Elektrické přenosové sítě – EHV a HV vedení

Elektrické přenosové sítě a vedení na nosnících

V elektrických distribučních systémech se často používají extra vysoké napětí (EHV, kde napětí V&ge;150 kV) a vysoké napětí (HV, kde 60 kV &le; V <150 kV) pro přenos energie. Použití těchto vysokých napětí slouží k snížení proudu proudícího přes přenosová vedení. Podle Jouleova zákona, W=RI²t=UIt, kde W znamená energii vyzařovanou jako teplo, R je odpor vodiče, I je proud, t je čas a U je napětí. Snížením proudu lze snížit průřez vodičů, což minimalizuje ztráty energie způsobené Jouleovým jevem.

Přenosové sítě obvykle pochází z elektráren a transformačních stanic. Ačkoli v mnoha oblastech jsou převládající složkou vedení na nosnících, v městských oblastech jsou často nutné izolované podzemní kabely kvůli omezení prostoru a estetickým důvodům.

Vedení EHV a HV na nosnících jsou především tvořena následujícími klíčovými prvky:

• Kovové věže: Ty poskytují strukturní podporu celému systému vedení na nosnících a zajistí, že vodiče jsou drženy ve správné výšce a rozestupu.

• Izolátory: Ty brání toku elektrického proudu z vodičů do kovových věží, udržují elektrickou izolaci a bezpečnost.

• Vodiče: Jsou odpovědné za přenos elektrického proudu. Běžně používané typy vodičů v vedeních na nosnících zahrnují hliníkové vodiče s ocelovým posilováním (ACSR), které splňují evropské normy jako EN 50189, 50889, 61232 a 50182. Kromě toho jsou specifikovány hliníkové slitiny, jako jsou AAAC (vodiče ze slitin hliníku) označené jako AL2, AL3, AL4 a AL5, které jsou specifikovány v EN 50182 a 50183.

• Korónové kroužky: Tyto jsou toroidální zařízení.

• Zazemňovací spoje: Tyto zajistí bezpečné vyústění elektrických nábojů a poskytnou cestu ke zemi v případě poruch.

Přenosové zařízení je konstruováno s cílem minimalizovat vznik korónového výboje. Korónové kroužky, jak je znázorněno na obrázku 1, mají v tomto ohledu klíčovou roli. Rozprostíráním elektrického pole na větší ploše snižují gradient pole pod korónovým práhem, což efektivně potlačuje korónový výboj. To nejen pomáhá předcházet ztrátám energie spojeným s korónovým výbojem, ale také snižuje slyšitelný šum a elektromagnetické rušení, což přispívá k celkové efektivitě a spolehlivosti přenosového systému.

Ochrana proti bleskům pro vedení na nosnících a role OPGW kabelů

Jedním z nejvýznamnějších rizik pro vedení na nosnících je blesk. Tato vedení jsou vystavena riziku bleskových úderů po celé své délce, což znamená, že ochrana poskytovaná pouze bleskosběrnými zařízeními v transformačních stanicích není dostatečná. Dodatečné ochranné opatření jsou nezbytné pro zajištění spolehlivosti a bezpečnosti přenosového systému.

Pro řešení tohoto problému jsou po celé trase vedení na nosnících instalovány "bleskové ochranné vedení". Mezi ty patří široce používané Optické vedení s vedením zemnice (OPGW), které disponují dvojí funkcí. OPGW kabel má trubkovou strukturu, která obsahuje jednu nebo více optických jednovlnných vláken v jeho jádru. Toto centrální vláknové uspořádání je pak obklopeno několika vrstvami ocelových a hliníkových drátů.

Vodivé vnější vrstvy OPGW kabelu mají klíčovou roli v elektrické ochraně. Spojují sousední přenosové věže se zemí, vytvářejí cestu s nízkým odporom pro bleskové proudy. Tím efektivně chrání vodiče s elektrickou energií před přímými bleskovými údery, což snižuje pravděpodobnost poškození hlavních přenosových vedení.

Současně optická vlákna uvnitř OPGW kabelu nabízejí významné komunikační výhody. Tyto vlákna lze použít pro vysokorychlostní přenos dat, což splňuje různé potřeby v elektrickém průmyslu. Jsou používány pro interní aplikace, jako je ochrana a kontrola přenosových vedení, umožňují reálně časové monitorování a rychlou reakci na možné problémy. Kromě toho podporují hlasovou a datovou komunikaci, což usnadňuje hladkou koordinaci mezi různými částmi elektrické sítě.

Optická vlákna samotná mají vynikající izolační vlastnosti, které poskytují inerentní ochranu proti elektrické indukci z přenosových vedení a blesků. Jsou také velmi odolná vůči externímu šumu a křížovému rušení, což zajišťuje integritu přenášených dat. Kromě toho mají optická vlákna extrémně nízké přenosové ztráty, což je ideální pro dlouhé vzdálenosti a vysokorychlostní přenos dat bez významné degradace signálu.

Obrázek 2 ukazuje typický příklad OPGW kabelu, který prezentuje jeho unikátní strukturu a zdůrazňuje, jak kombinuje elektrickou ochranu a komunikační schopnosti, což z něj dělá nezbytnou součást moderních přenosových vedení na nosnících.

V některých zemích byl pro starší vedení na nosnících pracující na napětí 72,5 kV používán specifický přístup k ochraně proti bleskům. Historicky byly pouze první čtyři nebo pět úseků vedle transformačních stanic vybaveny ochrannými opatřeními, a to hliníkovými vodiči s ocelovým posilováním (ACSR). Toto řešení však bylo fáze odstraněno. Optické vedení s vedením zemnice (OPGW) se stalo preferovanou volbou, protože nejen poskytuje efektivní ochranu proti bleskům, ale také umožňuje datovou komunikaci mezi transformačními stanicemi, což poskytuje komplexnější a versatilejší řešení.

Izolované kabely obvykle používají křížově propojenou polyethylenovou (XLPE) izolaci. Tyto kabely obvykle mají hliníkové vodiče a jsou navrženy pro jednofázové aplikace. Použití XLPE izolace poskytuje vynikající elektrické vlastnosti, mechanickou pevnost a trvanlivost, což ji činí vhodnou pro přenos elektrické energie.

Přenosové sítě extra vysokého napětí (EHV) a vysokého napětí (HV) často používají konfiguraci "okruh". Jak je znázorněno na obrázku 3, tato konfigurace je charakterizována významnou mírou komplexity. Konfigurace okruhu nabízí zvýšenou spolehlivost a flexibilitu v distribuci energie, umožňuje lepší sdílení zátěže a snadnější údržbu a provoz sítě. Umožňuje přesměrování energie v případě poruchy nebo údržby, což minimalizuje rušení dodávek energie a zajišťuje stabilnější a efektivnější přenosový systém.