Sähkönsiirtoverkot – EHV ja HV yläjohdot

Sähköverkot ja ilmakuljetuslinjat

Sähköenergian tuotantojärjestelmissä erittäin korkean jännitteen (EHV, jossa jännite V&ge;150 kV) ja korkean jännitteen (HV, jossa 60 kV &le; V <150 kV) käyttö on yleistä energian kuljetukseen. Nämä korkeat jännitteet vähentävät virtaa, joka kulkee kuljetuslinjoissa. Joulen laista seuraa, että W=RI²t=UIt, missä W edustaa lämpöä hajottamaa energiaa, R on johtimen vastus, I on virta, t on aika ja U on jännite. Virtaa pienentämällä on mahdollista vähentää johtimien poikkileikkausta, mikä myös vähentää Joulen vaikutuksen vuoksi aiheutuvia tehoja.

Kuljetusverkot alkavat yleensä voimaloista ja aliverkoista. Vaikka ilmakuljetuslinjat ovat monilla alueilla yleisiä, kaupunkiasemissa maanalaiset eristetyt kaapelit ovat usein tarpeen tilan rajoitusten ja esteettisten huomioiden vuoksi.

EHV- ja HV-ilmakuljetuslinjat koostuvat pääasiassa seuraavista avainkomponenteista:

• Metalitornit: Ne tarjoavat koko ilmakuljetuslinjasysteemin rakenteellisen tukirakenteen, varmistamalla, että johtimet ovat sopivassa korkeudessa ja etäisyydessä toisistaan.

• Eristimet: Ne estävät sähkövirran kulun johtimista metalitorniin, ylläpitäen sähköisen eristyksen ja turvallisuuden.

• Johtimet: Ne ovastovat sähkövirran kuljetusta. Yleisesti käytettyjen johtimien tyyppeihin ilmakuljetuslinjoissa kuuluu aluminiumijohdinkerroksinen teräsarmatu (ACSR), joka noudattaa Euroopan standardeja kuten EN 50189, 50889, 61232 ja 50182. Lisäksi aluminiumiliittymäjohtimet, kuten AAAC (kaikki-aluminiumiliittymäjohtimetkaapeli), merkitty AL2, AL3, AL4 ja AL5, on määritelty EN 50182 ja 50183:ssa.

• Koronarengas: Nämä ovat toroidimuotoiset laitteet.

• Maadoituskaynnit: Ne varmistavat sähkövirtojen turvallisen häviämisen ja tarjoavat polun maahan virhetilanteissa.

Sähköenergian kuljetuslaitteet on suunniteltu minimoimaan koronanpurkauksen muodostumista. Koronarengaset, kuten kuvassa 1, ovat olennaisia tässä suhteessa. Niiden avulla sähkökenttä levitetään suuremmalle alueelle, mikä vähentää kentän gradienttia koronakynnysarvon alapuolelle, tehokkaasti hilliten koronanpurkautumista. Tämä auttaa välttämään koronan aiheuttamat tehon menetykset, vähentää kuuluvaa melua ja sähkömagneettista häiriötä, ja edistää kuljetusjärjestelmän kokonaistehokkuutta ja luotettavuutta.

Ilmakuljetuslinjojen suojelu salamalta ja OPGW-kaapelin rooli

Yksi merkittävimpiä uhkia ilmakuljetuslinjoille on sala. Nämä linjat altistuvat salamaniskujen riskille koko pituudellaan, mikä tarkoittaa, että aliverkoissa olevat purkupuolustimet eivät riitä. Lisäsuojatoimet ovat välttämättömiä kuljetusjärjestelmän luotettavuuden ja turvallisuuden takaamiseksi.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi "salamansuoja-ilmakaynnit" asennetaan koko ilmakuljetuslinjan reittiin. Näistä Optical Power Ground Wire (OPGW) -kaapelit ovat laajalti käytössä niiden kaksinaismuotoisuuden vuoksi. OPGW-kaapelin rakenne sisältää tubulaarisessa rakenteessa yhden tai useamman optisen yksimoodifibron ytimessä. Tämä keskiytimeen asetettu fibriyhdistelmä ympäröidään useilla teräs- ja aluminiumiviivoilla.

OPGW-kaapelin johtavat ulkopuoliset kerrokset ovat olennaisia sähkösuojan kannalta. Ne yhdistävät vierekkäiset kuljetustornit maan kanssa, luoden matalaresistanssin polun salamanvirtalle. Näin ne suojavat tehokkaasti pääkuljetuslinjoja suoran salamaniskun aiheuttamilta vahingoilta.

Samanaikaisesti OPGW-kaapelin sisäiset optiset fibrer tarjoavat merkittäviä kommunikaation etuja. Nämä fibrer voidaan käyttää nopean tiedonsiirron tarpeisiin sähköalan sisäisissä sovelluksissa, kuten kuljetuslinjojen suojauksessa ja ohjauksessa, mahdollistaen reaaliaikaisen valvonnan ja nopean reagoinnin potentiaalisiin ongelmiin. Lisäksi ne tukevat ääni- ja dataviestinnän tarpeita, mahdollistaen sileän koordinoinnin eri osissa sähköverkkoa.

Optiset fibrer itsessään omistavat erinomaiset eristysominaisuudet, jotka tarjoavat luonnollista suojaa sähköinduktioilta sähköenergian kuljetuslinjoilta ja salamalta. Ne ovat myös erittäin vastustuskykyisiä ulkoiselle melulle ja kryssivaihdolle, varmistamalla siirrettävän tiedon eheyden. Lisäksi optiset fibrer ovat erittäin matalan signaalinvaimenevan, mikä tekee niistä idealeja pitkien etäisyyksien ja nopean datansiirron kannalta ilman merkittävää signaalinvaimenemista.

Kuva 2 havainnollistaa tyypillistä OPGW-kaapelia, näyttäen sen ainutlaatuisen rakenteen ja korostamalla, miten se yhdistää sähkösuojan ja kommunikaatiokyvyt, tekemästä sitä välttämättömäksi komponenttiksi nykyaikaisissa ilmakuljetuslinjasysteemeissä.

Jossakin maissa vanhempien ilmakuljetuslinjojen, jotka toimivat 72.5 kV jänniteasteella, suojelu salamalta toteutettiin historiallisesti siten, että vain ensimmäiset neljä tai viisi spannia aliverkon vieressä varustettiin suojatoimilla, ja Aluminium Conductor Steel-Reinforced (ACSR) -kaapeleita käytettiin tähän tarkoitukseen. Kuitenkin tämä ratkaisu on nyt vaiennut. Optical Power Ground Wire (OPGW) -kaapeli on tullut suosituimmaksi vaihtoehtoksi, koska se tarjoaa tehokasta salamasuojaa ja mahdollistaa dataviestinnän aliverkkojen välillä, tarjoten kattavamman ja monipuolisemman ratkaisun.

Erityisesti eristettyjä kaapeleita on yleistä käyttää ristiriippuneen polyetyleeenin (XLPE) eristyskerroksella. Nämä kaapelit ovat yleensä aluminiumijohtimia ja suunniteltuja yksipaikkaista käyttöä varten. XLPE-eristys tarjoaa erinomaiset sähköiset ominaisuudet, mekaanisen kestävyyden ja kestävyyden, mikä tekee siitä hyvin soveltuvan sähköenergian kuljetukseen.

Erittäin korkean jännitteen (EHV) ja korkean jännitteen (HV) kuljetusverkot käyttävät usein "renkaan" konfiguraatiota. Kuva 3 havainnollistaa tämän asettelun, joka on merkittävästi monimutkainen. Renkaan asettelu tarjoaa parannettua luotettavuutta ja joustavuutta sähköntuotannon jakamisessa, mahdollistaen paremman latauksen jakamisen ja helpommien ylläpidon ja operointion toiminta. Se mahdollistaa sähkön uudelleenohjauksen virhe- tai ylläpitotyötilanteissa, vähentäen sähköntarjonnan häiriöitä ja varmistamalla vakaisemman ja tehokkaamman kuljetusjärjestelmän.