Электрические сети передачи – ВН и СВН воздушные линии
Электрические сети передачи и воздушные линии
В электрических энергетических системах широко используются сверхвысокие напряжения (СВН, где напряжение V≥150 кВ) и высокие напряжения (ВН, с 60 кВ ≤ V <150 кВ) для передачи энергии. Использование этих уровней высокого напряжения позволяет уменьшить ток, протекающий по линиям передачи. Согласно закону Джоуля, W=RI2t=UIt, где W представляет собой энергию, рассеиваемую в виде тепла, R — это сопротивление проводника, I — это ток, t — это время, а U — это напряжение. Уменьшая ток, становится возможным снизить сечение проводников, тем самым также минимизируя потери мощности из-за эффекта Джоуля.
Сети передачи обычно начинаются от электростанций и подстанций. Хотя воздушные линии являются преобладающим компонентом во многих районах, в городских условиях часто необходимы подземные изолированные кабели из-за ограничений пространства и эстетических соображений.
Воздушные линии СВН и ВН в основном состоят из следующих ключевых элементов:
Оборудование для передачи электроэнергии разработано с целью минимизации образования коронного разряда. Кольца короны, как показано на рисунке 1, играют важную роль в этом отношении. Распространяя электрическое поле на большую площадь, они снижают градиент поля ниже порога короны, эффективно подавляя коронный разряд. Это не только помогает предотвратить потери мощности, связанные с короной, но и уменьшает слышимый шум и электромагнитные помехи, способствуя общему повышению эффективности и надежности системы передачи.
Защита от молний для воздушных линий и роль кабелей OPGW
Одной из самых значительных угроз для воздушных линий является молния. Эти линии подвергаются риску попадания молнии на протяжении всего своего пути, что означает, что защита, предоставляемая только ограничителями перенапряжения на подстанциях, недостаточна. Дополнительные меры защиты необходимы для обеспечения надежности и безопасности системы передачи.
Для решения этой проблемы по всему маршруту воздушных линий устанавливаются "защитные провода против молний". Среди них широко используются кабели OPGW (Optical Power Ground Wire) благодаря их двойной функциональности. Кабель OPGW имеет трубчатую структуру, в которой находится одно или несколько однорежимных оптических волокон. Эта центральная сборка волокон затем окружается несколькими слоями стальных и алюминиевых проволок.
Проводящие внешние слои кабеля OPGW выполняют важную роль в электрической защите. Они соединяют соседние опоры передачи с землей, создавая низкоомный путь для токов молнии. Таким образом, они эффективно защищают силовые проводники от прямых ударов молнии, снижая вероятность повреждения основных линий передачи.
Одновременно оптические волокна внутри кабеля OPGW предлагают значительные преимущества в области связи. Эти волокна могут использоваться для высокоскоростной передачи данных, удовлетворяя различные потребности в энергетическом секторе. Они используются для внутренних приложений, таких как защита и управление линиями передачи, позволяя осуществлять мониторинг в реальном времени и быстрый отклик на потенциальные проблемы. Кроме того, они поддерживают голосовую и данные связи, облегчая бесшовную координацию между различными частями энергосети.
Сами оптические волокна обладают отличными диэлектрическими свойствами, которые обеспечивают встроенную защиту от электрической индукции от линий передачи электроэнергии и молний. Они также очень устойчивы к внешним шумам и взаимному влиянию, обеспечивая целостность передаваемых данных. Более того, оптические волокна имеют крайне низкие потери при передаче, что делает их идеальными для длинных дистанций и высокоскоростной передачи данных без значительного ухудшения сигнала.
Рисунок 2 иллюстрирует типичный пример кабеля OPGW, демонстрируя его уникальную структуру и показывая, как он сочетает в себе электрическую защиту и коммуникационные возможности, делая его незаменимым компонентом в современных системах воздушных линий передачи.
В некоторых странах для старых воздушных линий, работающих на уровне напряжения 72,5 кВ, ранее использовался особый подход к защите от молний. Исторически, только первые четыре или пять пролетов, примыкающие к подстанциям, были оборудованы защитными мерами, и для этой цели использовались проводники АССР. Однако этот метод был выведен из использования. Кабель OPGW стал предпочтительным выбором, так как он не только обеспечивает эффективную защиту от молний, но и позволяет осуществлять передачу данных между подстанциями, предоставляя более комплексное и многофункциональное решение.
Изолированные кабели обычно имеют изоляцию из сшитого полиэтилена (СПЭ). Эти кабели обычно имеют алюминиевые проводники и предназначены для однофазных применений. Использование изоляции из СПЭ обеспечивает отличные электрические свойства, механическую прочность и долговечность, что делает ее хорошо подходящей для передачи электроэнергии.
Сети передачи СВН и ВН часто принимают "кольцевую" конфигурацию. Как показано на рисунке 3, эта схема характеризуется значительной степенью сложности. Кольцевая конфигурация обеспечивает повышенную надежность и гибкость в распределении электроэнергии, позволяя лучше распределять нагрузку и облегчая обслуживание и эксплуатацию сети. Она позволяет перенаправлять энергию в случае аварии или проведения ремонтных работ, минимизируя нарушения в энергоснабжении и обеспечивая более стабильную и эффективную систему передачи.
