كاهش چشم‌گير تلفات اهمي

 در اين آمار، ميزان تلفات خطوط توزيع كشور در سال ۱۳۹۲ برابر با ۸۳/ ۱۴ درصد و تلفات در خطوط انتقال و فوق‌توزيع در همين سال ۳۵/ ۳ درصد و مجموع كل تلفات شبكه برق كشور برابر با ۷۸/ ۱۴ درصد گزارش شده است. با توجه به ظرفيت ۷۰ هزار مگاواتي برق كشور، يك درصد تلفات به معناي هدررفت ۷۰۰ مگاوات برق توليدي است. با توجه به هزينه حدود يك ‌ميليون‌دلاري ايجاد يك مگاوات نيروگاه ملاحظه مي‌شود بيش از ۷۰۰ ميليون دلار (بيش از ۷۰ هزار ميليارد ريال) سرمايه‌اي كه براي ايجاد نيروگاه‌هاي كشور هزينه شده است، براي هر يك درصد تلفات هدر رفته است. تلفات اهمي بيش از ۳۰ درصد تلفات كل شبكه برق را شامل مي‌شود و در صورتي كه ميزان تلفات كل شبكه توزيع كشور در سال ۱۳۹۲ را ملاك قرار دهيم مي‌توان اظهار كرد از ۸۳/ ۱۴ درصد كل تلفات شبكه توزيع كشور، حدود ۵/ ۴ درصد مربوط به تلفات اهمي هادي‌ها است كه با انتخاب صحيح هادي از نظر جنس و سطح مقطع، اين مقدار قابل كاهش دادن است. هادي‌هاي آلومينيومي با مغزي فولاد يا ACSR به صورت گسترده در خطوط توزيع و انتقال كشور در چند دهه گذشته استفاده شده‌اند و هنوز نيز اين نوع از هادي‌ها جزو پرمصرف‌ترين محصولات در حوزه انتقال و توزيع كشور هستند. يكي از عوامل مهم در ايجاد تلفات در خطوط انتقال و توزيع كشور كه به طور مستقيم به هادي مربوط است تلفات اهمي است كه سهم عمده‌اي در تلفات كلي موجود دارد. براي كاهش تلفات اهمي يكي از اصلي‌ترين راهكارها استفاده از هادي‌هايي با مقاومت الكتريكي پايين است. به‌رغم تمام تلاش‌هاي صورت‌گرفته شاهد آن هستيم كه هنوز تلفات الكتريكي به‌خصوص در خطوط توزيع كشور در سطح بالايي قرار دارد. در ساليان گذشته در خطوط توزيع ۲۰ كيلوولت كشور به طور كلي شش نوع از هادي‌هاي آلومينيومي با مغز فولاد، ACSR، همچون Weasel, fox, mink, horse, hyena, dog استفاده شده است و همچنان متاسفانه به طور گسترده استفاده مي‌‌شود. نكته‌اي كه در انتخاب اين هادي‌ها بايد به آن توجه كرد تعداد لايه‌هاي آلومينيومي مورد استفاده در توليد اين هادي‌هاست. همان‌طور كه مشخص است هادي‌هاي پرمصرف فوق‌الذكر در خطوط توزيع در ساختار خود فقط يك لايه آلومينيوم داشته كه حول مغزي فولادي تابيده شده است كه در اين امر نكته مهمي نهفته كه بايد توجه بيشتري به آن شود.

هادي‌هاي تمام آلومينيوم آلياژي يا AAAC: بيش از چندين دهه است كه جايگزيني هادي‌هاي فرسوده خطوط هوايي توزيع موجود بدون تغيير در نوع و موقعيت پايه‌ها و همچنين نصب شبكه‌هاي جديد با هادي‌هاي تمام آلومينيوم آلياژي، AAAC با توجه به مزاياي اين نوع از هادي‌ها نسبت به هادي‌هاي مسي و ACSR در كشورهاي پيشرفته مورد توجه قرار گرفته است.

 

 

كشورهاي خاورميانه مانند امارات، عربستان سعودي، يمن و قطر استفاده از هادي‌هاي AAAC را از حدود سال ۱۹۶۰ آغاز كرده‌اند. در ايران و در سال ۱۳۴۸ به همت وزارت آب و برق مشخصه‌هاي فلش-اسپن در دماهاي مختلف نصب براي هادي‌هاي آلومينيوم آلياژي منتشر شد، ولي متاسفانه به دلايل نامعلوم استفاده از اين هادي‌ها در ايران گسترش پيدا نكرده است تا سرانجام در سال ۱۳۹۰ شمسي و به همت معاونت هماهنگي توزيع توانير – دفتر پشتيباني توزيع و در كميته ملي تخصصي هادي‌ها، دستورالعمل تعيين الزامات و معيارهاي ارزيابي فني و آزمون‌هاي هادي‌هاي آلومينيوم آلياژي تصويب و به كليه شركت‌هاي توزيع كشور ابلاغ شده و هادي‌هاي تمام‌آلياژي به عنوان يك گزينه انتخابي براي جايگزيني با هادي‌هاي ACSR معمول، معرفي شده‌اند ولي اجباري در اين جايگزيني مشاهده نمي‌شود.

مساله تلفات بالا: مقاومت الكتريكي هادي حامل جريان متناوب، بيشتر از زماني است كه هادي جريان مستقيم با همان بزرگي و در يك دماي مشابه حمل مي‌كند. بالاترين نسبت مقاومت الكتريكي AC به DC در هادي‌هاي ACSR كه داراي يك لايه سيم آلومينيومي هستند و كمترين مقدار اين نسبت براي هادي‌هاي همگن تك‌فلزي مانند هادي‌هاي آلومينيوم آلياژي يا AAAC اتفاق مي‌افتد. در هادي‌هاي ACSR با يك لايه آلومينيوم، به دليل وجود شار ميدان مغناطيسي بر روي مغزي فولادي، با عبور جريان و افزايش آن، شاهد افزايش چشمگير و قابل تامل مقاومت الكتريكي AC هادي هستيم. به عبارت ديگر در اين هادي‌ها با عبور جريان الكتريكي شاهد افزايش بسيار چشمگير و قابل تامل مقاومت الكتريكي AC بوده به طوري كه با عبور ۷۵ درصد بار نامي از يك هادي يك لايه آلومينيومي با ساختار شش رشته آلومينيوم و هفت رشته فولاد (هادي ACSR نوع هاينا به عنوان پرمصرف‌ترين هادي در خطوط ۲۰ كيلوولت توزيع كشور) امكان افزايش ۴۲درصدي مقاومت الكتريكي متناوب آن وجود دارد كه اين امر به همين مقدار، منجر به افزايش ميزان تلفات اهمي هادي خواهد شد در حالي كه اين افزايش مقاومت الكتريكي متناوب براي هادي‌هاي تمام‌آلومينيوم آلياژي معادل (AAAC) با عبور جريان، كمتر از دو درصد خواهد بود. بنابراين به دليل افزايش چشمگير مقاومت الكتريكي AC بر اثر عبور جريان الكتريكي، هادي‌هاي ACSR با تك‌لايه آلومينيوم، كمتر به صورت الكتريكي مطلوب بوده و بيشتر در جاهايي كه به استحكام بالا نياز داشته و هدايت الكتريكي قرباني استحكام بالا مي‌شود، مورد استفاده قرار مي‌گيرند. در اين هادي‌ها پس از عبور جريان و افزايش مقاومت الكتريكي AC شاهد افزايش تلفات اهمي هادي و افت ولتاژ در خطوط توزيع ۲۰ كيلوولت كشور هستيم.

پيشنهاد جايگزيني: اين تلفات اهمي و افت ولتاژ كه به دليل وجود مغزي فولادي و يك لايه آلومينيوم در هادي‌هاي معمول ACSR اتفاق مي‌افتد در هادي‌هاي تمام آلومينيوم آلياژي يا AAAC كه فاقد مغزي فولادي هستند وجود ندارد و در يك كلام مي‌توان با جايگزين كردن هادي‌هاي ACSR موجود با هادي‌هاي AAAC، شاهد كاهش چشمگير تلفات اهمي و افت ولتاژ در شبكه ۲۰ كيلوولت توزيع كشور باشيم. بررسي‌ها و محاسبات دقيق نشان مي‌دهد اين جايگزيني باعث كاهش يك درصد از كل تلفات شبكه كشور شده كه هزينه‌اي بالغ بر ۷۰۰ ميليون دلار سالانه بر شبكه برق كشور تحميل مي‌كند.

 

بنابراين مي‌توان بر اساس آنچه گفته شد، به طور خلاصه پيشنهادهاي زير را براي بهينه‌سازي شبكه توزيع ۲۰ كيلوولت كشور ارائه كرد:

۱- هادي‌هاي ACSR با يك لايه آلومينيوم مانند هادي‌هاي فاكس، ويزل، مينك، هورس، داگ و هاينا كه در خطوط توزيع فشار متوسط هوايي ايران مورد استفاده قرار مي‌گيرند، جزو گروه هادي‌هاي الكتريكي نبوده و در جايي كه ويژگي‌هاي الكتريكي هادي فداي استحكام مكانيكي آن مي‌شود بايد مورد استفاده قرار گيرند. /  ۲- وجود مغزي فولادي در هادي‌هاي مذكور، باعث ايجاد جريان گردابي و پسماند مغناطيسي شده به طوري كه مقاومت AC و مقاومت القايي در اين هادي‌ها افزايش چشمگيري دارند./  ۳- بر اساس محاسبات دقيق علمي در هادي‌هاي فاكس، ويزل، مينك، هورس، داگ و هاينا در دماي ۵۰ درجه سانتي‌گراد و عبور ۷۵ درصد جريان نامي هادي، شاهد افزايش تقريبي ۱۰ تا ۲۰درصدي مقاومت AC و به‌تبع آن افزايش تلفات اهمي اين هادي‌ها به همين مقدار در مقايسه با هادي‌هاي معادل AAAC هستيم. /  ۴- بر اثر تلفات مغناطيسي مغزي فولادي در هادي‌هاي فاكس، ويزل، مينك، هورس، داگ و هاينا شاهد افزايش ۱۰ تا ۲۰درصدي افت ولتاژ نسبت به هادي‌هاي AAAC معادل خود هستيم. /  ۵- با توجه به اهميت بحث كاهش تلفات و همچنين ويژگي‌هاي منحصربه‌فرد هادي‌هاي آلياژي AAAC به ويژه در خطوط توزيع كشور، پيشنهاد مي‌شود استفاده از هادي‌هاي ACSR با يك لايه آلومينيوم در اين خطوط ممنوع شده و هادي‌هاي AAAC جايگزين شوند. اين جايگزيني باعث كاهش تلفات اهمي يك‌درصدي در كل تلفات شبكه برق كشور خواهد شد و اين به معني كاهش هزينه‌ها به ميزان ۷۰۰ ميليون دلار در سال است. /  ۶- با بهره‌گيري از هادي‌هاي AAAC و صرفه‌جويي ايجادشده از محل كاهش تلفات اهمي و افت ولتاژ در طول يك سال، مي‌توان به جايگزين كردن هادي‌هاي ACSR تك‌لايه آلومينيوم موجود در خطوط ۲۰ كيلوولت كشور پرداخته و در طول چند سال، شاهد حذف هادي‌هاي ACSR با تك‌لايه آلومينيوم در خطوط توزيع و به‌تبع آن افزايش بهره‌وري و كاهش تلفات اهمي  در اين خطوط، هستيم.