Voimansiirtolinja (TL) - yksi sähköverkon osista, voimalaitejärjestelmä, joka on suunniteltu siirtämään sähköä sähkövirran kautta . Myös sähköjohto osana tällaista järjestelmää, joka ulottuu voimalaitoksen tai sähköaseman ulkopuolelle [1] .
Erota ilmajohdot ja kaapelivoimajohdot . Viime aikoina kaasueristetyt linjat - GIL - ovat tulleet suosituiksi.
Tietoa siirretään myös voimalinjojen kautta käyttämällä suurtaajuisia signaaleja (asiantuntijoiden mukaan IVY:ssä käytetään noin 60 tuhatta HF-kanavaa voimalinjojen yli) ja FOCL . Niitä käytetään valvontaohjaukseen, telemetriatietojen siirtoon, releen suojaussignaaleihin ja hätäautomaatioon .
Voimajohdon rakentaminen on monimutkainen tehtävä, joka sisältää suunnittelun, topografiset ja geodeettiset työt, asennuksen, huollon ja korjauksen.
Energian vastaanottaminen ja välitön käyttö on ollut ihmiskunnan käytössä muinaisista ajoista lähtien (esim. tuulimoottorit yhdistettynä myllynkiviin; vesipyörät yhdistettynä mekaaniseen vasaraan; orjien tai eläinten pyörittämät vartaat yhdistettynä palkeisiin). Tämä lähestymistapa ei ole aina kätevä, koska on vähän vakaita tuulia, joen patojen määrä on rajallinen, ne voivat sijaita epämukavassa vaikeassa maastossa kaukana asutuskeskuksista ja teollisuuskeskuksista jne. Ilmeinen ratkaisu oli energian saaminen yhdessä paikassa ja mahdollisuus siirtää se kuluttajalle toisessa paikassa. Keskiajalla ja teollisen vallankumouksen aikana ehdotettiin hankkeita mekaanisen voiman siirtämiseksi pitkiä matkoja käyttämällä pitkiä akseleita ja pneumaattisia putkia, joita ei toteutettu teknisten ongelmien vuoksi. Sähköalan löydöt mahdollistivat sähköenergian tuottamisen eri tavoin ja sen siirtämisen kuluttajalle suhteellisen yksinkertaisilla, kompakteilla, halvoilla ja helposti vedettävillä ja asentavilla sähkökaapeleilla.
Ilmajohto (VL) - laite, joka on suunniteltu siirtämään tai jakelemaan sähköenergiaa ulkoilmassa sijaitsevien johtojen kautta ja kiinnitetty poikkien (kannattimien), eristeiden ja liittimien avulla tukiin tai muihin rakenteisiin ( sillat , ylikulkusillat ). Vli - eristetyillä johtimilla valmistettu ilmajohto ( SIP ).
Ilmajohdon suunnittelua, suunnittelua ja rakentamista säätelevät sähköasennussäännöt (PUE) ja rakennusmääräykset ja -säännöt (SNiP).
Pohjimmiltaan ilmajohtoja käytetään vaihtovirran siirtämiseen, ja vain joissakin tapauksissa (esimerkiksi sähköjärjestelmien kytkemiseen, kontaktiverkon virransyöttöön ja muihin) käytetään tasavirtajohtoja .
DC-linjoilla on pienemmät kapasitiiviset ja induktiiviset häviöt. Neuvostoliitossa rakennettiin useita tasavirtalinjoja, mukaan lukien:
Tällaiset linjat eivät ole saaneet laajaa levitystä, mikä johtuu pääasiassa tarpeesta rakentaa monimutkaisia pääteasemia , joissa on suuri määrä apulaitteita.
AjanvarauksellaNämä ryhmät eroavat toisistaan merkittävästi lähinnä suunnitteluolosuhteiden ja rakenteiden vaatimusten osalta.
Nestekaasuverkoissa, joissa on yleiskäyttöinen AC 50 Hz, standardin GOST 721-77 mukaan on käytettävä seuraavia nimellisjännitteitä : 380 V; (6) [2] , 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 ja 1150 kV. Lisäksi on olemassa vanhentuneiden standardien mukaan rakennettuja verkkoja, joiden nimellisjännitteet ovat 220 volttia, 3,15 [3] ja 150 kilovolttia. Tasavirtalinjojen nimellisjännitettä ei säädetä, yleisimmin käytetyt jännitteet ovat: 150, 400 ( Viipurin sähköasema - Suomi ) ja 800 kV. Muita jänniteluokkia voidaan käyttää erikoisverkoissa, pääasiassa rautateiden vetoverkoissa (27,5 kV, 50 Hz AC ja 3,3 kV DC), maanalaisissa (825 V DC), raitiovaunuissa ja johdinautoissa (tasavirralla 600).
Maailman korkein jännitesiirtolinja oli Ekibastuz-Kokshetau linja , jonka nimellisjännite oli 1150 kV. Kuitenkin tällä hetkellä linja toimii puolella jännitteellä - 500 kV. 1970-luvulla Neuvostoliitossa valmisteltaessa tasavirtasiirron Ekibastuz-Center rakentamista kehitettiin seuraavan 2000 kV - 2200 kV jänniteluokan tulevan voimansiirron projektin yksityiskohdat. energian kuljettamiseen KATEKin voimalaitoksilta maan Euroopan puolelle, mutta maassa tapahtuneet tapahtumat "hautasivat" nämä molemmat hankkeet.
Sähköasennuksien neutraalien toimintatavan mukaanVoimalinjojen asennus suoritetaan "jännitettynä" -menetelmällä . Tämä pätee erityisesti monimutkaisen maaston tapauksessa. Kun valitset laitteita voimansiirtolinjojen asentamiseen, on otettava huomioon vaiheen johtojen lukumäärä, niiden halkaisija ja voimansiirtolinjojen tukien välinen enimmäisetäisyys.
Kaapelisiirtolinja (CL) - sähkön tai sen yksittäisten impulssien siirtoon tarkoitettu linja, joka koostuu yhdestä tai useammasta rinnakkaisesta kaapelista , joissa on liitos-, lukitus- ja päätyholkit (liittimet) ja kiinnikkeitä, sekä öljytäytteisille linjoille, lisäksi - jossa on syöttölaitteet ja järjestelmä öljynpainehälyttimet.
Kaapelilinjat luokitellaan samalla tavalla kuin ilmajohdot. Lisäksi kaapelilinjat jakavat:
Kaasumaista eristystä ja tietyntyyppisiä nestemäisiä ja kiinteitä eristeitä ei ole esitetty tässä, koska niitä on käytetty suhteellisen harvoin kirjoitettaessa.[ milloin? ] .
Kaapelirakenteita ovat mm.
Kaapelikanavien (tunneleiden) sisälämpötila ei saa kesällä olla yli 10 °C korkeampi kuin ulkoilman lämpötila.
Kaapelihuoneiden tulipaloissa alkuvaiheessa palaminen kehittyy hitaasti ja vasta jonkin ajan kuluttua palamisen leviämisnopeus kasvaa merkittävästi. Käytäntö osoittaa, että todellisten tulipalojen aikana kaapelitunneleissa havaitaan jopa 600 °C:n lämpötiloja ja sitä korkeampia. Tämä selittyy sillä, että todellisissa olosuhteissa palavat kaapelit, jotka ovat virran alaisena pitkään ja joiden eristys lämpenee sisältä 80 ° C:n lämpötilaan tai sitä korkeampaan lämpötilaan. Kaapeleiden samanaikainen syttyminen useissa paikoissa ja huomattavan pituudelta voi tapahtua. Tämä johtuu siitä, että kaapeli on kuormitettu ja sen eristys kuumennetaan lämpötilaan, joka on lähellä itsesyttymislämpötilaa [4] .
Kaapeli koostuu monista rakenneosista, joiden valmistukseen käytetään esimerkiksi matalan syttymislämpötilan omaavia materiaaleja, kytemisalttiita materiaaleja. Kaapelin ja kaapelirakenteiden suunnittelu sisältää pääsääntöisesti metallielementtejä. Tulipalon tai virran ylikuormituksen sattuessa nämä elementit kuumenevat luokkaa 500–600 ˚C, mikä ylittää useiden kaapelirakenteeseen sisältyvien polymeerimateriaalien syttymislämpötilan (250–350 ˚C). siksi ne voivat syttyä uudelleen kuumennetuista metallielementeistä sammutusaineen syöttämisen lopettamisen jälkeen. Tältä osin on tarpeen valita normatiiviset indikaattorit sammutusaineiden toimitukselle, jotta varmistetaan tulipalon poistaminen ja suljetaan myös uudelleen syttymisen mahdollisuus [5] .
Kaapelihuoneissa käytettiin pitkään vaahtosammutusasennuksia . Käyttökokemus paljasti kuitenkin useita puutteita:
Tutkimukset ovat osoittaneet, että ruiskutetulla vedellä on parempi sammutuskyky kuin ilmamekaanisella vaahdolla, koska se kastelee ja jäähdyttää palavia kaapeleita ja rakennusrakenteita hyvin [6] .
Lineaarinen liekin etenemisnopeus kaapelirakenteissa (kaapelin palaminen) on 1,1 m/min [7] .
Korkean lämpötilan suprajohteisiin (HTSC) perustuvissa johtimissa suprajohtavuuden käyttö mahdollistaa sähkövirran siirtämisen ilman häviöitä sekä korkean virrantiheyden saavuttamisen. HTSC-johtojen suuri haitta on jatkuvan jäähdytyksen tarve, mikä rajoittaa niiden käytännön käyttöä. Huolimatta HTSC-johtojen tuotannon ja käytön vaikeuksista, niitä yritetään jatkuvasti soveltaa käytännössä. Esimerkiksi Yhdysvalloissa heinäkuussa 2006 käyttöön otetussa demonstraatiosähköverkkojärjestelmässä 574 MVA tehoa siirretään 138 kV:n jännitteellä 600 metrin pituudelta.
American Superconductor otti ensimmäisen kaupallisen suprajohtavan siirtolinjan käyttöön Long Islandilla , New Yorkissa kesäkuun 2008 lopussa [8] . Etelä-Korean voimajärjestelmät aikovat luoda vuoteen 2015 mennessä suprajohtavia voimalinjoja, joiden kokonaispituus on 20 km [9] [10] .
Sähkön häviö johdoissa riippuu virran voimakkuudesta , joten siirrettäessä sitä pitkiä matkoja jännitettä nostetaan monta kertaa (vähentäen virran voimakkuutta samalla määrällä) muuntajan avulla , joka , kun siirretään samaa tehoa, voi merkittävästi vähentää häviöitä. Jännitteen kasvaessa alkaa kuitenkin esiintyä erilaisia purkausilmiöitä .
Erittäin korkeajännitteisissä ilmajohdoissa esiintyy aktiivisia tehohäviöitä koronaan . Koronapurkaus syntyy, kun sähkökentän voimakkuus langan pinnalla ylittää kynnysarvon , joka voidaan laskea käyttämällä empiiristä huippukaavaa: kV/cm, jossa on langan säde metreinä, on ilman tiheyden suhde normaaliin [11 ] .
Sähkökentän voimakkuus on suoraan verrannollinen johdossa olevaan jännitteeseen ja kääntäen verrannollinen sen säteeseen, joten koronahäviöitä voidaan torjua lisäämällä johtimien sädettä ja myös (vähemmässä määrin) käyttämällä vaihejakoa, eli käyttämällä useita johtoja kussakin vaiheessa erityisillä välilevyillä 40-50 cm etäisyydellä Koronahäviö on suunnilleen verrannollinen tuotteeseen .
Koronahäviöt kasvavat jyrkästi jännitteen kasvaessa, keskimääräiset vuosihäviöt 500 kV voimansiirtojohdolla ovat noin 12 kW/km, jännitteellä 750 kV - 37 kW/km, 1150 kV - 80 kW/km. Häviöt kasvavat jyrkästi myös sateen, erityisesti pakkasen , aikana ja voivat nousta 1200 kW/km [12] .
Aikaisemmin voimajohtohäviöt olivat erittäin korkeat. Joten 1800-luvun lopussa 56 kilometrin tasavirtalinjalla Creil - Pariisi häviöt olivat 45 prosenttia [13] . Nykyaikaisissa voimalinjoissa (vuodesta 2020) häviöt ovat vain 2–3 % [14] . Kuitenkin myös näitä häviöitä pienennetään käyttämällä korkean lämpötilan suprajohtimia [14] . Vuodesta 2020 lähtien korkean lämpötilan suprajohtimiin perustuville voimalinjoille on kuitenkin ominaista korkea hinta ja lyhyt pituus (pisin tällainen johto rakennettiin vuonna 2014 Saksassa ja sen pituus on vain 1 km) [14] .
Tärkeä vaihtovirtajohtojen hyötysuhteeseen vaikuttava arvo on arvo, joka kuvaa pätö- ja loistehon suhdetta linjassa- cos φ . Aktiivinen teho - osa kokonaistehosta, joka kulki johtojen läpi ja siirrettiin kuormaan; Loisteho on tehoa, jonka johto tuottaa, sen latausteho (johtimen ja maan välinen kapasitanssi) sekä itse generaattori, ja jonka loiskuorma (induktiivinen kuorma) kuluttaa. Päätöstehohäviöt johdossa riippuvat myös lähetetystä loistehosta. Mitä suurempi loistehon virtaus, sitä suurempi tehohäviö.
Säteilyn aiheuttamat häviöt AC-siirtolinjoissaKun vaihtovirtajohtojen pituus on yli useita tuhansia kilometrejä, havaitaan toisenlainen menetys - radiosäteily . Koska tämä pituus on jo verrattavissa sähkömagneettisen aallon pituuteen, jonka taajuus on 50 Hz ( 6000 km, neljännesaaltovärähtelijän pituus on 1500 km), lanka toimii säteilevänä antennina .
Voimalinjoilla on induktanssi ja kapasitanssi. Kapasitiivinen teho on verrannollinen jännitteen neliöön, eikä se riipu johdon yli siirretystä tehosta. Linjan induktiivinen teho on verrannollinen virran neliöön ja siten linjan tehoon. Tietyllä kuormituksella linjan induktiiviset ja kapasitiivinen tehot ovat yhtä suuret ja kumoavat toisensa. Linjasta tulee "ihanteellinen" ja se kuluttaa niin paljon loistehoa kuin tuottaa. Tätä voimaa kutsutaan luonnonvoimaksi. Se määräytyy vain lineaarisen induktanssin ja kapasitanssin perusteella, eikä se riipu linjan pituudesta. Luonnonvoiman arvon perusteella voidaan karkeasti arvioida voimalinjan siirtokapasiteettia. Kun tällaista tehoa lähetetään linjalla, tehohäviö on minimaalinen, sen toimintatapa on optimaalinen. Vaiheen jakautuessa, induktiivisen vastuksen pienenemisen ja linjan kapasitanssin kasvun vuoksi, luonnollinen teho kasvaa. Kun johtojen välinen etäisyys kasvaa, luonnollinen teho pienenee, ja päinvastoin, luonnollisen tehon lisäämiseksi on tarpeen pienentää johtojen välistä etäisyyttä. Kaapelilinjoilla, joilla on korkea kapasitiivinen johtavuus ja pieni induktanssi, on suurin luonnollinen teho [15] .
Voimansiirtokapasiteetilla tarkoitetaan voimansiirron kolmen vaiheen suurinta pätötehoa, joka voidaan siirtää pitkäaikaisessa vakaassa tilassa toiminnalliset ja tekniset rajoitukset huomioiden. Voimansiirron suurinta siirrettyä pätötehoa rajoittavat voimalaitosten generaattoreiden staattisen vakauden olosuhteet, sähköjärjestelmän lähettävät ja vastaanottavat osat sekä lämmitysjohtojen sallittu teho sallitulla virralla. Sähkövoimajärjestelmien käyttökäytännöstä seuraa, että 500 kV ja sitä suurempien voimalinjojen siirtokapasiteetti määräytyy yleensä staattisen stabiilisuuden tekijän mukaan, 220-330 kV voimalinjoilla voi esiintyä rajoituksia sekä stabiilisuuden että sallitun lämmityksen suhteen 110 kV ja alle - vain lämmityksen suhteen.
Ilmajohtojen kapasiteetin ominaisuudet [16] [17]
U nom ,
kV |
Pituus
riviä, km |
Rajoittava
pituus klo tehokkuus = 0,9 |
Numero ja alue
lankaosat, mm2 |
Luonnollinen
tehoa P nat MW |
Kaistanleveys | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Kestävyyden mukaan | Lämmittämällä | |||||||
MW | osakkeissa
R nat |
MW | osakkeissa
R nat | |||||
10(6) | 5 | 35 | 2.1 | |||||
kaksikymmentä | kahdeksan | yksi?? | 7.5 | |||||
35 | kaksikymmentä | yksi?? | viisitoista | |||||
110 | 80 | yksi?? | kolmekymmentä | viisikymmentä | 1.67 | |||
220 | 150-250 | 400 | 1x300 | 120-135 | 350 | 2.9 | 280 | 2.3 |
330 | 200-300 | 700 | 2х300 | 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 |
Bibliografisissa luetteloissa |
---|
Energiaa | |||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
tuotteiden ja toimialojen mukaan | |||||||||||||||||||||||||||
Sähköteollisuus : sähkö |
| ||||||||||||||||||||||||||
Lämmönsyöttö : lämpöenergia |
| ||||||||||||||||||||||||||
Polttoaineteollisuus : polttoaine _ |
| ||||||||||||||||||||||||||
Lupaavaa energiaa : |
| ||||||||||||||||||||||||||
Portaali: Energia |