پروژه بررسی و مقایسه کاربرد شین های آلومینیومی بجای شین های مسی

فصل اول

تحلیل ، بررسی و مقایسه خواص هادی های مس و آلومینیوم

1-1- مقدمه

    شینها معمولا" از مس( e-al) ساخته می شوند. در حال حاضر در سطوح ولتاژ kv20 33kv , و 0.4kv 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.

1-2-بررسی و مقایسهء خواص هادیهای مس و آلومینیوم   

     در جدول(1-1) و(1-2) خواص عمومی هادیهای مس و آلومینیوم و آلیاژ آلومینیوم بصورت کامل آمده است در جدول (1-3) اثرات حرارت روی استحکام آلومینیوم آورده شده است و در جدول (1-4) مهمترین

خواص هادیهای مس و آلومینیوم بیان گردیده است و در جدول (1-5) مس و آلومینیم در شرایط مختلف با هم مقایسه شده اند.                                

(جداول در فایل اصلی موجود است)

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:

   1-  اکسیداسیون سطحی

         2- فرو رفتن در اثر فشار و اثر الکترولیتی شدید .

1-3- مقایسه فرمولی خواص هادیهای مس و آلومینیوم

 1-3-1- 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

   بعنوان مثال اگرKg 100  آلومینیوم با یک مقاومت الکتریکی داشته باشیم و بخواهیم بفهمیم که چند

    کیلو گرم مس همین مقاومت را داراست داریم:                 

(فرمول ها در فایل اصلی موجود است)                                                                                                              

   1-3-2-از نظر مشخصات الکتریکی :

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

(فرمول ها در فایل اصلی موجود است)                                                                                                              

بعنوان مثال اگر یک هادی آلومینیومی به وزن 100 Kg داشته باشیم و بخواهیم یک هادی مس با

     همان مقاومت مکانیکی ایجاد کنیم:

(فرمول ها در فایل اصلی موجود است)                                                                                                              

                 نتیجه گیری:

        در هدایت الکتریکی مساوی وزن هادی آلومینیومی از هادی مسی کمتر است (50 %). در طول مساوی

      با مقاومت مکانیکی یکسان وزن بکار رفته از مس کمتر خواهد بود.

      (76 % ) 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

   2-1-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  0.81 ......  0.9 =  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 شین هایی که در کنار هم در یک سطح قرار دارند قدری کمتر است