شبکه‌های انتقال برق – خطوط هوایی EHV و HV

شبکه‌های انتقال برق و خطوط هوایی

در سیستم‌های برق، ولتاژ خیلی بالا (EHV، که در آن ولتاژ V&ge;150 کیلوولت و ولتاژ بالا (HV، با 60 کیلوولت &le; V <150 کیلوولت) معمولاً برای انتقال انرژی استفاده می‌شود. 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 نشان‌دهنده انرژی تبدیل شده به گرما، R مقاومت هادی، I جریان، t زمان، و U ولتاژ است. با کاهش جریان، می‌توان مقطع عرضی هادی‌ها را کاهش داد و در نتیجه ضایعات توان ناشی از اثر جول را کاهش داد.

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

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

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

• عایق‌ها: آنها جلوگیری می‌کنند از جریان الکتریکی از هادی‌ها به برج‌های فلزی، حفظ عایق بودن و ایمنی را تضمین می‌کنند.

• هادی‌ها: مسئول حمل جریان الکتریکی هستند. انواع معمول هادی‌ها در خطوط هوایی شامل هادی آلومینیومی تقویت شده با فولاد (ACSR) که مطابق با استانداردهای اروپایی مانند EN 50189، 50889، 61232 و 50182 هستند. علاوه بر این، هادی‌های آلیاژ آلومینیومی مانند AAAC (کابل‌های هادی آلیاژ آلومینیومی) طبق AL2، AL3، AL4 و AL5 مشخص شده‌اند که در EN 50182 و 50183 ذکر شده‌اند.

• حلقه‌های کرون: این دستگاه‌های شکل توری هستند.

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

تجهیزات انتقال برق با هدف کاهش تشکیل دیسچارژ کرون طراحی شده‌اند. حلقه‌های کرون، مانند آنچه در شکل ۱ نشان داده شده، نقش مهمی در این زمینه دارند. با گسترش میدان الکتریکی در مساحت بزرگتر، آنها گرادیان میدان را زیر آستانه کرون کاهش می‌دهند و به طور موثر دیسچارژ کرون را سرکوب می‌کنند. این عمل نه تنها به جلوگیری از ضایعات توان ناشی از کرون کمک می‌کند، بلکه نویز شنیدنی و تداخل الکترومغناطیسی را نیز کاهش می‌دهد و به کارایی و قابلیت اطمینان کلی سیستم انتقال کمک می‌کند.

حفاظت 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 تنها با استفاده از سیستم‌های خنثی‌سازی در زیرستانسیون‌ها کافی نیست. اقدامات محافظتی اضافی ضروری است تا قابلیت اطمینان و ایمنی سیستم انتقال تضمین شود.

برای مقابله با این مشکل، "سیم‌های محافظ برق هوایی" در طول کل مسیر خطوط هوایی نصب می‌شوند. در میان این‌ها، 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 تا از الیاف تک‌حالت در مرکز آن قرار دارد. این تجمع الیاف مرکزی سپس توسط چندین لایه از سیم‌های فولادی و آلومینیومی احاطه می‌شود.

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

همزمان، الیاف نوری در داخل کابل OPGW مزایای ارتباطی قابل توجهی دارند. این الیاف می‌توانند برای انتقال داده‌های پرسرعت استفاده شوند و نیازهای مختلف بخش برق را برآورده کنند. آنها برای کاربردهای داخلی مانند حفاظت و کنترل خطوط انتقال استفاده می‌شوند، که امکان نظارت در زمان واقعی و پاسخ سریع به مسائل پتانسیلی را فراهم می‌کنند. علاوه بر این، آنها نیازهای ارتباط صوتی و داده را تأمین می‌کنند و هماهنگی بین بخش‌های مختلف شبکه برق را تسهیل می‌کنند.

الیاف نوری خود دارای خصوصیات عایق‌بندی بسیار خوبی هستند که محافظت ذاتی در برابر القای الکتریکی از خطوط انتقال توان و برق را فراهم می‌کنند. آنها همچنین مقاومت بسیار بالایی در برابر نویز خارجی و تداخل دارند که از تمامیت داده‌های منتقل شده حفظ می‌کنند. علاوه بر این، الیاف نوری دارای ضایعات انتقال بسیار کمی هستند که آنها را برای انتقال داده‌های پرسرعت در فواصل طولانی بدون تضعیف قابل توجه سیگنال مناسب می‌کند.

شکل ۲ یک مثال معمولی از کابل OPGW را نشان می‌دهد که ساختار منحصر به فرد آن و نحوه ترکیب محافظت الکتریکی و قابلیت‌های ارتباطی را نمایش می‌دهد و آن را به عنوان یک مولفه ضروری در سیستم‌های خط هوایی مدرن معرفی می‌کند.

در برخی کشورها، برای خطوط هوایی قدیمی‌تر که در سطح ولتاژ ۷۲.۵ کیلوولت کار می‌کنند، رویکرد خاصی برای محافظت در برابر برق استفاده می‌شد. تاریخیاً، فقط چهار یا پنج اسپان مجاور زیرستانسیون‌ها با تدابیر محافظتی مجهز شده بودند و کابل‌های ACSR (آلومینیومی تقویت شده با فولاد) برای این منظور استفاده می‌شدند. اما این راه‌حل اکنون منسوخ شده است. کابل OPGW (Optical Power Ground Wire) انتخاب مورد علاقه شده است، زیرا نه تنها محافظت مؤثر در برابر برق را فراهم می‌کند، بلکه ارتباط داده بین زیرستانسیون‌ها را نیز ممکن می‌سازد و راه‌حلی جامع‌تر و انعطاف‌پذیرتر را ارائه می‌دهد.

کابل‌های عایق‌دار معمولاً دارای عایق‌بندی پلی‌اتیلن متقاطع (XLPE) هستند. این کابل‌ها معمولاً دارای هادی‌های آلومینیومی هستند و برای کاربردهای تک‌فاز طراحی شده‌اند. استفاده از عایق XLPE خصوصیات الکتریکی بسیار خوبی، قدرت مکانیکی و دوام را فراهم می‌کند که آن را برای انتقال توان مناسب می‌کند.

شبکه‌های انتقال ولتاژ خیلی بالا (EHV) و ولتاژ بالا (HV) معمولاً از ساختار "حلقه‌ای" استفاده می‌کنند. مانند آنچه در شکل ۳ نشان داده شده، این ساختار با درجه‌ای از پیچیدگی مشخص می‌شود. ساختار حلقه‌ای قابلیت اطمینان و انعطاف‌پذیری بیشتری در توزیع توان ارائه می‌دهد و به بهترین توزیع بار و نگهداری و عملیات ساده‌تر شبکه کمک می‌کند. این ساختار امکان تغییر مسیر توان در صورت بروز خطا یا کارهای نگهداری را فراهم می‌کند، اختلالات در تأمین توان را کاهش می‌دهد و سیستم انتقال پایدارتر و کاراتری را تضمین می‌کند.