Nadzemne električne linije i toranjevi: Vrste dizajn i sigurnost

Pored ultra visokonaponskih AC podstajica, češće susrećemo elektroenergetske linije za prenos i raspodelu. Visoke toranjove nose vodioce koji se prođu kroz planine i more, protezajući se u daljinu prije nego što stignu do gradova i sela. Ovo je također zanimljiv temat - danas ćemo istražiti linije za prenos i njihove nosače.

Prenos i Raspodela Električne Energije

Prvo, shvatimo kako se električna energija dostavlja. Elektroenergetska industrija se uglavnom sastoji od četiri etape: proizvodnja, prenos, (podstajice) raspodela i potrošnja.

• Proizvodnja uključuje razne vrste generatora električne energije - tradicionalne, kao što su termoelektrane na ugljen i hidroelektrane, kao i moderne izvore poput vjetra i solarnih energija. Sve ovo spada u kategoriju proizvodnje.

• Prenos oslanja se na linije za prenos i toranjove.

• Podstajice (ili transformacije) uglavnom koriste transformatore. Transformatori povećanja napona u elektrane povećavaju napon za efikasan prenos na daleku udaljenost, dok transformatori smanjenja napona na strani raspodele smanjuju napon na nivoe prikladne za regionalne mreže raspodele i krajnje korisnike.

• Raspodela na strani potrošača uključuje razne transformatore smanjenja napona, kao i opremu za srednji i niski napon, sklopnu opremu i žice.

• Potrošnja se odnosi na električne uređaje u kućama, kao i upotrebu struje u komunalnoj infrastrukturi, zgradi, industrijskim objektima i drugim primenama.

U pogledu strukture, linije za prenos se dele na dva glavna tipa: nadzemne linije za prenos i kablove. Evo šematskog dijagrama sistema za prenos struje:

Koji nivou napona su prikladni za prenos struje na daleku udaljenost? Da bi se smanjile gubitke pri prenosu i poboljšala efikasnost, obično se za prenos koriste naponi od 500 kV i više. Naponi u opsegu od 500 kV do 750 kV klasificiraju se kao extra visoki napon (EHV) AC prenos, dok 1000 kV AC sistemi poznati su kao ultra visoki napon (UHV) AC prenos. U suprotnom, linije koje rade od srednjeg napona do 110 kV–330 kV obično se klasificiraju kao linije za raspodelu. Napomena: ove klasifikacije mogu varirati sa porastom potrebe za snagom, kapaciteta sistema i regionalnih modela distribucije energije.

Nivou napona se odnose na napone između faza - to jest, napon između bilo koje dvije od tri faze (A, B i C). 220 voltova koji se koriste u kućanstvima je fazni napon, to jest napon između bilo koje jedne faze i zemlje. U stvarnosti, opskrbna struja u stanovništvo dolazi iz sistema napona od 380 volti. Samo kod ulaza u zgradu se tri faze (A, B i C) razdvajaju - svaka faza može opskrbljivati različite jedinice stanovništva. Ono što često vidite u gradovima ili naseljima je kvadratni, kutijasti objekat - to je pad-mounted (ili kutijasta) podstajica (kao što je prikazano na slici ispod).

Kutijasta podstajica integriše opremu za srednji napon, transformator i opremu za niskonaponsku raspodelu. Pretvara urbanu mrežu za raspodelu srednjeg napona (obično 10 kV ili 20 kV) u 380 V struju prikladnu za stanovništvo ili komunalnu upotrebu. Možda nećete videti žice, jer su današnje urbanne mreže raspodele u Kini većinom podzemne. Međutim, u nekim starijim naseljima ili ruralnim regionima, još uvijek možete vidjeti nadzemne linije koje povezuju transformatore i onda idu do zgrada ili pojedinačnih potrošača.

Na otvorenom prostoru, nadzemne linije za prenos koje često vidimo sastoje se od toranjova i vodilaca. Postoji mnogo vrsta toranjova, a linije za prenos se klasificiraju kao DC (prekidni tok) ili AC (alternativni tok).

Generisanje i potrošnja struje u Kini pokazuju značajan geografski neravnotežu. Bogate energetske resurse, kao što su ugljen, vjetar, sunčevo zračenje i vodene sile koncentrisane su u velikim zapadnim regionima, dok se glavni centri opterećenja nalaze hiljadama kilometara daleko u centralnim i istočnim regionima. Ova geografska neusklađenost čini dugoročni prenos struje neophodnim rešenjem.

U poslednjih godina, uz brzi razvoj velikih bazna vjetra i solarnih energija, potreba za dugoročnim prenosom struje nastavlja da raste. Kao grbica prenosa struje, konstrukcija mreža ultra visokog napona ubrzava, pružajući jak motor za tranziciju energije i održivi razvoj u Kini. Svi ovi sistemi za dugoročni prenos struje oslanjaju se na toranjove i nadzemne linije da bi se povezali u mrežu.

Nadzemne Linije za Prenos

Nadzemna linija za prenos sastoji se od vodilaca koji su suspendirani na toranjove pomoću izolatora i hardvera, osiguravajući siguran razmak između vodilaca i tla ili zgrada. Glavna funkcija linije za prenos je dostava električne energije, povezivanje elektrana i podstajica, omogućavanje paralelnog rada i integracija sistema struje u unificiranu mrežu.

Nadzemne linije nude prednosti kao što su niži troškovi investicija, brže građevinsko, jednostavna i praktična instalacija, lako identifikovanje grešaka i potencijalnih opasnosti, kao i jednostavno održavanje i popravka. Za prenos na daleku udaljenost, nadzemne linije su najčešće korištene zbog svoje velike snage prenosa. Duži prenos, viši potrebni nivou napona.

Međutim, budući da su nadzemne linije široko rasprostranjene i neprestano rade na vanjskom okruženju, često su pod uticajem okruženja i prirodnih faktora. To dovodi do različitih operativnih grešaka, uključujući udare munje, štetu od vetra, ledenje, onesvjetljivanje, vanjskih interferencija, galopiranje vodilaca i incidenata vezanih za ptice.

Osim toga, kada rade sa opremom za visoki napon, inženjeri obično se suočavaju sa sistemima visokog (HV), extra visokog (EHV) i ultra visokog (UHV) napona, većina kojih su povezani putem nadzemnih linija. Stoga su tehnički zahtevi za opremom visokog napona tesno povezani s uslovima linija - kao što su radno okruženje i uslovi službe. Razumevanje karakteristika i ponašanja grešaka nadzemnih linija je stoga ključno za razumevanje tehničkih specifikacija opreme visokog napona.

Komponente Nadzemnih Linija za Prenos

Glavne komponente nadzemne linije za prenos uključuju temelje, toranjove, vodioce, izolatore, hardver (prtljag), uređaje za zaštitu od munje (poput nadzemnih zemljišta i ograničivača impulsa), i sisteme zemljišta. Moderne linije takođe mogu uključivati pomoćne komponente poput optičkog zemljišta (OPGW) i sistema komunikacije putem vodilaca.

(1) Vodioce

Vodioce prenose struju i dostavljaju električnu energiju. Jeden vodilac po fazi je tipičan za standardne linije. Međutim, za EHV i visokokapacitetne linije za prenos, često se koriste spojene vodioce - sa dva, tri, četiri ili više podvodilaca (često raspoređeni u kružnom obliku). To smanjuje koronalni ispuštanje, smanjuje gubitke snage i smanjuje interferenciju sa radio, televizijskim i drugim komunikacionim signalima.

(2) Zemljište i Sistemi Zemljišta

Zemljište su suspendirani na vrhu toranjova i povezani sa sistemima zemljišta na svakom toranju putem vodilaca. Tijekom udara munje, zemljište - postavljeni iznad faznih vodilaca - prehvata munju, sigurno odvajajući struju kroz sistem zemljišta u zemlju. To smanjuje verovatnoću direktnih udara na vodioce, štiti izolaciju linije od oštećenja prekomernim naponom i osigurava pouzdan rad. Zemljište se obično instaliraju duž cijele dužine linija od 110 kV i više i najčešće su izrađeni od galvaniziranih čelikovih konoplja.

(3) Toranjovi (Piloni)

Toranjovi podržavaju vodioce i zemljište zajedno sa pridruženim hardverom, održavajući siguran električni razmak između vodilaca, toranjova, tla i bilo kakvih preklopnih struktura ili zgrada.

(4) Izolatori i Nizovi Izolatora

Izolatori su ključne izolacijske komponente linije za prenos. Podržavaju ili suspendiraju vodioce dok ih električki izoliraju od toranjova, osiguravajući pouzdanu dielektričnu čvrstoću. Podložni mehaničkom naprezanju, električnom naponu i korozivnim atmosferskim plinovima, izolatori moraju imati dovoljnu mehaničku čvrstoću, izolacijske performanse i otpornost na degradaciju.

(5) Hardver (Prtljag)

Hardver za linije za prenos ima ključnu ulogu u podršci, bezbednosti, povezivanju i zaštiti vodilaca i zemljišta, osiguravajući čvrstu i pouzdanu vezu. Hardver se klasifikuje na pet glavnih vrsta prema funkciji: klampe, konektorski prtljag, spajni prtljag, zaštitni prtljag i prtljag za viseve.

(6) Temelji

Temelj sidri toranj na tlu, sprečavajući nagibanje, rušenje ili propadanje.

Svaku od ovih komponenti detaljnije ćemo ispitati u narednim raspravama.

(7) Toranjovi (Piloni)

Postoji mnogo vrsta linija za prenos i toranjova, s nivou napona koji dosegu do 1000 kV. Materijali za toranjove uključuju drvo, beton, čelične mreže i čelične cevi, a njihove forme i dizajni se značajno razlikuju. Svrha linije za prenos je dostava električne energije od jednog kraja do drugog sa minimalnim gubitcima. Stoga, unutar iste klase napona, linije su dizajnirane da minimiziraju impedanciju i maksimiziraju površinu presjeka vodilaca. Toranjovi služe za podršku linijama i sprečavanje kontakta s drugim vodljivim predmetima koji bi mogli uzrokovati greške zemljišta. Stoga su izgrađeni visoki i strukturno stabilni. Slika ispod prikazuje uobičajene vrste toranjova.

Na osnovu njihove stvarne funkcije u inženjerskim primenama, toranjovi su dalje klasifikovani u nekoliko vrsta: prave linije (suspendirani toranjovi), uglasti toranjovi (koriste se za promjenu smjera), terminalni toranjovi (za povezivanje sa i do podstajica), toranjovi za permutaciju (koriste se za rotaciju faza) i toranjovi za veliki span (dizajnirani za prelaz preko velikih reka, jezera ili propada). Na dnu svakog toranja nalazi se temelj. Vodioce su suspendirani s poprečnika putem nizova izolatora.

Ako pažljivo pogledate čelični mrežasti toranj, primijetit ćete dva mala "rogova" koji se šire prema gore - jedan na svakoj strani - nosiće tanke žice. Ovo nisu namenjene za prenos struje; one su nadzemna zemljišta (zemljišta), takođe poznata kao zemljišta, koriste se za zaštitu od munje.

Toranjovi za prenos dolaze u različitim oblicima. Za jednosmjerne linije, uobičajeni su oblici "čaše" s horizontalno raspoređenim vodilacima i "mačke glave" s trokutastim raspoređenjem vodilaca. U područjima s ograničenim pravom na hod, ili u ekonomski razvijenim regijama gdje je zemlja rijetka, često se koriste kompaktni toranjovi koji nose dva ili čak četiri smjera na istoj strukturi. Za linije za prenos ultra visokog napona (UHV) DC, postoje i T-oblicni toranjovi, koji podržavaju dva smjera koji visijo - na jednoj strani pozitivni pol, a na drugoj negativni pol.

Koridor za prenos struje odnosi se na trakasti prostor koji se širi bočno od najspoljnjih vodilaca visokonaponske nadzemne linije struje. Širina mu se određuje nivoom napona i reguliše se Pravilnikom o zaštiti elektronskih energetskih objekata. Na primjer, zaštićena zona za liniju od 500 kV je široka 20 metara. Iako su ograničene poljoprivrede dopuštene u toj zoni, stapanje gorivih materijala ili izgradnja zgrada strogo su zabranjeni.

Možda ste primijetili brojne kolčaste uređaje i male "vetrokaze" instalirane na toranjovima za prenos. Zašto su to? Svi su to uređaji za odvraćanje ptica! Kolčasti uređaji sprječavaju ptice da grade gnezda, dok male vrteće "vetrokaze" strahuju ptice - obično su montirani na toranjove.

Struktura toranjova za prenos pruža idealno mjesto za ptice da grade gnezda. Međutim, pticeve ekskremente su provodljivi. Kada se ispuštaju na nizove izolatora, mogu stvoriti provodni put između vodilaca i zemlje, potencijalno uzrokujući iskrene, zemljište ili čak kratanje faza. Stoga su linije za prenos vrlo osjetljive na ono što bi se moglo nazvati "besnim pticama." Osim toga, visoke drveće blizu linija za prenos (ili koridora) također mogu prijetiti sigurnom radu - na primjer, uzrokujući prekršaje u razmacima s zemljom ili kratanje - i moraju se redovito briši.