เครือข่ายส่งผ่านไฟฟ้า – สายส่งไฟฟ้าแรงสูงและแรงสูงมาก

เครือข่ายการส่งผ่านไฟฟ้าและสายไฟฟ้าเหนือศีรษะ

ในระบบพลังงานไฟฟ้า การใช้แรงดันไฟฟ้าสูงมาก (EHV, ที่แรงดัน V&ge;150 kV และแรงดันไฟฟ้าสูง (HV, ที่ 60 kV &le; V <150 kV) ได้รับการนำมาใช้เพื่อการส่งผ่านพลังงานอย่างแพร่หลาย การใช้ระดับแรงดันไฟฟ้าสูงเหล่านี้มีวัตถุประสงค์เพื่อลดกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านสายส่ง ตามกฎของ Joule, W=RI²t=UIt, โดยที่ W แทนพลังงานที่สูญเสียเป็นความร้อน, R คือความต้านทานของตัวนำ, I คือกระแส, t คือเวลา และ U คือแรงดัน ด้วยการลดกระแส ทำให้สามารถลดขนาดขวางของตัวนำ ซึ่งช่วยลดการสูญเสียพลังงานเนื่องจากผล Joule ได้

เครือข่ายการส่งผ่านโดยทั่วไปเริ่มต้นจากสถานีกำเนิดไฟฟ้าและสถานีแปลงไฟฟ้า ในพื้นที่ส่วนใหญ่ สายไฟฟ้าเหนือศีรษะเป็นส่วนประกอบหลัก แต่ในพื้นที่เมือง สายเคเบิลใต้ดินที่ฉนวนหุ้มมักจำเป็นเนื่องจากข้อจำกัดเรื่องพื้นที่และการพิจารณาทางด้านความสวยงาม

สายไฟฟ้าเหนือศีรษะ EHV และ HV ประกอบด้วยองค์ประกอบหลักดังต่อไปนี้:

• เสาเหล็ก: ใช้เป็นโครงสร้างสนับสนุนสำหรับระบบสายไฟฟ้าเหนือศีรษะทั้งหมด ทำให้ตัวนำถูกยึดไว้ที่ความสูงและความห่างที่เหมาะสม

• ฉนวน: ป้องกันการไหลของกระแสไฟฟ้าจากตัวนำไปยังเสาเหล็ก รักษาความแยกทางไฟฟ้าและความปลอดภัย

• ตัวนำ: มีหน้าที่ในการนำกระแสไฟฟ้า ประเภทตัวนำที่ใช้ในสายไฟฟ้าเหนือศีรษะที่พบบ่อย ได้แก่ Aluminium Conductor Steel - Reinforced (ACSR) ซึ่งปฏิบัติตามมาตรฐานยุโรป เช่น EN 50189, 50889, 61232, และ 50182 นอกจากนี้ ตัวนำชนิดอลูมิเนียมอัลลอยด์ เช่น AAAC (all - aluminium alloy conductors cables) ที่กำหนดเป็น AL2, AL3, AL4, และ AL5 ระบุใน EN 50182 และ 50183

• วงแหวนโคโรนา: เป็นอุปกรณ์ที่มีรูปร่างเหมือนวงแหวน

• การเชื่อมต่อกราวด์: ทำให้การกระจายประจุดิสทริบิวชันเกิดขึ้นอย่างปลอดภัย และให้ทางออกสู่พื้นในกรณีที่เกิดความผิดพลาด

อุปกรณ์การส่งผ่านพลังงานได้รับการออกแบบเพื่อลดการเกิดการปล่อยประจุโคโรนา วงแหวนโคโรนา ตามที่แสดงในภาพที่ 1 มีบทบาทสำคัญในการนี้ โดยการกระจายสนามไฟฟ้าออกไปในพื้นที่ที่กว้างขึ้น ทำให้ความลาดชันของสนามไฟฟ้าต่ำกว่าระดับโคโรนา ทำให้การปล่อยประจุโคโรนาถูกยับยั้ง ไม่เพียงแค่ช่วยป้องกันการสูญเสียพลังงานจากการปล่อยประจุโคโรนาเท่านั้น แต่ยังช่วยลดเสียงรบกวนและสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้ระบบการส่งผ่านมีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้มากขึ้น

การป้องกันสายไฟฟ้าเหนือศีรษะจากการถูกฟ้าผ่าและบทบาทของสาย OPGW

หนึ่งในภัยคุกคามที่สำคัญที่สุดสำหรับสายไฟฟ้าเหนือศีรษะคือฟ้าผ่า สายเหล่านี้มีความเสี่ยงต่อการถูกฟ้าผ่าตลอดทั้งระยะทาง ซึ่งหมายความว่าการป้องกันโดยใช้ surge arresters ที่สถานีแปลงไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ มาตรการป้องกันเพิ่มเติมจำเป็นต้องมีเพื่อรับประกันความเชื่อถือได้และความปลอดภัยของระบบการส่งผ่าน

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ "สายป้องกันฟ้าผ่าทางอากาศ" ได้รับการติดตั้งตลอดแนวสายไฟฟ้าเหนือศีรษะ ระหว่างนั้น สาย Optical Power Ground Wire (OPGW) ได้รับการใช้งานอย่างกว้างขวางเนื่องจากความสามารถสองอย่าง สาย OPGW มีโครงสร้างแบบท่อที่บรรจุใยแก้วนำแสงโหมดเดียวหนึ่งหรือมากกว่าที่กลาง ชุดใยแก้วนำแสงกลางนี้ถูกห่อหุ้มด้วยหลายชั้นของสายเหล็กและอลูมิเนียม

ชั้นนอกที่นำไฟฟ้าของสาย OPGW มีบทบาทสำคัญในการป้องกันไฟฟ้า พวกเขาเชื่อมต่อเสาไฟฟ้าที่อยู่ใกล้เคียงกันกับพื้น สร้างทางผ่านที่มีความต้านทานต่ำสำหรับกระแสฟ้าผ่า ด้วยการทำเช่นนี้ พวกเขาปกป้องตัวนำพลังงานจากการถูกฟ้าผ่าโดยตรง ลดโอกาสที่จะเกิดความเสียหายต่อสายส่งหลัก

ในขณะเดียวกัน ใยแก้วนำแสงภายในสาย OPGW มอบประโยชน์ในการสื่อสารที่สำคัญ ใยแก้วนำแสงเหล่านี้สามารถใช้สำหรับการส่งข้อมูลความเร็วสูง ตอบสนองความต้องการต่างๆ ภายในภาคธุรกิจพลังงานไฟฟ้า พวกเขาใช้สำหรับการป้องกันและการควบคุมสายส่ง ทำให้สามารถตรวจสอบและตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อปัญหาที่อาจเกิดขึ้น นอกจากนี้ พวกเขายังสนับสนุนความต้องการในการสื่อสารเสียงและข้อมูล ทำให้การประสานงานระหว่างส่วนต่างๆ ของระบบไฟฟ้าเป็นไปอย่างราบรื่น

ใยแก้วนำแสงเองมีคุณสมบัติฉนวนที่ดีเยี่ยม ซึ่งให้การป้องกันโดยธรรมชาติจากการเหนี่ยวนำไฟฟ้าจากสายส่งและฟ้าผ่า พวกเขายังทนทานต่อเสียงรบกวนและสัญญาณรบกวนจากภายนอก รักษาความสมบูรณ์ของข้อมูลที่ส่ง นอกจากนี้ ใยแก้วนำแสงมีการสูญเสียในการส่งข้อมูลต่ำมาก ทำให้เหมาะสำหรับการส่งข้อมูลความเร็วสูงระยะไกลโดยไม่มีการเสื่อมสภาพของสัญญาณอย่างมาก

ภาพที่ 2 แสดงตัวอย่างสาย OPGW ที่มีโครงสร้างเฉพาะและเน้นย้ำว่ามันรวมการป้องกันไฟฟ้าและความสามารถในการสื่อสารไว้ด้วยกัน ทำให้มันเป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้ในระบบสายส่งเหนือศีรษะสมัยใหม่

ในบางประเทศ สำหรับสายส่งเหนือศีรษะที่เก่าและทำงานที่แรงดัน 72.5 kV วิธีการป้องกันฟ้าผ่าที่เฉพาะเจาะจงเคยใช้มา ประวัติศาสตร์บันทึกว่า เฉพาะส่วนแรกสี่หรือห้าส่วนที่อยู่ติดกับสถานีแปลงไฟฟ้าเท่านั้นที่มีมาตรการป้องกัน และใช้สาย Aluminium Conductor Steel - Reinforced (ACSR) สำหรับวัตถุประสงค์นี้ อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ได้ถูกยกเลิกแล้ว สาย Optical Power Ground Wire (OPGW) ได้กลายเป็นทางเลือกที่นิยม เนื่องจากไม่เพียงแค่ให้การป้องกันฟ้าผ่าที่มีประสิทธิภาพ แต่ยังสามารถสื่อสารข้อมูลระหว่างสถานีแปลงไฟฟ้า ทำให้เป็นโซลูชันที่ครอบคลุมและหลากหลายมากขึ้น

สายเคเบิลที่ฉนวนหุ้มมักใช้ฉนวนโพลีเอทิลีนแบบครอส-ลิงค์ (XLPE) สายเหล่านี้มักมีตัวนำอลูมิเนียมและออกแบบสำหรับการใช้งานเฟสเดียว การใช้ฉนวน XLPE ให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม ความแข็งแรงทางกล และความคงทน ทำให้มันเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการส่งผ่านพลังงาน

เครือข่ายการส่งผ่านแรงดันสูงมาก (EHV) และแรงดันสูง (HV) มักใช้การกำหนดค่า "วงแหวน" ตามที่แสดงในภาพที่ 3 การตั้งค่านี้มีความซับซ้อนอย่างมาก การกำหนดค่าวงแหวนให้ความเชื่อถือได้และยืดหยุ่นในการกระจายพลังงาน ทำให้สามารถแบ่งภาระได้ดีขึ้นและบำรุงรักษาและดำเนินการเครือข่ายได้ง่ายขึ้น มันช่วยให้สามารถเปลี่ยนเส้นทางพลังงานในกรณีที่เกิดความผิดพลาดหรืองานบำรุงรักษา ลดการหยุดชะงักของการจ่ายไฟฟ้าและทำให้ระบบการส่งผ่านมีความเสถียรและมีประสิทธิภาพมากขึ้น