Overhead Electrical Cable: Mga Uri, Pagpili at Pag-install

Pagpili ng tama overhead na kable ng kuryente para sa isang transmission o distribution line ay nangangailangan ng pagbabalanse ng tatlong interdependent variable: tuluy-tuloy na kapasidad na nagdadala ng kasalukuyang, mekanikal na lakas ng makunat, at pangmatagalang pag-uugali ng sag sa ilalim ng pinakamataas na temperatura ng pagpapatakbo . Para sa karamihan ng mga medium at high-voltage na application, ang steel-reinforced aluminum conductor (ACSR) ay nananatiling default na pagpipilian dahil ang galvanized steel core ay nagdadala ng humigit-kumulang 55% hanggang 65% ng kabuuang tensyon habang ang mga aluminum strands ay nagdadala ng kasalukuyang, isang paghihiwalay ng mga function na walang homogenous na conductor ang maaaring tumugma sa katumbas na halaga.

Mga uri ng konduktor at komposisyon ng materyal

Ang mga overhead na electrical cable ay inuri ayon sa mga materyales at stranding configuration ng conductor. Ang tatlong pangunahing hubad na pamilya ng konduktor ay nangingibabaw sa merkado, bawat isa ay angkop sa natatanging haba ng span at mga kondisyon sa kapaligiran.

Ang ACSR, o Aluminum Conductor Steel-Reinforced, ay binubuo ng concentric stranded steel core na napapalibutan ng isa o higit pang mga layer ng hard-drawn 1350-H19 aluminum strands. Ang steel core, na makukuha sa iba't ibang grado ng lakas, ay nagbibigay ng tensile backbone, habang ang mga aluminum layer ay nagdadala ng kasalukuyang na may conductivity na 61.2% IACS (International Annealed Copper Standard). Ang isang tipikal na ACSR "Drake" conductor, na may 26/7 stranding at pangkalahatang diameter na 28.14 mm, ay nakakamit ng rated tensile strength na 140 kN at tuloy-tuloy na ampacity na humigit-kumulang 907 amps sa 75°C sa ilalim ng katamtamang kondisyon ng hangin.

Ang AAAC, ang all-aluminum alloy conductor, ay gumagamit ng homogenous stranding ng 6201-T81 aluminum alloy wires. Ang haluang ito ay nagsasama ng magnesiyo at silikon upang makamit ang tensile strength na humigit-kumulang doble kaysa sa 1350-H19 electrical conductor aluminum, na inaalis ang pangangailangan para sa isang core ng bakal. Tinukoy ang mga konduktor ng AAAC kung saan nababahala ang kaagnasan ng core ng bakal, partikular sa mga baybayin o industriyal na kapaligiran na may mga airborne chloride o sulfur compound. Ang kawalan ng magnetic steel core ay nag-aalis din ng hysteresis at eddy-current losses, na binabawasan ang AC resistance ng humigit-kumulang 3% hanggang 5% kumpara sa isang katumbas na diameter na ACSR sa ilalim ng parehong kasalukuyang load.

Ang AAC, ang all-aluminum conductor na ganap na ginawa mula sa 1350-H19 strands, ay nag-aalok ng pinakamataas na conductivity bawat unit weight ngunit ang pinakamababang lakas ng tensile. Ang paggamit nito ay limitado sa mga maikling span sa mga urban distribution network at bus-bar droppers sa loob ng mga substation, kung saan ang haba ng span ay bihirang lumampas sa 50 metro at ang konduktor ay hindi kinakailangang makatiis ng mataas na yelo o hangin.

Paghahambing ng pagganap ng mga karaniwang uri ng konduktor

Mga pangunahing kaalaman sa ampacity at thermal rating

Ang ampacity ng isang overhead na de-koryenteng cable ay hindi isang nakapirming numero ngunit isang function ng balanse ng init sa pagitan ng resistive losses (I²R heating), solar radiation na hinihigop ng conductor surface, convective cooling mula sa hangin, at radiative heat loss sa kalangitan. Ang IEEE 738 standard ay tumutukoy sa steady-state thermal equation na namamahala sa balanseng ito. Sa ilalim ng pinakamasamang kaso ng buong araw, mahinang bilis ng hangin na 0.6 m/s, at temperatura sa paligid na 40°C, ang ampacity ng isang partikular na konduktor ay maaaring 25% hanggang 35% na mas mababa kaysa sa halagang na-publish para sa katamtamang mga kondisyon ng tagsibol.

Ang temperatura ng pagpapatakbo ng conductor ay ang malayang variable na kumokontrol sa sag. Ang mga karaniwang konduktor ng ACSR ay na-rate para sa tuluy-tuloy na operasyon sa 75°C, 90°C, o 100°C , na may mas mataas na temperatura na pinapayagan para sa emergency o panandaliang peak load na kondisyon. Sa itaas ng 93°C, ang mga hibla ng aluminyo ay nagsisimulang mag-anneal, na permanenteng binabawasan ang kanilang lakas ng makunat. Ang mga high-temperature low-sag (HTLS) conductor gaya ng ACSS, G(Z)TACSR, at ACCR ay gumagamit ng fully annealed aluminum o composite cores upang patuloy na gumana sa 150°C hanggang 210°C , halos dinodoble ang ampacity ng isang kumbensyonal na linya ng ACSR sa loob ng parehong right-of-way nang hindi nangangailangan ng mas matataas na tower.

Pagkalkula ng sag-tension at pagsasanay sa stringing

Ang ugnayan sa pagitan ng pag-igting ng konduktor at sag ay pinamamahalaan ng catenary equation, na para sa mga sumasaklaw na mas maikli sa 300 metro ay pinapasimple sa isang parabolic approximation na may katanggap-tanggap na error. Ang proseso ng disenyo ay nagsisimula sa konsepto ng ruling span, isang timbang na average na haba ng span na kumakatawan sa katumbas na mekanikal na gawi ng isang buong seksyon ng pag-igting sa pagitan ng mga dead-end na istruktura. Ang unang na-unload na tensyon sa pinakamababang temperatura ng stringing, karaniwan -20°C o 0°F , ay dapat itakda upang ang konduktor ay hindi lalampas sa 60% ng na-rate nitong lakas ng breaking sa ilalim ng pinakamatinding kumbinasyon ng pagkarga ng yelo at hangin na tinukoy ng National Electrical Safety Code (NESC) para sa geographic loading district.

Ang stringing ay hindi lamang paghila sa konduktor sa isang target na pag-igting at pag-clamp nito. Ang konduktor ay dapat na tensioned sa isang sag value na sinusukat sa pamamagitan ng sighting sa buong span gamit ang isang transit o digital sagometer, na may konduktor sa isang kilalang pare-parehong temperatura. Para sa 300-meter span ng ACSR Drake sa 15°C na walang hangin o yelo, ang target sag ay humigit-kumulang 6.5 metro , na tumutugma sa isang pahalang na pag-igting ng mga 17 kN. Pagkatapos ng clipping in, ang konduktor ay nagre-relax sa pamamagitan ng strand settling at metallurgical creep, na nawawala ang humigit-kumulang 10% hanggang 15% ng paunang tensyon sa unang 1,000 oras ng serbisyo . Dapat na asahan ng stringing sag ang creep na ito sa pamamagitan ng pag-target ng sobrang tensyon na 10% hanggang 12%, na pagkatapos ay nakakarelaks hanggang sa final sag ng disenyo.

Aeolian vibration at conductor damping

Kapag ang isang tuluy-tuloy na laminar wind ay dumaan sa isang overhead cable sa bilis sa pagitan ng 1 at 7 m/s, naglalabas ito ng mga alternating Kármán vortices na nag-uudyok ng cyclic lift force na patayo sa direksyon ng hangin. Ang aeolian vibration na ito, na may mga frequency na karaniwang nasa hanay ng 3 hanggang 150 Hz , pinipilit ang konduktor na mag-oscillate sa o malapit sa isang natural na resonant frequency ng isa sa mga mas matataas na vibration mode nito. Ang nagreresultang bending strain sa conductor suspension clamp, kung saan ang paggalaw ay ganap na pinigilan, ay lumampas sa fatigue endurance limit ng aluminum na humigit-kumulang. 57 MPa (8.3 ksi) sa loob ng sampu-sampung milyong mga cycle, na naiipon sa loob ng ilang araw sa panahon ng hindi nagbabagong kondisyon ng hangin.

Gumagamit ang Mitigation ng mga Stockbridge dampers, spiral vibration dampers (pormal na tinatawag na dog-bone dampers o spiral-form damper elements), o spacer dampers sa mga naka-bundle na conductor. Ang isang maayos na naka-tune na Stockbridge damper ay may dalawang resonant frequency na naka-bracket sa nangingibabaw na conductor frequency, na sumisipsip ng vibratory energy sa pamamagitan ng internal friction ng messenger cable strands nito. Ang distansya ng pagkakalagay ng damper mula sa clamp ay hindi arbitrary; ito ay dapat na nakaposisyon sa isang punto kung saan ang vibration antinode amplitude ng conductor ay sapat upang pukawin ang damper. Para sa isang tipikal na 132 kV na linya na may ACSR Lynx conductor, inilalagay ang unang damper 0.8 hanggang 1.2 metro mula sa suspension clamp mouth , na may pangalawang damper sa 1.8 metro sa mga span na higit sa 400 metro.

Corona discharge at electromagnetic field management

Sa mga boltahe ng paghahatid na 230 kV pataas, ang gradient ng electric field sa ibabaw ng konduktor ay lumalapit sa lakas ng pagkasira ng dielectric ng hangin, humigit-kumulang 30 kV/cm sa antas ng dagat . Kapag ang surface gradient ay lumampas sa humigit-kumulang 17 kV/cm sa ilalim ng mga tuyong kondisyon, ang paglabas ng corona ay magsisimula, na gumagawa ng naririnig na ingay, radio interference (RI) sa 0.5 hanggang 1.6 MHz band, at pagkawala ng kuryente. Ang surface gradient ay inversely proportional sa conductor radius; ang isang solong konduktor sa bawat bahagi ay dapat na may diameter na hindi bababa sa 24 mm para sa 230 kV at 32 mm para sa 345 kV para panatilihin ang gradient sa ibaba ng corona threshold.

Tinutugunan ito ng mga bundle na konduktor sa pamamagitan ng paghahati ng kasalukuyang bahagi sa dalawa, tatlo, o apat na sub-konduktor na pinaghihiwalay ng mga matibay na spacer sa pagitan ng 30 hanggang 45 cm. Ang isang twin-bundle ng 28 mm diameter conductors sa 400 kV ay nakakamit ng katumbas na diameter ng humigit-kumulang 180 mm sa mga tuntunin ng pamamahagi ng electric field, binabawasan ang gradient ng ibabaw sa pamamagitan ng isang factor na halos tatlo kumpara sa isang solong konduktor ng katumbas na kabuuang cross-sectional area. Pinili ang spacer spacing para i-optimize ang balanse sa pagitan ng pagkakapareho ng electric field at mechanical stability laban sa sub-span oscillation, isang phenomenon kung saan ang windward conductor ay sumasangga sa leeward, na lumilikha ng aerodynamic instability na nagtutulak ng elliptical whipping motions.

Pagpili ng insulator at koordinasyon ng distansya ng creepage

Ang overhead conductor ay mekanikal na sinusuportahan at electrically isolated sa pamamagitan ng suspension o tension insulator strings. Ang distansya ng gumagapang ng insulator, ang haba ng landas sa ibabaw ng insulator mula sa pinalakas na dulo na umaangkop sa pinagbabatayan na dulo, ay dapat sapat upang maiwasan ang flashover sa ilalim ng kontaminadong basang kondisyon. Ang tiyak na distansya ng paggapang ay tinukoy sa mm ng paggapang bawat kV ng boltahe ng phase-to-phase ng system. Para sa mga lugar na may liwanag na polusyon, isang partikular na creepage ng 16 mm/kV ay sapat; para sa mabigat na pang-industriya o coastal salt spray, 31 mm/kV o higit pa ay tinukoy, nakakamit sa pamamagitan ng paggamit ng mas mahabang string o fog-type insulators na may mas malalalim na palda.

Ang mga composite polymeric insulator na may silicone rubber shed ay higit na nag-displace ng porcelain at glass cap-and-pin string para sa bagong construction sa 138 kV at mas mababa, at nakakakuha ng pagtanggap sa mga antas ng EHV. Ang hydrophobic na ibabaw ng silicone rubber ay nagdudulot ng butil ng tubig sa halip na bumuo ng tuluy-tuloy na conductive film, na pinipigilan ang leakage current ng isang kadahilanan ng 10 hanggang 100 kumpara sa isang hydrophilic porcelain surface sa ilalim ng magkatulad na kondisyon ng kontaminasyon. Ang pangunahing paraan ng pagkabigo ng mga composite insulator ay ang malutong na bali ng fiberglass core rod mula sa pag-atake ng acid o pagpasok ng tubig sa isang may sira na end-fitting seal, isang mekanismo na nangangailangan ng patuloy na pagsubaybay sa mekanikal na pagkarga at visual na inspeksyon ng integridad ng pabahay.

Jointing, dead-ending, at compatibility ng hardware

Ang buong overhead line ay kasing maaasahan lamang ng mga joint at termination nito. Ang mga mid-span joint, na kinakailangan para sa mga haba ng konduktor na lampas sa karaniwang mga kapasidad ng reel, ay dapat magkaroon ng tensile strength na hindi bababa sa 95% ng rated breaking strength ng conductor at isang electrical resistance na hindi hihigit sa 75% ng katumbas na haba ng unjointed conductor. Ang compression-type na full-tension joints, na inilapat sa isang hexagonal die at isang hydraulic press na may kakayahang 700 bar (10,000 psi), ay ang pamantayan ng industriya. Ang magkasanib na katawan ay isang manggas ng aluminyo na dumudulas sa mga hibla ng aluminyo at isang hiwalay na manggas ng bakal na humahawak sa core ng bakal. Ang dalawang manggas ay swaged nang nakapag-iisa; una ang manggas ng bakal, na inililipat ang buong na-rate na pag-igting sa kabuuan ng core, na sinusundan ng manggas ng aluminyo, na nagdadala ng agos sa paligid ng bakal na pinagsamang.

Ang bimetallic galvanic corrosion ay nangyayari saanman ang aluminum conductor strands ay nakikipag-ugnayan sa copper alloy hardware sa pagkakaroon ng electrolyte. Ang aluminyo, na anodic sa tanso, ay kinakaing sakripisyo. Ang lahat ng compression connectors at clamp body para sa aluminum conductor ay dapat gawin mula sa aluminum alloy o ganap na tin-plated upang maiwasan ang direktang copper-to-aluminum contact. Sa mga substation na dead-end structure kung saan ang aluminum overhead line ay lumilipat sa tansong bus-work, isang bimetallic friction-welded transition lug ang naghihiwalay sa dalawang metal habang nagbibigay ng low-resistance current path na na-rate para sa buong short-circuit current ng linya.