شبکه‌های انتقال برق - خطوط هوایی فشار بسیار بالا و فشار بالا

بازرسی شبکه‌های انتقال برق و خطوط هوایی

در سیستم‌های توان الکتریکی، ولتاژ فوق بالا (EHV، که در آن ولتاژ V&ge;150 کیلوولت و ولتاژ بالا (HV، با 60 کیلوولت &le; V <150 کیلوولت) به طور معمول برای انتقال انرژی استفاده می‌شوند. استفاده از این سطوح ولتاژ بالا به منظور کاهش جریان عبوری از خطوط انتقال است. بر اساس قانون جول، W=RI²t=UIt، که در آن W نمایانگر انرژی تبدیل شده به گرما است، R مقاومت رسانا، I جریان، t زمان، و U ولتاژ است. با کاهش جریان، امکان کاهش مقطع عرضی رساناها وجود دارد، بنابراین همچنین تلفات توان ناشی از اثر جول را کاهش می‌دهد.

شبکه‌های انتقال معمولاً از ایستگاه‌های تولید و زیرстанسیون‌ها شروع می‌شوند. در حالی که خطوط هوایی در بسیاری از مناطق مولفه غالب هستند، در محیط‌های شهری، به دلیل محدودیت فضایی و در نظر گرفتن جنبه‌های زیباشناختی، کابل‌های زیرزمینی عایق‌دار معمولاً ضروری هستند.

خطوط هوایی EHV و HV عملاً از عناصر کلیدی زیر تشکیل شده‌اند:

• برج‌های فلزی: این برج‌ها پشتیبانی ساختاری برای کل سیستم خط هوایی را فراهم می‌کنند و مطمئن می‌شود که رساناها در ارتفاع و فاصله مناسب نگهداری شوند.

• عایق‌ها: آنها جلوگیری از جریان جریان الکتریکی از رساناها به برج‌های فلزی را انجام می‌دهند، با حفظ تجزیه‌پذیری الکتریکی و ایمنی.

• رساناها: مسئول حمل جریان الکتریکی هستند. انواع رسانا مشترک در خطوط هوایی شامل رسانای آلومینیومی تقویت شده با فولاد (ACSR) است که به استانداردهای اروپایی مانند EN 50189، 50889، 61232 و 50182 مطابقت دارد. علاوه بر این، رساناهای آلیاژ آلومینیومی، مانند AAAC (کابل‌های رسانای آلومینیوم آلیاژ)، که به عنوان AL2، AL3، AL4 و AL5 طبقه‌بندی شده‌اند، در EN 50182 و 50183 مشخص شده‌اند.

• حلقه‌های کورونا: این دستگاه‌های شکل توری هستند.

• اتصالات زمین‌شدن: این اتصالات مطمئن می‌شوند که شارژ‌های الکتریکی به صورت ایمن تخلیه شوند و مسیری به زمین در صورت خطا فراهم کنند.

تجهیزات انتقال توان با هدف حداقل کردن تشکیل رهاش کورونا طراحی شده‌اند. حلقه‌های کورونا، مانند آنچه در شکل 1 نشان داده شده، نقش مهمی در این زمینه دارند. با گسترش میدان الکتریکی روی مساحت بزرگ‌تر، آنها گرادیان میدان را زیر آستانه کورونا کاهش می‌دهند، به طور موثر رهاش کورونا را مهار می‌کنند. این عمل نه تنها به جلوگیری از تلفات توان مرتبط با کورونا کمک می‌کند، بلکه نویز شنیداری و تداخل الکترومغناطیسی را نیز کاهش می‌دهد، به کارایی و قابلیت اطمینان کلی سیستم انتقال کمک می‌کند.

محافظت از خطوط هوایی در برابر برق و نقش کابل‌های OPGW

یکی از تهدیدات مهم برای خطوط هوایی، برق است. این خطوط در طول کل طول خود در معرض خطر ضربه برق هستند، که به این معنی است که محافظت فقط با استفاده از لایه‌های ضدبرق در زیرستانسیون‌ها کافی نیست. اقدامات اضافی محافظتی برای تضمین قابلیت اطمینان و ایمنی سیستم انتقال ضروری هستند.

برای حل این مشکل، "سیم‌های محافظت هوایی برق" در طول کل مسیر خطوط هوایی نصب می‌شوند. در میان این سیم‌ها، کابل‌های OPGW (Optical Power Ground Wire) به دلیل عملکرد دوگانه خود به طور گسترده استفاده می‌شوند. یک کابل OPGW دارای ساختار لوله‌ای است که یک یا چند لایه فیبر تک‌حالت در مرکز آن قرار دارد. این مجموعه فیبر مرکزی سپس با چندین لایه از سیم‌های فولادی و آلومینیومی احاطه می‌شود.

لایه‌های رسانای بیرونی کابل OPGW نقش مهمی در محافظت الکتریکی دارند. آنها برج‌های انتقال مجاور را به زمین متصل می‌کنند و مسیر مقاومت کم برای جریان‌های برق فراهم می‌کنند. با انجام این کار، آنها به طور موثر رساناهای توان از ضربه مستقیم برق محافظت می‌کنند و احتمال آسیب به خطوط اصلی انتقال را کاهش می‌دهند.

همزمان، فیبرهای نوری داخل کابل OPGW مزایای ارتباطی قابل توجهی ارائه می‌دهند. این فیبرها می‌توانند برای انتقال داده با سرعت بالا استفاده شوند و نیازهای مختلف بخش خدمات برق را برآورده کنند. آنها برای کاربردهای داخلی مانند محافظت و کنترل خطوط انتقال، اجازه می‌دهند که نظارت در زمان واقعی و واکنش سریع به مشکلات احتمالی رخ دهد. علاوه بر این، آنها نیازهای ارتباط صوتی و داده را تأمین می‌کنند و هماهنگی بین بخش‌های مختلف شبکه توان را تسهیل می‌کنند.

فیبرهای نوری خود دارای خصوصیات عایق‌بندی عالی هستند که محافظت ذاتی در برابر القای الکتریکی از خطوط انتقال توان و برق را فراهم می‌کنند. آنها همچنین مقاومت بالایی در برابر نویز خارجی و تداخل دارند و تمامیت داده‌های ارسالی را تضمین می‌کنند. علاوه بر این، فیبرهای نوری دارای تلفات انتقال بسیار کم هستند، که آنها را برای انتقال داده در فواصل طولانی و با سرعت بالا بدون تضعیف قابل توجه سیگنال مناسب می‌کند.

شکل 2 نمونه معمولی از یک کابل OPGW را نشان می‌دهد که ساختار منحصر به فرد آن را نمایش می‌دهد و نحوه ترکیب محافظت الکتریکی و توانایی‌های ارتباطی را برجسته می‌کند، که آن را به مولفه‌ای غیرقابل انکار در سیستم‌های خطوط انتقال هوایی مدرن می‌کند.

در برخی کشورها، برای خطوط هوایی قدیمی‌تر که در سطح ولتاژ 72.5 کیلوولت کار می‌کنند، رویکرد خاصی برای محافظت در برابر برق مورد استفاده قرار گرفته بود. به طور تاریخی، فقط چهار یا پنج پانل اولیه مجاور به زیرستانسیون‌ها با تجهیزات محافظتی مجهز شده بودند و کابل‌های ACSR (Aluminium Conductor Steel-Reinforced) برای این منظور استفاده می‌شدند. اما این راه‌حل اکنون منسوخ شده است. کابل OPGW (Optical Power Ground Wire) به عنوان انتخاب مورد علاقه تبدیل شده است، زیرا نه تنها محافظت موثر در برابر برق را ارائه می‌دهد، بلکه ارتباط داده بین زیرستانسیون‌ها را نیز فراهم می‌کند و راه‌حلی جامع‌تر و انعطاف‌پذیرتر ارائه می‌دهد.

کابل‌های عایق‌دار معمولاً دارای عایق‌بندی پلی‌اتیلن متقاطع (XLPE) هستند. این کابل‌ها معمولاً دارای رساناهای آلومینیومی هستند و برای کاربردهای تک‌فاز طراحی شده‌اند. استفاده از عایق XLPE خصوصیات الکتریکی عالی، مقاومت مکانیکی و دوام را ارائه می‌دهد، که آن را برای انتقال توان مناسب می‌کند.

شبکه‌های انتقال ولتاژ فوق بالا (EHV) و ولتاژ بالا (HV) معمولاً از ساختار "حلقه‌ای" استفاده می‌کنند. مانند آنچه در شکل 3 نشان داده شده، این ساختار با درجه‌ای از پیچیدگی مشخص می‌شود. ساختار حلقه‌ای قابلیت اطمینان و انعطاف‌پذیری بیشتری در توزیع توان ارائه می‌دهد، که به تقسیم بار بهتر و نگهداری و عملیات ساده‌تر شبکه کمک می‌کند. این امکان را فراهم می‌کند که در صورت خطا یا کار نگهداری، توان از مسیر دیگری منتقل شود، اختلالات در تأمین توان را به حداقل می‌رساند و سیستم انتقال پایدارتر و کارآمدتری را تضمین می‌کند.