SE505269C2 - Högspänningsledare för ca 60kV och mera högspända luftledningar samt användning av isolerad ledare i sådana luftledningar - Google Patents

Description

505 269 10 15 20 25 30 35 2 De elektriska och magnetiska fält luftled- ningar alstrar kan påverkas genom den inbördes place- ringen av ledarna i tvärplanet. Då ledarna anordnas så nära varandra som möjligt, t.ex. vid spetsarna i en liksidig triangel, àstadkoms minsta möjliga fält. Det att ledarna är anordnade närmare varandra medför även smalare ledningsgator, varvid besparing àstadkoms åt- minstone när det gäller jordförvärv. Minimavstånd er- forderliga mellan högspända blanka ledare för förhind- rande av kortslutningar, överslag och koronafenomen har dock i praktiken stått i vägen för en väsentlig reduk- tion av de elektriska och magnetiska fälten på ledni- ngsgator och i deras omedelbara närhet.

Föreliggande uppfinning avser att åstadkomma en högspänningsledare med hjälp av vilken luftledningar som lämpar sig för smalare ledningsgator och alstrar mindre elektriska och magnetiska fält kan förverkligas.

För att uppnå detta kännetecknas den högspända ledaren enligt uppfinningen av att ledaren är belagd med en isolerings och skyddad mot genomslag på grund av kon- takt med en annan ledare, varvid ledarens isole- ringsbeläggning omfattar ett ledaren omslutande halvle- dande skikt, ett ytterst liggande ytisoleringsskikt och ett egentligt isoleringsskikt mellan dessa.

Genom lämpligt val av isoleringsskiktet för ledaren enligt uppfinningen samt betydande satsning på olika test för bestämning av ledarnas säkerhet och styrka har man överraskande åstadkommit en tunn hög- spänd ledare med förmånliga tillverkningskostnader.

Denna ledare löser största delen av de problem som förknippas med konventionella kraftledningskonstruk- tioner. Genom att använda ledaren enligt uppfinningen kan man minska ledningsgatornas nuvarande bredd på ca 15 m till ungefär hälften (vertikal uppsättning) med spänningar av t.ex. 110 kV, och t.ex. den magnetiska 10 15 20 25 30 35 505 269 3 fäststyrkan blir avsevärt mindre än de nuvarande led- ningarnas fältstyrka.

Andra föredragna utföringsformer av uppfin- ningen kännetecknas av det som anförs i patentkraven nedan.

I det följande skall uppfinningen beskrivas mera detaljerat med hjälp av exempel och med hänvisning till bifogade figur som illustrerar en ledare enligt uppfinningen.

Figur 1 visar ett exempel på en 110 kV ledare, som omfattar en rund ledare av aluminiumlegering, som består av tvinnade metalltràdar 3 och har en diameter av ca 20 mm. Åtkomst av vatten mellan ledarens skikt har hindrats t.ex. med hjälp av fett eller ett hygroex- pansivt pulver. Ledarens beläggning 4 är av ett halv- ledande plast- eller gummimaterial. Halvledningsförmà- gan är vanligen àstadkommen genom att ett tvärbundet isoleringsmaterial dopats med ca 30 - 40 % sot (vid användning av isoleringssot kan halvledningsförmága uppnås redan vid 10 % dopning). I en 110 kV isolerings- belagd ledare är ledarbeläggningsskiktet ca 1. - 2 mm tjockt. Avsikten med ledarbeläggningen är att neutrali- sera spänningstoppar pá den ojämna ytan av den av tvin- nade metalltràdar bestående ledaren och att hindra förekomsten av urladdningsställen.

Det egentliga isoleringsskiktet 1 som omger det halvledande skiktet 4 är av specialren XLPE-plast med en tjocklek av t.ex. ca 5 mm för 110 kV spänning.

Special renhet erfordras för att risken för genomslag genom isoleringsmaterialet vid höga spänningar skall minimeras. Tvärbunden polyeten används huvudsakligen pà grund av dess höga renhetsgrad, värmebeständighet, styrka och isoleringsegenskaper. Det yttre skiktet utgörs av ett isoleringsskikt på ca 1,5 mm som dopats med t.ex. sot för att uppnå väderbeständighet. Sotinne- 505 269 10 15 20 25 30 35 4 hållet är företrädesvis 2 - 3 %, vilket garanterar tillräckliga skyddsegenskaper t.ex mot UV-strålning utan att ledarens yta fördenskull skulle förses med en för hög ledningsförmàga.

I stället för tvärbunden polyeten (XLPE, PEX) kan även. etenpropengummi, dvs. EP-gummi (EDPM eller EPR) användas som råmaterial.

Ytterligare data om den 110 kV exempelledaren enligt uppfinningen: yttre diameter ca 39 mm, massa 1730 kg/km, brottlast 108 kN och belastningsförmàga 660 A. Förutom i växelspänningsledningar kan ledaren enligt uppfinningen lika väl användas vid likströms- kraftöverföring, i vilket fall de tre fasledarna er- sätts t.ex. med två ledare (spänning + jord).

Ledaren enligt uppfinningen är således belagd med ett isoleringsskikt som är mycket tunnare än i en normal kabelkonstruktion. Isoleringsskiktet är uttryck- ligen dimensionerat att bestå sammanstötning av fasle- darna inom ett spänn. Avsikten är således inte att iso- lera ledaren helt med hjälp av isoleringsskiktet utan läckströmmar av storleksgraden milliamper förekommer på det yttre skiktet, varför det är mycket farligt att med bara händerna röra vid t.ex en 110 kV ledare.

I test, där en spänning av 120 kV 'verkade mellan tvà ledare, stötte ledarna samman 540 000 gånger utan genomslag. Dessutom utfördes ett lutningstest på 17 dygn med samma ledare, i vilket test ledarna fick luta mot varandra utan genomslag. Ledarna enligt upp- finningen tillåts sålunda stöta mot varandra t.ex. un- der inverkan av kortslutningskrafter eller vinden. De erforderliga minimiavstånden mellan ledarna måste så- lunda beräknas pà andra för situationen relevanta grun- der än de kriterier som gäller för ett kortslut- ningsfall. Det har visat sig vara möjligt att minska avstånden mellan 110 kV fasledare från de nuförtiden 10 15 20 25 30 35 505 269 5 använda 2 m avstànden till ungefär hälften.

Det har i varje fall visat sig att belagda ledare enligt uppfinningen möjliggör en avsevärd reduk- tion av fasmellanrummen och avsmalning av lednings- gatorna. En följd av detta är att de elektriska och magnetiska fält som ledningen med belagda ledare alst- rar är små i jämförelse med konventionella ledningar.

LEDARE Em 0, 1 pT o, 2 pT Blank horisontal 1 33 23 Blank vertikal 0,68 33 21 Blank triangulär 0,45 25 16 Belagd triangulär 0,39 21 13 Belagd horisontal 0,33 16 10 Belagd vertikal 0,32 18 11 Belagd deltaform. 0,21 13 6 Bmx = relativt maximivärde för det magnetiska fältets flödestäthet 0,1 uT och 0,2 uT = flödestätheten minskar till denna nivå på det angivna avståndet från ledningens mittlinje TABELL l Tabell 1 visar kurvor som illustrerar en hög- spänd luftlednings magnetiska flödestätheter pà marken för olika ledartyper. I jämförelsen deltar en konven- tionell obelagd ledning med horisontal, triangulär och vertikal konfiguration med normala 2 m fasmellanrum och en belagd PAS-ledning enligt uppfinningen med horison- tal, vertikal, triangulär och deltakonfiguration med 1,15 m fasmellanrum. Utgàngsdatan för mätresultaten som visas i tabell 1 är följande: - U = 123 kV Belastningsström 100 A, P = 18 MW Belagd ledare: SAX 355, oo = 40 N/mmz Blank ledare: Duck, oo = 40 N/mmz Åskledning: Sustrong, oo = 60 N/mmz 505 269 10 l5 20 25 30 35 6 - Strömledarens temperatur +15 °C - Åskledarens temperatur +5 °C - Den understa strömledningens höjd över mar- ken 5,9 m vid +70 °C (tillåten minimihöjd) - Spänn ae = a = 200 m När det gäller det magnetiska fältet kan föl- jande observationer göras på basis av tabell l: - Då ledarna är anordnade horisontalt minskar flödestäthetens maximivärde hos en PAS-ledning till ca en tredjedel jämfört med en motsvarande icke-isolerad ledning. Flödestätheten zninskar till samma nivå med bakgrundsstrålningen (= 0,1 uT) på ett avstånd av 33 m respektive 16 m från ledningens mittlinje.

- Då ledarna är anordnade vertikalt minskar flödestäthetens maximivärde hos en PAS-ledning till ca hälften jämfört med en vanlig ledning. Flödestätheten minskar till samma nivå med bakgrundsstrålningen på ett avstånd av 33 m respektive 18 m från ledningens mitt- linje.

- Då ledarna är anordnade i triangelform skil- jer sig flödestäthetens maximivärde hos ledningen inte anmärkningsvärt från värdet för en vanlig ledning. Med PAS-ledare minskar dock flödestätheten till samma nivå med bakgrundsstrålningen på ett avstånd av 21 m från ledningens mittlinje, medan ett avstånd på 25 m behövs för en motsvarande obelagd ledning. Denna tämligen ringa skillnad beror på att andra faktorer än avstånden mellan ledarna, t.ex. det fria luftmellanrummet, be- stämmer ledarnas placering. De bägge ledarna har sålun- da ungefär lika konstruktion. Vid mätningarna framgick dock att den elektriska fältstyrkans toppvärde halvera- des då en PAS-ledning användes.

- Då en PAS-ledning är anordnad i deltaform uppnås den uppenbarligen bästa lösningen med tanke på de genererade fälten. Jämfört med en vanlig icke-isole- 10 505 269 7 rad horisontal stolpledning uppgår flödestäthetens maximala värde till endast ca en femtedel, och flödes- tätheten minskar till samma nivå med bakgrundsstràlnin- gen redan på ett avstånd av 13 meter från ledningen.

En ledare enligt uppfinningen kan tillverkas på kända sätt utan några större ändringar i t.ex isole- ringslinjer för t.ex. jordkablar. Genom tredubbel ex- trusionsteknik kan alla beläggningsskikt pà ledaren åstadkommas i ett och samma arbetssteg.

Det är uppenbart för fackmannen att de olika utföringsformerna av uppfinningen inte är begränsade till de ovan beskrivna exemplen utan de kan variera fritt inom ramen för patentkraven nedan.

Claims (5)

10 15 20 25 505 269 Patentkrav

1. l. Högspänningsledare för ca 60 kV och mera högspända luftledningar, k ä n n e t e c k n a d av att ledaren (3) är belagd med en isolering och skyddad mot genomslag på grund av kontakt med en annan ledare, (3) ledaren omslutande halvledande skikt varvid ledarens isoleringsbeläggning omfattar ett (4), ett ytterst liggande väderbeständigt ytisoleringsskikt (2) och ett egentligt isoleringsskikt (1) mellan dessa. k ä n n e - (XLPE)

2. Ledare enligt patentkrav l, t e c k n a d av att tvärbunden polyeten an- vänds som isolermaterial. k ä n n e - t e c k n a d av att EP-gummimaterial (EPDM eller EPR)

3. Ledare enligt patentkrav l, används som isolermaterial.

4. Ledare enligt patentkrav 1, k ä n n e - t e c k n a d ringsskiktet (2) har âstadkommits genom att ca 2 - 3 % av att det väderbeständiga ytisole- sot blandats i isolermaterialet.

5. Användning av en isoleringsbelagd och mot genomslag på grund av kontakt med en annan ledare skyd- dad ledare (3), vilken isoleringsbeläggning består av (4) och ett ytterst liggande väderbeständigt ytisoleringsskikt (2) ett ledaren omslutande halvledande skikt och ett egentligt isoleringsskikt (1) mellan dessa, i ca 60 kV och mera högspända växelströms- och likströms- luftledningar.