Tvary a klasické typy vodičů vedení VVN

Venkovními vedeními velmi vysokého napětí se již zabývaly dva naše příspěvky Elektrické stožáry aneb poznáš kočku na poli? a Vodiče venkovních elektrických vedení, v tomto a příštím článku bude problematika popsána podrobněji.

Obsahem článků bude představení tvarů, které mohou vodiče mít, a dále popis vlastností, výhod a nevýhod jednotlivých typů vodičů s tím, že v tomto článku bude pozornost věnována klasickým vodičům a v příštím článku poté vodičům vysokoteplotním.

Tvary vodičů

Nejčastější jsou vodiče slaněné z drátů s kruhovým příčným průřezem. Z toho vyplývá, že průřez vodiče obsahuje poměrně velké oblasti dutin a povrch takovéhoto vodiče obsahuje prohlubně mezi dráty horní vrstvy, což s sebou nese nevýhody, které je snaha odstraňovat užitím lepších tvarů drátu, z nichž je spleteno lano. Jeden z nových designů vodiče jsou dráty tvaru Z a druhým jsou segmentovaná lana.

Z-tvar vodičů

Zformované vodiče tvaru Z se k sobě lépe tisknou a jak dutiny, tak i prohlubně jsou menší. Důsledkem je to, že tyto vodiče mají nižší odpor proti vodičům z kruhových drátů stejného vnějšího průměru. Negativem je, že při stejném průřezu a stejném materiálu, jako vodiče kruhové, bude hmotnost vodiče větší a tím pádem bude i více zatížen stožár. Spokojíme-li se s dosažením stejného odporu, pak nám stačí vodič z drátů tvaru Z s menším průměrem, tím naopak zatížení stožáru snížíme, protože bude nižší větrné namáhání, jež je závislé mimo jiné na průměru vodiče.

Do sebe zapadající dráty horní vrstvy zabraňují korozi uvnitř lana a celkově je stárnutí pomalejší. U vodičů s mazivem tato horní vrstva zabraňuje ztrátě maziva. Bylo změřeno, že po osmnácti letech provozu bylo u tohoto typu množství maziva stejné jako na začátku a u klasických vodičů došlo ke ztrátě necelých 30 % maziva.

Ohledně vlivu na tlumení vibrací existují dva názory. Výrobce na jednu stranu uvádí, že kompaktnost vrstvy přinese až 2x rychlejší tlumení vibrací, ale na druhé straně by kompaktnost mohla mít za následek zmenšení samo tlumení vibrací, protože k němu dochází zejména ztrátou energie způsobenou vzájemným posunem jednotlivých vrstev po sobě. Naopak pozitivní vliv má použití Z drátu z pohledu tzv. tančení vodičů. Tento jev se projevuje až od určité rychlosti větru. Tato rychlost je podstatně vyšší než u klasických vodičů, a když už tančení vodiče nastane, je v menším rozsahu.

Lana tvaru Z jsou vhodnější i z hlediska koróny, kdy je její efekt menší z důvodu hladkého povrchu vodiče a také kvůli absenci prachových částic, které u klasického vodiče zůstávají v prohlubních horní vrstvy, kdežto u tohoto typu mohou být z povrchu lépe smyty deštěm. Poslední velká výhoda spočívá v tvorbě sněhových vrstev a námrazku. Testy prokázaly, že se námrazek tvoří 1,5x až 3x méně než na klasických vodičích.

Segmentované vodiče

Segmentované vodiče mají obdobné vlastnosti jako lana s dráty tvaru Z popsané v předchozích odstavcích. Tato lana jsou slaněna z drátů lichoběžníkových průřezů (anglicky trapeziodal wire – TW). Rozdíl je pouze v tom, že v segmentovaném lanu drží dráty méně v sobě a tuhost je o něco málo menší.

Klasické typy vodičů 

• ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced)

Český název vodiče ACSR je AlFe lano. Je to nejběžnější vodič používaný na venkovním vedení. Skládá se z ocelového jádra (duše), kolem kterého jsou hliníkové dráty v několika vrstvách. Jádro je spleteno z pozinkovaných drátů s velkou pevností a kolem jsou dráty z tvrdě taženého hliníku s velkou vodivostí. Změnami průřezů oceli a hliníku je možné sestrojit vodiče s vyšší pevnosti na úkor vodivosti nebo s vyšší vodivostí a nižší pevnosti. Pro zlepšení vlastností lana se používá segmentovaného provedení hliníkových drátů.

• AAC (All Aluminium Conductor) a AAAC (All Aluminium Alloy Conductor)

Jedná se o dva typy celohliníkových vodičů. AAC je homogenní vodič z čistého hliníku a AAAC je homogenní vodič z tepelně ošetřené slitiny Al-Mg-Si. Oba vodiče se vyrábějí i v segmentovaném provedení (AAC/TW a AAAC/TW). Vodič AAC může být náhradou za klasické ACSR lano tam, kde je nutné zachovat proudové zatížení vedení, ale jsou požadovány lehčí vodiče. Vodiče AAAC nabízejí ve srovnání s klasickými ACSR zlepšení teplených vlastností. Mají vyšší pevnost, protože když natáhneme vodič na podobné procento jmenovité pevnosti jako vodič ACSR, tak můžeme vedení provozovat při vyšších teplotách a průhyb bude menší než u ACSR. Musí se však dát pozor u vedení citlivé na vibrace, kde by natažení na podobné procento pevnosti mohlo způsobit problémy.

To, že se jedná o vodič bez ocelového jádra, v sobě skýtá další výhodu a to tu, že je zabráněno vzniku galvanické koroze, jež může vznikat u vodičů ACSR. Použijeme-li ještě u celohliníkových vodičů maziva, které zabrání korozi způsobenou například mořskou solí, získáme ideální vodiče do přímořských oblastí s náročným okolním prostředím.

• ACAR (Aluminium Conductor Alloy Reinforced)

Jedná se obvykle o kombinaci vodiče AAC a AAAC, kde vodič AAAC tvoří jádro lana a okolo je elektrovodný hliník AAC. Různou kombinací průřezů jednotlivých typů vodičů lze optimalizovat vlastnosti výsledného vodiče ACAR pro konkrétní aplikaci. Zvýšíme-li počet drátů AAAC získáme větší pevnost na úkor vodivosti a naopak větší počet drátů elektrovodného hliníku zapříčiní nižší rezistivitu. Obecně pro stejnou hmotnost vodiče ACAR jako vodiče ACSR dosáhneme vyšší proudové zatížitelnosti a pevnosti.

Zdroj úvodní fotografie: Southwire