Linya ng Pwersa sa Itaas at Mga TOWER: Uri, disenyo, at kaligtasan

Bukod sa ultra-high voltage AC substations, ang mga bagay na kinasasangkutan natin ng mas madalas ay ang mga linya ng paghahatid at distribusyon ng enerhiya. Ang mga mataas na torre ay nagdala ng mga konduktor na lumilipad sa ibabaw ng mga bundok at karagatan, sumisikat hanggang sa umabot sa mga lungsod at nayon. Ito rin ay isang interesanteng paksa—ngayong araw, susuriin natin ang mga linyang ito at ang kanilang mga suportang torre.

Paghahatid at Distribusyon ng Enerhiya

Una, unawain natin kung paano ipinapadala ang kuryente. Ang industriya ng elektriko pangunusod ay binubuo ng apat na yugto: paggawa, paghahatid, (substation) distribusyon, at paggamit.

• Ang paggawa ay kasama ang iba't ibang uri ng generator—mga tradisyonal tulad ng coal-fired at hydroelectric power plants, pati na rin ang modernong mga pinagmulan tulad ng hangin at solar energy. Lahat ng ito ay kasama sa kategorya ng paggawa.

• Ang paghahatid ay nakadepende sa mga linyang nagpapahatid at torre.

• Substation (o Transformation) ay pangunahing gumagamit ng mga transformer. Ang mga step-up transformers sa mga power plant ay nagpapataas ng voltaje para sa epektibong paghahatid sa malayo, samantalang ang mga step-down transformers sa bahagi ng distribusyon ay nagbabawas ng voltaje sa antas na angkop para sa rehiyonal na network ng distribusyon at mga end users.

• Distribusyon sa bahagi ng consumer ay kasama ang iba't ibang step-down transformers, pati na rin ang medium- at low-voltage equipment, switchgear, at wiring.

• Paggamit ay tumutukoy sa mga electrical device sa mga tahanan, pati na rin ang paggamit ng kuryente sa mga pasilidad ng lungsod, gusali, industriyal, at iba pang aplikasyon.

Sa termino ng estruktura, ang mga linyang nagpapahatid ay nahahati sa dalawang pangunahing uri: overhead transmission lines at cable lines. Sa ibaba ay isang schematic diagram ng sistema ng paghahatid ng kuryente:

Anong antas ng voltaje ang angkop para sa mahabang layunin ng paghahatid ng kuryente? Upang mabawasan ang mga pagkawala sa paghahatid at mapabuti ang epekibilidad, ang AC voltages na 500 kV pataas ay karaniwang ginagamit para sa paghahatid ng kuryente. Ang mga voltages na nasa range ng 500 kV hanggang 750 kV ay itinuturing na Extra High Voltage (EHV) AC transmission, samantalang ang 1000 kV AC systems ay kilala bilang Ultra High Voltage (UHV) AC transmission. Sa kabilang banda, ang mga linya na nag-ooperate mula sa medium voltage hanggang 110 kV–330 kV ay karaniwang itinuturing na distribution lines. Tandaan na ang mga klasipikasyong ito maaaring magbago depende sa pagtaas ng pangangailangan sa kuryente, kapasidad ng sistema, at pattern ng distribusyon ng enerhiya sa rehiyon.

Ang mga antas ng voltaje ay tumutukoy sa line-to-line voltage—ito ang voltaje sa pagitan ng anumang dalawang phase (A, B, at C). Ang 220 volts na ginagamit sa mga tahanan ay ang phase voltage, na ang voltaje sa pagitan ng anumang isa sa tatlong phase at ground. Sa totoong buhay, ang residential power supply ay nagsisimula sa isang 380-volt line voltage system. Lamang sa entrance ng gusali ang tatlong phase (A, B, at C) ay nahahati—bawat phase maaaring mag-feed ng iba't ibang unit ng isang residential building. Ang karaniwang makikita mo sa mga lungsod o komunidad ay isang parisukat, box-like structure—ito ang pad-mounted (o box-type) substation (tulad ng ipinapakita sa larawan sa ibaba).

Ang box-type substation ay naglalaman ng medium-voltage equipment, transformers, at low-voltage distribution devices. Ito ay nag-transform ng urban medium-voltage distribution network (karaniwang 10 kV o 20 kV) sa 380 V power na angkop para sa residential o municipal use. Maaari kang hindi makakita ng mga wiring, dahil ang mga urban distribution networks sa China ngayon ay karaniwang gumagamit ng underground cables. Gayunpaman, sa ilang mas matandang residential areas o rural regions, maaari ka pa ring makita ang mga overhead lines na konektado sa mga transformers at pagkatapos ay naglalakad patungo sa mga gusali o individual consumers.

Sa bukas na lugar, ang mga overhead transmission lines na karaniwang nakikita natin ay binubuo ng mga torre at konduktor. May iba't ibang uri ng torre, at ang mga linyang nagpapahatid ay naklasebilisa bilang direct current (DC) o alternating current (AC).

Ang paggawa at paggamit ng kuryente sa China ay may malaking heograpikal na pagkakaiba. Ang mga mayamang enerhiya tulad ng coal, hangin, solar, at hydro power ay nakonsentrado sa malawak na kanluran, habang ang mga pangunahing load centers ay nasa libu-libong kilometro ang layo sa sentral at silangan. Ang pagkakaiba-iba na ito ay ginagawang mahalagang solusyon ang mahabang layunin ng paghahatid ng kuryente.

Sa huling mga taon, kasabay ng mabilis na pag-unlad ng malalaking base ng hangin at solar power, ang pangangailangan para sa mahabang layunin ng paghahatid ng kuryente ay patuloy na tumataas. Bilang backbone ng pagpapadala ng kuryente, ang pagtatayo ng ultra-high-voltage (UHV) grids ay nabibilis, nagbibigay ng malakas na momentum para sa pagbabago ng enerhiya at sustainable development ng China. Ang lahat ng mga mahabang layunin ng sistemang ito ay nakadepende sa mga torre at overhead lines upang i-connect ang grid.

Overhead Transmission Lines

Isang overhead transmission line ay binubuo ng mga konduktor na nakasabit sa mga torre gamit ang insulators at hardware, siguruhin ang safe clearance sa pagitan ng mga konduktor at lupa o gusali. Ang pangunahing tungkulin ng isang transmission line ay ang pagpapadala ng electrical energy, pagkonekta ng mga power plants at substations, pag-enable ng parallel operation, at pag-integrate ng power system sa isang unified network.

Ang mga overhead lines ay may mga abilidad tulad ng mas mababang investment costs, mas mabilis na pagtatayo, simple at convenient installation, madaling pag-identify ng mga fault at potential hazards, at straightforward maintenance at repair. Para sa mahabang layunin ng paghahatid, ang mga overhead lines ay pangunahing ginagamit dahil sa kanilang mataas na kapasidad sa kuryente. Ang mas mahaba ang paghahatid, ang mas mataas ang kinakailangang antas ng voltaje.

Gayunpaman, dahil ang mga overhead lines ay malawak na nakalat at nag-operate nang walang tigil sa outdoor environment, sila ay madalas na naapektuhan ng mga kondisyon sa paligid at natural factors. Ito ay nagresulta sa iba't ibang operational faults, kabilang ang lightning strikes, wind damage, ice accumulation, pollution flashover, external interference, conductor galloping, at bird-related incidents.

Bukod dito, kapag nagtrabaho sa high-voltage switchgear, ang mga inhenyero ay karaniwang nakakasalamuha sa high-voltage (HV), extra-high-voltage (EHV), at ultra-high-voltage (UHV) systems, karamihan ay interconnected sa pamamagitan ng overhead lines. Kaya, ang teknikal na requirements para sa high-voltage equipment ay malapit na nauugnay sa kondisyon ng linya—tulad ng operating environment at service conditions. Ang pag-unawa sa mga katangian at fault behaviors ng overhead lines ay kaya't mahalaga upang maintindihan ang teknikal na specifications ng high-voltage equipment.

Mga Komponente ng Overhead Transmission Lines

Ang pangunahing mga komponente ng isang overhead transmission line ay kasama ang foundations, towers, conductors, insulators, hardware (fittings), lightning protection devices (tulad ng overhead ground wires at surge arresters), at grounding systems. Ang mga modernong linya maaari ring may mga auxiliary components tulad ng optical ground wire (OPGW) at power line carrier communication systems.

(1) Conductors

Ang mga conductor ay nagpapadala ng current at nagpapadala ng electrical energy. Ang single-conductor per phase ay karaniwan para sa standard lines. Gayunpaman, para sa EHV at high-capacity transmission lines, ang bundled conductors—na gumagamit ng dalawa, tatlo, apat, o higit pang sub-conductors (madalas na naka-arrange sa circular configuration)—ay karaniwang ginagamit. Ito ay nagreresulta sa pagbawas ng corona discharge, minimizes power loss, at bawas ang interference sa radio, television, at iba pang communication signals.

(2) Shield (Ground) Wires at Grounding Systems

Ang shield wires ay nakasabit sa tuktok ng mga transmission tower at konektado sa grounding system sa bawat tower gamit ang down conductors. Kapag may lightning strike, ang shield wire—na naka-position sa itaas ng mga phase conductors—ay nagseserve bilang lightning interceptor, nagsisiguro na ang current ay ma-divert nang ligtas sa pamamagitan ng grounding system pabalik sa lupa. Ito ay nagbabawas ng probability ng direct strikes sa mga conductor, protektado ang line insulation mula sa overvoltage damage, at nagbibigay ng reliable operation. Ang shield wires ay karaniwang nakakalat sa buong haba ng mga linya na rated 110 kV pataas at karaniwang gawa sa galvanized steel strands.

(3) Towers (Pylons)

Ang mga tower ay sumusuporta sa mga conductor at shield wires kasama ang associated hardware, panatilihin ang safe electrical clearances sa pagitan ng mga conductor, towers, lupa, at anumang cross-over structures o buildings.

(4) Insulators at Insulator Strings

Ang mga insulator ay ang key insulation components ng isang transmission line. Ito ay sumusuporta o nakasabit sa mga conductor habang electrically isolating sila mula sa mga tower, siguruhin ang reliable dielectric strength. Na-subject sa mechanical stress, electrical voltage, at corrosive atmospheric gases, ang mga insulator ay kailangan ng sapat na mechanical strength, insulation performance, at resistance sa degradation.

(5) Hardware (Fittings)

Ang transmission line hardware ay naglalarawan ng critical role sa pag-suporta, pag-secure, pag-connect, at pag-protect ng mga conductor at ground wires, siguruhin ang robust at reliable connections. Ang hardware ay nakaklasebilisa sa limang pangunahing tipo batay sa function: line clamps, connector fittings, splice fittings, protective fittings, at guy wire fittings.

(6) Foundations

Ang foundation ay nag-anchor ng tower sa lupa, nagpaprevent ng tilting, collapse, o subsidence.

Susuriin natin ang bawat isa ng mga komponente na ito sa detalye sa susunod na talakayan.

(7) Towers (Pylons)

May maraming uri ng transmission lines at towers, na ang antas ng voltaje ay umabot hanggang 1000 kV. Ang mga sangkap ng tower ay kasama ang kahoy, concrete, steel lattice, at steel tube structures, at ang kanilang anyo at disenyo ay malawak na nag-iiba. Ang layunin ng isang transmission line ay ang pagpapadala ng electrical power mula sa isang dulo hanggang sa iba nang may minimal losses. Kaya, sa loob ng parehong klase ng voltaje, ang mga linya ay idinisenyo upang mabawasan ang impedance at imaksimis ang cross-sectional area ng conductor. Ang mga tower ay sumusuporta sa mga linya at nagpre-prevent ng contact sa iba pang conductive objects na maaaring mag-cause ng grounding faults. Kaya, sila ay itinayo upang maging mataas at structural stable. Ang larawan sa ibaba ay nagpapakita ng mga karaniwang uri ng tower.

Batay sa kanilang aktwal na mga function sa engineering applications, ang mga tower ay mas nakaklasebilisa sa ilang uri: straight-line (suspension) towers, angle (corner) towers (ginagamit para sa pagbabago ng direksyon), terminal towers (para sa pagkonekta sa at mula sa substations), transposition towers (ginagamit para sa phase rotation), at large-span towers (idinisenyo upang lumampas sa major rivers, lakes, o straits). Sa base ng bawat tower ay ang foundation. Ang mga conductor ay nakasabit mula sa cross-arms gamit ang insulator strings.

Kung susuriin mo ang isang steel lattice tower, makikita mo ang dalawang maliit na "horns" na sumusunod pataas—isa sa bawat side—na nagdadala ng maliit na wires. Hindi ito para sa pagpapadala ng kuryente; ito ang overhead ground wires (shield wires), na kilala rin bilang earth wires, ginagamit para sa lightning protection.

Ang mga transmission tower ay may iba't ibang hugis. Para sa single-circuit lines, ang karaniwang configurations ay kasama ang "wine-glass" type na may horizontally arranged conductors at ang "cat-head" type na may triangular conductor arrangement. Sa mga lugar na may limitadong right-of-way o sa mga ekonomikong developed regions kung saan ang lupain ay kulang, ang compact towers na nagdadala ng dalawa o kahit apat na circuits sa parehong structure ay karaniwang ginagamit. Para sa ultra-high-voltage (UHV) DC transmission lines, mayroon din T-type towers, na sumusuporta ng dalawang circuits na nakasabit sa ilalim—sa isang side ang positive pole, at sa kabilang side ang negative pole.

Ang isang transmission line corridor ay tumutukoy sa strip-shaped area na sumisikat laterally mula sa outermost conductors ng isang high-voltage overhead power line. Ang lapad nito ay naka-determine batay sa antas ng voltaje at regulated under the Regulations on the Protection of Electric Power Facilities. Halimbawa, ang protected zone para sa 500 kV line ay 20 meters wide. Habang may limitadong agricultural activities na pinapayagan sa loob ng zone na ito, ang pag-stack ng flammable materials o pagtatayo ng mga gusali ay mahigpit na ipinagbabawal.

Maaaring napansin mo rin ang maraming spike-like devices at maliit na "windmills" na nakalagay sa mga transmission tower. Ano ang layunin nito? Ito ay lahat ng bird deterrents! Ang anti-bird spikes ay nagpaprevent ng birds mula sa pagtayo ng mga nest, samantalang ang maliit na spinning "windmill" devices ay nag-scared away ng mga birds—lahat ng ito ay karaniwang mounted sa mga tower.

Ang structure ng mga transmission tower ay nagbibigay ng ideal na location para sa mga birds na magtayo ng mga nest. Gayunpaman, ang bird droppings ay conductive. Kapag inihahatid sa mga insulator strings, maaari itong bumuo ng conductive path sa pagitan ng conductor at lupa, na maaaring mag-resulta sa flashover, ground faults, o kahit phase-to-phase short circuits. Kaya, ang mga power lines ay lubhang vulnerable sa what might be called “angry birds.” Bukod dito, ang mga mataas na puno malapit sa mga transmission lines (o corridors) ay maaari ring mag-cause ng banta sa safe operation—halimbawa, sa pamamagitan ng pag-cause ng ground clearance violations o short circuits—and kaya kailangang regular na trim.