Elektriske transmissionsnetværk – EHV og HV overledninger
Elektriske transmissionsnetværk og luftledninger
I elektriske energisystemer anvendes ekstra højspænding (EHV, hvor spændingen V≥150 kV) og højspænding (HV, med 60 kV ≤ V <150 kV) ofte til energioverførsel. Brugen af disse høje spændingsniveauer har til formål at reducere strømmen, der løber gennem transmissionsledningerne. Ifølge Joules lov, W=RI2t=UIt, hvor W repræsenterer den energi, der udledes som varme, R er ledningens modstand, I er strømmen, t er tiden, og U er spændingen. Ved at reducere strømmen bliver det muligt at nedsætte ledningernes tværsnit, hvilket også minimaliserer effekttab på grund af Joules effekt.
Transmissionsnetværk starter typisk fra kraftværker og understations. Selvom luftledninger er de mest udbredte komponenter i mange områder, anvendes isolerede kabler under jorden ofte i byområder på grund af pladsbegrænsninger og æstetiske overvejelser.
EHV- og HV-luftledninger består primært af følgende vigtige elementer:
Energioverførseludstyr er konstrueret med det mål at minimere dannelse af koronadischarge. Koronaringe, som vist på figur 1, spiller en afgørende rolle i denne henseende. Ved at sprede elektriske felt over et større område, reducerer de feltgradienten under koronagrensen, og undertrykker effektivt koronadischarge. Dette hjælper ikke kun med at forebygge effekttab forbundet med korona, men reducerer også hørlig støj og elektromagnetisk støj, hvilket bidrager til det samlede effektivitet og pålidelighed af transmissionsystemet.
Beskyttelse mod lyn for luftledninger og OPGW-kablers rolle
En af de mest betydningsfulde trusler mod luftledninger er lyn. Disse ledninger er udsat for risikoen for lynnedslag langs deres fulde længde, hvilket betyder, at beskyttelsen, der udelukkende kommer fra overfyldningsdempere ved understationer, er utilstrækkelig. Yderligere sikring foranstaltninger er afgørende for at sikre pålideligheden og sikkerheden af transmissionsystemet.
For at tackle dette problem installeres "lynaerialbeskyttelsesledninger" langs hele ruten af luftledninger. Blandt disse er Optical Power Ground Wire (OPGW)-kabler bredt anvendt på grund af deres dobbeltfunktion. En OPGW-kabel har en tubulær struktur, der indeholder en eller flere optiske single-mode fibre i centrum. Dette centrale fiberkompleks er derefter omgivet af flere lag stål- og aluminiumstråd.
De ledende ydre lag af OPGW-kablet har en afgørende funktion i elektrisk beskyttelse. De forbinder nabostationer til jorden, og skaber en lavmodstandsvej for lynstrømme. Ved at gøre dette, beskytter de effektivt strømlederne mod direkte lynnedslag, og reducerer sandsynligheden for skade på de hovedtransmissionsledninger.
Samtidig tilbyder de optiske fibre indeni OPGW-kablet betydelige kommunikationsfordele. Disse fibre kan anvendes til højhastighedsoverførsel af data, og opfylder forskellige behov inden for elektricitetsvirksomheder. De anvendes til interne applikationer som beskyttelse og kontrol af transmissionsledninger, og gør det muligt at overvåge og hurtigt reagere på potentielle problemer. Desuden understøtter de tale- og datakommunikationsbehov, og fremmer en seemless koordination mellem forskellige dele af strømnættet.
Selv de optiske fibre har fremragende isolerende egenskaber, som giver inbygget beskyttelse mod elektrisk induktion fra transmissionsledninger og lyn. De er også højst resistente mod ekstern støj og krydsstøj, og sikrer integriteten af de overførte data. Desuden har optiske fibre ekstremt lave transmissionsforskud, hvilket gør dem ideelle til langdistanses, højhastighedsdataoverførsel uden betydelig signaldegradering.
Figur 2 viser et typisk eksempel på en OPGW-kabel, der fremhæver dens unikke struktur og hvordan den kombinerer elektrisk beskyttelse og kommunikationskapaciteter, og gør den til en uundværlig komponent i moderne luftledningssystemer.
I visse lande blev en specifik tilgang til lynbeskyttelse engang brugt for ældre luftledninger, der opererer på et spændingsniveau på 72.5 kV. Historisk set var kun de første fire eller fem span ved siden af understationer udstyret med beskyttelsesforanstaltninger, og Aluminium Conductor Steel - Reinforced (ACSR) kabler blev anvendt til dette formål. Dog er denne løsning nu faset ud. OPGW-kablet (Optical Power Ground Wire) er blevet den foretrukne valgmulighed, da det ikke kun tilbyder effektiv lynbeskyttelse, men også gør det muligt at kommunikere data mellem understationer, og giver en mere komplet og versatile løsning.
Isolerede kabler anvender ofte krydslænkede polyetylen (XLPE) isolation. Disse kabler har typisk aluminiumledere og er designet til enfasanapplikationer. Brugen af XLPE-isolation giver fremragende elektriske egenskaber, mekanisk styrke og holdbarhed, og gør den velegnet til strømoverførsel.
Ekstra højspænding (EHV) og højspænding (HV) transmissionsnetværk anvender ofte en "ring" konfiguration. Som vist på figur 3, er denne opsætning karakteriseret ved en betydelig grad af kompleksitet. Ringkonfigurationen tilbyder forbedret pålidelighed og fleksibilitet i strømforsyningen, hvilket gør det muligt at bedre dele belastning og lettere vedligeholde og drifte netværket. Den gør det muligt at omdirigere strøm i tilfælde af fejl eller vedligeholdelsesarbejde, og minimaliserer afbrydelser i strømforsyningen, og sikrer et mere stabilt og effektivt transmissionsystem.
