CZ272795A3

CZ272795A3 - HIGH-VOLTAGE CONDUCTOR FOR OVERHEAD LINE AND FOR VOLTAGE 60 kV AND HIGHER

Info

Publication number: CZ272795A3
Application number: CZ952727A
Authority: CZ
Inventors: Antero Hinkkuri; Keijo Matikainen
Original assignee: Nokia Kaapeli Oy
Priority date: 1993-04-27
Filing date: 1994-04-26
Publication date: 1996-02-14
Also published as: FI95632B; FI931897A; NO319576B1; SE505269C2; SE9503734D0; SE9503734L; NO954289D0; PL177367B1; HUT73303A; CZ286129B6; PL311473A1; AU6539894A; RU2137234C1; FI931897A0; HU9502999D0; WO1994025968A1; NO954289L; FI95632C; HU215306B

Description

Vysokonapěťový vodič pro nadzemní vedení/a-pro napětí kV— a vyšší ' - ~

Oblast techniky

Vynález se týká vysokonapěťového vodiče pro nadzemní vedení a pro napětí okolo 60 kV a vyšší.

Dosavadní stav techniky

Vysokonapěťové vedení, které se doposud používá, a u kterého napětí na fázovém vodiči přesahuje 20 kV, má holé nechráněné vodiče. Musí se proto umísťovat na stožárech tak, aby se zabezpečil dosti velký prostor mezi vodiči, a zamezila se tak možnost jejich vzájemného dotyku.

Na druhé straně existuje vedení PAS, u kterého se používají nadzemní vodiče opatřené jednoduchým ochranným pláštěm z plastické hmoty, u kterého se používá napětí v rozmezí okolo 20kV, a které nahrazuje vedení s holými vodiči. U těchto vodičů je izolace vyrobena z polyetylénu s křížovou vazbou XLPE (PEX). Izolace je dimenzována tak, aby vydržela nárazy napětí, které mohou vzniknout při vzájemném dotyku vodičů, ale nedokáže zcela izolovat vodiče v kabelu. Vodič PAS je alternativou mnohem nákladnějšího podzemního kabelu.

Izolace ani ochranný plášť se nepoužívá u vodičů určených pro napětí převyšující 60 kV, a zvláště ne pro napětí 110 kV a vyšší, jelikož dosud známé izolační vrstvy používané u nadzemních vodičů by musely být značně tlusté, aby zajistily dostatečnou izolaci. Z tohoto důvodu jsou stožárové konstrukce, izolátory, izolace a úchyty vodičů konstruovány zvláště pro holé vodiče.

Během posledních deseti let se věnuje pozornost elektrickým a magnetickým polím, které jsou generovány elektrickým vedením, a které mohou mít vliv na zdraví těch lidí, kteří bydlí poblíž tohoto vedení. Limity pro elektrické a magnetické pole již byly stanoveny v některých státech USA a v Itálii.

Elektrické a magnetické pole se může ovlivnit vzájemným umístěním vodičů v příčné rovině. Umístění vodičů co nejblíže k sobě, například na vrcholu rovnostranného trojúhelníku, poskytuje minimální pole. Rovněž tak vodiče umístěné těsně u sebe vyžadují užší přenosové cesty vodičů, což by mělo přinést úspory v nárocích na zastavěné území. Minimální požadované vzdálenosti u holých vysokonapěťových vodičů, které by měly zabránit vzniku zkratových obvodů, přeskoků blesků a efektu sršení, prakticky znemožňují snížit magnetické a elektrické pole v přenosové cestě vodičů a v nejbližším okolí.

Podstata vynálezu

Cílem tohoto vynálezu je poskytnout vysokonapěťový vodič pro nadzemní vedeni, který by byl vhodný pro úzkou přenosovou cestu, a který by generoval menší elektrické a magnetické pole. Aby se tohoto cíle dosáhlo, je vysokonapěťový volič potažen izolací, a je chráněný proti přeskoku jisker, který může být vyvolán stykem s jiným vodičem, přičemž izolační plášť vodiče obsahuje polovodivou vrstvu, která ho obklopuje, vnější izolační vrstvu a skutečnou izolační vrstvu mezi nimi.

Vhodným výběrem izolační vrstvy vodiče podle tohoto vynálezu a investováním značného množství práce na testování pro zjištění bezpečnosti a odolnosti vodičů, lze dospět k tenkému vysokonapěťovému vodiči, který se dá vyrobit i hospodárně. Takový volič řeší většinu problému spojených s elektrickým vedením obvyklé konstrukce. Použitím vodiče podle tohoto vynálezu, se může přenosová cesta zmenšit ze současné šířky 15 m zhruba na polovinu (svislé vystavení), při napětí okolo 110 kV, kdy magnetické pole má mnohem menší hodnotu než jakou vykazuje dosud používaný vodič.

Jiná výhodná provedení tohoto vynálezu jsou uvedena v následujících nárocích.

Tento vynález bude podrobněji popsán s odkazem na přiložený výkres vodiče.

Přehled obrázků na výkrese

Na obr.l je znázorněn vzorek vodiče pro napětí 110 kV.

Příklady provedeni vynálezu

Vodič na obr.l určený pro napětí 110 kV zahrnuje kruhový vodič ze slitiny hliníku s prameny drátů 3., který má průměr okolo 20mm. Vstupu vody mezi vrstvy je zabráněno například tukem, nebo hydroexpanzivním práškem. Ochranná vrstva vodiče 4 je zhotovena z polovodičového umělohmotového nebo pryžového materiálu. Polovodivosti lze běžně dosáhnout napuštěním izolačního materiálu s křížovou vazbou sazemi o koncentraci 30-40% (jsou-li použity izolační saze, dosáhne se polovodivosti přidáním jen asi 10% sazí). U vodiče pro napětí 110 kV s ochrannou vrstvou, je tato vrstva silná okolo 1-2 mm. Cílem této vrstvy je neutralizovat napěťové špičky na nerovném povrchu vodiče slanovaného z kovových drátů, a zabránit tím vytváření míst s výboji.

Skutečná izolační vrstva 1 obklopující polovodivou vrstvu 4, je zhotovena z vysoce čistého plastického materiálu XLPE o tloušťce okolo 5mm pro napětí 110 V. Vysoká čistota je nutná pro minimalizaci rizika přeskoku jisker přes izolační materiál při vysokém napětí. Používá se nejvíce polyetylén s křížovou vazbou vzhledem k jeho vysoké hodnotě čistoty, vysoké odolnosti vůči teplu, pevnosti a dobrým izolačním vlastnostem. Vnější vrstva je izolační vrstva o tloušťce asi l,5mm nasycená sazemi, aby se dosáhlo odolnosti proti vodě. Obsah sazí je přibližně 2-3%, což zajišťuje dostatečné ochranné vlastnosti například proti UV záření, které nepřispívá k vysoké vodivosti povrchové vrstvy vodiče.

Jako surovina se dá použít namísto polyetylénu s křížovou vazbou (XLPE,PEX) rovněž guma z ethylénpropylénu, EP guma (EDPM nebo EPR). Další údaje o vzorovém vodiči pro napětí 110 kV : vnější průměr okolo 39mm, hmotnost 1730 kg/km, mezní zatížení 108 kN proudové zatížení 660 A. Kromě vedení určeného pro i

střídavý proud se může vodič podle tohoto vynálezu použít i pro stejnosměrný proud, kdy tři fázové vodiče jsou nahrazeny dvěma vodiči (proud + země).

Vodič podle tohoto vynálezu je tak chráněn izolační-vrstvou, která je mnohem tenčí než je tomu u běžného vodiče. Izolační vrstva je dimenzována tak, aby zamezila průrazům mezi fázovými vodiči v rámci rozpětí. Jelikož nebyl učiněn žádný pokus o úplnou izolaci vodiče pomocí izolační vrstvy, kromě svodového proudu existujícího na vnější vrstvě s hodnotou v miliampérech, je velmi nebezpečné dotýkat se vodiče s napětím 110 kV holou rukou.

V průběhu testu, při kterém bylo mezi vodiči napětí 120 kV, byly vodiče k sobě přiraženy 540 000 krát, aniž došlo k průrazu jiskrou. Kromě toho proběhl po dobu 17 dnů test, při kterém se vodiče o sebe opíraly, aniž došlo k průrazu jiskrou. Vodiče podle tohoto vynálezu mohou do sebe narazit v důsledku sil vzniklých při zkratu, nebo vlivem silného větru. Nutná vzdálenost mezi vodiči se musí spočítat na jiném základě, který se dá aplikovat na danou situaci, než je případ zkratu obvodu. Bylo prokázáno, že je možné zmenšit vzdálenost mezi fázovými vodiči při napětí 110 kV ze dvou metrů (jak tomu bylo dosud) až na polovinu.

Prokázalo se, že chráněné vodiče umožňuje zmenšit podstatně vzdálenost při rozmístění vodičů a zkrátit přenosovou cestu. Výsledkem je zmenšení elektrického a magnetického pole generovaného vedením s chráněnými vodiči, při porovnání s dosavadním konvenčním vedením.

VODIČ	TABULKA 1
B max	0.1 λΤ	0.2
Holý vodorovný	1	33	23
Holý svislý	0.68	33	21
Holý trojúhel.	0.45	25	16
Chráněný trojúh.	0.39	21	13
Chráněný vodorov.	0.33	16	10
Chráněný svislý	0.32	18	11

i

Chráněný delta 0.21 13 6

B_mai£ = vzájemná maximální hodnota hustoty toku magnetického pole 0.1 Ta 0.2 T - snížení hustoty toku na tuto úroveň, zjištěné ve vzdálenosti od středu vedení.

i

V tabulce 1 jsou znázorněny křivky hustoty magnetického toku u vysokonapěťového nadzemního vedení pro různé typy vodičů. Porovnávají se hodnoty mezi vodiči včetně obvyklých neizolovaných vodičů s konfigurací horizontální, trojúhelníkovou a svislou a se standardním fázovým rozmístěním 2 m, a mezi chráněným vedením PAS vzhledem k tomuto vynálezu s vodorovnou, svislou, trojúhelníkovou a delta konfigurací s fázovým rozmístěním 1,15 m.

Základní údaje pro měřené výsledky uvedené v tabulce 1 jsou následující:

- U = 123 kv

- proudová zátěž 100A, P = 18 MW chráněný vodič: SAX 355, = 40 N/mm² holý vodič : Duck, = 40 N/mm²

- bleskosvod : Sustrong, = 60 N/mm²teplota běžného vodiče + 15°C

- teplota bleskosvodu + 5°C

- vzdálenost (světlost) nejnižšího vodiče od země 5,9 m při 70°C (povolená nejmenší výška)

- rozpětí a = a = 200 m

Z hlediska magnetického pole lze na základě tabulky 1 učinit následující pozorování:

- je-li vystavení vodičů vodorovné, klesá maximální hodnota » hustoty toku ve vedeních PAS na jednu třetinu v porovnání s odpovídajícím neizolovaným vedením. Hustota toku klesá na ’ úroveň vyzařování pozadí (Ο,Ι^Τ) při světlostí 33 m resp. 16 m, měřeno od středu vedení.

- je-li vystavení vodičů svislé, klesá maximální hodnota hustoty toku ve vedení PAS zhruba na jednu polovinu v porovnání s obvyklým vedením. Hustota toku klesá na úroveň vyzařování pozadí při světlosti 33 m resp. 18 m, měřeno od středu vedení.

- při trojúhelníkovém vystavení vodičů, maximální hodnota hustoty toku v lince se podstatně neliší od hodnoty obvyklé linky. Hustota toku klesá u vodičů PAS na úroveň vyzařování pozadí při světlosti 21 m, měřeno od středu vedení, zatímco u odpovídajícího neizolovaného vedení je potřebná světlost 25 m. Tento spíše malý rozdíl lze přičíst faktu, že jiné faktory než prostorové rozmístění vodičů, například volná světlost, určuje umístění vodičů. Tím je dáno, že konstrukce u obou vodičů je zhruba stejná. U vedení PAS byla měřením zjištěna poloviční špičková hodnota síly elektrického pole.

- vystavení vedení PAS ve tvaru delta (rovnostranný trojúhelník), je z hlediska generování polí nejlepším řešením. Při srovnání s neizolovaným vedením ve tvaru vodorovné věže, je maximální hodnota hustoty toku asi jedna pětina, přičemž hustota toku klesá na úroveň vyzařování okolí již ve vzdálenosti 13 m od vedení.

Vodič podle tohoto vynálezu může být vyroben známými metodami bez jakýchkoliv významnějších změn například u izolovaných vedení pro podzemní kabely. Pomocí techniky trojího protlačování se mohou všechny vrstvy pláště vyrobit v jednom kroku.

Odborníkům v oboru je zřejmé, že různá provedení tohoto vynálezu nejsoun omezena jen na vzorky které byly uvedeny, ale mohou se měnit v rámci uvedených nároků.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Vysokonapěťový vodič pro nadzemní vedení a pro napětí 60 kV a vyšší, vyznačující se tím, že vodič /3/ je pokryt izolací a chráněn proti přeskoku jisker, které mohou vzniknout při dotyku s jiným vodičem, kde izolační plášť vodiče /3/ sestává z polovodivé vrstvy /4/, která obklopuje vodič, z povrchu vnější izolační vrstvy /2/ odolného proti vlivu počasí, a ze skutečné izolační vrstvy /1/, ležící mezi nimi.
2. Vodič podle nároku 1,vyznačující se tím, že polyetylén s křížovou vazbou (XLPE) je použit jako izolační materiál.
3. Vodič podle nároku 1,vyznačující se tím, že pryžový materiál EP (EPDM nebo EPR) je použit jako izolační materiál.
4. Vodič podle nároku 1,vyznačující se tím, že povrchová izolační vrstva /2/ odolná proti vlivu počasí je vyrobena přimíšením 2-3% černých sazí do izolačního materiálu.
5. Použití vodiče /3/ s izolačním chráněného proti přeskoku jiskry při dotyku s jiným vodičem, kde zmíněný izolační plášť obsahuje polovodivou vrstvu /4/, povrchovou vnější izolační vrstvu /2/ odolnou proti vlivům počasí a skutečnou izolační vrstvu /1/ nacházející se mezi nimi, v nadzemním vedení se střídavým a stejnosměrným proudem pro napětí přibližně 60 kV a vyšší.