Varför är högspänningsledningar lösa på elstolpar och transmissionsmaster?

Du kanske har lagt märke till att de högspänningsledningar som hänger på elstolpar är lösa. Du har kanske undrat: Varför är ledningarna inte fastsatta hårt vid stolparna?

Låt oss ta reda på varför högspänningsledningarna är lösa på elstolpar och varför en viss slak (sag) krävs i distributions- och transmissionsledningar. Men innan vi går in på detta ska vi titta på några viktiga tips som hjälper oss att förstå bättre.

Kraftöverföring

Ström är den hastighet med vilken arbete utförs. Arbete utförs när elektrisk energi täcker en sträcka. Från detta kan vi dra slutsatsen att effekt är mängden energi som levereras per tidsenhet. El kan transporteras över långa avstånd via elkabel, som fungerar som medium för transporten.

Aktiv effekt mäts vanligtvis i watt. Vid effektoverföring föredras högspänningsöverföring för att spara energi. Elektrisk ström genererar värme, vilket kan vara skadligt eftersom det orsakar slitage och fel på elkablarna. För att bevara den överförda effekten bör den elektriska strömmen, som genererar värme och bidrar till slitage på ledningarna, transporteras i mindre mängder, medan spänningen transporteras i större mängder. Detta tillvägagångssätt kallas högspänningskraftöverföring.

Ledning och koppling

Under kraftöverföring går en del elektrisk effekt förlorad till vår omgivning eftersom transmissionsledningarna inte är isolerade. Enligt Ohms lag varierar motståndet (R) direkt med ledarens längd (L), vilket innebär att när ledarens längd ökar, ökar också dess motstånd. Luft är inte en bra ledare, så den kan inte effektivt avleda värmen som genereras av elkablerna.

Därför är elkablerna konstruerade med större diameter, vilket i sin tur minskar deras motstånd mot elektrisk ström. Motståndet (R) varierar omvänt med tvärsnittsarean hos ledaren, så ju större diametern på ledaren är, desto lägre är motståndet – och vice versa.

Elkablar och -ledningar

Elkablar och elledningar är ledare, oftast tillverkade av koppartrådar, genom vilka el strömmar. Dessa ledare består dock inte enbart av koppar. För att ge dem mekaniska egenskaper legeras ledarna med ett annat grundämne. Ledarens elektriska ledningsförmåga påverkas inte av tillsatsen av detta andra grundämne. Istället förbättrar det andra grundämnet kopparens mekaniska egenskaper utan att påverka dess ledningsförmåga.

Joules lag om elektrisk uppvärmning

Det finns inga rena metaller. Renheten hos någon metall når aldrig 100 %, och därför har alla metaller en inre resistans. Den energi som förbrukas eller den värme som genereras när ström flyter genom en ledare beräknas med hjälp av Joules lag om elektrisk uppvärmning enligt följande:

• P = VI·t
• P = I ²R·t.

Andra former av Joules lag

• P = I²·R·t
• P = VI·t … (R = V/I)
• P = W·t … (P = W = VI)
• P = V²t/R …. (I = V/R) med användning av Ohms lag

Som framgår av ekvationen ovan är värmen (P) som genereras av de rörliga elektronerna proportionell mot R, t och I². När en elektrisk ström flödar genom en ledare omvandlas den elektriska energin till värme i omgivningen när den övervinner ledarens motstånd, vilket utgör ett hinder för de driftna elektronerna.

Påverkan av väder och temperatur på elkablar

En ledares resistans ökar med stigande temperatur. Detta sker eftersom elektronerna i ledaren får mer energi och rör sig mer slumpmässigt när temperaturen stiger, vilket leder till kollisioner med andra atomer och därmed till värmeutveckling.

Överdriven värme från ledaren kan potentiellt orsaka att den smälter. Vid varmt väder tenderar kablarna att bli slappare eftersom ledaren expanderar, medan de vid kallt väder drar ihop sig.

Spänning i kablar

Spänning är en kraft som uppstår i ett rep när det utsätts för två krafter i motsatta riktningar. Därför befinner sig en ledning som hänger mellan två stolpar under spänning och skulle utsättas för ännu större spänning om ledningarna spändes, vilket kan leda till att ledningarna lätt skärs av vid liten kontraktion eller expansion.

Varför krävs slakthäng (sag) i distributions- och transmissionsledningar?

Slakthäng (sag) i transmissionsledningar avser den nedåtriktade nedböjningen eller krökningen hos kablar mellan stödstrukturer (stolpar eller torn) på grund av gravitationens inverkan. Den uppstår naturligt som en följd av ledningens vikt och spänning.

Vid överföring och distribution av el genom långa ledningar avges värme. Värmeutvecklingen i ledaren minimeras genom högspänningsöverföring. Väderförhållanden och ledningens inre temperatur gör det nödvändigt att lämna ledningarna något lösa.

Om kraftledningarna spändes åt och vädret blev kallt, kunde det leda till att ledningarna drar ihop sig, vilket i sin tur skapar större spänning i ledningarna och potentiellt orsakar skador. Därför lämnas ledningarna avsiktligt lösa så att även om en sammandragning sker uppstår ingen överdriven spänning som kan leda till skador på ledningar och kablar.

Sag är obligatoriskt för ledare i kraftöverföringsledningar för att förhindra överhettning och minska spänningen. Det säkerställer säkerheten, tillförlitligheten och livslängden för elöverföringssystemet. Det spelar en avgörande roll för att bibehålla systemets korrekta funktion samt förhindra olyckor och skador.