Dlaczego linie napowietrzne są luźne na słupach energetycznych i wieżach przesyłowych?

Możesz zauważyć, że linie przesyłowe wiszące na słupach elektrycznych są luźne. Być może zastanawiałeś się, dlaczego linie te nie są mocno przytwierdzone do słupów?

Dowiedzmy się, dlaczego linie energetyczne są luźne na słupach elektrycznych oraz dlaczego ugięcie (sag) jest konieczne w liniach rozdzielczych i przesyłowych. Zanim jednak przejdziemy do tego tematu, przyjrzyjmy się kilku ważnym wskazówkom, które pomogą nam lepiej zrozumieć omawianą kwestię.

Przenoszenie mocy

Moc to szybkość, z jaką wykonywana jest praca. Praca jest wykonywana, gdy energia elektryczna pokonuje pewną odległość. Z tego wynika, że moc to ilość energii dostarczanej w jednostce czasu. Prąd elektryczny można przesyłać na duże odległości za pośrednictwem linii elektroenergetycznych, które stanowią medium przesyłające tę energię.

Moc czynną mierzy się zwykle w watach. Przy przesyłaniu mocy preferuje się przesyłanie przy wysokim napięciu, aby oszczędzić energię. Prąd elektryczny generuje ciepło, co może być szkodliwe, ponieważ powoduje zużycie i awarie linii elektrycznych. Aby zachować przesyłaną moc, należy przesyłać mniejsze ilości prądu elektrycznego – który generuje ciepło i przyczynia się do zużycia linii – oraz większe ilości napięcia. Takie podejście określa się mianem przesyłania mocy przy wysokim napięciu.

Przewodzenie i sprzężenie

Podczas przesyłu energii elektrycznej część mocy ulega utracie do otoczenia, ponieważ linie przesyłowe nie są izolowane. Zgodnie z prawem Ohma opór (R) jest wprost proporcjonalny do długości przewodnika (L), co oznacza, że wraz ze wzrostem długości przewodnika jego opór również rośnie. Powietrze nie jest dobrym przewodnikiem, dlatego nie może skutecznie odprowadzać ciepła generowanego przez linie elektryczne.

Dlatego też linie elektryczne są projektowane tak, aby miały większy średnicę, co zmniejsza ich opór przepływowi prądu elektrycznego. Opór (R) jest odwrotnie proporcjonalny do przekroju przewodnika, więc im większa średnica przewodnika, tym mniejszy opór i odwrotnie.

Przewody i kable elektryczne

Kable i przewody elektryczne są przewodnikami, najczęściej wykonanymi z miedzianych drutów, przez które przepływa prąd elektryczny. Jednak te przewody nie składają się wyłącznie z miedzi. Aby nadać im właściwości mechaniczne, przewodniki są stopowane z innym pierwiastkiem. Przewodność przewodnika nie ulega zmianie w wyniku dodania tego innego pierwiastka. Zamiast tego inny pierwiastek poprawia właściwości mechaniczne miedzi, nie wpływając przy tym na jej przewodność.

Prawo Joule’a dotyczące ogrzewania elektrycznego

Nie istnieje taki coś jak metal czysty. Stopień czystości dowolnego metalu nigdy nie wynosi 100%, a w związku z tym posiadają one opór wewnętrzny. Energia zużyta lub ciepło wydzielone podczas przepływu prądu przez przewodnik oblicza się za pomocą prawa Joule’a dotyczącego ogrzewania elektrycznego w następujący sposób:

• P = VI·t
• P = I ²R·t.

Inne postacie prawa Joule’a

• P = I²·R·t
• P = VI·t … (R = V/I)
• P = W·t … (P = W = VI)
• P = V²t/R …. (I = V/R) z wykorzystaniem prawa Ohma

Jak wynika z powyższego równania, ciepło (P) generowane przez poruszające się elektrony jest proporcjonalne do R, t oraz I². Gdy prąd elektryczny przepływa przez przewodnik, rozprasza on energię elektryczną w otaczające środowisko w postaci ciepła podczas pokonywania oporu, który działa jako bariera dla dryfujących elektronów.

Wpływ pogody i temperatury na linie elektryczne

Opór przewodnika wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Dzieje się tak dlatego, że w miarę podnoszenia się temperatury przewodnika elektrony w jego wnętrzu uzyskują więcej energii i poruszają się chaotycznie, co prowadzi do zderzeń z innymi atomami i ostatecznie do generowania ciepła.

Nadmiarowe ciepło wydzielane przez przewodnik może potencjalnie spowodować jego stopienie. W upalną pogodę przewody stają się luźniejsze wskutek rozszerzania się przewodnika, natomiast w zimną pogodę przewody kurczą się.

Napięcie w liniach

Napięcie to siła występująca w linie, gdy działa na nią dwie siły skierowane przeciwnie. Dlatego przewód zawieszony na słupie znajduje się pod napięciem i doznałby jeszcze większego napięcia, gdyby przewody były naprężone, co mogłoby spowodować ich łatwe przecięcie przy nawet niewielkim kurczeniu się lub rozszerzaniu.

Dlaczego w liniach rozdzielczych i przesyłowych wymagane jest zwisanie?

Zwis w liniach przesyłowych odnosi się do pionowego obniżenia się lub krzywizny kabli między konstrukcjami nośnymi (słupami lub wieżami) spowodowanego działaniem siły grawitacji. Powstaje on naturalnie w wyniku masy przewodu oraz panującego w nim napięcia.

Podczas przesyłu i rozdziału energii elektrycznej przez długie przewody wydziela się ciepło. Wytworzenie ciepła przez przewodnik ogranicza się poprzez przesyłanie prądu przy wysokim napięciu. Warunki pogodowe oraz temperatura wewnętrzna przewodu sprawiają, że linie przewodów należy pozostawić częściowo luźne.

Jeśli linie zasilające byłyby napięte, a pogoda stała się zimna, mogłoby to spowodować skurcz linii przesyłowych, co z kolei zwiększyłoby naprężenie w tych liniach i potencjalnie doprowadziło do uszkodzeń. Dlatego przewody pozostawia się celowo luźne, aby nawet w przypadku skurczu nie występowało nadmierne naprężenie, które mogłoby spowodować uszkodzenie przewodów i kabli.

Sag (przepięcie) jest obowiązkowy w przewodach linii przesyłowych, aby zapobiec przegrzewaniu się oraz zmniejszyć naprężenie. Zapewnia bezpieczeństwo, niezawodność i długotrwałość systemu przesyłu energii elektrycznej. Odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu prawidłowego funkcjonowania systemu oraz w zapobieganiu wypadkom i uszkodzeniom.