گسترش و توسعه شهر‌ها، سبب افزایش میزان مصرف انرژی الکتریکی می شود و لازمة تأمین آن احداث و توسعة شبکه های انتقال و توزیع نیرو می باشد. در شهرهای بزرگ انجام این مهم به سادگی عملی نمی باشد. کمبود زمین، گرانی قیمت زمین، مشکلات زیست محیطی، مشکلات تصاحب قانونی زمین و اخذ مجوزات لازم همه با‌هم گاهی احداث خطوط انتقال نیرو را آنقدر پیچیده می سازند که حتّی بدون توجّه به مسائل اقتصادی هم اجرای آن به سهولت میسر نمی باشد.

طبیعی است هر‌چه بر میزان انرژی الکتریکی درخواستی افزوده گردد، لازمة تأمین آن افزایش ولتاژ خطوط انتقال جدید می‌باشد که در چنین حالتی مشکلات زیر پدیدار می شود:

• افزایش فواصل فازی
• افزایش پهنای برج
• افزایش حریم خطوط
• افزایش باند عبور

این عوامل سبب افزایش مساحت زمین اشغالی در طول مسیر خطوط انتقال نیرو گشته و در نتیجه تهیه و تدارک آن را با مشکلات زیادی همراه می سازند. بنابراین اگر قرار باشد احداث خطوط انتقال در مسیر‌های جدید صورت گیرد، با توجّه به قیمت بسیار بالای زمین در شهر‌های بزرگ، تنها قیمت زمین در یک کیلومتر از طول مسیر به چندین برابر بهای یک کیلومتر از خطوط عادی افزایش می‌یابد که در بسیاری موارد برق‌رسانی را از دیدگاه اقتصادی توجیه نمی‌نماید.

در چند دهة اخیر، مطالعات گسترده‌ای در زمینة توسعه شبکه‌های شهری بصورت مقالات و گزارشات علمی در کنفرانس‌ها و مجلّات معتبر منتشر گردیده که در تمامی آنها تلاش در کاهش مساحت زمین در طول مسیر خطوط انتقال نیرو بوده است. استفاده از خطوط انتقال فشرده یا کمپکت (Compact) و نزدیک‌سازی فاز‌ها با بهره‌گیری از شیوه‌های مختلف، روشهایی هستند که در تقلیل مساحت زمین اشغالی، به کار گرفته می‌شوند که در این فصل مورد بررسی قرار می‌گیرند.

1-1- تعریف خطوط انتقال کمپکت

کمپکت سازی خطوط به کلیة ترفند‌ها و روش‌هایی اتلاق می‌گردد که در نزدیک‌سازی فواصل افقی و عمودی فاز‌ها مؤثر باشند. طبیعی است نزدیک‌سازی فاز‌ها خود به عوامل بسیار متعدد دیگری بستگی دارد که در مجموعه دانش‌های متعلّق به خطوط انتقال کمپکت جای می‌گیرند. بنابراین حاصل بکارگیری تمام این روش‌ها، تقلیل پهنا و ارتفاع پایه‌ها یا برج‌ها و در نتیجه تقلیل مساحت زمین اشغالی در طول مسیر می شوند.

خطوط انتقال کمپکت به پایه‌ها یا برج‌های خاصّی اتلاق نمی‌شود، بلکه بر حسب اینکه هدف از کمپکت‌سازی چه باشد می‌توان روش‌های مختلفی را بکار گرفت. بعبارت دیگر پهنای برج یا فاصله فاز‌های کناری که عملاً در محاسبه عرض باند عبور دخالت دارند، بر حسب اینکه خطوط انتقال معمولی یا خیلی کمپکت باشند می‌توانند، در محدوده وسیعی تغییر نمایند. بنابراین خطوط انتقال کمپکت از نظر ظاهری از انواع مختلفی تشکیل می گردد که بر حسب شرایط جغرافیائی و جوی منطقه و سایر پارامتر‌های فنّی و اقتصادی می‌تواند تغییر نماید. از آنجا که لازمة کمپکت‌سازی خطوط انتقال، بکارگیری طرحهای ویژه و در برخی موارد استفاده از تجهیزات اضافی است، لذا ممکن است در برخی موارد سرمایه‌گذاری لازم جهت احداث آنها در مقایسه با خطوط انتقال معمولی افزایش یابد، امّا اگر در محاسبات اقتصادی، قیمت زمین نیز منظور گردد، در اغلب موارد بکارگیری خطوط انتقال کمپکت ضمن اینکه دارای مزیت‌های فنّی است، دارای توجیه اقتصادی نیز می‌باشد.

1-2- مزایا و معایب خطوط انتقال کمپکت

تجارب کشور‌های پیشرفته جهان نشان می‌دهد که استفاده از خطوط انتقال کمپکت، بخصوص در مناطق شهری، جنگلی یا مناطقی که محدودیت زمین وجود داشته باشد، اغلب موارد اقتصادی و موجه است. اصولاً نزدیک شدن فاز‌های خطوط انتقال نیرو به یکدیگر ضمن اینکه مزایای زیادی را بهمراه دارد، در برخی موارد دارای معایبی نیز می‌باشند که ذیلاً بطور اختصار به آنها اشاره می‌گردد.

1-2-1- مزایای خطوط انتقال نیروی کمپکت

وقتی خطوط انتقال نیرو بصورت کمپکت طراحی می‌شوند یا بعبارت دیگر فواصل افقی و عمودی فاز‌ها بهم نزدیک می‌شوند، مزایائی را نیز بهمراه خواهند داشت که برخی از آنها بشرح زیر می‌باشند:

1. فواصل افقی و در نتیجه پهنای (فواصل فاز‌های کناری) برجها یا پایه‌ها کاهش می‌یابد؛

2. فواصل عمودی فاز‌ها و در نتیجه ارتفاع پایه‌ها کاهش می‌یابد؛

3. وزن پایه‌ها یا برج‌ها کمتر می شود؛

4. پهنای باند عبور کاهش می‌یابد؛

5. مساحت زمین اشغالی کاهش می‌یابد؛

6. قیمت زمین اشغالی در طول مسیر کاهش می‌یابد؛

7. امکان نصب خطوط با ولتاژ بالاتر در مسیر خطوط توزیع موجود مسیر می‌گردد؛

8. پایه‌های خطوط کمپکت دارای نمای ظاهری بهتری می‌باشند؛

9. ابعاد کم برجها امکان نصب آنها را در وسط اتوبانهای شهری میسّر می‌سازد؛

1. نیاز به فونداسیون کمتری دارند؛
2. توان انتقالی از واحد زمین اشغالی بیشتر می‌شود؛
3. در مناطق شهری یا مناطقی که قیمت زمین زیاد است، هزینه انتقال انرژی کاهش می‌یابد؛
4. راکتانس سلفی خط کاهش می‌یابد؛
5. ظرفیت خازنی خط افزایش می‌یابد؛
6. قدرت طبیعی یا SIL خط افزایش می‌یابد؛
7. افت ولتاژ بهبود می‌یابد؛
8. تلفات انرژی قدری کاهش می‌یابد؛
9. توان انتقالی و ظرفیت خطوط افزایش می‌یابد.

1. 1-2-2- معایب خطوط انتقال نیروی کمپکت

در کنار مزایائی که در بالا بدانها اشاره گردیده است خطوط انتقال نیروی کمپکت دارای معایبی هم می‌باشند که برخی از آنها بشرح زیر می‌باشند:

1. بدون احتساب قیمت زمین، سرمایه‌گذاری خطوط قدری افزایش می‌یابد؛

2. فاصلة پایه های خط انتقال در برخی موارد باید کاهش یابد؛

3. تعداد پایه‌ها افزایش می‌یابد؛

4. در شرایط طراحی یکسان قابلیت اطمینان برق‌رسانی ممکن است قدری کاهش یابد؛

5. جریان اتصال کوتاه افزایش می‌یابد؛

6. حریم ناشی از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی افزایش می‌یابد؛

7. گرادیان ولتاژ در سطح هادی افزایش می‌یابد و در نتیجه برای شرایط یکسان ممکن است در برخی موارد لازم شود تا قطر ‌هادی افزایش یابد؛

8. تلفات کرونا و اغتشاشات رادیوئی ناشی از آن افزایش می‌یابد (برای هادی مشخص)؛

9. تعداد فونداسیون‌ها بیشتر می‌شود (به‌دلیل افزایش تعداد پایه‌ها).

گرچه وجود ویژگی‌های مطلوب خطوط انتقال کمپکت، بکارگیری آنها را در اغلب موارد توجیه‌پذیر می‌سازد، امّا گاهی اوقات ممکن است در مناطقی که قیمت زمین ارزان است، استفاده از خطوط خیلی کمپکت توجیه اقتصادی نداشته باشد. امّا در مناطق شهری، صنعتی، جنگلی، مناطق ویژه و یا مناطقی با زمین‌های گرانقیمت، ویژگی‌های مثبت آنها سبب می‌شوند تا مورد توجه جدی مسئولین و طراحان، قرار گیرند. اگر هدف تقلیل مساحت زمین اشغالی در طول مسیر باشد، تنها راه عملی بهره‌گیری از خطوط انتقال کمپکت نمی‌باشد، بلکه بر حسب مورد می‌توان از روش‌های مختلف دیگری نیز استفاده نمود. بعنوان مثال وقتی یک خط انتقال چند مداره به جای چند خط انتقال یکمداره نصب می‌شود، عملاً مساحت زمین اشغالی کاهش می‌یابد هرچند که برج انتخابی از نوع کمپکت نباشد. بهمین دلیل قبل از آنکه به خطوط انتقال کمپکت اشاره شود روش‌های مختلف کاهش ابعاد برج و مساحت زمین اشغالی در طول مسیر خطوط انتقال نیرو بطور اختصار مورد بررسی قرار می‌گیرند.

1-3- روشهای کاهش مساحت زمین اشغالی

گرچه با احداث خطوط انتقال نیروی کمپکت، امکان کاهش مساحت زمین اشغالی در طول مسیر، میسّر می‌شود. امّا این اقدام تنها متکی یا وابسته به نزدیک‌سازی فاز‌ها نمی‌باشد، بلکه با شیوه‌های مختلفی که ذیلاً به چند مورد از آنها اشاره می‌گردد، نیز می‌توان مساحت زمین اشغالی را کاهش داد.

1-3-1- احداث خطوط انتقال دو مداره

در بسیاری از موارد به جهت افزایش قابلیت اطمینان برق‌رسانی مصرف کنندگان، از چندین خط انتقال یک مداره آن هم در یک مسیر مشخص استفاده می شود (از جمله خطوط انتقال نیروگاه نکا به تهران). در صورتیکه هدف تقلیل مساحت زمین باشد، با تبدیل دو خط انتقال یک مداره به یک خط انتقال دو مداره نیز می‌توان مساحت زمین اشغالی را کاهش داد. در شکل (1) تصویر دو خط انتقال یک مداره ه در یک مسیر مشخص و در کنار یکدیگر نصب شده‌اند را نشان می‌دهد. شکل (2) نیز تصویر یک خط انتقال دو مداره را نشان می‌دهد. از مقایسه این دو تصویر چنین برداشت می‌شود که برای انتقال توان معین هر دو روش می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند، امّا در صورت انتخاب خط انتقال دو مداره مساحت زمین اشغالی کاهش می‌یابد که از این دیدگاه یک مزیت می‌باشد، هر چند قابلیت اطمینان برق‌رسانی، دو خط انتقال نیرو یک مداره بیش از یک خط انتقال دو مداره می‌باشد. علاوه بر آن بر حسب اینکه آرایش فاز‌ها، زنجیره مقره‌ها و یا نوع برج خطوط انتقال دو مداره نیز چه باشند، باز هم می‌توان مساحت زمین را کاهش داد، شکلهای (3) و (4) دو نمونه از برج‌های دو مداره متفاوت را نشان می‌دهد. همانطور که از این شکلها پیدا است حتّی برای فواصل معیّنی از فاز‌ها در صورت استفاده از پایه‌های تلسکوپی پهنای برج کمتر می‌شود که این موضوع نشانگر اهمیت نقش و نوع پایه‌ها در کاهش مساحت زمین اشغالی در طول مسیر خطوط انتقال می‌یابد.

بنابراین اگر هدف تقلیل مساحت زمین باشد با تبدیل خطوط انتقال یک مداره به دو مداره یا با انتخاب آرایش مناسبی از فاز‌ها یا زنجیرةمقره‌ها می توان مساحت زمین اشغالی را در طول مسیر کاهش داد. بعبارت دیگر تبدیل دو خط یک مداره به یک خط دو مداره نوعی کمپکت سازی است، اگرچه این شیوه در تعاریف خطوط کمپکت جایی نمی‌گیرد.

فهرست:

فصل 1-تعاریف اولیه در مورد خطوط کمپکت4
1-1-کلیّاتی در خصوص خطوط انتقال نیروی کمپکت4
1-2-تعریف خطوط انتقال کمپکت5
1-3-مزایا و معایب خطوط انتقال کمپکت6
1-3-1-مزایای خطوط انتقال نیروی کمپکت6
1-3-2-معایب خطوط انتقال نیروی کمپکت7
1-4-روشهای کاهش مساحت زمین اشغالی8
1-4-1-احداث خطوط انتقال دو مداره8
1-4-2-احداث خطوط انتقال باندل10
1-4-3-احداث خطوط چند مداره12
1-5-موانع نزدیک‌سازی فازها15
فصل 2-مشخصه های الکتریکی خطوط کمپکت16
2-1-مقدمه 16
2-2-راکتانس سلفی16
2-3-راکتانس خازنی18
2-4-رابطه راکتانس سلفی و خازنی22
2-5-امپدانس موجی23
2-6-قدرت طبیعی خط24
2-7-مقادیر عددی پارامترهای الکتریکی28
فصل 3-نقش شرایط محیطی در تنظیم فاصله فازها32
3-1-مقدمه 32
3-2-سرعت باد32
3-3-درجه حرارت محیط33
3-4-ارتفاع منطقه34
3-5-فشار هوا34
3-6-چگالی هوا35
3-7-رطوبت هوا36
3-8-آلودگی محیط36
3-9-قطر یخ 38
3-10-نشستن برف روی زنجیره مقره ها39
3-11-علل افزایش فواصل فازی41
فصل 4-آرایش فازها در خطوط انتقال و تاثیر در کمپکت سازی43
4-1-مقدمه 43
4-2-آرایش افقی فازها43
4-2-1-مزایای آرایش افقی43
4-2-2-معایب آرایش افقی44
4-3-آرایش عمودی فازها47
4-3-1-مزایای آرایش عمودی48
4-3-2-معایب آرایش عمودی49
4-4-آرایش مثلثی فازها50
4-4-1-مزایای آرایش مثلثی50
4-4-2-معایب آرایش مثلثی51
4-5-آرایش ترکیبی فازها:53