Elektriska överföringsnät – EHV och HV överbryggningslinjer
Elöverföringsnät och överbyggnader
I elektriska energisystem används vanligtvis extra höga spänningar (EHV, där spänningen V≥150 kV) och höga spänningar (HV, med 60 kV ≤ V <150 kV) för energiöverföring. Användningen av dessa höga spänningsnivåer syftar till att minska strömmen som passerar genom överföringslinjerna. Enligt Joules lag, W=RI2t=UIt, där W representerar den energi som utvecklas i form av värme, R är ledningens resistans, I är strömmen, t är tiden, och U är spänningen. Genom att minska strömmen blir det möjligt att minska ledningarnas tvärsnitt, vilket också minskar effektförlusterna på grund av Joule-effekten.
Överföringsnät börjar vanligtvis vid kraftverk och understationer. Medan överbyggnader är de dominerande komponenterna i många områden, används ofta isolerade kablar under marken i stadsområden på grund av rymdrestriktioner och estetiska överväganden.
EHV- och HV-överbyggnader består huvudsakligen av följande viktiga element:
Energioverföringsutrustning konstrueras med målet att minimera bildandet av koronadischarge. Korona-ringar, som visas i figur 1, spelar en viktig roll i detta avseende. Genom att sprida elektriska fält över ett större område minskar de fältgradienten under koronatröskeln, vilket effektivt undertrycker koronadischarge. Detta hjälper inte bara till att förhindra effektförluster kopplade till korona, utan minskar också hörbar buller och elektromagnetisk interferens, vilket bidrar till det totala effektiviteten och tillförlitligheten i överföringssystemet.
Skydd mot blixtar för överbyggnader och OPGW-kablers roll
En av de mest betydande hoten mot överbyggnader är blixtar. Dessa linjer utsätts för risk för blixtslag längs hela sin längd, vilket innebär att skyddet endast genom överspanningsbegränsare vid understationer är otillräckligt. Ytterligare skyddsåtgärder är nödvändiga för att säkerställa tillförlitligheten och säkerheten i överföringssystemet.
För att hantera detta problem installeras "blixtskyddsvirke" längs hela banan för överbyggnader. Bland dessa används Optical Power Ground Wire (OPGW)-kabler allmänt på grund av deras dubbla funktion. En OPGW-kabel har en tubulär struktur som innehåller en eller flera optiska enlägesfiber i sitt centrum. Denna centrala fibermontering omges sedan av flera lager av stål- och aluminiumtrådar.
De ledande ytterlager av OPGW-kabeln spelar en viktig roll i elektriskt skydd. De ansluter närliggande överföringstorn till marken, vilket skapar en låg-resistansväg för blixtströmmar. Genom att göra detta skyddar de effektivt strömföringsledarna från direkta blixtslag, vilket minskar risken för skada på huvudöverföringslinjerna.
Samtidigt erbjuder de optiska fibrerna inuti OPGW-kabeln betydande kommunikationsfördelar. Dessa fibrer kan användas för höghastighetsdataöverföring, vilket uppfyller olika behov inom elverksamheten. De används för interna tillämpningar som skydd och styrning av överföringslinjer, vilket möjliggör realtidsövervakning och snabb respons på potentiella problem. Dessutom stödjer de röst- och datatrafikbehov, vilket främjar samordning mellan olika delar av elkraftnätet.
De optiska fibrerna har utmärkta isolerande egenskaper, vilket ger inbyggt skydd mot elektrisk induktion från strömföringslinjerna och blixtar. De är också mycket motståndskraftiga mot extern brus och korsprat, vilket säkerställer integriteten hos de överförda data. Dessutom har optiska fibrer extremt låga överföringsförluster, vilket gör dem idealiska för långdistans, höghastighetsdataöverföring utan betydande signalförvanskning.
Figur 2 illustrerar ett typiskt exempel på en OPGW-kabel, som visar dess unika struktur och hur den kombinerar elektriskt skydd och kommunikationsfunktioner, vilket gör den till en oumbärlig komponent i moderna system för överbyggnader.
I vissa länder användes tidigare en specifik metod för blixtskydd för äldre överbyggnader som fungerar på en spänningsnivå på 72,5 kV. Historiskt sett var det bara de fyra eller fem första spannen intill understationer som utrustades med skyddsåtgärder, och Aluminium Conductor Steel-Reinforced (ACSR)-kabler användes för detta ändamål. Dock har denna lösning nu fasats ut. Optical Power Ground Wire (OPGW)-kabel har blivit den föredragna val, eftersom den inte bara erbjuder effektivt blixtskydd, utan också möjliggör datakommunikation mellan understationer, vilket ger en mer omfattande och mångsidig lösning.
Isolerade kablar använder vanligtvis korslänkad polyeten (XLPE) som isolering. Dessa kablar har vanligtvis aluminiumledare och är utformade för enfasapplikationer. Användningen av XLPE-isolering ger utmärkta elektriska egenskaper, mekanisk styrka och hållbarhet, vilket gör den väl lämpad för energioverföring.
Extra höga spänningar (EHV) och höga spänningar (HV) överföringsnät antar ofta en "ring"-konfiguration. Som visas i figur 3 kännetecknas denna uppställning av en betydande grad av komplexitet. Ringkonfigurationen erbjuder förbättrad tillförlitlighet och flexibilitet i energidistribution, vilket möjliggör bättre lastdelning och enklare underhåll och drift av nätet. Det möjliggör omdirigering av energi i fall av fel eller underhållsarbete, vilket minimerar avbrott i elförsörjningen och säkerställer ett mer stabilt och effektivt överföringssystem.
