Auswahl von Hochspannungsleitern und Erdungsdrähten

Удар молнии (Juni 2019).

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Anonim

Aluminium-ACSR-Leiter

Leiter stellen den wichtigsten Bestandteil einer Freileitung dar, da sie eine wirtschaftliche und zuverlässige Übertragung sicherstellen und erheblich zu den Gesamtkosten beitragen.

Auswahl von HV-Leitern und Erdleitungen (auf Foto: Konventionelle ACSR und moderne ACCC-Leiter; über Wikipedia)

Seit vielen Jahren sind Aluminium und seine Legierungen aufgrund des günstigen Preises, des geringen Gewichts und der Notwendigkeit bestimmter Mindestquerschnitte die vorherrschenden leitenden Materialien für Stromleitungen.

Aluminium ist jedoch ein sehr korrosives Metall . Aber es bildet sich eine dichte Oxidschicht, die weitere Korrosionsangriffe stoppt. Daher sind Aluminiumleiter bis zu einem gewissen Grad für Bereiche geeignet, in denen Korrosion ein Problem darstellt, beispielsweise ein Meeresklima.

Für Aluminiumleiter gibt es eine Reihe von unterschiedlichen Designs. Vollaluminiumleiter (AAC) haben die höchste Leitfähigkeit für einen gegebenen Querschnitt; sie besitzen jedoch nur eine geringe mechanische Festigkeit, was ihre Anwendung auf kurze Spannweiten und geringe Zugkräfte begrenzt.

Um die mechanische Festigkeit zu erhöhen, werden Drähte aus Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen verwendet . Ihre Stärke ist etwa doppelt so hoch wie bei reinem Aluminium.

ACSR - Aluminiumleiter stahlverstärkt (Foto: myanmartc.com)

Leiter aus einem einzelnen Material, wie zum Beispiel Aluminium- und Aluminiumlegierungsleiter, zeigten jedoch eine Anfälligkeit gegenüber äolischen Vibrationen . Verbindungsleiter mit einem Stahlkern, sogenannter Aluminiumleiter, stahlverstärkt (ACSR), vermeiden diesen Nachteil.

Das Verhältnis von Aluminium zu Stahl liegt zwischen 4, 3: 1 und 11: 1 . Ein Verhältnis von Aluminium zu Stahl von 6, 0 oder 7, 7 bietet eine wirtschaftliche Lösung. Leiter mit einem Verhältnis von 4, 3 sollten für Leitungen verwendet werden, die in Regionen mit starken Wind- und Eislasten installiert sind . Leiter mit einem höheren Verhältnis als 7, 7 bieten eine höhere Leitfähigkeit. Aufgrund der geringeren Leiterfestigkeit sind die Durchhänge größer, was höhere Türme erfordert.

Die Erfahrung hat gezeigt, dass ACSR-Leiter, genau wie Leiter aus Aluminium und Aluminiumlegierungen, die wirtschaftlichste Lösung bieten und eine Lebensdauer von mehr als 40 Jahren bieten. Die Leiter werden nach elektrischen, thermischen, mechanischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten ausgewählt.

Der elektrische Widerstand aufgrund des leitenden Materials und seines Querschnitts ist das wichtigste Merkmal, das den Spannungsabfall und die Energieverluste entlang der Leitung und daher die Übertragungskosten beeinflusst. Der Querschnitt ist so zu wählen, dass die zulässigen Temperaturen sowohl im Normalbetrieb als auch im Kurzschlussfall nicht überschritten werden.

Mit zunehmendem Querschnitt steigen die Linienkosten, während die Kosten für Verluste sinken .

Aluminiumleiter Stahl verstärkt (ACSR) Querschnitt

Abhängig von der Länge der Leitung und der zu übertragenden Leistung kann ein Querschnitt ermittelt werden , der zu den niedrigsten Übertragungskosten führt . Die Wärmebilanz von ohmschen Verlusten und Sonnenstrahlung gegen Konvektion und Strahlung bestimmt die Leitertemperatur. Eine Stromdichte von 0, 5 bis 1, 0 A / mm 2 bezogen auf den Aluminiumquerschnitt hat sich in den meisten Fällen als wirtschaftliche Lösung erwiesen.

Hochspannung führt zu entsprechend hohen Spannungsgradienten an der Leiteroberfläche und zu Korona-bedingten Effekten wie sichtbaren Entladungen, Funkstörungen, hörbarem Rauschen und Energieverlusten.

Bei der Auswahl der Leiter muss der Wechselspannungsgradient auf Werte zwischen 15 und 17 kV / cm begrenzt werden . Da der Ton des hörbaren Rauschens von Gleichstromleitungen hauptsächlich an dem positiven Pol verursacht wird und dieser Schall von denen von Wechselstromleitungen abweicht, unterscheidet sich auch das subjektive Gefühl.

Daher ist der maximale Oberflächenspannungsgradient von Gleichstromleitungen höher als der Gradienten für Wechselstromleitungen. Ein Maximalwert von 25 kV / cm wird empfohlen. Die Netzspannung und der Leiterdurchmesser sind einer der Hauptfaktoren, die den Oberflächenspannungsgradienten beeinflussen. Um diesen Gradienten unter dem Grenzwert zu halten, kann der Leiter in Teilleiter unterteilt werden.

Dies führt zu einem äquivalenten Leiterdurchmesser, der größer ist als der Durchmesser eines einzelnen Leiters mit dem gleichen Querschnitt. Dieser Aspekt ist wichtig für Leitungen mit Spannungen von 245 kV und darüber.

Aluminiumleiter stahlverstärkt (ASCR) Bündelkabel (Bildnachweis: jcmiras.net)

Daher werden sogenannte Bündelleiter hauptsächlich für Extra-Hochspannungsleitungen (EHV) verwendet . Die folgende Tabelle 1 zeigt typische Leiterkonfigurationen für Wechselstromleitungen.

Elektrische Eigenschaften von Wechselstrom-Freileitungen

(Daten beziehen sich auf eine Schaltung einer Zweikreisleitung)

Elektrische Eigenschaften von AC-Freileitungen (Daten beziehen sich auf einen Stromkreis einer Zweikreisleitung)

Aus mechanischer Sicht müssen die Leiter für den Alltagsbetrieb und die maximale Belastung des Leiters durch Wind und Eis ausgelegt sein. Als grobe Zahl kann eine tägliche Belastung von etwa 20% der Nennzugspannung des Leiters angenommen werden, was zu einem begrenzten Risiko einer Beschädigung des Leiters führt.

Die maximale Zugbeanspruchung sollte auf ca. 40% der Nennzugspannung begrenzt werden.

Erdungsdrähte (Shieldwires oder Erddrähte)

HexaCore Optischer Erdungskabel (OPGW)

Erdungsdrähte, auch Schirmdraht oder Erddraht genannt, können eine Leitung vor direkten Blitzeinschlägen schützen und das Systemverhalten bei Kurzschlüssen verbessern. Daher sind Leitungen mit einphasigen Spannungen von 110 kV und darüber üblicherweise mit Erdungsleitungen ausgestattet. Erdungsdrähte aus ACSR-Leitern mit ausreichend hohem Aluminiumquerschnitt erfüllen beide Anforderungen.

Seit Anfang der 1990er Jahre werden mehr und mehr Erdungsleitungen für Höchstspannungsfreileitungen als optische Erdleiter (OPGW) ausgeführt . Diese Art von Erdungskabel kombiniert die gerade beschriebenen Funktionen für den typischen Erdungskabel mit der zusätzlichen Einrichtung für große Datenübertragungskapazität über optische Fasern, die in das OPGW integriert sind.

Eine solche Datenübertragung ist für die Kommunikation zwischen zwei Konverterstationen innerhalb einer HVDC-Verbindung oder für die Fernsteuerung von Kraftwerken wesentlich. Das OPGW wird in einem solchen Fall zur wichtigsten Kommunikationsverbindung innerhalb der Zusammenschaltung . OPGW sind hauptsächlich in einer oder mehreren Schichten aus Aluminiumlegierung und / oder aluminiumummantelten Stahldrähten konstruiert.

Ein-Schicht-Designs werden in Gebieten mit niedrigen Keraunic-Levels (geringe Anzahl von möglichen Blitzeinschlägen pro Jahr) und kleinen Kurzschlussebenen verwendet.

Referenz: Power Engineering Guide // Energieübertragungs- und Verteilungslösungen - SIEMENS

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