Elektriske overføringsnettverk – EHV og HV luftledninger
Elektriske overføringsnett og luftledninger
I elektriske energisystemer brukes ekstra høy spenning (EHS, hvor spenningen V≥150 kV) og høy spenning (HS, med 60 kV ≤ V <150 kV) vanligvis for energioverføring. Bruken av disse høye spenningsnivåene har som formål å redusere strømmen gjennom overføringslinjene. Ifølge Joules lov, W=RI2t=UIt, der W representerer energien som utspres som varme, R er lederens motstand, I er strømmen, t er tiden, og U er spenningen. Ved å redusere strømmen, blir det mulig å redusere tværsnittet til ledere, og dermed også minimere effekttap på grunn av Joule-effekten.
Overføringsnett begynner typisk ved kraftverk og transformasjonsstasjoner. Selv om luftledninger er den dominerende komponenten i mange områder, er isolerde kabler under bakken ofte nødvendige i byområder på grunn av rombetingelser og estetiske hensyn.
EHS- og HS-luftledninger består hovedsakelig av følgende viktige elementer:
Strømoverføringsutstyr er konstruert med målet om å minimere dannelse av koronadischarge. Korona-ringer, som vist i figur 1, spiller en viktig rolle i denne henseende. Ved å spre elektrisk felt over et større område, reduserer de feltgradien under koronagrensen, og undertrykker effektivt koronadischarge. Dette bidrar ikke bare til å forhindre effekttap forbundet med korona, men også reduserer hørbart støy og elektromagnetisk støy, og bidrar til økt effektivitet og pålitelighet i overføringsystemet.
Beskyttelse mot lyn for luftledninger og rollen til OPGW-kabler
En av de mest betydningsfulle truslene mot luftledninger er lyn. Disse linjene er utsatt for risiko for lynnedslag langs hele sin lengde, noe som betyr at beskyttelsen gitt av spenningssperringar ved transformasjonsstasjoner er utilstrekkelig. Ytterligere sikringstiltak er nødvendige for å sikre påliteligheten og sikkerheten i overføringsystemet.
For å løse dette problemet installeres "lynaerialbeskyttelsesleder" langs hele ruten av luftledninger. Blant disse er Optisk Strømkabel (OPGW) bredt benyttet på grunn av dens dobbeltfunksjon. En OPGW-kabel har en tubulær struktur som inneholder en eller flere optiske enmodale fiberer i kjernen. Denne sentrale fibermontering er deretter omsluttet av flere lag stål- og aluminiumtråder.
De ledende ytre lagene av OPGW-kabelen har en viktig funksjon i elektrisk beskyttelse. De kobler sammen nabotransformasjonsdokker til jord, og skaper en lavmotstandsvei for lynstrømmer. Ved å gjøre dette, skjermer de effektivt strømlederne fra direkte lynnedslag, og reduserer sannsynligheten for skade på hovedoverføringslinjene.
Samtidig gir de optiske fiberene innen i OPGW-kabelen betydelige kommunikasjonsfordeler. Disse fiberene kan brukes for hurtig dataoverføring, og oppfyller ulike behov i elektrisitetsbransjen. De brukes for interne applikasjoner som beskyttelse og kontroll av overføringslinjer, som gjør det mulig med sanntidsovervåking og rask reaksjon på potensielle problemer. I tillegg støtter de tale- og datakommunikasjonsbehov, og fremmer nahtod koordinering mellom ulike deler av strømnettet.
Selv de optiske fiberene har utmerkede isolerende egenskaper, som gir inngjengen beskyttelse mot elektrisk induksjon fra strømoverføringslinjene og lyn. De er også høygradig resistente mot ekstern støy og krysssnakking, og sikrer integriteten av overførte data. I tillegg har optiske fiberer ekstremt lave overføringstap, som gjør dem ideelle for langavstand, hurtig dataoverføring uten signifikant signaldegenerering.
Figur 2 viser et typisk eksempel på en OPGW-kabel, som viser dens unike struktur og fremhever hvordan den kombinerer elektrisk beskyttelse og kommunikasjonskapasiteter, og gjør den til en uunngåelig komponent i moderne luftledningsystemer.
I noen land, for eldre luftledninger som opererer på et spenningsnivå på 72,5 kV, ble en spesiell tilnærming til lynbeskyttelse tidligere brukt. Historisk sett var kun de første fire eller fem spenningspannene ved siden av transformasjonsstasjoner utstyrt med beskyttelsesforanstaltninger, og aluminiumleder styrket med stål (ACSR) ble brukt til dette formålet. Imidlertid er denne løsningen nå utaset. Optisk Strømkabel (OPGW) har blitt den foretrukne valget, da den ikke bare gir effektiv lynbeskyttelse, men også tillater datakommunikasjon mellom transformasjonsstasjoner, og gir en mer omfattende og versatile løsning.
Isolerte kabler bruker ofte krysskoblet polyetylen (XLPE) isolasjon. Disse kablene har vanligvis aluminiumledere og er designet for énfasan applikasjoner. Bruken av XLPE-isolasjon gir utmerkede elektriske egenskaper, mekanisk styrke og holdbarhet, noe som gjør den godt egnet for strømoverføring.
Ekstra Høy Spenning (EHS) og Høy Spenning (HS) overføringsnett ofte antar en "ring" konfigurasjon. Som vist i figur 3, er denne oppsettet kjennetegnet ved en betydelig grad av kompleksitet. Ringkonfigurasjonen gir økt pålitelighet og fleksibilitet i strømdistribusjon, som tillater bedre lastefordeling og lettere vedlikehold og drift av nettet. Det lar strømmen omledes i tilfelle feil eller vedlikeholdsarbeid, og minimerer forstyrrelser i strømforsyningen, og sikrer et mer stabilt og effektivt overføringsystem.
