PL177367B1 - Przewód wysokiego napięcia linii napowietrznej na napięcia około 60 kV i wyższe - Google Patents

Abstract

1. Przewód wysokiego napiecia linii napowietrznej na napiecia okolo 60 kV i wyzsze, znamienny tym, ze przewód (3) jest pokryty izolacja, które to pokrycie izo- lacyjne (5) sklada sie z warstwy pólprze- wodzacej (4) otaczajacej przewód (3), ze- wnetrznej warstwy izolacyjnej (2) oraz znajdujacej sie miedzy nimi wlasciwej warstwy izolacyjnej (1). PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest przewód wysokiego napięcia linii napowietrznej na napięcia około 60 kV i wyższe.

Obecnie stosuje się linie napowietrzne wysokiego napięcia, w których napięcie na przewodach fazowych przekracza około 20 kV, i które mają przewody gołe (to znaczy nie osłonięte). Zatem występuje konieczność instalowania przewodów na konstrukcjach słupowych zapewniających odpowiednie odstępy międzyprzewodowe, w celu zapobieżenia ich stykaniu się.

Z drugiej strony, w liniach PAS do 20 kV, zamiast przewodów gołych stosuje się przewody napowietrzne zaopatrzone w prostą osłonę z tworzywa sztucznego, izolatorem jest często usieciowany poprzecznie polietylen XPLE (PEX). Parametry izolacji są tak dobrane, że wytrzymuje ona skoki napięcia powodowane wzajemnym uderzeniem o siebie przewodów, lecz nie izoluje całkowicie przewodu, jak w przypadku kabla. Czasem przewód PAS stanowi rozwiązanie alternatywne do znacznie bardziej kosztownego z kablem podziemnym.

W przypadku napięć przekraczających ok. 60 kV, a zwłaszcza w przypadku przewodów wysokiego napięcia na napięcia 110 kV i wyższe, nie stosuje się izolacji ani osłon na przewodach, ponieważ znane warstwy izolacyjne stosowane w liniach napowietrznych musiałyby mieć znaczną grubość, dla zapewnienia dostatecznej izolacji. Zatem konstrukcje słupowe, izolatory oraz osprzęt izolatorowo - połączeniowy obliczone są głównie na stosowanie przewodów gołych.

W ostatniej dekadzie coraz wyraźniej zwraca się uwagę na pola elektryczne i magnetyczne wytwarzane przez linie energetyczne i ich możliwe oddziaływanie na zdrowie osób mieszkających w pobliżu. W niektórych stanach USA i we Włoszech określono już granice pól magnetycznych i elektrycznych linii energetycznych.

Pola elektryczne i magnetyczne wytwarzane przez linie napowietrzne mogą zależeć od wzajemnego rozmieszczenia przewodów w płaszczyźnie poprzecznej. Osiągnięciu minimalnych wartości pól sprzyja rozmieszczanie przewodów możliwie blisko siebie nawzajem, na przykład w wierzchołkach trójkąta równobocznego. Poza tym, umieszczanie przewodów bliżej siebie pozwala na zmniejszenie szerokości tras przewodowych, a więc sprzyja oszczędności przynajmniej zajętego terenu. Jednakowoż minimalne odstępy niezbędne w przypadku gołych przewodów wysokiego napięcia dla zapobieżenia zwarciom, występowaniu iskrzenia i efektów koronowych praktycznie uniemożliwiają wszelkie istotne zmniejszenie pól elektrycznych i magnetycznych w torach przewodowych i ich bezpośrednim sąsiedztwie.

177 367

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie przewodu wysokiego napięcia linii napowietrznej na napięcia około 60 kV i wyższe.

Przewód wysokiego napięcia linii napowietrznej na napięcia około 60 kV i wyższe, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przewód jest pokryty izolacją, które to pokrycie izolacyjne składa się z warstwy półprzewodzącej otaczającej przewód, zewnętrznej warstwy izolacyjnej, nadającej odporność na warunki atmosferyczne, oraz znajdującej się między nimi właściwej warstwy izolacyjnej.

Korzystnie pokrycie izolacyjne zawiera usieciowany poprzecznie polietylen.

Korzystnie pokrycie izolacyjne zawiera kauczuk etylenowo-propylenowy, zwłaszcza kauczukowy związek etylenowo-propylenowy lub kauczukowy związek etylenowopropylenowo-dienowy.

Korzystnie zewnętrzna warstwa izolacyjna pokrycia izolacyjnego zawiera domieszkę około 2-3% sadzy.

Dzięki odpowiedniemu doborowi warstwy izolacyjnej przewodu według wynalazku, i znacznemu wkładowi pracy w różnorodne badania, w celu określenia wytrzymałości i bezpieczeństwa przewodów, w sposób nieoczywisty otrzymano cienki przewód wysokiego napięcia, który jest tani w wytwarzaniu. Przewód ten pozwala rozwiązać wiele problemów związanych z liniami energetycznymi o konstrukcji konwencjonalnej. Przy zastosowaniu przewodu według wynalazku, można zmniejszyć szerokość tras z obecnej, wynoszącej około 15 m do około połowy (w rzucie pionowym), przy napięciach na przykład 110 kV oraz zmniejszyć znacznie na przykład natężenie pola magnetycznego w stosunku do natężenia pola obecnie stosowanych linii.

Przykład wykonania przewodu, według wynalazku jest przedstawiony na rysunku.

Na rysunku 1 przedstawiono przykład przewodu 110 kV, składającego się z przewodu okrągłego 3 ze stopu aluminiowego, skręconego z drutów i mającego średnicę około 20 mm. Za pomocą, na przykład, smaru stałego lub proszku hydroekspansyjnego, zapobiega się przenikaniu wody między warstwy przewodu. Przewód 3 jest pokryty izolacją, i osłonięty jest w ten sposób przed możliwością wystąpienia iskrzenia przy zetknięciu się z innym przewodem. Izolację stanowi pokrycie izolacyjne 5 składające się z warstwy półprzewodzącej 4 otaczającej przewód 3, zewnętrznej warstwy izolacyjnej 2 nadającej odporność na warunki atmosferyczne oraz znajdującej się pomiędzy nimi właściwej warstwy izolacyjnej 1.

Osłona 4 przewodu jest wykonana z materiału półprzewodzącego, plastycznego lub kauczuku. Właściwość półprzewodnictwa osiąga się zwykle przez dodanie do sieciującego poprzecznie materiału izolacyjnego około 30-40% sadzy (przy stosowaniu sadzy efekt półprzewodzenia można osiągnąć już przy zawartości domieszki wynoszącej około 10%). W przewodzie 110 kV pokrytym izolacją warstwa osłaniająca przewód ma grubość około 1 do 2 mm Zadaniem osłony przewodu jest neutralizacja wyskoków napięcia na nierównej powierzchni drutów metalowych, i w celu zapobieżenia powstawania miejsc wyładowania.

Właściwa warstwa izolacyjna 1 otaczająca warstwę półprzewodzącą 4 wykonana jest z tworzywa, przykładowo usieciowanego poprzecznie polietylenu XLPE o dużej czystości i o grubości na przykład około 5 mm, w przypadku napięcia 110 kV. Wysoka czystość wymagana jest w celu zmniejszenia ryzyka przeskoku iskry przez materiał izolacyjny przy wysokich napięciach. Stosuje się zwykle sieciujący poprzecznie polietylen, ze względu na jego duży stopień czystości, odporność na ciepło, wytrzymałość oraz właściwości izolacyjne.

Warstwa zewnętrzna 2 stanowi warstwę izolacyjną o grubości około 1,5 mm, zawierającą domieszkę na przykład sadzy, w celu osiągnięcia odporności na wpływy atmosferyczne. Korzystne jest, jeżeli zawartość sadzy wynosi 2-3%, co zapewnia dostateczne właściwości ochronne, na przykład przed promieniowaniem ultrafioletowym, nie wpływając jeszcze zbyt silnie na przewodność warstwy powierzchniowej przewodu.

W charakterze surowca można stosować również kauczuk etylenowo - propylenowy, to znaczy kauczuk EP, a zwłaszcza kauczukowy związek etylenowo - propylenowy (EPR) lub kauczukowy związek etylenowo - propylenowo - dienowy (EDPM) zamiast sieciującego poprzecznie polietylenu (XLPE, PEX).

177 367

Jako pozostałe dane przykładowego przewodu 110 kV według wynalazku można wymienić średnicę zewnętrzną wynoszącą około 39 mm, masę 1730 kg/km, obciążenie zrywające 108 kN i obciążalność prądową 660 A. Poza liniami prądu zmiennego, przewód według wynalazku równie dobrze można wykorzystywać do przesyłu energii za pomocą prądu stałego, przy tym przewody trójfazowe zastępuje się na przykład dwoma przewodami (prądowy + ziemia).

Przewód według wynalazku zatem osłonięty jest warstwą izolacyjną, która jest znacznie cieńsza, niż w kablu o normalnej konstrukcji. Wymiary warstwy izolacyjnej są tak dobrane, aby wytrzymywać wzajemne uderzenia przewodów fazowych w odcinku przęsłowym. Z tego powodu nie próbuje się pełnego izolowania przewodu za pomocą warstwy izolacyjnej, i na powierzchni warstwy zewnętrznej występuj ą prądy rzędu miliamperów, a zatem dotykanie gołymi rękami przewodu, na przykład 110 kV, jest wysoce niebezpieczne.

W badaniach, w których między dwa przewody przykładano napięcie wynoszące 120 kV i doprowadzano do wzajemnego uderzania przewodów 540 000 razy, nie występowało iskrzenie. Poza tym na tych samych przewodach wykonano próbę zawieszenia na przeciąg 17 dni, w próbie przewody były zawieszone jeden na drugim, bez wystąpienia iskrzenia. Tak więc przewody według wynalazku mogą stykać się nawzajem ze sobą, na przykład pod działaniem sił zwarciowych lub wiatru. Niezbędne minimum odstępu między przewodnikami można zatem obliczyć na innych mających zastosowanie w danej sytuacji podstawach, niż kryteria dla przypadku zwarcia. Stwierdzono, że możliwe jest zmniejszenie odstępów między przewodami fazowymi 110 kV, z 2 m stosowanych obecnie do połowy tej wartości.

W każdym razie, jak stwierdzono, przewody osłonięte według wynalazku umożliwiają znaczne zmniejszenie odstępów międzyfazowych i znaczne zwężenie tras prowadzenia przewodów. Konsekwencją tego jest zmniejszenie się pól elektrycznych i magnetycznych generowanych przez linię z przewodami osłoniętymi, w stosunku do linii konwencjonalnych.

Tabela 1

Przewód	Bmax	0,1 μT	0,2 μT
Wielkość prześwitów	między przewodami
Linia konwencjonalna Goły poz.	1	33	23
Goły pion.	0,68	33	21
Goły trójk.	0,45	25	16
Linia według wynalazku Osłon. trójk.	0,39	21	13
Osłon. poz.	0,33	16	10
Osłon pion.	0,32	18	11
Osłon. delta	0,21	13	6

Bmax = względna wartość maksymalna indukcji magnetycznej 0,1 μΤ i 0,2 μΤ = indukcja spada do tego poziomu w wymienionej odległości od środka linii.

W tabeli 1 przedstawiono zależność ilustrującą wartości indukcji magnetycznej napowietrznej linii wysokiego napięcia przy ziemi dla różnych typów przewodów. Porównanie obejmuje konwencjonalną linię nie izolowaną o konfiguracji poziomej, trójkątnej i pionowej, ze standardowymi odstępami międzyfazowymi 2 m oraz osłoniętą linię PAS według wynalazku o układzie poziomym, pionowym, trójkątnym i delta przy odległościach międzyfazowych wynoszących 1,15 m. Podstawowe dane dotyczące wyników pomiarów przedstawionych w tabeli 1 są następujące:

-U = 123 kV

- prąd obciążenia 100 A, P = 18 MW

- przewód osłonięty: SAX355, σ<, = 40 N/m

- przewód goły typu Duck, σ₀ = 4- N/m

- przewód odgromowy typu Sustrong, σ₀ - 60 N/m m 367

- temperatura przewodu prądowego +15°C

- temperatura przewodu odgromowego +5°C

- prześwit najniższego przewodu prądowego w stosunku do ziemi 5,9 m przy +70°C (dopuszczalna wysokość minimalna)

- rozpiętość przęsła ae = a = 200 m.

Zgłaszający wyjaśnia, że Duck jest fińska nazwą ale znaną również poza granicami kraju, pewnego typu gołego przewodu.

Sustrong jest nazwą pewnego typu gołego przewodu stosowaną tylko w Finlandii, zaś SAX jest nazwą znaku towarowego izolowanego przewodu linii napowietrznej.

Co się tyczy pola magnetycznego, na podstawie tabeli 1 można dokonać następujących obserwacji:

Przy poziomym rozmieszczeniu przewodów maksymalna wartość indukcji w linii PAS zmniejsza się do około jednej trzeciej w stosunku do odpowiedniej linii nie izolowanej. Indukcja zmniejsza się do poziomu tła (=0,1 pT), przy prześwitach, odpowiednio, 33 m i 16 m, licząc od środka linii, zaś przy pionowym rozmieszczeniu przewodów maksymalna wartość indukcji w linii PAS zmniejsza się do około połowy, w stosunku do linii zwykłej. Indukcja zmniejsza się do poziomu tła (= 0,1 pT), przy prześwitach, odpowiednio, 33 m i 18 m, licząc od środka linii.

Przy trójkątnym rozmieszczeniu przewodów maksymalna wartość indukcji w linii nie różni się w sposób znaczący od wartości dla linii zwykłej. Jednakowoż w przypadku przewodów PAS indukcja zmniejsza się do poziomu tła przy prześwicie 21 m, licząc od środka linii, natomiast w przypadku odpowiedniej linii nie izolowanej potrzebny jest prześwit 25 m. Ta raczej, niewielka różnica wynika z faktu, że rozmieszczenie przewodów wyznaczają inne czynniki, na przykład prześwit, a nie odległości międzyprzewodowe. Tak więc konstrukcja, z grubszą biorąc, jest taka sama dla obu rodzajów przewodów. Jednakowoż w pomiarach stwierdzono, że w przypadku linii PAS następuje redukcja natężenia pola elektrycznego do połowy wartości szczytowej, zaś rozmieszczenie delta (trójkąt równoboczny) linii PAS jest najwyraźniej najlepszym rozwiązaniem z punktu widzenia generowanych pól. W porównaniu ze zwykłą nie izolowaną poziomą linią słupową maksymalna wartość indukcji wynosi tylko jedną piątą, a indukcja do poziomu tła schodzi już w odległości 13 m od linii.

Przewód według wynalazku może być wytwarzany znanymi sposobami bez istotnych zmian w stosunku do sposobu wytwarzania na przykład produkcji linii do kabli podziemnych. Wszystkie warstwy przewodu można wytwarzać jednoetapowo, z wykorzystaniem metody potrójnego wytłaczania.

Dla specjalisty jest oczywiste, że możliwe odmiany wykonania nie ograniczają się do wspomnianych powyżej, lecz możliwe jest swobodne dokonywanie zmian bez wychodzenia poza zakres załączonych zastrzeżeń.

177 367

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe

1. Przewód wysokiego napięcia linii napowietrznej na napięcia około 60 kV i wyższe, znamienny tym, że przewód (3) jest pokryty izolacją, które to pokrycie izolacyjne (5) składa się z warstwy półprzewodzącej (4) otaczającej przewód (3), zewnętrznej warstwy izolacyjnej (2) oraz znajdującej się między nimi właściwej warstwy izolacyjnej (1).

2. Przewód wedłUg zastrz. 1, znamienny tym, że pokrycie izolacyjne (5) zawiera usieciowany poprzecznie polietylen.

3. Przewód według zastrz. 1, znamienny tym, że pokrycie izolacyjne (5) zawiera kauczuk etylenowo-propylenowy, zwłaszcza kauczukowy związek etylenowo-propylenowy lub kauczukowy związek etylenowo-propylenowo-dienowy.

4. Przewód według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że zewnętrzna warstwa izolacyjna (2) pokrycia izolacyjnego (5) zawiera domieszkę około 2-3% sadzy.