Ülehead Elektriliinid & Tornid: Tüübid Disain & Turvalisus
Lisaks ülitõusuakutel AC allikatel kohtame sagedamini elektriülekand- ja jaotussüsteeme. Kõrgeid tornide kandevad juhid, mis lõikuvad mäete ja merede kohal, ulatudes kaugesse enne kui jõuavad linnadesse ja küladesse. See on ka huvitav teema - täna uurime ülekandjooni ja nende toetavaid tornideid.
Elektriülekand ja -jaotus
Alustame sellest, kuidas elekter jõuab oma sihtkohta. Elektrisektor koosneb peamiselt neljast etapist: elektri tootmine, ülekand, (allikas) jaotus ja tarbimine.
Tootmine sisaldab erinevaid tüüpi elektrijaamu - traditsioonilisi, nagu süsivesi- ja vesikütusejaamad, ning ka modernseid, nagu tuule- ja päikeseenergia. Kõik need kuuluvad tootmise kategooriasse.
Ülekand sõltub ülekandjoontest ja tornidest.
Allikas (või transformatuur) kasutab peamiselt transformaatoreid. Energiajäätmetes asuvad tõstmustransformaatorid suurendavad pinget efektiivseks pikkade vahemike ülekandmiseks, samas kui alandamustransformaatorid jaotuses serval vähendavad pinget tasemedeks, mis on sobivad piirkondliku jaotusnetiga ja lõppkasutajatele.
Jaotus tarbijapoolt hõlmab erinevat alandamustransformaatureid, keskmise ja madala pingega seadmeid, lüliteid ja joonte.
Tarbimine viitab kodumajapidamistes olevatele elektroonikaseadmetele, kuni linna infrastruktuuri, ehitistele, tööstusobjektidele ja muudele rakendustele.
Struktuuriliselt jagatakse ülekandjooneid kaheks peamiseks tüübiks: õhupinnalised ülekandjooned ja kabelijooned. Järgnevalt on andmekaart elektriülekand-süsteemi struktuurist:
Millised pingetasemed on sobivad pikkade vahemike ülekandmiseks? Ülekandkahju vähendamiseks ja efektiivsuse parandamiseks kasutatakse tavaliselt 500 kV või suuremaid AC pingetasemeid. Pingetasemed vahemikus 500 kV kuni 750 kV on katsed ekstra kõrgepingelise (EHP) AC ülekandina, samas kui 1000 kV AC süsteemid on teada ultra kõrgepingelise (UKP) AC ülekandina. Vastupidiselt, jooned, mis töötavad keskmise pingeni, kuni 110 kV–330 kV, on tavaliselt klassifitseeritud jaotusjoontena. Märgi, et need klassifikatsioonid võivad varieeruda kasvava energianõudluse, süsteemi kapasiteedi ja regionaalsete energiajaotusmustritega.
Pingetasemed viitavad fasa-fasa pingele - see tähendab, et pingel on mingi kaks kolmest faasist (A, B ja C). Kodudes kasutatav 220 volt on fasi-ping, mis on pingel mingi üks faas ja maa. Tegelikult päritakse elamumajapidamiste elekter 380-voltilises fasi-pingusüsteemist. Ainult hoone sissepääsu kohal eraldatakse kolm faasi (A, B ja C) - iga faas võib varustada erineva elamumaja osa. Mida sa näed linnades või elamukeskustes, on ruutlik, kastlik struktuur - see on pad-mounted (või box-type) allikas (näha järgnevast joonest).
Kastlik allikas integreerib keskmise pingega seadmeid, transformaatoreid ja madala pingega jaotusseadmeid. See muundab linnaliku keskmise pingega jaotusneti (tavaliselt 10 kV või 20 kV) 380 V elektriks, mis on sobiv elamumajapidamiste või linna kasutamiseks. Sa ei näe võimalikult jooni, kuna praegu Hiina linnalised jaotusnetid kasutavad peamiselt maapinna all olevaid kaabele. Kuid mõnes vanemas elamukeskuses või maapiirkonnas saad ikka näha õhupinnalisi joone, mis ühendavad transformaatoreid ja siis jooksevad hoonetesse või individuaalsele tarbijale.
Avatud aladel koosnevad tavaliselt nähtavad õhupinnalised ülekandjooned tornidest ja juhtidest. On erinevaid tüüpe tornidest, ja ülekandjooned on kategooriseeritud kas direktkorrente (DC) või vaikekorrente (AC) kasutavaid.
Hiina elektri tootmine ja tarbimine näitavad olulist geograafilist ebavõrdsust. Rikkalikud energiaressursid, nagu süsi, tuul, päike ja vesikütus, on konsentreeritud laias laastas Läänes, samas kui suured laadikeskused asuvad tuhandeid kilomeetreid kaugel Kesk- ja Ida-Hiinas. Selle geograafilise ebavõrdsuse tõttu on pikkade vahemike ülekand ülioluline lahendus.
Viimastel aastatel, kui suurte tuul- ja päikeseenergiabaaside kiire arenguga, on pikkade vahemike ülekand nõudlus jätkanud kasvamist. Kui elektriülekande selg, on ultra kõrgepingeliste (UKP) võrkude ehitamine kiirenenud, pakkudes tugevat liigendust Hiina energiateadmistele ja jätkusuutlikule arengule. Kõik need pikkad ülekand-süsteemid sõltuvad ülekandtornidest ja õhupinnalistest joontest, et ühendada võrk.
Õhupinnalised ülekandjooned
Õhupinnaline ülekandjoon koosneb juhtidest, mis on riputatud tornidest insulatorite ja riistvara abil, tagades ohutu vahemiku juhtide ja maa või ehitiste vahel. Ülekandjoone peamine funktsioon on elektrienergia edastamine, elektrijaamade ja allikate ühendamine, paralleelne töö ja ühendamine ühte ühendatud võrku.
Õhupinnalised jooned pakuvad eeliseid, nagu madalamad investeeringud, kiirem ehitamine, lihtne ja mugav paigaldamine, lihtne vea ja ohtlike tingimuste tuvastamine, lihtne hooldus ja remont. Pikkade vahemike ülekandmiseks kasutatakse tavaliselt õhupinnalisi jooni nende suure mahuga. Mida pikem on ülekandvahemik, seda kõrgem peab olema pingetaseme.
Kuid kuna õhupinnalised jooned on laialdaselt levitatud ja töötavad pidevalt avakohal, mõjutavad neid sageli ümbritsevad tingimused ja looduslikud tegurid. See viib mitmesugustele operatsioonilistele veadele, sealhulgas uksekisketele, tuulekahjustustele, jäätumisele, saastele, välisele segadusele, juhtidele liikumisele ja lindudele seotud sündmustele.
Lisaks sellele, kui töötatakse kõrgepinge lülitustehnikaga, insenerid kohtuvad tavaliselt kõrgepinge (HV), erakõrgepinge (EHV) ja ülipinge (UHV) süsteemidega, mille suurim osa on ühendatud õhul-joontega. Seetõttu on kõrgepinge seadmete tehnilised nõuded tihti seotud joone tingimustega – näiteks töökeskkonnaga ja kasutusolukordadega. Seega on oluline mõista õhul-joonte omadusi ja vigade käitumist, et saada aru kõrgepinge seadmete tehnilistest spetsifikatsioonidest.
Õhul-joonte komponendid
Õhul-joonte peamised komponendid hõlmavad aluseid, tornielemente, juhte, izolatoreid, metalltööd (fittings), salvesti kaitsmise seadmeid (nagu maapinna juhed ja surgesid), ning maandussüsteeme. Kaasaegsed jooned võivad sisaldada ka täiendavaid komponente, nagu optiline maapinna juhe (OPGW) ja elektrijaama sidusüsteeme.
(1) Juhted
Juhted edastavad voolu ja toovad elektrienergiat. Tavaliste joontega on tavaline kasutada ühte juhet fääsis. Kuid EHV ja suure kapasiteediga edastusjoontes kasutatakse tavaliselt kogunenud juhte – kasutades kahte, kolme, neli või rohkem alamjuhte (mida tavaliselt paigutatakse ringi). See vähendab korona väljasuremist, minimeerib energiahävikuid ja vähendab häirivaid signaale raadios, televisios ja muudes kommunikatsioonisüsteemides.
(2) Kaitse (maa) juhed ja maandussüsteemid
Kaitsejuhed on riputatud transmissioonitornide tipus ja on ühendatud iga torni maandussüsteemiga alla juhtide kaudu. Loojangul suunatakse kaitsejuhe – mis asub fääsi juhtide kohal – suunab turvaliselt loojanguvoolu maandussüsteemi kaudu maapinnasse. See vähendab otseste loojangute tõenäosust, kaitseb joone izolatsiooni ülepingevooludest kahjustustest ja tagab usaldusväärse töö. Kaitsejuhed on tavaliselt paigutatud kogu pikkusega 110 kV ja suurema voltagena ja need on tavaliselt valmistatud galvineeritud terasest.
(3) Tornid (Pilved)
Tornid toetavad juhte ja kaitsejuhte koos nendega seotud metalltööga, säilitades ohutud elektrilise vahemaad juhtide, tornide, maapinna ja igasuguste ristuvate struktuuride või ehitiste vahel.
(4) Izolatorid ja izolatorijad
Izolatorid on transmissioonijoone peamised izoleerimiskomponendid. Nad toetavad või riputavad juhte, samal ajal neid elektriliselt eraldades tornidest, tagades usaldusväärse dielektrilise tugevuse. Izolatorid on alaliselt mehaanilise jõu, elektrilise pingeaega ja korroobive atmosfäärsete gaaside mõju all, nende peab olema piisav mehaaniline tugevus, izolatsioonitingimus ja vastupidavus halvenemise eest.
(5) Metalltöö (Fittings)
Transmissioonijoone metalltöö mängib olulist rolli juhtide ja maajuhte toetamisel, kindlaks tegemisel, ühendamisel ja kaitsemisel, tagades tugeva ja usaldusväärse ühenduse. Metalltöö on jagatud viiele peamisele tüübile funktsioonide järgi: juhtide klemmid, ühendusfittings, ühendusfittings, kaitsefittings ja sidusfittings.
(6) Alused
Alus kinnitab torni maapinna, takistades kallelust, kokkukukkumist või maapinna langust.
Nendes komponentides uurime igaüht detailsemalt järgmistes aruteludes.
(7) Tornid (Pilved)
On palju erinevat transmissioonijoont ja torni tüüpe, mille voltageni jõuab 1000 kV. Tornide materjalid hõlmavad puud, betooni, terase võreid ja terase putukstruktuure, nende kuju ja disain varieeruvad laialdaselt. Transmissioonijoone eesmärk on edastada elektrienergiat ühest otsast teise minimaalsega kaotustega. Seetõttu sama voltagiga joontes on need disainitud, et minimeerida impedantsi ja maksimeerida juhtide risti-ala. Tornid toetavad joonteid ja takistavad nende kontakti teiste juhtivusega objektidega, mis võivad põhjustada maandusvigade. Seetõttu on nad ehitatud kõrgedeks ja struktuuriliselt stabiilseteks. Järgmine pilt näitab tavalisi tornityüüpe.
Nende tegeliku funktsiooni insenerlikus rakenduses järgi on tornid edasi klassifitseeritud mitmesse tüüpi: sirgjoone (riputus)tornid, nurk-tornid (kasutatakse suuna muutmiseks), lõpptornid (ühendamiseks ja lahutamiseks alamjaamates), transpositsioonitornid (kasutatakse fääside keeramiseks) ja suur-laiustornid (disainitud suurte jõgi, järve või väina ületamiseks). Iga torni alusel on alus. Juhted on riputatud rist-harude kaudu izolatorijadega.
Kui vaadata terase võretoorni, näete, et see on kahtele poolde kütjetega, mis kandvad kitsi juhte. Need ei ole energiaedastamiseks, vaid maapinna juhed (kaitsejuhed), mida kasutatakse loojangukaitsmiseks.
Transmissioonitornid on erinevates kuju. Ühe tsirkuiteeritud joone puhul on tavalised konfiguratsioonid "veini klaasi" tüüp, kus juhted on horisontaalselt paigutatud, ja "kassiküla" tüüp, kus juhtede paigutus on kolmnurkne. Piiratud õigusliku raja või majanduslikult arenenud piirkondades, kus maa on haruldane, kasutatakse sageli kompaktseid torne, mis kannavad kahte või isegi neli tsirkuiteeritud joont ühel struktuuril. Ülipinge (UHV) DC transmissioonijoontes on ka T-tüüpi tornid, mis toetavad kaks tsirkuiteeritud joont, ühe pool positiivne pool ja teine pool negatiivne pool.
Transmissioonijoone koridor viitab põhjavormilisele alale, mis ulatub kõrgepinge õhul-joone välisimaimast juhtest. Selle laius määratakse voltagena ja reguleeritakse Elektritööstuse sissetungemisreeglite kohaselt. Näiteks 500 kV joone kaitseala on 20 meetrit lai. Selles alal on lubatud piiratud põllumajandustööd, kuid kütjetega materjalide kogumine või ehitiste ehitamine on keelatud.
Võimalik, et olete märganud palju pikendusnupuliste seadmete ja väikeseid "tuuleturpe" ülekandetornidel. Mida need teevad? Kõik need on lindude eemaldamiseks! Lindude eest hoidvad pikendused takistavad lindu pesast ehitamast, samas kui väikesed pöördlevad "tuuleturbe" seadmed järjekindlalt lindu ähvardavad — mõlemat tavaliselt paigaldatakse tornidele.
Ülekandetornide struktuur pakub lindudele ideaalse kohta pesa ehitamiseks. Siiski on lindude tüdrukud joogivad. Kui neid väljastatakse izolatoriridade peale, võivad nad luua joone vahel konduktiivse tee maapinna suunas, mis võib põhjustada sissekütte, maapinnavigu või isegi faasi vahelisi lühikesteid. Seega on elektriliinid väga haavatavad, mida võib nimetada "vihklikute lindude" toimeks. Lisaks võivad ka kõrgete puude olemasolu ülekandeliini (või koridorina) lähedal ohustada turvalist tööd — näiteks põhjustades maapiirkonna rikkumised või lühikesteid — ja nende taimi tuleb regulaarselt karpida.
