Električna prenosna omrežja – EHV in HV površinske vodove

Električni prenosni omrežja in nadzemne vodne linije

V električnih sistemih se pogosto uporabljajo zelo visoke napetosti (EHV, kjer je napetost V&ge;150 kV) in visoke napetosti (HV, s 60 kV &le; V <150 kV) za prenos energije. Uporaba teh visokih nivojev napetosti služi zmanjšanju toka skozi prenosne linije. Po Jouleovem zakonu, W=RI²t=UIt, kjer W predstavlja energijo, ki se odvede kot toplota, R je upornost vodnika, I je tok, t je čas, in U je napetost. Z zmanjšanjem toka je mogoče zmanjšati prerez vodnikov, s tem pa tudi močne izgube zaradi Jouleovega učinka.

Prenosna omrežja običajno izvirajo iz elektrarn in pretvorilnih postaj. Čeprav so nadzemne vodne linije glavni sestavni del v mnogih območjih, v mestnih okoljih zaradi omejitev prostora in estetskih razlogov pogosto postanejo potrebni podzemni izolirani kabeli.

Nadzemne vodne linije EHV in HV so predvsem sestavljene iz naslednjih ključnih elementov:

• Metalne stolpi: Te zagotavljajo strukturno podporo celotnemu sistemu nadzemnih vodnih linij, tako da vodniki ostanejo na ustrezni višini in ločeni.

• Izolatorji: Preprečujejo tok električnega toka od vodnikov do metalnih stolpov, ohranjajo električno izolacijo in varnost.

• Vodniki: Odgovarjajo za nosilnost električnega toka. Pogosto uporabljeni tipi vodnikov v nadzemnih vodnih linijah vključujejo Aluminijev vodnik s čeličnim posiljevanjem (ACSR), ki se drži evropskih standardov, kot so EN 50189, 50889, 61232 in 50182. Poleg tega so aluminijevi leginski vodniki, kot so AAAC (vodniki iz čistega aluminija), označeni kot AL2, AL3, AL4 in AL5, določeni v EN 50182 in 50183.

• Korona kolobarji: To so toroidne naprave.

• Povezave na zemljo: Te zagotavljajo varno disipacijo električnih nabojov in prinašajo pot do zemlje v primeru napak.

Oprema za prenos moči je zgrajena z namenom zmanjšanja nastanka korona razboja. Korona kolobarji, kot so prikazani na Sliki 1, igrajo ključno vlogo v tem smislu. Z razširjanjem električnega polja na večjo površino zmanjšajo gradient polja pod pragom korone, zato učinkovito zadržujejo korona razboj. To ne le preprečuje močne izgube povezane z korono, ampak tudi zmanjša slišni šum in elektromagnetno motnjo, kar prispeva k splošni učinkovitosti in zanesljivosti sistema prenosa.

Zaščita nadzemnih vodnih linij pred bleskom in vloga OPGW kabelov

Ena največjih groženj nadzemnim vodnim linijam je blesk. Te linije so izpostavljene tveganju bleskovskih udarov skozi celotno dolžino, zato je zaščita, ki jo nudijo samo zaščitni napravi v pretvorilnih postajah, nedostatna. Za zagotavljanje zanesljivosti in varnosti sistema prenosa so potrebne dodatne varnostne ukrepe.

Za reševanje tega problema se "bleskovski zaščitni vodniki" nameštajo skozi celotno pot nadzemnih vodnih linij. Med njimi so široko uporabljeni Optični močni talni kabeli (OPGW) zaradi svoje dvojne funkcionalnosti. OPGW kabel ima ceviasto strukturo, ki v središču vsebuje en ali več optičnih enomodalnih vlaken. Ta centralna skupina vlaken je nato obdana z več sloji čeličnih in aluminijevih vodnikov.

Prevodni zunanjeprevodni sloji OPGW kabela imajo ključno vlogo v električni zaščiti. Povezujejo sosednje prenosne stolpe z zemljo, ustvarjajo nizko upornostno pot za toke bleskov. S tem učinkovito ščitijo močne vodnike pred neposrednimi bleskovskimi udari, zmanjšujejo verjetnost poškodbe glavnih prenosnih linij.

Hkrati optična vlakna znotraj OPGW kabela ponujajo pomembne komunikacijske prednosti. Ta vlakna se lahko uporabljajo za hitro prenos podatkov, zadoščajo različnim potrebam v sektorju električnih utilitet. Uporabljajo se za notranje aplikacije, kot so zaščita in nadzor prenosnih linij, omogočajo real-time nadzor in hitro odzivanje na morebitne težave. Poleg tega podpirajo govor in prenos podatkov, omogočajo brezhibno koordinacijo med različnimi deli električnega omrežja.

Optična vlakna sami imajo odlične izolacijske lastnosti, ki zagotavljajo notranjo zaščito pred električnimi indukcijami iz prenosnih linij in bleskov. So tudi zelo odporna na zunanji šum in prekrivajoči se govor, ohranjajo integriteto prenesenih podatkov. Poleg tega imajo optična vlakna zelo nizke izgube pri prenosu, kar jih čini idealnimi za dolgočasni, hitri prenos podatkov brez znatnega degradacije signala.

Slika 2 prikazuje tipičen primer OPGW kabela, ki kaže njegovo edinstveno strukturo in poudarja, kako kombinira električno zaščito in komunikacijske sposobnosti, kar ga čini neskončno komponento v sodobnih sistemih nadzemnih prenosnih linij.

V določenih državah se za starejše nadzemne vodne linije, ki delujejo na napetostni ravni 72,5 kV, je nekdanje uporabljalo posebno pristop k zaščiti pred bleskom. Zgodovinsko so bile le prve štiri ali pet spanjev blizu pretvorilnih postaj opremljene zaščitnimi ukrepi, in za ta namen so bile uporabljene aluminijeve vodnike s čeličnim posiljevanjem (ACSR). Vendar je ta rešitev zdaj odstranjena. Optični močni talni kabel (OPGW) je postal preferirana izbira, saj ne le zagotavlja učinkovito zaščito pred bleskom, ampak tudi omogoča prenos podatkov med pretvorilnimi postajami, kar prinaša bolj celosten in večstranski pristop.

Izolirani kabeli običajno vključujejo izolacijo iz križano povezanega polietilena (XLPE). Ti kabeli običajno imajo aluminijev vodnik in so zasnovani za enofazne aplikacije. Uporaba XLPE izolacije zagotavlja odlične električne lastnosti, mehanske čvrstoč in trdoto, kar jo čini dobro primerno za prenos moči.

Prenosna omrežja zelo visokih (EHV) in visokih (HV) napetosti pogosto uporabljajo "kolobar" konfiguracijo. Kot je prikazano na Sliki 3, je ta postavitev karakterizirana z veliko stopnjo kompleksnosti. Kolobarna konfiguracija ponuja izboljšano zanesljivost in prožnost pri distribuciji moči, omogoča boljšo delitev obremenitve in lažje vzdrževanje in upravljanje omrežja. Omogoča preusmerjanje moči v primeru napake ali vzdrževalnih del, zmanjšuje motnje v oskrbi z energijo in zagotavlja bolj stabilen in učinkovit sistem prenosa.