Jakie są dwie podstawowe funkcje optycznego przewodu uziemiającego w liniach elektroenergetycznych?

Beyond the Wire: jak OPGW chroni i łączy siatkę

W rozległych, ciche krajobrazy, które rozciągają się między naszymi miastami, wysokie wartowniki siatki elektrycznej niosą więcej niż tylko moc. Uderzone wzdłuż wierzchołków tych wysokiego napięcia wież skrzyni biegów jest unikalnym rodzajem kabla, który służy podwójnie, krytycznemu celowi misji. Ten kabel jest znany jako Optyczny drut uziemienia lub OPGW. Dla inżynierów, operatLubów sieci i specjalistów telekomunikacyjnych OPGW jest kamieniem węgielnym nowoczesnej, niezawodnej infrastruktury. Ale dla wielu jego pełne możliwości pozostają tajemnicą.

Funkcja rdzenia nr 1: Tarcza ochronna - zabezpieczenie linii zasilania

Pierwotną i tradycyjną rolą drutu uderzonego w górnej części wieży transmisyjnej jest funkcjonowanie jako STATYCZNY drut tarczy or Drut ziemny . Jego zadaniem jest ochrona podwyższonych przewodów fazowych (przewody niszczące energię) poniżej przed najbardziej niszczycielską siłą w naturze: błyskawice. OPGW jest przede wszystkim wyjątkowo dobrym drutem uziemienia.

Podsumowanie 1A: Ochrona błyskawicy i ochrona

Problem: Gdy uderzenie błyskawicy bezpośrednio uderza w przewód fazowy, wstrzykuje ogromny wzrost prądu - często przekraczający 100 000 amperów - w ułamku sekundy. Ten wzrost znacznie przekracza zdolność operacyjną linii, prowadząc do katastrofalnej awarii izolacji, uszkodzenia sprzętu i natychmiastowego potknięcia wyłącznika, powodując awarię zasilania.

Jak OPGW to rozwiązuje: Kabel OPGW jest strategicznie ustawiony w najwyższym punkcie wieży, tworząc „tarczę” nad przewodami fazowymi. Został zaprojektowany tak, aby był najbardziej prawdopodobnym punktem kontaktu dla uderzenia pioruna.

Celowa atrakcja: Ze względu na swoją funkcję wysokości i uziemienia OPGW skutecznie przechwytuje mózg błyskawicy, zanim będzie mógł osiągnąć krytyczne przewody fazowe poniżej.

Bezpieczna bieżąca ścieżka: Po uderzeniu solidne metaliczne zewnętrzne warstwy OPGW zapewniają ścieżkę o niskiej impedancji dla prądu błyskawicznego, aby podróżować wzdłuż rozpiętości kabla.

Rozpraszanie do Ziemi: W każdej wieży transmisyjnej OPGW jest elektrycznie podłączony do struktury wieży. Sama wieża jest podłączona do systemu uziemienia - sieci prętów i przewodów zakopanych na Ziemi. Masywny prąd błyskawicy jest bezpiecznie odwracany w dół wieży i niezadowolenie rozpraszany do ziemi.

Praktyczny wynik: Poświęcając się strajkowi, OPGW zapobiega destrukcyjnej energii błyskawicy do dotarcia do żywych przewodników, zapobiegając w ten sposób uszkodzeń i utrzymując ciągłość zasilania. Jego konstrukcja zapewnia, że ​​może wytrzymać wiele takich uderzeń bez awarii mechanicznej lub elektrycznej.

Podsumowanie 1b: Nośnik uziemienia i prądu uszkodzenia

Problem: Oprócz błyskawicy inne zdarzenia mogą powodować usterki na linii zasilania, takie jak drzewo spadające na awarię przewodnika lub sprzętu. Kiedy żywy dyrygent kontaktuje się z uziemionym obiektem (jak sama wieża), tworzy „wadę uziemienia”. Powoduje to masywne, choć nieco mniej chwilowe, przypływ prądu znanego jako prąd usterki. Prąd ten musi być bezpiecznie kierowany do uziemienia, aby umożliwić przekaźniki ochronne wykrycie usterki i odizolowanie uszkodzonego sekcji.

Jak OPGW to rozwiązuje: OPGW tworzy ciągłą ścieżkę elektryczną o niskiej oporności wzdłuż całej długości linii przesyłowej, łącząc układy uziemienia każdej wieży.

Tworzenie wspólnego odniesienia naziemnego: Ta połączona sieć zapewnia, że ​​wszystkie wieże są utrzymywane z podobnym potencjałem ziemskim, co jest kluczowe dla stabilności i prawidłowego działania schematów ochrony systemu zasilania.

Przenoszenie prądu błędu: Podczas zdarzenia błędu znaczna część prądu uszkodzenia przepłynie przez OPGW i struktury wieży z powrotem do źródła. OPGW jest specjalnie zaprojektowany z określonym prądem zwarciowym (np. 50 ka przez 1 sekundę). Oznacza to, że jego warstwy aluminiowe i stalowe są wystarczająco znaczące, aby przenieść ten ogromny prąd przez krótki okres, aż do wyjazdu wyłącznika bez topienia lub utrzymywania uszkodzeń.

Praktyczny wynik: OPGW zapewnia, że ​​podczas wewnętrznych uszkodzeń elektrycznych prąd ma bezpieczną, przewidywalną ścieżkę do uziemienia. Pozwala to na szybkie i selektywne urządzenia ochronne, minimalizując uszkodzenie sprzętu i ograniczając zasięg i czas trwania awarii zasilania.

Funkcja podstawowa nr 2: Cyfrowy układ nerwowy - umożliwianie inteligentnej komunikacji sieciowej

Chociaż jego rola ochronna jest fundamentalna, jest to druga funkcja, która przekształca OPGW z prostego drutu w zasób strategiczny. W obrębie ochronnej metalicznej powłoki znajdują się włókna optyczne, przekształcając kabel w wysokowydajny łącze telekomunikacyjne.

Podsumowanie 2A: Konstrukcja fizyczna: kabel w kablu

Aby zrozumieć, jak to działa, musisz zrozumieć, jak jest zbudowany. OPGW nie jest prostą mieszanką materiałów; Jest to precyzyjnie zaprojektowana struktura rurowa.

Centralny rdzeń: W samym środku znajduje się rurka ze stali nierdzewnej lub aluminiowej. Wewnątrz tej hermetycznie uszczelnionej rurki same znajdują się włókna optyczne, zwykle otoczone żelem blokującym wodę, aby zapobiec wnikaniu wilgoci i zapewniając mechaniczne amortyzację.

Zewnętrzne warstwy: Ta środkowa rurka otaczają warstwy drutów aluminiowych i stalowych. Druty te są uwikłane wokół rurki, zapewniając kabelowi pierwotną wytrzymałość mechaniczną, zdolność do przenoszenia prądu i odporność na korozję. Specyficzne połączenie aluminium (do przewodności) i stali (dla siły) można dostosować do wymagań projektu.

Ta konstrukcja jest kluczem do jej podwójnej tożsamości: zewnętrzne przewody obsługują obowiązki elektryczne i mechaniczne, podczas gdy rurka wewnętrzna zapewnia bezpieczne, stabilne i izolowane środowisko dla delikatnych włókien szklanych.

Sub-funkcja 2B: Krytyczne zastosowania w zarządzaniu i kontrolowaniu siatki

Pojemność danych zapewniana przez włókna optyczne jest kręgosłupem „inteligentnej siatki”. Umożliwia monitorowanie, ochronę i kontrolę w czasie rzeczywistym, które są niemożliwe w przypadku starszych, dzierżawionych linii telekomunikacyjnych. Oto najważniejsze aplikacje:

1. Ochrona systemu zasilania:
Jest to prawdopodobnie najważniejsza funkcja danych. „Ochrona pilotażowa” lub „Przekazywanie różnicowe” Schematy wymagają bardzo wysokości komunikacji między dwoma końcami linii przesyłowej. Jeśli uskok wystąpi na środku linii, przekaźniki na obu końcach muszą natychmiast porównać prąd przepływający i wychodzący. Korzystając z łącza światłowodowego OPGW, mogą one określić w milisekundach (często 1-2 cykli), że usterka jest między oni i podróżują obu łamania jednocześnie. Bez tego szybkiego łącza przekaźniki działałyby wolniej, powodując większe zakłócenia systemu i potencjalne uszkodzenie sprzętu.

2. Kontrola nadzorcza i pozyskiwanie danych (SCADA):
SCADA to układ nerwowy centrum kontroli siatki. Włókna w OPGW przenoszą ogromne ilości danych w czasie rzeczywistym z tysięcy punktów na siatce-napięcia, prądy, przepływy zasilania, statusy wyłącznika i pozycje kranów transformatora-do pomieszczenia kontrolnego. Pozwala to operatorom zobaczyć stan całej siatki w czasie rzeczywistym i podejmować świadome decyzje.

3. Monitorowanie i kontrola szerokiego obszaru (WAMS):
Wychodząc poza SCADA, WAMS wykorzystuje zsynchronizowane jednostki pomiaru fazorowego (PMU). Urządzenia te, zsynchronizowane przez GPS, zapewniają precyzyjną, w czasie „migawkę” zdrowia siatki 30-60 razy na sekundę. Wysoka przepustowość i niskie opóźnienie włókien OPGW są niezbędne do transportu tego masywnego strumienia danych. Pozwala to na wykrycie oscylacji siatki i niestabilności, które byłyby niewidoczne dla konwencjonalnego SCADA, pomagając zapobiegać powszechnym zaciemnieniu.

4. Monitorowanie aktywów i konserwacja oparta na warunkach:
Włókna można również użyć do monitorowania zdrowia kabla OPGW i samej linii transmisji. Rozkładowe wykrywanie temperatury (DTS) i rozłożone wykrywanie akustyczne (DAS) używają samego włókna jako czujnika. DTS może wykrywać hotspoty w spliceach lub połączeniach, podczas gdy DAS może wykrywać i lokalizować wibracje przewodników, galopowanie, a nawet potencjalną zakłócenia, takie jak upadki drzew lub nieautoryzowana konstrukcja w pobliżu pierwszej drogi.

5. Telekomunikacja do operacji użyteczności publicznej:
Oprócz kontroli systemu czystego zasilania włókna zapewniają niezawodny kanał komunikacyjny dla wszystkiego innego, czego potrzebuje użyteczność: komunikacja głosowa dla załóg konserwacyjnych, ruch korporacyjny i nadzór wideo dla bezpieczeństwa podstacji.

Zaleta synergistyczna: dlaczego dwie funkcje są lepsze niż jedna

Prawdziwy geniusz OPGW leży w potężnej synergii między jego dwiema podstawowymi funkcjami.

Optymalne wykorzystanie prawa drogi: Uruchomienie osobnego kabla światłowodowego na wieży transmisyjnej wymaga dodatkowego sprzętu, względy projektowania i jest podatne na uszkodzenia z żywiołów lub dzikiej przyrody. Dzięki integracji światłowodu z drutem uziemieniowym narzędzia zmaksymalizują stosowanie istniejącego, zabezpieczonego prawa drogi bez potrzeby dodatkowych zezwoleń lub pozyskiwania gruntów.

Lepsze bezpieczeństwo i niezawodność światłowodów: OPGW zapewnia fizycznie i elektrycznie ścieżkę dla włókien. Umieszczone na szczycie wieży, są w dużej mierze niedostępne i chronione przed przypadkowymi uszkodzeniem, wandalizmem i kradzieżą. Ponadto solidna pochwa metaliczna zapewnia doskonałą odporność na interferencję elektromagnetyczną (EMI), która jest ciężka w środowisku wysokiego napięcia. Powoduje to połączenie komunikacyjne o niezrównanej niezawodności i integralności danych.

Wydajność gospodarcza: Podczas gdy początkowy koszt OPGW jest wyższy niż tradycyjny drut uziemienia, eliminuje potrzebę budowy, dzierżawy lub utrzymania osobnej infrastruktury komunikacyjnej. „Koszt przyrostowy” dodania funkcjonalności światłowodowej jest minimalny w porównaniu z ogromną wartością tworzącej sieć danych. Jest to klasyczny przypadek budowania mądrzejszego, a nie trudniejszego.

Wniosek: kręgosłup odpornej i inteligentnej przyszłości

Optyczny drut uziemienia jest znacznie więcej niż prosty drut; Jest to wielofunkcyjny, krytyczny komponent nowoczesnej transmisji mocy. Jego pierwsza funkcja podstawowa jako Tarcza ochronna jest fundamentalne, zapewniając odporność potrzebną do wytrzymania furii natury i usterki systemu wewnętrznego. Jego druga podstawowa funkcja jako cyfrowy układ nerwowy jest transformacyjny, zapewniając szybką, wysoką niezawodność, umożliwiającą świadomość sytuacyjną, szybką automatyzację i inteligentną kontrolę wymaganą dla sieci energetycznej XXI wieku.

Rozumiejąc te dwie splecione funkcje, można docenić, dlaczego OPGW stał się technologią z wyboru dla mediów na całym świecie. Jest to doskonały przykład eleganckiej inżynierii: rozwiązywanie dwóch podstawowych wyzwań - ochrony i komunikacji - z jednym, synergicznym rozwiązaniem, które jest solidne, niezawodne i gotowe na przyszłość.