Воздушными называются линии, предназначенные для передачи и рас-пределения ЭЭ по проводам, расположенным на открытом воздухе и под-держиваемым с помощью опор и изоляторов. Воздушные ЛЭП сооружаются и эксплуатируются в самых разнообразных климатических условиях и гео-графических районах, подвержены атмосферному воздействию (ветер, голо-лед, дождь, изменение температуры).

В связи с этим ВЛ должны сооружаться с учетом атмосферных явлений, загрязнения воздуха, условий прокладки (слабозаселенная местность, территория города, предприятия) и др. Из ана-лиза условий ВЛ следует, что материалы и конструкции линий должны удовлетворять ряду требований: экономически приемлемой стоимостью, хо-рошей электропроводностью и достаточной механической прочностью мате-риалов проводов и тросов, стойкостью их к коррозии, химическим воздействиям; линии должны быть электрически и экологически безопасны, занимать минимальную территорию.

Конструктивное исполнение воздушных линий. Основными конст-руктивными элементами ВЛ являются опоры, провода, грозозащитные тро-сы, изоляторы и линейная арматура .

По конструктивному исполнению опор наиболее распространены одно-и двухцепные ВЛ. На трассе линии могут сооружаться до четырех цепей. Трасса линии - полоса земли, на которой сооружается линия. Одна цепь вы-соковольтной ВЛ объединяет три провода (комплекта проводов) трехфазной линии, в низковольтной - от трех до пяти проводов. В целом конструктивная часть ВЛ (рис. 3.1) характеризуется типом опор, длинами пролетов, габарит-ными размерами, конструкцией фаз, количеством изоляторов.

Длины пролетов ВЛ l выбирают по экономическим соображениям, т. к. с увеличением длины пролета возрастает провис проводов, необходимо уве-личить высоту опор H, чтобы не нарушить допустимый габарит линии h (рис. 3.1, б), при этом уменьшится количество опор и изоляторов на линии. Габарит линии - наименьшее расстояние от нижней точки провода до земли (воды, полотна дороги) должно быть таким, чтобы обеспечить безопасность движения людей и транспорта под линией.

Это расстояние зависит от номи-нального напряжения линии и условий местности (населенная, ненаселен-ная). Расстояние между соседними фазами линии зависит главным образом от ее номинального напряжения. Конструкция фазы ВЛ в основном опреде-ляется количеством проводов в фазе. Если фаза выполнена несколькими про-водами, она называется расщепленной. Расщепленными выполняют фазы ВЛ высокого и сверхвысокого напряжения. При этом в одной фазе используют два провода при 330 (220) кВ, три - при 500 кВ, четыре-пять - при 750 кВ, восемь, одиннадцать - при 1150 кВ.

Опоры воздушных линий. Опоры ВЛ - конструкции, предназначен-ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой, или каким-то инженерным сооружением. Кроме того, на опорах в необходимых случаях подвешивают стальные заземленные тросы для защиты прово-дов от прямых ударов молнии и связанных с этим перенапряжений.

Типы и конструкции опор разнообразны. В зависимости от назначения и размещения на трассе ВЛ они подразделяются на промежуточные и анкер-ные. Отличаются опоры материалом, исполнением и способом крепления, подвязки проводов. В зависимости от материала они бывают деревянные, железобетонные и металлические.

Промежуточные опоры наиболее простые, служат для поддерживания проводов на прямых участках линии. Они встречаются наиболее часто; доля их в среднем составляет 80-90 % общего числа опор ВЛ. Провода к ним кре-пят с помощью поддерживающих (подвесных) гирлянд изоляторов или шты-ревых изоляторов. Промежуточные опоры в нормальном режиме испытыва-ют нагрузку в основном от собственного веса проводов, тросов и изоляторов, подвесные гирлянды изоляторов свисают вертикально.

Анкерные опоры устанавливают в местах жесткого крепления прово-дов; они делятся на концевые, угловые, промежуточные и специальные. Ан-керные опоры, рассчитанные на продольные и поперечные составляющие тяжения проводов (натяжные гирлянды изоляторов расположены горизон-тально), испытывают наибольшие нагрузки, поэтому они значительно слож-нее и дороже промежуточных; число их на каждой линии должно быть ми-нимальным.

В частности, концевые и угловые опоры, устанавливаемые в конце или на повороте линии, испытывают постоянное тяжение проводов и тросов: одно-стороннее или по равнодействующей угла поворота; промежуточные анкер-ные, устанавливаемые на протяженных прямых участках, также рассчитыва-ются на одностороннее тяжение, которое может возникнуть при обрыве час-ти проводов в примыкающем к опоре пролете.

Специальные опоры бывают следующих типов: переходные - для больших пролетов пересечения рек, ущелий; ответвительные - для выполне-ния ответвлений от основной линии; транспозиционные - для изменения по-рядка расположения проводов на опоре.

Наряду с назначением (типом) конструкция опоры определяется коли-чеством цепей ВЛ и взаимным расположением проводов (фаз). Опоры (и ли-нии) выполняются в одно- или двухцепном варианте, при этом провода на опорах могут размещаться треугольником, горизонтально, обратной «елкой» и шестиугольником или «бочкой» (рис. 3.2 ).

Несимметричное расположение фазных проводов по отношению друг к другу (рис. 3.2) обусловливает неодинаковость индуктивностей и емкостей разных фаз. Для обеспечения симметрии трехфазной системы и выравнива-ния по фазам реактивных параметров на длинных линиях (более 100 км) на-пряжением 110 кВ и выше осуществляют перестановку (транспозицию) про-водов в цепи с помощью соответствующих опор.

При полном цикле транспозиции каждый провод (фаза) равномерно по длине линии занимает последовательно положение всех трех фаз на опоре (рис. 3.3).

Деревянные опоры (рис. 3.4 ) изготавливают из сосны или лиственницы и применяют на линиях напряжением до 110 кВ в лесных районах, в настоящее время все меньше. Основными элементами опор являются пасынки (пристав-ки) 1, стойки 2, траверсы 3, раскосы 4, подтраверсные брусья 6 и ригели 5. Опоры просты в изготовлении, дешевы, удобны в транспортировке. Основ-ной их недостаток - недолговечность из-за гниения древесины, несмотря на ее обработку антисептиком. Применение железобетонных пасынков (приста-вок) увеличивает срок службы опор до 20-25 лет.

Железобетонные опоры (рис. 3.5) наиболее широко применяются на линиях напряжением до 750 кВ. Они могут быть свободностоящие (проме-жуточные) и с оттяжками (анкерные). Железобетонные опоры долговечнее деревянных, просты в эксплуатации, дешевле металлических.

Металлические (стальные) опоры (рис. 3.6 ) применяют на линиях на-пряжением 35 кВ и выше. К основным элементам относятся стойки 1, тра-версы 2, тросостойки 3, оттяжки 4 и фундамент 5. Они прочны и надежны, но достаточно металлоемкие, занимают большую площадь, требуют для уста-новки сооружения специальных железобетонных фундаментов и в процессе эксплуатации должны окрашиваться для предохранения от коррозии .

Металлические опоры используются в тех случаях, когда технически сложно и неэкономично сооружать ВЛ на деревянных и железобетонных опорах (переходы через реки, ущелья, выполнение отпаек от ВЛ и т. п.).

В России разработали унифицированные металлические и железобе-тонные опоры различных типов для ВЛ всех напряжений, что позволяет се-рийно их производить, ускорять и удешевлять сооружение линий.

Провода воздушных линий .

Провода предназначены для передачи электроэнергии. Наряду с хорошей электропроводностью (возможно мень-шим электрическим сопротивлением), достаточной механической прочно-стью и устойчивостью против коррозии должны удовлетворять условиям экономичности. С этой целью применяют провода из наиболее дешевых ме-таллов - алюминия, стали, специальных сплавов алюминия. Хотя медь об-ладает наибольшей проводимостью, медные провода из-за значительной стоимости и потребности для других целей в новых линиях не используют-ся.

Их использование допускается в контактных сетях, в сетях горных предприятий.

На ВЛ применяются преимущественно неизолированные (голые) про-вода. По конструктивному исполнению провода могут быть одно- и много-проволочными, полыми (рис. 3.7 ). Однопроволочные, преимущественно стальные провода, используются ограниченно в низковольтных сетях. Для придания гибкости и большей механической прочности провода изготавли-вают многопроволочными из одного металла (алюминия или стали) и из двух металлов (комбинированные) - алюминия и стали. Сталь в проводе увеличи-вает механическую прочность.

Исходя из условий механической прочности, алюминиевые провода марок А и АКП (рис. 3.7) применяют на ВЛ напряжением до 35 кВ. Воздушные линии 6-35 кВ могут также выполняться сталеалюминиевыми проводами, а выше 35 кВ линии монтируются исключительно сталеалюминиевыми проводами.

Сталеалюминиевые провода имеют вокруг стального сердечника повивы из алюминиевых проволок. Площадь сечения стальной части обычно в 4-8 раз меньше алюминиевой, но сталь воспринимает около 30-40 % всей механической нагрузки; такие провода используются на линиях с длинными пролетами и на территориях с более тяжелыми климатическими условиями (с большей толщиной стенки гололеда).

В марке сталеалюминиевых прово-дов указывается сечение алюминиевой и стальной части, например, АС 70/11, а также данные об антикоррозийной защите, например, АСКС, АСКП - такие же провода, как и АС, но с заполнителем сердечника (С) или всего провода (П) антикоррозийной смазкой; АСК - такой же провод, как и АС, но с сердечником, покрытым полиэтиленовой плёнкой. Провода с антикорро-зийной защитой применяются в районах, где воздух загрязнен примесями, действующими разрушающе на алюминий и сталь. Площади сечения прово-дов нормированы Государственным стандартом.

Повышение диаметров проводов при неизменности расходования про-водникового материала может осуществляться применением проводов с на-полнителем из диэлектрика и полых проводов (рис. 3.7, г, д). Такое использо-вание снижает потери на коронирование (см. п. 2.2). Полые провода исполь-зуются главным образом для ошиновки распределительных устройств 220 кВ и выше.

Провода из сплавов алюминия (АН - нетермообработанные, АЖ - термообработанные) имеют большую по сравнению с алюминиевыми меха-ническую прочность и практически такую же электрическую проводимость. Они используются на ВЛ напряжением выше 1 кВ в районах с толщиной стенки гололеда до 20 мм.

Всё большее применение находят ВЛ с самонесущими изолированны-ми проводами напряжением 0,38-10 кВ. В линиях напряжением 380/220 В провода состоят из несущего неизолированного провода, являющегося нуле-вым, трёх изолированных фазных проводов, одного изолированного провода (любой фазы) наружного освещения. Фазные изолированные провода навиты вокруг несущего нулевого провода (рис. 3.8).

Несущий провод является сталеалюминиевым, а фазные - алюминие-выми. Последние покрыты светостойким термостабилизированным (сшитым) полиэтиленом (провод типа АПВ). К преимуществам ВЛ с изолированными проводами перед линиями с голыми проводами можно отнести отсутствие изоляторов на опорах, максимальное использование высоты опоры для под-вески проводов; нет необходимости в обрезке деревьев в зоне прохождения линии.

Грозозащитные тросы наряду с искровыми промежутками, разрядни-ками, ограничителями напряжений и устройствами заземления служат для защиты линии от атмосферных перенапряжений (грозовых разрядов). Тросы подвешивают над фазными проводами (рис. 3.5 ) на ВЛ напряжением 35 кВ и выше в зависимости от района по грозовой деятельности и материала опор, что регламентируется Правилами устройств электроустановок (ПУЭ).

В каче-стве грозозащитных проводов обычно применяют стальные оцинкованные канаты марок С 35, С 50 и С 70, а при использовании тросов для высокочас-тотной связи - сталеалюминевые провода. Крепление тросов на всех опорах ВЛ напряжением 220-750 кВ должно быть выполнено при помощи изолято-ра, шунтированного искровым промежутком. На линиях 35-110 кВ крепле-ние тросов к металлическим и железобетонным промежуточным опорам осуществляется без изоляции троса.

Изоляторы воздушных линий. Изоляторы предназначены для изоля-ции и крепления проводов. Изготавливаются они из фарфора и закаленного стекла - материалов, обладающих высокой механической и электрической прочностью и стойкостью к атмосферным воздействиям. Существенным дос-тоинством стеклянных изоляторов является то, что при повреждении зака-ленное стекло рассыпается. Это облегчает нахождение поврежденных изоля-торов на линии.

По конструкции, способу закрепления на опоре изоляторы разделяют на штыревые и подвесные. Штыревые изоляторы (рис. 3.9, а, б ) применяются для линий напряжением до 10 кВ и редко (для малых сечений) 35 кВ. Они крепятся к опорам при помощи крюков или штырей. Подвесные изоляторы (рис. 3.9, в) используются на ВЛ напряжением 35 кВ и выше. Они состоят из фарфоровой или стеклянной изолирующей части 1, шапки из ковкого чугуна 2, металлического стержня 3 и цементной связки 4.

Изоляторы собираются в гирлянды (рис. 3.9, г): поддерживающие на промежуточных опорах и натяж-ные - на анкерных. Количество изоляторов в гирлянде зависит от напряже-ния, типа и материала опор, загрязнённости атмосферы. Например, в линии 35 кВ - 3-4 изолятора, 220 кВ - 12-14; на линиях с деревянными опорами, обладающих повышенной грозоупорностью, количество изоляторов в гир-лянде на один меньше, чем на линиях с металлическими опорами; в натяж-ных гирляндах, работающих в наиболее тяжелых условиях, устанавливают на 1-2 изолятора больше, чем в поддерживающих.

Разработаны и проходят опытную промышленную проверку изоляторы с использованием полимерных материалов. Они представляют собой стерж-невой элемент из стеклопластика, защищённый покрытием с ребрами из фто-ропласта или кремнийорганической резины. Стержневые изоляторы по срав-нению с подвесными имеют меньший вес и стоимость, более высокую меха-ническую прочность, чем из закалённого стекла. Основная проблема - обес-печить возможность их длительной (более 30 лет) работы.

Линейная арматура предназначена для закрепления проводов к изоля-торам и тросов к опорам и содержит следующие основные элементы: зажи-мы, соединители, дистанционные распорки и др. (рис. 3.10).

Поддерживающие зажимы применяют для подвески и закрепления проводов ВЛ на промежуточных опорах с ограниченной жёсткостью заделки (рис. 3.10, а). На анкерных опорах для жёсткого крепления проводов исполь-зуют натяжные гирлянды и натяжные зажимы - натяжные и клиновые (рис. 3.10, б, в). Сцепная арматура (серьги, ушки, скобы, коромысла) предна-значена для подвески гирлянд на опорах. Поддерживающая гирлянда (рис. 3.10, г) закрепляется на траверсе промежуточной опоры с помощью серьги 1, вставляемой другой стороной в шапку верхнего подвесного изоля-тора 2. Ушко 3 используется для прикрепления к нижнему изолятору гирлян-ды поддерживающего зажима 4.

Дистанционные распорки (рис. 3.10, д), устанавливаемые в пролётах линий 330 кВ и выше с расщепленными фазами, предотвращают схлестывание, соударения и закручивание отдельных проводов фаз. Соединители при-меняются для соединения отдельных участков провода с помощью овальных или прессующих соединителей (рис. 3.10, е, ж ). В овальных соединителях провода либо скручиваются, либо обжимаются; в прессуемых соединителях, применяемых для соединения сталеалюминиевых проводов больших сече-ний, стальная и алюминиевые части опрессовываются отдельно.

Результатом развития техники передачи ЭЭ на дальние расстояния яв-ляются различные варианты компактных ЛЭП, характеризующиеся меньшим расстоянием между фазами и, как следствие, меньшими индуктивными со-противлениями и шириной трассы линии (рис. 3.11). При использовании опор «охватывающего типа» (рис. 3.11, а) уменьшение расстояния достигает-ся за счет расположения всех фазных расщепленных конструкций внутри «охватывающего портала», или по одну сторону от стойки опор (рис. 3.11, б). Сближение фаз обеспечивается с помощью междуфазных изоляционных рас-порок. Предложены различные варианты компактных линий с нетрадицион-ными схемами расположения проводов расщепленных фаз (рис. 3.11, в-и).

Кроме уменьшения ширины трассы на единицу передаваемой мощно-сти, компактные линии могут быть созданы для передачи повышенных мощ-ностей (до 8-10 ГВт); такие линии вызывают меньшую напряженность элек-трического поля на уровне земли и обладают рядом других технических дос-тоинств.

К компактным линиям относятся также управляемые самокомпенсирующиеся линии и управляемые линии с нетрадиционной конфигурацией расщепленных фаз. Они представляют собой двухцепные линии, в которых попарно сдвинуты одноименные фазы разных цепей. При этом к цепям под-водятся напряжения, сдвинутые на определенный угол. За счет режимного изменения с помощью специальных устройств угла фазового сдвига осуще-ствляется управление параметрами линий.

Сложные технические линии электропередач (ЛЭП), служат для доставки электроэнергии на большие расстояния. В масштабах государства они являются стратегически важными объектами, которые проектируются и возводятся в соответствии с СНиП и ПУЭ.

Классифицируются эти линейные участки на кабельные и воздушные ЛЭП, монтаж и прокладка которых требуют обязательного соблюдения расчетных условий и установки специальных конструкций.

Воздушные линии электропередачи

Рис.1 Воздушные высоковольтные ЛЭП

Наиболее распространенными считаются воздушные линии, прокладка которых происходит на открытом воздухе с помощью высоковольтных столбов, на которые провода закрепляются с помощью специальной арматуры (изоляторов и кронштейнов). Чаще всего – это стойки СК .

В состав ВЛ электропередач входят:

• опоры для различных напряжений;
• оголенные провода из алюминия или меди;
• траверсы, обеспечивающие необходимое расстояние, исключающее возможность соприкосновения проводов с элементами опоры;
• изоляторы;
• контур заземления;
• разрядники и молниеотвод.

Минимальная точка провисания ВЛ составляет: 5÷7 метров в ненаселенной местности и 6÷8 метров в населенных пунктах.

В качестве высоковольтных столбов используются:

• металлические конструкции, которые эффективно используются в любых климатических зонах и с разными нагрузками. Они отличаются достаточной прочностью, надежностью и долговечностью. Представляют собой металлический каркас, элементы которого соединены с помощью болтовых соединений, которые облегчают доставку и монтаж опор на местах установки;
• железобетонные опоры, являющиеся самым простым видом конструкций, которые имеют хорошие прочностные характеристики, просты в установке и проведении монтажа на них ВЛ. К недостаткам установки бетонных опор , относятся – определенное влияние на них ветровых нагрузок и характеристик грунтов;
• деревянные опоры, которые являются самыми малозатратными в производстве и обладают отличными диэлектрическими характеристиками. Малый вес конструкций из дерева позволяет быстро доставлять их к месту монтажа и легко устанавливать. Недостатком этих опор ЛЭП являются невысокая механическая прочность, позволяющая устанавливать их только с определенной нагрузкой и подверженность процессам биологического разрушения (гниения материала).

Использование той или иной конструкции обуславливается величиной напряжения электрической сети. Полезным будет навык определять напряжение ЛЭП на внешнему виду .

Классифицируются ВЛ:

1. по току – постоянному или переменному;
2. по номиналам напряжений – для постоянного тока с напряжением 400 киловольт и переменного - 0.4÷1150 киловольт.

Кабельные ЛЭП

Рис.2 Кабельные линии подземного типа

В отличие от воздушных линий, кабельные имеют изоляцию и поэтому они более дорогие и надежные. Применяют этот вид проводов в местах, где монтаж воздушных линий невозможен – в городах и населенных пунктах с плотной застройкой, на территориях производственных предприятий.

Классифицируются кабельные ЛЭП:

1. по напряжению – точно также как и воздушные линии;
2. по типу изоляции – жидкостному и твердому. Первый тип – это нефтяное масло, а второй – оплетка кабеля, состоящая из полимеров, резины и промасленной бумаги.

Отличительными их особенностями является способ прокладки:

• подземный;
• подводный;
• по сооружениям, которые защищают кабеля от атмосферных воздействий и обеспечивают высокую степень безопасности при эксплуатации.

Рис.3 Прокладка подводной ЛЭП

В отличие от первых двух способов прокладки кабельных ЛЭП, вариант «по сооружению» предусматривает создание:

• кабельных туннелей, в которых силовые кабеля укладываются на специальные опорные конструкции, позволяющие проводить монтажные работы и обслуживание линий;
• кабельных каналов, которые представляют собой заглубленные сооружения под полом зданий, в которых укладка кабельных линий происходит в земле;
• кабельных шахт – вертикальных коридоров, имеющих прямоугольное сечение, которые обеспечивают возможность доступа к ЛЭП;
• кабельных этажей, которые представляют собой сухое, техническое пространство с высотой около 1,8 м;
• кабельных блоков, состоящих из труб и колодцев;
• открытого типа эстакад - для горизонтальной или наклонной прокладки кабелей;
• камер, используемых для укладки соединительных муфт участков ЛЭП;
• галерей – тех же эстакад, только закрытого типа.

Заключение

Несмотря на то, что кабельные и воздушные линии электропередач используются повсеместно, оба варианта имеют свои особенности, которые должны быть учтены в проектной документации, определяющей

Воздушная линия электропередачи (ВЛ) – устройство, предназначенное для передачи или распределения электрической энергии по проводам с защитной изолирующей оболочкой (ВЛЗ) или неизолированным проводам (ВЛ), находящимся на открытом воздухе и прикрепленным с помощью траверс (кронштейнов), изоляторов и линейной арматуры к опорам или другим инженерным сооружениям (мостам, путепроводам). Главными элементами ВЛ являются:

• провода;
• защитные тросы;
• опора, поддерживающая провода и торосы на определенной высоте над уровнем земли или воды;
• изоляторы, изолирующие провода от тела опоры;
• линейная арматура.

За начало и за конец воздушной линии принимают линейные порталы распределительных устройств. По конструктивному устройству ВЛ делятся на одноцепные и многоценные, как правило 2-цепные.

Обычно ВЛ состоит из трех фаз, поэтому опоры одноцепных ВЛ напряжением выше 1 кВ рассчитаны на подвеску трёх фазных проводов (одной цепи) (рис. 1), на опорах двухцепных ВЛ подвешивают шесть проводов (две параллельно идущие цепи). При необходимости над фазными проводами подвешивается один или два грозозащитных троса. На опорах ВЛ распределительной сети напряжением до 1 кВ подвешивается от 5 до 12 проводов для электроснабжения различных потребителей по одной ВЛ (наружное и внутреннее освещение, электросиловое хозяйство, бытовые нагрузки). ВЛ напряжением до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью помимо фазных снабжена нулевым проводом.

Рис. 1. Фрагменты ВЛ 220 кВ: а – одноцепной; б – двухцепной

Провода воздушных линий электропередачи в основном изготавливаются из алюминия и его сплавов, в некоторых случаях из меди и ее сплавов, выполняются из холоднотянутой проволоки, обладающей достаточной механической прочностью. Однако наибольшее распространение получили многопроволочные провода из двух металлов с хорошими механическими характеристиками и относительно невысокой стоимостью. К проводам такого типа относятся сталеалюминиевые провода с отношением площадей поперечного сечения алюминиевой и стальной части от 4,0 до 8,0. Примеры расположения фазных проводов и грозозащитных тросов показаны на рис. 2, а конструктивные параметры ВЛ стандартного ряда напряжений приведены в табл. 1.

Рис. 2. : а – треугольное; б – горизонтальное; в – шестиугольное «бочкой»; г – обратной «елкой»

Таблица 1. Конструктивные параметры воздушных линий

Номинальное напряжение ВЛ, кВ	Расстояние между фазными проводами, м	Длина пролета, м	Высота	Габарит
Менее 1	0,5	40 – 50	8 – 9	6 – 7
6 – 10	1,0	50 – 80	10	6 – 7
35	3	150 – 200	12	6 – 7
110	4 – 5	170 – 250	13 – 14	6 – 7
150	5,5	200 – 280	15 – 16	7 – 8
220	7	250 – 350	25 – 30	7 – 8
330	9	300 – 400	25 – 30	7,5 – 8
500	10 – 12	350 – 450	25 – 30	8
750	14 – 16	450 – 750	30 – 41	10 – 12
1150	12 – 19	–	33 – 54	14,5 – 17,5

Для всех приведенных вариантов расположения фазных проводов на опорах характерно несимметричное расположение проводов по отношению друг к другу. Соответственно это ведет к неодинаковому реактивному сопротивлению и проводимости разных фаз, обусловленных взаимной индуктивностью между проводами линии и как следствие к несимметрии фазных напряжений и падению напряжения.

Для того чтобы сделать емкость и индуктивность всех трех фаз цепи одинаковыми, на линии электропередачи применяют транспозицию проводов, т.е. взаимно меняют их расположение друг относительно друга, при этом каждый провод фазы проходит одну треть пути (рис. 3). Одно такое тройное перемещение называется циклом транспозиции.

Рис. 3. Схема полного цикла транспозиции участков воздушной линии электропередачи : 1, 2, 3 – фазные провода

Транспозицию фазных проводов воздушной линии электропередачи с неизолированными проводами применяют на напряжение 110 кВ и выше и при протяженности линии 100 км и больше. Один из вариантов монтажа проводов на транспозиционной опоре показан на рис. 4. Следует отметить, что транспозицию токопроводящих жил иногда применяют и в КЛ, кроме того современные технологии проектирования и сооружения ВЛ позволяют технически реализовать управление параметрами линии (управляемые самокомпенсирующиеся линии и компактные воздушные линии сверхвысокого напряжения).

Рис. 4.

Провода и защитные тросы ВЛ в определенных местах должны быть жестко закреплены на натяжных изоляторах анкерных опор (концевые опоры 1 и 7, устанавливаемые в начале и конце ВЛ, как это показано на рис. 5 и натянуты до заданного тяжения. Между анкерными опорами устанавливают промежуточные опоры, необходимые для поддержания проводов и тросов, при помощи поддерживающих гирлянд изоляторов с поддерживающими зажимами, на заданной высоте (опоры 2, 3, 6), устанавливаемые на прямом участке ВЛ; угловые (опоры 4 и 5), устанавливаемые на поворотах трассы ВЛ; переходные (опоры 2 и 3), устанавливаемые в пролете пересечения воздушной линией какого-либо естественного препятствия или инженерного сооружения, например, железной дороги или шоссе.

Рис. 5.

Расстояние между анкерными опорами называют анкерным пролетом воздушной линии электропередачи (рис. 6). Горизонтальное расстояние между точками крепления провода на соседних опорах называется длиной пролета L . Эскиз пролета ВЛ показан на рис. 7. Длину пролета выбирают в основном по экономическим соображениям, кроме переходных пролетов, учитывая, как высоту опор, так и провисание проводов и тросов, а также количество опор и изоляторов по всей длине ВЛ.

Рис. 6. : 1 – поддерживающая гирлянда изоляторов; 2 – натяжная гирлянда; 3 – промежуточная опора; 4 – анкерная опора

Наименьшее расстояние по вертикали от земли до провода при его наибольшем провисании называют габаритом линии до земли – h . Габарит линии должен выдерживаться для всех номинальных напряжений с учетом опасности перекрытия воздушного промежутка между фазными проводами и наиболее высокой точкой местности. Также необходимо учитывать экологические аспекты воздействия высоких напряженностей электромагнитного поля на живые организмы и растения.

Наибольшее отклонение фазного провода f п или грозозащитного троса f т от горизонтали под действием равномерно распределенной нагрузки от собственной массы, массы гололеда и давления ветра называют стрелой провеса. Для предотвращения схлёстывания проводов стрела провеса троса выполняется меньше стрелы провеса провода на 0,5 – 1,5 м.

Конструктивные элементы ВЛ, такие как фазные провода, тросы, гирлянды изоляторов обладают значительной массой поэтому силы действующие на одну опору достигает сотен тысяч ньютон (Н). Силы тяжения на провод от веса провода, веса натяжных гирлянд изоляторов и гололедных образований направлены по нормали вниз, а силы, обусловленные ветровым напором, по нормали в сторону от вектора ветрового потока, как это показано на рис. 7.

Рис. 7.

С целью уменьшения индуктивного сопротивления и увеличения пропускной способности ВЛ дальних передач используют различные варианты компактных ЛЭП, характерной особенностью которых является уменьшенное расстояние между фазными проводами. Компактные ЛЭП имеют более узкий пространственный коридор, меньший уровень напряженности электрического поля на уровне земли и позволяют технически реализовать управление параметрами линии (управляемые самокомпенсирующиеся линии и линии с нетрадиционной конфигурацией расщепленных фаз).

2. Кабельная линия электропередачи

Кабельная линия электропередачи (КЛ) состоит из одного или нескольких кабелей и кабельной арматуры для соединения кабелей и для присоединения кабелей к электрическим аппаратам или шинам распределительных устройств.

В отличие от ВЛ кабели прокладываются не только на открытом воздухе, но и внутри помещений (рис. 8), в земле и воде. Поэтому КЛ подвержены воздействию влаги, химической агрессивности воды и почвы, механическим повреждениям при проведении земляных работ и смещении грунта во время ливневых дождей и паводков. Конструкция кабеля и сооружений для прокладки кабеля должна предусматривать защиту от указанных воздействий.

Рис. 8.

По значению номинального напряжения кабели делятся на три группы: кабели низкого напряжения (до 1 кВ), кабели среднего напряжения (6…35 кВ), кабели высокого напряжения (110 кВ и выше). По роду тока различают кабели переменного и постоянного тока.

Силовые кабели выполняются одножильными, двухжильными, трехжильными, четырехжильными и пятижильными. Одножильными выполняются кабели высокого напряжения; двухжильными – кабели постоянного тока; трехжильными – кабели среднего напряжения.

Кабели низкого напряжения выполняются с количеством жил до пяти. Такие кабели могут иметь одну, две или три фазных жилы, а также нулевую рабочую жилу N и нулевую защитную жилу РЕ или совмещенную нулевую рабочую и защитную жилу PEN .

По материалу токопроводящих жил различают кабели с алюминиевыми и медными жилами. В силу дефицитности меди наибольшее распространение получили кабели с алюминиевыми жилами. В качестве изоляционного материала используется кабельная бумага, пропитанная маслоканифольным составом, пластмасса и резина. Различают кабели с нормальной пропиткой, обедненной пропиткой и пропиткой нестекающим составом. Кабели с обедненной или нестекающей пропиткой прокладывают по трассе с большим перепадом высот или по вертикальным участкам трассы.

Кабели высокого напряжения выполняются маслонаполненными или газонаполненными. В этих кабелях бумажная изоляция заполняется маслом или газом под давлением.

Защита изоляции от высыхания и попадания воздуха и влаги обеспечивается наложением на изоляцию герметичной оболочки. Защита кабеля от возможных механических повреждений обеспечивается броней. Для защиты от агрессивности внешней среды служит наружный защитный покров.

При изучении кабельных линий целесообразно отметить сверхпроводящие кабели для линий электропередачи в основу конструкции которых положено явление сверхпроводимости. В упрощенном виде явление сверхпроводимости в металлах можно представить следующим образом. Между электронами как между одноименно заряженными частицами действуют кулоновские силы отталкивания. Однако при сверхнизких температурах для сверхпроводящих материалов (а это 27 чистых металлов и большое количество специальных сплавов и соединений) характер взаимодействия электронов между собой и с атомной решеткой существенно видоизменяется. В результате становится возможным притягивание электронов и образование так называемых электронных (куперовских) пар. Возникновение этих пар, их увеличение, образование «конденсата» электронных пар и объясняет появление сверхпроводимости. С повышением температуры часть электронов термически возбуждается и переходит в одиночное состояние. При некоторой так называемой критической температуре все электроны становятся нормальными и состояние сверхпроводимости исчезает. То же происходит и при повышении напряженности магнитного по ля . Критические температуры сверхпроводящих сплавов и соединений, используемых в технике, составляют 10 - 18 К, т.е. от –263 до –255°С.

Первые проекты, экспериментальные модели и опытные образцы таких кабелей в гибких гофрированных криостатирующих оболочках были реализованы лишь в 70-80-е годы XX века. В качестве сверхпроводника использовались ленты на основе интерметаллического соединения ниобия с оловом, охлаждаемые жидким гелием.

В 1986 г. было открыто явление высокотемпературной сверхпроводимости , и уже в начале 1987 г. были получены проводники такого рода, представляющие собой керамические материалы, критическая температура которых была повышена до 90 К. Примерный состав первого высокотемпературного сверхпроводника YBa 2 Cu 3 O 7–d (d < 0,2). Такой сверхпроводник представляет собой неупорядоченную систему мелких кристаллов, имеющих размер от 1 до 10 мкм, находящихся в слабом электрическом контакте друг с другом. К концу XX века были начаты и к этому времени достаточно продвинуты работы по созданию сверхпроводящих кабелей на основе высокотемпературных сверхпроводников. Такие кабели принципиально отличаются от своих предшественников. Жидкий азот, применяемый для охлаждения, на несколько порядков дешевле гелия, а его запасы практически безграничны. Очень важным является то, что жидкий азот при рабочих давлениях 0,8 - 1 МПа является прекрасным диэлектриком, превосходящим по своим свойствам пропиточные составы, используемые в традиционных кабелях.

Технико-экономические исследования показывают, что высокотемпературные сверхпроводящие кабели будут более эффективными по сравнению с другими видами электропередачи уже при передаваемой мощности более 0,4 - 0,6 ГВ·А в зависимости от реального объекта применения. Высокотемпературные сверхпроводящие кабели предполагается в будущем использовать в энергетике в качестве токопроводов на электростанциях мощностью свыше 0,5 ГВт, а также глубоких вводов в мегаполисы и крупные энергоемкие комплексы. При этом необходимо реально оценивать экономические аспекты и полный комплекс работ по обеспечению надежности таких кабелей в эксплуатации.

Однако следует отметить, что при строительстве новых и реконструкции старых КЛ необходимо руководствоваться положениями ПАО «Россети», согласно которым на КЛ запрещено применять:

• силовые кабели, не отвечающие действующим требованиям по пожарной безопасности и выделяющие большие концентрации токсичных продуктов при горении;
• кабели с бумажно-масляной изоляцией и маслонаполненные;
• кабели, изготовленные по технологии силанольной сшивки (силанольносшиваемые композиции содержат привитые органофункциональные силановые группы, и сшивание молекулярной цепи полиэтилена (ПЭ), приводящее к образованию пространственной структуры, в этом случае происходит за счет связи кремний-кислород-кремний (Si-O-Si), а не углерод-углерод (С-С), как это имеет место при пероксидном сшивании).

Кабельную продукцию в зависимости от конструкций подразделяют на кабели , провода и шнуры .

Кабель – полностью готовое к применению заводское электротехническое изделие, состоящее из одной или более изолированных токопроводящих жил (проводников), заключенных, как правило, в металлическую или неметаллическую оболочку, поверх которой в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может иметься соответствующий защитный покров, в состав которого может входить броня. Силовые кабели в зависимости от класса напряжения имеют от одной до пяти алюминиевых или медных жил сечением от 1,5 до 2000 мм 2 , из них сечением до 16 мм 2 – однопроволочные, свыше – многопроволочные.

Провод – одна неизолированная или одна и более изолированных жил, поверх которых в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может иметься неметаллическая оболочка, обмотка и (или) оплетка волокнистыми материалами или проволокой.

Шнур – две или более изолированных, или особо гибких жил сечением до 1,5 мм 2 , скрученных или уложенных параллельно, поверх которых в зависимости от условий прокладки и эксплуатации могут быть наложены неметаллическая оболочка и защитные покрытия.

Трансформаторы осуществляют непосредственное преобразование электроэнергии - изменение величины напряжения. Распределительные устройства служат для приема электроэнергии со стороны питания трансформаторов (приемные распределительные устройства) и для распределения электроэнергии на стороне потребителей.

В последующих главах рассматривается конструктивное выполнение основных элементов систем электроснабжения, приводятся основные типы и схемы подстанций, даются основы механического расчета воздушных линий электропередачи и шинных конструкций.

1. Конструкции воздушных линий электропередачи

1.1. Общие сведения

Воздушной линией (ВЛ) называется устройство для передачи электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным с помощью изоляторов и арматуры к опорам.

На рис. 1.1 показан фрагмент ВЛ. Расстояние l между соседними опорами называется пролетом . Расстояние по вертикали между прямой линией, соединяющей точки подвеса провода, и низшей точкой его провисания называется стрелой провеса провода f п . Расстояние от низшей точки провисания провода до поверхности земли называется габаритом воздушной линии h г . В верхней части опор закрепляется грозозащитный трос.

Величина габарита линии h г регламентируется ПУЭ в зависимости от напряжения ВЛ и вида местности (населенная, ненаселенная, труднодоступная). Длина гирлянды изоляторов λ и расстояние между проводами соседних фаз h п-п определяются номинальным напряжением ВЛ. Расстояние между точками подвеса верхнего провода и троса h п-т регламентируется ПУЭ исходя из требования надежной защиты проводов ВЛ от прямых ударов молнии.

Для обеспечения экономичной и надежной передачи электроэнергии необходимы проводниковые материалы, обладающие высокой электрической проводимостью (низким сопротивлением) и высокой механической прочностью. В конструктивных элементах систем электроснабжения в качестве таких материалов используются медь, алюминий, сплавы на их основе, сталь.

Рис. 1.1. Фрагмент воздушной линии электропередачи

Медь имеет низкое сопротивление и достаточно высокую прочность. Ее удельное активное сопротивление ρ = 0,018 Ом. мм2 /м, а предельное сопротивление на разрыв - 360 МПа. Однако это дорогой и дефицитный металл. Поэтому медь применяется, как правило, для выполнения обмоток трансформаторов, реже - для жил кабелей и практически не применяется для проводов воздушных линий.

Удельное сопротивление алюминия в 1,6 раза больше, предельное сопротивление на разрыв в 2,5 раза меньше, чем у меди. Большая распространенность алюминия в природе и меньшая, чем у меди, стоимость обусловили его широкое применение для проводов ВЛ.

Сталь обладает большим сопротивлением и высокой механической прочностью. Ее удельное активное сопротивление ρ = 0,13 Ом. мм2 /м, а предельное сопротивление на разрыв - 540 МПа. Поэтому в системах электроснабжения сталь используется, в частности, для увеличения механической прочности алюминиевых проводов, изготовления опор и грозозащитных тросов воздушных линий электропередачи.

1.2. Провода и тросы воздушных линий

Провода ВЛ служат непосредственно для передачи электроэнергии и различаются по конструкции и используемому проводниковому материалу. Наиболее экономически целесообразным

материалом для проводов ВЛ является алюминий и сплавы на его основе.

Медные провода для ВЛ применяются исключительно редко и при соответствующем технико-экономическом обосновании. Медные провода используются в контактных сетях подвижного транспорта, в сетях специальных производств (шахт, рудников), иногда при прохождении ВЛ вблизи морей и некоторых химических производств.

Стальные провода для ВЛ не применяются, поскольку имеют большое активное сопротивление и подвержены коррозии. Применение стальных проводов оправдывается при выполнении особенно больших пролетов ВЛ, например при переходе ВЛ через широкие судоходные реки.

Сечения проводов соответствуют ГОСТ 839-74. Шкала номинальных сечений проводов ВЛ составляет следующий ряд, мм2 :

1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400; 500; 600; 700; 800; 1000.

По конструктивному выполнению провода ВЛ делятся: на однопроволочные;

многопроволочные из одного металла (монометаллические); многопроволочные из двух металлов; самонесущие изолированные.

Однопроволочные провода , как следует из названия, выполняют из одной проволоки (рис. 1.2,а). Такие провода выполняются небольших сечений до 10 мм2 и используются иногда для ВЛ напряжением до 1 кВ.

Многопроволочные монометаллические провода выполняются сечением более 10 мм 2 . Эти провода изготовляются свитыми из отдельных проволок. Вокруг центральной проволоки выполняется повив (ряд) из шести проволок такого же диаметра (рис. 1.2,б). Каждый последующий повив имеет на шесть проволок больше, чем предыдущий. Скрутку соседних повивов выполняют в разные стороны для предотвращения раскручивания проволок и придания проводу более круглой формы.

Количество повивов определяется сечением провода. Провода сечением до 95 мм2 выполняются с одним повивом, сечением 120… 300 мм2 - с двумя повивами, сечением 400 мм2 и более - с тремя и более повивами. Многопроволочные провода по сравнению с однопроволочными более гибкие, удобные для монтажа, надежные в эксплуатации.

Рис. 1.2. Конструкции неизолированных проводов ВЛ

Для придания проводу большей механической прочности многопроволочные провода изготовляют со стальным сердечником 1 (рис. 1.2,в,г,д). Такие провода называются сталеалюминиевыми. Сердечник выполняется из стальной оцинкованной проволоки и может быть однопроволочным (рис.1.2,в) и многопроволочным (рис. 1.2,г). Общий вид сталеалюминиевого провода большого сечения с многопроволочным стальным сердечником показан на рис. 1.2,д.

Сталеалюминиевые провода широко применяются для ВЛ напряжением выше 1 кВ. Эти провода выпускаются различных конструкций, отличающихся соотношением сечений алюминиевой и стальной частей. Для обычных сталеалюминиевых проводов это соотношение приблизительно равно шести, для проводов облегченной конструкции - восьми, для проводов усиленной конструкции - четырем. При выборе того или иного сталеалюминиевого провода учитывают внешние механические нагрузки на провод такие, как гололед и ветер.

Провода, в зависимости от используемого материала, маркируются следующим образом:

М - медный, А - алюминиевый,

АН, АЖ - из сплавов алюминия (имеют большую механическую прочность, чем провод марки А);

АС - сталеалюминиевый; АСО - сталеалюминиевый облегченной конструкции;

АСУ - сталеалюминиевый усиленной конструкции.

В цифровом обозначении провода указывается его номинальное сечение. Например, А95 это алюминиевый провод с номинальным сечением 95 мм2 . В обозначении сталеалюминиевых проводов может дополнительно указываться сечение стального сердечника. Например,

АСО240/32 - сталеалюминиевый провод облегченной конструкции с номинальным сечением алюминиевой части 240 мм2 и сечением стального сердечника 32 мм2 .

Стойкие к коррозии алюминиевые провода марки АКП и сталеалюминиевые провода марок АСКП, АСКС, АСК имеют межпроволочное пространство, заполненное нейтральной смазкой повышенной термостойкости, противодействующей появлению коррозии. У проводов АКП и АСКП такой смазкой заполнено все межпроволочное пространство, у провода АСКС - только стальной сердечник, у провода АСК стальной сердечник заполнен нейтральной смазкой и изолирован от алюминиевой части двумя полиэтиленовыми лентами. Провода АКП, АСКП, АСКС, АСК применяются для ВЛ, проходящих вблизи морей, соленых озер и химических предприятий.

Самонесущие изолированные провода (СИП) применяются для ВЛ напряжением до 20 кВ. При напряжениях до 1 кВ (рис. 1.3,а) такой провод состоит из трех фазных многопроволочных алюминиевых жил 1. Четвертая жила 2 является несущей и одновременно нулевой. Фазные жилы скручены вокруг несущей таким образом, чтобы вся механическая нагрузка воспринималась несущей жилой, изготовляемой из прочного алюминиевого сплава АВЕ.

Рис. 1.3. Самонесущие изолированные провода

Фазная изоляция 3 выполняется из термопластичного светостабилизированного или сшитого светостабилизированного полиэтилена . Благодаря своей молекулярной структуре, такая изоляция обладает очень высокими термомеханическими свойствами и большой стойкостью к воздействию солнечной радиации и атмосферы. В некоторых конструкциях СИП нулевая несущая жила выполняется с изоляцией.

Конструкция СИП для напряжений выше 1 кВ приведена на рис. 1.3,б. Такой провод выполняется однофазным и состоит из

токоведущей сталеалюминиевой жилы 1 и изоляции 2, выполненной из сшитого светостабилизированного полиэтилена.

ВЛ с СИП по сравнению с традиционными ВЛ имеют следующие преимущества:

меньшие потери напряжения (улучшение качества электроэнергии), благодаря меньшему, приблизительно в три раза, реактивному сопротивлению трехфазных СИП;

не требуют изоляторов; практически отсутствует гололедообразование;

допускают подвеску на одной опоре нескольких линий различного напряжения;

меньшие расходы на эксплуатацию, благодаря сокращению, приблизительно на 80%, объемов аварийно-восстановительных работ; возможность использования более коротких опор благодаря

меньшему допустимому расстоянию от СИП до земли; уменьшение охранной зоны, допустимых расстояний до зданий и

сооружений, ширины просеки в лесистой местности; практическое отсутствие возможности возникновения пожара в

лесистой местности при падении провода на землю; высокая надежность (5-кратное снижение числа аварий по

сравнению с традиционными ВЛ); полная защищенность проводника от воздействия влаги и

коррозии.

Стоимость ВЛ с самонесущими изолированными проводами выше, чем традиционных ВЛ.

Провода ВЛ напряжением 35 кВ и выше защищаются от прямого удара молнии грозозащитным тросом , закрепляемым в верхней части опоры (см. рис. 1.1). Грозозащитные тросы являются элементами ВЛ, аналогичными по своей конструкции многопроволочным монометаллическим проводам. Тросы выполняют из стальных оцинкованных проволок. Номинальные сечения тросов соответствуют шкале номинальных сечений проводов. Минимальное сечение грозозащитного троса 35 мм2 .

При использовании грозозащитных тросов в качестве высокочастотных каналов связи вместо стального троса используется сталеалюминиевый провод с мощным стальным сердечником, сечение которого соизмеримо или больше сечения алюминиевой части.

1.3. Опоры воздушных линий

Основное назначение опор - поддержка проводов на требуемой высоте над землей и наземными сооружениями. Опоры состоят из вертикальных стоек, траверс и фундаментов. Основными материалами, из которых изготавливаются опоры, являются древесина хвойных пород, железобетон и металл.

Опоры из древесины простые в изготовлении, транспортировке и эксплуатации, применяются для ВЛ напряжением до 220 кВ включительно в районах лесоразработок или близких к ним. Основной недостаток таких опор - подверженность древесины загниванию. Для увеличения срока службы опор древесину просушивают и пропитывают антисептиками, препятствующими развитию процесса гниения.

Вследствие ограниченной строительной длины древесины, опоры выполняют составными (рис 1.4,а). Деревянную стойку 1 сочленяют металлическими бандажами 2 с железобетонной приставкой 3. Нижняя часть приставки заглубляется в грунте. Опоры, соответствующие рис. 1.4,а, применяются на напряжение до 10 кВ включительно. На более высокие напряжения опоры из древесины выполняют П-образными (портальными). Такая опора показана на рис. 1.4,б.

Следует отметить, что в современных условиях необходимости сохранения лесов целесообразно сокращение применения опор из древесины.

Железобетонные опоры состоят из железобетонной стойки 1 и траверс 2 (рис. 1.4,в). Стойка представляет собой пустотелую конусную трубу с малым наклоном образующих конуса. Нижняя часть стойки заглубляется в грунте. Траверсы изготавливаются из стального оцинкованного проката. Эти опоры долговечнее опор из древесины, просты в обслуживании, требуют меньше металла, чем стальные опоры.

Основные недостатки опор из железобетона: большой вес, затрудняющий транспортировку опор в труднодоступные места трассы ВЛ, и относительно малая прочность бетона на изгиб.

Для увеличения прочности опор на изгиб при изготовлении железобетонной стойки используется предварительно напряженная (растянутая) стальная арматура.

Для обеспечения высокой плотности бетона при изготовлении стоек опор применяют виброуплотнение и центрифугирование бетона.

Стойки опор ВЛ напряжением до 35 кВ выполняют из вибробетона, при более высоких напряжениях - из центрифугированного бетона.

Рис. 1.4. Промежуточные опоры ВЛ

Стальные опоры обладают высокой механической прочностью и большим сроком службы. Эти опоры с помощью сварки и болтовых соединений собираются из отдельных элементов, поэтому имеется возможность создания опор практически любой конструкции (рис. 1.4,г). В отличие от опор из древесины и железобетона металлические опоры устанавливаются на железобетонных фундаментах 1.

Стальные опоры являются дорогими. Кроме того, сталь подвержена коррозии. Для увеличения срока службы опор их покрывают антикоррозийными составами и окрашивают. Очень эффективной против коррозии является горячая оцинковка стальных опор.

Опоры из алюминиевых сплавов эффективны при сооружении ВЛ в условиях труднодоступных трасс. Вследствие стойкости алюминия к коррозии, эти опоры не нуждаются в антикоррозийном покрытии. Однако высокая стоимость алюминия существенно ограничивает возможности использования таких опор.

При прохождении по определенной территории воздушная линия может менять направление, пересекать различные инженерные

сооружения и естественные преграды, подключаться к шинам распределительных устройств подстанций. На рис. 1.5 показан вид сверху фрагмента трассы ВЛ. Из этого рисунка видно, что разные опоры работают в разных условиях и, следовательно, должны иметь отличающуюся конструкцию. По конструктивному исполнению опоры делятся:

на промежуточные (опоры 2, 3, 7), устанавливаемые на прямом участке ВЛ;

угловые (опора 4), устанавливаемые на поворотах трассы ВЛ; концевые (опоры 1 и 8), устанавливаемые в начале и конце ВЛ; переходные (опоры 5 и 6), устанавливаемые в пролете

пересечения воздушной линией какого-либо инженерного сооружения, например железной дороги.

Рис. 1.5. Фрагмент трассы ВЛ

Промежуточные опоры предназначены для поддерживания проводов на прямом участке ВЛ. Провода с этими опорами не имеют жесткого соединения, так как крепятся с помощью поддерживающих гирлянд изоляторов. На эти опоры действуют силы тяжести проводов, тросов, гирлянд изоляторов, гололеда, а также ветровые нагрузки. Примеры промежуточных опор приведены на рис. 1.4.

На концевые опоры дополнительно воздействует сила тяжения Т проводов и тросов, направленная вдоль линии (рис. 1.5). На угловые опоры дополнительно воздействует сила тяжения Т проводов и тросов, направленная по биссектрисе угла поворота ВЛ.

Переходные опоры в нормальном режиме ВЛ выполняют роль промежуточных опор. Эти опоры принимают на себя тяжение проводов и тросов при их обрыве в соседних пролетах и исключают недопустимое провисание проводов в пролете пересечения.

Концевые, угловые и переходные опоры должны быть достаточно жесткими и не должны отклоняться от вертикального

положения при воздействии на них силы тяжения проводов и тросов. Такие опоры выполняются в виде жестких пространственных ферм или с применением специальных тросовых растяжек и называются анкерными опорами . Провода с анкерными опорами имеют жесткое соединение, так как крепятся с помощью натяжных гирлянд изоляторов.

Рис. 1.6. Анкерные угловые опоры ВЛ

Анкерные опоры из древесины выполняются А-образными при напряжениях до 10 кВ и АП-образными при более высоких напряжениях. Железобетонные анкерные опоры имеют специальные тросовые растяжки (рис. 1.6,а). Металлические анкерные опоры имеют более широкую базу (нижнюю часть), чем промежуточные опоры (рис. 1.6,б).

По количеству проводов, подвешиваемых на одной опоре, различают одноцепные и двухцепные опоры . На одноцепных опорах подвешивается три провода (одна трехфазная цепь), на двухцепных - шесть проводов (две трехфазных цепи). Одноцепные опоры приведены на рис. 1.4,а,б,г и рис. 1.6,а; двухцепные - на рис. 1.4,в и рис. 1.6,б.

Двухцепная опора по сравнению с двумя одноцепными является более дешевой. Надежность передачи электроэнергии по двухцепной линии несколько ниже, чем по двум одноцепным.

Опоры из древесины в двухцепном исполнении не изготовляются. Опоры ВЛ напряжением 330 кВ и выше изготовляются только в одноцепном исполнении с горизонтальным расположением проводов (рис. 1.7). Такие опоры изготовляются П- образными (портальными) или V-образными с тросовыми растяжками.

Рис. 1.7. Опоры ВЛ напряжением 330 кВ и выше

Среди опор ВЛ отдельно выделяются опоры, имеющие специальную конструкцию. Это ответвительные, повышенные и транспозиционные опоры. Ответвительные опоры предназначены для промежуточного отбора мощности от ВЛ. Повышенные опоры устанавливаются в больших пролетах, например, при переходе через широкие судоходные реки. На транспозиционных опорах осуществляется транспозиция проводов.

Несимметричное расположение проводов на опорах при большой длине ВЛ приводит к несимметрии напряжений фаз. Симметрирование фаз за счет изменения взаимного расположения проводов на опоре называется транспозицией. Транспозиция предусматривается на ВЛ напряжением 110 кВ и выше длиной более 100 км и осуществляется на специальных транспозиционных опорах. Провод каждой фазы проходит первую треть длины ВЛ на одном, вторую треть - на другом и третью - на третьем месте. Такое перемещение проводов называется полным циклом транспозиции

Перемещение электроэнергии осуществляется при помощи ЛЭП. Такие установки должны быть надежды, а также безопасны для людей и экологии. В этой статье говорится о том, что представляет собой воздушная линия электропередачи, а также представлено несколько простых схем.

Аббревиатура расшифруется как линии электропередач. Эта установка необходима для передачи электрической энергии по кабелям, находящимся на открытой местности (воздухе) и установленными при помощи изоляторов и арматуры к стойкам или опорам. За точку начала и конца линий электропередач принимают линейные входы или линейные выходы РУ, а для ветвления - специальная опора и линейный вход.

Как выглядит станция ЛЭП

Опоры можно разделить на:

• промежуточные которые находятся на прямых участках трассы установок, их используют только для удержания кабелей;
• анкерные в основном монтируются на прямых границах ВЛ;
• концевые стойки - это подвид анкерных, они ставятся в начале и конце ВЛ. При стандартных условиях функционирования установки, они принимают нагрузку от кабелей;
• специальные стойки используются для изменения положения кабелей на ЛЭП;
• декорированные стойки, помимо поддержки, они выполняют роль эстетичной красоты.

Линии электропередач можно условно разделить на воздушные и подземные. Последние все больше набирают популярность из-за удобства прокладки, высокой надежности и снижения потерь напряжения.

Обратите внимание! Эти линии различаются методом прокладки, особенностью конструкции. В каждой есть свои плюсы и минусы.

При работе с ЛЭП необходимо соблюдать все правила безопасности, потому что во время монтажа можно получить не только травмы, но и погибнуть.

Типы используемых опор

Технические характеристики линий электропередач

Основные параметры ЛЭП:

• l - промежутки между стойками или опорами ЛЭП;
• dd - пространство ме­ж­ду со­сед­ни­ми кабельными линиями;
• λλ - можно расшифровать как протяженность гир­лян­ды ЛЭП;
• HH - высота стойки;
• hh - самое малое разрешенное рас­стоя­ние от низкой отметки кабеля до почвы.

Расшифровывать все характеристики установок сможет не каждый. Поэтому за помощью можно обратиться к профессионалу.

Ниже представлена таблица линий электропередач, обновленная в 2010 году. Более полное описание можно находить на форумах электрики.

	Номинальное напряжение, кВ
	40	115	220	380	500	700
Промежуток l, м	160-210	170-240	240-360	300-440	330-440	350-550
Пространство d, м	3,0	4,5	7,5	9,0	11,0	18,5
Протяженность гирлянды X, м	0,8-1,0	1,4-1,7	2,3-2,8	3,0-3,4	4,6-5,0	6,8-7,8
Высота стойки Н, м	11-22	14-32	23-42	26-44	28-33	39-42
Параметр линии h, м	6-7	7-8	7-8	8-11	8-14	12-24
Количество кабелей в фазе*	1	1	2	2	3	4-6
Объем сечений проводов, мм2	60-185	70-240	250-400	250-400	300-500	250-700

Чтобы понизить число ава­рий­ных выключений, которые возникают при плохих погодных условиях, линии электростанций снабжаются грозо­за­щит­ны­ми канатами, которые устанавливаются на стойках вы­ше кабелей и используются для подавления пря­мых по­па­да­ний грозы в ЛЭП. Они похожи на металлические оцин­ко­ван­ные мно­го­про­во­лоч­ные тросы или специальные уси­лен­ные алюминиевые кабели малого се­че­ния.

Производятся и используются такие устройства от молний с встроенными в их труб­ча­тый стержень оп­ти­ко-во­ло­кон­ны­ми жилами, которые дают мно­го­ка­наль­ную связь. На территориях с постоянно по­вто­ряю­щи­ми­ся и силь­ны­ми морозами, лед откладывается на провода и образуются ава­рии из-за пробивания воздушных линий при приближении про­вис­ших канатов и кабелей.

Рабочая температура линий электропередач составляет от 150 до 200 градусов. Внутри провода не имеют изоляцию. Они должны обладать высокой степенью проводимости, а также устойчивостью к механическим повреждениям.

Ниже описано, какие линии электропередач используются для передачи электроэнергии.

Виды

ЛЭП используются для перемещения и распространения электроэнергии. Виды линий можно поделить:

• по виду расположения кабелей - воздушные (находятся на открытом воздухе) и закрытые (в кабель-каналах);
• по функциям - сверхдальние, для магистралей, распределительные.

Воздушные ЛЭП также можно разделить на подвиды, который зависят от проводников, типа тока, мощности, применяемого сырья. Ниже подробно описаны эти классификации.

Переменного тока

По типу тока ЛЭП можно подразделить на две группы. Первая из них - это линии электропередач постоянного тока. Такие установки помогают свести к минимуму потери при перемещении энергии, потому используются для передачи тока на дальние расстояния. Этот вид ЛЭП достаточно популярен в европейских государствах, но в России такие линии электропередач можно пересчитать по пальцам. Многие железные дороги работают на переменном токе.

Схема передачи энергии

Постоянного тока

Вторая группа - это линии электропередач постоянного тока, в которых энергия всегда одинакова независимо от направления и сопротивления. Почти все установки в России питаются постоянным током. Их проще произвести и эксплуатировать, но потери при перемещении тока очень часто достигают 10 кВт/км за полгода на ЛЭП с напряжением 450 кВ.

Классификация ЛЭП

Такие установки могут классифицироваться по назначению, напряжению, режиму работы и так далее. Ниже подробно описан каждый этот пункт.

По роду тока

В последние годы передача электроэнергии выполняется в основном на переменном токе. Такой метод популярен, потому что, большее количество источников электроэнергии выдают переменное напряжение (за исключением индивидуальных источников, например солнечные батареи), а главным потребителем выступают установки переменного тока.

Схема монтажа проводов ВЛ

Очень часто передача электроэнергии на постоянном токе более благоприятна. Для понижения потерь в ЛЭП, при передаче электрической энергии на любом виде тока, при помощи трансформаторов (ТТ) поднимают напряжение.

Также при выполнении передачи от установки к потребителю на постоянном токе нужно превращать электрическую энергию из переменного тока в постоянный, для этого существуют специальные выпрямители.

По предназначению

По назначению линии электропередач можно разделить на несколько видов. По расстоянию линии делятся на:

• сверхдальние. На таких ЛЭП напряжение будет свыше 500 киловольт. Их применяют для перемещения энергии на дальние расстояния. В основном они необходимы для того, чтобы объединять разные энергосистемы или их элементы;

• магистральные. Такие линии бывают с напряжением 220 или 380 кВ. Они объединяют друг с другом большие энергетические центры или разные установки;
• распределительные. К этому виду относятся системы с напряжением в 35, 110 и 150 кВ. Применяются для объединения районов и малых питающих центров;
• подводящие электрическую энергию к людям. Напряжение - не выше 20 кВ, самые популярные виды на 6 и 10 кВ. Эти ЛЭП подводят энергию к распределительным точкам, а потом и к людям в дом.

По напряжению

По базисному напряжению такие ЛЭП в основном разделяют на две главные группы. С низким напряжением до 1 кВ. ГОСТами указываются четыре основных напряжения, 40, 220, 380 и 660 В.

С напряжение выше 1 кВ. ГОСТом здесь описано 12 параметров, средние показатели - от 3 до 35 кВ, высокие - от 100 до 220 кВ, самые высокие - 330, 500 и 700 кВ и ультравысокие - больше 1 МВ. Его также называют высоковольтным напряжением.

По системе функционирования нейтралей в электроустановках

Такие установки можно разделить на четыре сети:

• трехфазные, в которых не присутствует заземление. В основном эта схема применяется в сетях напряжением до 35 кВ, где перемещаются малые токи;
• трехфазные, в которых есть заземление с помощью индуктивности. Эту установку также называют резонансно-заземленного вида. В таких воздушных линиях применяется напряжение 3-35 кВ, где перемещаются токи большой величины;
• трехфазные, в которых присутствует полное заземление. Такой режим функционирования нейтрали применяется в воздушных линиях со средним и высоким напряжениями. Здесь нужно использовать трансформаторы тока;
• глухозаземленная нейтраль. Здесь работают воздушные линии с напряжением меньше 1,0 кВ или больше 220 кВ.

Процесс монтажа

По режиму работы в зависимости от механического состояния

Также бывает и такое разделения ЛЭП, где предусматривается внешнее состояние всех частей установки. Это линии электропередач в хорошем состоянии, где кабели, стойки и другие элементы почти новые. Основной акцент делается на качество кабелей и канатов, на них не должно быть механических повреждений.

Также бывает аварийное положение, где качество кабелей и канатов достаточно низкое. В таких установках необходимо проводить незамедлительный ремонт.

• линии электропередач хорошего режима работы - все составляющие новые и не повреждены;
• аварийные линии - при явных видимых повреждениях проводов;
• линии монтажного вида - в процессе монтажа стоек, кабелей и канатов.

Определять состояние линий электропередач необходимо только опытному электромонтеру.

Если установка аварийная, то это может привести к ряду последствий. Например, энергия будет подаваться не постоянно, возможно короткое замыкание, оголённые провода при соприкосновении могут вызвать пожар. Если ЛЭП вовремя не подверглась монтажу и случились ненепоправимые последствия, то это может грозить огромными штрафами.

Подземные кабельные линии электропередач

Предназначение ВЛ электропередач

Такими ВЛ называются установки, которые используются для перемещения и рас­пределения электрической энергии по кабелям, находящимся на открытом воздухе и удерживающимися, при помощи специальных стоек. ВЛ устанавливаются и используются в самых различных погодных условиях и гео­графической местности, склонны к атмосферному влиянию (осадки, перепады температур, ветры).

Поэтому воздушные линии необходимо устанавливать с учетом погодных факторов, загрязнения атмосферы, требований прокладки (для города, поля, деревни) и прочее. Установка должна соответствовать ряду правил и нормативам:

• экономически выгодная стоимость;
• ­высокой электропроводностью, прочностью используемых канатов и стоек;
• устойчивость к механическим повреждениям, коррозии;
• быть безопасной для природы ичеловека, не занимать много свободной территории.

Как выглядят изоляторы

Какое напряжение ЛЭП

По определенных характеристикам, можно узнать напряжение линий электропередач по внешнему виду. Первое на что стоит обратить внимание - это изолятор. Чем больше их находится на установке, тем она будет мощнее.

Самые популярные изоляторы воздушных линий 0,4кВ. Их обычного изготавливают из прочного стекла. По их количеству можно определяться в мощности.

ВЛ-6 и ВЛ-10 по форме такой же, но намного крупнее. Кроме штыревого фиксирования, иногда применяют такие изоляторы по аналогу гирлянд по одному/двум образцам.

Обратите внимание! На воздушной линии 35кВ чаще всего устанавливают навесные изоляторы, хотя иногда можно увидеть штыревого вида. Гирлянда складывается из трех-пяти видов.

Число роликов в гирлянде может быть таким:

• ВЛ-110кВ - 6 роликов;
• ВЛ-220кВ - 10 роликов;
• ВЛ-330кВ - 12 роликов;
• ВЛ-500кВ - 22 ролика;
• ВЛ-750кВ - от 20 и выше.

Как узнать мощность ЛЭП

Также напряжение можно узнать по числу кабелей:

• ВЛ-0,4 кВ число проводов от 2 до 4 и выше;
• ВЛ-6, 10 кВ - всего три кабеля наустановке;
• ВЛ-35 кВ, 110 кВ - для каждого изолятора свой провод;
• ВЛ-220 кВ - для каждого изолятора один большой провод;
• ВЛ-330 кВ - в фазах по два кабеля;
• ВЛ-750 кВ - от 3 до 5 проводов.

В заключении необходимо отметить, что в современном мире невозможно обойтись без линий электропередач. Именно они снабжают всю страну электричеством. В настоящее время применяют воздушные и кабельные ЛЭП повсеместно.