Zašto su zračne naponske linije lage na elektroprivodnim stubama i tornjevima

Zašto su zračne naponske linije na stubovima i toranjima visokonaponskih prijenosa ljuštave?

U današnjem dobu brzog tehnološkog napretka, prijevoz ljudi, robe i usluga postao je značajno jednostavniji. Geografska udaljenost više nije prepreka. Također kao što se ovi materijalni entiteti mogu učinkovito prebacivati na velike razdaljine, elektricitet također treba biti prenosen široko. Međutim, za razliku od fizičke robe, elektricitet za svoj put potreban ima medij.

Možda ste često primijetili da zračne naponske linije koje visoko nad stubovima i toranjima izgledaju ljuštavo, umjesto da su čvrsto zategnute. Ovaj vid često podiže pitanje: Zašto nisu ove linije čvršće zategnute?

U ovom istraživanju otkrijet ćemo razloge za ljuštavost naponskih linija na stubovima i nužnost vise u distribucijskim i prijenosnim linijama. Prije nego što uđemo u detaljnije objašnjenje, prvo pregledajmo neke ključne točke koje će unaprijediti naše razumijevanje ove elektrotehničke pojave.

Prijenos struje: principi, gubitci i komponente

Osnove prijenosa struje

Snaga predstavlja brzinu s kojom se vrši rad. U kontekstu elektriciteta, rad se obavlja kada električna energija prelazi put. Stoga se snaga može definirati kao količina energije isporučene po jedinici vremena. Za prijenos elektriciteta na velike razdaljine, naponske linije služe kao ključni medij za taj prijenos.

Aktivna snaga, sastavni dio električne snage koji obavlja korisni rad, obično se mjeri u vatima. Kada je riječ o prijenosu struje, visokonaponski prijenos je preferirani način za održavanje energije. To je zato jer struja koja teče kroz vodilac generira toplinu, što može biti veoma štetno. Toplina dovodi do degradacije električnih linija tijekom vremena, što dovodi do premature iznositosti i potencijalnog propada. Da bi se smanjili gubitci energije i očuvana prenesena snaga, učinkovitije je smanjiti količinu električne struje koja teče kroz linije, a voltazu povećati. Ovaj pristup, poznat kao visokonaponski prijenos struje, učinkovito smanjuje snagu rasipanu kao toplina u prijenosnim linijama.

Vodljivost i gubitci snage

Tijekom procesa prijenosa struje, određena količina električne snage neizborno se gubi okružujućem okruženju. To se događa uglavnom zato što prijenosne linije nisu potpuno izolirane, što omogućuje rasipanje topline i električne curenje. Prema Ohmovom zakonu, otpor (R) vodiča direktno je proporcionalan njegovoj duljini (L). Stoga, kako se povećava duljina prijenosne linije, povećava se i njen otpor. Također, zrak, koji okružuje prijenosne linije, loš je vodilac i ne može učinkovito disipirati toplinu generiranu strujom koja teče kroz linije.

Da bi se ti problemi ublažili, električne linije dizajniraju se s većim promjerom. Taj dizajnerski izbor temelji se na činjenici da je otpor (R) vodiča obrnuto proporcionalan njegovoj presjekovoj površini. Povećanjem promjera vodiča, njegova presjekovna površina raste, što dovodi do smanjenja otpora. To smanjenje otpora, na svoj red, smanjuje gubitke snage zbog generiranja topline u prijenosnim linijama.

Električni žice i kabeli

Električni kabeli i žice su vodiči kroz koje teče elektricitet, i najčešće su proizvedeni od bakra zbog njegove odlične električne provodnosti. Međutim, ovi vodiči nisu sastavljeni od čistog bakra. Da bi se poboljšale njihove mehaničke osobine, poput čvrstoće i izdržljivosti, bakar se legira s drugim elementima. Dodatak tih elemenata ne kompromitira električnu provodnost bakra. Umjesto toga, oni poboljšavaju mehaničke karakteristike vodiča, osiguravajući da može izdržati trud instalacije i operacije dok održava svoju sposobnost učinkovite prenose elektriciteta.

Jouleov zakon električnog zagrijavanja

U stvarnosti, nijedan kov ne je potpuno čist; čistoća bilo kojeg kova uvijek je manja od 100%. Stoga svi kovi posjeduju unutrašnji otpor. Kada električna struja teče kroz vodilac, energija se disipa u obliku topline. Količinu generirane topline može se izračunati koristeći Jouleov zakon električnog zagrijavanja, koji pruža temeljno razumijevanje odnosa između električne struje, otpora i generiranja topline u električnim krugovima.

Ostali oblici Jouleovog zakona

Jouleov zakon i utjecaj okolišnih faktora na električne linije

Kao što pokazuje Jouleov zakon električnog zagrijavanja, toplina (P) generirana tokom elektrona kroz vodilac direktno je proporcionalna otporu (R), vremenu (t) i kvadratu struje I^2. Kada električna struja prolazi kroz vodilac, mora prevladati otpor unutar materijala. Taj otpor djeluje kao prepreka pokretu elektrona, uzrokujući da struja disipa energiju u obliku topline u okružujuće okruženje.

Utjecaj vremenskih prilika i temperature na električne linije

Otpor vodiča značajno je utjecan temperaturom. Kako temperatura vodiča poraste, poveća se i njegov otpor. Ova pojава происходити због тога што повишена температура пружа електронима унутар проводника додатну кинетичку енергију, резултирајући више нередним и случајним покретом. Ови енергетски електрони често се сударају са атомима материјала проводника, стварајући топлоту у том процесу.

Превишена топлота генерисана од стране проводника може бити сериозна претња, потенцијално доводећи до топљења и системских прекида. У врело време, проводници се шире из-за термичког ширења, чинећи да надземне жице постану лакшег натежености. Супротно томе, у хладно време, проводници се скраћују, што такође може утицати на њихову механичку цјелинност и електричну перформансу.

Напрезање у електричним линијама

Напрезање је сила која настаје у жици или каблу када је подвргнута двема супротним силама. У случају надземних напонских линија зависних између јединица за опоруку или торанова, напрезање је увек присутно. Ако би жице биле превише затежене, напрезање би значајно порасло. То повишено напрезање чини жице више отвореним за оштету, јер чак и мали скраћаји или ширења због промена температуре или механичких напона би могли довести до преламања.

Неопходност провисања у дистрибутивним и преносним линијама

Провисање у преносним линијама је видљиво спуштање или пад жица између опорних структура попут јединица за опоруку или торанова. Ова кривина је природни исход комбинованог ефекта тежине жице и напрезања које делује на њу.

Значај лакших надземних напонских линија и провисања у електричном преносу

Током дугачког преноса и дистрибуције електричне енергије, расипање топлоте је неизбежна последица. Високонапонски пренос користи се као стратегијска мера за минимизацију топлоте генерисане унутар проводника. То је зато што, према принципима електротехнике, смањивање струје (повољно повећавањем напона) значајно смањује снагу расипану као топлота (у складу са Јоуловим законом P = I^2R. Такође, временске услове и флуктивације интерне температуре жица неопходно је да надземне напонске линије буду инсталrirane s određenim stupnjem luftanosti.

Ako bi naponske linije bile tesno napete, hladni period bi mogao dovesti do kontrakcije u prijenosnim linijama. Ova kontrakcija bi dovela do značajnog porasta naprezanja unutar linija. Povišeno naprezanje bi moglo dovesti do ozbiljne oštećenja žica i kabela, potencijalno rezultirajući prekidima struje, sigurnosnim opasnostima i skupim popravcima. Da bi se takvi štetni ishodi spriječili, naponske linije su namjerno instalirane s lufte. Taj dizajn dopušta linijama da se kontrahiraju ili šire s promjenama temperature bez iscrpljivanja prekomjernog naprezanja, time čuvajući integritet električne infrastrukture.

Vis, dolni zakrivljenje vodilaca naponskih linija između nosivih struktura, nije samo estetski element, već i nužan i ključan sastavni dio sistema za prenos struje. Služi kao zaštita od pregrejanja, pružajući dovoljno prostora za širenje žica u uvjetima visoke temperature, smanjujući vjerojatnost prekomjernog otpora i slijedeca generacija topline. Također, vis učinkovito smanjuje naprezanje unutar linija, sprečavajući ih da padnu pod mehaničkim stresom uzrokovanim faktorima poput promjena temperature, opterećenja vjetra i akumulacije leda.

U suštini, vis igra ključnu ulogu u osiguravanju sigurnosti, pouzdanosti i produženog životnog vijeka sistema za prenos struje. Održavanjem optimalnog stupnja visa, inženjeri mogu garantirati glatko i učinkovito funkcioniranje mreže, minimizirajući rizik od nesreća, prekida struje i skupih oštećenja infrastrukture. Ova pažljiva ravnoteža između naprezanja, temperature i mehaničkog stresa je ključna za nastavak uspjeha modernih mreža za distribuciju struje.