فایل ورد کامل مقاله مقایسه کاربرد شین‌های آلومینیومی و مسی؛ تحلیل مهندسی مزایا، چالش‌ها و نقش آن‌ها در شبکه‌های برق

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 فایل ورد کامل مقاله مقایسه کاربرد شین‌های آلومینیومی و مسی؛ تحلیل مهندسی مزایا، چالش‌ها و نقش آن‌ها در شبکه‌های برق دارای ۵۹ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد فایل ورد کامل مقاله مقایسه کاربرد شین‌های آلومینیومی و مسی؛ تحلیل مهندسی مزایا، چالش‌ها و نقش آن‌ها در شبکه‌های برق  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل مقاله مقایسه کاربرد شین‌های آلومینیومی و مسی؛ تحلیل مهندسی مزایا، چالش‌ها و نقش آن‌ها در شبکه‌های برق،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن فایل ورد کامل مقاله مقایسه کاربرد شین‌های آلومینیومی و مسی؛ تحلیل مهندسی مزایا، چالش‌ها و نقش آن‌ها در شبکه‌های برق :

فصل اول

تحلیل ، بررسی و مقایسه خواص هادیهای مس و آلومینیوم

۱-۱- مقدمه

شینها معمولا” از مس( e-al) ساخته می شوند. در حال حاضر در سطوح ولتاژ kv20 33kv , و ۰۴kv اغلب از شینهای مس استفاده میشود.از آنجائیکه در جداول استاندارد ارائه شده در استانداردهای مختلف هم برای هادیهای مسی هم برای هادیهای آلومینیومی مقاطع استاندارد ارائه شده است بنابراین لازم است که مطالعه و بررسی جهت مقایسه خواص الکتریکی مکانیکی و حرارتی مس و آلومینیوم انجام شودتا بتوان در صورت امکان و اقتصادی بودن از شینهای آلومینیومی بجای شینهای مسی استفاده کرد.

در این پروژه تحقیقاتی- اجرایی در ابتدا مهمترین خواص عمومی مواد این هادیها را مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهیم آنگاه فرمولهایی جهت مقایسه خواص دو هادی استخراج کرده سپس پارامترهای مؤثر در باردهی شین را بیان می کنیم.و در ادامه اثرات اتصال کوتاه را مورد مطالعه قرار میدهیم و در پایان محسبات الکتریکی مکانیکی و حرارتی را بر روی یک سیستم فرضی و یک سیستم واقعی برای دو حالت استفاده از شین مسی و استفاده از شی آلومینیومی انجام می دهیم.

۱-۲-بررسی و مقایسهء خواص هادیهای مس و آلومینیوم

در جدول(۱-۱) و(۱-۲) خواص عمومی هادیهای مس و آلومینیوم و آلیاژ آلومینیوم بصورت کامل آمده است در جدول (۱-۳) اثرات حرارت روی استحکام آلومینیوم آورده شده است و در جدول (۱-۴) مهمترین

خواص هادیهای مس و آلومینیوم بیان گردیده است و در جدول (۱-۵) مس و آلومینیم در شرایط مختلف با هم مقایسه شده اند.

خصوصیت

مس
(E-CU ) آلومینیوم خالص
(E-AL) آلیاژ
(E-AL Mg si 0/5)
چگالی kg/dm3 8.9 2.7 2.7

ضریب هدایت درm/20 c mm2 56 35 30
ضریب هدایت در c 60 mm2 m/ 48 30 26
چگالی /ضریب هدایت mm2/m 3.6 13 11

مقاومت مخصوص در۲۰c mm2/m 0.0178 0.0286 0.0333
ضریب حرارت مقاومت الکتریکی بینc 1 تا c 100 k 0.0038 0.004 0.0036
نقطه ذوب c 1083 658 630

گرمای ذوب /g ws 181.28 386.86 376.81
متوسط گرمای مخصوص بین c 1 تا c 100 /kg ws 0.393 0.92 0.92
ضریب هدایت حرارتی بین c 1 تا c 100 ws/cm.s.k 3.85 2.2 1.9
متوسط ضریب انبساط بین c 1 تا c 100 mm/m.k 0/017 0/024 0/023

مدل یانگ(ضریب انبساط) N/mm2 11000 65000 70000
شدت جریان حد حرارتی N/mm2 154 102 89
شدت جریان ذوب N/mm2 3060 1910 1690

جدول (۱-۱)مهمترین خاص عمومی مواد هادیهای AL وCU

هادی

استقامت کششی

rm
n/mm2 ضریب الاستیسیته

e
n/mm2 حد ریزش
rp .2 rp .2
min max

n/mm2
ضریب سختی

n/mm2
ضریب هدایت در c c ْ۲۰
mm2 m/
minimum
مس
E-CU F 20 200 104*11 120 . – 450…۷۰۰ ۵۷
E-CU F 25 250 104*11 290 200 700…۹۵۰ ۵۶
E-CU F 30 300 104*11 360 250 800…۱۰۵۰ ۵۶
E-CU F 37 370 104*11 400 330 950…۱۱۵۰ ۵۵
آلومینیوم
E-CU F 6 65.70 104*6.5 80 25 200…۳۰۰ ۳۵۴
E-AL F 8 80 104*6.5 100 50 220…۳۲۰ ۳۵۲
E-AL F 10 100 104*6.5 120 70 280…۳۸۰ ۳۴۸
E-AL F 13 130 104*6.5 160 90 320…۴۲۰ ۳۴۵
E-AL F 10 100 104*6.5 – 70 280…۳۰۰ ۳۴
آلیاژ آلومینیوم
e-al mg si .5f 17 170 104*7 180 120 450…۶۵۰ ۳۲
e-al mg si .5f 22 220 104*7 240 160 650…۹۰۰ ۳۰
آلومینیوم با روکش مس ۱۳۰ ۱۰۴*۸ ۱۳۰ ۱۰۰ – ۴۲۵

جدول (۱-۲(

حرارت ۲۰ ۱۰۰ ۱۶۰ ۲۵۰
مقاومت کششی ۹۰…۱۳۰ ۹۰…۱۲۰ ۸۰…۱۱۰ ۳۰…۷۰
حد کشش ۸۰…۱۲۰ ۸۰…۱۱۰ ۷۰…۱۰۰ ۳۰…۶۰

جدول(۱-۳) اثر حرارت روی استحکام آلومینیوم

مشخصات
مس(e-cu)

آلومینیوم (E-AL) آلیاژ آلومینیوم
(E-AL Mg si 0/5)
وزن مخصوص kg/dm3
قابلیت هدات الکتریکی در c ْ۲۰ mm2 m/
قابلیت هدات الکتریکی در c ْ۶۰ mm2 m/
مقاومت مخصوص در c ْ۲۰ m / mm2
قابلیت هدایت حرارتی بین ۱ تا c ْ۱۰۰
ضریب ازدیاد طول بین ۱ تا c ْ۱۰۰، mm/m
استقامت کششی متوسط N/mm2 8.9

۵۶

۴۸

۰۰۱۷۸

۰۹۲

۰۰۱۷

۳۰۰ ۲۷

۳۵

۳۰

۰۰۲۸۶

۰۵۵

۰۰۲۲

۱۰۰ ۲۷

۳۰

۲۶

۰۰۳۳۳

۰۴۵

۰۰۲۳

۲۰۰

جدول(۱-۴)

• آلومینیوم در برابر مقایسه با مس دارای خواص به شرح زیر می باشد.
AL CU
سطح مقطع در افت اختلاف سطح برابر
سطح مقطع در ازدیاد حرارت برابر ناشی از عبور جریان
ازدیا طول ۱۰ متر شین مستقیم د ر ۶۰ = t
سطح مقطع در استقامت خمشی برابر
وزن در ازدیاد حرارت برابر ناشی از عبور جریان
فاصله شین ها و پایه ها ۱۶ ۱
۱۴ ۱
۱۵mm 10mm
۲.۲-۱.۹ ۱

۰۴۲ ۱

۱ ۱

جدول(۱-۵)

با توجه به جداول فوق و مقایسهء آنها با هم میتوان به نتایج زیر دست یافت.

استقامت استاتیکی آلومینیوم زیادتر از مس است زیرا در ضمن اینکه مقطع آن نسبت به مس بزرگتر

است وزن آن کمتر می باشد.

تحمل دینامیکی آلومینیوم و مس با هم برابر است زیرا اگر چه استقامت آلومینیوم کمتر است ولی

در عوض سطح مقطع آن بزرگتر است.

ازدیاد درجه حرارت توسط ازدیاد شدت جریان و یا جریان اتصال کوتاه در آلومینیوم کمتر است

زیرا جریان مخصوص آلومینیوم کمتر از مس است و تشعشعات حرارتی و تبادل حرارتی آن بهتر

است.

آلومینیوم در موقع جرقه زدن و سوختن ایجاد خاکستر زیاد نمی کند و چون جسم باقیمانده هادی

الکتریسیته نمی باشد به مقره ها و پایه های عایق شین آسیب نمی رساند.

مس در مقابل بخار گوگرد خیلی حساس است . مس و گوگرد در هوای آزاد با هم ترکیب می

شوند و سپس ایجاد اکسید مس(cu2o) می کند که دارای قابلیت هدایت بسیار کمی است و با-

عث می شود که بخصوص در کنتاکها اگر دائماً قطع و وصل نشود عمل کنتاکت دهی وهدایت

جریان را مختل می کند.

آلومینیوم گر چه در مقابل اسید کلرید ریک و اسید سولفوریک و آمونیاک با ثبات است ولی بعلت

ناپایدار بودن درمقابل بخار کلر و جیوه و بسیاری از مواد شیمیایی دیگر باید در موقع بکار بردن

شین های مسی و یا آلومینیومی در تابلوهای برق رسانی کارخانجات شیمیایی وقت و مطالعه کافی

انجام گیرد.

آلومینیوم نسبت به مس شکل پذیرتر می باشد، بنابر این خم کردن وتغییر شکل آلومینیوم آسانتر از

مس می باشد.

– معایب مهم آلومینیوم عبارتند از:
۱- اکسیداسیون سطحی
۲- فرو رفتن در اثر فشار و اثر الکترولیتی شدید .

۱-۳- مقایسه فرمولی خواص هادیهای مس و آلومینیوم

۱-۳-۱- از نظر مشخصات الکتریکی :

در دو هادی با مقاومت الکتریکی یکسان ،وزن هادیهای بکار رفته از رابطه زیر تبعیت میکند :
A B

دو هادی با مقاومت مساوی می خواهیم بین A وB وصل نماییم:

R2 = R1

L:طول هادی S : سطح مقطع هادی

(۱)

(۲)

بعنوان مثال اگرKg 100 آلومینیوم با یک مقاومت الکتریکی داشته باشیم و بخواهیم بفهمیم که چند
کیلو گرم مس همین مقاومت را داراست داریم:

۱-۳-۲-از نظر مشخصات الکتریکی :

با مقاومتهای مکانیکی یکسان دو هادی ، نسبت وزن هادیهای بکار رفته از رابطه زیر تبعیت می کند:

۱S1 = 1S1 مقاومت مکانیکی =

:حد گسیختگی

بعنوان مثال اگر یک هادی آلومینیومی به وزن ۱۰۰ Kg داشته باشیم و بخواهیم یک هادی مس با
همان مقاومت مکانیکی ایجاد کنیم:

CU:W1 AL:W2

نتیجه گیری:

در هدایت الکتریکی مساوی وزن هادی آلومینیومی از هادی مسی کمتر است (۵۰ %). در طول مساوی
با مقاومت مکانیکی یکسان وزن بکار رفته از مس کمتر خواهد بود.
(۷۶ % ) در طول مساوی و مقاومت اهمی برابر به لحاظ با لا بودن قطر آلومینیوم نسبت به مس ، در هادی آلومینیومی تبادل حرارت بهتر صورت می پذیرد و علاوه بر آن پدیده کرونا در اطراف هادیهای آلومینیومی دارای شدت کمتری است .

فصل دوم

محاسبات اتصال کوتاه در سیستم

۲-۱-تعیین سطح مقطع شینها

در پستهای فشار ضعیف فواصل شینها بستگی به جریان اتصال کوتاه شبکه (جریان ضربه ای)و مقطع شین بستگی به جریان نامی دارد.
برای تعیین و انتخاب شینهای مسی و آلومینیومی معمو لاً از جداولی که بدین منظور بر حسب شدت جریان
و باردهی شینها و درجه حرارت مجاز داده شده است استفاده می شود.
باردهی شینهای رنگ نشده قدری کمتر از شینهای رنگ شده است(رنگ شده ۰۸۱ ;; ۰۹ = رنگ شده I ) زیرا تشعشعات حرارتی شینهای رنگ شده به مراتب بیشتر از شین رنگ نشده می باشد و به همین جهت تقریباً همیشه و به همین جهت تقریباً همیشه از شینهای رنگ شده به طریق زیر استفاده می شود.

P قرمز R زرد S سبز Tبنفش MP سفید

در صورتی که شینها به صورت افقی نصب شوند ، باردهی شینها بعلت تشعشع حرارتی نا مناسبتر و خنک شدن کمتر ،قدری کمتر خواهد شد.همینطور باردهی شینهایی که بطور عمودی روی هم قرار می گیرند نیز
از شینهایی که در کنار هم در یک سطح قرار دارند قدری کمتر است. باردهی شینهای افقی را میتوان توسط جدول(۲-۱)بدست آورد :

ضریب a2 ضخامت و فاصلهء هوایی عرض شین تعداد شین ها
رنگ شده رنگ نشده شین
mm mm

۰۹۰ ۰۸۵ ۱۰ bis5 200 bis50 1
۰۸۵ ۰۸۰ ۲

۰۸۵ ۰۸۰ ۸۰ bis50 3
۰۸۰ ۰۷۵ ۱۲۰ ۰ bis5

۰۷۵ ۰۷۰ ۱۶۰ ۴
۰۷۰ ۰۶۵ ۲۰۰

جدول (۲-۱)

ضابطه دیگری که در تعیین مقطع شین مورد توجه باید قرار بگیرد ، ارتفاع پست فشار قوی یا تابلوی برق از سطح دریا می باشد.
همانطوریکه می دانیم هر چه ارتفاع ‌تأسیسات از سطح دریا بیشتر باشد ، بعلت کم شدن غلظت هوا تشعشعات حرارتی کمتر می شود و در نتیجه باردهی شین مانند بقیه وسایل برقی چون ترانسفورماتور و غیره کم می شود ، ضریب کم شدن باردهی شین طبق جدول (۲-۲) می باشد:

ضریب ۴K ضریب ۴K ارتفاع از سطح دریا
در شبکه آزاد در شبکه محصور m
۰.۹۸ ۱.۰۰ ۱۰۰۰
۰.۹۴ ۰.۹۹ ۲۰۰۰
۰.۸۹ ۰.۹۶ ۳۰۰۰
۰.۸۳ ۰.۹۰ ۴۰۰۰

جدول (۲-۲)

در صورتیکه درجه حرارت محیط و یا درجه حرارت شین از مقادیری که در جداول فوق داده شده است تجاوز نکند ، می توان باردهی شین را توسط فاکتور k2 که از شکل (۲-۱) بدست می آید تصحیح نمود . در این شکل s درجه حرارت متوسط محیط در ۲۴ ساعت می باشد . بطور مثال اگر درجه حرارت محیط Cu =35 و C80=u ( ازدیاد حرارت C45 ) باشد ضریب تصحیح K2=1.24 خواهد بود. واگر درجه حرارت انتهایی شین C 45=U و درجه حرارت انتهایی شین C 65 =S (ازدیاد حرارت C20 ) باشد ضریب تصحیح K2 = 0.77 بدست خواهد آمد.

(شکل ۲-۱)

با آنچه که گفته شد باردهی شین در شرایط خاص برابر است با:

K4 . K3 . K2 . K1 . جدول I = دایمیI

در این رابطه K1 عبارتست از ضریب هدایت شین که بستگی به جنس شین دارد و برای آلومینیوم و مس از شکل (۲-۲) بدست می آید:

(شکل۳-۲)

K2 عبارتست از ضریب تصحیح ازدیاد حرارت که از شکل (۲-۱) بدست می آید و K3 عبارتست از ضریب ترتیب قرار گرفتن شینها بطور واقعی که از جدول (۲-۱) برداشت می شود و K4 عبارتست از ضریب ارتفاع تأسیسات از سطح دریا که از جدول (۲-۲) برداشت می شود.

۲-۲- مطالعه اثرات اتصال کوتاه

در مطالعه جریانهای اتصال کوتاه در اثر باید در نظر گرفته شود که در انتخاب تجهیزات تأثیر مستقیم دارد.

۲-۲-۱- اثر حرارتی

عبور جریان اتصال کوتاه از تجهیزات و قسمتهای مختلف یک پست باعث ایجاد حرارت شده و طبیعی است که مقدار حرارت ایجاد شده که باعث افزایش درجه حرارت خواهد شد تابع زمان بوده ، بنابر این در حد اکثر زمانی که پیش بینی می شود وسایل حفاظتی قسمت معیوب را از شبکه جدا نماید.( اگر زمان بیان نگردد یک ثانیه در نظر گرفته می شود)

۲-۲-۲- اثر مکانیکی :

در اثر عبور جریان اتصال کوتاه از یک هادی میدان مغناطیسی ایجاد می گردد و چنانچه قسمتهای حامل جریان در آن میدان قرار گیرند تحت تأثیر نیروهای مکانیکی واقع خواهند شد بنابراین در اثر عبور جریان اتصال کوتاه نیروهای مکانیکی ایجاد می شود که ممکن است امکان خم شدن و شکستن و از فرم اصلی خارج شدن و احیانـاًاز بین رفتن عایقها و ایجاد شکست الکتریکی را همراه اشته باشد.

چون این نیرو به دامنه جریان بستگی دارد لذا حد اکثر که تابع زمان نبوده مبنا قرار می گیرد. معمولاً حداکثر (مقدار پیک اولیه) جریان اتصال کوتاه به پارامترهای سیستم بستگی دارد . ( نسبت ) که این مقدار تقریباً ۲۵ برابر جریان اتصال کوتاه در نظر گرفته می شود.

۱۴ ۸ ۴ ۲ ۱ X/R

۲۵۶

۲۳۸

۲۰۹

۱۷۶

۱۵

IP دینامیکی

Ith حرارتی

۲-۳-محاسبهء شبکه از نظر استقامت مکانیکی :

۲-۳-۱- نیروی وارده به شین و تکیه گاهها در اثر عبور جریان اتصال کوتاه

نیروی وارده بر دو سیم موازی برابر است با:

در این رابطه /ACm VS . 10-9 0 =4 قابلیت نفوذ فضای خالی و i1 و i2 جریانهای دو سیم موازی بر حسب آمپر و a فاصله دو سیم و L طول سیم می باشد.

(۱)

و چون
است می توان نوشت:

(۲)

در این رابطه L و a بر حسب یکی از واحدهای طول و i بر حسب آمپر می باشد .
نیروی حاصله در اثر عبور جریان ، بطور یکنواخت بر روی سیم تقسیم می شود . این نیرو دافعه است اگر جهت جریانها در یکجهت با شند . رابطه (۱) و (۲) فقط در صورتی کاملاً صحیح است که :
اولاً : طول سیمها نسبت به فاصله شان خیلی بزرگ باشد (۱۰> L/a )
ثانیاً: فاصلهء بین دو سیم بیشتر از مقطع سیم باشد .
در صورتی که شرایط فوق موجود نباشد نیروی محاسبه شده همیشه بزرگتر از نیروی حقیقی وارده بر سیم می باشد .

۲-۳-۲-استقامت مکانیکی در اتصال کوتاه

نیرویی که در اثر عبور جریان به سیم های موازی وارد می شود در تمام طول سیم یکنواخت و برابر است و شین یا سیم را تحت نیروی خمشی قرار می دهد در صورتی که همین نیرو ایزولاتور تکیه گاهها را تحت فشار ، یا کشش یا حتی خمش قرار می دهد و بدینجهت باید استقامت شین ها و استقامت ایزولاتور و تکیه گاهها بطور جداگانه محاسبه شوند.

استقامت مکانیکی شینها طبق اصول مقاومت مصالح حساب می شود و نظر به اینکه نیروی حاصله از جریان بطور مساوی در طول شین تقسیم می شود. می توان شین را بصورت پلی فرض کرد که بار روی آن بطور مساوی تقسیم شده باشد . همانطور که می دانیم ماکسیموم مومان خمشی در پلی که بطور آزاد روی پایه ها قرار دارد برابر است با: (۳)
و در صورتیکه پل روی پایه ها محکم شده باشد برابر است با:
(۴)

معمولا” شینها صاف و مستقیم هستند و با تکیه گاههای خود اتصال نقطه ای دارند بطوریکه می توان آنها را با پلی که در روی تکیه گاه (پایه) محکم شده و از دو طرف کشیده شده است ، مقایسه کرد. البته قطعه شین انتهایی یا قسمتی ازشینها که دارای قطعات الاستیکی (نرم و ارتجائی) می باشند یک حالت استثنایی هستند و معمولا” در محاسبات منظور نمی شود.
بزرگترین تنش (kp/Cm2) در محلی از شین که بزرگترین نیرو به آن وارد می شود و باید کوچکتر از تنش مجاز جنس فلز شین ( Z) باشد.