Waarom zijn luchtlijnen los op elektriciteitspalen en torens?

Waarom zijn Overhead Elektriciteitsleidingen Los aan Verklikkers en Transmissietorens?

In deze tijd van snelle technologische vooruitgang is het vervoer van mensen, goederen en diensten aanzienlijk gemakkelijker geworden. Geografische afstanden vormen geen grote hindernis meer. Net zoals deze tastbare entiteiten efficiënt over lange afstanden kunnen worden vervoerd, moet elektriciteit ook ver en breed worden getransporteerd. Echter, in tegenstelling tot fysieke goederen, heeft elektriciteit een medium nodig voor zijn reis.

U hebt waarschijnlijk vaak opgemerkt dat de elektriciteitsleidingen die aan verklikkers en transmissietorens hangen los lijken, in plaats van strak vastgezet te zijn. Dit zichtbeeld roept vaak de vraag op: waarom zijn deze leidingen niet strakker bevestigd?

In deze verkenning zullen we de redenen achter de losheid van elektriciteitsleidingen op palen en de noodzaak van doorhang in zowel distributie- als transmissieleidingen onthullen. Voordat we dieper ingaan op de gedetailleerde uitleg, laten we eerst enkele essentiële punten doornemen die onze begrip van dit elektrotechnische fenomeen zullen verbeteren.

Energieoverdracht: Principe, Verliezen en Componenten

Basisprincipes van Energieoverdracht

Kracht stelt het tempo voor waarin werk wordt uitgevoerd. In het kader van elektriciteit wordt werk verricht wanneer elektrische energie een afstand aflegt. Daarom kan kracht gedefinieerd worden als de hoeveelheid energie die per tijdseenheid wordt geleverd. Om elektriciteit over lange afstanden te transporteren, dienen elektriciteitsleidingen als het essentiële medium voor deze overdracht.

Actieve vermogen, het component van elektrisch vermogen dat nuttig werk verricht, wordt meestal gemeten in watt. Wanneer het gaat om energieoverdracht, is hoge-spannings-overdracht de voorkeurste methode voor energiebesparing. Dit komt omdat elektrische stroom die door een geleider loopt warmte genereert, wat zeer schadelijk kan zijn. De warmte zorgt ervoor dat de elektriciteitsleidingen met de tijd verslijten, wat leidt tot vroegtijdige slijtage en potentieel falen. Om energieverliezen te minimaliseren en het overgedragen vermogen te behouden, is het efficiënter om de hoeveelheid elektrische stroom die door de leidingen stroomt te verminderen terwijl de spanning wordt verhoogd. Deze benadering, bekend als hoge-spannings-energieoverdracht, vermindert effectief de kracht die als warmte in de overdrachtsleidingen wordt afgegeven.

Geleiding en Vermogensverliezen

Tijdens het proces van energieoverdracht gaat een deel van het elektrische vermogen onvermijdelijk verloren aan de omgeving. Dit komt vooral doordat de overdrachtsleidingen niet volledig geïsoleerd zijn, waardoor warmteafgifte en elektrische lekkage mogelijk zijn. Volgens Ohm's wet is de weerstand (R) van een geleider recht evenredig met de lengte (L). Als gevolg hiervan neemt de weerstand toe naarmate de lengte van de overdrachtsleiding toeneemt. Bovendien is lucht, die de overdrachtsleidingen omringt, een slechte geleider en kan deze de door de elektrische stroom gegenereerde warmte niet efficiënt afvoeren.

Om deze problemen te verhelpen, worden elektrische leidingen ontworpen met grotere diameters. Deze ontwerpkeuze is gebaseerd op het feit dat de weerstand (R) van een geleider omgekeerd evenredig is met het doorsnedeoppervlak. Door de diameter van de geleider te vergroten, neemt het doorsnedeoppervlak toe, wat leidt tot een vermindering van de weerstand. Deze afname van de weerstand vermindert op haar beurt de vermogensverliezen door warmtegeneratie in de overdrachtsleidingen.

Elektrische Draden en Kabels

Elektrische kabels en draden zijn de geleiders waardoor elektriciteit reist, en ze zijn voornamelijk gemaakt van koper vanwege de uitstekende elektrische geleidbaarheid. Echter, deze geleiders bestaan niet uit puur koper. Om hun mechanische eigenschappen, zoals sterkte en duurzaamheid, te verbeteren, wordt koper geallieerd met andere elementen. Het toevoegen van deze elementen compromitteert de elektrische geleidbaarheid van het koper niet. Integendeel, ze verbeteren de mechanische kenmerken van de geleider, waardoor deze de rigors van installatie en bedrijf kan doorstaan terwijl hij zijn vermogen om elektriciteit efficiënt te overbrengen behoudt.

Joules Wet van Elektrische Verwarming

In werkelijkheid is geen metaal echt zuiver; de zuiverheid van elk metaal is altijd minder dan 100%. Daarom hebben alle metalen interne weerstand. Wanneer er een elektrische stroom door een geleider loopt, wordt energie afgegeven in de vorm van warmte. De hoeveelheid geproduceerde warmte kan berekend worden met behulp van Joules wet van elektrische verwarming, die een fundamenteel begrip geeft van het verband tussen elektrische stroom, weerstand en warmteopwekking in elektrische circuits.

Andere vormen van Joules Wet

Joules Wet en de Invloed van Omgevingsfactoren op Elektrische Leidingen

Zoals aangegeven door Joules wet van elektrische verwarming, is de hitte (P) die wordt geproduceerd door de stroom van elektronen door een geleider recht evenredig met de weerstand (R), de tijd (t) en het kwadraat van de stroom I^2. Wanneer een elektrische stroom door een geleider loopt, moet deze de weerstand binnen het materiaal overwinnen. Deze weerstand werkt als een obstakel voor de beweging van elektronen, waardoor de stroom energie in de vorm van warmte afgeeft aan de omgeving.

De Invloed van Weer en Temperatuur op Elektrische Leidingen

De weerstand van een geleider wordt aanzienlijk beïnvloed door temperatuur. Naarmate de temperatuur van de geleider stijgt, neemt ook de weerstand toe. Dit verschijnsel treedt op omdat stijgende temperaturen de elektronen binnen de geleider extra kinetische energie geven, wat resulteert in meer chaotische en willekeurige bewegingen. Deze energierijke elektronen botsen frequent met de atomen van het geleidermateriaal, wat warmte produceert in het proces.

Excessieve warmte die door een geleider wordt geproduceerd, kan een ernstig gevaar vormen, waardoor deze kan smelten en leiden tot systeemuitval. Bij warm weer zetten geleiders uit door thermische uitzetting, waardoor overhead-wiring losser wordt. Daarentegen trekken de geleiders bij koud weer samen, wat ook hun mechanische integriteit en elektrische prestaties kan beïnvloeden.

Spanning in Elektrische Leidingen

Spanning is een kracht die ontstaat in een draad of kabel wanneer deze blootgesteld wordt aan twee tegengestelde krachten. In het geval van overhead-elektriciteitsleidingen die tussen verklikkers of transmissietorens hangen, is spanning altijd aanwezig. Als de draden te strak werden aangespannen, zou de spanning aanzienlijk toenemen. Deze verhoogde spanning maakt de draden kwetsbaarder voor schade, omdat zelfs kleine contracties of expansies door temperatuurveranderingen of mechanische stress hen kunnen doen breken.

De Noodzaak van Doorhang in Distributie- en Transmissieleidingen

Doorhang in overdrachtsleidingen is de zichtbare neerwaartse boog of dip van de kabels tussen ondersteunende structuren zoals palen of torens. Deze kromming is een natuurlijk gevolg van de gecombineerde effecten van het gewicht van de draad en de spanning die erop werkt.

De Betekenis van Losse Overhead Elektriciteitsleidingen en Doorhang in Elektrische Overdracht

Tijdens de langeafstands-overdracht en -distributie van elektriciteit is warmteafgifte een onvermijdelijk gevolg. Hoge-spannings-overdracht wordt gebruikt als strategisch maatregel om de warmte die in geleiders wordt geproduceerd te minimaliseren. Dit komt omdat, volgens de principes van elektrotechniek, het verminderen van de stroom (door de spanning te verhogen) de kracht die als warmte wordt afgegeven aanzienlijk vermindert (volgens de wet van Joule P = I^2R). Bovendien maken weersomstandigheden en interne temperatuursfluctuaties in de draden noodzakelijk dat overhead-elektriciteitsleidingen met een bepaald mate van losheid worden geïnstalleerd.

Als elektriciteitsleidingen strak gespannen zouden zijn, zou een koudegolf samentrekking in de overdrachtsleidingen kunnen veroorzaken. Deze samentrekking zou leiden tot een aanzienlijke toename van de spanning in de leidingen. De verhoogde spanning zou ernstige schade aan de draden en kabels kunnen veroorzaken, mogelijk resulterend in stroomonderbrekingen, veiligheidsrisico's en dure reparaties. Om dergelijke nadelige gevolgen te voorkomen, worden elektriciteitsleidingen met opzet met speelruimte geïnstalleerd. Dit ontwerp stelt de leidingen in staat om te samentrekken of uit te zetten met temperatuurveranderingen zonder extreme spanning te ervaren, waardoor de integriteit van de elektrische infrastructuur wordt beschermd.

Doorhang, de neerwaartse kromming van overdrachtsleidingen tussen ondersteunende structuren, is niet alleen een esthetisch kenmerk, maar een verplicht en cruciaal onderdeel van elektrische overdrachtssystemen. Het fungeert als een bescherming tegen oververhitting door voldoende ruimte te bieden voor de draden om uit te zetten bij hoge temperaturen, waardoor de kans op extreme weerstand en daaropvolgende warmteopwekking wordt verminderd. Bovendien vermindert doorhang effectief de spanning in de leidingen, waardoor ze niet bezwijken onder mechanische stress veroorzaakt door factoren zoals temperatuurvariaties, windbelasting en ijsafzetting.

In wezen speelt doorhang een cruciale rol bij het waarborgen van de veiligheid, betrouwbaarheid en verlengde levensduur van elektrische overdrachtssystemen. Door een optimale mate van doorhang te handhaven, kunnen ingenieurs de soepele en efficiënte werking van het netwerk garanderen, waarbij het risico op ongelukken, stroomonderbrekingen en dure infrastructuurschade wordt geminimaliseerd. Dit delicate evenwicht tussen spanning, temperatuur en mechanische stress is essentieel voor het blijvende succes van moderne elektrische distributienetwerken.