ترهل كابلات خطوط نقل القدرة الكهربائية

الأسباب وراء ترهل كابلات خطوط نقل القدرة الكهربائية:

من المعروف بأنه يتم تعليق خطوط الطاقة العلوية (خطوط النقل والتوزيع) على دعامات العمود (البرج)، بحيث تخضع الموصلات المعلقة لتوتر ميكانيكي يجب أن يكون بقيمة آمنة، كذلك قد يؤدي التوتر الميكانيكي الزائد إلى كسر الموصل، لذلك؛ فإنه يجب ألا يتم شد الموصل بين دعامتين بالكامل والسماح له بالانحدار أو الترهل، بحيث يسمى الفرق في المستوى بين نقاط الدعم وأدنى نقطة على الموصل “بالترهل”.

كما يعد الحفاظ على الترهل المطلوب في خطوط القدرة الكهربائية العلوية أحد الاعتبارات المهمة، خاصةً إذا كانت كمية الترهل منخفضة جداً، لذلك يتعرض الموصل لتوتر ميكانيكي أعلى قد يكسر الموصل، وفي حين أنه إذا كانت كمية الترهل عالية جداً؛ فقد يتأرجح الموصل في اتساع أعلى بسبب الرياح وقد يتلامس جنباً إلى جنب مع الكوابل الكهربائية.

حيث أن الترهل المنخفض يعني الموصل المحكم والشد العالي، كما يعني الترهل العالي للموصل الفضفاض والتوتر المنخفض، لذلك؛ فإنه يتم حساب قيمة مناسبة للارتخاء بحيث يبقى الموصل في حد توتر آمن مع الحفاظ على الحد الأدنى من الترهل، بحيث:

• أن التوتر في أي نقطة على الموصل يعمل بشكل عرضي، لذلك يكون التوتر عند أدنى نقطة على الموصل أفقياً.

• المكون الأفقي للتوتر في أي نقطة على الموصل ثابت.

• يكون التوتر عند نقاط الدعم مساوياً تقريباً للمكون الأفقي للتوتر في أي نقطة على الموصل.

حساب الترهل الناتج على خطوط نقل القدرة الكهربائية:

يخضع التوتر الحاصل على الكابل المعلق لوزن الموصل وتأثيرات الرياح وتحميل الجليد وتغيرات درجة الحرارة، وبشكل عام؛ فإنه يتم الاحتفاظ بشد الموصل بأقل من 50٪ من قوة الشد النهائية، كما يتم حساب قيمة التدحرج لسيناريوهين مختلفين، وهما:

عندما تكون الدعامات عند مستويات متساوية:

ضع في اعتبارك موصلاً معلقاً عند دعامات ذات ارتفاعات متساوية كما هو موضح في الشكل أدناه، حيث أن (A) و (B) هما نقطتا الدعم و (O) هي أدنى نقطة على الموصل.

حيث أن:

(l): هو طول امتداد الموصل.

(w):الوزن لكل وحدة طول للموصل.

(T): التوتر في الموصل ( معامل الشد).

عند النظر الى النقطة (P) على الموصل، كذلك بالنظر إلى أدنى نقطة (O) كأصل، نجعل إحداثيات النقطة (P) تكون (x و y)، كذلك نفترض أن الانحناء صغير جداً بحيث يكون الطول المنحني مساوياً لإسقاطه الأفقي (أي OP = x)، كما أن القوى المؤثرة على جزء الموصل (OP) هي:

• الوزن (w.x) يعمل على مسافة (x / 2) من نقطة (O).

• التوتر (T) يتصرف عند النقطة (O).

حيث أن معادلة عزم القوتين حول النقطة (O)، تعطى بإحدى العلاقتين التاليتين:

كما يتم تمثيل الحد الأقصى للانحدار بقيمة (y)، وذلك عند أي من نقاط الدعم، وخاصةً عند نقطة الدعم (A)، لذلك عندما تكون x = l/2 و y = S (sag)؛ فإن:

sag S = w (l / 2) 2 / 2T

sag s = w.l2 / 8T

عندما تكون الدعامات عند مستويات غير متساوية:

نواجه بشكل عام دعائم من ارتفاعات غير متساوية في المناطق الجبلية، وكما يوضح الشكل التالي موصلاً معلقاً على دعامات على ارتفاعات غير متساوية.

حيث أن:

(l): طول امتداد الموصل.

(w): الوزن لكل وحدة طول للموصل.

(T): التوتر في الموصل.

(h): الاختلاف في المستويات بين الدعامتين.

(x1): مسافة الدعم عند المستوى الأدنى (A) من الأصل (O).

(x2): مسافة الدعم عند المستوى الأعلى (B) من الأصل (O).

ومن الحساب أعلاه للترهل في النقطة السابقة، تكون (y = w.x2 / 2T)، والآن عند الدعم (A) تصبح كل من (x = x1 w y = S1)، لذلك؛ فإن (S1 = w.x12 / 2T).

تأثير الرياح وتحميل الجليد على خطوط النقل الكهربائية:

حسابات الترهل أعلاه صحيحة فقط للهواء الساكن وظروف درجة الحرارة العادية، ومع ذلك في الممارسة الفعلية؛ فإنه يتم تعليق الموصلات لضغط الرياح وغالباً ما يتم تحميلها بطبقة جليدية في المناطق الباردة، كما يُفترض أن القوة الناتجة عن الرياح تعمل أفقياً مع الموصل، والقوة المؤثرة عن طريق تحميل الثلج تكون رأسياً لأسفل، لذلك؛ فإن القوة الكلية المؤثرة على الموصل هي مجموع متجه للقوى الرأسية والأفقية.

وفي هذه الحالة، سيكون وزن الموصل لكل وحدة طول كالتالي:

الوزن = [(w + wi) 2 + (ww) 2]√

حيث:

(w): وزن الموصل لكل وحدة طول.

(wi): وزن الثلج المحمل لكل وحدة طول.

(ww): قوة الرياح لكل وحدة طول.

وعندما يكون للموصل رياح وكذلك تحميل جليد معاً:

• الموصل يضع نفسه في مستوى بزاوية (θ) للمستوى العمودي، tan θ = ww / (w + wi)).

• في هذه الحالة، يتم إعطاء الترهل بواسطة (S = wt.l2 / 2T)، ولكن هنا، تمثل (S) الترهل المائل، أي يكون الترهل في المستوى الذي وضع فيه الموصل نفسه، كما أن الترهل العمودي يساوي (S.cosθ).