1- مقدمه

       یکی از عواملی که موجب کاهش فاصله بین هادیهای خط گردیده و می تواند منجر به بروز قوس و قطع خط گردد نوسانات هادیها می باشد . این نواسانات همچنین بر روی اتصالات و هادیهای خط تأثیر نامطلوب داشته و منجر به فرسودگی زودرس ، کاهش عمر مفید و نهایتاً پارگی آنها نیز می گردد .

       به همین علت ، محققان و طراحان خطوط انتقال نیرو همواره به دنبال شناخت دقیق تر این پدیده و یافتن راههایی جهت حذف یا کاهش اثرات سوء آن بوده و هستند . در این بخش نوسانات قابل توجه هادیهای خط معرفی و مشخصات مربوط به هر یک از آنها به اختصار بیان می گردد .

2- انواع نوسانات :

       اصلی ترین نوسانات هادیهای خطوط انتقال انرژی عبارتند از :

- نوسانات آئولین                         ( Aeolian Oscillations )

-      نوسانات هادیهای فرعی ( Subconductors Oscillations )

-      نوسانات گالوپینگ       ( Galloping Oscillations )

در ادامه به تشریح اجمالی هر یک از نوسانات فوق پرداخته و در هر مورد راههایی جهت حذف یا کاهش دامنه این نوسانات ارائه می گردد .

2-1- نوسانات آئولین :

       این نوع نوسان دارای دامنه کمی در حدود قطر سیم ( سانتیمتر ) و فرکانس زیاد بین 4 تا 50 هرتز بوده و بر روی هر نوع سیم هادی اتفاق می افتد . سرعت باد برای ایجاد چنین نوساناتی کم است و به ندرت از 15 متر بر ثانیه تجاوز می کند . در این حالت نوسانات یکنواخت و پایدار در تمام طول یک اسپن ایجاد می شود و آثار آن فرسودگی سیمهای آلومینیومی در محل نگهدارنده ها (Clamps) و شل شدن پیچهای نگهدارنده بازوهای برج می باشد .

     علت بروز این نوسانات وجود نیروهای ناشی از توده هوای گردابی که در جهات بالا و پائین سیم جریان دارند می باشد که تولید فشار نامتعادل کرده و باعث حرکت سیم در جهت بالا و پائین عمود بر جهت جریان هوا می شود .

3-2- نوسانات هادیهای فرعی :

       دلیل ایجاد این نوسانات قرارگرفتن یک هادی در سمت وزش باد و هادی دیگر در طرف محفوظ از باد است که در سرعت معینی از باد ایجاد نوسان می کند .

فرکانس این نوسانات 1 تا 5 هرتز و در باد با سرعت 5 تا 15 متر بر ثانیه اتفاق می افتد ، و حرکت سیم در مسیر بیضی شکل صورت می گیرد و دامنه آن در حدود 5/0 متر می باشد . جهت کنترل این نوسانات در خطوط باندل از فاصله نگهدارهای ارتعاش گیر ( Spacer damper ) استفاده می شود .

2-3- نوسانات حاصل از گالوپینگ :

       علیرغم اینکه نوسانات حاصل از پدیده گالوپینگ به ندرت و غالباً در فصل زمستان اتفاق می افتد ، لیکن به علت دامنه بزرگ نوسانات و خطراتی که می تواند به دنبال داشته باشد ، همواره مورد توجه خاص بوده و در طراحی پیش بینی های لازم برای تقلیل اثرات سوء آن اتخاذ می گردد . به همین علت در اینجا مشخصه های پدیده گالوپینگ ، اثرات آن و راههای پیشگیری از آن را بطور جامع تری نسبت به نوسانات قبلی مورد بررسی قرار می دهیم .

2-3-1- گلوپینگ چیست ؟

       نوسانات ناگهانی سیمهای خطوط فشار قوی با دامنه زیاد و فرکانس کم را گالوپینگ گویند . گالوپینگ در اثر وزش باد و یا خالی شدن بار یخ غیر یکنواخت از روی سیم و بعضاً در اثر اتصال کوتاه های قوی حادث می شود . دامنه نوسانات این پدیده همانطور که ذکر شد زیاد بوده و از 1/0 تا یک برابر فلش هادیها نیز ثبت شده است .

       فرکانس نوسانات این پدیده معمولاً بین ( 1-5/0 ) هرتز با سرعت باد ( 18-7 ) متر بر ثانیه می باشد و این در حالی است که در مواردی با سرعت باد 25 متر بر ثانیه نیز این پدیده بوجود آمده است .

       بطور کلی عوامل ایجاد پدیده گالوپینگ را می توان سرعت و جهت باد ، درجه حرارت محیط ، رطوبت ، نوع یخ روی سیم و ارتفاع برج دانست که قسمت بزرگ حرکت آن در جهت عمودی می باشد .

     وقوع گالوپینگ در هادیهای پوشیده از یخ ، به علت تغییر مشخصه آیرودینامیک نسبت به حالت اولیه بدون یخ می باشد . مشخصه و خواص آیرودینامیکی هادیها نیز با یکدیگر تفاوت دارد و هر هادی با توجه به سطح مقطع آن ، جریان هوا و محیط اطراف آن دارای مشخصه خاص خود می باشد .

       خطوط دو باندل دارای چنان مشخصات آیرودینامیکی هستند که حتی بدون یخ نیز امکان وقوع گالوپینگ وجود دارد . گالوپینگ در سیم های پوشیده از یخ به علت نیروی بالابرنده Lift ایجاد می شود . این نیرو از حرکت متناوب هادیها نتیجه شده و این در صورتی است که سیم تحمل حرکتهای پریودیک را داشته باشد .

      فرکانس ایجاد شده در گالوپینگ معمولاً یک دهم تا یک صدم نوسانات Aeolian می باشد ، در حالی که سرعت باد در هر دو مورد یکسان است . دامنه نوسانات در گالوپینگ نیز بیشتر از یک متر و در نوسانات Aeolian در حدود چند سانتی متر می باشد . این دو پدیده بطور مستقیم با یکدیگر مرتبط نیستند .

      مکانیزم حرکت متناوب سیمها اولین بار در سال 1932 توسط شخصی به نام Den Hartog بیان گردید .

2-3-2- عوامل مؤثر در گالوپینگ :

وقوع گالوپینگ به عوامل زیر بستگی دارد :

1-باد شدید با زاویه بیش از 45 درجه نسبت به امتداد خط

2-یک لایه یخ یا شبنم یخ زده بر روی سیم که دارای مشخصات آیرودینامیکی مناسب باشد .

3-وضعیت یخی که روی سیم می نشیند با توجه به ناپایداری آیرودینامیکی آن .

1- یخ نرم :

       بیشتر در کوهستانها اتفاق می افتد و ظاهری پر مانند و ساختمان دانه دانه و دانسیته حدوداً کمتر از ( g/Cm3 ) 6 دارد . چسبندگی آن به هادی ضعیف و ناچیز است و تأثیر کمی در وقوع گالوپینگ دارد . لیکن اگر یک لایه سیلندری از آن هادی را بپوشاند و باد ملایمی بوزد ، احتمال وقوع نوسانات گالوپینگ وجود دارد . نوسانات با دامنه بزرگ و فرکانس کم ارتباط مستقیم با قطر یخ داشته و دمپرهای طراحی شده برای سیمهای با قطر کم معمولاً بی اثر هستند .

2- یخ سفت :

      بی رنگ است ولی بر اثر ترکیب با حبابهای هوا به رنگ تیره در می آید . دانسیته آن بین  ( g/Cm3 ) 9-6 دارد و چسبندگی آن به هادی عالیست . یخ سخت و شیشه ای عامل اصلی اکثر گالوپینگ هاست .

2-3-3- تخمین دامنه گالوپینگ و فواصل مورد نیاز :

      در سال 1939 توسط A.E.DAVISON یک روش سیستماتیک برای تخمین اینکه چه مقدار فاصله بین بیضی های حاصل از نوسانات گالوپینگ در فازهای مختلف مورد نیاز می باشد ارائه گردید که بر اساس مشاهدات متعدد دامنه ها و مد اشکال بدست آمده بود .

DAVISON ثابت کرد که در اصلی ترین ( بزرگترین ) گالوپینگ مشاهده شده هادی داخل بیضی باقی می ماند و ابعاد بیضی به صورت زیر خواهد بود :

    بنابراین می توان وضعیت بیضی های فازهای مجاور را بررسی و در صورتی که در فاصله هوایی تخلیه الکتریکی قرار گرفته باشند موقعیت آنها را اصلاح نمود و بدین ترتیب از بروز قوس بین فازها در صورت وقوع گالوپینگ پیشگیری بعمل آورد . در جدول زیر فواصل مورد نیاز در ولتاژهای مختلف ارائه شده است .

500

(kv)

345

(kv)

230

(kv)

138

(kv)

115

(kv)

Voltage

1.83

07. 1

76. 0

46 .0

0.46

Phase-Phase

(m)

22. 2

76. 0

61. 0

30 .0

0.30

Phase-Gnd

(m)

2-3-4- اثرات مخرب پدیده ی گالوپینگ

     پس از حادث شدن گالوپینگ ، مشکلاتی در بهره برداری خطوط بوجود می آید که قسمتی از آنها عبارتند از :

1-کاهش فاصله ایزولاسیون بین هادیها ، بروز قوس الکتریکی و باز و بسته شدن کلیدهای فشار قوی .

2-کاهش فاصله ایزولاسیون بین هادیها و سیم زمین .

3-اثرات تخریبی در پیچهای برج .

4-اثرات مخرب بر یراق آلات و اتصالات برج .

5-خوردگی فولاد برج و ضایع شدن برجهای چوبی در مواقعی که پدیده ماندگار می باشد .

6-خوردگی هادیها .

7-خوردگی جامپر .

8-خوردگی دمپر و اسپیسردمپر .

9-برش پین مقره ها در زنجیره کششی .

10- ضایع شدن کلمپ مقره های آویزی .

11- تخریب رشته های فرعی هادیهای باندل .

12- زیانهای اقتصادی ناشی از قطع برق در صورتی که آسیبهای فوق منجر به قطعی طولانی گردد .

2-3-5- روشهای حفاظتی در مقابل پدیده گالوپینگ :

      با توجه به مطالب ذکر شده قبلی ، ضرورت مقابله با آثار سوء پدیده گالوپینگ بیشتر نمایان می گردد . این کار را می توان به روشهای زیر انجام داد :

1- جلوگیری از ایجاد یخ روی سیم بوسیله ذوب کردن آن ، که به علت معایب زیر در حال حاضر کمتر مورد استفاده قرار می گیرد .

- جهش ناگهانی سیم پس از افتادن یخ و بروز قوس الکتریکی .

- برای ایجاد حرارت بالا به سیم با مقاومت زیاد نیاز است که این کار تلفات انتقال توان را افزایش می دهد .

2- افزایش طول بازوی وسط ( بین 1-45/0 متر ) برای برجهایی که ترتیب قرارگرفتن هادیها بطور عمودی می باشد .

3- افزایش فاصله بین هادیها

4- استفاده از جداکننده بین فازها .

5- استفاده از Drag Damper که دمپرهای خاصی بوده و تأثیر زیادی بر میراسازی نیروی آیرودینامیکی Drag روی هادی دارد . با اینکار نیروهای Lift تحت شرایطی قرار می گیرند که انرژی ناچیز و مختصری را برای تداوم گالوپینگ تأمین می نماید .

6- استفاده از دمپرهای نوسانی (Seismic Damper)  .

7- استفاده از End Point Damper .

8- استفاده از تجهیزات کنترل کننده حرکت چرخشی .

9- انتخاب مسیر خط مناسب و عدم عبور از مناطق مستعد وقوع این پدیده .

2-3-6- میراکننده های نوسانات ( Vibration dampers ) :

      میراکننده های نوسانات دارای انواع مختلف می باشند ولی متداولترین نوع آن معروف به دمپرهای استوک بریج می باشند که در اینجا به اختصار تشریح می گردد .

      در صورتی که یک وزنه در یک نقطه غیر از نقطه گره نوسان ، بر روی هادی نصب گردد باعث میرا شدن نوسان با تبدیل انرژی نوسانی به اصطکاک و هیسترزیس مکانیکی می شود . در میراکننده نوسان نوع استوک بریج دو وزنه به صورت هم محور بر روی یک سیم 7 رشته ای فولادی نصب می شوند . سیم فوق بوسیله یک نگهدارنده بر روی هادی اصلی قرار می گیرد بطوری که جهت سیم و هادی یکسان می باشد . فاصله بین هادی و سیم حدود 100 میلیمتر است . سیم و وزنه ها دارای فرکانس رزونانس پایین در حدود 5 هرتز می باشد . ضمناً یک فرکانس رزونانس دیگر در حدود 25 تا 60 هرتز وجود دارد که بوسیله دمپر میرا می گردد .

فرمولی که محل نصب دمپرها بر اساس آن محاسبه می شود بقرار زیر است :

که در روابط فوق داریم :

 : محل نصب میراکننده اول از محل نگهدارنده (متر) .

: محل نصب میراکننده دوم از محل نگهدارنده (متر) .

d : قطر سیم هادی ( میلیمتر ) .

H : کشش سیم هادی ( نیوتن ) .

: وزن واحد طول سیم ( کیلوگرم )

     برای انتخاب و استفاده مناسب از انواع میراکننده ها لازم است مشخصات و شرایط استفاده آن از طرف سازنده ارائه گردد . این مشخصات بطور کلی عبارتند از :

- منحنی انرژی جذب شده توسط دمپر به ازای دامنه نوسانات و فرکانسهای مختلف .

- منحنی های مربوط به انرژی وارده از باد ، انرژی جذب شده ، حداکثر دامنه قابل پیش بینی

-      فاصله و تعداد میراکننده های لازم برای اسپنهای مختلف .

 



تاريخ : سه شنبه 1390/05/04 | 19:36 | نویسنده : reza |