مقایسه شبکه هوایی با شبکه زمینی توزیع برق

هنگامی که در مقایسه میان شبکه هوایی و شبکه زمینی توزیع برق به ویژگیها، مزایا و معایب یا محدودیتهای هر یک توجه نماییم، انتخاب نوع مناسب آسانتر خواهد بود.

خطوط توزیع برق، آخرین حلقه از سیستم برقرسانی هستند. انرژی الکتریسیته پس از تولید در نیروگاهها، توسط خطوط انتقال به نزدیک مراکز مصرف منتقل میشود و سپس با کاهش ولتاژ در پستهای فشار قوی فوق توزیع، تحویل شبکه های توزیع نیرو میگردد.

در بخش توزیع، با دو گونۀ اصلی شبکه از نظر محل نصب مواجه هستیم: هوایی و زمینی. امروز قصد داریم پیرامون این دو نوع شبکه و کابلهای آنها با هم گفت و گویی داشته باشیم.

منظور از کابل برق هوایی و زمینی چیست؟

شاید بهتر باشد که ابتدا تعریفی از کابلهای برق زمینی و هوایی داشته باشیم. با گفتن از شباهتها و تفاوتهای این کابلها، میتوان مقایسه بهتری میان شبکه هوایی با شبکه زمینی توزیع برق انجام داد.

به طور کلی، به همۀ انواع کابل برق که مخصوص نصب در خطوط هوایی توزیع انرژی الکتریسیته هستند، کابل برق هوایی میگوییم. باید توجه نمود که در تمامی خطوط هوایی انتقال الکتریسیته (فشار قوی) و در شماری از شبکه های هوایی توزیع برق از هادیهای هوایی نیز استفاده میشود که در تعاریف مهندسی برق، کابل به شمار نمیروند.

از انواع رایج کابل های هوایی برق میتوان به کابل خودنگهدار در شبکۀ ولتاژ پایین و متوسط و نیز کابل فاصله دار در خطوط ولتاژ متوسط اشاره نمود. این کابلها اکثراً میان تیرهای برق کشیده میشوند.

اما کابل های برق زمینی یا زیر زمینی، آن دسته از کابلهای قدرت هستند که امکان نصب آنها در کانالهای زیرزمینی یا دفن مستقیم در زیر خاک، وجود دارد.

شباهت اصلی میان این دو گروه از کابلهای برق، کار اینهاست. همه این کابلها برای برقرسانی و تأمین انرژی الکتریسیته ساخته شده اند. وجود عایق یا روکش در اجزای تشکیل دهنده و مشخص بودن ولتاژ نامی یا ولتاژ کار، از دیگر شباهتهای میان کابلهای برق هوایی و زمینیست. حالیا، برویم سراغ تفاوتها…

تفاوت کابل برق زمینی و هوایی

• کابل برق هوایی برای نصب در خطوط هوایی طراحی شده است. نصب آن در زیر خاک توصیه نمیشود و ایمن نخواهد بود.
• کابلهای برق زمینی برای نصب هوایی میان تیرهای با فاصلۀ زیاد از یکدیگر و در خطوط طولانی مناسب نخواهند بود. البته در فواصل کوتاه میتوان کابلهای زمینی را به طور هوایی و بر روی پایه ها نیز نصب نمود.
• تعداد لایه های عایق و روکش در کابلهای هوایی کمتر از نوع زمینی است. مثلاً کابل خودنگهدار LV (ولتاژ پایین) تنها یک لایه عایق دارد، در حالی که کابل برق زمینی LV تک هسته دارای دو لایه عایق و روکش و کابلهای زمینی LV چند هسته دارای سه لایه عایق، فیلر (یا بدینگ) و روکش نهایی میباشند. ضخامت روکش در کابلهای زمینی نیز بیشتر است.
• کابلهای برق زمینی در تمامی سطوح ولتاژی HV، MV، LV و EHV تولید میشوند؛ اما معمولاً کابلهای هوایی محدود به فشار ضعیف و متوسط هستند.
• اکثریت قریب به اتفاق کابلهای برق هوایی با رسانای آلومینیومی ساخته میشوند. ولی در کابلهای زمینی هم از مس و هم از آلومینیوم استفاده میگردد.
• کابلهای برق زمینی از گوناگونی سایز بیشتری برخوردارند. از سطح مقاطع پایین مانند 1.5 میلیمتر مربع مسی یا 10 mm² آلومینیومی تا سایزهای بالا مثل 400، 500، 630، 800 و 1000 mm² قابل تولیدند. در حالیکه کابلهای برق هوایی معمولاً در محدودۀ 16 تا 185 میلیمتر مربع تولید میگردند.
• آمیزۀ عایق و روکش در ساخت کابلهای هوایی و زمینی ممکن است متفاوت باشند.
• روکش نهایی کابلهای هوایی بایستی در برابر UV مقاوم باشد. در حالیکه این مقاومت معمولاً برای کابلهای زمینی الزامی نیست و یک انتخاب یا ویژگی افزوده محسوب میگردد.

با این توضیحات معلوم شد که با ایجاد تفاوت در ساختار و اجزای تشکیل دهندۀ کابلهای برق بر اساس استانداردها، میتوان آنها را برای نصب در موقعیت تعریف شده، مناسب سازی نمود.

معایب و مزایای شبکه هوایی توزیع برق

توزیع برق به صورت هوایی در دو سطح ولتاژی LV و MV انجام میشود. در این خطوط نظر به کشور، منطقه و سطح ولتاژ، یکی از گزینه های هادی هوایی بدون روکش، هادیهای روکشدار، کابل خودنگهدار و کابل فاصله دار استفاده میشود.

در نگاه کلی، مزیتهای شبکه هوایی توزیع الکتریسیته عبارتند از:

1. هزینۀ کمتر اجرا
2. سرعت بیشتر در نصب، انشعاب گیری و توسعۀ خطوط
3. آسانتر و کم هزینه تر بودن تعیین نقطۀ خرابی و خطا
4. هزینۀ کمتر در رفع عیوب
5. عدم محدودیت ولتاژ در نوع بدون روکش
6. بیشتر بودن ظرفیت آمپری در خطوط بدون روکش

پس از گفتن مزایا، معمولاً برای مقایسه شبکه هوایی و زمینی توزیع برق به معایب یا محدودیتهای هر کدام اشاره میشود. از معایب خطوط هوایی توزیع برق میتوان موارد زیر را برشمرد:

1. آسیب پذیر از شرایط جوی مانند باد، توفان، آذرخش، باران، برف و یخ زدگی
2. تأثیر پذیر از شاخه های درختان و پرندگان و نیاز به هزینه برای شاخه زنی (در خطوط بدون روکش)
3. افزایش فالتهای گذرا و خاموشیهای بدون برنامه ریزی به ویژه در نوع بدون روکش
4. آسیب پذیر از سوی حیوانات
5. آسیب پذیر در برخورد و تصادم با وسایل نقلیه
6. کاهش ایمنی برای انسانها، ساختمانها و تجهیزات مجاور خطوط (خاصه در نوع بدون روکش)
7. ایجاد خطر مرگ برای پرندگان در نوع بدون روکش
8. امکان بروز آتش سوزی در اثر بروز خطاها یا اضافه ولتاژ متأثر از صاعقه
9. ایجاد آلودگی بصری در محیط شهری و روستایی
10. بیشتر بودن خطر سرقت هادیها یا کابلها

با استفاده از هادی های روکشدار MV، کابلهای خودنگهدار ولتاژ پایین و متوسط و نیز کابلهای فاصله دار در خطوط ولتاژ متوسط هوایی، میتوان برخی از این عیوب، مانند ردیفهای 2، 3، 6، 7 و 8 را برطرف نمود؛ اما دیگر موارد همچنان وجود خواهند داشت.

مزایا و معایب خطوط زمینی توزیع برق

میتوان گفت که اکثریت قریب به اتفاق معایب خطوط هوایی، در شبکه زیر زمینی دیده نمیشوند و این موارد به مزیتهای خطوط زمینی تبدیل خواهند شد. از سویی دیگر، بیشتر مزایای خطوط هوایی در خطوط زمینی وجود نخواهند داشت.

برتریها و محاسن شبکه زمینی توزیع انرژی الکتریسیته:

• تأثیر نپذیرفتن از شرایط جوی مثل باد، باران، صاعقه و برف
• افزایش ایمنی برای انسانها
• جلوگیری از مرگ پرندگان و عدم نیاز به شاخه زنی درختان
• کاهش خروجیها و کاهش انرژی توزیع نشده منتج از آنها
• افزایش قابلیت اطمینان شبکه برق
• امکان استفاده از کابلهای با سایز بالاتر و افزایش ظرفیت انتقال توان الکتریکی
• کاهش هزینۀ نگهداری
• عدم ایجاد آلودگی دیداری
• کاهش امکان سرقت کابلها

و معایب یا محدودیتهای خطوط کابلی زیر زمینی عبارتست از:

• افزایش بهای اجرای خطوط
• سرعت کمتر در نصب یا توسعۀ شبکه برق
• سخت بودن انشعاب گیری از خطوط
• افزایش زمان و هزینۀ عیب یابی و برطرف نمودن آن

جمع بندی مقایسه شبکه برق هوایی و زمینی

با در نظر گرفتن ویژگیهای هر یک از دو نوع شبکۀ برق هوایی و زمینی، محاسبات شبکه، موقعیت جغرافیایی محل اجرای شبکه، محدودیتهای احتمالی در هر منطقه و توجه به پارامترهای اقتصادی و محیط زیست، میشود به یک جمع بندی برای انتخاب نوع مناسب دست یافت.

به طور عمومی میتوان پیشنهادها و نکات زیر را در نظر گرفت:

1. توصیه میگردد خطوط هوایی توزیع برق بدون روکش در فضای داخل روستاها و شهرها به کار نروند.
2. شبکه های هوایی توزیع نیرو برای خارج از شهرها و روستاها گزینۀ مناسبی هستند.
3. کابلهای فاصله دار هوایی فشار متوسط میتوانند ضمن برطرف نمودن مواردی از عیوب خطوط هوایی بدون روکش، قابلیت اطمینان بالاتری نسبت به هادیهای روکشدار ایجاد نمایند و از طرفی هزینه را در مقایسه با کابل خودنگهدار MV کاهش دهند.
4. کابلهای خودنگهدار LV سه فاز و تکفاز استاندارد، گزینه مطلوبی برای خطوط هوایی توزیع برق ولتاژ پایین در شهرها و روستاها از جهات مختلف به شمار میروند.
5. اجرای خطوط توزیع برق ولتاژ متوسط شهری، روستایی و صنعتی به صورت زیر زمینی، قابلیت اطمینان شبکه را بسیار بالا خواهد برد.