۳-۴- کاربرد در سیستمهای شعاعی
اغلب سیستمهای توزیع بصورت فیدرهای شعاعی مجزا طراحی و پیاده‌سازی می‌شوند. بعلاوه سیستمهای دیگری هستند که گرچه ساختار حلقوی دارند ولی مثل سیستمهای با فیدر شعاعی مجزا، توسط نقاطی که در شرایط معمولی در حلقه باز هستند، بهره‌برداری می‌شوند. هدف استفاده از این نقاط، کاهش میزان وقوع خرابی در تجهیزات هر کدام از فیدرهای مجزا است و تضمین اینکه در مدت وقوع خرابی در سیستم یا در طول دوره‌های تعمیرات با برنامه، این نقاط معمولاً باز بتوانند بسته شوند و در عوض نقطه دیگری باز گردد تا بار قطع شده حداقل گردد. روش های توصیف شده تاکنون می‌تواند برای تعیین سه شاخص اولیه و شاخصهای اضافی مبتنی بر بار و انرژی برای تمامی اینگونه سیستمها بکار رود.
۳-۵- رابطه هزینه با ارزش قابلیت اطمینان
واضح است که قابلیت اطمینان و اقتصاد نقش متحد و عمدهای در فرایند تصمیم گیری بر عهده دارند. اولین گام در این فرایند در شکل (۳-۴) نشان داده شده است که در آن چگونگی ارتباط میان قابلیت اطمینان یک سیستم و هزینه سرمایهگذاری در آن بیان میشود.
شکل ۳-۴: هزینه نسبی در بهسازی قابلیت اطمینان
تعیین هزینه نسبی در بهبود سطح قابلیت اطمینان مطابق آنچه در شکل (۳-۴) ارائه شده است یکی از روش های ارزشیابی در تصمیم گیری برای سرمایهگذاری بیشتر است که البته به میزان کافی انعکاسدهنده منافع قابل حصول برای شرکت، مشترکین و جامعه نیست. دو جنبه قابلیت اطمینان و صرفه اقتصادی را میتوان از طریق مقایسه هزینه دستیابی به قابلیت اطمینان معین و ارزشهای حاصل از آن سطح از قابلیت اطمینان، به شکل منسجمتری ارزیابی کرد. مفهوم اساسی ارزیابی ارزش قابلیت اطمینان /هزینه قابلیت اطمینان نسبتاً ساده بوده و توسط منحنیهای هزینه/قابلیت اطمینان می‌تواند نشان داده شود (شکل ۳-۵).
از شکل (۳-۵) میتوان دریافت که عموماً هزینه سرمایهگذاری برای بهبود قابلیت اطمینان افزایش مییابد. از طرف دیگر هزینه های مصرفکننده بعلت از کارافتادنها، با زیادشدن قابلیت اطمینان کاهش خواهد یافت. از آنجاییکه هزینه کلی دوره عمر مجموع این دو هزینه جداگانه است، دارای حداقلی میباشد که بعنوان سطح بهینه قابلیت اطمینان تلقی میشود [۷۶]. در محاسبات مختلف، طراحان سیستم بدنبال پیدا کردن این نقطه بهینه میباشند.
شکل ۳-۵: قابلیت اطمینان و هزینه های کلی سیستم
قطعیهای برق مشترکین توسط یک محدوده وسیعی از پدیدهها شامل خرابی تجهیزات، حیوانات، درختان، آبوهوای بد و خطاهای انسانی ایجاد میشود. این عوامل منشأ قابلیت اطمینان سیستم توزیع بوده و فهم و درک آنها اجازه میدهد تا موضوعاتی شبیه طراحی قابلیت اطمینان و بهینه سازی رایانهای جهت بررسی از یک دیدگاه کاربردی، خلاصه شود. همچنین، شناسایی و نشاندادن ریشه فیزیکی عوامل، اغلب موثرترین روش باارزش جهت حل مشکلات قابلیت اطمینانی خواهد بود [۷۷]. در ادامه این فصل به تبیین رابطه بین جریانهای بالا و قابلیت اطمینان پرداخته شده است.
۳-۶- خرابیهای تجهیز
هر قسمت از تجهیزات در یک سیستم توزیع، احتمال خرابشدن دارد. هنگامیکه بار اول یک تجهیز نصب میشود قسمتی از آن می‌تواند بخاطر ساخت ضعیف، صدمهدیدن در حین حمل و نقل یا عایقبندی نامناسب دچار خرابی شود. تجهیز سالم می‌تواند بخاطر جریانهای زیاد، ولتاژهای زیاد، بازیگوشی حیوانات، آبوهوای بد و دلایل زیاد دیگری دچار خرابی شود. گاهی اوقات تجهیزات بخاطر دلایلی همچون کهولت سن، عمر حرارتی، وقوع حالتی از تجزیه شیمیایی[۶۵]، حالتی از آلودگی و حالتی از فرسودگی مکانیکی، فوراً دچار خرابی می‌شوند. از میان تجهیزات مختلف در ادامه به عوامل بروز خرابی در کابلهای زیرزمینی و خطوط هوایی پرداخته خواهد شد و در میان عوامل مختلف، اثرات ناشی از عبور جریانهای بالا بر این تجهیزات مورد بررسی قرار میگیرد.
۳-۷- کابل
در سیستم قدرت کابلهای الکتریکی به منظور انتقال توان الکتریکی بین دو پست و یا بعنوان رابط بین یک منبع و یک دستگاه الکتریکی یا ماشین استفاده می‌شوند. شکل و اندازه کابلها متفاوت است گرچه کابلها از قسمتهایی هستند که کمتر در معرض دید میباشند، ولی قابلیت اطمینان آنها در سرویسدهی اهمیت بسیار زیادی دارد. عدم توجه کافی به اهمیت کابلها ممکن است باعث بروز خطا در شبکه و خسارات فراوانی شود [۷۷].
در تمام عملیات مهندسی جنبهه ای اقتصادی، فنی و عملی برای طراحی بهینه کابلها در نظرگرفته می‌شوند. برای انتقال، توزیع و مصرف قدرت الکتریکی طبیعتاً یکی از دو روش استفاده از خطوط هوایی و یا کابلهای زیرزمینی انتخاب میگردد. به دلایل اقتصادی، خطوط هوایی در سطح گستردهای برای انتقال و توزیع برق در مناطق روستایی که محدودیتهای زیست محیطی وجود ندارد بهکار میروند. در صورتیکه در مناطق شهری استفاده از کابلهای عایقدار که عمدتاً در زیر زمین کشیده می‌شوند رایج است.
همه کابلها معمولاً دارای یک هادی با مقاومت کم جهت هدایت جریان برق (بجز در موارد خاص نظیر کابلهای حرارتی)، عایق جهت جداسازی هادی از محیط اطراف هستند که با افزایش سطح ولتاژ، ساختمان کابل پیچیدهتر میشود. اجزا دیگر کابل شامل شبکه[۶۶] به منظور ایجاد میدان الکترواستاتیک شعاعی، غلاف فلزی[۶۷] برای دور نگهداشتن رطوبت و یا به منظور ایجاد یک عامل فشارآورنده به کابل، زره[۶۸] جهت حفاظت مکانیکی و حفاظت در برابر خوردگی برای اجزاء فلزی کابل و تجهیزات اضافی دیگر نظیر استفاده از لوله در داخل یا خارج کابل برای انتقال گرمای تولیدی در کابل است.
شکل ۳-۶: ساختار یک کابل XLPE
۳-۷-۱- کابل زیرزمینی
یک نگرانی قابلیت اطمینانی عمده در ارتباط با کابلهای زیرزمینی پدیده درخت آبی[۶۹] و الکتروشیمیایی[۷۰] است [۷۷]. تشکیل درخت وقتی که رطوبت نفوذ میکند در حضور یک میدان الکتریکی به وقوع پیوسته، که موجب کاهش استقامت دیالکتریکی عایق کابل میشود. هجوم رطوبت، دیالکتریکهایی همچون پلیاتیلنکراسلینک شده (XLPE) یا لاستیکپروپیلناتیلن (EPR) را از قالب خود در میآورد. نمونههای شکستی که شبیه درخت می‌شوند[۷۱]، قابلیت تحمل ولتاژ کابل را کاهش میدهند. وقتی که استقامت عایقی کابل به قدر کافی کاهش یابد، ولتاژ گذرای ایجاد شده توسط صاعقه یا کلیدزنی می‌تواند به وقوع شکست الکتریکی منجر شود [۷۷]. نتایج بررسی ها نشان داده است که “شدت پدیده درختی، شدیداً به عمر حرارتی وابسته بوده چراکه جذب رطوبت در دماهای بالا با سرعت بیشتری روی میدهد” [۷۸] همچنین نتایج تحقیقات نشان میدهد که ازهم پاشیدگی[۷۲] مشخصات الکتریکی عایق کابل با افزایش جذب رطوبت زیادتر میشود [۷۹].
درخت آبی یک مسئله شایع و پرهزینه برای شرکتهایی با کابل XLPE با طول عمر بالا میباشد [۸۲-۸۰]. نتایج تحقیقات مختلف نشان داده است که کهنگی به علت وجود درختان آبی تا حد زیادی استقامت الکتریکی عایق را کاهش میدهد [۸۵-۸۳].
شکل ۳-۷: یک درخت آبی نمونه در یک کابل XLPE
۳-۸- خطوط هوایی
برخلاف کابل زیرزمینی، خطوط هوایی در معرض هوای آزاد بوده در نتیجه آسیبهایی از جانب عوامل خارجی همچون رشد گیاهی، حیوانات و آب و هوای بد به آن وارد میشود. هادی بدون روکش دارای تحمل بیشتری در دماهای بالاتر نسبت به هادیهای عایقدار بوده و آسیب ناشی از جریانهای بالا در آنها کم اهمیت است. صرفنظر از آن، جریانهای زیاد بر روی قابلیت اطمینان خطوط هوایی به چندین روش تأثیر میگذارد [۸۶]. میزان دما و همچنین مدت زمان ماندگاری آن، بر مشخصه های مکانیکی هادی تأثیرگذار است. تحقیقات آزمایشگاهی بر روی دو نوع هادی نشان میدهد که افزایش دما اثری آشکار بر استقامت کششی هادیها برجای خواهد گذاشت [۸۶].
نتایج بدست آمده از آزمایش بر روی سیمهای سخت کشیده شده از جنس آلومینیوم مدل ۵/۹۹AL با قطر ۴۴/۳ میلیمتر و سیمهای سخت کشیده شده از آلیاژ آلومینیومی ALMgLE با قطر ۲/۳ میلیمتر در جدول (۳-۲) آمده است. علایم بکار رفته به شرح ذیل میباشد:
استقامت کششی بر حسب ۲N/mm
استرسپروف[۷۳] (کشیدگی نامتناسب[۷۴]) در ۲/۰ درصد بر حسب ۲N/mm
فشار در ناحیه قابل ارتجاع ( قسمت خطی نمودار ) بر حسب ۲N/mm
درصد کشیدگی (%)
E ضریب الاستیسیته بر حسب ۲N/mm
Fm حداکثر نیروی شکست کششی بر حسب N
دما بر حسب ۰C.
جدول۳-۲: میزان از دست دادن مشخصه های مکانیکی سیمهای آلومینیومی در محدوده دمایی Cॱ۱۰۰-۲۰ [۸۶]
میزان کاهش به درصد
اندازه
سیم ALMgLE
سیم AL
۱/۴
۸/۸
فرم در حال بارگذاری ...
