Któregoś dnia, relaksując się na balkonie przyjaciela, wskazałem na linie energetyczne rozciągnięte na wysokiej wieży w oddali i rzuciłem od niechcenia: „Dlaczego te linie są takie gołe? Nie mają żadnej izolacji?”. Mój przyjaciel uśmiechnął się i powiedział: „Zadałeś dość kluczowe pytanie w inżynierii elektrycznej”. Później sprawdziłem i okazało się, że to rzeczywiście ciekawy temat. Wielu zwykłych ludzi może nie być w stanie ich odróżnić, ale różnica, w małej skali, wpływa na koszty energii elektrycznej; w większej skali dotyczy bezpieczeństwa osobistego i stabilności dostaw energii.

Jaka jest zatem dokładnie różnica między przewodami gołymi a przewodami izolowanymi? Jakie są ich odpowiednie zalety i wady? W jakich sytuacjach należy wybrać jeden z nich? Omówmy ten temat dzisiaj.

Najpierw porozmawiajmy o tym, czym jest przewód goły. Jak sama nazwa wskazuje, „przewód goły” to metalowy przewodnik bez izolacji, bezpośrednio wystawiony na działanie czynników atmosferycznych. Zazwyczaj jest wykonany z miedzi, aluminium lub stopu aluminium i jest najbardziej podstawowym rodzajem drutu i kabla. Większość linii wysokiego napięcia, które widzisz wysoko na wieżach w terenie, to przewody gołe. Największymi zaletami przewodów gołych są ich niski koszt i dobra przewodność. Bez dodatkowej warstwy izolacji, ich rozpraszanie ciepła jest również doskonałe, pozwalając na szybkie rozproszenie ciepła generowanego podczas przepływu prądu. Te zalety są szczególnie widoczne w przypadku dalekosiężnego przesyłu energii o dużej mocy.Jednak przewody gołe mają również znaczące wady: brak izolacji oznacza, że muszą być instalowane na dużych wysokościach, zachowując bezpieczną odległość od ludzi i obiektów, aby uniknąć ryzyka porażenia prądem. Są również bardziej podatne na wpływy środowiskowe — silne wiatry mogą powodować przeskoki między przewodami, spadające gałęzie mogą powodować zwarcia, a zwierzęta wspinające się po nich mogą prowadzić do awarii linii. Na obszarach przybrzeżnych z mgłą solną lub w strefach zanieczyszczeń przemysłowych, odsłonięty metal jest również podatny na korozję, która z czasem może wpływać na przewodność, a nawet powodować zerwanie.Czym zatem są przewody izolowane? Mówiąc prościej, przewody izolowane mają cienką warstwę materiału izolacyjnego owiniętą wokół metalowego przewodnika. Materiał ten jest zazwyczaj polietylenem sieciowanym (XLPE) lub polietylenem o wysokiej gęstości (HDPE). Należy jednak wyjaśnić powszechnie mylone pojęcie: przewody izolowane nie są tym samym co przewody powlekane. Zgodnie z kanadyjskimi przepisami elektrycznymi, osłona drutu nie ma znamionowej wytrzymałości dielektrycznej, podczas gdy w pełni izolowany drut ją posiada. Mówiąc prościej, zewnętrzna osłona drutu służy bardziej jako „ochrona” niż „kompletna izolacja”.

Zalety osłony drutu koncentrują się głównie w tej dodatkowej warstwie ochrony. Skutecznie zapobiega awariom spowodowanym zwarciami międzyfazowymi i kontaktem z zewnętrznymi obiektami, znacznie poprawiając bezpieczeństwo dostaw energii. W Japonii, Korei Południowej i Skandynawii wskaźnik awaryjności osłon drutu wynosi zaledwie jedną dziesiątą w porównaniu do drutu gołego. Na obszarach miejskich Japonii i Korei Południowej stosowanie osłon drutu jest nawet obowiązkowe.

Inną, mniej zauważalną zaletą osłony drutu jest to, że może ona znacznie zmniejszyć przestrzeń wymaganą dla linii przesyłowej. Na przykład linia 66 kV wymaga 18 metrów przestrzeni z drutem gołym, podczas gdy osłona drutu wymaga tylko 5 metrów. Ta oszczędność przestrzeni jest znacząca na obszarach miejskich, gdzie zasoby gruntów są ograniczone.

Oczywiście osłona drutu ma również swoje wady. Najbardziej bezpośrednią jest wyższy początkowy koszt inwestycji – około dwukrotnie wyższy niż drutu gołego dla linii średniego napięcia i około 25% wyższy dla linii niskiego napięcia. Ze względu na zewnętrzną warstwę izolacji, wydajność rozpraszania ciepła jest nieco zmniejszona. Dlatego dla tego samego przekroju, dopuszczalna obciążalność prądowa przewodów izolowanych jest niższa niż przewodów gołych, co wymaga wyboru większej specyfikacji.

Gdzie zatem stosuje się te dwa rodzaje przewodów?

Przewody gołe są obecnie stosowane głównie w dalekosiężnych liniach przesyłowych wysokiego napięcia o dużej mocy, a także w liniach napowietrznych na otwartych terenach. Rozważmy to: energia elektryczna z elektrowni musi być przesyłana do miasta oddalonego o setki kilometrów; użycie przewodów gołych jest zdecydowanie bardziej opłacalne niż użycie przewodów izolowanych – przewaga kosztowa przewodów gołych jest w tym scenariuszu bardzo znacząca. Ponadto przewody gołe są również stosowane w systemach uziemiających, systemach ochrony odgromowej i innych zastosowaniach, gdzie izolacja nie jest wymagana.

Przewody izolowane są bardziej odpowiednie dla obszarów miejskich, gęsto zaludnionych, zalesionych i przybrzeżnych z silną mgłą solną. W tych miejscach ryzyko bezpieczeństwa i wyzwania środowiskowe znacznie przewyższają różnicę w kosztach. Na przykład w miastach, gdzie drogi są wąskie, a linie często muszą znajdować się blisko budynków, przewody izolowane mogą znacznie zmniejszyć ryzyko porażenia prądem. Na przykład na obszarach leśnych, gdzie spadające gałęzie są powszechne, a przewody gołe mogą często ulegać awarii, przewody izolowane radzą sobie z tym znacznie lepiej.

Inne pytanie, które zadaje sobie wiele osób, brzmi: który rodzaj przewodu jest bezpieczniejszy? Odpowiedź jest dość jasna – przewody izolowane są znacznie bezpieczniejsze. Przewody izolowane mogą znacznie zmniejszyć ryzyko porażenia prądem, zapobiegać zwarciom międzyfazowym spowodowanym przez obce obiekty i zmniejszyć przerwy w dostawie prądu spowodowane przypadkowym kontaktem. W Australii badanie wykazało, że przewody izolowane mogą zmniejszyć ryzyko pożarów buszu o 98%. Ponadto nie można ignorować roli ochronnej przewodów izolowanych dla ptaków i innych dzikich zwierząt. W rezerwacie ekologicznym na wyspie Öland w Szwecji lokalna firma energetyczna specjalnie wymieniła przewody gołe na izolowane, aby zmniejszyć szkody dla ptaków.

Jednak bezpieczeństwo jest względne. Chociaż przewody gołe są odsłonięte, o ile są instalowane ściśle zgodnie z przepisami, zachowują wystarczające odległości bezpieczeństwa i są wyposażone w odpowiednie urządzenia ochrony odgromowej i uziemiające, mogą działać bezpiecznie i niezawodnie. Kluczem nie jest to, jakiego rodzaju przewód użyć, ale czy jest on używany we właściwym miejscu.

Jakie zatem czynniki należy wziąć pod uwagę przy faktycznym wyborze przewodu?

Jeśli jesteś decydentem w projekcie inżynieryjnym, zaleca się kompleksowe rozważenie następujących czynników:

* **Warunki środowiskowe:** Czy jest to na otwartym polu, czy na gęsto zaludnionym obszarze miejskim? Czy jest to na suchym obszarze śródlądowym, czy na wilgotnym obszarze przybrzeżnym? W pierwszym przypadku wystarczą przewody gołe, podczas gdy w drugim wymagane są przewody izolowane do ochrony przed korozją środowiskową.

* **Wymagania bezpieczeństwa:** Czy linia znajduje się blisko ludzi lub budynków? Czy istnieją jakieś specjalne przepisy bezpieczeństwa? Na obszarach gęsto zaludnionych koszty bezpieczeństwa często przewyższają koszty materiałów.
* **Ograniczenia budżetowe:** Czy ważniejsza jest inwestycja początkowa, czy długoterminowe koszty eksploatacji? Przewody gołe są tańsze na początku, ale wymagają częstej konserwacji, podczas gdy przewody izolowane wymagają większej inwestycji początkowej, ale mogą być bardziej opłacalne w dłuższej perspektywie.

* **Długość linii i poziom napięcia:** W przypadku dalekosiężnego przesyłu wysokiego napięcia przewody gołe mają znaczącą przewagę; w przypadku sieci dystrybucyjnych średniego i niskiego napięcia przewody izolowane często oferują lepsze ogólne korzyści.

* **Możliwości konserwacji:** Jeśli lokalizacja projektu jest odległa i konserwacja jest niewygodna, wybór przewodów izolowanych w celu zmniejszenia częstotliwości awarii i konserwacji może być bardziej pragmatycznym wyborem.

Wracając do pytania z początku artykułu: dlaczego na odległych wieżach energetycznych stosuje się przewody gołe? Odpowiedź jest prosta – ponieważ są to linie przesyłowe wysokiego napięcia zbudowane na otwartym terenie, bez w pobliżu pieszych ani domów, użycie przewodów gołych jest zarówno ekonomiczne, jak i wydajne. Ale gdyby to była linia napowietrzna w mieście, również przesyłająca energię elektryczną, prawdopodobnie zauważyłbyś, że jest owinięta warstwą czarnej izolacji.

Przewody elektryczne mogą wydawać się nieistotne, ale wybór odpowiedniego oszczędza więcej niż tylko pieniądze; oszczędza niezliczone potencjalne problemy i ryzyka. Mam nadzieję, że ten artykuł pomoże Ci zrozumieć różnicę między tymi dwoma rodzajami przewodów, dzięki czemu następnym razem, gdy zobaczysz linie energetyczne napowietrzne, być może będziesz w stanie dostrzec różnicę.