Надворешни електрични линии и кули: Типови, дизајн и безбедност

Помимо ултрависоконапонских АЦ подстанција, повеќе се среќаваме со линии за пренос и дистрибуција на електрична енергија. Високи турњета носат проводници кои прескачуваат планини и морета, простирани до далечина пред да стигнат до градови и села. Ова е и интересна тема - денес ќе истражуваме линии за пренос и нивните поддршкни турњета.

Пренос и дистрибуција на електрична енергија

Прво, нека разбереме како се доставува електрична енергија. Електроенергетската индустрија вешто се состои од четири етапи: производство, пренос, (подстанција) дистрибуција и потрошувачки потреби.

• Производството вклучува различни видови генератори на електрична енергија - традиционални, како што се термални и хидроелектрани, како и современи извори како што се ветропаркови и сончеви панели. Сите овие попадаат во категоријата на производство.

• Преносот се осигурува преку линии за пренос и турњета.

• Подстанцијата (или трансформацијата) главно користи трансформатори. Трансформаторите за повисок напон во електрани го зголемуваат напонот за ефикасен долг растојански пренос, додека трансформаторите за понисок напон на страната на дистрибуцијата го намалуваат напонот до нивоа прифатливи за регионалните мрежи за дистрибуција и крајни корисници.

• Дистрибуцијата на страната на потрошувачите вклучува различни трансформатори за понисок напон, како и опрема за среден и нисок напон, скочници и жичење.

• Потрошувачките потреби се однесуваат на електрични уреди во домакинствата, како и на користење на енергија во муниципална инфраструктура, згради, индустриски објекти и други применувања.

По структура, линиите за пренос се делат на два главни тип: надземни линии за пренос и кабелски линии. Подолу е прикажана схема на системот за пренос на електрична енергија:

Кои нивоа на напон се прифатливи за долг растојански пренос на електрична енергија? За да се намали загубата при пренос и да се подобри ефикасноста, типично се користат АЦ напони од 500 кВ и повисоко за пренос. Напоните во опсег од 500 кВ до 750 кВ се класифицирани како Екстра Висок Напон (ЕВН) АЦ пренос, додека системите од 1000 кВ АЦ се познати како Ултрависок Напон (УВН) АЦ пренос. Во спротивност, линиите кои работат од среден напон до 110 кВ–330 кВ обично се категоризирани како линии за дистрибуција. Забележете дека овие класификација можат да варираат со зголемување на барањето по енергија, капацитетот на системот и регионалните модели на дистрибуција на енергија.

Нивата на напон се однесуваат на напон меѓу фази - тоа е, напонот помеѓу било кои две од трите фази (А, В и С). 220 волти кои се користат во домакинствата е фазен напон, тоа е напонот помеѓу било која фаза и земјата. Во реалноста, електричната енергија во домакинствата доаѓа од систем со напон од 380 волти. Само на влезот во зградата три фази (А, В и С) се раздвојуваат - секоја фаза може да го испраќа еден блок на жилна зграда. Тоа што често гледате во градовите или жилни заедници е квадратна, кутијаста структура - тоа е кутијаста (или боксовидна) подстанција (како што е прикажано на следната слика).

Кутијастата подстанција интегрира опрема за среден напон, трансформатори и уреди за дистрибуција на нисок напон. Таа преобразува урбанска мрежа за дистрибуција на среден напон (обично 10 кВ или 20 кВ) во 380 В енергија прифатлива за домашко или муниципално користење. Можеби не ќе ги видите жичењата, бидејќи модерните урбани мрежи за дистрибуција во Кина веќе се користат подземни кабели. Меѓутим, во некои постари жилни области или селски региони, все уште можете да видите надземни линии кои поврзуваат трансформаторите и потоа продолжуваат до згради или индивидуални корисници.

Во отворени области, надземните линии за пренос кои често гледаме се состојат од турњета и проводници. Постојат различни типови на турњета, и линиите за пренос се категоризираат како директен струја (ДС) или алтернативен струја (АС).

Производството и потрошувачките потреби на електрична енергија во Кина покажуваат значителна географска несогласност. Багатирни извори на енергија како што се јагле, ветар, сонце и воден потенцијал се концентрирани во широките западни региони, додека главните центрови на барање се нахиљени на хиљади километри оддалечено во централните и источните региони. Оваа географска несогласност прави долг растојански пренос на електрична енергија неопходен решението.

Во последните години, со брз развој на големи бази за ветар и сонце, барањето за долг растојански пренос на електрична енергија наставува да расте. Како грб на достава на енергија, конструкцијата на мрежи за ултрависок напон (УВН) се забрза, што дава силна импулс за енергетската транзиција и одржлив развој во Кина. Сите овие системи за долг растојански пренос се засноваат на турњета за пренос и надземни линии за поврзување на мрежата.

Надземни линии за пренос

Надземната линија за пренос се состои од проводници кои се обесуваат од турњета со користење на изолатори и хардвер, што гарантира безбедна дистанца помеѓу проводниците и земјата или зградите. Главната функција на линијата за пренос е да доставува електрична енергија, поврзува електрани и подстанции, овозможува паралелна работа и интегрира системот за енергија во една унифицирана мрежа.

Надземните линии имаат предности како ниж инвестициони трошоци, брза конструкција, едноставна и удобна инсталација, лесна идентификација на грешки и потенцијални опасности, и едноставна одржба и поправка. За долг растојански пренос, надземните линии се доминантни поради нивната голема капацитет за пренос. Колку подолга е растојаната, толку повисок е потребен напон.

Меѓутим, бидејќи надземните линии се широко распределени и непрекинато работат во надворешни услови, често се подложени на околни услови и природни фактори. Ова доведува до различни оперативни грешки, вклучувајќи удар со молнии, ветрови, намразување, замањување, екстернална интерференција, трептање на проводниците и инциденти со птици.

Поради тоа, кога се работи со апаратурата за висок напон, инженерите обично се занимаваат со системи за висок (VN), екстра-висок (ЕVN) и ултра-висок (УVN) напон, повеќето од кои се поврзани преку надворешни линии. Соодветно, техничките барања за опремата за висок напон се тесно поврзани со услови на линиите - како што се услови на работа и услови на служба. Разбирањето на карактеристиките и понашанието при грешки на надворешните линии е следователно неопходно за разбирање на техничките спецификации на опремата за висок напон.

Компоненти на надворешните преносни линии

Главните компоненти на надворешната преносна линија вклучуваат фундаменти, торани, проводници, изолатори, хардвер (предмети), уреди за заштита од молнии (како што се надворешни земјишни жици и уреди за застопорување на молнии) и системи за земјишна врска. Модерните линии исто така можат да вклучуваат помошни компоненти како оптичка земјишна жица (OPGW) и системи за комуникација преку преносни линии.

(1) Проводници

Проводниците пренесуваат струја и доставуваат електрична енергија. Еден проводник по фаза е типичен за стандардни линии. Меѓутоа, за ЕVN и линии со висока капацитет, често се користат групирани проводници - со два, три, четири или повеќе подпроводници (често распоредени во кругова конфигурација). Ова намалува корона дисипација, минимизира губитоци на моќ и намалува интерференцијата со радио, телевизија и други сигнални системи за комуникација.

(2) Защитни (земјишни) жици и системи за земјишна врска

Заштитните жици се висат на врвот на преносните торани и се поврзуваат со системот за земјишна врска на секоја торана преку спуштачки проводници. Во моментот на удар на молния, заштитната жица - позиционирана над фазните проводници - го прехватува ударот, безбедно го отклонува токот преку системот за земјишна врска во земјата. Ова намалува веројатноста на директни удари до проводниците, заштитува изолацијата на линиите од повреди поради прекомерен напон и осигурува надежна работа. Заштитните жици типичено се инсталираат на целата должина на линиите со напон од 110 kV и повисоко и често се направени од галванизирани јаже од челик.

(3) Торани (пилони)

Тораните ги поддржуваат проводниците и заштитните жици заедно со поврзани предмети, одржувајќи безбедни електрични растојанија помеѓу проводниците, тораните, земјата и било кои пресечни структури или згради.

(4) Изолатори и низи изолатори

Изолаторите се главните изолативни компоненти на преносната линија. Тие ги поддржуваат или ги повисуваат проводниците додека ги електрично изолираат од тораните, осигурувајќи надежна диелектрична јачина. Подложени на механички стрес, електрични напони и корозивни атмосферски гасови, изолаторите мораат да имаат доволна механичка јачина, изолативна перформанса и отпор на децензија.

(5) Хардвер (предмети)

Хардверот на преносната линија игра критична улога во поддршка, заштита, поврзување и заштита на проводниците и земјишните жици, осигурувајќи чврсти и надежни врски. Хардверот е класифициран во пет главни типови според функцијата: клипси за линии, поврзувачки предмети, спојни предмети, заштитни предмети и предмети за гај вири.

(6) Фундаменти

Фундаментот го анкерира тораната на земјата, спречувајќи нагибање, колапс или потапување.

Секој од овие компоненти ќе бидат детално испитани во последователни дискусии.

(7) Торани (пилони)

Постојат многу видови на преносни линии и торани, со напон до 1000 kV. Материалите за торани вклучуваат дрво, бетон, јажена структура од челик и цевна структура од челик, и нивните форми и дизајни се многу различни. Целта на преносната линија е да достави електрична моќ од едниот крај до другиот со минимални губитоци. Следователно, во рамките на иста класа на напон, линиите се дизајнираат за да се минимизира импедансата и максимизира површината на пресекот на проводниците. Тораните служат за поддршка на линиите и спречување на контакт со други проводливи предмети кои можат да предизвикаат грешки при земјишна врска. Затоа, тие се изградени да бидат високи и структурно стабилни. Сликата подолу покажува заеднички типови на торани.

Според нивните реални функции во инженерската примената, тораните се поделени на неколку типови: праволиниски (подвесни) торани, аголни (темплински) торани (користени за менување на правец), терминални торани (за поврзување со и од подстанции), торани за транизија (користени за ротација на фази) и големи-размерни торани (дизајнирани за прелаз над големи реки, езерата или проливи). На основата на секоја торана е фундамент. Проводниците се подвесуваат од крстосни ракови преку низи изолатори.

Ако внимателно ја разгледате јажената структура од челик, ќе забележите две мали "рога" кои се продолжуваат нагоре - еден на секоја страна - кои носат тесни жици. Овие не се за пренос на моќ; тие се надворешни земјишни жици (заштитни жици), познати и како земјишни жици, користени за заштита од молнии.

Преносните торани доаѓаат во различни форми. За едно-кружни линии, заеднички конфигурации вклучуваат типот "винско чаша" со хоризонтално распоредени проводници и типот "глава на мачка" со триаголна распоредба на проводниците. Во области со ограничено право на пат или во економски развиени региони каде што земјата е ретка, често се користат компактни торани кои носат две или четири кружници на иста структура. За УVN DC преносни линии, исто така постојат T-тип торани, кои ги поддржуваат две кружници повисувајќи ги - на едната страна положителниот пол, а на другата страна негативниот пол.

Коридорот на преносната линија се однесува на појасастата област што се проширува хоризонтално од најсполскиот проводник на високонапонската надворешна електрична линија. Неговата широчина е одредена од нивото на напон и регулирана според Регулаци за заштита на електричните инсталации. На пример, заштитниот зон за 500 kV линија е 20 метри широк. Иако се дозволени ограничени земјоделски активности во овој зон, строго е забрането складирање на горлив материјал или изградба на згради.

Можеби сте забележали многу остричави уреди и мали „ветреници“ инсталирани на трансмисионите кули. За што се овие? Сѐ е тоа птичи одбранни уреди! Острите уреди за одбрана од птици ги пречат на птиците да прават гнезда, додека малите вртеещи се „ветреници“ ги плаше - обидуваат се често да се инсталираат на кулите.

Структурата на трансмисионите кули им пружа идеално место за птиците да прават гнезда. Меѓутоа, птичките отпадоци се проводливи. Кога се излегуваат врз изолаторските низи, можат да создадат проводлив пат меѓу водачот и земјата, што потенцијално може да предизвика пробој, земјски дефекти или дури и фазно-фазни кратки споеви. Затоа, јачинските линии се многу чувствителни на она што може да се нарече „разгневани птици“. Поради тоа, високите дрво близу до трансмисионите линии (или коридори) исто така можат да запризорат безбедна работа - на пример, со предизвикување на прекршажување на растојание од земјата или кратки споеви - и затоа мораат редовно да се подсекуваат.