Ηλεκτρικά Δίκτυα Μεταφοράς – Γραμμές Υψηλής και Εξαιρετικά Υψηλής Τάσης
Ηλεκτρικά Δίκτυα Μεταφοράς και Αέριες Γραμμές
Στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, τα πολύ υψηλά επίπεδα ισχύος (EHV, όπου η τάση V≥150 kV και υψηλά επίπεδα ισχύος (HV, με 60 kV ≤ V <150 kV) χρησιμοποιούνται συνήθως για τη μεταφορά ενέργειας. Η χρήση αυτών των υψηλών επιπέδων τάσης στοχεύει στη μείωση της ροής του ρεύματος μέσω των γραμμών μεταφοράς. Σύμφωνα με το νόμο του Joule, W=RI2t=UIt, όπου W προσδιορίζει την ενέργεια που διαλύεται ως θερμότητα, R είναι η αντίσταση του διαξονή, I είναι το ρεύμα, t είναι ο χρόνος, και U είναι η τάση. Με τη μείωση του ρεύματος, γίνεται δυνατή η μείωση της διατομής των διαξόνων, μειώνοντας έτσι τις απώλειες ενέργειας λόγω του οικονομικού επιπέδου.
Τα δίκτυα μεταφοράς συνήθως ξεκινούν από ενεργειακές εγκαταστάσεις και υποσταθμούς. Ενώ οι αέριες γραμμές είναι η πρωτεύουσα συνιστώσα σε πολλές περιοχές, σε αστικά περιβάλλοντα, οι υπόγειες απομονωμένες καλωδιούς είναι συχνά απαραίτητες λόγω περιορισμών χώρου και αισθητικών εξαιρέσεων.
Οι EHV και HV αέριες γραμμές αποτελούνται κυρίως από τα εξής βασικά στοιχεία:
Τα εξοπλισματα μεταφοράς ενέργειας σχεδιάζονται με στόχο τη μείωση της δημιουργίας απόδοσης κορωνίδας. Τα κορωνίδια άντλησης, όπως εμφανίζονται στο Σχήμα 1, έχουν κρίσιμο ρόλο σε αυτό. Κατανέμοντας το ηλεκτρικό πεδίο σε μεγαλύτερη επιφάνεια, μειώνουν την παράγωγο του πεδίου κάτω από το όριο της κορωνίδας, αποτελεσματικά καταστέλλοντας την απόδοση κορωνίδας. Αυτό όχι μόνο βοηθά στην πρόληψη των απωλειών ενέργειας που συνδέονται με την κορωνίδα, αλλά επίσης μειώνει τον ακούστο θόρυβο και την ηλεκτρομαγνητική παρεμπίδευση, συμβάλλοντας στην συνολική αποτελεσματικότητα και αξιοπιστία του συστήματος μεταφοράς.
Προστασία Από τον Κεραυνό για Αέριες Γραμμές και Ο Ρόλος των OPGW Kαλωδίων
Ένα από τα πιο σημαντικά επικίνδυνα για τις αέριες γραμμές είναι ο κεραυνός. Αυτές οι γραμμές είναι εκτεθειμένες στον κίνδυνο κεραυνοπλήξεων σε όλη τη διάρκεια, γεγονός που σημαίνει ότι η προστασία που παρέχεται μόνο από τους κατασταλτήρες σε υποσταθμούς είναι ανεπαρκής. Επιπλέον μέτρα προστασίας είναι απαραίτητα για να εξασφαλιστεί η αξιοπιστία και ασφάλεια του συστήματος μεταφοράς.
Για να αντιμετωπιστεί αυτό το πρόβλημα, "αερικές προστατικές γραμμές κεραυνού" εγκαθίστανται κατά τη διάρκεια όλης της διαδρομής των αέριων γραμμών. Ανάμεσα σε αυτές, τα Optical Power Ground Wire (OPGW) καλώδια είναι ευρέως χρησιμοποιούμενα λόγω της διπλής τους λειτουργίας. Ένα OPGW καλώδιο διαθέτει έναν τυβειακό κατασκευαστικό σχεδιασμό που φιλοξενεί ένα ή περισσότερα οπτικά μονομόδουλα ίνες στον πυρήνα του. Αυτή η κεντρική συνέλευση ίνες περιβάλλεται από πολλαπλά επίπεδα από χάλυβα και αλουμίνιο.
Τα διεξόδια στρώματα του OPGW καλώδιου έχουν ζωτική σημασία στην ηλεκτρική προστασία. Συνδέουν τους γειτονικούς πύργους με το έδαφος, δημιουργώντας έναν χαμηλής αντίστασης δρόμο για τα ρεύματα κεραυνού. Με αυτόν τον τρόπο, αποτελεσματικά απομονώνουν τους διαξόνες ενέργειας από τις άμεσες πλήξεις κεραυνού, μειώνοντας την πιθανότητα ζημιών στις κύριες γραμμές μεταφοράς.
Εν τω μεταξύ, οι οπτικές ίνες μέσα στο OPGW καλώδιο προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα στην επικοινωνία. Αυτές οι ίνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ταχεία μεταφορά δεδομένων, καλύπτοντας διάφορες ανάγκες εντός του τομέα της ηλεκτροδότησης. Χρησιμοποιούνται για εσωτερικές εφαρμογές όπως η προστασία και η ελεγχος των γραμμών μεταφοράς, επιτρέποντας την πραγματική χρόνια παρακολούθηση και ταχεία αντίδραση σε πιθανά προβλήματα. Επιπλέον, υποστηρίζουν τις ανάγκες φωνητικής και δεδομένων επικοινωνίας, επιτρέποντας εναρμονισμένη συντονισμό μεταξύ διαφορετικών τμημάτων του ηλεκτρικού δικτύου.
Οι οπτικές ίνες οι ίδιες διαθέτουν εξαιρετικές απομονωτικές ιδιότητες, οι οποίες παρέχουν φυσική προστασία από την ηλεκτρική επαγωγή από τις γραμμές μεταφοράς ενέργειας και τον κεραυνό. Είναι επίσης ανθεκτικές σε εξωτερικό θόρυβο και διατομική παρεμπίδευση, διασφαλίζοντας την ακεραιότητα των μεταφερόμενων δεδομένων. Επιπλέον, οι οπτικές ίνες έχουν εξαιρετικά χαμηλές απώλειες μεταφοράς, καθιστώντας τις ιδανικές για μεγάλες αποστάσεις, ταχεία μεταφορά δεδομένων χωρίς σημαντική κατάρρευση του σήματος.
Το Σχήμα 2 επεξηγεί έναν τυπικό πίνακα OPGW, τονίζοντας τη μοναδική του δομή και τον τρόπο με τον οποίο συνδυάζει την ηλεκτρική προστασία και τις επικοινωνιακές δυνατότητες, καθιστώντας το αναπόσπαστο στοιχείο σε σύγχρονα συστήματα αέριων γραμμών μεταφοράς.
Σε ορισμένες χώρες, για παλαιότερες αέριες γραμμές που λειτουργούν σε επίπεδο τάσης 72.5 kV, μια συγκεκριμένη προσέγγιση προστασίας από τον κεραυνό ήταν προηγουμένως σε χρήση. Ιστορικά, μόνο τα πρώτα τέσσερα ή πέντε διαστήματα δίπλα σε υποσταθμούς είχαν ενισχυμένα μέτρα προστασίας, και χρησιμοποιούνταν καλώδια Aluminium Conductor Steel - Reinforced (ACSR) για αυτόν τον σκοπό. Ωστόσο, αυτή η λύση έχει πλέον αποσυρθεί. Το Optical Power Ground Wire (OPGW) καλώδιο έχει γίνει η προτιμώμενη επιλογή, καθώς όχι μόνο παρέχει αποτελεσματική προστασία από τον κεραυνό, αλλά επίσης επιτρέπει την επικοινωνία δεδομένων μεταξύ υποσταθμών, παρέχοντας μια πιο ολοκληρωμένη και πολυεπίπεδη λύση.
Οι απομονωμένες καλωδιούς συνήθως διαθέτουν απομόνωση από σταυρούμενο πολυαιθιλενούχο (XLPE). Αυτά τα καλώδια συνήθως έχουν διαξόνες από αλουμίνιο και σχεδιάζονται για μονοφάσεις εφαρμογές. Η χρήση απομόνωσης XLPE παρέχει εξαιρετικές ηλεκτρικές ιδιότητες, μηχανική αντοχή και διάρκεια, καθιστώντας την κατάλληλη για τη μεταφορά ενέργειας.
Τα δίκτυα μεταφοράς Extra High Voltage (EHV) και High Voltage (HV) συχνά υιοθετούν μια διάταξη "δαχτυλίδι". Όπως φαίνεται στο Σχήμα 3, αυτή η διάταξη χαρακτηρίζεται από μεγάλη πολυπλοκότητα. Η διάταξη δαχτυλίδι παρέχει ενισχυμένη αξιοπιστία και ευελιξία στην κατανομή ενέργειας, επιτρέποντας καλύτερη κατανομή φορτίου και ευκολότερη συντήρηση και λειτουργία του δικτύου. Επιτρέπει την ανακατεύθυνση της ενέργειας σε περίπτωση παραβίασης ή εργασίας συντήρησης, μειώνοντας τις διαταραχές στην παροχή ενέργειας και εξασφαλίζοντας ένα πιο σταθερό και αποτελεσματικό σύστημα μεταφοράς.
