NO319576B1 - Leder i hoyspenningsledning for luftledninger med spenninger pa omtrent 60 kV og hoyere - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en høyspent linjeleder for luftlinjer for spenninger på omkring 60 kilovolt og høyere.

Høyspente luftlinjer som hittil er anvendt og hvor spenningen over faselederne overstiger omkring 20 kilovolt, omfatter nakne, d.v.s. hovedsakelig uisolerte, ledere. Lederne må derfor monteres på stolpekonstruksjoner slik at det tillates tilstrekkelig avstand mellom lederne for å hindre at de slår mot hverandre.

På den annen side anvendes PAS-linjer, som er luftledere forsynt med en enkelt plastkappe, i spenningsområdet på 20 kilovolt for å erstatte nakne ledere. Isolatoren er ofte en tverrbundet polyetylen (XLPE) (PEX). Isolasjonen er dimensjonert for å motstå spenningspåkjenninger som er et resultat av at lederne slår mot hverandre, men ikke for å isolere lederen fullstendig som i kabler. Ofte tilveiebringer en PAS-leder et alternativ til den mye dyrere løsningen med jordkabel.

Isolasjonen eller kappene blir ikke brukt i ledere for spenninger over omkring 60 kilovolt og spesielt ikke i høyspenningsledere for 110 kilovolt og høyere, siden de kjente isolasjonslag som anvendes i luftledninger, bør ha betydelig tykkelse for å tilveiebringe tilstrekkelig isolasjon. Stolpekonstruksjonene, isolatorene og isolasjons-og leder-festene er derfor hovedsakelig konstruert for nakne ledere.

I løpet av det siste tiår er oppmerksomheten i økende grad blitt rettet mot de elektriske og magnetiske felter som genereres av kraftlinjer og deres mulige virkninger på helsen til de som bor i nærheten. Grenser for de magnetiske felter fra kraftlinjer har allerede blitt spesifisert i noen stater i USA og i Italia.

Elektriske og magnetiske felter som frembringes av luftlinjer, kan påvirkes av den relative posisjonering av lederne i tverrsnittplanet. Anbringelse av lederne så nær hverandre som mulig, for eksempel ved hjørnene av en likesidet trekant, gjør det mulig å oppnå de minste felter. Ledere som er brakt nær hverandre, krever også smalere ledningsgater, og dette vil gi innsparinger i det minste ved ervervelse av land. De minsteavstander som er nødvendige for at høyspente, nakne ledere ikke skal kortsluttes, gi overslag og korona-virkninger, har imidlertid i praksis hindret enhver reduksjon av betydning når det gjelder de elektriske og magnetiske felter i ledningsgater og deres umiddelbare nærhet.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en høyspent leder hvorved luftlinjer som er egnet for smalere ledningsgater og som genererer svakere elektriske og magnetiske felter, kan realiseres. For å oppnå dette formålet er høyspenningslederen ifølge oppfinnelsen kjennetegnet ved at lederen er dekket med en isolasjon og skjermet mot overslag generert ved kontakt med en annen leder, idet isolasjonsbelegget på lederen omfatter et halvledende lag som omgir lederen, et ytre isolasjonslag på overflaten, og et isolasjonslag mellom disse.

Med passende valg av isoiasjonslaget i lederen ifølge oppfinnelsen og med betydelig arbeid investert i forskjellige forsøk for å bestemme sikkerheten og styrken til lederne, er det uventet blitt oppnådd en tynn høyspenningsleder som er økonomisk å fremstille. Denne lederen løser hoveddelen av de problemer som er forbundet med kraftlinjer av konvensjonell konstruksjon. Ved å bruke lederen ifølge oppfinnelse, kan ledningsgater minskes fra den nåværende bredde på omkring 15 meter til omkring halvparten (vertikal oppsetting) med spenninger på for eksempel 110 kilovolt, og for eksempel styrken av magnetfeltene er betydelig minsket fra feltstyrken til de nåværende linjer.

Andre foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen er kjennetegnet på den måte som fremgår av de etterfølgende krav.

I det følgende skal. oppfinnelsen beskrives med detaljer ved hjelp av eksempler med henvisning til den vedføyde figur som illustrerer en leder ifølge oppfinnelsen.

Figur 1 viser et eksempel på en 110 kilovolt leder omfattende en sirkulær leder av aluminiumslegering, omgitt av tråder 3 og med en diameter på omkring 20 millimeter. Innsiving av vann mellom lagene i lederen er blitt forhindret for eksempel ved hjelp av fett eller et fuktighetsutvidende pulver. Lederkappen 4 er av et halvledende plast- eller gummi-materiale. Halvledningsevnen er vanligvis blitt oppnådd ved å dope et tverrbundet isolasjonsmateriale med omkring 30 - 40 prosent kjønrøk (når kjønrøk-isolator blir brukt, kan halvledningsevne oppnås med så lite som 10 % doping), len 110 kilovolt isolasjonsbelagt leder er laget som utgjør lederkappen omkring 1-2 mm i tykkelse. Formålet med lederkappen er å nøy-tralisere spenningstopper på den ujevne overflaten til lederen som er omspunnet med metalltråder, og å forhindre frembringelse av utladningssteder.

Det aktuelle isoiasjonslaget 1 som omgir det halvledende laget 4, er av XLPE-plast med høy renhet og en tykkelse på for eksempel omkring 5 mm for 110 kilovolt spenning. Høy renhet er nødvendig for å minimalisere risikoen for overslag gjennom isolasjonsmaterialet ved høye spenninger. Tverrbundet polyetylen blir hovedsakelig brukt på grunn av dens høye renhetsgrad, varmebestandighet, styrke og isolasjons-egenskaper. Det ytre laget er et isolasjonslag på omkring 1,5 mm dopet med for eksempel kjønrøk for å oppnå værbestandighet. Innholdet av kjønrøk er fortrinnsvis 2-3 %, noe som sikrer tilstrekkelige skjermingsegenskaper, for eksempel mot UV-stråling, men som likevel ikke påfører for høy ledningsevne til overflatelaget av lederen.

Også etylenpropylengummi, d.v.s. EP-gummi (EDPM eller EPR), kan brukes som råmateriale istedenfor en tverrbundet polyetylen (XLPE, PEX).

Ytterligere data for ledereksempelet med 110 kilovolt ifølge oppfinnelsen: Ytre diameter omkring 39 mm, masse 1730 kg/km, bruddbelastning 108 kN og nominell strømverdi 660 A. I tillegg til vekselstrømslinjer kan lederen ifølge oppfinnelsen like godt anvendes for likestrøms kraftoverføring, i hvilket tilfelle de tre faselederne for eksempel blir erstattet av to ledere (strøm + jord).

Lederen ifølge oppfinnelsen er således belagt med et isolasjonsmateriale som er langt tynnere enn i en vanlig kabelkonstruksjon. Isoiasjonslaget er spesielt dimensjonert for å motstå faseledere som slår sammen innenfor spennet. Dermed er det ikke gjort noe forsøk på å isolere lederne fullstendig med et isolasjonslag, men lekkstrømmer i størrelsesorden milliampere finnes ved det ytre laget, og derfor er det meget farlig å berøre for eksempel en 110 kilovolt leder med bare hendene.

I forsøk hvor en spenning på 120 kilovolt ble påtrykket mellom to ledere, ble lederne slått sammen 540000 ganger uten overslag. Videre ble en lenetest på 17 dager utført på de samme lederne; i denne testen lente lederne seg mot hverandre uten overslag. Lederne ifølge oppfinnelsen blir således tillatt å slå mot hverandre, for eksempel på grunn av virkningen av kortslutningskrefter eller vind. De nød-vendige minsteavstander mellom lederne må således beregnes på annet grunnlag og avhengig av situasjonen, enn kriteriene for et tilfelle med kortslutning. Det har vist seg mulig å redusere avstandene mellom 110 kilovolts faseledere fra de av-stander på 2 meter som brukes for tiden, til omkring halvparten av denne avstanden.

I alle tilfeller har det vist seg at skjermede ledere ifølge oppfinnelsen muliggjør betydelig reduksjon av faseavstander og tilbakeskjæring i ledningsgater. En følge av dette er den lille størrelsen på de elektriske og magnetiske feltene som genereres av linjen med skjermede ledere i sammenligning med konvensjonelle linjer.

Tabell 1 viser kurver som illustrerer magnetflukstetthetene til en høyspent luftlinje på bakken for for-skjellige ledertyper. Sammenligningen omfatter en konvensjonell ikke-isolert linje med horisontale, triangulære og vertikale konfigurasjoner med vanlige faseavstander på 2 meter, og en skjermet PAS-linje i henhold til oppfinnelsen med horisontale, vertikale, triangulære og delta-konfigurasjoner med faseavstander på 1,15 meter. De grunnleggende data for måleresultatene som er vist i tabell 1, er som følger:

-U = 123 kV

- laststrøm 100 ampere, P = 18 MW

- skjermet leder; SAX 355, an = 30 N/mm<2>

o

- naken leder: Duck, oq = 40 N/mm<*>

9

- lynleder: Sustrong, oq = 60 N/mm

- temperatur på strømleder +15°C

- temperatur på lynleder +5°C

- klaring av laveste strømleder fra bakken 5,9 meter ved +70°C (tillatt minstehøyde)

- spenn ae = a = 200 m

Uttrykt ved magnetfeltet kan følgende observasjoner gjøres på grunnlag av tabell 1:

- når oppsettingen av lederne er horisontal, avtar maksimalverdien av flukstettheten i en PAS-linje til omkring 1/3 sammenlignet med en tilsvarende ikke-isolert linje. Flukstettheten avtar til nivået på bakgrunnsstrålingen (=0,1 //T) med klaringer på henholdsvis 33 meter og 156 meter fra midten av linjen. - med vertikal oppsetning av lederne avtar maksimalverdien av flukstettheten til en TAS-linje til omkring halvparten sammenlignet med en vanlig linje. Flukstettheten avtar til nivået av bakgrunns-strålingen med klaringer på henholdsvis 33 meter og 18 meter fra midten av linjen. - med triangulær oppsetning av lederne vil maksimalverdien av flukstettheten til linjen ikke skille seg vesentlig fra verdien for en vanlig linje. Flukstettheten avtar imidlertid med PAS-ledere til nivået på bakgrunns-strålingen med en klaring på 21 meter fra midten av linjen, mens en klaring på 25 meter er nødvendig i tilfellet med en ikke-isolert linje. Denne ganske lille forskjellen skyldes det faktum at andre faktorer enn avstand mellom lederne, for eksempel den fri klaring, bestemmer ledernes posisjon. Konstruksjonen er således i grove trekk den samme med begge ledere. Med en PAS-linje ble imidlertid reduksjon til halvparten av toppverdien av den elektriske feltstyrke funnet i målingene. - deltaoppsetning (likesidet trekant) av en PAS-linje er klart den beste løsning i betraktning av de genererte felter. Sammenlignet med en vanlig ikke-isolert horisontal mastlinje er maksimalverdien av flukstettheten bare omkring 1/5, og flukstettheten avtar til bakgrunns-strålingens nivå allerede i en avstand på 13 meter fra linjen.

En leder i henhold til oppfinnelsen kan fremstilles ved hjelp av kjente frem-gangsmåter uten noen særlige endringer i forhold til isolerende linjer som fremstilt for eksempel til jordkabler. Ved hjelp av trippel-ekstruderingsteknikken kan alle dekklag på lederen produseres i ett trinn.

Det er klart for fagfolk på området at forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen ikke er begrenset til de ovenfor angitte eksempler, men kan variere fritt innenfor rammen av de påfølgende krav.

Claims (5)

1. Leder i høyspentlinje for luftlinjer for spenninger på omkring 60 kilovolt og høyere, karakterisert ved at lederen (3) er belagt med en isolasjon og skjermet mot overslag generert ved kontakt med en annen leder, idet isolasjons-belegget på lederen (3) omfatter et halvledende lag (4) som omgir lederen, et ytre værbestandig isolerende overflatelag (2), og et virkelig isolasjonslag (1) mellom disse.

2. Leder ifølge krav 1, karakterisert ved at tverrbindbart polyetylen (XLPE) blir anvendt som isolasjons-materiale.

3. Leder ifølge krav 1, karakterisert ved at EP-gummimateriale (EPDM eller EPR) blir anvendt som isolasjons-materiale.

4. Leder ifølge krav 1, karakterisert ved at det værbestandige, isolerende overflatelaget (2) er fremstilt ved tilsetting av omkring 2-3 % med kjønrøk til det isolerende materialet.

5. Anvendelse av en isolasjonsbelagt leder (3) skjermet mot overslag generert ved kontakt med en annen leder, hvilket isolasjonsbelegg omfatter et omgivende, halvledende lag (4), et ytre værbestandig isolerende overflatelag (2) og et virkelig isolasjonslag (1) mellom disse, i vekselstrøms- og likestrøms luftledninger for spenninger på omkring 60 kilovolt og høyere.