متصل می گردند . معمولاً در این نوع حالت خاص که در آن سه فاز به طور مستقیم و در واقع با امپدانس اتصال کوتاه صفر به یکدیگر وصل میشوند ، مد نظر می باشد.

2)خطای اتصال کوتاه یک فاز به زمین (LG )

در این حالت یک فاز از طریق امپدانس ( Zsc ) به زمین متصل میشود. این نوع خطا بیشترین احتمال بروز را دارد .

4)خطای اتصال کوتاه دو فاز به یکدیگر ( LL ) :

در این حالت دو فاز از طریق از طریق امپدانس اتصال پیدا می کنند .

انواع برجها :

1-    برج وسط خط ( Tangent)

A – بدون انحراف مستقیم وبا زنجیره مقره آویزی ( Suspension )

b- زاویه ، که معمولاً بسته به زاویه که می گیرد می تواند بصورت زیر باشد.

           Light suspension( LS)              درجه (3-0)

          (MS ) Medium suspension                  درجه (6-0)

          Heavy suspension (HS)            درجه (15-0)

2-    برجه زاویه (Angle ) :

که برای تغییر امتداد مسیر خط وقرار گرفتن در زوایا طراحی می شود .

ضمناً در این نوع برجها زنجیره مقره از نوع کششی (Tension ) می باشد.

3-    برج انتهایی ( Terminal ) :

در ابتدا و انتهای خط و در ارتباط خط با پست از این نوع برجها استفاده می شود.

قوس الکتریکی  :

قوس الکتریکی به محض جدا شدن کنتاکتها از یکدیگر ظاهر میشود و این بدین معناست که جریان محیط عایقی را برای عبور به صورت قوس مساعد می نماید و بدین شکل پلی برای عبور سیل وار جریان بین کنتاکتها ایجاد می نماید محیط عایقی در مسیر قوس الکتریکی حاوی گاز با بخار گاز میباشد.

ماده به حالت های مایع جامد گاز در طبیعت آشکار می گردد ماده در حالت عادی از نظر الکتریکی بواسطه داشتن بارهای مثبت و منفی مساوی خنثی میباشد لیکن تحت شرایطی می توان یونیزه شود .

خاموش نمودن قوس در کلیدهای جریان متناوب :

مناسب ترین زمان خاموش شدن قوس درکلیدهای جریان متناوب وقتی است که جریان به نقطه صفر میرسد .

در واقع تجریان متناوب در هر ثانیه 100 دفعه از نقطه صفر میگذرد . دراین نقطه قوس برای یک لحظه کوتاه ناپدید میشود. لیکن دوباره با بالا رفتن موج جریان ظاهر میشود. با ناپدید شدن قوس در نقطه صفر فضای بین کنتاکتها میبایست سریعاً با ایجاد محفظه غیر یونیزه تازه مثل روغن ، هوای تازه ،گاز CF6 و خلا – احیا شده و استقامت دی الکتریک بین کنتاکتها طوری افزایش می یابد که قوس بعد از صفر جریان ادامه نمی یابد .

با ظاهر شدن ولتاژ در دو سر کنتاکتها اگر استقامت عایقی بین کنتاکتها کمتر از ولتاژ قوس میباشد . قوس میتواند دوباره برگردد . در چنین حالتی قوس برای یک نیم سیکل دیگر ادامه می یابد که میبایست در صفرهای بعدی جریان خاموش شود.

مراحل خاموش شدن قوس ، دارای دومرحله می باشد که می بایست مورد بررسی قرار گیرد :

-         مرحله قوس نخست

-         مرحله بعد از خاموشی قوس درمرتبه اول .

مرحله قوس با تنش های حرارتی بسیار زیاد همراه است بهمین دلیل در طراحی محفظهای قطع سعی بر انست که درجه حرارت قوس بطور سریع و بصورت محوری کاهش یابد .

کلیدهای فشار قوی :

کلیدهای وسیله ارتباط سیستم های مختلف هستند و باعث عبور و یا قطع جریان می شوند . مهمترین و اصلی ترین وظیفه کلیدها قطع و وصل مدارها در جریانهای عادی وخطا می باشد که قطع جریانهای خطا شرایط حادتر و سنگین تری را بر کلیدها تحمیل می نماید بطوریکه این وظیفه به عمده ترین پارامتر طراحی کلیدها تبدیل شده است قطع مدار در حالت خطا یا اتصال کوتاه در کلیدعموماً با بروز قوس الکتریکی شدیدتر انجام می باشد.

کلید در حالت بسته (عبور جریان )و یا در حالت باز ( قطع جریان ) دارای مشخصاتی بشرح زیر می باشد.

1-    در حالت قطع دارای استقامت الکتریکی کافی ومطمئن درمحل قطع شدگی است .

2-    درحالت وصل باید کلید درمقابل کلیه جریانهائی که امکان عبور آن در مدار هست ، حتی جریان اتصال کوتاه ،مقاوم وپایدار باشد و این جریانها و اثرات ناشی از آن نباید کوچکترین اختلالی در وضع کلید و هدایت صحیح جریان بوجود آورد .

بدین ترتیب باید کلید فشار قوی در مقابل اثرات دینامیکی و حرارتی جریانها مقاوم باشد . البته برای اینکه ساختمان کلید ساده تر و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد ، اغلب استقامت الکتریکی ودینامیکی و حرارتی کلید را توسط دستگاه های حفاظتی تا حدودی محدود می کنند . کلیدهای فشار قوی را می توان برحسب وظایفی که بعهده دارند به انواع مختلف زیر تقسیم نمود.

1-    کلید بدون بار یا سکسیونر Trennschalter – Isolating Switch

2-    کلید قابل قطع زیر بار یا سکسیونر قابل قطع زیر بار    Lasttrennschanter

3-    کلید قدرت یا دیژنکتور             Leistungsschalter

الف ) کلید بدون بار ( سکسیونر )

سکسیونر وسیله قطع ووصل سیستمهائی است که تقریباً بدون جریان هستند به عبارت دیگر سکسیونر قطعات ووسائلی را که فقط زیر ولتاژ هستند از شبکه جدا می سازد .« تقریباً » بدون بار بدان معنی است که می توان به کمک سکسیونر جریانهای کاپاسیتیو مقره ها ، ماشین ها و تاسیسات برقی و کابلهای کوتاه و همینطور جریان ترانسفورماتور ولتاژ را نیز قطع نمود و یا حتی ترانسفورماتورهای کم قدرت را با سکسیونر قطع کرد.

برحسب این تعریف درصورتیکه از سکسیونر جریان عبور کندولی در موقع قطع اختلاف پتانسیلی بین دو کنتاکت آن ظاهر نشود .قطع سکسیونر بلامانع است . همینطور وصل سکسیونری که بین دو کنتاکت آن تفاوت پتانسیلی موجود نباشد گرچه به محض وصل باعث عبور جریان گردد نیز مجاز خواهد بود .

از آنچه که گفته شده چنین نتیجه می شود که سکسیونر یک کلیدنیست بلکه یک ارتباط دهنده یا قطع کننده مکانیکی بین سیستمها است ، بدون اینکه مداری بسته شود باید سکسیونر طوری ساخته شود که در اثر جرم و وزن تیغه یا فشار باد و برف وغیره خود بخود بسته نشود .یا در موقع بسته بودن کیدنیروی دینامیکی شدیدی که در اثر عبور جریان اتصال کوتاه بوجود می آید باعث لرزش تیغه یا احتمالاً باز شدن آن نگردد. از این جهت درموقع شین کشی و نصب سکسیونر بایددقت کرد تا تیغه سکسیونر در امتداد شین قرار گیرد و بدینوسیله از ایجاد نیروی دینامیکی حوزه الکترومغناطیسی جریان اتصال کوتاه جلوگیری بعمل آید . شکل چندنمونه سکسیونر را نشن می دهد.

بهمین منظور تیغه سکسیونر بصورت تسمه یا پروفیل های موازی ساخته می شود تا نیروی الکترودینامیکی حاصل از جریان اتصال کوتاه باعث فشردن هر چه بیشتر تیغه درمحل کنتاکت دهنده باشد واز لرزش آن که باعث کوچک شدن سطح تماس می گردد جلوگیری شود.

مورداستعمال سکسیونر

همانطور که گفته شده اصولاً سکسیونرها وسائل ارتباط دهنده مکانیکی وگالوانیکی قطعات و سیستمهای مختلف می باشند ودر درجه اول بمنظور حفاظت اشخاص ومتصدیان مربوطه درمقابل برق زدگی بکار برده می شوند. بدین جهت طوری ساخته می شوند که درحالت قطع یا وصل ،محل قطع شدگی یاچسبندگی بطور واضح و آشکار قابل رویت باشد . یعنی در هوای آزاد انجام گیرد.

از آنجا که سکسیونر باعث بستن یا باز کردن مدار الکتریکی نمی شود ، برای باز کردن وبستن هر مدار الکتریکی فشار قوی احتیاج به یک کلید دیگری خواهیم داشت بنام کلید قدرت که قادر است مدار ا تحت هم شرایطی باز کند وسکسیونر وسیله ای است برای ارتباط کلید قدرت به شین ویا هر قسمت دیگری از شبکه که دارای پتانسیل است .لذا طبق قوانین متداول الکتریکی جلوی هر کنید .

انواع مختلف سکسیونر

سکسیونر را می توان از نظر ساختمانی به انواع مختلف زیر تقسیم نمود :

1) سکسیونر تیغه ای                         Hebeltrellschaltr

2) سکسیونرکشوئی                          Schubtrennschaltr

3) سکسیونر دورانی                          Drehtrennschaltr

4) سکسیونر قیچی ای             Scherentrennschaltr

ب) کلید قابل قطع زیربار

به علت اینکه در بیشتر شبکه ها و پست های کوچک ، کلید قدرت و سکسیونر ووسائل اضافی مربوط به چفت و بست آنهامبالغ زیادی از مخارج و هزینه کل تاسیسات را شامل می گردد . و بعلت اینکه در اغلب موارد نصب کلید قدرت بامزایای قطع ووصل سریع آن حتماً لازم و ضروری نیست . کلید سکسیونر قابل قطع زیربار طرح وساختهشد .

کلید فشار قوی قابل قطع زیر بار در ضمن اینکه باید وظیفه یک سکسیونر را انجام دهد ، یعنی در ضمن برداشتن ولتاژ یک قطع شدگی قابل رویت ومطمئن درمدار شبکه فشار قوی بوجود آورد ، باید قادر باشد مانند یک دیژنکتور ، قدرتهای کوچک الکتریکی را نیز قطع کند. لذا هر سکسیونر قابل قطع زیرباری باید دارای وسیله ای برای قطع فوری جرقه باشد.

اساس کار خاموش کردن جرقه در این محفظه همانند کلیدقدرت با گاز جامد است .

در اثر حرارت جرقه اولاً مقداری گاز از سطح داخلی عایق متصاعد میشودکه باعث خنک شدن جرقه شده وعمل خاموش کردن جرقه را سهل تر می سازد . در ثانی بعلت برگشت سریع انبرک دراثر باز شدن مجدد فنر ، فاصله بین دو کنتاکتی که جرقه میزند به سرعت زیاد شده و این اضافه طول باعث قطع جرقه قبل از خارج شدن سوزن جرقه گیر ازکنتاکت ثابت کلید می شود.

ج ) کلید قدرت یا دیژنکتور

دیژنکتورکلید بستکه می تواند در موقع لزوم جریان عادی شبکه ودر موقع خطا جریان اتصال کوتاه وجریان اتصال زمین و یا هر نوع جریانی با هر اختلاف فازی راسریع قطع کند.

برای ا نتخاب کلید قدرت باید به نکات زیرتوجه کرد :

1-    ولتاژ نامی کلید که معمولاً برابرولتاژ شبکه ایست که کلید درآن نصب می شود،و می تواند در حدود 15% هم از ولتاژ شبکه کوچکتر باشد .اغلب بخاطر بوجود آوردن اطمینان بیشتر در استحکام شبکه از کلیدی استفاده میشود که ولتاژ نامی آن ولتاژ شبکه قدری بزرگتر باشد. مثلاً درشبکه 13 هزاار ولت ، از سری KV 20 به جای KV 10.

2-    جریان نامی که مساوی با بزرگترین جریان کار معمولی شبکه است .

3-    قدرت نامی قطع کلید که باید به قدرت اتصال کوتاه در محل کلید مطابقت کند.

برای محاسبه قدرت قطع کلید وجریان اتصال کوتاه شبکه می توان از کتاب محاسبه اتصال کوتاه در شبکه از انتشارات دانشگاه تهران کمک گرفت .

در ضمن با همین قدرت قطع ، قدرت وصل نامی کلید نیز عملاً مشخص می شود ، زیرا بر حسب تعریف VDE باید قدرت وصل کلید در حدود 5/2 برابر قدرت قطع آن باشد.

4-    نوع فرمان وصل کلید : دستی – الکتریکی و یا کمپرسی توسط هوای فشرده

5-    طریقه نصب کلید : کشوئی- ثابت

6-    نوع قطع کننده اتوماتیک :قطع کننده پریمر یا قطع کننده زکوندر

7-    برای نصب درشبکه آزد یا شبکه سرپوشیده

یکی دیگر از مشخصات مهم کلید ،زمان تأخیر در قطع کلید است . این زمان برحسب تعریف عبارتست از حد فاصل زمنی بین لحظه فرمان قطع توسط رله مربوطه وآزادکردن ضامن قطع کلید تا خاموش شدن کامل جرقه .

این زمان درکلیدهای مدرن امروزی به 05/0 ثانیه می رسد که تقریباً 02/0 ثانیه آن برای قطع جرقه صرف می شود.

کلیدهای قدرت امروزی برای در حدود 25000 قطع و وصل ساخته می شوند و باید سالیانه یک بار یا پس از هر 3000 بار قطع و وصل یک بار سرویس و مورد بازدید اساسی قرار گیرند.