Maliban ang mga ultra-high voltage AC substations, ang mas madalas nating nakikita ay mga power transmission at distribution lines. Ang mga mataas na torre ay nagdadala ng mga conductor na lumilipad pataas at pababa sa mga bundok at karagatan, umuunlad hanggang sa maabot ang mga lungsod at bayan. Ito ay isang interesanteng paksa—ngayon, susundin natin ang pag-aaral tungkol sa transmission lines at kanilang mga suporta ng torre.
Power Transmission at Distribution
Una, unawain natin kung paano inililipad ang kuryente. Ang industriya ng elektrisidad ay pangunahing binubuo ng apat na yugto: paglikha ng kuryente, transmission, (substation) distribution, at paggamit.
Ang paglikha ng kuryente ay kasama ang iba't ibang uri ng power generators—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 nasa ilalim ng kategorya ng paglikha ng kuryente.
Ang transmission ay sumasangkot sa mga transmission line 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 mabisang long-distance transmission, samantalang ang mga step-down transformers sa panig ng distribution ay nagbabawas ng voltaje sa antas na angkop para sa mga rehiyonal na distribution network at end users.
Distribution sa panig ng consumer ay kasama ang iba't ibang step-down transformers, pati na rin ang medium- at low-voltage equipment, switchgear, at wiring.
Ang paggamit ay tumutukoy sa mga electrical devices sa bahay, pati na rin ang paggamit ng kuryente sa mga municipal infrastructure, gusali, industrial facilities, at iba pang aplikasyon.
Sa termino ng estruktura, ang mga transmission line ay nahahati sa dalawang pangunahing uri: overhead transmission lines at cable lines. Sa ibaba ay isang schematic diagram ng power transmission system:
Anong antas ng voltaje ang angkop para sa long-distance power transmission? Upang mabawasan ang transmission losses at mapataas ang epektsibidad, karaniwang ginagamit ang AC voltages na 500 kV at higit pa para sa power transmission. 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 dako, ang mga linya na gumagana mula sa medium voltage hanggang 110 kV–330 kV ay karaniwang itinuturing na distribution lines. Tandaan na ang mga klasipikasyon na ito maaaring magbago depende sa lumalaking pangangailangan sa power, kapasidad ng sistema, at mga pattern ng enerhiya sa rehiyon.
Ang 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, ito ang voltaje sa pagitan ng anumang isa sa tatlong phase at ground. Sa totoo, ang residential power supply ay nagmumula sa 380-volt line voltage system. Lamang sa entrance ng gusali ang tatlong phase (A, B, at C) ay hinahati—bawat phase maaaring magbigay ng iba't ibang unit ng isang residential building. Ang karaniwang makikita mo sa mga lungsod o residential communities 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 nagtransform ang 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 makita ang wiring, dahil ang mga urban distribution networks sa China ngayon ay pangunahing gumagamit ng underground cables. Gayunpaman, sa ilang lumang residential areas o rural regions, maaari ka pa ring makita ang mga overhead lines na nagkoconnect sa mga transformers at pagkatapos ay tumatakbo 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 conductors. May iba't ibang uri ng torre, at ang mga transmission line ay nahahati bilang direct current (DC) o alternating current (AC).
Ang paglikha at paggamit ng kuryente sa China ay may malaking heograpikal na pagkakaiba. Ang mga abundant na enerhiya resources tulad ng coal, hangin, solar, at hydropower ay nakonsentrado sa malalaking kanluran na rehiyon, samantalang ang mga pangunahing load centers ay nasa libu-libong kilometro ang layo sa gitna at silangan na rehiyon. Ang heograpikal na mismatch na ito ay ginagawa ang long-distance power transmission bilang isang mahalagang solusyon.
Sa kamakailan, kasabay ng mabilis na pag-unlad ng malalaking base ng hangin at solar power, ang pangangailangan para sa long-distance power transmission ay patuloy na tumataas. Bilang backbone ng power delivery, ang pagtatayo ng ultra-high-voltage (UHV) grids ay nabibilisan, nagbibigay ng malakas na momentum para sa energy transition at sustainable development ng China. Ang lahat ng mga long-distance transmission systems na ito ay sumasangkot sa transmission towers at overhead lines upang i-interconnect ang grid.
Overhead Transmission Lines
Ang isang overhead transmission line ay binubuo ng mga conductor na nakasabit sa mga torre gamit ang insulators at hardware, tiyak na nagbibigay ng safe clearance sa pagitan ng mga conductor at lupa o gusali. Ang pangunahing tungkulin ng transmission line ay ang pag-deliver ng electrical energy, koneksyon 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 nagbibigay ng mga benepisyo tulad ng mas mababang investment costs, mas mabilis na konstruksyon, simple at convenient na installation, madaling pag-identify ng mga fault at potential hazards, at straightforward maintenance at repair. Para sa long-distance transmission, ang mga overhead lines ay pangunahing ginagamit dahil sa kanilang mataas na power capacity. Ang mas mahaba ang transmission distance, ang mas mataas ang kinakailangang antas ng voltaje.
Gayunpaman, dahil ang mga overhead lines ay malawak na nakalat at nag-ooperate nang patuloy sa outdoor environment, sila ay madalas na naapektuhan ng mga paligid at natural factors. Ito ay nagdudulot ng 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 engineer ay karaniwang nakikipagtrabaho sa high-voltage (HV), extra-high-voltage (EHV), at ultra-high-voltage (UHV) systems, karamihan ay interconnected sa pamamagitan ng mga 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 characteristics at fault behaviors ng mga overhead lines ay kaya't essential para sa pag-unawa sa teknikal specifications ng high-voltage equipment.
Mga Component ng Overhead Transmission Lines
Ang pangunahing mga component ng isang overhead transmission line ay kasama ang mga foundation, torre, conductors, insulators, hardware (fittings), lightning protection devices (tulad ng overhead ground wires at surge arresters), at grounding systems. Ang mga modernong linya maaari ring kasama ang mga auxiliary components tulad ng optical ground wire (OPGW) at power line carrier communication systems.
(1) Conductors
Ang mga conductor ay nagdadala ng current at nagdelibery ng electrical energy. Ang single-conductor per phase ay typical para sa standard lines. Gayunpaman, para sa EHV at high-capacity transmission lines, ang bundled conductors—gumagamit ng dalawa, tatlo, apat, o higit pang sub-conductors (madalas na naka-arrange sa circular configuration)—ay karaniwang ginagamit. Ito ay nagrereduce ng corona discharge, minimizes power loss, at nagbabawas ng 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—naka-position sa itaas ng mga phase conductors—ay nag-intercept ng lightning, safely diverting the current through the grounding system into the earth. Ito ay nagrereduce ng probability ng direct strikes sa mga conductors, protektado ang line insulation mula sa overvoltage damage, at sigurado ang reliable operation. Ang mga shield wires ay typical na installed sa buong haba ng mga linya na rated 110 kV at higit pa at karaniwang gawa sa galvanized steel strands.
(3) Towers (Pylons)
Ang mga torre ay sumusuporta sa mga conductor at shield wires kasama ang associated hardware, nagpapanatili ng safe electrical clearances sa pagitan ng mga conductor, torre, lupa, at anumang cross-over structures o gusali.
(4) Insulators at Insulator Strings
Ang mga insulator ay ang key insulation components ng isang transmission line. Sila ay sumusuporta o nakasabit sa mga conductor habang electrically isolating them from the towers, ensuring reliable dielectric strength. Subjected to mechanical stress, electrical voltage, and corrosive atmospheric gases, ang mga insulator ay dapat magkaroon ng sapat na mechanical strength, insulation performance, at resistance to degradation.
(5) Hardware (Fittings)
Ang mga transmission line hardware ay naglalaro ng critical role sa pag-suporta, pag-secure, pag-connect, at pag-protect ng mga conductor at ground wires, ensuring robust at reliable connections. Ang hardware ay classified into five main types based on function: line clamps, connector fittings, splice fittings, protective fittings, at guy wire fittings.
(6) Foundations
Ang foundation ay nag-anchor ng torre sa lupa, preventing tilting, collapse, o subsidence.
Ipaglaban natin ang bawat isa ng mga component na ito sa detalyadong pag-uusap sa susunod.
(7) Towers (Pylons)
May maraming uri ng transmission lines at torre, na may voltage levels na umaabot hanggang 1000 kV. Ang mga materyales ng torre ay kasama ang kahoy, concrete, steel lattice, at steel tube structures, at ang kanilang shapes at designs ay malawak na nag-iiba. Ang layunin ng isang transmission line ay ang pag-deliver ng electrical power mula sa isa hanggang sa iba ng may minimal losses. Kaya, sa loob ng parehong voltage class, ang mga linya ay disenyo upang minimize ang impedance at maximize ang cross-sectional area ng conductor. Ang mga torre ay sumusuporta sa mga linya at nagpapahintulot sa contact sa iba pang conductive objects na maaaring magdulot ng grounding faults. Kaya, sila ay itinayo upang maging mataas at structurally stable. Ang larawan sa ibaba ay nagpapakita ng mga karaniwang uri ng torre.
Batay sa kanilang aktwal na functions sa engineering applications, ang mga torre ay further classified into several types: straight-line (suspension) towers, angle (corner) towers (ginagamit para sa pag-change ng direction), terminal towers (para sa pag-connect sa at mula sa substations), transposition towers (ginagamit para sa phase rotation), at large-span towers (disenyo para sa pag-cross ng major rivers, lakes, o straits). Sa base ng bawat torre ay ang foundation. Ang mga conductor ay nakasabit sa cross-arms via insulator strings.
Kung magsisilbing maging mabuti ang iyong paningin sa isang steel lattice tower, makikita mo ang dalawang small "horns" na tumataas pataas—isang sa bawat side—na nagdadala ng thin wires. Hindi ito para sa power transmission; ito ay overhead ground wires (shield wires), din kilala bilang earth wires, ginagamit para sa lightning protection.
Ang mga transmission tower ay may iba't ibang shapes. Para sa single-circuit lines, common configurations include the "wine-glass" type with horizontally arranged conductors and the "cat-head" type with triangular conductor arrangement. Sa mga lugar na may limitadong right-of-way o sa mga ekonomikong developed regions na may kakulangan ng lupain, compact towers carrying two or even four circuits on the same structure are often used. For ultra-high-voltage (UHV) DC transmission lines, there are also T-type towers, which support two circuits hanging beneath—on one side the positive pole, and on the other side the negative pole.
Ang transmission line corridor ay tumutukoy sa strip-shaped area na umuunlad laterally mula sa pinakasalungat na mga conductor ng isang high-voltage overhead power line. Ang lapad nito ay napagpasiyahan batay sa voltage level 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 limited agricultural activities ay pinapayagan sa loob ng zone na ito, ang pag-stack ng flammable materials o pagbuo ng mga gusali ay mahigpit na ipinagbabawal.
Maaari kang mabigla sa maraming spike-like devices at small "windmills" na nakalagay sa mga transmission towers. Ano ang layunin nito? Ito ay lahat ng bird deterrents! Ang anti-bird spikes ay nagpapahintulot na hindi magbuild ng mga nest ang mga ibon, samantalang ang small spinning "windmill" devices ay nagpapatakbo ng mga ibon—lahat ito ay karaniwang mounted sa mga torre.
Ang structure ng mga transmission towers ay nagbibigay ng ideal na location para sa mga ibon na magbuild ng mga nest. Gayunpaman, ang bird droppings ay conductive. Kapag inilabas ito sa mga insulator strings, maaari itong lumikha ng conductive path sa pagitan ng conductor at lupa, potensyal na nagdudulot ng 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 magbanta sa safe operation—halimbawa, sa pamamagitan ng pag-cause ng ground clearance violations o short circuits—and kaya, ito ay dapat regular na trimmed.