Siirtolinjat

Siirtolinja on keskeinen osa sähkövoiman siirtämistä tuotantopistorakenteista monipuolisiin jakeluohjauksiin. Se tehokkaasti siirtää jännite- ja virtasäteilyt yhdestä päästään toiseen. Rakenteellisesti siirtolinja koostuu johtimesta, joka säilyttää saman poikkileikkausmuodon koko pituudessaan. Samalla ilma toimii eristävänä tai dielektrisenä mediaina johtimien välissä, mikä on olennainen rooli estääkseen sähkön vuodatuksen ja varmistamaan turvallisen ja tehokkaan sähkövoiman siirtämisen.

Turvallisuuden vuoksi siirtolinjan ja maan välille ylläpidetään merkittävä etäisyys. Sähkölinjojen tukirakenteita käytetään siirtolinjan johtimien tukemiseen. Nämä tukirakennukset rakennetaan teräksestä antamaan johtimille suurta vahvuutta ja vakautta, mikä taataan luotettavan sähkövoiman siirtämisen. Kun kyse on korkeajännitteen siirtämisestä pitkiä matkoja, usein hyödynnetään korkeajännitteistä suoraa sähkövirtaa (HVDC) siirtolinjoissa sen ainutlaatuisen etun minimoimaan energian häviöt ja parantaa siirtotehoa.

Siirtolinjan parametrit

Siirtolinjan toiminta perustuu sen omanaisiin parametreihin. Siirtolinjalla on pääasiassa neljä keskeistä parametria: vastus, induktanssi, kapasitanssi ja shunt-johtavuus. Nämä parametrit ovat tasaisesti jakautuneet linjan koko pituudelle, minkä vuoksi niitä kutsutaan myös siirtolinjan jakautuneiksi parametreiksi. Jokainen näistä parametreista on avainasemassa sähköisten signaalien ja voiman siirtymisen määrittelyssä, vaikuttaen asioihin kuten energian häviö, jännitepudotus ja signaalin eheys.

Induktanssi ja vastus muodostavat sarja-impedanssin, kun taas kapasitanssi ja johtavuus yhdessä muodostavat shunt-admittanssin. Alla selitetään tarkemmin joitakin siirtolinjan kriittisiä parametreja:

Linjan induktanssi

Kun virta kulkee siirtolinjassa, se aiheuttaa magneettisen fluxin. Kun siirtolinjan sisällä oleva virta vaihtelee, magneettinen flux myös muuttuu vastaavasti. Tämän magneettisen fluxin vaihtelu johtaa sähkömotorivoiman (emf) aiheuttamiseen piirissä. Aiheutetun emfin suuruus on suoraan verrannollinen magneettisen fluxin muutosnopeuteen. Siirtolinjassa aiheutettu emf vastustaa virtaan kulkeutumista johtimeen, ja tämä ominaisuus tunnetaan linjan induktanssina.

Linjan kapasitanssi

Siirtolinjoissa ilma toimii dielektriikanä. Tämä dielektriikka muodostaa tehokkaasti kondensaattorin johtimien välille, jolla on kyky varastoida sähköenergiaa ja siten lisätä linjan kapasitanssia. Johtimen kapasitanssi määritellään siihen kertyneen sähkövarauksen ja sen jänniteeron välisenä suhteena.

Lyhyillä siirtolinjoilla kapasitanssin vaikutusta voidaan usein pitää huomiotta. Kuitenkin pitkien etäisyyksien siirrossa se tulee yhdeksi kaikkein kriittisimmista parametreista. Se vaikuttaa merkittävästi sähköjärjestelmän moniin näkökohtiin, mukaan lukien sen tehokkuuteen, jänniteregulaatioon, tehonsuhteeseen ja kokonaisturvallisuuteen.

Shunt-johtavuus

Ilma toimii dielektriikanä johtimien välissä siirtolinjassa. Kun vaihtojännite annetaan johtimiin, epäkohtien vuoksi dielektriikassa kulkee tietty määrä virtaa. Tätä virtaa kutsutaan vuotovirtaksi. Vuotovirran suuruus riippuu ilmastonolosuhteista ja ympäristötekijöistä, kuten kosteudesta ja pinnalle kertyneistä aineista. Shunt-johtavuus määritellään tämän vuotovirran kulkeutumisena johtimien välillä. Se on tasaisesti jakautunut linjan koko pituudelle, jota edustetaan symbolilla "Y", ja mitataan siemensyksiköissä.

Siirtolinjan toiminta

Siirtolinjan toiminnan käsite käsittää erilaisten parametrien laskemisen, mukaan lukien lähetyspään jännite, lähetyspään virta, lähetyspään tehosuhde, linjoissa tapahtuvat energiahäviöt, siirtoteho, jänniteregulointi sekä valmiuksien rajat sekä vakiovaiheissa että väliaikaisissa tilanteissa. Nämä toimintalaskelmat ovat olennaisia sähköjärjestelmän suunnittelussa. Näistä joitakin keskeisiä parametreja on selitetty tarkemmin alla:

Jänniteregulointi

Jänniteregulointi määritellään siirtolinjan lähetyspään ja vastaanottopään jänniten eron suuruutena.

Tärkeät kohtia

Admittanssi on olennainen sähköparametri, joka kvantifiikoi sähköpiirin, tai tarkemmin sanottuna, siirtolinjan kykyä mahdollistaa vaihtovirtan (AC) esteettömän kuljetuksen. Sen SI-yksikkö on siemens, ja sitä yleensä merkitään symbolilla "Y". Periaatteessa korkeampi admittanssin arvo tarkoittaa, että piiri tai siirtolinja tarjoaa vähemmän vastarintaa AC:n kulkeutumiselle, mikä mahdollistaa sähkövirran helpomman kuljetuksen.

Vastaavasti impedanssi on admittanssin käänteisluku. Se mittailee siirtolinjan tarjoaman kokonaisvastarinnan AC:n kulkeutumiselle. Kun AC kulkee siirtolinjassa, impedanssi ottaa huomioon vastuksen, induktiivisen reaktanssin ja kapasitiivisen reaktanssin yhteiset vaikutukset, jotka yhdessä muodostavat esteen sähkövirran kulkeutumiselle. Impedanssi mitataan ohmineina ja sitä edustetaan symbolilla "Z". Korkeamman impedanssin arvo tarkoittaa, että AC:lla on vaikeampi kulkea linjassa, mikä johtaa alhaisempaan virran tasoon ja potentiaalisiin energiahäviöihin.