خطوط انتقال برق یکی از اجزای جدایی ناپذیر در سیستم برق قدرت هستند که وظیفه منتقل کردن برق از نیروگاه به مناطق مصرف کننده بر عهده دارند. اغلب دانشجویانی که در رشته برق قدرت تحصیل می کنند، نمی توانند بازدید فنی داشته باشند و یا چند ماه حضور در پست های انتقال برق را تجربه کنند. هدف اصلی این مطلب آشنایی بیشتر دانشجویان و علاقمندان رشته برق قدرت با خطوط انتقال نیرو است. در این مطلب با مفاهیم کاربردی و همچنین اجزای خطوط انتقال برق و تجهیزات مختلف مرتبط با آن آشنا خواهیم شد.
مرحله انتقال نیروی برق
پس از تولید برق، مرحله انتقال نیروی برق مطرح می شود، زیرا هدف اصلی از تولید نیروی برق، تامین برق مصرف کنندگان مسکونی و صنعتی می باشد. از آنجایی که توان تولید محدود می باشد و همچنین با توجه به مسافت های طولانی و افت ولتاژ ناشی از آن که به ناچار بین تولید کننده و مصرف کننده وجود دارد، نیروی برق توسط ترانسفورماتورها در مراحل مختلف افزایش و کاهش می یابد.
طبق مبحث 13 استفاده از این نوع ژنراتورها دارای فواید بسیاری است که استفاده از آنها را در بیشتر صنایع بزرگ تولید برق رایج نموده است. هزینه های تولید انرژی الکتریکی در بیشتر روش ها به طور مشخص تابعی از قیمت سوخت مصرفی و بهره وری در نیروگاه است و در همین راستا برای هر نیروگاه یک تابع هزینه تعریف میشود. امروزه، دانشمندان به دنبال منابع جدید برای تولید انرژی الکتریکی هستند که در آن به جای استفاده از سوختهای متداول از انرژی های تجدید پذیر و نو که به صورت رایگان در اختیار ما قرار دارند، استفاده شود تا با جایگزینی این منابع، وابستگی قیمت انرژی الکتریکی به قیمت سوخت را کاهش دهند.
پست های برق ایستگاهایی میباشد که در مسير توليد انتقال یا توریع الکتریکی ولتاژ را به وسیله ترانسفورماتور به مقادیر بالاتر یا پایین تر تغییر می دهند. توان الکتریکی می تواند از میان شمار زیادی پست بین نیروگاه و مصرف کننده بگذزد و ولتاژ آن در طول مسیر بارها تغییر کند.
معمولا در ابتدای مسیر انتقال نیرو، از ولتاژهای بالا (فشار قوی High Voltage (استفاده میشود، چرا که با بالا بردن ولتاژ، جریان کاهش می یابد و انتقال آن با سهولت بیشتر و تلفات الکتریکی کمتری انجام می پذیرد ولی پیوسته با نزدیک شدن خط انتقال به مصرف کننده و خطرات ناشی از عبور ولتاژ در مقادیر بالا برای انسان، ولتاز خط توسط ترانسفورماتورها کاهش می یابد تا نیروی برق، قابلیت استفاده برای تجهیزات شهری و صنعتی را داشته باشد و با ایمی بیشتر به مصرف کننده برسد. یکی از بهترین کتاب ها برای مطالعه تخصصی انتقال برق، نشریه 110 جلد اول و نشریه 110 جلد دوم است.
انواع خطوط انتقال برق
این بخش از پروسه انتقال نیروی برق، خطوط فشار ضعیف (Low Voltage) نامیده می شوند، به طور کلی، سطح ولتاژ در حیطه فشار ضعیف، ولتاژ پائین تراز ۱۰۰۰ ولت می باشد.
به طور کلی، پست های برق از نظر سطح ولتاز به شکل زیر دسته میشوند:
- سیستم های فشار ضعیف : مقادیر کمتر از 1000 ولت
- سیستم های فشار متوسط : مقادير بين 1000V-63KV
- سیستم های فشار قوی : مقادير بين 63KV-230KV
- سیستم های فوق فشار قوی : مقادیر بالاتر از 230KV
اصطلاحات خطوط انتقال برق
HV : این بخش معمولا انتقال و توزیع سراسری نیروی برق بین شهرها و مسافت های طولانی را میسر می سازد که از پست های متداول آن می توان از خطوط 230KV,400KV,63KV,110KV,132KV نام برد.
خطوط فشار قوی، نیروی برق را از طریق دکل های برق به شهرها انتقال میدهد و طی گذر از چندین پست کاهنده، برق را به پست های منطقه ای می رساند و در نهایت، کاهش یافته تا به سطح فشار متوسط برسد.
MV: پر کاربرد ترین نوع سیستم های فشار متوسط 11KV,20KV,33KV هستند. پست های فشار متوسط اغلب به عنوان توزیع کننده اصلی، برای تغذیه فشار ضعیف مورد استفاده قرار می گیرد.
خطوط فشار متوسط از طریق تیرهای برق که معمولا در ارتفاع بیشتری نسبت به تیرهای برق فشار ضعیف نصب می شوند و در سطح خیابان قابل رویت می باشند.
برق را به ترانسفورماتورهای کاهنده می رساند و در نهایت ترانسفورماتور، سطح ولتاژ را از 20KV به 400V کاهش میدهد تا مورد مصرف قرار گیرد.
LV: در سیستم های فشار ضعیف ۴۰۰ یا ۳۸۰ ولت که در ایران بیشترین کاربرد را در صنعت شهرنشینی دارد، غالب برای تامین برق تجهیزات داخلی صنایع و مجتمع های مسکونی استفاده میشود.
برق ۲۲۰ ولت نیز از انشعاب یک فاز و نول حاصل می شود که برای مصارف تکفاز در این بخش به کار برده می شود. ترانسفورماتورها که با توان های مختلف ارائه می شوند، ولتاژ را به ۴۰۰ ولت کاهش می دهند و به عبارتی، تغذیه تابلوهای LV را میسر می سازند که در نهایت، تابلوهای فشار ضعیف، با توجه به نوع و کارایی آنها، برق را مستقیما به مصرف کننده انتقال میدهند.
دستهبندی انواع خطوط انتقال برق بر اساس نوع جریان الکتریکی
| نوع خط | ویژگیها | کاربرد اصلی |
|---|---|---|
| خطوط متناوب (HVAC) | ساختار متداول شبکه، امکان تغییر ولتاژ ساده با ترانسفورماتور، وجود اثر پوستی و تلفات خازنی در فواصل دور. | اغلب شبکههای انتقال کشوری و منطقهای تا فواصل چند صد کیلومتر. |
| خطوط مستقیم (HVDC) | استفاده از ۲ یا ۱ هادی، بدون تلفات راکتیو/خازنی، عدم نیاز به سنکرونسازی دو شبکه، هزینه بالای ایستگاههای مبدل (کانورتر). | خطوط بسیار طولانی (بیش از ۶۰۰ تا ۸۰۰ کیلومتر)، خطوط زیردریایی طویل، اتصال شبکههای ناهمنام |
دستهبندی خطوط انتقال برق بر اساس ساختار و محیط نصب (مهمترین دستهبندی)
الف) خطوط انتقال برق به صورت هوایی (Overhead Transmission Lines – OHTL)
- ویژگی: هادیهای بدون روکش عایق کامل که به کمک مقرهها (Insulators) از دکلها یا پایههای فلزی/بتنی آویزان میشوند.
- مزایا: هزینه احداث و بهرهبرداری بسیار پایینتر، عیبیابی و تعمیرات آسانتر، خنککاری طبیعی با هوا.
- معایب: آسیبپذیری بالا در برابر شرایط جوی (باد، طوفان، رعدوبرق، یخزدگی)، حریم بزرگ، خطرات ایمنی و آلودگی بصری.
- کاربرد: فواصل بینشهری، مناطق کوهستانی، بیابانی و دشتها.
ب) خطوط نتقال برق به صورت زیرزمینی (Underground Transmission Lines – UGTL)
- ویژگی: استفاده از کابلهای عایقدار چندلایه (مانند کابلهای XLPE یا روغنی) که در ترانشهها، کانالها یا تونلهای بتنی زیر زمین دفن میشوند.
- مزایا: ایمنی بالا، عدم آسیبپذیری در برابر رعدوبرق و طوفان، حریم کم، عدم تخریب بصری شهرها.
- معایب: هزینه احداث ۵ تا ۱۵ برابر خطوط هوایی، عیبیابی دشوار، تلفات خازنی بالا در خطوط طولانی جریان متناوب، محدودیت خنککاری.
- کاربرد: مناطق متراکم شهری، حریم فرودگاهها، مناطق با حساسیت زیستمحیطی.
ج) خطوط نتقال برق به صورت زیردریایی (Submarine Transmission Lines)
- ویژگی: کابلهای فوقالعاده مقاوم، ضدآب و مسلح به لایههای زرهی فولادی.
- کاربرد: انتقال برق به جزایر، ارتباط شبکههای بینکشوری از بستر دریا یا مزارع بادی فراساحلی (Offshore Wind Farms).
جدول تجهیزات خطوط انتقال برق و اجزای اصلی خطوط انتقال برق بر اساس دستهبندی عملکردی:
| ردیف | دستهبندی | نام تجهیز / جزء | عملکرد و وظیفه اصلی |
|---|---|---|---|
| ۱ | هادیها و کابلها | هادیهای فاز (ACSR / AAAC / ACCC) | عبور جریان الکتریکی اصلی؛ معمولاً آلومینیومی با مغزی فولادی یا کامپوزیتی جهت افزایش استحکام مکانیکی. |
| ۲ | هادیها و کابلها | سیم محافظ هوایی / گارد (Shield Wire) | نصب در بالاترین نقطه دکل جهت حفاظت در برابر برخورد مستقیم صاعقه و اتصال آن به زمین. |
| ۳ | هادیها و کابلها | کابل OPGW (Optical Ground Wire) | ترکیب سیم گارد محافظتی با فیبر نوری جهت حفاظت صاعقه، انتقال دیتا و مخابرات شبکه دیسپاچینگ. |
| ۴ | سازهها و پایهها | دکلهای مشبک فولادی (Lattice Towers) | نگهداری هادیها در ارتفاع استاندارد و تحمل نیروهای مکانیکی ناشی از باد، وزن یخ و کشش سیمها. |
| ۵ | سازهها و پایهها | برجهای تلسکوپی / تکپایه (Monopole) | پایههای فلزی لولهای با اشغال فضای بسیار کم جهت عبور از حریمهای متراکم شهری. |
| ۶ | سازهها و پایهها | فونداسیون (Foundations) | انتقال کلیه بارهای استاتیکی و دینامیکی پایهها و کشش سیمها به زمین (بتنی، شمعی یا راکبولت). |
| ۷ | سیستم عایقی | مقرهها (Insulators) | ایجاد عایق الکتریکی بین هادیهای برقدار و بدنه دکل (از جنس پرسلین/چینی، شیشهای یا سیلیکونی/کامپوزیت). |
| ۸ | سیستم عایقی | زنجیره مقره (Insulator Strings) | آرایش آویزی (Suspension) یا کششی (Tension/Strain) برای تحمل وزن و کشش خط در زوایا و طول مسیر. |
| ۹ | یراقآلات خط (Hardware) | اسپیسر و اسپیسر دمپر (Spacer / Spacer Damper) | حفظ فاصله استاندارد بین هادیهای باندل (چندتایی) و جلوگیری از برخورد آنها و مهار ارتعاشات. |
| ۱۰ | یراقآلات خط (Hardware) | دمپر استاکبریج (Stockbridge Damper) | میرا کردن ارتعاشات آئولین (بادهای لایهای) و جلوگیری از پدیده خستگی و شکست رشتههای هادی. |
| ۱۱ | یراقآلات خط (Hardware) | حلقه کرونا و شیپورک (Corona Ring / Arcing Horn) | یکنواختسازی میدان الکتریکی، جلوگیری از تخلیه کرونا در ولتاژهای بالا و هدایت جرقه قوس الکتریکی هنگام سرج. |
| ۱۲ | یراقآلات خط (Hardware) | کلمپها و یراقآلات اتصال (Clamps & Fittings) | شامل کلمپ آویز، کلمپ انتهایی (Dead-end)، کرپی، گوشواره و شگل جهت اتصال مکانیکی اجزا. |
| ۱۳ | حفاظت و ارتینگ | سیستم زمین پایه دکل (Tower Grounding) | میلهها و تسمههای مسی/فولادی دفنشده در پای دکل برای کاهش مقاومت زمین و تخلیه ایمن جریان صاعقه. |
| ۱۴ | تجهیزات هشدار و ایمنی | اسپیرهای نشانگر هوانوردی (Warning Marker Balls) | توپهای رنگی نصبشده روی سیم گارد جهت دیدهشدن خط توسط هلیکوپترها و هواپیماها. |
| ۱۵ | تجهیزات هشدار و ایمنی | کاورهای ضد پرنده و منحرفکننده (Bird Diverters) | جلوگیری از لانهسازی، برخورد پرندگان به خط و ممانعت از اتصالی ناشی از فضولات آنها روی مقرهها. |
سوالات رایج در مورد خطوط انتقال برق
خطوط انتقال برق فشار قوی چیست و چه کاربردی دارد؟
پاسخ: خطوط انتقال برق فشار قوی به شبکهای از هادیها، دکلها و تجهیزات عایقی گفته میشود که توان الکتریکی را با ولتاژهای بالا (معمولاً بالای
63 kV ) انتقال میدهند. هدف اصلی افزایش ولتاژ در این خطوط، کاهش شدت جریان عبوری و در نتیجه به حداقل رساندن تلفات ژولی (I2R) و افت ولتاژ در فواصل طولانی است.
سطوح استاندارد ولتاژ خطوط انتقال برق در ایران چقدر است؟
پاسخ: در شبکه برق سراسری ایران، سطوح ولتاژ به دو بخش انتقال و فوقتوزیع تقسیم میشوند: ولتاژهای انتقال شامل 400 kV و 230 kV هستند و سطوح ولتاژ فوقتوزیع شامل 132 kV و 63 kV میباشند (سطح 132 kV بیشتر در مناطق جنوب و جنوبغرب کشور کاربرد دارد).
شبکه خطوط انتقال برق فشار قوی ایران چگونه عمل میکند؟
پاسخ: شبکه انتقال برق فشار قوی ایران بهصورت یکپارچه و حلقوی (Ring) عمل میکند تا پایداری شبکه در زمان حوادث حفظ شود. این شبکه وظیفه تبادل توان بین نیروگاههای حرارتی، گازی و برقآبی با مراکز عمده مصرف، صنایع مادر و همچنین خطوط صادرات و واردات برق با کشورهای همسایه (مانند عراق، ترکیه، ارمنستان و ترکمنستان) را بر عهده دارد.
مهمترین مشخصات فنی در طراحی خطوط انتقال برق چیست؟
پاسخ: مشخصات فنی اصلی شامل سطح ولتاژ نامی، جنس و سطح مقطع هادی (مانند سیمهای آلومینیومی مغزفولادی ACSR مثل Curlew یا Hawk)، تعداد باندل در هر فاز، تیپ دکل (آویزی Suspension یا کششی Tension)، نوع و تعداد بشقاب مقره، فاصله اسپن (Span) و حریم استاندارد درجه یک و دو خط متناسب با شرایط آبوهوایی و آلودگی منطقه است.
جمع بندی در مورد خطوط انتقال برق
همانطور که خواندید، خطوط انتقال برق شریانهای اصلی شبکه توان هستند که انرژی الکتریکی تولیدی نیروگاهها را با ولتاژ بالا (جهت کاهش تلفات توان) در فواصل طولانی به مراکز مصرف منتقل میکنند. این خطوط به 3 صورت هوایی (با تکیه بر دکلها، هادیهای لخت و مقرهها) و زیرزمینی/زیردریایی (با کابلهای عایقدار) طراحی و اجرا میشوند. در این پست با تجهیزات انتقال برق نیز آشنا شدید، اگر سوالی دارید در زیر بنویسید.