Augšējās elektrosietes un torni: veidi dizains un drošība
Lai gan augstsprieguma maiņstrāvas pārveidošanas stacijas, biežāk sastopami ir elektroenerģijas pārvades un sadalīšanas līnijas. Augsti torni nes elektriskos vedņus, kas izleca pāri kalniem un jūrām, izplešoties tālu uz priekšu, pirms sasniedz pilsētas un ciematus. Šis arī ir interesants temats — šodien mēs pētīsim pārvedes līnijas un to atbalstošos tornus.
Elektroenerģijas Pārveide un Sadale
Vispirms sapratkām, kā tiek piegādāta elektroenerģija. Elektroenerģijas rūpniecība galvenokārt sastāv no četriem posmiem: enerģijas ražošana, pārveide, (pārveidošanas stacija) sadale un patēriņš.
Ražošana ietver dažādas enerģijas ģeneratoru veidus — tradicionālos, piemēram, ogļu un hidroelektrostacijas, kā arī modernās avotus, piemēram, vēja un saules enerģiju. Visi šie ietilpst ražošanas kategorijā.
Pārveide balstās uz pārvedes līnijām un torniem.
Pārveidošana (vai transformācija) galvenokārt izmanto transformatorus. Enerģijas stacijās transformatoru spriegumu paaugstina, lai efektīvi pārnestu elektroenerģiju garām attālumām, bet sadalīšanas puses transformatoru spriegumu samazina līmenīm, kas piemēroti reģionālajiem sadalīšanas tīkliem un galapatērētājiem.
Sadalīšana patērētāju pusē ietver dažādus sprieguma samazināšanas transformatorus, kā arī vidēja un zema sprieguma aprīkojumu, kontaktblokus un vadi.
Patēriņš attiecas uz mājsaimniecībām, kā arī enerģijas lietošanu komunālajā infrastruktūrā, ēkās, rūpnieciskajos objektos un citos pielietojumos.
Struktūras ziņā pārvedes līnijas ir sadalītas divos galvenajos veidos: gaisa pārvedes līnijas un kabeļu līnijas. Zemāk ir dota shēma elektroenerģijas pārvedes sistēmai:
Kādi sprieguma līmeņi ir piemēroti ilgām attālumiem pārvedē? Lai samazinātu pārvedes zudējumus un uzlabotu efektivitāti, parasti tiek izmantots AC spriegums 500 kV un augstāks. Spriegums no 500 kV līdz 750 kV tiek klasificēts kā ļoti augsts spriegums (EHV) AC pārvede, savukārt 1000 kV AC sistēmas pazīstamas kā ļoti augsts spriegums (UHV) AC pārvede. Savukārt līnijas, kas darbojas no vidēja sprieguma līdz 110 kV–330 kV, parasti tiek klasificētas kā sadalīšanas līnijas. Ņemiet vērā, ka šīs klasifikācijas var atšķirties, atkarībā no pieaugošās enerģijas pieprasījuma, sistēmas jaudas un reģionālajiem enerģijas sadalīšanas modeļiem.
Sprieguma līmeņi attiecas uz fāzes starpību — tas ir, spriegums starp jebkuru no trim fāzēm (A, B un C). Mājsaimniecībās izmantotais 220 voltu spriegums ir fāzes spriegums, kas ir spriegums starp jebkuru fāzi un zemi. Realitātē, mājsaimniecības elektroenerģijas piegāde nāk no 380-voltu līnijas sprieguma sistēmas. Tikai ēkas ieceļā trīs fāzes (A, B un C) tiek atdalītas — katra fāze var apgādāt atsevišķu mājsaimniecības vienību. Kas jūs bieži redzat pilsētās vai dzīvojamajos rajonos, ir kvadrātveida, kastes formas struktūra — tas ir pad-mounted (vai kastes veida) pārveidošanas stacija (kā redzams zemāk esošajā attēlā).
Kastes veida pārveidošanas stacija integra vidēja sprieguma aprīkojumu, transformatorus un zema sprieguma sadalīšanas ierīces. Tā pārveido pilsētas vidēja sprieguma sadalīšanas tīklu (parasti 10 kV vai 20 kV) 380 V enerģijā, kas piemērota dzīvojamajām vai komunālajām vajadzībām. Jūs iespējams neredzēsiet vadus, jo Ķīnas pilsētu sadalīšanas tīkli šodien lielākoties izmanto zemes zemās kabeles. Tomēr, dažos vecākos dzīvojamajos rajonos vai lauku teritorijās, jūs joprojām varat novērot gaisa pārvedes līnijas, kas savieno transformatorus un tad ved līdz ēkām vai individuāliem patērētājiem.
Atvērtos apvidos, gaisa pārvedes līnijas, ko mēs bieži redzam, sastāv no torniem un vedņiem. Ir dažādi tornu veidi, un pārvedes līnijas ir klasificētas kā vai nu strāvas (DC) vai maiņstrāvas (AC).
Ķīnas enerģijas ražošana un patēriņš parāda būtisku ģeogrāfisko neizlīdzību. Bagātīgi enerģijas resursi, piemēram, ogļi, vējains un saule, ir koncentrēti austrumu reģionos, bet galvenie patēriņa centri atrodas tūkstošiem kilometru attālumā centrālajā un rietumu reģionos. Šī ģeogrāfiska neatbilstība padara ilgu attālumu pārvedi par būtisku risinājumu.
Nesenos gados, ar lielu vēja un saules enerģijas bazēm straujo attīstību, pieaug prasība pēc ilgu attālumu pārvedes. Kā elektroenerģijas piegādes mugurkauls, ļoti augsta sprieguma (UHV) tīklu celtniecība paātrinās, sniedzot stipru impulsu Ķīnas enerģijas pārejiešanai un ilgtspējīgai attīstībai. Visi šie ilgu attālumu pārvedes sistēmas balstās uz pārvedes torniem un gaisa līnijām, lai savienotu tīklu.
Gaisa Pārvedes Līnijas
Gaisa pārvedes līnija sastāv no vedņiem, kas uzsistāti tornos, izmantojot izolātorus un montāžmaterialu, nodrošinot drošu atstatumu starp vedņiem un zemi vai ēkām. Pārvedes līnijas galvenais uzdevums ir piegādāt elektroenerģiju, savienot enerģijas stacijas un pārveidošanas stacijas, ļaut paralēlu darbību un integrēt enerģijas sistēmu vienotā tīklā.
Gaisa līnijas piedāvā priekšrocības, piemēram, zemākas investīcijas, ātrāka celtniecība, vienkārša un viegla instalācija, viegli identificējamie traucējumi un potenciālie bīstamības faktori, un vienkārša uzturēšana un remonts. Ilgu attālumu pārvedē gaisa līnijas tiek izmantotas galvenokārt tāpēc, ka tās spēj nodrošināt lielu jaudu. Jo garāks ir pārvedes attālums, jo augstāks ir nepieciešamais sprieguma līmenis.
Tomēr, tā kā gaisa līnijas ir plaši izplatītas un nepārtraukti strādā ārpusē, tās bieži tiek ietekmētas apkārtējiem apstākļiem un dabiskiem faktoriem. Tas rada dažādus darbības traucējumus, tostarp apvilktu un vētra, ledus, piesārņojuma flashover, ārpussistēmas iedarbība, vedņu svārstīšanās un putnu radīti incidenti.
Turklāt, strādājot ar augstsprieguma šķīrņu iekārtām, inženieri parasti saskaras ar augstspriegumu (AS), ļoti augstu spriegumu (ĻAS) un superaugstu spriegumu (SAS) sistēmām, daudzas no kuru savienotas caur gaisa līnijām. Tāpēc tehniskie prasības augstsprieguma iekārtām ir cieši saistītas ar līniju stāvokli — piemēram, darbības vidi un izmantošanas apstākļiem. Lai labi saprastu augstsprieguma iekārtu tehniskos specifikācijus, ir būtiski izprast gaisa līniju raksturlielus un defektu uzvedību.
Gaisa pārvades līnijas sastāvdaļas
Galvenās gaisa pārvades līnijas sastāvdaļas ietver pamatus, tornis, vadītājus, izolātorus, aparatūru (piesaistes), vētra aizsardzības ierīces (piemēram, virsgrunds vadītāji un impulsu aizsargātāji) un zemes sistēmas. Modernās līnijas var ietvert arī papildu komponentes, piemēram, optisko virsgrunds vadītāju (OPGW) un elektroenerģijas līnijas pārraides sistēmas.
(1) Vadītāji
Vadītāji pārvada strāvu un piegādā elektrisko enerģiju. Parastajās līnijās katrs fāzes kanāls tiek nodots ar vienu vadītāju. Tomēr ĻAS un liela jauda pārvades līnijās parasti tiek izmantoti salikti vadītāji—ar diviem, trim, četriem vai vairāk sub-vadītājiem (parasti tika ierakstīti apļā konfigurācijā). Tas samazina koronas izplūdi, minimizē enerģijas zudumu un samazina interferenci ar radio, televīziju un citām sakaru signālām.
(2) Aizsargvadītāji (zemes vadītāji) un zemes sistēmas
Aizsargvadītāji tiek novietoti gaisa pārvades tornu augšpusē un savienoti ar zemes sistēmu katrā tornī caur leju vedošiem vadītājiem. Vētras laikā aizsargvadītājs, kas atrodas virs fāzes vadītājiem, piesaista vētru, droši novirzot strāvi caur zemes sistēmu uz zemi. Tas samazina tiešās vētras uzbrukumu varbūtību vadītājiem, aizsargā līnijas izolāciju no pārsprieguma bojājumiem un nodrošina uzticamu darbību. Aizsargvadītāji parasti tiek instalēti visā līnijas garumā, kas sasniedz 110 kV un augstākas, un tos parasti izmanto galvanizētu dzelzs virvi.
(3) Tornis (piramīdes)
Tornis atbalsta vadītājus un aizsargvadītājus kopā ar saistīto aparatūru, uzturot drošus elektriskos attālumus starp vadītājiem, torniem, zemi un jebkuriem krustojuma struktūrām vai ēkām.
(4) IZOLĀTORI UN IZOLĀTORU ŠKOTI
Izolātori ir galvenie izolācijas komponenti pārvades līnijā. Tie atbalsta vai notur vadītājus, elektriski atdalot tos no torniem, nodrošinot uzticamu dielektrisko spēku. Izolātori ir pakļauti mehāniskiem spriedzeniem, elektriskiem spriegumiem un korozīveidojošiem atmosfēras gāzēm, tāpēc tiem jābūt pietiekami stipriem mehāniski, izolācijas rādītājiem un degradācijas resistences.
(5) APARATŪRA (PIESAISTES)
Pārvades līnijas aparatūra spēlo būtisku lomu, atbalstot, drošinojot, savienojot un aizsargājot vadītājus un zemes vadītājus, nodrošinot stiprus un uzticamus savienojumus. Aparatūra tiek sadalīta piecas galvenās kategorijas atkarībā no funkcijas: līnijas klampi, savienojuma piesaistes, savienojuma piesaistes, aizsardzības piesaistes un guvju piesaistes.
(6) PAMATI
Pamats ankers torni uz zemes, novēršot pagriešanos, sabrukumu vai nolasīšanos.
Mēs turpmākajās diskusijās detalizēti apskatīsim katru no šiem komponentiem.
(7) Tornis (piramīdes)
Ir daudz veidu pārvades līnijām un torniem, ar spriegumu līmeni, kas sasniedz 1000 kV. Tornu materiāli ietver koku, betonu, dzelzs režģus un dzelzs trauks struktūras, un to formas un dizaini ļoti atšķiras. Pārvades līnijas mērķis ir pārvadāt elektrisko enerģiju no vienas puses uz otru ar minimālām zudējumiem. Tāpēc, vienādā sprieguma klase, līnijas tiek izstrādātas, lai samazinātu impedanci un maksimizētu vadītāju priekšmetu platumu. Torni palīdz atbalstīt līnijas un novērst kontaktu ar citiem vielākiem objektiem, kas varētu izraisīt zemes defektus. Tāpēc tie tiek uzbūvēti, lai būtu augsti un strukturāli stabili. Zemāk redzama tipisku tornu tipu attēls.
Atkarībā no to faktiskās funkcijas inženierzinātnē, torni tika vēlāk sadalīti vairākos tipos: taisna līnija (suspendēšanas) torni, leņķa (stūra) torni (izmantojot virziena maiņai), terminālais tornis (savienojot ar un no transformatorstacijām), transpozīcijas torni (izmantojot fāzes rotācijai) un lielu pārsniedzēju torni (izstrādāts, lai pārsniegtu lielus upes, ezeros vai straume). Katra torna pamatā ir pamats. Vadītāji ir suspendēti no krustvirziena, izmantojot izolātoru škotus.
Ja uzmanīgi aplūkojat dzelzs režģa tornu, jūs varēsiet redzēt divus mazus "ragus", kas virzās augšup — viens katrā pusē, nesot smalkus metāla dārzeņus. Tie nav izmantojami enerģijas pārvadei; tie ir virsgrunds vadītāji (aizsargvadītāji), arī pazīstami kā zemes vadītāji, izmantojami vētras aizsardzībai.
Pārvades torni ir dažādas formas. Viens līnijas gadījumā, bieži sastopami konfigurācijas ietver "vīna glāzēšanu" ar horizontāli novietotiem vadītājiem un "kaču galvu" ar trijstūra formā novietotiem vadītājiem. Teritorijās ar ierobežoto tiesību ceļu vai ekonomiski attīstītajās teritorijās, kur zeme ir trūkums, bieži tiek izmantoti kompaktes torni, kas nes divas vai pat četras līnijas vienā struktūrā. SAS DC pārvades līnijām ir arī T-tipa torni, kas atbalsta divas līnijas, kas nobīdās zemāk — vienā pusē pozitīvais pols, un otrā pusē negatīvais pols.
Pārvades līnijas koridors attiecas uz lentiņveida apgabalu, kas izplešas laterāli no augstsprieguma gaisa pārvades līnijas ārējiem vadītājiem. Tā platums ir noteikts sprieguma līmenim un regulēts Elektroenerģijas ierīču aizsardzības regulās. Piemēram, 500 kV līnijas aizsargājamā zona ir 20 metrus plata. Šajā zonā ir atļautas robežotas lauksaimniecības darbības, taču tā vietā nevar tikt apglabātas degušas vielas vai uzbūvētas ēkas.
Jūs varbūt esat pievērsis uzmanību arī daudzajām koka bumbiņām un maziem "vējdzirnavām", kas uzstādītas pārvades tornos. Kāds ir to mērķis? Tas ir visi putnu atspējošanas līdzekļi! Putnu atspējošanas koka bumbiņas nepiedāvā putniem telpu nīcu veidošanai, savukārt mazie rotājošie "vējdzirnavu" ierīces izbaida putnus - abas šīs ierīces parasti tiek uzstādītas tornos.
Pārvades tornu struktūra piedāvā ideālu vietu putnu nīcu veidošanai. Tomēr, putnu ekskrementi ir vidi cauramie. Kad tie tiek izdalīti uz izolātoru virsmu, tie var radīt caurumu starp vadāmo un zemi, potenciāli izraisot flashover, zemes trūkumus vai pat fāžu starpniecības īsās slēguma situācijas. Tādēļ, elektrosaites ir ļoti jutīgas pret to, ko varētu saukt par “aizrautiem putniem”. Papildus tam, augstie koki tuvāk pārvades līnijām (vai koridoriem) var arī apdraudēt drošu darbību - piemēram, izraisot zemes attālumu pārkāpumus vai īsās slēguma situācijas - un tādēļ tiem regulāri jāveic apkopšana.
