تحقیق مقاله شبکه الکتریکی

فصل اول :

تعریف شبکه

هرگاه به وسیله سیم کشی ، چند مصرف کننده یا چند دسته از آنها از جریان برق استفاده کنند سیم کشی را شبکه نامند.

 شبکه توزیع :

شبکه توزیع ، انرژی مورد نیاز مشترکین خانگی ، تجاری و برخی از صنایع کوچک را تأمین می‌کند.

 شبکه های الکتریکی از نظر های مختلف

 شبکه های الکتریکی از نظر طبیعت ، از نظر تعداد سیم ، از نظر نوع اتصال و از نظر ساخت به شرح زیر تقسیم بندی می شوند:

 شبکه های الکتریکی از نظر طبیعت

 شبکه های الکتریکی از نظر طبیعت به شبکه های جریان متناوب (AC) و شبکه های جریان مستقیم (DC) تقسیم می گردند.

شبکه های الکتریکی از نظر تعداد سیم

 تقسیم بندی شبکه های الکتریکی از نظر تعداد سیم به طور متداول به شرح زیر است

 الف- شبکه های توزیع جریان مستقیم

شبکه های توزیع جریان مستقیم مطابق شکل های(..........) به ترتیب دو سیمه و سه سیمه می باشند در شبکه سه سیمه جریان مستقیم ، اختلاف پتانسیل بین دو سیم خارجی دو برابر اختلاف پتانسیل بین یک سیم خارجی و سیم میانی است .

(شکل در فایل اصلی موجود است)

شکل – شبکه دو سیمه جریان مستقیم                         شکل- شبکه سه سیمه جریان مستقیم

 ب- شبکه های توزیع جریان متناوب فشار ضعیف (220 ولت تک فاز یا 380 ولت سه فاز )

 شبکه های توزیع فشار ضعیف به صورت دو سیمه‌، سه سیمه ، چهار سیمه واغلب به صورت پنج سیمه مطابق شکل های ( ........) احداث می گردند.

(شکل در فایل اصلی موجود است)

شکل – شبکه دو سیمه‌جریان متناوب (220ولت ) شکل– شبکه سه سیمه‌جریان متناوب

(شکل در فایل اصلی موجود است)

شکل – شبکه فشار ضعیف چهار سیمه                      شکل – شبکه فشار ضعیف پنج سیمه

 در شبکه پنج سیمه ترتیب قرار گرفتن سیم ها زا بالا به پایین سیم نول ،سیم معابر و پس از آن سه فاز است به دلیل وجود صاعقه ( رعد و برق ) سیم نول را بالاتر از همه قرار می دهند تا توسط سیم نول رعد و برق ایجاد شده به زمین منتقل گردد و صاعقه اثری روی فازهای دیگر نگذارد. اختلاف پتانسیل بین دو فاز در شبکه فشار ضعیف 380 ولت و اختلاف پتانسیل بین یک فاز و نول 220 ولت می باشد

            شبکه های توزیع 20 کیلو ولت ( فشار متوسط )

 شبکه های توزیع 20 کیلو ولت به صورت سه فاز مطابق شکل (...) می باشند حداقل ارتفاع شبکه 20 کیلو ولت تا زمین 4/5 متر است ولی برابر استاندارد وزارت نیرو مقدار آنرا 5/6 تا 5/7 متر در نظر می گیرند زیرا احتمال نصب شبکه فشار ضعیف زیر شبکه فشار متوسط وجود دارد و همچنین به خاطر عبور و مرور زیاد بایستی فاصله آزاد سیم تا زمین بیشتر شود .

شکل – شبکه توزیع 20 کیلو ولت

(شکل در فایل اصلی موجود است)

فصل دوم :

سیم های هوائی و کابلهای زمینی و متعلقات مربوطه

 در این فصل سیم های هوائی و متعلقات مربوطه همچنین کابلهای زمینی و متعلقات مربوطه به شرح زیر مورد بررسی قرار می گیرند.

            هادی ها

 ارتباط مولد و مصرف کننده فقط از طریق اجسام هادی ( فلزات ) امکان پذیر می باشد بنابراین هادیها یکی از اجزاء اصلی شبکه محسوب می گردند  یک هادی خوب بایستی دارای مشخصات زیر باشد :

دارای قابلیت هدایت الکتریکی بالا ( یا مقاومت ویژه کم ) باشد

دارای استحکام مکانیکی زیاد باشد

 انعطاف پذیر باشد

 استقامت شیمیایی داشته باشد .

اقتصادی بوده و فراوان باشد .

مس و آلومینیوم از جمله فلزاتی هستند که دارای مشخصات فوق می باشند .

-مس

چون چگالی جریان هادی مسی زیاد است برای یک جریان نامی معین سطح مقطع کوچکتری داشته و در نتیجه در خطوط هوائی سطح کمتری در برابر فشار باد خواهد داشت .

استقامت کششی آن را می توان با افزودن مقدار کمی ( حدود 1%) کادمیوم بالا برد سه نوع سیم مسی در شبکه های برق به شرح زیر مورد استفاده قرار می گیرد .

 الف – مس سخت یا زده شده که دارای مقاومت مکانیکی بالا بوده و حداقل مقاومت کششی آن  می باشد بار مکانیکی مجاز مس سخت 14 تا است

ب- مس نیمه سخت دارای مقاومت مکانیکی و قابلیت هدایت نسبتاً‌خوبی بوده و مقاومت مکانیکی آن در حد گسیختگی  می باشد در شبکه های فشار ضعیف با توجه به اینکه جریان زیاد می باشد مقرون به صرفه تر است که از مس سخت و یا مس نیمه سخت به صورت هادیهای لخت استفاده شود .

 پ- مس نرم که از آن برای محکم کردن سیم روی مقره َ( اصلی نمودن سیم روی مقره ) استفاده می گردد.

 هادی های مسی بصورت افشار یا مفتولی بوده که سطح مقطع نوع مفتولی آن معمولاً تا حداکثر 10 میلی متر مربع است .

       آلومینیوم

آلومینیوم هادی دیگری است که در شبکه های الکتریکی از آن استفاده می شود از آنجائیکه وزن مس نسبت به آلومینیوم بیشتر است مس در اسپانها فلش ( شکم ) بیشتری ایجاد نموده و در نتیجه هزینه پایه ها را بالاتر می برد بنابراین در خطوط انتقال انرژی اقتصادی تر است که از آلومینیوم استفاده گردد.

قابلیت هدایت الکتریکی آلومینیوم از مس کمتر ولی قیمت آن ارزانتر است تأثیر عوامل جوی و رطوبت بر روی آن به مراتب بیشتر از مس بوده و در هوای مرطوب زود اکسیده می شود .

استحکام مکانیکی آلومینیوم از مس کمتر است حداکثر مقاومت کششی آن  بوده و بار مکانیکی مجاز آن  می باشد از این رو برای افزایش استحکام مکانیکی آلومینیوم آن را به صورت آلیاژ با آلومینیوم فولاد به شرح زیر بکار می برند:

الف _ آلملک

این فلز که در آلمانی به آلدرای معروف است از آلیاژی به مقدار 3/98% آلومینیوم و بقیه از منیزیم و سلیسیم تشکیل می شود قابلیت هدایت الکتریکی آلملک 10% از آلومینیوم خالص کمتر ولی استحکام مکانیکی آن خیلی زیادتر می باشد .

ب- آلومینیوم فولاد (ACSR)

هادی الومینیوم فولاد از یک یا چند مغز فولادی تشکیل شده که اطراف آن رشته های آلومینیومی قرار دارند. مغز فولادی برای افزایش استحکام مکانیکی و رشته های آلومینیومی به منظور هدایت الکتریکی است بمنظور جلوگیری از زنگ زدگی و همچنین خوردگی بین سیم های فولادی و آلومینیومی بایستی از  فولاد گالوانیزه استفاده شود لازم به ذکر است که هادی آلملک نسبت به هادی آلومینیوم فولاد دو عیب دارد :

اول اینکه قابلیت استنباط آن بیشتر است بنابراین مجبوریم پایه های بلندتری انتخاب کنیم

دیگر اینکه سبکتر از الومینیوم فولاد می باشد در نتیجه در مقابل باد انحراف بیشتری داشته و بنابراین بایستی از اسپان های ( فاصله افقی بین دو پایه ) کوتاه تری استفاده گردد. در جدول () برخی از پارامترهای سیم های آلومینیوم و مس با یکدیگر مقایسه شده اند.

جدول (1) مقایسه سیم های مسی و آلومینیوم با یکدیگر

(جدول در فایل اصلی موجود است)

در زیر نکاتی چند آمده است :

نکته 1- برای بالا بردن قابلیت انعطاف پذیری هادیها‌( آلومینیوم مس ) آنهارا مخصوصاً در مقاطع بزرگ به صورت چند رشته ای می سازند جهت چرخش هر لایه در هادیهای چند رشته ای بر خلاف لایه های مجاور می باشد تا از باز شدن رشته ها جلوگیری شود تعداد رشته ها در هادیهای چند رشته ای از فرمول زیر محاسبه می گردد:

که معمولاً 61.37.19.7 و غیره خواهد بود در فرمول فوق A تعداد رشته ها و k تعداد لایه ها می باشد .

نکته 2: برای اتصال سیم آلومینیوم و سیم مس باید از کلمپ بی متال استفاده شود در غیر اینصورت در اثر رطوبت یک پیل برقی با مدار بسته ای بوجود می آید که قطب مثبت آنرا مس و قطب منفی آنرا آلومینیوم تشکیل می دهد و در نتیجه باعث می گردد که پس از مدتی در اثر عبور جریان هادی آلومینیوم خرده شود .

 نکته 3: اگر در موقع سیم کشی فشار قوی حلقه سیم ACSR  کم بیاید و لازم شود مقداری سیم از قرقره دیگر به آن متصل شود و یا اینکه موقع تعمیر و نوسازی خطی در اثر چیدن خط مقداری از سیم کوتاه شود و به سیم گیر نرسد و یا بدلایلی نظیر باد و طوطفان سیم های شبکه بریده شود در اینصورت باید مقداری سیم به آن اضافه نمود بدین منظور ، جهت اتصال دو سیم از بوش اسپلایس استفاده می گردد.

 ابزار کار عبارتست از :

دستگاه پرس هیدرولیکی مخصوص فولاد و آلومینیوم

 فک های متناسب با مقطع سیم

اره آهن بر ( یا لوله بر )

 برس سیمی نرم و پارچه آستری

 وسایل مورد نیاز :

بوش آلومینیومی

بوش فولادی

ظرف پلاستیکی محتوی ماده خمیری شکل مخصوص

 میخ پرچ های مربوطه بوش

 تذکر 1- بوش اسپلایس ها تا سطح مقطع 70 میلیمتر مربع بدون مغز فولاد و خود دارای ماده خمیری شکل مخصوص می باشد .

 تذکر 2- ماده خمیری شکل مخصوص ترکیبی است از 70% کرومات روی و 30% روغن برزک خالص

 تذکر 3- بوش اسپلایس را متناسب با سطح مقطع سیم مربوطه انتخاب کرده و قبل از شروع سوراخ های هر دو بوش فولادی و آلومینیومی را تمیز کنید .

دستورالعمل استفاده از بوش اسپلایس در پیوست 1آمده است .

 انواع سیم گیر

انواع سیم گیرعبارتند از :

 الف- سیم گیر سه پیچ جهت سیم های آلومینیوم فولاد تا مقطع 70 میلیمتر مربع

ب- سیم گیر پنج پیچ جهت سیم های آلومینیوم فولاد از مقطع 70 میلیمتر مربع به بالا

- قطعات یک سیم گیر

قطعات سیم گیر عبارتند از :

الف – بدنه سیم گیر که جنس آن از آلومینیوم می باشد

ب – مغزی

 پ – پیچ یو(U) شکل

ت-واشر فنری

ث – پین

ج – اشپیل

 پایه ها

پایه ها وسایلی هستند که سیم های هوایی را از دسترس دور نگهداشته و برای حمل این سیم ها به کار می روند. طول پایه با در نظر گرفتن فاصله آزاد سیم از زمین انتخاب می شود واین فاصله نباید از مقدار استاندارد کمتر گردد. پایه بایستی دارای خواص زیر باشد .

از نظر مکانیکی قوی بوده و دارای ضریب اطمینان 5/2 تا3 باشد .

پایه باید بدون کم شدن مقاومت آن ، از نظر وزن سبک باشد .

 ارزان باشد

دارای عمر طولانی ( بادوام ) باشد 

برای نصب یا مونتاژ تجهیزات خطوط ، دسترسی به آنها آسان باشد

 دارای شکل ظاهری خوبی باشد

پایه ها به سه دسته چوبی ، بتونی و فولادی تقسیم می شوند.

 پایه های چوبی :

در شبکه های فشار ضعیف و فشار متوسط و درجائی که چوب فراوان است از این پایه ها می توان استفاده نمود در شبکه فشار متوسط که به استحکام و مقاومت بیشتری نیاز می باشد از بازوها یا بریس هائی ( بست ) که به شکل (×) می باشند بعنوان پشت بند استفاده می گردد همچنین در شبکه های بیست کیلو ولت در صورتیکه به دلیل دره های عریض و طویل اسپان بلندی انتخاب شده باشد پایه های چوبی را در دو طرف اسپان مربوطه به شکل H بکار می برند و معمولاً‌تیرهای هر دو طرف را دادند می نمایند.

پایه های چوبی دارای مزایای زیر می باشند :

پایه های چوبی  عایق طبیعی خوبی هستند

در مناطقی که چوب فراوان می باشد ارزانتر تمام می شود

 بعلت سبکی آنها حمل و نقل آنها آسانتر است .

تذکر : پایه های چوبی باید راست و قوی و مخروطی شکل و بدون گره باشند .

 انواع پایه های چوبی

سه نوع چوبی که در جهان و در ایران نیز برای پایه های خوبی استفاده می شود عبارتند از :

 الف – درخت سور آزاد

 با دوام ترین نوع پایه بوده و پر از گره های کوچک می باشد ولی سبک ، محکم و نسبتاً راست و مخروطی شکل است .

 ب- درخت شاه بلوط

 پایه ای محکم و با دوام و دارای گروه هائی کمتر از سرو بوده ولی کج و ناصاف می باشد چوب های سر و  و شاه بلوط به کندی می پوسند

       درخت کاج

درخت کاج معمولاً به رنگ زرد و مخروطی شکل است و به خاطر ظاهر خوب و استقامت کافی ، بیشتر از دو نوع چوب دیگر مورد استفاده قرار می گیرد .

 اشباع پایه های چوبی :

وجود دائمی رطوبت هوا و مواد شیمیایی خورنده در زمین باعث می شود که پایه ها به تدریج پوسیده شوند برای جلوگیری از فساد پایه ها و خوردن موریانه و حشرات موزی داخل خاک، بایستی آنها را به وسیله یک ماده محافظت کننده به صورت اشباع در آورد برای اشباع پایه ها بیشتر از روغن قطران و یا پنتاکلروفنل استفاده می کنند این مواد به طور متوسط عمر پایه های چوبی را دو برابر می کنند

 طبقه بندی پایه های چوبی

 پایه های چوبی را بر حسب حداقل محیط یا قطر در 30 سانتیمتری از رأس تیر و حداقل محیط با قطر در 183 سانتیمتر ازانتهای تیر به هفت طبقه تقسیم می کنندجدول 2 برای اینکه تیری در یک طبقه قرار گیرد بایستی حتماً هر دو شرط را تواماًداشته باشد طبقه های 1و2 را تیر چوبی سنگین و طبق های 3و 4 را تیر چوبی نیمه سنگین و طبقه های 5و6و 7 را تیر چوبی سبک می نامند ضمناً یک سنگین ترین و طبقه هفت سبکترین یا لاغرترین تیر چوبی می باشد 

جدول 2 -مشخصات تیرهای چوبی 9 و 12 متری

(جدول در فایل اصلی موجود است)

عمل تراش یا بریدن قسمتی از تیر بمنظور جا دادن کراس آرم را گام می گویند در بعضی موارد این گام از یک شکاف نسبتاً مقعر به عمل 5/12 میلیمتر درست شده که برای جلوگیریاز تکان خوردن کراس آرم ایجاد می شود .

شکل 1- گام در پایه های چوبی

       برش

معمولاً  سرپایه ها را قبل از اشباع برش می دهند این عمل برای جلوگیری از تراکم یخ و برف که باعث پوسیدگی تیر می شود انجام می گیرد این برش معمولاً به دو صورت مطابق شکل های (2 الف و 2 ب) انجام می شود .

شکل 2

       پایه های بتنی

امروزه پایه های بتنی تقریباًجای پایه های چوبی را گرفته اند زیرا هم از نظر شکل جالب تر و هم با دوام تر می باشند این پایه هانسبت به پایه های چوبی سنگین تر بوده و حمل و نقل آنها گرانتر تمام می شود ولی از نظر مکانیکی بسیار قوی بوده و عمر بیشتری دارند. این پایه ها بخصوص در جاهائی که عمر تیر چوبی بدلیل مواد خورنده زمین کم می باشد مورد استفاده قرار می گیرند .

       تقسیم بندی تیرهای بتنی

 تیرهای بتنی به دو دسته تو پر و تو خالی به شرح زیر تقسیم بندی می گردند:

الف) پایه های بتنی توپر

پایه های بتنی تو پر از میله گردهای بلند و بتن تشکیل شده است و معمولاً به شکل H یا چهار گوش می باشند و پله هائی در قسمت های مادگی آن وجود دارد از نظر بلندی به دو دسته 9 متری و 12 متری و از نظر تحمل قدرت مکانیکی به سه دسته 200 و 400و 800 کیلوگرمی نیروئی تقسمی می شوند منظور از تیر بتنی 200کیلوگرمی این است که نیروی مجازی که می توان بر روی نری تیر در 30 سانتیمتری از رأس تیر (‌تقریباً محل اتصال کراس آرم به تیر ) وارد کرد 200 کیلوگرم نیرو می باشد که 40% نیروی نهائی تیر است .

ب) پایه های بتونی نوع توخالی

 پایه های بتنی تو خالی بدین ترتیب ساخته می شوند که میله گردهای مقاوم و بتن را در داخل محفظه مخروطی شکل با طول مورد نظر می ریزند و سپس بوسیله یک ماشین مخصوص مناسبی برای مدت 10 تا 15 دقیقه آنرا می چرخانند این عمل باعث می شود که بتن بوسیله نیروی گریز از مرکز بطرف خارج فشرده گردد و در داخل تو خالی شود . پایه های بتنی تو خالی سبکتر از نوع تو پر می باشند پایه های بتنی تو خالی به شکل گرد بوده و از نظر تحمل نیروی مکانیکی به پنج دسته                              200،400،600،800،1000   کیلوگرمی تقسیم می شوند در جدول (3) مشخصات پایه‌های سیمانی 9 و 12 متری داده شده است .