Električne prenosne mreže – EHV i HV površinske linije

Električne prenosne mreže i nadzemne linije

U električnim sistemima snage, izuzetno visoke napone (EHV, gde je napona V&ge;150 kV i visoki naponi (HV, sa 60 kV &le; V <150 kV) često se koriste za prenos energije. Upotreba ovih visokih nivova napona služi da smanji struju koja teče kroz prenosne linije. Prema Jouleovom zakonu, W=RI²t=UIt, gde W predstavlja energiju ispaljenu kao toplota, R je otpor vodilja, I je struja, t je vreme, a U je napon. Smanjenjem struje postaje moguće smanjiti presek vodilja, time takođe minimizirajući gubitke snage zbog Joul-ovog efekta.

Prenosne mreže obično počinju od elektrana i transformatorskih stanica. Dok su nadzemne linije dominantni element u mnogim područjima, u urbanim okruženjima, izolovani podzemni kabeli često su nužnost zbog ograničenja prostora i estetskih razloga.

EHV i HV nadzemne linije su uglavnom sastavljene od sledećih ključnih elemenata:

• Metalne kule: Ove obezbeđuju konstrukcionu podršku celom sistemu nadzemnih linija, osiguravajući da vodilji budu održani na odgovarajućoj visini i razmacima.

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

• Vodilji: Odgovorni su za prenos električne struje. Uobičajeni tipovi vodilja u nadzemnim linijama uključuju Aluminijski vodilj sa čeličnim armiranjem (ACSR), koji se pridržava Evropskih standarda poput EN 50189, 50889, 61232 i 50182. Takođe, aluminijski legirani vodilji, kao što su AAAC (svestran-aluminijski legirani kabeli) označeni kao AL2, AL3, AL4 i AL5, su specifikovani u EN 50182 i 50183.

• Toroidni kolaci: Ovi su toroidne forme.

• Zaštitni spojevi: Ovi osiguravaju siguran ispuštaj električnih nabada i pružaju put do zemlje u slučaju grešaka.

Oprema za prenos snage je inženjerisana sa ciljem minimiziranja formiranja koronskog ispaljivanja. Toroidni kolaci, kako je prikazano na Slici 1, imaju ključnu ulogu u ovom pogledu. Raspodelom električnog polja na veću površinu, oni smanjuju gradijent polja ispod koronskog praga, efektivno supresirajući koronsko ispaljivanje. Ovo ne samo pomaže u sprečavanju gubitaka snage povezanih s koronom, već takođe smanjuje čujan buku i elektromagnetnu interferenciju, doprinoseći ukupnoj efikasnosti i pouzdanosti sistema prenosa.

Zaštita od munje nadzemnih linija i uloga OPGW kabela

Jedna od najvećih prijetnji nadzemnim linijama jeste munja. Ove linije su izložene riziku od udara munje duž cijele svoje dužine, što znači da je zaštita koju pružaju samo opori u transformatorskim stanicama nedovoljna. Dodatne mere zaštite su neophodne kako bi se osigurala pouzdanost i sigurnost sistema prenosa.

Da bi se ova problema rešio, "zaštitne žice od munje" su instalirane duž cijele trase nadzemnih linija. Među njima, Optički snaga zemljišni kabel (OPGW) široko se koristi zbog svoje dvojne funkcionalnosti. OPGW kabel ima cevasti strukturu koja sadrži jednu ili više optičkih jednomodalnih vlakana u svom jezgru. Ova centralna skupina vlakana je zatim okružena više slojeva čelika i aluminija.

Konduktivni spoljni slojevi OPGW kabela imaju ključnu ulogu u električnoj zaštiti. Oni povezuju susedne prenosne kule sa zemljom, stvarajući niskooptomernu putanju za struje od munje. Time efektivno štite vodilje snage od direktnih udara munje, smanjujući verovatnoću oštećenja glavnih prenosnih linija.

U isto vreme, optička vlakna unutar OPGW kabela nude značajne prednosti u komunikaciji. Ova vlakna mogu se koristiti za brzi prenos podataka, ispuniti razne potrebe u sektoru električnih usluga. Koriste se za interne primene poput zaštite i kontrole prenosnih linija, omogućavajući stvarno-vremensko praćenje i brz odgovor na potencijalne probleme. Takođe, podržavaju potrebe za govorom i prenosom podataka, omogućavajući bezuspešnu koordinaciju između različitih dijelova mreže snage.

Optička vlakna sami imaju odlične izolativne osobine, koje pružaju inherentnu zaštitu od električne indukcije od prenosnih linija snage i munje. Takođe su vrlo otporna na vanjski buku i međusobno uticaje, osiguravajući integritet prenesenih podataka. Pored toga, optička vlakna imaju ekstremno niske gubitke pri prenosu, što ih čini idealnim za dugi prenosi brzih podataka bez značajnog degradacije signala.

Slika 2 ilustruje tipičan primer OPGW kabela, pokazujući njegovu jedinstvenu strukturu i naglašavajući kako kombinuje električnu zaštitu i komunikacione sposobnosti, čime postaje neizbežan element u modernim sistemima nadzemnih prenosnih linija.

U nekim zemljama, za stare nadzemne linije koje rade na nivou napona od 72,5 kV, korišćen je određeni pristup zaštitu od munje. Istorijaski, samo prvih četiri ili pet spanova uz transformatorske stanice su bili opremljeni zaštitnim merama, a za tu svrhu su se koristili aluminijski vodilji sa čeličnim armiranjem (ACSR). Međutim, ovo rešenje je sada fazonirano. Optički snaga zemljišni kabel (OPGW) postao je preferirani izbor, jer ne samo što nudi efektivnu zaštitu od munje, već omogućava i komunikaciju podataka između transformatorskih stanica, pružajući kompleksnije i višestruko rešenje.

Izolovani kabeli često imaju izolaciju od prepletenog polietilena (XLPE). Ovi kabeli obično imaju aluminijske vodilje i dizajnirani su za jednofazne primene. Upotreba XLPE izolacije pruža odlične električne osobine, mehaničku čvrstoću i dugovečnost, čime je dobro prilagođena za prenos snage.

Izuzetno visoko naponske (EHV) i visoko naponske (HV) prenosne mreže često prihvataju "prstenasta" konfiguracija. Kao što je prikazano na Slici 3, ovaj postupak karakteriše značajan stepen kompleksnosti. Prstenasta konfiguracija pruža poboljšanu pouzdanost i fleksibilnost u distribuciji snage, omogućavajući bolje deljenje opterećenja i lakše održavanje i rad mreže. Omogućava preusmeravanje snage u slučaju greške ili održavanja, minimizirajući prekid snabdevanja strujom i osiguravajući stabilniji i efikasniji sistem prenosa.