Fizika | Energetika » Szabadvezetékek

SZABADVEZETÉKEK A villamos energia előállítása a felhasználás helyétől általában távol történik. Az energiarendszer ilyen kiépítését sok tényező befolyásolta, elsősorban az, hogy a primer energiahordozók lelőhelyei a fogyasztás helyétől távol esnek, és a nagy termelőegység gazdaságosabb, mert a létesítési költsége fajlagosan olcsóbb A nagy hálózatrendszerek kialakítására vezetett az is, hogy a fogyasztók időben változó mennyiségű energiát igényelnek, és a fogyasztótípusonként felhasznált energia mennyisége is igen különböző, termelni pedig nagy energiamennyiséget időben állandóan gazdaságos. Célszerű volt nagy fogyasztói területeket kialakítani, ahol az egyedi fogyasztásváltozások már sokkal kevésbé változó igényben összegződnek. E feladatok megoldására építették a távvezetékeket, vagy röviden vezetékeket, amelyek az erőművek, transzformátorállomások és a fogyasztók között létesítenek

összeköttetést. A távvezeték kiviteli szempontból kétféle lehet: szabadvezeték vagy kábel. A szabadvezeték olyan csupasz vezeték, amely a földtől elszigetelten a véletlen érintés megszabta magasságban, tartószerkezeten van elhelyezve. Egyes esetekben burkolt, kisfeszültségen szigetelt is lehet A szabadvezetékek tartószerkezetei többnyire rácsos acél vagy betonoszlopok, amelyek állékonyságát külön alapozás biztosítja. Az oszlopokra szerelt álló vagy függő szigetelők tarják, feszítik a sodrony szerkezetű fázisvezetőket úgy, hogy a legnagyobb belógás állapotában is megfelelő távolságra vannak a talajszinttől. (1 ábra) A váltakozó áramú szabadvezetékek háromfázisúak, a közvetlen villámcsapás megelőzésére egyes fontosabb vezetékek fölé védővezetőt is szerelnek. villámvédő vezető fázisvezető sodrony szigetelő oszlop köz lop z s O oszlop alap 1. ábra Szabadvezeték vázlatos ábrázolása 1

Szabadvezetékek villamos jellemzői A szabadvezetékeket az időjárás és az üzem egyidejű hatásaként igen sokféle összetett igénybevétel éri (szél, hőmérséklet-változás, köd, zúzmara, stb.) A szabadvezeték mechanikai méretezése természetesen hatással van a távvezeték villamos jellemzőire; például ha nagy az oszlopköz, akkor nagy a vezető belógása. Ilyenkor a vezetőszálakat távolabb kell egymástól elhelyezni, hogy azok a szél hatására ne lengjenek össze és így elkerülhessük a zárlatot; ez esetben nő a vezeték induktív és kapacitív reaktanciája. A vezeték föld feletti magassága szintén befolyásolja a villamos jellemzőket. A szabadvezeték 2. ábrán látható egyfázisú helyettesítő vázlata a következő villamos elemekből áll: a) soros elemek: - a vezetékrendszer induktív reaktanciája (XL); - a vezetősodrony ellenállása (R); b) párhuzamos (sönt) elemek: - ezen egyszerűsített helyettesítő vázlatban a

vezetékrendszer földkapacitásából számolt kapacitív reaktancia (Xc); - a szigetelők levezetési és szivárgási áramából valamint a fázisvezető sodronyok felületén fellépő sugárzásból, az ún. koronaveszteségből számolt ellenállás (Rsz) jXL R 2R sz -j2X C 2R sz -j2XC 2. ábra Szabadvezeték hosszegységének egyfázisú helyettesítő vázlata A szabadvezeték soros ellenállása A szabadvezeték villamos jellemzői közül először a vezeték pozitív és ezzel egyező negatív, valamint a zérus sorrendű kilométerenkénti ellenállásával foglalkozunk. Távvezetékek nagyobb keresztmetszetű vezetőinek váltakozó árammal mért ellenállása általában nagyobb, mint az egyenárammal mérhető ellenállása. Ennek oka az áramkiszorítás (szkinhatás) jelensége A vezetőkben a váltakozó áram nem oszlik el egyenletesen a keresztmetszetben, hanem a vezető belseje felé haladva az áramsűrűség csökken. Ha a vezetőt párhuzamos

vezetőszálakból összetettnek képzeljük, akkor a vezetők által keltett mágneses indukció vonalai úgy záródnak, hogy a belső vezetőszállal több indukcióvonal kapcsolódik, mint a külsővel. Így a belső vezetőnek nagyobb az öninduktivitása és ezért azonos ellenállása ellenére impedanciája nagyobb, mint a külsőé. A párhuzamosan kapcsolt vezetőszálak között az áram az impedanciával fordított arányban oszlik el. Színesfém anyagból készült vezetők hosszegységre eső váltakozó áramú ohmos ellenállása a gyakorlat igényeit kielégítő pontossággal a következő képletből számítható: Rv = Re (1 + 7,5 f 2 d 4 ⋅ 10 −11 ) Ω/km 2 ahol: [Re] = Ω/km az egyenárammal mért ellenállás; [f] = Hz a frekvencia; [d] = mm a vezető átmérője. Az ellenállás-növekedés azonban 50 Hz-es hálózati frekvencia és 300 mm vezetékkeresztmetszet esetén is kisebb mint 3 %, így gyakorlatilag elhanyagolható. Vas- és acélvezetők

esetében a viszonyok egészen mások Ezekre Rv nem számítható ki pontosan, mert ahhoz µ ismerete szükséges, amely az áramerősségtől, a frekvenciától valamint a vas, ill. az acél minőségétől függ és ezért csak a kész vezetőn, a szóban forgó viszonyok között végzett méréssel állapítható meg. Az előzőekben tárgyalt jelenségek hatását számottevően csökkenti, sőt színesfémből készült vezetőknél gyakorlatilag meg is szünteti az a körülmény, hogy szabadvezetékek számára egészen kis keresztmetszetek kivételével - csakis sodronyszerkezetű vezetőket használnak. Az erősáramú vezetékek sodronyai általában egy középső szálból és a köré egy vagy több rétegben sodort annyi szálból állnak, amennyi a keresztmetszet felépítéséhez szükséges. Az egynél több rétegű sodronyok egymást követő rétegeiben a sodrás iránya ellentétes, egyrészt mert ez szorosabban záró szerkezetet ad, másrészt mert az

induktivitást csökkenti. A sodronyszerkezetnek, főleg az Al anyagú sodronyoknak fontos sajátsága az, hogy az elemi szálakon képződő oxidréteg következtében a vezetőben folyó áram általában nem lép át az egyik szálból a másikba, hanem végig a szálban maradva nagy menetemelkedésű csavarvonalban halad. Ezért sodronyokban a skin hatás okozta egyenlőtlen árameloszlás alig lép fel, ami előnyös A sodrásnak azonban két igen hátrányos következménye is van: − az egyik az, hogy a csavarvonalban haladó elemi szálak hosszabbak, mint a sodrony tényleges hossza. Ebből következik az, hogy azonos keresztmetszetű és hosszúságú tömör vezető ellenállása kisebb a sodronyénál. Általában elmondható, hogy az egyenárammal mért ellenállás 2.3 %-kal nagyobb a hosszból számítottnál Ezért célszerű mindenkor a sodronyokra megadott gyári adatokat figyelembe venni; − a másik az, hogy a sodrás következtében megnő a vezeték

önindukciója, mivel egyik sodrott réteg egy hosszúra nyújtott tekercs, amely belsejében mágneses mezőt gerjeszt. Ha a sodrony egyrétegű, akkor a mágnesező hatás teljes mértékben érvényesül. Többrétegű sodrony esetén – mivel az egymást követő sodratok iránya ellentétes – az egyes rétegek egymás mágnesező hatását gyengítik, és ezért az induktivitásnak ebből származó többlete a rétegszám növekedésével erősen csökken. Mivel a leggyakrabban használt sodronyok többrétegűek, a sodrás okozta induktivitás – növekedés a színesfémből készült sodronyoknál a gyakorlatban elhanyagolható. A sodrás induktivitás – növelő hatása acélbelű alumíniumvezetők esetén is elhanyagolható, ha az alumínium burkolat legalább két rétegű. Szabadvezetékek pozitív sorrendű ellenállását valamelyest növelheti a három fázisvezetőhöz nem szimmetrikusan elhelyezett védővezetőben keletkező veszteség is. A változás

gyakorlatilag elhanyagolható A szabadvezeték párhuzamos ellenállása A szabadvezetékek szigetelése nem tökéletes, ezért a fő áramirányt (az energiaterjedés irányát) söntölő veszteségek keletkeznek. Levezetés a szigetelőknél, szivárgási áram Levezetésen azt a jelenséget értjük, hogy a feszültség alatt álló vezetőből a szigetelésen, ill. a szigetelők felületén keresztül a földelt tartószerkezet felé nagyon kis értékű áram folyik. 3 Ennek oka az, hogy tökéletes, azaz végtelen nagy ellenállású szigetelés nincs, valamint, hogy a szigetelők felületén szennyeződés rakódik le, amelyik nedves ködös időben vezetővé válik. Jelölje Rsz a kilométerenkénti levezetési és szivárgási ellenállást ohmban, akkor a földhöz képest Uf feszültségen levő vezető szivárgási árama: Uf I sz = R sz A levezetési áram a vezetékben wattos veszteségeket okoz, amely érték háromvezetős háromfázisú U = 3 Uf névleges

feszültségű távvezetéken: U2 Psz = . R sz A jó minőségű korszerű szigetelők esetében a szigetelőn keresztül folyó szivárgási áram a felületén haladó levezetési áramhoz képest elhanyagolható. A levezetést főleg a szigetelők felületére lerakódó nedvesség és szennyeződések (por; korom stb.) befolyásolják A lerakódás mértékét a szigetelő kialakításával (alakjával) és felületének minőségével lehet kedvezőtlenebbé tenni. A szigetelők alakját úgy kell megválasztani, hogy a szennyeződés felhalmozódására kedvező helyek ne legyenek, a rátelepedett szennyeződést a szél lefújhassa, az eső lemoshassa. Lehetőleg a szigetelőt oldal irányból verő esőben is maradjon rajta száraz hely (ernyőzés alatti bordázat) (3. ábra) rögzítő M rugó fémsapka szigetelő ernyő bunkós szem 3. ábra Egysapkás nagyfeszültségű függőszigetelő A porcelán szigetelők felületét fényes mázzal vonják be, és szükség

esetén víztaszító anyaggal kenik be az összefüggő vezetőréteg kialakulásának megakadályozására. A légköri viszonyok is erősen befolyásolják a levezetést, mert száraz levegőben a levezetés független a szigetelő tisztaságától, nedves időben, ködben és szitáló esőben a levezetés erősen megnövekszik, mert a szennyeződéseket csak nedvesítik, és kisebb-nagyobb utat nyitnak a feszültség alatt álló vezetékről a föld felé. A sűrű köd a legveszedelmesebb, mert az alsó, egyébként szárazon maradó felületeket is nedvesíti. Szerencsére a megnövekedett levezetési áram a vezetőréteget felmelegíti, szárítja a szigetelőt, s így egy bizonyos idő elteltével egy egyensúlyi állapot jön létre a nedvesítő és a szárító hatás között, amely a levezetési áram nagyságának határt szab. Csendes eső kezdetben a levezetést növeli, de bizonyos idő elteltével a viszonyok javulnak, mert az eső a szennyeződést a

szigetelőről lemossa, s a levezetés értéke elhanyagolható lesz. 4 Rövid ideig tartó, széllel együtt fellépő felhőszakadásszerű eső esetén a levezetés igen megnő, mert a szennyeződéseket nincs ideje a felületről eltávolítani, és a szigetelőfelület száraznak szánt részei is megnedvesednek. Száraz, tiszta hó, zúzmara és jég jó szigetelők. Ugyanez igaz a lelógó jégcsapokra is Olvadáskor azonban a szennyeződött hólé a levezetés mértékét erősen növeli. Az előbb elmondottakat figyelembe véve nyilvánvaló, hogy a levezetést még durva közelítéssel sem lehet számítani. Ez azonban nem okoz különösebb problémát, mert a levezetési veszteség az átvitt energiához képest elenyészően kicsi. Így a normális energiaátvitel számításakor figyelmen kívül hagyjuk. Tapasztalati érték kevés áll rendelkezésre, ha szükséges a levezetési (szivárgási) ellenállás értékét 120 kV-os szabadvezeték esetén Rsz = 50

MΩkm/fázis értékkel szoktuk figyelembe venni. A veszteség így: 2 kV 2  120  Psz = 3 ⋅  ⋅ ≈ 300 W/km   3  50 MΩ Kedvezőtlen időjárási viszonyok esetében is jelentéktelen levezetési veszteség további csökkentésének egyszerű módja a kellő feszültségtartalékkal megépített és üzemben tisztántartott szigetelő. A sugárzás jelensége szabadvezetéken (korona jelenség) A szabadvezeték vezetőit teljes hosszukban a levegő szigeteli el egymástól. Jó időben a levegő gyakorlatilag tökéletesen szigetel Kedvezőtlen időjárás esetén azonban a vezetők felületén koronasugárzás keletkezik. Ez a jelenség igen fontos, mert a nagyfeszültségű vezetékek szerkezetének a vezető átmérőjének meghatározása szempontjából döntő fontosságú lehet. A koronajelenség nemcsak a veszteségek gazdasági kihatásai miatt kerülendők, hanem a vele együtt járó igen erőteljes nagyfrekvenciás zaj a rádiót és a

televíziót, sőt a nagyfeszültségű vezetéken működő vivőfrekvenciás berendezéseket is zavarja. A levegő jó, de nem ideális szigetelő, mert a napsugárzás, a kozmikus sugárzás hatására ionokat és szabad elektronokat tartalmaz. Ha a levegőt homogén erőtérben villamos igénybevételnek vetjük alá, akkor egy bizonyos villamos térerősségig (Ecsúcs = 30 kV/cm, ill. E = 21,1 kV/cm) a levegőrétegen csak egészen csekély áram halad át, amelyet a külső hatások által gerjesztett elektronok és ionok tartanak fenn Gyökeresen megváltozik a helyzet, ha a térerősség eléri a levegő átütési szilárdságát. Ennél a térerősségnél az ionok a szabad úthosszon elegendő kinetikus energiára tesznek szert ahhoz, hogy az ütközési ionozás megindulhasson. Mivel a térerősség az egész gázrétegben egyszerre éri el a kritikus értéket, a szigetelőképesség letörése az egész gázrétegben egyszerre következik be. A sugárzási veszteség

csökkentése érdekében elsősorban a kritikus feszültség növelésére kell törekedni, ami a vezetők átmérőjének és kölcsönös távolságának növelésével érhető el. A vezetők kölcsönös távolsága a feszültségtől, a belógástól, továbbá a gazdaságos vezetéképítés szempontjaitól függ. Minden feszültségre megállapítható az a legkisebb vezetőátmérő, ill keresztmetszet, amely szükséges ahhoz, hogy sugárzási veszteség ne lépjen fel. 120 kV felett a sugárzási veszteség érdekében aránylag vastag sodronyokat kellene alkalmazni. E feszültség felett gyakorlatilag kétféle megoldással sikerült a sugárzás miatt szükséges igen nagy keresztmetszetet elkerülni. Üreges, ún csővezetővel, vagy köteges vezetővel Kötegesnek nevezzük az olyan vezetőt, amely több, villamos és mechanikai szempontból egyaránt párhuzamosan kapcsolt egyszerű sodronyból áll. Ezek többnyire számuknak megfelelő szabályos sokszög csúcsain

helyezkednek el, egymás mellett párhuzamosan haladnak, és egymáshoz képest 5 olyan módon rögzítettek, hogy szerelési szempontból egységes köteget alkotnak. A párhuzamosan egymás mellett haladó sodronyok egymásra egyrészt elektrosztatikus erővel hatnak, ami a feszültség négyzetével arányos és mint taszítóerő jelentkezik, másrészt elektrodinamikus erővel hatnak, ami viszont az áramerősség négyzetével arányos és vonzó hatású. A két erőhatás csak akkor egyenlíti ki egymást, ha a vezetéket épp a természetes teljesítménnyel terheli. A különböző egyéb hatások miatt az összecsapódás megakadályozására a sodronyok közé távolságtartókat kell beiktatni A köteges elrendezés növeli a vezeték kapacitását és csökkenti induktivitását, továbbá jelentősen megnövekedik a sugárzás kritikus feszültsége, tehát erősen csökken a sugárzás, a koronaveszteség és a hírközlés 1 1 rk 2 rk rk 3 a 1 2 2 4 3

a n=2 2 rk = r .a a n=3 3 rk = r .a2 a n=4 rk = 4 2. r a3 zavarása. 4. ábra Köteges elrendezés és a kötegvezetők redukált sugara A hazánkban alkalmazott háromféle köteges vezetőrendszer redukált sugarát mutatja a 4. ábra. A hengeres vezető és a köteges vezető erőtere azonban különbözik egymástól, a köteget alkotó vezetők felületén a helyi térerősség megnövekszik, ezért köteges vezetőre a kritikus sugárzási feszültség értékének számítása is bonyolultabb. Köteges vezetőrendszer alkalmazása esetén növekszik azonban a vezetékre rakodó zúzmarateher és a szélnyomás, ezzel az oszlopokra ható erő is. Megnövekednek az oszlopok méretei, a szerelvények száma, s velük együtt a szerelés költségei is. A kötegbe foglalandó sodronyok számát tehát gazdaságosan úgy kell megállapítani, hogy azok éppen elegendőek legyenek az előnyök biztosítására. A szabadvezeték induktív reaktanciája Háromfázisú vezeték

soros (induktív) reaktanciája szimmetrikus vezetékelrendezés esetén ( Dab = Dac = Dbc = D ) a fázisreaktancia: D Ω/km. x a = 0,145 lg GMR A gyakorlatban a kedvezőtlen, aszimmetrikus esetet úgy lehet elkerülni, ha a vezetékrendszert szimmetrizáljuk, azaz a fázisvezetők helyét ciklikusan cseréljük. A szabadvezetékek fázisvezetőit általában nem egyenlő oldalú háromszög alakzatban helyezik a tartószerkezetre. Rövid 40-60 km hosszú vezetéken ez az aszimmetria általában nem számottevő, és ilyenkor a három különböző érték számtani közepét vesszük, mintha a fázisértékek ilyen értéken egyenlők volnának. Hosszabb vezetékeken a különbségeket fázisforgatással egyenlítik ki (Ez úgy történik, hogy a vezetékeket a nyomvonalhossz mentén többször megcserélik úgy, hogy mindegyik fázis mindegyik helyzetet ugyanakkora hosszon foglalja el.) Ciklikus fáziscserével a végpontokra nézve szimmetrizált vezetéket ábrázol az 5 ábra 6

Ilyen kialakításnál az előző összefüggés alkalmazható, ha a D fázistávolság helyére a három különböző fázistávolság mértani középarányosát írjuk, amelyet geometriai mértékű távolságnak (GMD) nevezünk (6.ábra) x a = 0,145 ⋅ lg 3 Dab ⋅ Dac ⋅ Dbc GMR . Azaz xa = 0,145 ⋅ lg GMD GMR Ω/km a b b c c a 1/3 1/3 1/3 a) a a b b c c 1/6 1/3 1/3 1/6 b) 5. ábra a) Ciklikusan cserélt vezeték kétszeres fázisforgatással b) Ciklikusan cserélt vezeték háromszoros fázisforgatással, a végpontok fázissorrendje azonos 6. ábra Háromfázisú vezetékek GMD redukált fázistávolságai A szabadvezetékek kapacitív reaktanciája A villamosságtanban tanultak alapján ismert a két párhuzamos tengelyű l hosszúságú kissugarú körhenger kapacitása: πεl C= D−r ln r A levegőben haladó szabadvezetékre εr = 1, továbbá az r << D. Ha a kapacitást hosszegységre l = 1 km akarjuk meghatározni, akkor a két

párhuzamos vezeték kapacitása (7a. ábra) 7 Cab = 1 µF/km. D 36 ln r A 7a. ábrán látott megoldás azonban a későbbi háromfázisú helyettesítő kapcsolások szempontjából nem felel meg, mert a Cab kondenzátor "vonali" feszültségre van kapcsolva Az Ua és az Ub fázisfeszültséggel kapcsolatos leképzés két sorba kötött kondenzátorral valósítható meg (7b. ábra) Így Cab két sorba kapcsolt egyenlő kapacitás eredőjeként fogható fel, vagyis egy vezető „föld”-kapacitása: πε l C = . D −r ln r a Q Cab b -Q a Q Uab Ca Cb Ua Ub b -Q Ub Ua D D a) b) 7. ábra Két vezető közötti kapacitás helyettesítő kapcsolásai a) Uab a két elektróda közötti feszültség; b) Ua és Ub földhöz képesti feszültség A gyakorlati számítások során azonban nem a kapacitásokkal, hanem a kapacitív reaktanciával számolunk. D X c = 0,132 lg r MΩkm A háromfázisú vezeték kapacitív ( párhuzamos ) reaktanciája a több

vezető, valamint a föld jelenléte miatt, földhöz viszonyított részkapacitások, potenciáltényezők segítségével számítható. A számítás a soros induktivitás számításánál is bonyolultabb, mert a föld hatását figyelembe kell venni Háromfázisú, ciklikusan cserélt (l. fentebb) vezeték esetében, a föld elhagyásával a kapacitív reaktanciára egy, az egyfázisú helyettesítő vázlatban is alkalmazható egyszerűsített összefüggést kapunk: 8 x ) = 0,132 ⋅ lg 3 Dab ⋅D ac ⋅Dbc GMD = 0,132 ⋅ lg r r MΩkm. Szabadvezetékek szerkezeti elemei Szabadvezetéki vezetőanyagok A szabadvezetéki vezetőanyagokkal szemben támasztott követelmények összetettek. A kiválasztásra a következő szempontok az irányadók: - a mechanikai biztonság, a leszakadás, a vezetékek összelengése és felcsapódása ellen; - a befektetési költségek gazdaságossága, amelyre a vezetékanyag ára, a szerelvények és a szerelésnek a vezetékanyag

minőségétől függő költsége, valamint az oszlopok szerkezete és méretei hatnak; - az üzemi költségek, amelyeket az üzemben levő vezetékben fellépő veszteségek, valamint a karbantartás és a felújítás költségei határoznak meg. A követelmények tehát: kis ellenállás, nagy szakítószilárdság, ellenállóképesség a korrózióval szemben, olcsó létesítés és üzemelés, valamint hazai nyersanyagok felhasználása. A távvezetékek vezetékanyaga eleinte kizárólag a réz volt, amit később a nagyobb oszlopközű távvezetékeken a bronz, ill. a kadmiumbronz váltott fel A mai távvezetékek nem- csak nálunk, hanem világszerte - ötvözött alumínium, ill acélalumínium sodronyokkal épülnek s csak kivételesen - vegyi behatásoknak erőteljesen kitett szakaszokon - használnak kadmiumbronzot. Az ötvözött alumínium és acélalumínium vezetőjű távvezetékek előretörését az magyarázza, hogy a kadmiumbronz mellett e vezetők felelnek meg

legjobban a korszerű távvezetékkel szemben támasztott követelményeknek. A szabadvezetékek céljára általánosságban csupasz sodronyokat alkalmaznak, de a szigetelt sodrony is kezd elterjedni kisfeszültségű hálózatokon, szigetelt szabadvezeték néven. A sodrony túlnyomórészt egynemű anyagú és azonos átmérőjű elemi szálakból készül. Használnak két különnemű anyagból készült sodronyt is, mint az acélalumíniumot, amelynek belső része horganyzott acél, külső része alumínium. A sodronyszerkezet előnyei: nagyobb a biztonság, mivel a vékony elemi szálak homogén minősége jobban biztosítható mint a vastagoké, valamint egy-két elemi szál meghibásodása, szakadása esetén a sodrony nem válik használhatatlanná. A sodrony a szélrezgés okozta kifáradás ellen is nagyobb biztonságú. A sok elemi szál folytán a sodrony hajlékonyabb. A csupasz vezetéksodrony huzalanyag szerinti típusai: - alumínium vezetéksodrony, jele: ASC; -

ötvözött alumínium vezetéksodrony, jele: AASC; - alumínium vezetéksodrony acél erősítéssel, jele: ACSR; - ötvözött alumínium vezetéksodrony acél erősítéssel, jele: AACSR. Az azonos átmérőjű elemi szálakból sodort sodrony felépítése 6-os rendszer szerint történik. Ez azt jelenti, hogy minden réteg az előző rétegnél 6 elemi szállal többet tartalmaz Ha az elemi szálak átmérője változik, a 6-os felépítés, az átmenetet kivéve teljesülA többrétegű sodrony egymást követő rétegeinek sodrásiránya ellentétes, de a külső sodrat mindig jobbmenetű. Indokolt esetben az ötvözött alumínium és az acél erősítésű ötvözött alumínium vezetéksodrony külső rétegének sodrásiránya balmenetű lehet. 9 A szabvány szerinti alumínium vagy nemesített alumínium sodronyt alkotó huzalokat csak hegesztéssel lehet toldani. A sodronyszerkezetben a toldási távolság elemi szálban 500 m-nél, egy rétegben 20 m-nél,

különböző rétegekben 5 m-nél nem lehet kisebb. A toldás helye a sodrony legkülső rétegén gyárilag maradandóan jelölt. A sodronyszerkezet következménye az is, hogy a sodrony szakítószilárdsága és rugalmassági tényezője mindig kisebb az alkotó huzalokénál. Alumínium Al 99,5 E(k) A villamos kemencéből kikerült 99,8%-os, rendkívül lágy és kis szilárdságú alumíniumot közvetlen vezeték céljára felhasználni nem lehat. Az 1%-nál nagyobb szennyeződés esetén viszont a levegőn gyorsan oxidálódik és fehér porrá, timfölddé alakul át. Vezetőanyagnak csak 99,5% tisztaságú alumínium használható. A huzalok szilárdságát hidegenhúzással növelik, ui. így a felületén egy kemény réteg keletkezik Az alumínium szabadvezeték csak ilyen keményre húzott huzalokból készült sodronyszerkezet lehet. Az alumínium huzalok felületén keletkező oxidréteg vegyi hatásokkal szemben rendes körülmények között kellően megvédi a

vezető anyagát. Meg kell azonban jegyezni, hogy klórral, kénnel, alkáliákkal, humuszsavval szemben igen érzékeny tehát ilyen jellegű szennyezett levegőben nem használható. Nagyon gondosan kell ügyelni arra, hogy szállítás vagy szerelés közben ilyenekkel ne érintkezzen (földrefektetés kerülendő!). Nedvesség jelenlétében más fémekkel érintkezve rohamosan korrodál, különösen ha rézzel érintkezik. Így nagy körültekintést kíván a szerelvények anyagának megválasztása és azok kialakítása. Ötvözött alumínium Al Mg Si E A szakirodalomban elterjedten használják a nemesített alumínium, ill. az aludur elnevezést. Az alumínium szilárdsága ötvözéssel növelhető A 99,5% tisztaságú alumíniumot főleg magnéziummal, szilíciummal és kevés vassal ötvözik. Az ötvözött tömbből 1015 mm átmérőjű huzalt készítenek, ezt edzik, majd több napig pihentetik és végleges átmérőre húzzák, végül megeresztik (edzés,

pihentetés, lágyítás). Az így előállított nemesített alumínium (aludur) szakítószilárdsága 300 N/mm2. Mivel a kemény alumíniumnál lényegesen nagyobb szilárdságú, nagyobb húzóerővel feszíthető, így az oszlopközök nagyok lehetnek. E tulajdonsága folytán hazai középfeszültségű vezetékeinken úgyszólván kizárólag nemesített alumínium sodronyt szerelnek. Vegyi tulajdonságai az alumíniuméval azonosak A szabványos ötvözött alumínium vezetéksodronyok jellemző adatait a függelék F-3.5 táblázata, ill az F-36 táblázata adja meg. Acélalumínium A sodrony szilárdságának növelése céljából az alumínium vagy nemesített alumínium elemi szálakat acélhuzalbélre vagy acél sodronybélre sodorják. A sodronyt az acélból és az alumínium keresztmetszetének arányával jelöljük. Ez az arány változó aszerint, hogy mennyire kell megnövelni a sodrony szilárdságát. Hazai viszonyok között általánosságban 1 : 6 arányú

sodronyt alkalmazunk. Nehéz hegyi terepen vagy zúzmarás vidéken az 1 : 5 1 : 3 arány, nagy folyam- vagy völgyátfeszítésekhez pedig 1 : 1 arányt is alkalmaznak. Az acélalumínium sodronyokban két olyan fémet foglalnak egységes szerkezetbe, amelynek rugalmassági tényezője és hőtágulási együtthatója számottevően különböző. A szilárdsági számításoknál feltételezzük, hogy az alumíniumburkot olyan szorosan sodorták az 10 acélbetétre, hogy a súrlódás kölcsönös elmozdulást nem enged meg, s így a két fém egynemű anyagként kezelhető. A húzóerő felvételében mind az acél, mind az alumínium részt vesz, míg a villamos ellenállás szempontjából csak az alumíniumburok keresztmetszetét vesszük figyelembe. Ha a szilárdsági követelmények nem oldhatók meg az acélbél keresztmetszetének növelésével, akkor az alumíniumsodrat helyett nemesített alumíniumból (aludurból) sodort köpenyt alkalmaznak. Acél Az acél

kedvező mechanikai tulajdonságai és olcsósága ellenére sem jöhet szóba távvezetékanyagként, mert villamos tulajdonságai ezt nem teszik lehetővé. Az acél ellenállása nagy, a váltakozóáramú ellenállást a szkínhatás fellépése teszi igen kedvezőtlenné. A nem mágnesezhető fémekből készült vezetőkhöz képest az acélvezetők induktivítása ugyancsak nagyobb a permeabilítás miatt, amely az acél minőségétől, a vezetők szerkezetétől és az áramerősségtől függ, és annak változásával természetesen állandóan változik is. Az acélvezetőket rozsdásodás ellen horganyzással védeni kell. A horganyzás épségére a szerelésnél nagyon kell vigyázni. A szabadvezetékeket légköri túlfeszültség ellen védő, ún. földvezeték vagy védővezeték anyaga régen kizárólag acélsodrony volt. Ma már a védővezetők is acélalumíniumból készülnek. Vörösréz Régebben kizárólagos szabadvezetéki vezetőanyag volt, mivel jó

villamos, mechanikai sajátosságokkal rendelkezik. Fajlagos ellenállása a legkisebb az energiaátvitelre használt fémek között. Légköri és vegyi behatásokkal szemben érzéketlen Keménysége folytán különös gondot nem igénylő módon szerelhető, szerelvényei egyszerűek. Ma már a rézzel kellő mennyiségben rendelkező országok sem használják távvezetékanyagként, mert nem ideális távvezetékanyag. Ebben nem csak drágább volta a szempont, hanem az, hogy nagyobb oszlopközben, a szabvány által előírt többszörös zúzmara póttehernél szilárdsága már nem megfelelő. Kadmiumbronz A réz szakítószilárdsága számottevően növelhető kadmium hozzáadásával. Szakítószilárdsága megközelíti a bronzét, ötvözés következtében azonban vezetőképessége a réznél kisebb, légköri és vegyi behatásoknak kiválóan ellenáll. Ezen kiváló tulajdonságok műszakilag ideális távvezetékanyaggá teszik. Mégis csak egészen kivételes

esetekben (vegyi behatások) alkalmazzák, mert nagy átfeszítések esetében is könnyen pótolható nem szabványos 1 : 4, vagy l : 3 keresztmetszetarányú acélalumínium vagypedig acélaludur sodronyokkal. Bronz ` A bronz vörösréz és ón ötvözete. A szilárdság növelése érdekében kis mennyiségű foszfort vagy szilíciumot is adagolnak hozzá és így szilárdságát tág határok között tudják változtatni (növelni). A bronzvezető számottevően drágább a kadmiumbronznál, ezért még 11 külföldön is csak olyan helyen alkalmazzák - és csak a szükséges legrövidebb szakaszon -, ahol a nagy szilárdság elkerülhetetlenül szükségessé teszi. Pl nehezen megközelíthető hegyes vagy mocsaras terepen stb. A burkolt szabadvezeték hálózat A villamosenergia folyamatos, biztonságos kiszolgálása, a napjainkban egyre fontosabbá váló komplex gazdaságossági szempontok, a nagyobb üzembiztonságra való energiaszolgáltatói törekvés és

végül, de nem utolsósorban az egyre fokozódó környezetvédelmi problémák megelőzése, illetve megoldása olyan egyedi, korszerűbb kisebb létesítési -, és kezelési helyigényű hálózati rendszerek kifejlesztését és alkalmazását követeli meg, amelyek használata bizonyos energiaellátási szituációkban rendszeroptimumnak tekinthető. Keresni kellett tehát olyan középfeszültségű hálózati konstrukciót, amely a villamos energia szállítását - környezetkímélő és kvázi üzemzavarmentes kialakításával speciális helyzetekben is, például természetvédelmi területeken, erdőkön keresztül is gazdaságosan teszi lehetővé. Ezen követelmények kielégítését célozta meg néhány áramszolgáltató vállalat azon kezdeményezése, mely a 20 kV-os burkolt szabadvezeték hálózat (a továbbiakban: BSZV) hazai fejlesztésére és gyakorlati alkalmazására irányult. Mivel hazai adatok - a BSZV létesítés rövid múltjára való tekintettel -

nem állnak rendelkezésre, ezért a következőkben külföldi tapasztalatokat ismerünk meg A BSZV üzemviteli és gazdasági előnyei -Csökkenti az üzemzavarok számát, mert a fázisvezetők összeérése vagy a vezetékre rádőlt fa nem okoz földzárlatot. -Kis helyigényű. Csökken a fázistávolság és a szükséges szabad terület Az üzemzavari statisztikai adatok alapján a meghibásodások jelentős részét teszi ki a szél, a hó, a jég, a só és lerakódások, a madarak és egyéb állatok, valamint a vezetékek körüli növényzet, a fák és ágaik. Skandináviában a BSZV rendszer bevezetésével ezen jelenségek által okozott meghibásodások száma jelentősen csökkent, sőt a BSZV vonal védelmi elemei járulékos módon védik a hálózat egyéb elemeit is (pl. transzformátorok) Így tehát a külső összetevőkből származó meghibásodási gyakoriság ezen rendszer alkalmazásával csökkenthető. Erdős területen a BSZV létesítési költsége

10-20 %-kal kisebb, mint a csupasz vezetéké, hiszen a biztonsági távolság csökkenésével jelentősen csökken a gallyazási feladat és a kivágandó erdőnyiladék szélessége (2.5-25 m), belterületi létesítéskor pedig a nyomvonal közelebb helyezhető az egyes mesterséges, illetve természetes eredetű objektumokhoz. A magyarországi áramszolgáltató vállalatok többsége rövidebb-hosszabb BSZV hálózatot már létesített és üzemeltet BSZV üzemviteli és gazdasági hátrányai Fokozott figyelmet kell szentelni a környezeti hatásoknak: -Villámok, -Korrózió, -Só és ipari szennyeződések lerakódása miatt létrejövő kúszó áram. Előforduló hibafajták : -A villám által okozott ív károsító hatásának elkerülésére szükség van ívvédő szerkezetek alkalmazására az oszlopokon. 12 -A rezgések okozta meghibásodások miatt a húzófeszültség értékét 1/4-ével csökkenteni kellett. Szigetelők és tartozékaik, szerelvények A

szigetelők a szabadvezeték vezetőit villamosan elszigetelik a tartószerkezettől, és a vezetők tartására és feszítésére szolgálnak. A szigetelőknek olyan anyagból kell készülnie, amely megfelelő villamos szilárdságú az átütés, átívelés elkerülése céljából, és megfelelő mechanikai szilárdságú, hogy a vezetők súlyából és feszítéséből származó terheket törés nélkül elviselje. A szabadvezeték szigetelőit az időjárás és a környezet hatásai közvetlenül érik, így anyagmegválasztásuknál, és kialakításuknál ezt külön figyelembe kell venni. (Hirtelen hőmérsékletváltozás éri a szigetelőt, ha erős napsütést zápor követ, vagy például ipartelepek környékén fokozott vegyi igénybevételnek is ellen kell állnia.) A felsorolt követelményeknek megfelelő anyagok, amelyekből a szigetelők készülnek: a porcelán, az üveg és a hőre keményedő műanyag. A porcelán Hazánkban legelterjedtebben

porcelánszigetelőt alkalmaznak, amelyben a kiváló anyagtulajdonság mellett döntő szerepe van a múltban is híres porcelángyártásunknak. A porcelán alapanyaga a földpát, a kaolin és a kvarc. A földpát a tűzállóságot, a kaolin az átütési szilárdságot, a kvarc a mechanikai szilárdságot befolyásolja. A három anyag keverésének a százalékos aránya határozza meg a késztermék előbb felsorolt tulajdonságait. A gyártási eljárás a következő: a földpát és a kvarc megőrölt keverékébe kaolint adagolnak és vízzel összekeverve gyúrható masszát állítanak elő, amelyet préseléssel víztelenítenek, mert a szigetelők anyagának tömörnek, zárvány- és repedésmentesnek kell lennie. A szigetelő a végleges alakját általában esztergálás után kapja meg Az így elkészült szigetelőtestet először szárítják, majd mázzal vonják be és kiégetik. A máz növeli az időjárási behatásokkal szembeni ellenállóképességet és

bizonyos mértékben a mechanikai szilárdságot is. A porcelán kedvezőtlen tulajdonsága, hogy a kiégetés alatt erősen zsugorodik és ridegedik. Mechanikai és villamos jellemzői a függelék F-315 táblázatban találhatók A porcelán legkevésbé húzásra vehető igénybe. Az üveg A szigetelők céljára alkalmas üveg összetétele eltér az általánosan használt üvegtárgyak anyagától. Ennek oka az anyaggal szemben támasztott fokozott mechanikai és villamos követelmény. Gyártása présöntéssel történik és kiégetésre, ill mázzal való bevonásra nincs szükség. A présöntés utáni feszültség