اختراعات

مكونات الخطوط الهوائية وانواع الاعمدة للجهد المنخفض Electrical Transmission Lines

مكونات الخطوط الهوائية وانواع الاعمدة  للجهد المنخفض  Electrical Transmission Lines



مكونات الخطوط الهوائية وانواع الاعمدة  للجهد المنخفض
 


تعمل الخطوط الهوائية سواء لنقل او توزيع القدرة الكهربية فى المناطق الصحراوية أو الريفية و ذلك لرخص تكاليفها بالنسبة للكابلات الارضية .

حيث يتركب الخط الهوائي من الاجزاء الاساسية الآتية :

( الاعمدة – الموصلات – العوازل )

الاعمدة :

يجب أن يتوفر فى الاعمدة المستعملة فى الخطوط الهوائية الخواص التالية :

أن تكون قوية التحمل من الناحية الميكانيكية و ان تتحمل حتي ثلاثة أضعاف الحمل المحتمل أن تتعرض له .
أن تكون أجزاء العمود قليلة العدد .
أن يكون العمود خفيف الوزن .
أن يكون رخيص الثمن بقدر الامكان .
تكاليف الصيانة يجب أن تكون أقل ما يمكن .
سهولة تركيب العوازل و الموصلات عليه .
أن يعيش مدة طويلة .
أن يكون مقبول الشكل .
و أهم المواد المستعملة فى صناعة الاعمدة هي الخشب و الحديد و الخرسانة المسلحة و الخرسانة سابقة الاجهاد .

الاعمدة الخشبية :

تستخدم الاعمدة الخشبية عادة فى حالة الجهود المنخفضة ( 250 فولت مع الارضي ) و تصنع هذه الاعمدة من خشب الصنوبر او خشب الموسكي و تشرب الاعمدة قبل استعمالها بمادة واقية ضد العفونة ، و أهم المواد المستعملة لهذا الغرض هي الكيروزوت ، و الاعمدة المشربة بهذه المادة تصلح للاستعمال حتي عشرين عاما .

مزايا الاعمدة الخشبية :

رخض ثمنها فى البلاد التي تتوفر فيها الاخشاب الطبيعية ، و كذلك قلة تكاليف نقلها .
سهولة و رخص تكايف تركيب العوازل و الموصلات عليها .
عازلة الي حد ما .
عيوب الاعمدة الخشبية :

وجود عيوب داخل الخشب يصعب اكتشافها .
تتعرض للتلف .
ارتفاع ثمنها فى البلاد التي تستورد الاخشاب من الخارج فضلا عما تكلفة من عملة صعبة .
أنواع الاعمدة الخشبية :

عمود قائم بسيط : و يستعمل فى تركيب الخطوط المستقيمة ، و يعتبر اكثر استعمالا من الانواع الاخري .
عمود مدعم بخشبة عريضة : و يستعمل كعمود زواية .
عمود مدعم بساند و خطاف و يستعمل ايضا كعمود زواية و يفضل استخدامه عند الرغبة فى توفير الخشب .
عمود قائم بشكل حرف A : و هو يستعمل عند نقطة بداية و نهاية خط نقل القدرة لأنه يقاوم أحمال الشد الثقيلة .
عمود مزدوج : يستعمل فى الاعمدة الطرفية عندما يكون المكان الذي يمكن الحصول عيله صغيرا او عندما لا تساعد طبيعة الارض على الحفر مثلا فى الارض الصخرية .
تركيب الاعمدة الخشبية :

يقطع الخشب الملائم و يقشر و ينعم ثم تشطف نهايته العليا بميل او تعطي شكلا مخروطيا حتي تسمح لماء المطر بالسقوط على الارض و يراعي عند تركيب الاعمدة ان تكون المسافة بين كل عمود و آخر متساوية و أن يكون المسار أقرب ما يمكن الي الخط المستقيم حتي لا يستعمل الا اقل عدد من الاعمدة الطرفية المعرضة لإجهادات شد ثم يسند العمود على إطار خشبي على شكل صليبة ثم تركب عليه العوازل و هي مزودة بمسمار و يثبت العازل في المسمار بحبل مشرب بزيت بذر الكتان ، و يراعي أن تكون المسافة بين العازل العلوي و بين النهاية العليا للعمود 15 سم و أن تكون المسافة بين العوازل 35 سم و يتوقف عدد العوازل المستعملة على عدد الاستهلاك الكهربائية المطلوب تثبيتها بعد ذلك تجري عملية حفر مكان العمود ، و يجرب الحفر اما بالنسف او الثقب او الحفر ، و ذلك يتوقف على طبيعة الارض ، فاذا كانت الارض صخرية يجري الحفر بالنسف ، و لكن يراعي ان يقوم بهذه العملية اشخاص مدربون نظرا لخطورة الحوادث التي تنتج عن هذا العمل ، اما اذا كانت الارض رملية فيجري الحفر باستعمال مثقاب ارضي اما اذا كانت الارض حجرية فيجري الحفر باستخدام المعول ، و في الارض الموصلة تستخدم اعمدة بقاعدة خاصة من الخرسانة المسلحة للوقاية من التلف ، و يتم الحفر بحيث تكون الحفرة مدرجة و يجب ان لا يقل عمق الحفرة عن 1.6 متر بحيث يكون 1 /6 طول العمود مغروسا فى الارض و ( جدول رقم 1 ) يعين عمق الحفرة بالنسبة لطول العمود .

و يتم وضع العمود فى الحفرة حيث توضع قطعة من الخشب عموديا فى الحفر لينزلق عليها مؤخرة العمود ثم يوضع العمود متقاطعا مع الحفرة بحيث تكون مؤخرته على بعد 10 سم من لوح الخشب ، ثم يرفع العمود عن طريق ازواج من القضبان الخشبية مربوطة بحبل و يوضع العمود بحيث تكون العوازل فى الوضع الصحيح ثم تملا حفرة العمود بالتراب و تدك الارض جيدا .

الاعمدة الحديدية :

و تصنع من الصلب أو الزهر ، و يجب ان تدهن هذه الاعمدة جيدا حتي لا تتعرض للتاكل ، أما اجزاء العمود التي تكون اسفل سطح الارض فيجب ان تكون مجلفنة او مدهونة بطقبة من القطران .

مزايا الاعمدة الحديدية :

تعيش مدة طويلة .
تتحمل القوي الميكانيكية الزائدة مما يفضل استخدامها فى الاماكن الشديدة العواصف .
عيوب الاعمدة الحديدية :

غلو ثمن الاعمدة بالنسبة للاعمدة الخشبية و كذلك ارتفاع تكاليف تركيبها .
ارتفاع تكاليف الصيانة نطرا لحاجتها الي الدهان من وقت لآخر .
أعمدو الخرسانة المسلحة :

و تستعمل فى العصر الحالي بدلا من الاعمدة الخشبية او الحديدية ، و يمكن صنعها بأشكال كثيرة حسب ما هو مطلوب .

مزايا أعمدة الخرسانة المسلحة :

طول العمر .
قوية التحمل من الناحية الميكانيكية .
لا تحتاج الي صيانة .
رخيصة الثمن لتوفر خاماتها .
يمكن صنعها بسهولة .
عيوب أعمدة الخرسانة المسلحة :

تعرضها للكسر .
ثقيلة الوزن و لذلك يصعب نقلها علاوة على زيادة تكاليف النقل .
أعمدة الخرسانة سابقة الاجهاد :

باستخدام الخرسانة سابقة الاجهاد امكن تخفيض وزن الاعمدة و اطاله عمرها و لكنها غالية التكاليف .

الموصلات :

يجب أن يتوفر فى المواد المستخدمة فى صنع الموصلات الهوائية الخواص التالية :

أن تكون ذات توصيلة كهربية عالية ( مقاومة كهربية منخفضة ) و قوة تحملها لقوي الشد الميكانيكية وقلة الوزن و رخص الثمن .

و أهم المواد المستعملة فى صناعة موصلات الخطوط الهوائية هي .

النحاس :

تصنع الموصلات الهوائية من النحاس الاحمر المسحوب . و يتوفر فى النحاس جميع الخواص الكهربية و الميكانيكية اللازمة لصنع الموصلات الهوائية فهو يمتاز بموصلة كهربية عالية ، و مقاومة ميكانيكية بالاضافة الي ان معدل تاكسد النحاس فى الهواء بطئ و قابليته ، للتأكل فى الاجواء الطبيعية قليل على انه سهل اللحام .

و تكون موصلات النحاس إما ذات سلك واحد إذا كانت مساحة المقطع حتي 16 مم2 ، أو متعددة الاسلاك ( مجدولة ) إذا كانت مساحة المقطع أكبر من 16 مم2 .

و يمكن تغطية النحاس بالصلب فى الحالات التي تتطلب مقاومة شد عالية مثل حالة عبور الخطوط الهوائية للانهار ، و في هذه الحالة فان خصائص الموصلات تجمع بين خصائص كل من النحاس و الصلب .

سبيكة نحاس مع كادميوم :

و هي سبيكة تحتوي على كادميوم بنسبة 0.7 – 1 % و الباقي نحاس ، و هذه السبيكة لها قوة شد أكبر من النحاس و لكن موصلتيها أقل من النحاس ، و ثمنها أغلي من النحاس و لذلك يقتصر استخدامها على الخطوط التي تتطلب مقاومة شد عالية .

الالمونيوم :

يستخدم بدلا من النحاس لرخص ثمنه و الالمونيوم المستخدم فى صنع الموصلات الهوائية يجب أن يكون نقي بنسبة 99.5 % ، و عند هذه الدرجة من النقاوة يكون مقاوما للتأكل بدرجة كافية و اسلاك الالومنيوم المستخدمة كلها من النوع المجدول .

و عند اجزاء مقارنة بين الالمونيوم و النحاس نجد أن الالومنيوم يمتاز بالمزايا الاتية :

لسلكان لهما نفس الطول و مساحة المقطع نجد أن الالمونيوم أخف وزنا من سلك النحاس بمقدار 3.3 مرة .
لسلكان لهما نفس المقاومة نجد أن مساحة مقطع سلك من الالمونيوم تساوي 1.6 مرة مساحة مقطع سلك نحاس له نفس الطول بينما وزن الالمونيوم يساوي نصف وزن النحاس .
و من عيوب الالمونيوم الاتي :

مقاومة الشد لموصلات الالمونيوم تساوي 2 / 3 مقاومة الشد لموصل نحاس مناظر .
الموصلة الكهربية أٌقل من النحاس بمقدار 0.6 .
مقدار الارتخاء يتغير تغيرا كبيرا باختلاف درجات الحرارة .
و لذلك يجب مراعاة الاتي عند تركيب موصلات الالمونيوم فى الخطوط الهوائية :

أن تكون قوة الشد المسلطة على الموصلات صغيرة نسبيا و هي لا تزيد عن 8 كجم / مم2 بالنسبة للأسلاك الالمونيوم المجدولة بينما تصل الي 19 كجم / مم2 لأسلاك النحاس المجدولة .
أن تكون المسافة بين الموصلات أكبر ما يمكن .
أن يكون الارتخاء مطابقا للابعاد القياسية .
سبيكة الدري .
و هي أحدي سبايك الالمونيوم التي تستعمل فى صنع الموصلات و هي تحتوي على 98.7 % المونيوم نقي 0.5 % سيليوم 0.3 % و تمتاز هذه السبيكة بالمزايا الاتية :

لها قوة شد اكبر من النحاس بمقدار 1.3 % .
وزن موصل مصنوع من سبيكة الدري نصف وزن موصل نحاس مناظر .
تعيش لمدة طويلة .
تقاوم التأكل مثل الالمونيوم النقي .
لنفس الارتخاء فإن المسافة بين عمودين يحملان موصلات من سبيكة الدري يزيد عن المسافة بين عمودين يحملان موصل نحاس مناظر بمقدار 25 % و ( جدول رقم 2 ) يوضح تحميل الموصلات الهوائية و ( جدول رقم 3 ) يوضح مواصفات النحاس و الالمونيوم .
ربط الموصلات :

تثبيت الموصلات على العوازل بربط الموصل على عنق العازل ، و يكون ربط الموصل فى المسافات المستقيمة على الجانب الداخلي لعنق العازل ، و يجب ان يكون الرباط من نفس مادة الموصل فلربط موصل من النحاس يستخدم سلك ربط من النحاس ، و اذا كان الموصل من الالومنيوم يستخدم سلك ربط من الالمونيوم ، فاذا ربطنا سلك من النحاس باخر من الحديد فان الاخير يتحلل يمضي الوقت بفعل التحليل الكهروكيميائي ثم ينقطع . إذا كانت مساحة مقطع الموصل النحاسي فى حدود 25 مم2 فان سلك الرباط المستخدم يكون فى حدود 4مم2 ، أما إذا كانت مساحة مقطع السلك النحاسي أكبر من ذلك فإنه يستخدم سلك ربط 6 مم2 أو 10 مم2 .

و لربط اسلام الالمونيوم يستعمل سلك ربط نقي لين قطره من 2.5 الي 4 مم2 و تلف الموصلات بشريط ثم تربط و بعد اتمام عملية الربط يدهن بالفازلين جيدا .

و عند مد خطوط هوائية فى اماكن ضيقة لا تسمح باقامة أعمدة فإنه تستعمل ككمرات مصنوعة من الصلب تحمل قواعد العوازل ، و تثبت هذه الاذرع بالحائط بواسطة الاسمنت و يجب ان تكون الموصلات خارج نطاق تناول اليد إذ يجب أن تكون بعيدة عن الاسطح المستعملة بارتفاع 2.5 متر و جانبا مسافة لا تقل عن 1.5 متر كما يجب ان تبعد الموصلات عن قوائم المباني الامامية 1.25 متر .

العوازل :

تثبت الموصلات علي عوازل ، و لعوازل الخطوط الهوائية وظيفتان هما حمل الموصل ، و عزل الموصل عن جسم العمود ، و يجب أن يتوفر فى عوازل الخطوط الهوائية الشروط الاتية :

أن تكون جيدة العزل .
أن تكون ذات صلابة ميكانيكية كافية .
أن لا تتاثر بالعوامل الجوية .
و في حالة الجهود المنخفضة حتي 1000 فولت تستخدم العوازل الاتية .

عازل تثبيت :

و يستخدم فى العمود القائمة البسيطة و يكون قطر و ارتفاع هذه العوازل إما 80 مم أو 95 مم ، و يستعمل النوع الاول لحمل المواصلات المجدولة ذات مساحة مقطع فى حدود 50 مم2 و المسافة بين الاعمدة فى حدود 40 متر ، ويستعمل النوع الثاني لمساحات مقطع أكبر من 50 مم2 .

عازل الشد :

و يستخدم كعازل ربط جيد ، و يكون قطرها الخارجي فى حدود 80 أو 95 مم ، و تصل قوة الشد المسموح بها للعازل الاول ( ذو قطر 80 مم ) إلي 400 كجم ، بينما تصل قوة الشد للعازل الي 600 كجم  .

عازل الشداد الحر :

و يستخدم هذا النوع للأعمدة الزاوية و يكون ارتفاعها و قطرها الخارجي إما 80 مم أو 115 مم .

الارتخاء ( الترخيم ) فى الموصلات الهوائية :

يعرف الارتخاء بأنه المسافة بين المستقيم الواصل بين العوازل التي تحمل السلك و أسفل نقطة على منحني السلك و تتوقف قيمة الارتخاء على العوامل الاتية :

قيمة الشد المسموح به بالنسبة للموصل و الحد الادني للشد المسموح به كالآتي :
موصلات نحاسية ذات سلك واحد 12 كجم / مم2 .
موصلات نحاسية مجدولة 19 كجم / مم2 .
موصلات المونيوم 8 كجم / مم2 .
مساحة المقطع المستعرض للموصل .
مادة الموصل .
درجة الحرارة .
المسافة بين الاعمدة .
وزن الموصل .
و عند حساب ارتخاء الموصل يراعي بالاضافة الي وزن الموصل الحمولة الاضافية بسبب تراكم الثلج و الجليد و الرياح .

و ( جدول رقم 4 ) يوضح مقادير الارتخاء للموصلات النحاسية و الالمونيوم عند درجات حرارة مختلفة .

مزايا الخطوط الهوائية :

ثمنها أرخص من الكابلات الارضية و كذلك تكاليف تركيبها أقل .
من السهل إصلاح عيوب الخطوط الهوائية نظرا لوضوح أجزائها بينما من الصعب إصلاح الكابلات الارضية لأنها تحتاج الي معرفة مكان العطل ثم الحفر واسخراج و اصلاح الكابل .
عند تركيب أو صيانة الخطوط الهوائية فإنها تحتاج الي عدد قليل من العمال متوسطي المهارة و لكن تحتاج الكابلات الي عمال مهرة و خاصة عند تحديد مكان العطل و كذلك عند لحام الكابلات .
يمكن استخدام نفس الاعمدة المستخدمة لحمل الخطوط الهوائية فى إضاءة الشوارع .
عند إصلاح الخط او عند إضافة أجزءا اليه فانها لا تعمل على تعطيل حركة المرور فى الشوارع .
يمكن استعمالها فى المناطق الجبلية و الوعرة .
جيدة الاشعاع الحراري وبالتالي تبرد بفعل الهواء الطبيعي .
عيوب الخطوط الهوائية :

نظرا لأنها مكشوفة فهي عرضة للأخطاء و الأخطار كخطر الصواعق الجوية مثلا .
تعوق اعمال الانقاذ و إطفاء الحرائق .
تحتاج الي صيانة مستمرة و كشف دوري و خاصة بعد حدوث الصواعق .
يمكن ان تشوه منظر المدينة و خاصة عندما يتفرغ عدة خطوط .
عند عبور الترع و الأنهار فإن تكاليفها تزيد .