Jít na vyhledávání

Nadzemní vedení VVN, VN a NN

Výklad

Přenosové a distribuční linky tvoří z větší části nadzemní vedení nesené ocelovými stožáry (Zdroj: © travelview / stock.adobe.com)

Přenosové a distribuční linky tvoří z větší části nadzemní vedení nesené ocelovými stožáry

Nejrozšířenějším způsobem přenosu elektrické energie je, stejně jako v začátcích jejího rozšíření, použití nadzemního vedení – vodičů zavěšených na řadě podpěrných sloupů nebo stožárů. Způsob je to pochopitelný, jelikož bylo nutné odstranit potenciálně nebezpečné vodiče z dosahu lidí a zvířat a umožnit jednoduchým způsobem překlenout mnohdy značné vzdálenosti. Postupem času se samozřejmě měnily materiály a tvary samotných vodičů i podpěrných bodů, způsoby jejich uchycení i rozměry jednotlivých vedení v závislosti na růstu napěťových úrovní a přenášených výkonů.

Materiály venkovních vedení

Mezi základní materiály, ze kterých se vyrábí vodiče venkovních vedení, patří měď, hliník a železo. Každý materiál má ovšem své výhody i nevýhody a neexistuje žádný, který by byl levný, mechanicky pevný a měl vynikající elektrickou vodivost.
Hlavními materiály pro výrobu venkovních vedení jsou měď, hliník a železo (Zdroj: © images and videos; Winai Tepsuttinun; nito / stock.adobe.com)

Hlavními materiály pro výrobu venkovních vedení jsou měď, hliník a železo

Nejčastěji používanými lanovými vodiči nadzemních linek jsou vícevrstvá ocelově hliníková lana (Zdroj: © Vasca / stock.adobe.com)

Nejčastěji používanými lanovými vodiči nadzemních linek jsou vícevrstvá ocelově hliníková lana

Měď (Cu) má výbornou vodivost, horší pevnost, ale hlavně je poměrně drahá. Hliník (Al) je taky dobrý vodič, levnější než měď, ale má nedostatečnou mechanickou pevnost. Tou se sice vyznačuje železo (Fe), je k tomu relativně levné, ale má příliš malou elektrickou vodivost.

V praxi se proto tyto materiály často nepoužívají v čisté formě, ale ve formě různých slitin, vyznačujících se zlepšenými vlastnostmi. Ještě častěji se namísto slitin používají kombinace jednotlivých materiálů, kdy jeden zabezpečí například dostatečnou pevnost vodiče a druhý dobrou elektrickou vodivost.

Splétaná a kombinovaná lana

Ukázky splétaných měděných a hliníkových lan s ocelovou duší (Zdroj: © Sergey Ryzhov / stock.adobe.com)

Ukázky splétaných měděných a hliníkových lan s ocelovou duší

Požadavkům kladeným na venkovní vedení nejlépe odpovídá kombinace dvou materiálů, hliníku a železa. Proto se lana nadzemního vedení ve velké většině případů skládají z centrální ocelové nosné části a pláště tvořeného několika vrstvami hliníkových vodičů. Říká se jim AlFe lana. Ocelová duše z pozinkovaných drátů zabezpečuje dostatečnou pevnost, aby se lano vlastní vahou nenatahovalo nebo se působením vnějších vlivů neroztrhlo. Hliníkovou částí lana s dráty z tvrdě taženého hliníku s dobrými elektrickými vlastnostmi protéká přenášený proud.

Různé kombinace centrální ocelové duše a vnějšího hliníkového pláště AlFe lan

Různé kombinace centrální ocelové duše a vnějšího hliníkového pláště AlFe lan

Poměr průřezů hliníkové a ocelové části určuje způsob použití lana. Vyšší poměr znamená lepší elektrické vlastnosti na úkor mechanické pevnosti, nižší poměr průřezů předurčuje lano do více mechanicky namáhaných oblastí. Uvedený poměr průřezů pláště a duše lana je jedním z charakteristických parametrů při jeho označování. Dalšími jsou číslo znamenající jmenovitý průřez elektrovodné části a zkratky materiálů lana (150 AlFe 5). AlFe lana se v distribuční soustavě používají na venkovní vedení velmi vysokého napětí, vysokého napětí i rozvody nízkého napětí.

V menší míře se používají lehčí splétaná lana z čistého hliníku nebo ze slitiny Al-Mg-Si (Aldrey vodiče). Umožňují větší zatížení vodičů a lepší tepelné charakteristiky. Absence železa v jádru eliminuje možnost vzniku galvanické koroze mezi dvěma odlišnými materiály. Celohliníkové vodiče nebo hliníkové vodiče kombinované se slitinou jsou ideální volbou do míst s náročnějším prostředím, jako jsou například mořská pobřeží.

Tvary drátů slaněných vodičů

Průřez segmentovým lanovým vodičem a vodičem s dráty ve tvaru Z

Průřez segmentovým lanovým vodičem a vodičem s dráty ve tvaru Z

Nejčastěji se k výrobě lanových vedení používají dráty kruhového průřezu. Jeden vedle druhého se v několika vrstvách splétají na ocelovou duši. Povrch takového lana není rovný, ale obsahuje mezi dráty vrchní vrstvy určité prohlubně. Uvnitř lana se též nachází množství dutin, majících negativní vliv na vlastnosti vedení. Vyrovnáním povrchu a minimalizací vzduchových mezer lze dosáhnou větší kompaktnosti vodiče vedení a zlepšení jeho odporových charakteristik.

Jednou z cest je použití segmentovaných lan. Každý použitý drát těchto lan má lichoběžníkový průřez. Při slaňování se dráty kladou těsně vedle sebe tak, že vytvoří kompaktní prstenec. Další vrstva drátů vytvoří na něm další prstenec bez zbytečných mezer. Výsledné lano je kompaktnější, lépe odolává korozivním vlivům uvnitř lana a pro stejný přenášený výkon je dostačující menší průměr.

Ještě dál jde návrh vodiče s dráty s průřezem ve tvaru písmene „Z“. Sousední dráty v každé vrstvě do sebe zapadají a lana vynikají zvýšenou tuhostí. Díky hladkému povrchu lépe odolávají námrazám a snižují efekt koróny. Taková lana mají v porovnání s lany s kruhovými průřezy drátů zvýšenou celkovou životnost.

Vnější povrch segmentových splétaných lan je hladší a kompaktnější oproti lanům s dráty s kruhovým průřezem (Zdroj: © Moroshka / stock.adobe.com)

Vnější povrch segmentových splétaných lan je hladší a kompaktnější oproti lanům s dráty s kruhovým průřezem

Uspořádání lichoběžníkových drátů v segmentovém lanovém vodiči (Zdroj: © nordroden / stock.adobe.com)

Uspořádání lichoběžníkových drátů v segmentovém lanovém vodiči

Speciální typy vodičů

Zapouzdřené vodiče používané pro vyvedení výkonu z elektrárny spíš připomínají potrubí parovodu než elektrické vedení (Zdroj: © cat027 / stock.adobe.com)

Zapouzdřené vodiče používané pro vyvedení výkonu z elektrárny spíš připomínají potrubí parovodu než elektrické vedení

V nadzemních vedeních všech napěťových úrovní se používají slaněné neizolované vodiče. Trendem posledních let je především pro napětí 110 kV a 35 kV využití izolovaných vodičů, které lépe odolávají povětrnostním vlivům a jsou méně náchylné na zkraty. Nejenže se to projevuje delší životností vedení, ale polyetylénová izolace vodičů umožňuje budovat menší a nižší stožáry s kompaktnějším uspořádáním fázových vodičů. Výsledkem je téměř bezporuchové vedení bez výrazných rušivých prvků v krajině.

Jiným prvkem modernizace nadzemních vedení je použití speciálního kompozitního jádra z jednoho drátu. Materiálem jádra jsou moderní karbonová vlákna s vrstvou skelných vláken. Jádro má o mnohem menší teplotní roztažnost i váhu a je přibližně o čtvrtinu pevnější než ocel.

Specifickým typem kratších venkovních vedení jsou také zapouzdřené vodiče. Pro každou fázi je tvoří vodivá trubka vedená v ose hliníkového pouzdra. Centrování trubky zajišťují tři podpěrné izolátory z pryskyřice. Uzemněná pouzdra stíní magnetické projevy protékajícího střídavého proudu a minimalizují možnost zkratu. Zapouzdřené vodiče jsou přímo určeny a používají se v místech s vysokým proudovým zatížením, jakými jsou například vývody alternátorů velkých elektráren do blokových transformátorů.

Ochranné a komunikační funkce vedení

Středem zemnícího lana prochází několik desítek optických telekomunikačních vláken (Zdroj: © Stringer Image / stock.adobe.com)

Středem zemnícího lana prochází několik desítek optických telekomunikačních vláken

Základem všech nadzemních vedení vysokého napětí jsou tři fázové lanové vodiče dimenzované na maximální protékající výkon. Čtvrtým vodičem, obyčejně uchyceným v nejvyšším bodě stožáru, je tenčí zemnící lano, plnící primární funkci ochrany vedení před úderem bleskem. Zemnící lano je vodivě spojeno se stožáry, které jsou uzemněny, takže případný zásah blesku je spolehlivě sveden do země.

Sekundární funkcí zemnícího lana je přenos řídicích povelů a stavových informací mezi rozvodnami a dispečinkem. K tomu slouží optická vlákna uložené v nerezové trubce s průměrem několika milimetrů procházející středem zemnícího lana. Optických vláken se v zemnícím laně nachází desítky a musí spolehlivě fungovat i při zásahu zemnícího lana bleskem.

Výstražné koule na zemnícím laně nadzemního vedení VVN (Zdroj: © weerapat1003 / stock.adobe.com)

Výstražné koule na zemnícím laně nadzemního vedení VVN

Na zemnícím laně vedení, jako na nejvyšším jeho bodě, bývají někdy umístěny výstražné koule z lehkého materiálu. Ty plní funkci optického zvýraznění probíhajícího vedení pro piloty nízkoletících letadel a vrtulníků. Umísťují se většinou na vedeních v blízkosti letišť a na křížení vedení s dálnicemi, kde by mohlo dojít k případné kolizi.

Namáhání vodičů vedení

Námraza na stožárech a vedeních velmi vysokého napětí zvyšuje tíhu vodičů a tím způsobuje větší zatížení v tahu (Zdroj: © SimplyForLoveofLife / stock.adobe.com)

Námraza na stožárech a vedeních velmi vysokého napětí zvyšuje tíhu vodičů a tím způsobuje větší zatížení v tahu

Venkovní elektrické vedení je neustále vystaveno působení povětrnostních vlivů a jiných silových faktorů, které mohou ohrozit jeho fungování. Proto se vždy musí dimenzovat na podmínky, které v oblasti instalace panují.

Vedení i kotvící body na stožárech musí především odolat působení vlastní tíhové síly vodičů. Hlavně u překlenutí různých údolí nebo vodních ploch je rozestup podpůrných konstrukcí větší a tím je větší i vlastní váha lanových vodičů natažených mezi stožáry. Dalším faktorem způsobujícím statické namáhání vedení je tíha námrazy vznikající na vodičích při teplotách těsně pod bodem mrazu při zvýšené vlhkosti vzduchu. Tloušťka námrazy může podle oblasti dosahovat 3 až 5 cm a její hmotnost i několik kilogramů na 1 metr vedení. Při maximální námraze nesmí namáhání překročit 85 % pevnosti v tahu vodiče.

Proti rozkmitání vedení větrem jsou na koncích vedení nainstalovány mechanické tlumiče kmitů v podobě pružně uchycených dvou závaží (Zdroj: © pro2audio / stock.adobe.com)

Proti rozkmitání vedení větrem jsou na koncích vedení nainstalovány mechanické tlumiče kmitů v podobě pružně uchycených dvou závaží

Zvýšená Teplota okolí má za následek zvětšení průhybu vedení, nízké teploty naopak vedení zkracují a zvyšují tak jeho mechanické namáhání. Každé vedení je proto počítáno na limitní teplotní podmínky okolí definující jeho minimální a maximální průhyb a sílu, s jakou má být lano při instalaci nataženo.

Nebezpečným faktorem je vítr. Tlačí na vodiče a působí na ně sílou. Při vhodných podmínkách může dojít k rozkmitání vodičů, způsobujícímu snížení pevnosti a možnosti lomu materiálu vodičů především v místech uchycení. Nadzemní vedení jsou chráněna proti rozkmitání různými druhy výkyvných svorek a mechanických tlumičů kmitů.

Vrátit se nahoru
detail