Електричні мережі передачі – ВН і ВВ лінії надземного прокладання
Електричні мережі передачі та підвісні лінії
У електричних системах постачання енергії широко використовуються надвисокі напруги (EHV, де напруга V≥150 кВ) та високі напруги (HV, з 60 кВ ≤ V <150 кВ) для передачі енергії. Використання цих високих рівнів напруги дозволяє зменшити струм, що проходить через лінії передачі. Згідно з законом Джоуля, W=RI2t=UIt, де W — це енергія, що витрачається у вигляді тепла, R — опір провідника, I — струм, t — час, а U — напруга. Зменшення струму дозволяє скоротити переріз провідників, що в свою чергу мінімізує втрати енергії через ефект Джоуля.
Мережі передачі зазвичай починаються від електростанцій та підстанцій. Хоча підвісні лінії є домінуючими компонентами у багатьох регіонах, у міських умовах часто необхідними стають підземні ізольовані кабелі через обмеження простору та естетичні розгляди.
Підвісні лінії EHV та HV складаються з наступних ключових елементів:
Обладнання для передачі енергії проектується з метою мінімізації формування коронного розряду. Коронні кільця, як показано на рисунку 1, грають ключову роль у цьому. Розширяючи електричне поле на більшу площу, вони знижують градієнт поля нижче порогу коронного розряду, ефективно придушуючи коронний розряд. Це не лише допомагає запобігти втратам енергії, пов'язаним з коронним розрядом, але й зменшує чутливий шум та електромагнітну інтерференцію, що сприяє загальній ефективності та надійності системи передачі.
Захист від блискавок для підвісних ліній та роль OPGW-кабелів
Однією з найбільш значущих загроз для підвісних ліній є блискавки. Ці лінії підвержені ризику від ударів блискавок вздовж всього свого маршруту, що означає, що захист, наданий лише захисними пристроями на підстанціях, недостатній. Додаткові заходи безпеки є необхідними для забезпечення надійності та безпеки системи передачі.
Для вирішення цієї проблеми вздовж всього маршруту підвісних ліній встановлюються "повітряні захисні дроти від блискавок". Серед них широко використовуються кабелі OPGW (Optical Power Ground Wire) завдяки своїй подвійній функціональності. Кабель OPGW має трубчасту структуру, яка містить один або кілька оптичних одномодових волокон у своєму середньому середині. Ця центральна сборка волокон оточена декількома шарами сталевих та алюмінієвих дротів.
Провідні зовнішні шари кабелю OPGW відіграють ключову роль у електричному захисті. Вони з'єднують сусідні вежі передачі з землею, створюючи низькорезистивний шлях для струмів блискавок. Таким чином, вони ефективно захищають основні провідники від прямих ударів блискавок, зменшуючи ймовірність пошкодження головних ліній передачі.
Одночасно, оптичні волокна всередині кабелю OPGW надають значні переваги у комунікації. Ці волокна можуть використовуватися для високошвидкісної передачі даних, задовольняючи різні потреби в електроенергетичній галузі. Вони використовуються для внутрішніх застосувань, таких як захист та керування лініями передачі, дозволяючи реального часу моніторинг та швидку реакцію на потенційні проблеми. Крім того, вони забезпечують голосову та даних комунікацію, сприяючи безперебійній координації між різними частинами електричної мережі.
Самі оптичні волокна мають відмінні ізоляційні властивості, що забезпечують природну захисту від електричної індукції від ліній передачі енергії та блискавок. Вони також високо стійкі до зовнішнього шуму та взаємних перетворень, забезпечуючи цілісність переданих даних. Більше того, оптичні волокна мають надзвичайно низькі втрати при передачі, що робить їх ідеальними для довговідстаневої, високошвидкісної передачі даних без значного зниження сигналу.
Рисунок 2 ілюструє типовий приклад кабелю OPGW, демонструючи його унікальну структуру та підкреслюючи, як він поєднує електричний захист та комунікаційні можливості, роблячи його незамінним компонентом в сучасних системах підвісних ліній передачі.
У деяких країнах, для старіших підвісних ліній, що працюють на рівні напруги 72.5 кВ, колись використовувалися особливі підходи до захисту від блискавок. Історично, лише перші чотири-п'ять пролітів, суміжних з підстанціями, були оснащені захисними заходами, і для цього використовувалися провідники ACSR. Однак, це рішення було виключено. Кабель OPGW (Optical Power Ground Wire) став вибраним варіантом, оскільки він не лише надає ефективний захист від блискавок, але й дозволяє комунікацію даних між підстанціями, надаючи більш комплексне та универсальне рішення.
Ізольовані кабелі часто мають ізоляцію з перехреснопов'язаного поліетилену (XLPE). Ці кабелі зазвичай мають алюмінієві провідники та призначені для однофазних застосувань. Використання ізоляції XLPE забезпечує відмінні електричні властивості, механічну міцність та тривалість, що робить її добре підходящою для передачі енергії.
Мережі передачі енергії EHV та HV часто використовують конфігурацію "кольцо". Як показано на рисунку 3, ця схема характеризується значною ступенем складності. Конфігурація "кольцо" забезпечує покращену надійність та гнучкість у розподілі енергії, дозволяючи краще розподілення навантаження та легше технічне обслуговування та експлуатацію мережі. Вона дозволяє перенаправляти енергію в разі аварії або ремонтних робіт, мінімізуючи перерви в поставках енергії та забезпечуючи більш стабільну та ефективну систему передачі.
