گالوپينگ و خطوط انتقال

[seyed mehdi hoseyni 27119]

در تعمیرات و نگهداری خطوط مخصوصا در خطوطی که در منطقه سردسیر وبرفگیر واقع شده اند پدیده گالوپينگ موردی است که خساراتی زیاد به سیستم وارد می سازد. مقاله زیر اطلاعات خوبی در این مورد دارد.

كاهش دامنه نوسانات گالوپینگ از طريق انتخاب مناسب تجهيزات پراكنده

يكي از ديدني ترين صحنه هاي حرکت هادی ها و خطوط انتقال نيرو، جابجايي شديد هادي ها در زمان وقوع پديده گالوپينگ است. در اين حالت، هادي هاي يك اسپن، تحت تاثير باد به حركت در آمده و در مسير حركت خود حداكثر به اندازه شكم سيم ، اما در جهت معكوس و به طرف بالا ارتفاع مي گيرند، در حاليكه اسپن هاي مجاور ، شكل سهمي منحني خود را همچنان حفظ مي كنند. لحظاتي بعد ، وضعيت اسپن هاي مجاور با هم عوض مي شود و اين بار حركت در جهت معكوس انجام مي شود و هادي ها به طرف پايين حركت مي كنند.

خط انتقال در اين حالت هر لحظه شبيه يك موج سینوسی به نظر مي رسد ، زيرا يك حركت كامل نوساني با دو دامنه كامل در آن ديده ميشود. اين اتفاق سازه ها را در معرض نيروهاي غير متعارف و بالقوه خطرناكي قرار مي دهد.

مسئله كنترل گالوپينگ ، تا مدتها به تلاشهاي تحقيقاتي مهندسين پاسخ نمي داد. اخيرا يك موسسه مشاوره تحقيقاتي واقع در لكزينگتون ، ماساچوست، مجموعه اي از تجهيزات را براي جلوگيري از پديده گالوپينگ ساخته است.

پديده گالوپينگ

نوسانات بلند دامنه هادي ها يا گالوپينگ هنگامي در خطوط انتقال نيرو رخ مي دهد كه درجه حرارت هوا برابر نقطه انجماد (صفر درجه سانتيگراد) بوده و يخ برروي سطح هادي تشكيل شود. اين يخ بصورت يك جرم هلالي شكل و در سمت وزيدن باد تشكيل مي شود. پس از تشكيل لايه نازكي از يخ و با افزايش سرعت باد ، اثر سرد كنندگي باد باعث مي شود كه حرارت هادي ها باز هم كمتر شود. جمع شدن يخ در يك جهت باعث مي شود كه شكل دايره اي هادي تغيير كند.

بروز اين اتفاق و وجود باد ، شرايطي را فراهم مي آورد كه منجر به شروع حركت و جابجايي شديد فازها و كم شدن فاصله مجاز بين آنها شود. در چنين شرايطي نه تنها سلامت فيزيكي خط به مخاطره مي افتد ، بلكه برخورد فازها با هم به خروج خط از مدار نيز مي انجامد.

استفاده از دستگاههاي ضد گالوپينگ

شركت پاسيفيك (در پورتلند، اورگان) ، يكي از خطوط خود بنام ورلند به ترموپيس واقع در وايومينگ را از نظر احتمال برخورد هادي ها با يكديگر مورد تحليل قرار داد. خط متشكل از دو مدار انتقال و توزيع با ولتاژهاي 115 كيلوولت و 5/34 كيلوولت بر روي پايه هاي چوبي واحد بود بصورتي كه مدار انتقال بالاتر از مدار توزيع قرار داشت طول اسپن ها بين 88 تا 107 متر بود. در حالي كه مقره هاي سراميكي از نوع ستوني، هادي هاي خط انتقال را كه ازنوع آلومينيم فولاد 795 kcmil 26/7ACSR (Drake) هستند، متصل به پايه نگه ميدارند، مقره هاي ميخي هاديهاي توزيع را ازنوع تمام آلومينيم 19 رشته (477 kcm) (Cosmos) حمل ميكنند.

در مدار توزيع فاصله عمودي بازوها از يكديگر 5/1 متر و مقره هاي ميخي در فاصله 137 سانتي متري نسبت به محور تير در طرفين بازوي بالائي قرار گرفته بودند و در بازوي پائيني فاصله مقره ها از محور تير 109 سانتيمتر بود . دو فازبر روي بازوهاي بالائي و يك فاز و يك سيم نول بر روي بازوي پائين تر قرار گرفته بودند . اتصال هادي ها به مقره هاي ميخي توسط اتصالات “ پيش فرم يافته ” انجام شده بود تا هادي را در محل مقره حفاظت نمايد .

شركت پاسيفيك مسيرهاي حركت هاديهاي انتقال نيرو و توزيع ( يعني مسير حداكثر جابجائي هاديها ، وقتي كه به نقاط ثابتي مثل مقره ها بسته شده اند ) را محاسبه كرد . در خط توزيع مسيرها براي دو حالت كه شكم سيم 152 سانتيمتر و 224 سانتيمتر باشد ( يعني بترتيب براي اسپن هاي 88 و 107 متري ) تعيين شد . وضعيت حركت هاديهاي توزيع در هنگاميكه شكم سيم 224 سانتيمتر بود، نشان داد كه بين فازها برخورد رخ ميدهد .

يك دستگاه ضد گالوپينگ با نام تجاري MOD II AR كه ضمن حفظ فاصله فازها با يكديگر و سيم نول باعث پيچ خوردگي هاديها نيز ميشد ، در فاصله هاي يك سوم طول اسپن نصب شد . اين فاصله نگهدار (Spacer) و پيچش دهنده (Twister) ، شامل مقره اي بطول 152 سانتيمتر با اتصال چشمي در دو طرف بود. كلمپ هاي دو طرف مقره ضمن اتصال به آن ، با زاويه معيني به هادي متصل ميشوند تا در زمان بروز گالوپينگ حالت پيچش را بوجود آورند .

پديده پيچيدن هادي‌ ، اساس كنترل حركت هادي است ، هرگاه اين زاويه پيچش حداقل 9 درجه باشد ، مقدار جابجائي كاهش مي يابد و تحت چنين شرايطي از برخورد هاديها نيز اجتناب ميشود . دمپرهاي AR را ميتوان با چوب “ خط گرم ” بر روي خطوط توزيع نصب كرد و كلمپ ها بر روي آرمور رادهايي (Armor rods) كه مناسب هادي و كلمپ باشند بسته ميشوند .

براي خط انتقال هم يك پيچش دهنده مدل MOD III AR در يك سوم طول اسپن نصب شد . پيچش دهنده از يك وزنه 9 كيلوگرمي آلومينيومي تشكيل شده كه با اتصالات آلومينيومي به يك كلمپ آلومينيومي منتهي ميشود . كل واحد بصورت وارونه بر روي آرموررادهاي هاديها بسته ميشود و آزادانه تحت اثر وزن خود به طرفين هادي آويزان شده و در زاويه اي بين 90 تا 145 درجه به حالت تعادل مي ايستد .

هنگاميه كه شرايط گالوپينگ وجود دارد دستگاه به همراه هادي شروع به بالا و پايين رفتن ميكند . حركت دستگاه به سمت بالا و پايين باعث بوجود آمدن پيچش در هادي ميشود ، كه اين امر نيز به نوبه خود باعث كمترشدن حالت آيروديناميكي هادي شده و دامنه نوسانات را كاهش ميدهد . اگر دستگاه تماما به يك سمت خم شود حركت هادي متوقف ميشود . براي مدار انتقال ، كارگران خط ، دستگاه نوسان گير را در حالتي كه خط خاموش است نصب مي كنند .

در خطوط تحت بررسي كه در آنها گالوپينگ اتفاق مي افتاد با استفاده از دستگاههاي AR تاثيرات تخريب كننده گالوپينگ تخفيف يافته و از برخورد ميان هاديها نيز جلوگيري به عمل آمد . در مجموع شركت پاسيفيك 127 اسپن را با طول كلي 11 كيلومتر به اين وسيله مجهز نمود .

پيدايش تكنولوژي پيچش دهنده براي جلوگيري از نوسانات بلند دامنه هادي ها در خطوط انتقال نيرو

مطالعه گالوپينگ، در آزمايشگاه تحقيقات سازه اي انستيتو تكنولوژي ماساچوست (MIT) به اواخر سالهاي 1950 بر ميگردد، يعني زماني كه پروژه تحقيقاتي اصلي برروي حركت هاديها، با حمايت موسسه برق اديسون (EEI) انجام شد. آلبرت اس .ريچاردسون كه در MIT تحصيل كرده و درجه فوق ليسانس در مهندسي هوانوردي را در سال 1995 بدست آورد، مديريت پروژه را عهده دار بود ونتايج زير از آن حاصل شد.

هادي هاي يخ گرفته و نيروهاي بالا برنده باد باعث بروز گالوپينگ مي شوند.

تغيير در كشش ، توزيع وزن و سختي سيم هادي در ايجاد گالوپينگ تاثير مستقيم ندارد.

تغيير در كيفيت آيروديناميكي هادي يخ گرفته ، حركت هادي را كاهش مي دهد.

اصلاح آيروديناميكي و مكانيكي هادي دو روش بودند كه در تغيير وضعيت هادي يخ گرفته تاثير دارند.

موثرترين راه حل براي مسئله گالوپينگ تغيير زاويه حمله باد مي باشد.

با پايان گرفتن پروژه ، ريچاردسون به تحقيق در زمينه تكنولوژي دو نوع دمپر بنامهاي “سن دمپر” و “ وين دمپر” با كمكهاي “بنياد ملي علم” و وزارت انرژي آمريكا در MIT ادامه داد. “سن دمپر” براي كنترل گالوپينگ سيمهاي مهار برجهاي مرتفع تلويزيون و “وين دمپر” براي كنترل گالوپينگ خطوط هوايي شركتهاي برق بكار مي رفتند. “سن دمپر” از يك طبلك غلتان بهره مي برد كه ماسه در آن ريخته شده و در طول سيم مهار در حال گالوپينگ ، بالا و پائين مي رود.

“ وين دمپر” از يك وزنه آزاد آلومينيمي استفاده مي كند كه در زير هادي آويزان ميشود تا در زمان گالوپينگ در هادي پيچش ايجاد كند. در اينجا زاويه پيچش هم در زاويه حمله باد تغيير ايجاد مي كند و هم گالوپينگ را كنترل مي كند.