مقدمه في تصميم الخطوط الهوائية


#1

مقدمة عامة

تعتبر شبكات الضغط المنخفض من المكونات الهامة في شبكات الكهرباء ألعامه ومن أهم مكونات هذه الشبكات الموصلات و ألاعمده

أولا : الموصلات :-

من الخواص التي يجب مراعاتها عند اختيار الموصلات والخطوط الهوائية الموصلية ( قابلية التوصيل ) وكذلك قوة الشد الميكانيكية الموصلية Conductivity :- لتقليل القدرة الضائعة نتيجة سريان التيار في الموصل يجب أن تكون المادة المستعملة في صناعة الموصلات ذات مقاومة نوعية منخفضة أو ذات موصلية عالية وهذا يؤدي إلي تقليل مقدار هبوط الجهد في الموصلات قوة الشد الميكانيكية Mechanical Tensile Strength : قوة الشد الميكانيكية من أهم الخواص التي يجب ن تتوفر في مادة الموصل المستخدم في خطوط الكهرباء الهوائية فإذا كان الموصل ذو قوة شد عالية كان الارتخاء (sag) الذي يحصل فيه قليلا مما يمكنه زيادة الباع (Span) وهذا بالتالي يودي إلي تقليل عدد الأعمدة وبذلك تقليل تكاليف الأعمدة والعوازل المستعملة في الخط وتكون موصلات الخطوط الهوائية مجدولة في اغلب الأحيان وذلك لان الموصلات المجدولة أكثر مرونة عند التركيب من الموصلات ذات السلك الواحد ومن المواد الشائعة في صنع الموصلات النحاس والألمنيوم وسبائكها وهذه بعض التفاصيل عن هذه الموصلات النحاسCopper :- يحمل النحاس المرتبة الأولي في الأهمية لصنع الموصلات لأنه يمتاز بموصليته الكهربائية والحرارية العالية وكذلك بقوة شد ميكانيكية عالية وتعتمد موليته علي مدي خلو النحاس من الشوائب إذ أن وجود الشوائب يقلل من موصليته العالية ومن أهم مزايا النحاس أنها بطئ التأكسد في الهواء ولا يتآكل بسرعة في ظروف الجو الاعتيادية وفي الظروف الصناعية ويتحمل الهواء الرطب وكذلك يمتاز بارتفاع درجة انصهاره وفيما يلي بعض خواص النحاس في درجة ( 20 c )1_ الكثافة Density 28890 kg / m2_ المقاومة النوعية 1.724 x 10-8 ohm - mأي أن الموصلية 58 x106 siemensوتعتبر هذه الموصلية %100 حيث تقاس موصلية المواد الاخري بالنسبة لها أي أنها تعتبر وحدة قياس الموصلية النسبية 3_ قوة الشد 33 kg / mm2 4_ معامل يونغ 2E= 12000 kg / mm

17 x10-6 per (1c ) 5_ معامل التمدد الطولي
( 1 )

الألمنيوم Aluminum :-

يمتاز الألمنيوم بأنه خفيف الوزن حيث تبلغ كثافته حوالي ثلث كثافة النحاس والألمنيوم من أكثر المواد استعمالا في شبكات الكهرباء من حيث السعر ولان موصلتيه الكهربائية عالية نسبيا حيث تصل إلي % 60 من موصلية النحاس النقي وكذلك قوة الشد لموصلات الألمنيوم تساوي 2 / 3 قوة الشد لموصلات مناظرة لها مصنوعة من النحاس وفي الأجواء الطبيعية تتكون علي سطح موصل الألمنيوم طبقة رقيقة من أكسيد الألمنيوم مما يكسب الموصلات مقاومة عالية للتابل كما أن هذه الطبقة تشكل حماية لموصل ضد الحرارة ومن أهم خصائص الألمنيوم :- 1_ الكثافة 2073 kg / m2 2_ المقاومة النوعية 2.862 x 10-8 ohm – m أي ان الموصلية حوالي ) 61.1% (من النحاس3_ قوة الشد 16- 20 kg /mm2 4_ معامل يونغ 5400- 6760 kg / mm 2

23 x 10-8 (per1c )5_ معامل التمدد الطولي

وهناك سبائك من الألمنيوم تبلغ قوة الشد فيها ضعف قوة الشد في الألمنيوم ولها موصلية حوالي % 53 ووزنها حوالي نصف وزن الأسلاك المكافئة لها من النحاس والآن تستخدم ألكوابل المعزولة المجدولة ذات موصلات الألمنيوم ( ABC ) في شبكات الضغط المنخفض والتي نحن الان يصددها وسنناول بالتفصيل المواصفات والتوصيات والمعادلات والحسابات المطلوبة كتصميم شبكات الضغط المنخفض المكونة من هذه ألكوابل بجهد لا يتعدي 1 كيلو فولت

ثانيا الأعمدة :-

يتم تركيب الموصلات للشبكات الهوائية علي أعمدة وتكون هذه الاعمده خشبية أو حديدية أو خراسانية الأعمدة الخشبية Wooden Poles :-تستخدم الأعمدة الخشبية في الشبكات الكهربائية حتى جهد 33 kv وبطول باع يصل إلي 100 متر وتستخدم خاصة في المناطق الريفية والشاسعة لانخفاض تكلفتها وتركيبها حيث تكون كلفتها اقل من كلفة الأعمدة الحديدية والخراسانية وتعالج هذه الأعمدة بمادة الكربوزوت لمنعها من التلف أو التعفن لإطالة عمرها وهناك عدة النوع من الأعمدة الخشبية وتصنف هذه الأعمدة بطولها والقطر العلوي لها ويجب حماية رأس العمود من تأثير الشمس والأمطار بواسطة غطاء يتم تركيبه علي قمة العمود الأعمدة الحديدية Steel Poles :- تستخدم هذه الأعمدة في شبكات الضغط المنخفض كأعمدة نهاية أو أعمدة زاوية حيث لا يمكن تركيب أعمدة خشبية بسدادات وتثبت هذه الأعمدة بالأرض بواسطة خرسانة مسلحة الأعمدة الخراسانية Concrete Poles :- تستخدم في شبكات الكهرباء الضغط المنخفض وتمتاز بطول عمرها بالرغم من ارتفاع سعرها مقارنة من الاعمدة الخشبية

( 2 )

وتقسم الأعمدة كما يلي :-
1- أعمدة تعليق : وهي تركب في الأجزاء المستقيمة من مسار الخطوط ولا يكون عليها أي قوة شد ناتجة عن حرف المسار
2- أعمدة الزاوية: يتم تركيبها في المناطق يتغير فيها المسار وتتحمل الشد الناتج عن الموصلات من كلي الاتجاهين
3- أعمدة النهايات والبدايات : وهي تركب في بداية ونهاية المسار وهي تتحمل القوة الناتجة عن شد الموصلات من ناحية واحدة
4- أعمدة تفريعات : تستخدم عن عمل تفريعة للخطوط الهوائية ويتم اختيارها حسب القوة التي يركب عمود التفريعة من اجلها

  • تفريعه من ألخط ألرئيسي و لا يوجد انحراف في مسار الخط الرئيسي
  • تفريعه من ألخط ألرئيسي و يوجد انحراف في مسار الخط الرئيسي

مقدمه في تصميم الخطوط الهوائية
#2

2 ـ مناقشه فنية : ـ

2 ـ1 تصميم الخطوط Line Design

يؤخذ التصميم هذا الجزء طبقاً للمواصفات الألمانية ( VDE O211 ) إلا أنة في بعض الحالات وخاصة المسافات المطلوبة بين الأرض وأسفل نقطة من ألكوابل طبقاً لمواصفات كل بلد وحسب توصيات اللجان الفنية بهذه الدول

2-2 التصميم لأسوأ الأحوال " Design "worst condition

حسب المواصفات الألمانية يوجد التصميم لأسوأ الحالات عن c -5 مع حساب الأحمال الإضافية ( الناتجة عن الثلج ) أو عند ْ( c 20– ( بدون أحمال إضافية تعرف لاحقاً بالاصطلاح ( z + c -5) ونحسب الأحمال الإضافية من المعادلة

  • 0.01d ) kg/mt 0.5)w =
    حيث أن d تمثل القطر الدائري للكافل المجدول بالمم .

2-3 أقصي ارتخاء Maximum Sag

يعرف ألارتخاء(sag ) بأنه أقصى انخفاض للموصل نتيجة ألوزن عن الخط ألمستقيم ألأفقي ألواصل بين نقطتي تثبيت الموصل
يحسب أقصي ارتخاء لخطوط الضغط المنخفض أما بالحساب في أسوأ الأحوال أو عند أعلى درجة حرارة مسموح بها لتشغيل الموصلات ولكن يتم الحساب فقط عن درجة) c 40 ( للموصلات .
وعند حساب الارتخاء يجب أن تكون المسافة بين الأرض والموصلات
( Clearance Ground ) عند لتركيب حسب ما يلي
عند درجة c 15

  • 5.5 متر في ألأرياف
  • 6.1 متر على ألطرقات وداخل ألمدن
    عند درجة c 40
  • 4.5 متر في ألأرياف
  • 5.5 متر على ألطرقات وداخل ألمدن

2-4 ألمسافة بين ألأرض والموصلات( Clearance Ground ) :-

هي أقل مسافة رأسيه بين ألموصلات وألا رض وتؤخذ ألاعتبارات ألوارده في ألبند ألسابق

(3 )

2-5 ألمسافة بين الموصلات (spacing )

هي ألمسافة ألأمنه بين الموصلات لمنعها من ألتلامس نتيجة الرياح أو ألاهتزازات وتحسب من ألمعادله ألتقريبية
d ; spacing in mt
S: sag in mt
V : voltage (ph-ph )in kv

( 3 )

2-6 شد التصميم Design Tensions

توخذ معطيات الارتخاء للكوابل ألمجدوله علي أساس قوة شد أسوأ الحالات كما يلي :ـ
7 kgf / mm2 – 2 x 50 sq mm and 2 x 50 + 25 sq mm

3 kgf / mm2 – 4 x 50 sq mm and 2 x 50 + 25 sq mm

2 kgf / mm2 – 4 x 50 sq .mm and 4 x 95 + 25 sq mm

وقد أحدت هذه القيم مع ملاحظة عدة عوامل : ـ

  • أقصى مسافة بين الأرض والموصلات .
  • المسافة بين الأعمدة
  • الأحمال المختلفة على الأعمدة

2 -7 معامل الأمان Factor of Safety

غالبا ما نحسب معاملات الأمان على الأساس التالي : ـ
ـ (2 ) للخطوط الهوائية الضغط المنخفض وحتى 10kv
ـ ( 2.5 ) لقواعد الأعمدة

2 ـ 8 أحمال الرياح Wind Loading

توجد معادلات خاصة لحساب الرياح على المواصلات أو الأعمدة وهناك أيضا عدة عوامل سيتم شرحها بالتفصيل لاحقاً .

2 ـ 9 أقصي مسافة بين عمودين Maximum Span

هي ألمساقه ألأفقيه بين حاملين (عمودين) متجاورين وعدة اعتبارات تؤخذ عند حساب أقصي مسافة بين الأعمدة منه

  • أقصي قوة على العامود
  • ومقاومة قاعدة العمود
    -أقصي مسافة بين الأرض والمواصلات وسيتم شرح ذلك بالتفصيل .

2 –10 Wind Span

وهي ألمسافة ألتي يحسب منها أحمال ألرياح على ألموصلات وهي عبارة عن مجموع نصفي ألمسافتين ألمتجاورتين للعمود
ففي حالة اختلاف ألمسافتين ألمجاورتين للعمود تحسب كالتالي :

ENG/SHADY AHMED ABOUALLOW
ELECTRICAL ENGINEER


#3

2 – 11 Equivalent Span

من ألمعروف أن ألمسافات بين ألا عمده في ألشبكات لا تكون متساوية تؤخذ قيمة ألمسافة ألمكافئه
من ألمعادله:-

حيث :-

Equivalent Span Length

Lengths for spans no.1-2-3-…….n

2ـ 112ختبار حجم العمود Choice of Pole Sizes
اختبار طول العمود مرتبط بصفة رئيسية بأقصى مسافة مسموح بها بين الأرض والمواصلات أما قطر العمود فيرتبط بعدة عوامل منها تحميل الأعمدة ، مقاومة الألياف ، مقاومة القاعدة وكذلك تأثيره الشديد وتأثير الحمل الحرج والضغط على الأعمدة.ويجب أن يكون ألعزم ألمقاوم للعمود ألذي يتم اختياره اكبر من مجموع ألعزوم ألناتجة من ألأحمال ألمؤثره عليه

2 ـ 13 القواعد Foundation

حسب المواصفات الألمانية تؤخذ القواعد على أساس 1.6mt)) للأعمدة حتى(9mt) أو((1/6 من طول العامود للأعمدة الطويلة
وقد تم اعتماد الأعماق التالية للكوابل المجدولة في المناطق الشاسعة والحقول والدوائر أحادية الوجه تكون الأعماق
هي :/1.6 1.8 / 2 / 2.2م للأعمدة التالية mt 8.5/ 9 / 10 / 11 في ألمناطق ألغير مأهولة وللشبكات أحاديه ألوجه
وفي المناطق السكنية للشبكات الثلاثية الاوجة (1.7 mt )لكل القواعد لمختلف الأعمدةجدول رقم : frowning: 1 )
وهناك بعض الدول تعتمد المعادلة ألتاليه :
h = aL + b
where :-
L : pole length
h : foundation depth
a : 0.1 from pole length
b : constant rang ( 0.6 – 1.2 )
or o.5m for poles exceeding 17m in length
Add 0.2m for transformer poles
والجدول ألتالي الأعماق المطلوبة لبعض ألأعمدة
جدول رقم (1)
(ABC) BUNDLED CABLES

POLE LENGTH mt
DEPTH OF FOUNDATION mt

Rural خارج المدن

8.5

1.6

9

1.8

10

2.0

11

2.2

(داخل المدن) Urban ALL TYPE OF ABC BUNDLED

ALL LENGTHS UPTO 11 mt

1.7

( 5 )

2 ـ 14 الشدادات Stays

يتم تركيب السدادات في الشبكات مع الالتزام بما يلي : ـ
ـ لا تتجاوز محصلة القوى في الشداد عن3500 kgf
ـ زاوية الشداد عن العامود من (45 – 30) درجة
ـ يتم التركيب أسفل مكان تثبيت للكوابل مما لا تقل عن 15 سم في حالة تركيب ألشداد دون عازل في شبكات الكوابل المجدوله

2 ـ 15 الجهدو مفاقيد الجهد Voltage Drop

معظم الدول تعتمد :
-التردد (( 50Hz ± 0.75Hz أي (50Hz ± 0.75Hz)
-الفولت بين الفاز والحيادي 220volt لنظام ثلاثي الأوجه Three phase 4-wire
-الفولت بين الفاز والفاز380volt لنظام ثلاثي الأوجه Three phase 4-wire

  • يسمح بنسبه فقد مقدارها ± 6%
    ولكن حسب المواصفات العللميه IEC 60038الجهد المطلوب هو400/230volt ±10%
    وحاليا تحاول معظم دول العالم التحول لهذا النظام لذلك وكي توافق القيم ألحاليه وهي380/220v ± 6% مع قيم المواصفات ألعالميه تقوم معظم الدول بالتحول تدريجيا إلى القيم ألعالميه

2- 16 الكوابل المجدولة Conductor Bundled

هي موصلات من ألألمنيوم معزولة بمادة XLPE تجدل مجموعه منها سويا لنكون كابل
تصمم للكوابل غالباً حسب النظام الألماني NFA2X وهى : ـ
N : Standard Type

F : Overhead Line

[RIGHT]A : Aluminum

2X : Cross Linked Polyethylene Insulation ( XLPE )

والجدول رقم (3) بين كافة البيانات المطلوبة عن الكوابل ولكن يتم الرجوع أحياناً للشركة المصنعة حيث أن هناك عدة شركات مصنعة باختلاف بسيط في المواصفات .

( 6 )

ألجدول رقم ( 2 ) يبين ألمواصفات لأنواع من ألاعمده ألخشبية من حيث ألطول والقطر ألعلوي للعمود
جدول رقم ( 2 )

Pole top dia.in cm

Pole length in mt))

14
8.5

17
15
9

17
19
22
15
10

18
22
18
11

والمواصفات المبينه بالجدول رقم (3) هي مواصفات ألكوابل ألمجدوله ألمستخدمه طبقا للمواصفات ألمعمول بها والمعتمدة من قبل ألشركه ألايرلنديه ESB

جدول رقم (3)

4x95+25

4x95

4x50+25

4x50

2x50

2x25

1x25

Bundle size , normal cross – section in mm2 and code

11.5and 5.9

11.5

8.2 and 5.9

8.2

8.2

5.9

5.9

Conductor diameter in mm

1.7 and1.3

1.7

1.5and 1.3

1.5

1.5

1.3

1.3

Insulation thickness in mm

15and

10

15.0

12.5 and 10

12.5

12.5

10

10

Conductor diameter over Insulation in mm (approx)

40
36
37
28
25
20
10

Bundle outer diameter in mm(approx)

1416
1320
790
659
347
192
96

Conductor weight in kg/km (approximately )

19x7
19
19x7
19
19
7
7

No. of strands per Conductor

16.8
16.8
17.2
17.2
17.2
17.0
17.0

Breaking strength kg/ mm2 (minimum)

6380
6380
3240
3240
1620
850
425

Conductor Breaking load in kg (minimum)

Aerial Bundled Cables Specification

وستكون ألمعطيات في ألجداول (1-2-3 ) هي ألمستخدمه لاحقا

( 7 )

نموذج من لوحة البيانات التي يجب أن تكون على الاعمده حسب المواصفات ألبريطانيه

ENG/SHADY AHMED ABOUALLOW
ELECTRICAL ENGINEER


(nada_21) #4

[SIZE=5][COLOR=#0000ff]جزاك الله خيرا و جعله فى ميزان حسناتك

[/color][/size] وياريت كمان لو فية امثلة تطبقية


(ramez_matar) #5

barak alah feek


(محمد عبده سالم) #6

مجهود اكثر من رائع وننتظر المزيد