Jedną z najbardziej interesujących właściwości przewodów napowietrznych z miedzi stopowej jest ich wyższa temperatura maksymalna w porównaniu z przewodami aluminiowo-stalowymi ACSR.
Korzyści wynikające z wyższej temperatury maksymalnej
Maksymalna temperatura dla przewodów aluminiowo-stalowych ACSR pozwalająca uniknąć nadmiernego pełzania materiału przewodu wynosi około 80°C. Miedź posiada znacznie wyższą odporność na pełzanie w podwyższonej temperaturze i może być bezproblemowo podgrzewana do temperatury co najmniej 150°C. Oznacza to, że jeżeli przy znamionowym obciążeniu przewód nawet osiąga temperaturę 80°C to może on przewodzić sporadyczne krótkotrwałe prądy przetężeniowe bez obawy trwałych skutków. Przykładowo, przewód aluminiowo-stalowy ACSR Eagle i przewód miedziany CAC 185 mają taki sam prąd znamionowy 700 A w temperaturze 80°C. Jednakże, aby uniknąć przekroczenia temperatury przewód ACSR Eagle nie może być przeciążany, podczas gdy przewód CAC 185 może być obciążony prądem do 1115 A, który nagrzewa go do temperatury 150°C, co odpowiada przeciążeniu o ponad 60%.
Przeciążenia takie powinny być krótkotrwałe z powodu wyższych strat energii w porównaniu ze znamionowymi warunkami pracy, niemniej pomagają operatorom systemów przesyłowych reagować w sytuacjach awaryjnych. Na przykład:
- Spełnienie kryterium bezpieczeństwa N-1: System elektroenergetyczny powinien być zdolny do opanowania awarii pojedynczej linii lub elektrowni i niedopuszczenia do rozwinięcia się jej w awarię systemową. W takiej sytuacji pozostałe linie powinny przejąć moc przesyłaną linią, która uległa awarii lub inne elektrownie, położone dalej od miejsc poboru mocy, powinny zastąpić wyłączone moce wytwórcze. W obu przypadkach funkcjonujące linie przejmują dodatkowe moce w celu osiągnięcia nowego stanu równowagi. Aby uniknąć stanu, w którym niektóre linie zostają przeciążone i również zagrożone awarią, buduje się nowe linie w celu zapewnienia rezerwy zdolności przesyłowych. Buduje się także elektrownie szczytowe dla zapewnienia pokrycia lokalnego zapotrzebowania oraz instaluje się przesuwniki fazowe w celu skierowania przepływu mocy do linii posiadających rezerwę zdolności przesyłowej. Zastosowanie przewodów z miedzi stopowej pozwala uniknąć tego rodzaju inwestycji.
- Przesyłanie energii wytwarzanej przez farmy wiatrowe w krótkotrwałych szczytach: Jaka powinna być zdolność przesyłowa linii łączącej odległą farmę wiatrową z siecią? Farma wiatrowa generuje maksymalną moc tylko w ciągu bardzo krótkiego czasu w skali roku. Nasuwa się, zatem pytanie czy dostosowywanie znamionowej zdolności przesyłowej linii do maksymalnej mocy wytwarzanej przez farmę wiatrową jest ekonomicznie uzasadnione? Rozwiązaniem tego dylematu może być zastosowanie przewodów wykonanych z miedzi stopowej. Nawet, jeżeli przyjęta znamionowa zdolność przesyłowa linii będzie niższa to linia nadal będzie mogła sporadycznie przesyłać do sieci maksymalną wytwarzaną moc. To może być istotnym czynnikiem stanowiącym o ekonomicznej opłacalności farmy wiatrowej.
Czytaj: Praktyczne zastosowania materiałów przewodzących
Lepsze funkcjonowanie w ekstremalnych warunkach atmosferycznych
Międzynarodowa norma EN 50341-1:2001 przewiduje cztery kategorie ekstremalnych warunków atmosferycznych w jakich należy sprawdzać działanie linii napowietrznych:
- LC 1a – Ekstremalna prędkość wiatru w temperaturze projektowej (10°C),
- LC 1b – Wiatr w minimalnej temperaturze (-20°C),
- LC 2c – Niezrównoważone obciążenia od oblodzenia, różne obciążenia na przęsłach (-5°C),
- LC 3 – Kombinacja obciążenia od wiatru i od oblodzenia (-5°C)
We wszystkich tych czterech kategoriach przewody z miedzi stopowej mają przewagę nad przewodami stalowo aluminiowymi ACSR. Dzięki mniejszej średnicy obciążenie przewodu od wiatru jest mniejsze. Dzięki wyższej temperaturze wyżarzania miedzi przewody mogą być powlekane różnego rodzaju powłokami bez obawy pogorszenia mechanicznych właściwości materiału. Mogą być stosowane powłoki hydrofobowe, które znacznie zmniejszają ryzyko oblodzenia.
Cechy te powodują, że przewody z miedzi stopowej szczególnie nadają się stosowania w zimnym, wilgotnym i wietrznym klimacie.
Zmniejszenie strat ulotowych
Straty ulotowe w liniach wysokich napięć stanowią tylko nieznaczną część strat energii, ale zjawisko ulotu wiąże się z hałasem, który przez wiele osób jest postrzegany, jako irytujący. Straty ulotowe są szczególnie wysokie w środowiskach wilgotnych. Dzięki wysokiej temperaturze wyżarzania miedzi, na przewody z miedzi stopowej może być nakładana powłoka anty-ulotowa, która w prosty sposób zmniejsza straty, a samo zjawisko ulotu redukuje do granicy percepcji ludzkiego ucha. Może to być istotnym elementem akceptacji napowietrznych linii wysokiego napięcia w gęsto zaludnionych obszarach w wilgotnym klimacie.
Zobacz też: Konieczność dynamicznego rozwoju sieci kablowej – uwarunkowania techniczne i społeczne
Wnioski
Przewody z miedzi stopowej stanowią interesującą alternatywę dla stosowania przewodów stalowo aluminiowych w napowietrznych liniach wysokiego napięcia. Chociaż miedź jest metalem o większym ciężarze właściwym niż aluminium, przewody z miedzi stopowej nie wymagają wzmocnienia słupów linii napowietrznej. W istocie rzeczy większa wytrzymałość mechaniczna miedzi czyni stalowy rdzeń zbędnym, a mniejszy przekrój poprzeczny w połączeniu z powłoką hydrofobową skutkuje mniejszym obciążeniem od wiatru i obciążeniem od oblodzenia. Z tych powodów przewody miedziane szczególnie nadają się stosowania w zimnym i wietrznym klimacie.
Niższa rezystywność miedzi w połączeniu ze słabszym efektem naskórkowości skutkuje znacznie niższymi stratami energii w porównaniu z przewodami stalowo aluminiowymi ACSR. Straty energii stanowią istotną część kosztu cyklu życia, szczególnie w przypadku modernizacji linii, ale także nowych linii. W rezultacie, jeżeli nawet zastosowanie przewodu miedzianego wymaga większego nakładu inwestycyjnego (w przybliżeniu o 70%) to w wielu przypadkach koszt cyklu życia jest niższy niż dla przewodów ACSR.
Jedną z najbardziej interesujących właściwości przewodów napowietrznych wykonanych z miedzi stopowej jest ich wyższa temperatura maksymalna w porównaniu z przewodami aluminiowo-stalowymi ACSR. Daje to możliwość przeciążania przewodu, o co najmniej 60% bez ryzyka pogorszenia jego właściwości mechanicznych. Przeciążenie takie powinno być krótkotrwałe ze względu na znacznie większe straty energii w porównaniu do znamionowych warunków pracy, ale umożliwi operatorowi systemu przesyłowego spełnienie kryterium bezpieczeństwa N-1 w krótkich okresach bardzo wysokiej produkcji energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych.
Polecamy: Stacje wysokich napięć
