Kraftöverföringsledning (TL) - en av komponenterna i det elektriska nätverket , ett system av kraftutrustning utformad för att överföra elektricitet genom elektrisk ström . Även en elektrisk ledning som en del av ett sådant system, som sträcker sig bortom kraftverket eller transformatorstationen [1] .
Skilj mellan luft- och kabelkraftledningar . På senare tid har gasisolerade ledningar – GIL – blivit populära.
Information överförs också via kraftledningar med hjälp av högfrekventa signaler (enligt experter används cirka 60 tusen HF-kanaler i CIS över kraftledningar) och FOCL . De används för övervakningskontroll, överföring av telemetridata, reläskyddssignaler och nödautomatisering .
Byggandet av en kraftöverföringsledning är en komplex uppgift som inkluderar design, topografiskt och geodetiskt arbete, installation, underhåll och reparation.
Mottagandet av energi och dess omedelbara användning har använts av mänskligheten sedan urminnes tider (till exempel vindmotorer kombinerade med kvarnstenar; vattenhjul i kombination med en mekanisk hammare; spett roterade av slavar eller djur, kombinerade med bälg). Detta tillvägagångssätt är inte alltid bekvämt, eftersom det finns få områden med stabila vindar, antalet dammar i floden är begränsat, de kan placeras i obekväm svår terräng långt från bosättningar och industricentra, etc. Den uppenbara lösningen var att skaffa energi på ett ställe med möjlighet att överföra det till konsumenten på ett annat. Under medeltiden och under den industriella revolutionen föreslogs projekt för att överföra mekanisk kraft över långa avstånd med hjälp av långa axlar och pneumatiska rör, som inte genomfördes på grund av tekniska svårigheter. Upptäckter inom elområdet gjorde det möjligt att generera elektrisk energi på olika sätt och överföra den till konsumenten med hjälp av relativt enkla, kompakta, billiga och lätta att lägga och installera elkablar.
Luftledning (VL) - en anordning utformad för överföring eller distribution av elektrisk energi genom ledningar placerade i det fria och fästa med hjälp av traverser (konsoler), isolatorer och beslag till stöd eller andra strukturer ( broar , övergångar ). Vli - en luftledning gjord med isolerade ledningar ( SIP ).
Luftledningens utformning, dess utformning och konstruktion regleras av Electrical Installation Rules (PUE) och Building Codes and Rules (SNiP).
I grund och botten används luftledningar för att överföra växelström, och endast i vissa fall (till exempel för att ansluta kraftsystem, driva ett kontaktnät och andra) används likströmsledningar .
DC-ledningar har lägre kapacitiva och induktiva förluster. I Sovjetunionen byggdes flera likströmsledningar, inklusive:
Sådana ledningar har inte fått stor spridning, främst på grund av behovet av att bygga komplexa terminalstationer med ett stort antal hjälputrustning.
Efter överenskommelseDessa grupper skiljer sig väsentligt åt, främst vad gäller krav vad gäller konstruktionsförhållanden och strukturer.
I LPG-nätverk för allmänt ändamål AC 50 Hz, enligt GOST 721-77, måste följande nominella fas-till-fas spänningar användas : 380 V; (6) [2] , 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 och 1150 kV. Det finns också nät byggda enligt föråldrade standarder med nominella fas-till-fas spänningar: 220 volt, 3,15 [3] och 150 kilovolt. Märkspänningen för DC-ledningar är inte reglerad, de vanligaste spänningarna är: 150, 400 ( Vyborgskaya Substation - Finland ) och 800 kV. Andra spänningsklasser kan användas i specialnät, främst för järnvägstraktionsnät (27,5 kV, 50 Hz AC och 3,3 kV DC), underjordiska (825 V DC), spårvagnar och trådbussar (600 i likström).
Den högsta spänningsöverföringslinjen i världen var Ekibastuz-Kokshetau- linjen , med en märkspänning på 1150 kV. Men för närvarande drivs linjen under halva spänningen - 500 kV. På 1970-talet, i Sovjetunionen , i färd med att förbereda byggandet av en likströmsöverföring Ekibastuz - Center , utarbetades detaljerna i ett projekt för en framtida kraftöverföring av nästa spänningsklass på 2000 kV - 2200 kV för transport av energi från KATEK kraftverk till den europeiska delen av landet, men de händelser som följde i landet "begravde" båda dessa projekt.
Enligt driftsättet för neutraler i elektriska installationerInstallation av kraftledningar utförs med metoden "under spänning" . Detta gäller särskilt i fallet med komplex terräng. När du väljer utrustning för installation av kraftöverföringsledningar är det nödvändigt att ta hänsyn till antalet ledningar i fasen, deras diameter och det maximala avståndet mellan kraftöverföringsledningsstöden.
Kabelöverföringsledning (CL) - en ledning för överföring av elektricitet eller dess individuella impulser, bestående av en eller flera parallella kablar med anslutnings-, lås- och ändhylsor (terminaler) och fästelement, samt för oljefyllda ledningar, dessutom - med matare och ett system oljetryckslarm.
Kabelledningar klassificeras på samma sätt som luftledningar. Dessutom delar kabellinjer:
Gasisolering och vissa typer av flytande och fast isolering visas inte här på grund av deras relativt sällsynta användning i skrivande stund.[ när? ] .
Kabelstrukturer inkluderar:
Temperaturen inuti kabelkanalerna (tunnlarna) på sommaren bör inte vara mer än 10 °C högre än utomhustemperaturen.
Vid bränder i kabelrum, under den inledande perioden, utvecklas förbränningen långsamt och först efter en tid ökar spridningshastigheten avsevärt. Praxis visar att under riktiga bränder i kabeltunnlar observeras temperaturer upp till 600 ° C och över. Detta förklaras av det faktum att i verkliga förhållanden brinner kablar som är under strömbelastning under lång tid och vars isolering värms upp från insidan till en temperatur på 80 ° C och över. Samtidig antändning av kablar på flera ställen och över avsevärd längd kan förekomma. Detta beror på att kabeln är belastad och dess isolering värms upp till en temperatur nära självantändningstemperaturen [4] .
Kabeln består av många konstruktionselement, för tillverkningen av vilka till exempel material med låg antändningstemperatur, glödbenägna material används. Utformningen av kabeln och kabelstrukturerna inkluderar som regel metallelement. I händelse av brand eller strömöverbelastning värms dessa element upp till en temperatur i storleksordningen 500–600 ˚C, vilket överstiger antändningstemperaturen (250–350 ˚C) för många polymermaterial som ingår i kabelstrukturen, och därför kan de återantända från uppvärmda metallelement efter att ha stoppat tillförseln av brandsläckningsmedel. I detta avseende är det nödvändigt att välja de normativa indikatorerna för leverans av brandsläckningsmedel för att säkerställa eliminering av eldig förbränning och även för att utesluta möjligheten till återantändning [5] .
Under lång tid användes skumsläckningsanläggningar i kabelrum . Drifterfarenhet avslöjade dock ett antal brister:
Studier har visat att sprutat vatten har en större brandsläckningsförmåga jämfört med luftmekaniskt skum, eftersom det väter och kyler brinnande kablar och byggnadskonstruktioner väl [6] .
Den linjära flamutbredningshastigheten för kabelkonstruktioner (kabelbränning) är 1,1 m/min [7] .
I ledningar baserade på högtemperatursupraledare (HTSC) gör användningen av supraledning det möjligt att överföra elektrisk ström utan förluster, samt att uppnå en hög strömtäthet. En stor nackdel med HTSC-ledningar är behovet av konstant kylning, vilket begränsar deras praktiska tillämpning. Trots svårigheterna vid tillverkning och drift av HTSC-trådar görs ständiga försök att tillämpa dem i praktiken. Till exempel, i ett demonstrationsnätsystem som togs i drift i juli 2006 i USA , överförs 574 MVA kraft vid 138 kV över en längd av 600 meter.
Den första kommersiella supraledande transmissionslinjen togs i drift av American Superconductor på Long Island , New York i slutet av juni 2008 [8] . Kraftsystem i Sydkorea kommer att skapa supraledande kraftledningar med en total längd på 20 km 2015 [9] [10] .
Förlusten av elektricitet i ledningarna beror på strömstyrkan , därför, när den överförs över långa avstånd , höjs spänningen många gånger (minskar strömstyrkan med samma mängd) med hjälp av en transformator , som , vid överföring av samma effekt, kan avsevärt minska förlusterna. Men när spänningen ökar börjar olika urladdningsfenomen uppstå .
I luftledningar med extra hög spänning finns aktiva effektförluster till koronan . En koronaurladdning uppstår när den elektriska fältstyrkan vid trådytan överstiger tröskelvärdet , vilket kan beräknas med den empiriska toppformeln: kV/cm, där är trådradien i meter, är förhållandet mellan luftdensitet och normal [11] ] .
Den elektriska fältstyrkan är direkt proportionell mot spänningen på tråden och omvänt proportionell mot dess radie, så koronaförluster kan bekämpas genom att öka trådarnas radie, och även (i mindre utsträckning) genom att använda fasdelning, det vill säga, med hjälp av flera trådar i varje fas som hålls av speciella distanser på ett avstånd av 40-50 cm.Koronaförlusten är ungefär proportionell mot produkten .
Coronaförlusterna ökar kraftigt med ökande spänning, de genomsnittliga årliga förlusterna på en 500 kV kraftledning är cirka 12 kW / km, vid en spänning på 750 kV - 37 kW / km, vid 1150 kV - 80 kW / km. Förlusterna ökar också kraftigt vid nederbörd, särskilt frost , och kan nå 1200 kW/km [12] .
Tidigare var överföringsledningsförlusterna mycket höga. Så i slutet av 1800-talet uppgick förlusterna på den 56 kilometer långa likströmslinjen Creil - Paris till 45 % [13] . I moderna kraftledningar (från och med 2020) är förlusterna endast 2–3 % [14] . Men även dessa förluster minskas genom att använda högtemperatursupraledare [14] . Från och med 2020 kännetecknas dock kraftledningar baserade på högtemperatursupraledare av höga kostnader och kort längd (den längsta sådana ledningen byggdes 2014 i Tyskland och har en längd på endast 1 km) [14] .
Ett viktigt värde som påverkar växelströmsledningarnas verkningsgrad är det värde som kännetecknar förhållandet mellan aktiv och reaktiv effekt i ledningen- cos φ . Aktiv effekt - en del av den totala effekten som passerade genom ledningarna och överfördes till lasten; Reaktiv effekt är den effekt som genereras av ledningen, dess laddningseffekt (kapacitans mellan ledningen och jord), såväl som själva generatorn, och som förbrukas av en reaktiv belastning (induktiv belastning). Aktiva effektförluster i ledningen beror också på den överförda reaktiva effekten. Ju större flödet av reaktiv effekt, desto större förlust av aktiv.
Förluster i AC transmissionsledningar på grund av strålningMed en längd av växelströmsledningar på mer än flera tusen kilometer observeras en annan typ av förlust - radioemission . Eftersom denna längd redan är jämförbar med längden på en elektromagnetisk våg med en frekvens på 50 Hz ( 6000 km, längden på en kvartsvågsvibrator är 1500 km), fungerar tråden som en strålande antenn .
Kraftledningar har induktans och kapacitans. Kapacitiv effekt är proportionell mot kvadraten på spänningen och beror inte på den effekt som överförs över linjen. Linjens induktiva effekt är proportionell mot kvadraten på strömmen, och därmed linjens kraft. Vid en viss belastning blir linjens induktiva och kapacitiva krafter lika, och de tar ut varandra. Linjen blir "ideal" och förbrukar lika mycket reaktiv effekt som den producerar. Denna kraft kallas naturlig kraft. Den bestäms endast av den linjära induktansen och kapacitansen och beror inte på linjens längd. Utifrån värdet av naturkraft kan man grovt bedöma kraftledningens överföringskapacitet. Vid överföring av sådan kraft på linjen är det minimal effektförlust, funktionssättet är optimalt. Med fasdelning, på grund av en minskning av induktivt motstånd och en ökning av ledningens kapacitans, ökar den naturliga effekten. Med en ökning av avståndet mellan ledningarna minskar den naturliga kraften, och vice versa, för att öka den naturliga kraften, är det nödvändigt att minska avståndet mellan ledningarna. Kabelledningar med hög kapacitiv konduktivitet och låg induktans har störst naturlig effekt [15] .
Kraftöverföringskapacitet förstås som den maximala aktiva effekten av de tre faserna av kraftöverföring, som kan överföras i ett långsiktigt stabilt tillstånd, med hänsyn till operativa och tekniska begränsningar. Den maximala överförda aktiva kraften för kraftöverföring begränsas av villkoren för statisk stabilitet för generatorer av kraftverk, de sändande och mottagande delarna av det elektriska kraftsystemet och den tillåtna effekten för uppvärmning av trådar med tillåten ström. Av praxis att driva elkraftsystem följer att överföringskapaciteten för kraftledningar på 500 kV och däröver vanligtvis bestäms av faktorn statisk stabilitet, för kraftledningar på 220-330 kV kan begränsningar förekomma både vad gäller stabilitet och vad gäller tillåten uppvärmning, 110 kV och lägre – endast vad gäller uppvärmning.
Karakteristika för kapaciteten hos luftledningar [16] [17]
Du nom ,
kV |
Längd
linjer, km |
Begränsande
längd vid effektivitet = 0,9 |
Antal och område
trådsektioner, mm2 |
naturlig
kraft P nat MW |
Bandbredd | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Genom hållbarhet | Genom uppvärmning | |||||||
MW | i aktier
R nat |
MW | i aktier
R nat | |||||
10(6) | 5 | 35 | 2.1 | |||||
tjugo | åtta | ett?? | 7.5 | |||||
35 | tjugo | ett?? | femton | |||||
110 | 80 | ett?? | trettio | femtio | 1,67 | |||
220 | 150-250 | 400 | 1x300 | 120-135 | 350 | 2.9 | 280 | 2.3 |
330 | 200-300 | 700 | 2x300 | 350-360 | 800 | 2.3 | 760 | 2.2 |
500 | 300-400 | 1200 | 3x300 | 900 | 1350 | 1.5 | 1740 | 1.9 |
750 | 400-500 | 2200 | 5x300 | 2100 | 2500 | 1.2 | 4600 | 2.1 |
1150 | 400-500 | 3000 | 8x300 | 5300 | 4500 | 0,85 | 11 000 | 2.1 |
I bibliografiska kataloger |
---|
Energi | |||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
struktur efter produkter och branscher | |||||||||||||||||||||||||||
Kraftindustri : el |
| ||||||||||||||||||||||||||
Värmetillförsel : värmeenergi |
| ||||||||||||||||||||||||||
Bränsleindustri : bränsle _ |
| ||||||||||||||||||||||||||
Lovande energi : |
| ||||||||||||||||||||||||||
Portal: Energi |