Förutom ultra-högspännings-AC-stationer stöter vi oftare på strömförsörjnings- och distributionsledningar. Högstationer bärande ledningar som hoppar över berg och hav, sträcker sig i fjärran innan de når städer och byar. Detta är också ett intressant ämne - idag ska vi utforska strömförsörjningsledningar och deras stödjande torn.
Strömförsörjning och distribution
Låt oss först förstå hur elektricitet levereras. Elindustrin består huvudsakligen av fyra etapper: elproduktion, transmission, (understation) distribution och konsumtion.
Produktion inkluderar olika typer av kraftverk - traditionella sådana som kolbaserade och vattenkraftverk, samt moderna källor som vind- och solenergi. Alla dessa faller under produktionskategorin.
Transmission förlitar sig på transmissionsledningar och torn.
Understation (eller transformation) använder huvudsakligen transformatorer. Uppstegstransformatorer vid kraftverken ökar spänningen för effektiv långdistansöverföring, medan nedstegstransformatorer på distributions sidan minskar spänningen till nivåer lämpliga för regionala distributionsnät och slutanvändare.
Distribution på konsumentens sida involverar olika nedstegstransformatorer, samt medium- och lågspänningsutrustning, växelskåp och kablar.
Konsumtion refererar till elektriska enheter i hem, samt elanvändning i kommunala infrastrukturer, byggnader, industriella anläggningar och andra tillämpningar.
I termer av struktur delas transmissionsledningar in i två huvudtyper: överbystromlinjer och kabellinjer. Nedan visas en skiss av ett strömförsörjningssystem:
Vilka spänningsnivåer är lämpliga för långdistansöverföring av ström? För att minska överföringsförluster och öka effektiviteten används vanligtvis AC-spänningar på 500 kV och högre för strömförsörjning. Spänningar mellan 500 kV och 750 kV klassificeras som extra höga spänningar (EHV) AC-transmission, medan 1000 kV AC-system kallas för ultrahögspännings (UHV) AC-transmission. I jämförelse med detta, linjer som opererar från medelhög spänning upp till 110 kV–330 kV kategoriseras generellt som distributionslinjer. Observera att dessa klassificeringar kan variera beroende på ökande elkraftefterfrågan, systemkapacitet och regionala energidistributionsmönster.
Spänningsnivåer hänvisar till fasespänning - det vill säga, spänningen mellan vilka som helst två av de tre faserna (A, B och C). De 220 volt som används i hushåll är fasvolten, vilket är spänningen mellan en fas och mark. I verkligheten kommer elleveransen till bostäder från ett 380-volts system. Bara vid byggnadsingången separeras de tre faserna (A, B och C) - varje fas kan matas till en annan enhet i en bostad. Vad du ofta ser i städer eller bostadsområden är en kvadratisk, lådlik form - detta är en plattformsmonterad (eller lådlik) understation (som visas i figuren nedan).
Den lådlika understationen integrerar mediumspänningsutrustning, transformatorer och lågspänningsdistributionsenheter. Den omvandlar det urbana mediumspänningsdistributionsnätet (typiskt 10 kV eller 20 kV) till 380 V ström lämplig för bostäder eller kommunal användning. Du kan kanske inte se kablar, eftersom dagens städers distributionsnät i Kina mest använder underjordiska kablar. Men i vissa äldre bostadsområden eller landsbygdsmiljöer kan du fortfarande observera överbystromlinjer som ansluter transformatorer och sedan går till byggnader eller enskilda konsumenter.
På öppna områden består de överbystromlinjer vi vanligtvis ser av torn och ledare. Det finns olika typer av torn, och transmissionsledningar indelas i antingen likström (DC) eller växelström (AC).
Kinas elproduktion och konsumtion visar en betydande geografisk obalans. Rika energiresurser som kol, vind, sol och vattenkraft är koncentrerade i de stora västra regionerna, medan de stora belastningscentrerna ligger tusentals kilometer bort i centrala och östra regionerna. Denna geografiska missmatch gör långdistansöverföring av ström till en nödvändig lösning.
Under de senaste åren, med den snabba utvecklingen av storskaliga vind- och solkraftsbaser, har efterfrågan på långdistansöverföring av ström fortsatt att växa. Som ryggraden för elförsörjning har uppförandet av ultrahögspänningsnät (UHV) accelererat, vilket ger stark drivkraft för Kinas energiomställning och hållbara utveckling. Allt detta beror på långdistansöverföringssystem som förlitar sig på transmissionsstod och överbystromlinjer för att koppla samman nätet.
Överbystromlinjer
En överbystromlinje består av ledare som hänger från torn med hjälp av isolatorer och monteringstillbehör, vilket säkerställer säker avstånd mellan ledarna och marken eller byggnader. Huvudfunktionen för en strömförsörjningsledning är att leverera elektrisk energi, ansluta kraftverk och understationer, möjliggöra parallell drift och integrera elkraftsystemet i ett enhetligt nät.
Överbystromlinjer erbjuder fördelar som lägre investeringskostnader, snabbare uppförande, enkel och bekväm installation, enkel identifiering av fel och potentiella risker, samt enkel underhåll och reparation. För långdistansöverföring används överbystromlinjer främst på grund av deras höga effektkapacitet. Ju längre överföringsavstånd, desto högre krävs spänningsnivån.
Men eftersom överbystromlinjer är vidsträckt fördelade och kontinuerligt opererar i utomhusmiljöer, påverkas de ofta av omgivande förhållanden och naturliga faktorer. Detta leder till olika driftfel, inklusive blixtträffar, vindskador, isbildning, föroreningsspark, extern störning, ledargalopp och fågelrelaterade incidenter.
Vidare, när man arbetar med högspänningsväxelskåp, hanterar ingenjörer vanligtvis högspänning (HV), extra högspänning (EHV) och ultrahögspänning (UHV) system, de flesta av dem är anslutna via överbystromlinjer. Därför är tekniska krav för högspänningsutrustning nära knutna till linjevillkor - som driftsmiljö och servicevillkor. Förståelse för överbystromlinjers egenskaper och felbeteenden är därför avgörande för att förstå högspänningsutrustningens tekniska specifikationer.
Komponenter i överbystromlinjer
De huvudsakliga komponenterna i en överbystromlinje inkluderar grundvalar, torn, ledare, isolatorer, monteringstillbehör (fittings), blixtskyddsanordningar (som överbystromlinjer och övertrycksbegränsare) och jordningsystem. Moderna linjer kan också inkludera hjälpanordningar som optisk jordningskabel (OPGW) och strömförsörjningslinje-kommunikationssystem.
(1) Ledare
Ledare överför ström och levererar elektrisk energi. En enda ledare per fas är typisk för standardlinjer. Men för EHV och högeffektströmförsörjningslinjer används ofta bundlad ledare - med två, tre, fyra eller flera underledare (ofta arrangerade i en cirkulär konfiguration). Detta minskar koronaspark, minimerar effektförlust och minskar störning av radio, TV och andra kommunikationssignaler.
(2) Sköld (jordnings) ledare och jordningsystem
Sköldledare hängs på toppen av transmissionsstod och ansluts till jordningsystemet på varje stod via nedledare. Vid en blixtträff, som sköldledaren - placerad ovanför fasledarna - avleder blixtströmmen genom jordningsystemet till jorden. Detta minskar sannolikheten för direkt träffar på ledarna, skyddar linjeisoleringen från överspänningsskador och säkerställer pålitlig drift. Sköldledare installeras vanligtvis längs hela linjer med 110 kV och högre och är vanligtvis gjorda av galvaniserade stålsträngar.
(3) Torn (pyloner)
Torn stöder ledarna och sköldledare tillsammans med associerade monteringstillbehör, vilket säkerställer säker elektrisk avstånds mellan ledarna, tornen, marken och eventuella korsande strukturer eller byggnader.
(4) Isolatorer och isolatorsslingor
Isolatorer är de viktigaste isoleringskomponenterna i en strömförsörjningsledning. De stöder eller hänger ledarna medan de elektriskt isolerar dem från tornen, vilket säkerställer pålitlig dielektrisk styrka. Exponerade för mekanisk stress, elektrisk spänning och korrosiva atmosfäriska gaser måste isolatorer ha tillräcklig mekanisk styrka, isoleringsprestanda och motståndskraft mot förändring.
(5) Monteringstillbehör (fittings)
Monteringstillbehör för strömförsörjningsledning spelar en viktig roll för att stödja, fastna, ansluta och skydda ledare och jordningsledare, vilket säkerställer robusta och pålitliga anslutningar. Monteringstillbehör klassificeras i fem huvudtyper beroende på funktion: linjespetsar, kopplingsfittings, splittningsfittings, skyddsfittings och guywire-fittings.
(6) Grundvalar
Grundvalen fäster tornet till marken, förhindrar lutning, ras, eller sjunkning.
Vi kommer att undersöka var och en av dessa komponenter i detalj i kommande diskussioner.
(7) Torn (pyloner)
Det finns många typer av strömförsörjningsledningar och torn, med spänningsnivåer som når upp till 1000 kV. Tornmaterial inkluderar trä, betong, stålgitter och stålrörstruktur, och deras former och design varierar kraftigt. Syftet med en strömförsörjningsledning är att leverera elektrisk kraft från ena änden till den andra med minimala förluster. Därför är linjer inom samma spänningsklass utformade för att minimera impedans och maximera ledarnas tvärsnitt. Torn fungerar för att stödja linjerna och förhindra kontakt med andra ledande objekt som skulle kunna orsaka jordningsfel. Därför byggs de höga och strukturellt stabila. Bilden nedan visar vanliga tornetyper.
Baserat på deras faktiska funktioner i tekniska tillämpningar, klassificeras tornen ytterligare i flera typer: raktlinjetorn (upphängningstorn), vinkeltorn (används för att ändra riktning), terminaltorn (för anslutning till och från understationer), transpositionstorn (används för fasrotation) och stort spanntorn (utformade för att korsa stora vattendrag, sjöar eller sund). I basen av varje torn ligger grundvalen. Ledarna hänger från korsarmar via isolatorsslingor.
Om du tittar närmare på ett stålgittertorn, kommer du att märka två små "horn" som sticker uppåt - ett på varje sida - bärande tunna trådar. Dessa är inte för strömförsörjning; de är överbystromlinjer (sköldledare), även kända som jordningsledare, används för blixtskydd.
Transmissionsstod kommer i olika former. För enkretsledningar är vanliga konfigurationer "vinflask"-typen med horisontellt arrangerade ledare och "katthuvud"-typen med triangelarrangerade ledare. I områden med begränsad rättighet eller i ekonomiskt utvecklade regioner där mark är skarsk, används ofta kompakta torn som bär två eller till och med fyra kretsar på samma struktur. För ultrahögspännings (UHV) DC-strömförsörjningsledningar finns det också T-typ torn, som stöder två kretsar hängande nedifrån - på ena sidan positiv pol, och på den andra sidan negativ pol.
En strömförsörjningsledningskorridor hänvisar till den bandformade zonen som sträcker sig lateralt från de yttre ledarna av en högspänningsöverbystromlinje. Dess bredd fastställs av spänningsnivån och regleras enligt Förordningen om skydd av elektriska anläggningar. Till exempel är skyddszonen för en 500 kV-linje 20 meter bred. Medan begränsade jordbruksaktiviteter tillåts inom denna zon är stapling av brandfarliga material eller byggnad av byggnader strikt förbjudet.
Du kan också ha märkt ett antal spikliknande enheter och små "vindkvarnar" installerade på transmissionsstod. Vad är dessa till för? De är alla fågleskydd! Fåglespikar förhindrar fåglar från att bygga bo, medan de små snurrande "vindkvarn" enheter skrämmer bort fåglar - båda är vanligtvis monterade på torn.
Struktur av transmissionsstod ger en ideal plats för fåglar att bygga bo. Men fågeldroppar är ledande. När de exkreteras på isolatorsslingor kan de skapa en ledande väg mellan ledaren och marken, vilket potentiellt kan orsaka spark, jordningsfel eller till och med fas-till-fas kortslutning. Därför är strömförsörjningsledningar mycket sårbara för vad som kan kallas "argt fåglar." Dessutom kan höga träd nära strömförsörjningsledningar (eller korridorer) också hota säker drift - till exempel genom att orsaka brist på markavstånd eller kortslutning - och måste därför regelbundet trimmas.