Električne prenosne mreže – EHV i HV nadzemne linije

Električne prenosne mreže i nadzemne linije

U električnim energetskim sustavima, ekstremno visok napon (EHV, gdje je napon V&ge;150 kV i visok napon (HV, s 60 kV &le; V <150 kV) često se koriste za prijenos energije. Upotreba ovih visokih nivova napona služi smanjenju struje koja teče kroz prenosne linije. Prema Jouleovom zakonu, W=RI²t=UIt, gdje W predstavlja energiju ispuštenu kao toplina, R je otpor vodiča, I je struja, t je vrijeme, a U je napon. Smanjenjem struje postaje moguće smanjiti presjek vodiča, time također minimizirajući gubitke snage zbog Jouleovog učinka.

Prenosne mreže obično počinju od elektrana i pretvorbnih stanica. Dok su nadzemne linije dominantni komponenti u mnogim područjima, u urbanim okruženjima često su nužni podzemni izolirani kabeli zbog ograničenja prostora i estetskih razloga.

EHV i HV nadzemne linije glavno su sastavljene od sljedećih ključnih elemenata:

• Metalne kule: Ove pružaju konstrukcijsku podršku cijelom sustavu nadzemnih linija, osiguravajući da vodiči budu na odgovarajućoj visini i razmaknuti.

• Izolatori: Oni sprečavaju protok električne struje od vodiča do metalnih kula, održavajući električnu izolaciju i sigurnost.

• Vodiči: Odgovorni su za prijenos električne struje. Uobičajeni tipovi vodiča u nadzemnim linijama uključuju aluminijevi vodiči sa čeličnim armiranjem (ACSR), koji se pridržavaju europskih standarda poput EN 50189, 50889, 61232 i 50182. Također, aluminijevi legirani vodiči, poput AAAC (cijelo aluminijevi legirani vodiči kablovi) označeni kao AL2, AL3, AL4 i AL5, definirani su u EN 50182 i 50183.

• Korona prstenovi: To su torus-oblikovani uređaji.

• Poveznice na zemlju: One osiguravaju siguran rasipanje električnih nabojki i pružaju put do zemlje u slučaju grešaka.

Oprema za prijenos snage inženjerirana je s ciljem minimiziranja formiranja korona razlada. Korona prstenovi, kao što je prikazano na slici 1, igraju ključnu ulogu u tom smislu. Raspršujući električno polje na veću površinu, oni smanjuju gradijent polja ispod pragova korone, efektivno potiskujući korona razlad. To ne samo pomaže u sprečavanju gubitaka snage povezanih s koronom, već smanjuje i audibilni šum i elektromagnetsku interferenciju, doprinoseći ukupnoj učinkovitosti i pouzdanosti sustava prijenosa.

Zaštita nadzemnih linija od munjila i uloga OPGW kabela

Jedna od najvećih prijetnji nadzemnim linijama su munjila. Te linije izložene su riziku od udara munjila duž cijele svoje duljine, što znači da zaštita koju pružaju samo zaštitni uređaji u pretvorbnim stanicama nije dovoljna. Dodatne mjere zaštite su neophodne kako bi se osigurala pouzdanost i sigurnost sustava prijenosa.

Da bi se taj problem riješio, "zračni zaštitni vodiči od munjila" instalirani su duž cijele trase nadzemnih linija. Među njima, široko se koriste Optički Prenosni Zračni Vodiči (OPGW) zbog njihove dvostruke funkcionalnosti. OPGW kabel ima cjevasti oblik s jednim ili više optičkih jednomodalnih vlakana u središnjem dijelu. Taj centralni sklop vlakana okružen je više slojeva čeličnih i aluminijevih žica.

Konduktivni spoljni slojevi OPGW kabela imaju ključnu ulogu u električnoj zaštiti. Oni povezuju susjedne prenosne kule s zemljom, stvarajući put niske otpornosti za struje od munjila. Time efektivno štite vodiče snage od direktnih udara munjila, smanjujući vjerojatnost oštećenja glavnih prenosnih linija.

U isto vrijeme, optička vlakna unutar OPGW kabela nude značajne prednosti u komunikaciji. Ta vlakna mogu se koristiti za brzi prijenos podataka, ispunjavajući razne potrebe u sektoru električnih usluga. Koriste se za interne primjene poput zaštite i kontrole prenosnih linija, omogućujući u stvarnom vremenu praćenje i brz odgovor na potencijalne probleme. Također, podržavaju potrebe za govorom i prijenosom podataka, omogućujući bezprekidnu koordinaciju među različitim dijelovima mreže snaga.

Optička vlakna same imaju odlična izolacijska svojstva, koja pružaju prirodnu zaštitu od električne indukcije od vodiča za prijenos snage i munjila. Također, vrlo su otporna na vanjski šum i cross-talk, osiguravajući integritet prenesenih podataka. Nadalje, optička vlakna imaju ekstremno niske gubitke pri prijenosu, čime su idealni za dugoodaljene, brze prijenose podataka bez značajnog degradiranja signala.

Slika 2 ilustrira tipičan primjer OPGW kabela, prikazujuci njegov jedinstveni oblik i naglašavajući kako kombinira električnu zaštitu i komunikacijske sposobnosti, čime postaje nezamjenjivi element u modernim sustavima nadzemnih prenosnih linija.

U nekim zemljama, za starije nadzemne linije koje rade na nivou napona od 72.5 kV, koristio se određeni pristup zaštiti od munjila. Istorijaski, samo prvih četiri ili pet spanova uzlihe pretvorbenim stanicama bili su opremljeni zaštitnim mjerama, a koristili su se aluminijevi vodiči sa čeličnim armiranjem (ACSR). Međutim, ta rješenja su sada fazonirana. OPGW kabel postao je preferirani izbor, jer ne samo pruža učinkovitu zaštitu od munjila, već omogućuje i prijenos podataka između pretvorbenih stanica, pružajući sveobuhvatnije i višestruko rješenje.

Izolirani kabeli često imaju izolaciju od prepletanog polietilena (XLPE). Ti kabeli obično imaju aluminijeve vodiče i dizajnirani su za jednofazne primjene. Upotreba XLPE izolacije pruža odlična električna svojstva, mehaničku čvrstoću i dugotrajnost, čime je dobro prilagođen za prijenos snage.

Ekstremno visokonaponske (EHV) i visokonaponske (HV) prenosne mreže često usvajaju "prstenasto" raspoređivanje. Kao što je prikazano na slici 3, ta postavka karakterizirana je značajnom razinom kompleksnosti. Prstenasto raspoređivanje pruža poboljšanu pouzdanost i fleksibilnost u distribuciji snage, omogućujući bolje dijeljenje opterećenja i lakše održavanje i upravljanje mrežom. Omogućuje preusmjeravanje snage u slučaju greške ili održavanja, minimalizirajući prekide u prijenosu snage i osiguravajući stabilniji i učinkovitiji sustav prijenosa.