Зошто се високонапонските надворешни линии слабо натежани на електричните стубли и кули?

Зошто се високонапонските линии слабо фиксирани на електропилоните и трансмисионите кули?

В днешната ера на брз технологичен напредок, превозот на луѓе, стоки и услуги стана значително подобар. Географската растојна повеќе не е формидабилна пречка. Така како овие материјални ентитети можат ефикасно да се пренесуваат на долг растојание, електричеството исто така мора да се пренесе широко. Меѓутоа, за разлика од физичките стоки, електричеството бара медиум за својата патека.

Можеби често сте забележали дека електропреносните линии кои се висат од електропилони и трансмисиони кули изгледаат слабо фиксирани, наместо да се црткаат. Оваа слика често го индуцира прашањето: Зошто овие линии не се посилно зацрткани?

В ова истражување ќе откриеме причините зад слабата фиксација на електролиниите на пилоните и потребата од провиснување во и распределбените и преносните линии. Пред да се углубиме во деталните објаснувања, прво нека повториме некои основни точки кои ќе подобрат нашето разбирање на овој електротехнички феномен.

Пренос на енергија: принципи, губитоци и компоненти

Основи на преносот на енергија

Енергијата претставува количина на работа која се извршува. Во контекстот на електричеството, работата е изведена кога електричната енергија преминува на одредено растојание. Следователно, енергијата може да се дефинира како количина на енергија доставена по единица време. За да се пренесе електричеството на долг растојание, електролиниите служат како есенцијален медиум за овој пренос.

Активната енергија, компонентот на електричната енергија која извршува корисна работа, обично се мери во вати. Кога до преносот на енергија, преносот на висок напон е претпочитан метод за зачувување на енергија. Ова е затоа што електричната струја која текува низ проводник генерира топлина, што може да биде многу шкодлив. Топлината го деградира електричните линии со текот на времето, што доведува до претхранта и потенцијална нефункционалност. За да се минимизираат губитоците на енергија и за да се зачувува пренесената енергија, ефикасно е да се намали количината на електричната струја која текува низ линиите, а да се зголеми напонот. Овој пристап, познат како пренос на висок напон, ефективно го намалува количината на енергија која се губи како топлина во преносните линии.

Проводливост и губитоци на енергија

Токму во процесот на пренос на енергија, неколку електрични енергији неизбежно се губат во околината. Ова се случува главно затоа што преносните линии не се целосно изолирани, што дозволува топлинска дисипација и електрична протеч. Според законот на Ом, отпорот (R) на проводник е директно пропорционален на неговата должина (L). Како резултат, кога се зголемува должината на преносната линија, се зголемува и неговиот отпор. Поради тоа, воздухот, кој ги опкружува преносните линии, е слаб проводник и не може ефикасно да ги дисипира топлината генерирана од електричната струја која текува низ линиите.

За да се намалат овие проблеми, електричните линии се проектираат со поголем дијаметар. Оваа дизајнска избора е базирана на факот дека отпорот (R) на проводник е инверзно пропорционален на неговата пресечна плоштина. Со зголемување на дијаметарот на проводникот, неговата пресечна плоштина се зголемува, што води до намалување на отпорот. Ова намалување на отпорот, на свой ред, минимизира губитоците на енергија поради генерација на топлина во преносните линии.

Електрични жице и кабели

Електричните кабели и жици се проводници преку кои текува електричеството, и најчесто се направени од мед поради неговата одлична електрична проводливост. Меѓутоа, овие проводници не се состојат од чиста мед. За да се подобрат нивните механички својства, како силата и издржливоста, медта се спојува со други елементи. Додавањето на овие елементи не компромитира електричната проводливост на медта. Наместо тоа, тие подобруваат механичките карактеристики на проводникот, осигурувајќи дека може да издразни притискот на инсталацијата и операцијата, додека ја одржува способноста да ефикасно пренесе електричеството.

Јоулов закон за електрично нагревање

Во реалноста, никој метал не е вистински чист; чистотата на секој метал е секогаш помала од 100%. Како резултат, сите метали имаат внатрешен отпор. Кога електричната струја текува низ проводник, енергијата се дисипира во форма на топлина. Количината на генерираната топлина може да се пресмета користејќи Јоулов закон за електрично нагревање, кој дава основно разбирање за врската помеѓу електричната струја, отпорот и генерацијата на топлина во електричните кола.

Други форми на Јоулов закон

Јоулов закон и влијанието на екологиските фактори врз електричните линии

Како што го покажува Јоулов закон за електрично нагревање, топлината (P) генерирана од текот на електроните низ проводник е директно пропорционална на отпорот (R), временото (t) и квадратот на струјата I^2. Кога електричната струја текува низ проводник, мора да преодолее отпорот во материјалот. Овој отпор делува како препрека за движењето на електроните, што го прави текот да дисипира енергија во форма на топлина во околината.

Утврдата на временските услови и температурата врз електричните линии

Отпорот на проводник е значајно влијан од температурата. Кога температурата на проводникот се зголемува, се зголемува и неговиот отпор. Овој феномен се случува затоа што повишени температури ги прават електроните во проводникот да добијат дополнителна кинетичка енергија, што резултира во повеќе нередувана и случајна движења. Овие енергетски електрони често се судираат со атомите на материјалот на проводникот, што генерира топлина во процесот.

Претерано генерирана топлина од проводник може да предизвика сериозна опасност, потенцијално го прави да се топи и доведува до системски неисправности. Во топли временски услови, проводниците се експандираат поради термичка експанзија, што прави надворешните жици да станат помалку напрегнати. Конкретно, во холодни временски услови, проводниците се контрахираат, што исто така може да влијае на нивната механичка целост и електрична перформанса.

Напрегнување во електричните линии

Напрегнувањето е сила која се појавува во жица или кабел кога е подложена на две противоположни сили. Во случајот на надворешни електролинии кои се висат меѓу електропилони или трансмисиони кули, напрегнувањето винаги е присутно. Ако жиците беа премногу затеснети, напрегнувањето би се зголемило значително. Овој зголемен напрег би ги направил жиците подложни на повреда, бидејќи и малите констракции или експанзии поради промени во температурата или механичко притисок би могле да ги пресечат.

Необходимоста од провиснување во распределбените и преносните линии

Провиснувањето во преносните линии е видливата надолу крива или долина на кабелите меѓу поддржувачките структури како што се пилони или кули. Оваа крива е природен исход на комбинираните ефекти на тежината на жицата и напрегнувањето која действа на неа.

Значењето на слабо фиксирани надворешни електролинии и провиснувањето во електропреносот

Во текот на долгорастојнскиот пренос и распределба на електричеството, дисипацијата на топлина е неизбежен последица. Преносот на висок напон се користи како стратегија за минимизирање на генерираната топлина во проводниците. Ова е затоа што, според принципите на електротехниката, намалувањето на струјата (со зголемување на напонот) значително намалува количината на енергија губена како топлина (според Јоулов закон P = I^2R). Додека временските услови и внатрешните флуктуации на температурата на жиците го прават потребно да се инсталираат надворешните електролинии со одредена степен на слабост.

Ако електролиниите беа тесно натеснати, хладен период би можел да предизвика констрација во преносните линии. Оваа констрација би довела до значајно зголемување на напрегнувањето во линиите. Зголеменото напрегнување би могло да предизвика сериозна повреда на жиците и кабелите, потенцијално доведувајќи до прекинување на енергијата, безбедносни ризици и скапи поправки. За да се избегнат такви негативни последици, електролиниите се намерно инсталираат со слабост. Овој дизајн им овозможува да се контрахираат или експандираат со промени на температурата без да испишуваат претерано напрегнување, што го заштитува целоста на електричната инфраструктура.

Провиснувањето, надолу кривата на проводниците во преносните линии меѓу поддржувачките структури, не е само естетичка карактеристика, туку и обврзателен и критичен компонент на електропреносните системи. Тоа служи како заштита против претерано нагревање, пружајќи доволно простор за жиците да се експандираат при високи температури, намалувајќи веројатноста за претерано отпор и следнина генерација на топлина. Поради тоа, провиснувањето ефективно намалува напрегнувањето во линиите, предизвикано од фактори како промени на температурата, ветерски притисок и аккумулација на лед.

В суштина, провиснувањето игра ключена улога во осигурувањето на безбедност, надежност и продолжен живот на електропреносните системи. Со одржување на оптимален ниво на провиснување, инженери можат да гарантираат гладок и ефикасен функционирање на мрежата, минимизирајќи ризикот од несреќи, прекинување на енергијата и скапи повреди на инфраструктурата. Овој внимателен баланс помеѓу напрегнувањето, температурата и механичките притисоци е есенцијален за продолжен успех на современите електрораспределбени мрежи.