Přenos elektrické energie je zprostředkováván kabelovými nebo venkovními vedeními. V případě kabelových vedení jsou kabely uloženy v zemi, v drážce nebo na lávce. V případě venkovního vedení poté na stožárech.

V návaznosti na náš článek představující princip činnosti a rozdělení transformátorů Vám v tomto článku přinášíme přehled materiálů používaných ve venkovních rozvodech elektrické energie. Jedná se o vedení na napěťové hladině od nízkého napětí (do 1 kV sdružených) až po zvláště vysoké napětí (nad 400 kV sdružených).

Mezi základní elektrovodné materiály patří měď a hliník. Na venkovních vedeních se tak můžeme setkat s měděnými lany a dráty, s hliníkovými, bronzovými, ale i s železnými vodiči. Všechny uvedené materiály mají své výhody a nedostatky a nejsou pro běžné využití zcela vhodné.

Nevýhodou mědi je vysoká cena, nevýhodou železa je nízká elektrická vodivost a hliník má pro změnu pro běžné použití příliš malou mechanickou pevnost. K potlačení negativních vlastností uvedených materiálů byly vyvinuty různé slitiny vyznačující se vhodnými parametry. Mezi využívané slitiny patří například slitiny hliníku Aldrey a Condal s větší mechanickou pevností v porovnání s klasických hliníkem.

Představení v praxi nejvíce užívaných AlFe lan

V praxi se v drtivé většině případů vedení velmi vysokého napětí používají kombinovaná lana. Jsou to lana složená z vodičů ze dvou materiálů, z nichž jeden má dobré mechanické vlastnosti a druhý zajišťuje dobré elektrické vlastnosti. Nejčastěji používanou kombinaci jsou AlFe lana.

Jedná se o lana s ocelovou nosnou částí a s hliníkovou elektrovodnou částí. Ocelovému jádru se říká duše, hliníková část je nazývaná plášť. AlFe lana nejlépe odpovídají požadavkům kladeným na venkovní vodiče. Duše zajišťuje dostatečnou mechanickou pevnost, nesou celé lano a brání natahování hliníkové části. Hliníková část je kvůli vlivu povrchového jevu, jinak řečeno skinefektu, efektivně protékána proudem. Jak bylo zmíněno v článku o transformátorech, při přenosu výkonu na delší vzdálenosti je třeba transformovat výkon v síti na vyšší napěťové hladiny, čímž dochází při zachování přenášeného výkonu k poklesu proudu, kvůli snížení joulových (tepelných) ztrát na veden. Ty jsou úměrné druhé mocnině proudu protékajícího vodičem.

Bohužel i přenos elektřiny na hladinách velmi vysokého napětí napětí se vyznačuje specifickým typem ztrát, které společně se zmíněnými joulovými ztrátami negativně ovlivňují ekonomiku přenosu elektřiny. Jedná se o ztráty korónou, ke kterým dochází na všech hrotech a hranách. Díky kulatému průřezu elektrovodné části lana dochází ke zmenšení vlivu ztrát korónou, protože chybí hrany, na kterých by se koróna projevila.

Na následujícím obrázku je zobrazena struktura kombinovaných AlFe lan různých typů.

Kombinovaná lana se značí dvěma čísly a zkratkou materiálu. Příkladem označení těchto lan je 120 AlFe 6. První číslo označuje jmenovitý průřez elektrovodné části lana. Druhé číslo značí poměr průřezů pláště a duše lana. Výrobci a dodavatelé však mohou zavádět na webech svá vlastní značení. Je proto dobré mít se na pozoru při výběru lana o správném průřezu.

Trend v oblasti lanových vedení

V současné době se stále častěji používají izolované vodiče kvůli souvisejícímu zmenšení poruchovosti vedení. Lana nejsou tolik náchylná na spadené větve, které jsou často příčinou zkratů na vedeních, a lépe odolávají atmosférickým podmínkám. Díky vyšší izolační pevnosti mohou být použity menší vzdálenosti mezi fázemi a mezi fází a zemí. To vede k potřebě menších konzolí a stožárů a to vede celkově k lepšímu začlenění vedení do krajiny. Těsnější uspořádání vodičů má pak jako další výhodu lepší elektrické parametry.

Tyto vodiče se vyrábějí z hliníkové slitiny, jsou slaňované a komprimované, což snižuje jejich průměr. Používají se především na vedení 35 a 110 kV. Izolace je vyrobená ze zesítěného polyetylénu (XLPE). Izolované vodiče mohou být navíc polovodivě stíněné a mohou díky tomu získat označení Low Magnetic Field – LMF.

Zapouzdřené vodiče

Specialitou venkovního vedení jsou zapouzdřené vodiče, které se používají tam, kde je třeba vyvádět vyšší výkony. Příkladem takového použití je vyvedění výkonu z alternátorů elektráren do blokových transformátorů. V takovém případě jsou přenášeny výkon v řádech stovek MW. Uplatnění nacházejí rovněž v rozvodnách s vyšším napětím díky větší izolační pevnosti.

Tyto vodiče jsou stavěny na dlouhodobé vedení velice vysokých střídavých  proudů (řádově desítky kA). Konstrukčně jsou vodiče řešeny vodičem každé  fáze umístěné v ose samostatně uzemněného pouzdra. Vodič bývá zhotovený  z tvářených trubek nebo z válcovaných hliníkových plechů. Vodič se v ose  udržuje pomocí tří podpěrných izolátorů vzájemně posunutých o 120°.  Materiálem izolátorů bývá standardně lítá pryskyřice. Izolátory mohou být  vybaveny pružně uloženou hlavou, která tlumí dynamické rázy během  přechodných dějů a navíc umožňuje pohyb vodiče ve všech směrech.

Pouzdro je zhotoveno z elektricky vodivého nemagnetického materiálu, jakým  je například hliník. Při vnějším pohledu může zapouzdřený vodič připomínat horkovod nebo parovod.

Uzemněné pouzdro dále velmi dobře zachycuje proměnlivá magnetická pole a minimalizuje interakci jednotlivých fázových vodičů. To znamená, že zapouzdřené vodiče jsou jen minimálně namáhány elektrodynamickými silami způsobenými průchodem střídavého proudu. Vodiče jsou bezúdržbové s přirozeným nebo nuceným chlazením. Díky dobré izolaci navíc prakticky zamezují vzniku mezifázového zkratu.

Autor článku: Jiří Čermák (přispěvatel webu OEnergetice.cz)

Zdroj úvodní fotografie: gershpost.com