EN
Ίσως έχετε παρατηρήσει ότι οι αγωγοί μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας που κρέμονται στους ηλεκτρικούς πυλώνες είναι χαλαροί. Ίσως να σας έχει προβληματίσει η ερώτηση: Γιατί δεν είναι στερεωμένοι σφιχτά στους πυλώνες;
Ας ανακαλύψουμε γιατί οι ηλεκτρικοί αγωγοί είναι χαλαροί στους ηλεκτρικούς πυλώνες και γιατί απαιτείται η καμπύλωση (sag) στους αγωγούς διανομής και μεταφοράς. Πριν όμως εισελθουμε σε αυτό το θέμα, ας ρίξουμε μια ματιά σε ορισμένες σημαντικές συμβουλές που θα μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε καλύτερα το θέμα.
Μετάδοση ισχύος
Δύναμη είναι ο ρυθμός με τον οποίο εκτελείται το έργο. Το έργο εκτελείται όταν η ηλεκτρική ενέργεια καλύπτει μια απόσταση. Από αυτό μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η ισχύς είναι η ποσότητα ενέργειας που παραδίδεται ανά μονάδα χρόνου. Το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να μεταφερθεί σε μεγάλες αποστάσεις μέσω γραμμών μεταφοράς, οι οποίες αποτελούν το μέσο μεταφοράς του.
Η ενεργός ισχύς μετράται συνήθως σε βάτ (watts). Κατά τη μεταφορά ισχύος, προτιμάται η μεταφορά υψηλής τάσης για εξοικονόμηση ενέργειας. Το ηλεκτρικό ρεύμα παράγει θερμότητα, η οποία μπορεί να είναι επιζήμια, καθώς προκαλεί φθορά και αποτυχία των ηλεκτρικών γραμμών. Για να διατηρηθεί η μεταφερόμενη ισχύς, το ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο παράγει θερμότητα και συμβάλλει στη φθορά των γραμμών, πρέπει να μεταφέρεται σε μικρότερες ποσότητες, ενώ η τάση πρέπει να μεταφέρεται σε μεγαλύτερες ποσότητες. Αυτή η προσέγγιση είναι γνωστή ως μεταφορά ισχύος υψηλής τάσης.
Αγωγιμότητα και Σύνδεση
Κατά τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας, κάποια ποσότητα ηλεκτρικής ισχύος χάνεται στο περιβάλλον μας, καθώς οι γραμμές μεταφοράς δεν είναι μονωμένες. Σύμφωνα με το νόμο του Ohm, η αντίσταση (R) μεταβάλλεται ανάλογα με το μήκος του αγωγού (L), πράγμα που σημαίνει ότι καθώς αυξάνεται το μήκος του αγωγού, αυξάνεται επίσης και η αντίστασή του. Ο αέρας δεν είναι καλός αγωγός, συνεπώς δεν μπορεί να αποδιαχειριστεί αποτελεσματικά τη θερμότητα που παράγεται από τις ηλεκτρικές γραμμές.
Γι’ αυτόν τον λόγο, οι ηλεκτρικές γραμμές σχεδιάζονται με μεγαλύτερες διαμέτρους, γεγονός που μειώνει την αντίστασή τους στη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος. Η αντίσταση (R) μεταβάλλεται αντιστρόφως με την επιφάνεια διατομής του αγωγού, επομένως όσο μεγαλύτερη είναι η διάμετρος του αγωγού, τόσο μικρότερη είναι η αντίστασή του, και αντίστροφα.
Ηλεκτρικά καλώδια και καλωδιώσεις
Οι ηλεκτρικοί καλώδιοι και αγωγοί είναι υλικά που διανέμουν το ηλεκτρικό ρεύμα, συνήθως κατασκευασμένα από σύρμα χαλκού. Ωστόσο, αυτά τα σύρματα δεν αποτελούνται αποκλειστικά από χαλκό. Για να προσδοθούν μηχανικές ιδιότητες, οι αγωγοί συνδυάζονται με ένα άλλο στοιχείο. Η αγωγιμότητα του αγωγού δεν επηρεάζεται από την προσθήκη αυτού του άλλου στοιχείου. Αντιθέτως, το άλλο στοιχείο βελτιώνει τις μηχανικές ιδιότητες του χαλκού χωρίς να επηρεάζει την αγωγιμότητά του.
Νόμος του Joule για την ηλεκτρική θέρμανση
Δεν υπάρχει καθαρό μέταλλο. Ο βαθμός καθαρότητας οποιουδήποτε μετάλλου δεν είναι ποτέ 100 %, και ως αποτέλεσμα, τα μέταλλα αυτά παρουσιάζουν εσωτερική αντίσταση. Η ενέργεια που καταναλώνεται ή η θερμότητα που παράγεται όταν το ρεύμα διέρχεται από τον αγωγό υπολογίζεται με βάση τον νόμο του Joule για την ηλεκτρική θέρμανση ως εξής:
- P = VI·t
- P = I 2Rt.
Άλλες μορφές του νόμου του Joule
- P = I²Rt
- P = VI·t … (R = V/I)
- P = W·t … (P = W = VI)
- P = V²t/R …. (I = V/R) χρησιμοποιώντας τον νόμο του Ohm
Όπως φαίνεται από την παραπάνω εξίσωση, η θερμότητα (P) που παράγεται από τα κινούμενα ηλεκτρόνια είναι ανάλογη της R, του t και του I². Όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από έναν αγωγό, διασπά το ηλεκτρικό ρεύμα στο περιβάλλον με τη μορφή θερμότητας κατά την υπέρβαση της αντίστασης, η οποία λειτουργεί ως εμπόδιο για τα πλανώμενα ηλεκτρόνια.
Επίδραση του καιρού και της θερμοκρασίας στις ηλεκτρικές γραμμές
Η αντίσταση ενός αγωγού αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτό συμβαίνει επειδή, καθώς η θερμοκρασία του αγωγού αυξάνεται, τα ηλεκτρόνια εντός του αγωγού αποκτούν περισσότερη ενέργεια και κινούνται τυχαία, προκαλώντας συγκρούσεις με άλλα άτομα, γεγονός που οδηγεί τελικά στην παραγωγή θερμότητας.
Η υπερβολική θερμότητα που παράγεται από τον αγωγό μπορεί δυνητικά να προκαλέσει την τήξη του. Σε ζεστό καιρό, οι καλωδιώσεις τείνουν να χαλαρώνουν καθώς ο αγωγός διαστέλλεται, ενώ σε κρύο καιρό οι καλωδιώσεις συστέλλονται.
Τάση στις γραμμές
Η τάση είναι μια δύναμη που υπάρχει σε ένα σχοινί όταν αυτό βρίσκεται υπό την επίδραση δύο δυνάμεων που ασκούνται προς αντίθετες κατευθύνσεις. Ως εκ τούτου, ένα σύρμα που κρέμεται από έναν πόλο βρίσκεται υπό τάση και θα υφίστατο ακόμη μεγαλύτερη τάση εάν τα σύρματα τεντώνονταν, γεγονός που θα μπορούσε να οδηγήσει στο κόψιμό τους εύκολα κατά την ελάχιστη συστολή ή διαστολή τους.
Γιατί απαιτείται η καμπύλωση (sag) στις γραμμές διανομής και μεταφοράς;
Η καμπύλωση (sag) στις γραμμές μεταφοράς αναφέρεται στην κατακόρυφη καμπύλωση ή κάμψη των καλωδίων μεταξύ των στηρικτικών δομών (πόλων ή πύργων), λόγω της επίδρασης της βαρύτητας. Πρόκειται για φυσικό αποτέλεσμα του βάρους και της τάσης του σύρματος.
Κατά τη μεταφορά και διανομή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω μακρών συρμάτων, αποδίδεται θερμότητα. Η θερμότητα που παράγεται στον αγωγό ελαχιστοποιείται μέσω μεταφοράς υψηλής τάσης. Οι καιρικές συνθήκες και η εσωτερική θερμοκρασία του σύρματος καθιστούν αναγκαίο να αφήνονται οι γραμμές σχετικά χαλαρές.
Εάν οι γραμμές μεταφοράς είχαν σφιχτεί και ο καιρός είχε γίνει κρύος, αυτό θα μπορούσε να προκαλέσει τη συστολή των γραμμών μεταφοράς, δημιουργώντας έτσι μεγαλύτερη τάση σε αυτές, με αποτέλεσμα πιθανή ζημιά. Για τον λόγο αυτό, οι αγωγοί αφήνονται εσκεμμένα χαλαροί, ώστε ακόμη και σε περίπτωση συστολής να μην προκύψει υπερβολική τάση που θα μπορούσε να οδηγήσει σε ζημιά των αγωγών και των καλωδίων.
Η καμπύλωση (sag) είναι υποχρεωτική στους αγωγούς των γραμμών μεταφοράς για να αποτραπεί η υπερθέρμανση και να μειωθεί η τάση. Διασφαλίζει την ασφάλεια, την αξιοπιστία και τη διάρκεια ζωής του συστήματος ηλεκτρικής μεταφοράς. Διαδραματίζει καίριο ρόλο στη διατήρηση της σωστής λειτουργίας του συστήματος και στην πρόληψη ατυχημάτων και ζημιών.