Транспортировка электрической энергии на средние и дальние расстояния чаще всего производится по линиям электропередач, расположенным на открытом воздухе. Их конструкция всегда должна отвечать двум основным требованиям:

1. надежности передачи больших мощностей;

2. обеспечения безопасности для людей, животных и оборудования.

При эксплуатации под воздействием различных природных явлений, связанных с ураганными порывами ветра, наледью, выпадения инея линии электропередач периодически подвергаются повышенным механическим нагрузкам.

Для комплексного решения задач безопасной транспортировки электрических мощностей энергетикам приходится поднимать провода, находящиеся под напряжением на большую высоту, разносить их в пространстве, изолировать от строительных элементов и монтировать тоководами повышенных сечений на высокопрочных опорах.

Общее устройство и компоновка воздушной ЛЭП

Схематично любую линию передачи электроэнергии можно представить:

опорами, установленными в грунте;

проводами, по которым пропускается ток;

линейной арматурой, смонтированной на опорах;

Однородный проводник из алюминиевого сплава. Были созданы специальные сплавы для электрических проводов. Они содержат небольшое количество кремния и магния, и благодаря сочетанию термической и механической обработки они приобретают разрывную нагрузку, которая удваивает алюминий, теряя только 15% проводимости.

Обычно используется для первичного и вторичного распределения электроэнергии. Смешанный алюминиевый проводник со стальным сердечником. Эти кабели состоят из оцинкованной стальной сердцевины, покрытой одним или несколькими слоями из чистой алюминиевой проволоки. Стальной сердечник определяет только механическую прочность кабеля и не учитывается при электрическом расчете проводника.

изоляторами, закрепленными на арматуре и удерживающими ориентацию проводов в воздушном пространстве.

Дополнительно к элементам ВЛ необходимо отнести:

фундаменты для опор;

систему грозозащиты;

заземляющие устройства.

Опоры бывают:

1. анкерными, предназначенными для выдерживания усилий натянутых проводов и оборудованных натяжными устройствами на арматуре;

2. промежуточными, используемыми для закрепления проводов через поддерживающие зажимы.

Расстояние по грунту между двумя анкерными опорами называется анкерным участком или пролетом, а у промежуточных опор между собой или с анкерной - промежуточным.

Когда воздушная ЛЭП проходит над водными преградами, инженерными сооружениями или другими ответственными объектами, то по концам такого участка устанавливают опоры с натяжными устройствами проводов, а расстояние между ними называют промежуточным анкерным пролетом.

Провода между опорами никогда не натягивают как струну - в прямую линию. Они всегда немного провисают, располагаясь в воздухе с учетом климатических условий. Но при этом обязательно учитывается безопасность их расстояния до наземных объектов:

поверхностей рельсов;

контактных проводов;

транспортных магистралей;

проводов линий связи или других ВЛ;

промышленных и других объектов.

Провисание провода от натянутого состояния называют . Она оценивается разными способами между опорами потому, что верхние части оных могут быть расположены на одном уровне или с превышениями.

Стрела провеса относительно самой высокой точки опоры всегда бывает больше, чем у нижней.

Габариты, протяженность и конструкция каждого типа воздушной ЛЭП зависят от типа тока (переменный или постоянный) транспортируемой по ней электрической энергии и величины ее напряжения, которое может быть менее 0,4 кВ или достигать 1150 кВ.

Устройство проводов воздушных линий

Поскольку электрический ток проходит только по замкнутому контуру, то питание потребителей выполняется минимум двумя проводниками. По такому принципу создаются простые воздушные ЛЭП однофазного переменного тока с напряжением 220 вольт. Более сложные электрические цепи передают энергию по трех или четырехпроводной схеме с глухо изолированным или заземленным нулем.

Диаметр и металл для провода подбираются под проектную нагрузку каждой линии. Самыми распространенными материалами являются алюминий и сталь. Они могут выполняться единой монолитной жилой для низковольтных схем или сплетаться из многопроволочных конструкций для высоковольтных ЛЭП.

Внутреннее межпроволочное пространство может заполняться нейтральной смазкой, повышающей стойкость к нагреву или быть без нее.

Многопроволочные конструкции из алюминиевых проводов, хорошо пропускающих ток, создаются со стальными сердечниками, которые предназначены для восприятия механических нагрузок натяжения, предотвращения обрывов.

ГОСТом дается классификация открытых проводов для воздушных ЛЭП и определена их маркировка: М, А, AC, ПСО, ПС, ACKC, АСКП, АСУ, ACO, АСУС. При этом однопроволочные провода обозначаются величиной диаметра. Например, сокращение ПСО-5 читается «провод стальной. выполненный одной жилой с диаметром 5мм». У многожильных проводов для ЛЭП используется другая маркировка, включающая обозначение двумя цифрами, записанными через дробь:

первая - общая площадь сечения алюминиевых жил в мм кв;

вторая - площадь сечения стальной вставки (мм кв).

Кроме открытых металлических проводников, в современных воздушных линиях все больше применяются провода:

самонесущие изолированные;

защищенные экструдированным полимером, предохраняющим от возникновения КЗ при захлестывании фаз ветром или совершении набросов посторонних предметов с земли.

Он расположен в вершинах при изменении направления линии, наиболее важной нагрузкой, которую он поддерживает, является компонентом кадра всех проводников. Некоторые правила расчета предполагают использование этих структур с основной целью ограничения каскадного падения подвесных конструкций и облегчения укладки, когда прямолинейные участки очень длинные.

Что касается усилий, можно сказать, что структуры линии обычно выдерживают три типа напряжений в нормальных условиях. Вертикальные нагрузки из-за собственного веса, проводников, изоляторов. Поперечные нагрузки из-за ветра на конструкциях и проводниках.

Воздушные линии с постепенно вытесняют старые неизолированные конструкции. Они все чаще применяются во внутренних сетях, изготавливаются из медных или алюминиевых жил, покрытых резиной с защитным слоем из диэлектрических волокнистых материалов либо полихлорвиниловыми пластикатами без дополнительной внешней защиты.

Чтобы исключить появление коронного разряда большой протяженности провода ВЛ-330 кВ и высшего напряжения расщепляют на дополнительные потоки.

На ВЛ-330 два провода монтируют горизонтально, у линии 500 кВ их увеличивают до трех и размещают по вершинам равностороннего треугольника. Для ВЛ 750 и 1150 кВ применяют расщепление на 4, 5 или 8 потоков соответственно, расположенных по углам собственных равносторонних многоугольников.

Образование «короны» ведет не только к потерям электроэнергии, но и искажает форму синусоидального колебания. Поэтому с ней борются конструктивными методами.

Устройство опор

Обычно опоры создаются для закрепления проводов одной электрической цепи. Но на параллельных участках двух линий может применяться одна общая опора, которая предназначена для их совместного монтажа. Такие конструкции называют двухцепными.

Материалом для изготовления опор могут служить:

1. профилированные уголки из различных сортов стали;

2. бревна строительной древесины, пропитанные составами от загнивания;

3. железобетонные конструкции с армированными прутьями.

Изготовленные из дерева конструкции опор являются самыми дешевыми, но они даже при хорошей пропитке и надлежащем обслуживании служат не более, чем 50÷60 лет.

По техническому исполнению опоры ВЛ выше 1 кВ отличаются от низковольтных своей сложностью и высотой крепления проводов.

Их изготавливают в виде вытянутых призм или конусов с широким основанием внизу.

Любая конструкция опоры рассчитывается на механическую прочность и устойчивость, обладает достаточным проектным запасом к действующим нагрузкам. Но следует учитывать, что при эксплуатации возможны нарушения различных ее элементов в результате коррозии, ударов, несоблюдения технологии монтажа.

Это приводит к ослаблению жесткости единой конструкции, деформациям, а иногда и падениям опор. Часто такие случаи происходят в те моменты, когда на опорах работают люди, выполняя демонтаж или натяжение проводов, создающие переменные осевые усилия.

По этой причине допуск бригады монтеров к работе на высоте с конструкции опор проводится после проверки их технического состояния с оценкой качества ее заглубленной части в грунте.

Устройство изоляторов

На воздушных ЛЭП для отделения токоведущих частей электрической схемы между собой и от механических элементов конструкции опор используют изделия из материалов, обладающие высокими диэлектрическими свойствами с ÷ Ом∙м. Их называют изоляторами и изготавливают из:

фарфора (керамики);

стекла;

полимерных материалов.

Конструкции и габариты изоляторов зависят:

от величины приложенных к ним динамических и статических нагрузок;

значения действующего напряжения электроустановки;

условий эксплуатации.

Усложненная форма поверхности, работающая под воздействием различных атмосферных явлений, создает увеличенный путь для протекания возможного электрического разряда.

Изоляторы, устанавливаемые на воздушных линиях для крепления проводов, подразделяются на две группы:

1. штыревые;

2. подвесные.

Керамические модели

Фарфоровые или керамические штыревые одиночные изоляторы нашли большее применение на ВЛ до 1 кВ, хотя работают на линиях до 35 кВ включительно. Но их используют при условии крепления проводов низких сечений, создающих небольшие тяговые усилия.

Гирлянды из подвесных фарфоровых изоляторов устанавливают на линиях от 35 кВ.

В состав комплекта единичного фарфорового подвесного изолятора входит диэлектрический корпус и шапка, выплавленная из ковкого чугуна. Обе эти детали скрепляются специальным стальным стержнем. Общее количество таких элементов в гирлянде определяется по:

величине напряжения ВЛ;

конструкции опоры;

особенностям эксплуатации оборудования.

При увеличении напряжения линии количество изоляторов в гирлянде добавляется. Например, для ВЛ 35 кВ их достаточно установить 2 или 3, а на 110 кВ - уже потребуется 6÷7.

Стеклянные изоляторы

Эти конструкции обладают рядом преимуществ перед фарфоровыми:

отсутствием внутренних дефектов изоляционного материала, влияющих на образование токов утечек;

повышенной прочностью к усилиям скручивания;

прозрачностью конструкции, позволяющей визуально оценивать состояние и выполнять контроль угла поляризации светового потока;

отсутствием признаков старения;

автоматизацией производства и плавки.

Недостатками стеклянных изоляторов являются:

слабая антивандалная устойчивость;

низкая прочность на действие ударных нагрузок;

возможность повреждений при транспортировке и монтаже от механических усилий.

Полимерные изоляторы

Они обладают повышенной механической прочностью и уменьшенным до 90% весом по сравнению с керамическими и стеклянными аналогами. К дополнительным преимуществам относятся:

простота монтажа;

бо́льшая стойкость к загрязнениям из атмосферы, которая, однако, не исключает необходимость периодической очистки их поверхности;

гидрофобность;

хорошая восприимчивость перенапряжений;

повышенная вандалоустойчивость.

Долговечность полимерных материалов тоже зависит от условий эксплуатации. В воздушной среде с повышенными загрязнениями от промышленных предприятий у полимеров могут проявиться явления «хрупкого излома», заключающиеся в постепенном изменении свойств внутренней структуры под воздействием химических реакций от загрязняющих веществ и атмосферной влаги, протекающих в комплексе с электрическими процессами.

При расстреле вандалами изоляторов из полимера дробью или пулями обычно не происходит полного разрушения материала, как у стекла. Чаще всего дробинка или пуля пролетает навылет или застревает в корпусе юбки. Но диэлектрические свойства при этом все равно занижаются и поврежденные элементы в гирлянде требуют замены.

Поэтому подобное оборудование необходимо периодически осматривать методами визуального контроля. А выявить подобные повреждения без оптических приборов практически невозможно.

Арматура воздушных линий

Для крепления изоляторов на опоре ВЛ, сборки их в гирлянды и монтажа к ним токонесущих проводов выпускаются специальные крепежные элементы, которые принято называть арматурой линии.

По выполняемым задачам арматуру классифицируют на следующие группы:

сцепную, предназначенную для соединения подвесных элементов различными способами;

натяжную, служащую для крепления натяжных зажимов к проводам и гирляндам анкерных опор;

поддерживающую, выполняющую удержание креплений проводов, шлейфов и узлов монтажа экранов;

защитную, предназначенную для сохранения работоспособности оборудования ВЛ при воздействии на нее атмосферных разрядов и механических колебаний;

соединительную, состоящую из овальных соединителей и термитных патронов;

контактную;

спиральную;

установки штыревых изоляторов;

монтажа СИП проводов.

Каждая из перечисленных групп имеет широкий ассортимент деталей и требует более пристального изучения. Например, в состав только защитной арматуры входят:

рога защитные;

кольца и экраны;

разрядники;

гасители вибраций.

Защитные рога создают искровой промежуток, отводят появляющуюся электрическую дугу при возникновении перекрытия изоляции и таким способом защищают оборудование ВЛ.

Кольца и экраны отводят дугу от поверхности изолятора, улучшают распределение напряжения по всей площади гирлянды.

Разрядники защищают оборудование от волн перенапряжения, возникающих при ударе молний. Они могут применяться на основе трубчатых конструкций из винипластовых или фибробакелитовых трубок с электродами либо быть изготовлены вентильными элементами.

Гасители вибраций работают на тросах и проводах, предотвращают повреждения от усталостных напряжений, создаваемых вибрациями и колебаниями.

Заземляющие устройства воздушных линий

Необходимость повторного заземления опор ВЛ вызвана требованиями безопасной работы при возникновении аварийных режимов и грозовых перенапряжениях. Сопротивление контура заземляющего устройства не должно превышать 30 Ом.

У металлических опор все крепежные элементы и арматура должны присоединяться к PEN проводнику, а у железобетонных объединенный ноль связывает собой все подкосы и арматуру стоек.

На опорах из дерева, металла и железобетона штыри и крюки при монтаже СИП с несущим изолированным проводником не заземляют, за исключением случаев необходимости выполнения повторных заземлений для защит от перенапряжений.

Крюки и штыри, смонтированные на опоре, соединяют с контуром заземления сваркой, используя стальную проволоку или прут не тоньше 6 мм по диаметру с обязательным наличием антикоррозионного покрытия.

На железобетонных опорах для заземляющего спуска применяют металлическую арматуру. Все контактные соединения заземляющих проводников сваривают или зажимают в специальном болтовом креплении.

Опоры воздушных линий электропередач с напряжением 330 кВ и выше не заземляют из-за сложности реализации технических решений для обеспечения безопасной величины напряжений прикосновения и шага. Защитные функции заземления в этом случае возложены на быстродействующие защиты линии.

Линии электропередачи — центральный элемент системы передачи и распределения ЭЭ. Линии выполняются преимущественно воздушными и кабельными. На энергоемких предприятиях применяют также токопроводы. па генераторном напряжении электростанций — шинопроводы; в производственных и жилых зданиях — внутренние проводки.

Выбор типа ЛЭП, ее конструктивного исполнения определяется назначением линии, местом расположения (прокладки) и, соответственно, ее номинальным напряжением, передаваемой мощностью, дальностью электропередачи, площадью и стоимостью занимаемой (отчуждаемой) территории, климатическими условиями, требованиями электробезопасности и техническом эстетики и рядом других факторов и, в конечном итоге, экономической целесообразностью передачи электрической энергии. Указанный выбор производится на стадиях принятия проектных решении.

В данном разделе формулируются требования, которыми должны удовлетворять ЛЭП, условия их выполнения и на их основе представляются некоторые принципы и варианты конструктивного исполнения линий электропередачи.

Наиболее распространенны на всех ступенях системы электроснабжения воздушные линии ввиду их относительно малой стоимости. По этой причине применение ВЛ должно рассматриваться в первую очередь.

Воздушные линии электропередачи

Воздушными называются линии, предназначенные для передачи и распределения ЭЭ по проводам, расположенным на открытом воздухе и поддерживаемым с помощью опор и изоляторов. Воздушные ЛЭП сооружаются и эксплуатируются в самых разнообразных климатических условиях и географических районах, подвержены атмосферному воздействию (ветер, гололед, 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 анализа условий ВЛ следует, что материалы и конструкции линий должны удовлетворять ряду требований: экономически приемлемая стоимость, хорошая электропроводность и достаточная механическая прочность материалов проводов и тросов, стойкость их к коррозии, химическим воздействиям; линии должны быть электрически и экологически безопасны, занимать минимальную территорию.

Конструктивное исполнение воздушных линий. Основными конструктивными элементами ВЛ являются опоры, провода, грозозащитные тросы, 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 высоковольтной ВЛ объединяет три провода (комплекта проводов) трехфазной линии, в низковольтной — от трех до пяти проводов. В целом конструктивная часть ВЛ (рис. 1) характеризуется типом опор, длинами пролетов, габаритными размерами, конструкцией фаз, количеством изоляторов.

Длины пролетов ВЛ выбирают по экономическим соображениям, т. к. с увеличением длины пролетов возрастает провис проводов, необходимо увеличить высоту опор

Н, чтобы не нарушить допустимый габарит линии h (рис. 1. б), при этом уменьшится количество опор и изоляторов на линии. Габарит линии —наименьшее расстояние от нижней точки провода до земли (воды, полотна дорога) — должен был. таким, чтобы обеспечить безопасность движения людей и транспорта под линией. Это расстояние зависит от номинальною напряжения линии и условий местности (населенная, ненаселенная). Расстояние между соседними фазами линии зависит главным образом от се номинального напряжения. Основные конструктивные размеры ВЛ приведены в табл. 1. Конструкция фазы ВЛ в основном определяется количеством проводов в фазе. Если фаза выполнена несколькими проводами, она называется расщепленной. Расщепленными выполняют фазы ВЛ высокою 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-двенадцать - при 1150 кВ.

Опоры воздушных линий. Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над, землей, водой и каким-либо инженерным сооружением. Кроме того, на опорах в необходимых случаях подвешивают необходимые стальные заземленные тросы для защиты проводов от прямых ударов молнии и связанных с этим перенапряжением.

Таблица №1

Конструктивные размеры ВЛ

Номинальное напряжение, кВ	Расстояние между фазами D , м	Длинна пролета l, м	Высота опоры Н , м	Габарит линии h, м
<1	0,5	40-50	8-9	6-7
6-10	1	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

Типы и конструкции опор разнообразны. В зависимости от назначения и размещения на трассе ВЛ они подразделяются на промежуточные и анкерные. 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 составляет80-90% общего числа опор ВЛ. Провода к ним крепятся с помощью поддерживающих (подвесных) гирлянд изоляторов или штыревых изоляторов. Промежуточные опоры в нормальном режиме испытывают нагрузку в основном от собственного веса проводов, тросов и изоляторов, подвесных гирлянды изоляторов свисают вертикально.

Анкерные опоры устанавливают в местах жесткого крепления проводов; они делятся на концевые, угловые, промежуточные и специальные. Анкерные опоры, рассчитаны на продольные и поперечные составляющие натяжения проводов (натяжные гирлянды изоляторов расположены горизонтально), испытывают наибольшие нагрузки поэтому они значительно дороже и сложнее промежуточных; число их на каждой линии должно быть минимальным.В частности, концевые и угловые опоры, устанавливаемые в конце или на повороте линии, испытывают постоянное натяжение, проводов и тросов: одностороннее или по равнодействующей угла поворота; промежуточные анкерные, устанавливаемые на протяженных прямых участках, также рассчитываются на одностороннее натяжение, которое может возникнуть при обрыве части проводов в примыкающем к опоре пролете.

Специальные опоры бывают следующих типов: переходные - для больших пролетов пересечения рек, ущелий; ответвительнные - для выполнения ответвлений от основной линии; транспозиционные - для изменения порядка расположения проводов на опоре.

Наряду с назначением (типом) конструкция опоры определяется количеством цепей ВЛ и взаимным расположением проводов (фаз). Опоры (и линии) выполняются в одно- или двухцепном варианте, при этом провода на опорах могут размещаться треугольником, горизонтально, обратной “елкой” и шестиугольником, или “бочкой” (рис. 2).

Несимметричное расположение фазных проводов по отношению друг к другу (рис. 2) обуславливают неодинаковость индуктивностей и емкостей разны фаз. Для обеспечения симметрии трехфазной системы и выравнивания по фазам реактивных параметров на длинных линиях (более 100 км) напряжением 110 кВ и выше осуществляют перестановку (транспозицию) проводов 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).

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

Железобетонные опоры (рис. №5) наиболее широко применяются на линиях напряжением до 750 кВ. Они могут быть свободностоящими (промежуточными) и с оттяжками (анкерными). Железобетонные опоры долговечнее деревянных, просты в эксплуатации, дешевле металлических.

Металлические (стальные) опоры (рис. 6) применяют на линиях напряжением 35 кВ и выше. К основным элементам относятся стойки 1, траверсы 2, тросостойки 3, оттяжки 4 и фундамент 5. Они прочны и надежны, но достаточно металлоемкие, занимают большую площадь, требуют для установки 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, выполнения отпаек от ВЛ и т.п.)

Провода воздушных линий. Провода предназначены для передачи электроэнергии. Наряду с хорошей электропроводностью (возможно меньшим электрическим сопротивлением), достаточной механической прочностью и устойчивостью против коррозии, они должны удовлетворять условиям экономичности. С этой целью применяют провода из наиболее дешевых металлов алюминия, стали, специальных сплавов алюминия. Хотя медь обладает наибольшей проводимо-медные провода из-за высокой стоимости и необходимости для других целей в новых линиях не используются. Их использование допускается в контактных сетях, в сетях горных предприятий.

На ВЛ применяются преимущественно неизолированные (голые) провода. По конструктивному исполнению провода могут быть одно- и многопроволочными, полыми (рис. 7). Однопроволочные, преимущественно стальные провода используются ограничено в низковольтных сетях. Для придания им гибкости и большей механической прочности провода изготавливают многопроволочными из одного металла (алюминия или стали) и из двух металлов (комбинированные) — алюминия и стали. Сталь в проводе увеличивает механическую прочность.

Исходя из условий механической прочности, алюминиевые провода марок А и АКП (рис. 7) применяют на ВЛ напряжением до 35 кВ. Воздушные линии 6—35 кВ могут также выполнятся сталеалюминевыми проводами, а выше 35 кВ линии монтируются исключительно сталеалюминевыми проводами. Сталеалюминевые 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 сталеалюминевых проводов 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 пленкой. Провода с антикоррозийной зашитой применяются в районах, где воздух загрязнен примесями, действующими разрушающе на алюминий и сталь.

Повышение диаметров проводов при неизменности расходования проводникового материала может осуществляться применением проводов с наполнителем из диэлектрика и полых проводов (рис. 7, г, д). Такое использование снижает потери на коронирование. Полые провода используются главным образом для ошиновки распределительных устройств 220 кВ и выше.

Провода из сплавов алюминия (АН — нетермообработанные, АЖ — термообработанные) имеют большую но сравнению с алюминиевыми механическую прочность и практически такую же электрическую проводимость. Они используются на ВЛ напряжением выше 1 кВ в районах с толщенной стенки голоде 20 мм.

Все большее применение находят ВЛ с самонесущими изолированными проводами 0,38-10 кВ. В линиях напряжением 380/220 В провода состоят из несущего изолированного или неизолированного провода, являющегося нулевым, трех изолированных фазных проводов, одного изолированного провода (любой фазы) наружного освещения. Фазные изолированные провода навиты вокруг несущего нулевого провода (рис. 8). Несущий провод является сталеалюминевым, а фазные — алюминиевыми. Последние покрыты светостойким термостабилизированным (сшитым) полиэтиленом (провод типа АПВ). К преимуществам ВЛ с изолированными проводами перед линиями с голыми проводами можно отнести отсутствия изоляторов на опорах, максимальное использование высоты опоры для подвески проводов; нет необходимости в обрезке деревьев в зоне прохождения линии.

Грозозащитные тросы наряду с искровыми промежутками, разрядниками, ограничителями напряжений и устройствами заземления служат для защиты линии от атмосферных перенапряжений (грозовых разрядов). Тросы подвешивают над фазными проводами (рис. 2) на ВЛ напряжением 35 кВ и выше в зависимости от района по грозовой деятельности и материала опор, что регламентируется Правилами устройств электроустановок (ПУЭ). В качестве грозозащитных проводов обычно применяют стальные оцинкованные канаты марок С 35, С 50 и С 70, а при использовании тросов для высокочастотной связи —сталеалюминевые провода. Крепление тросов на всех опорах ВЛ напряжением 220—750 кВ должно быть выполнено при помощи изолятора, шунтированного искровым промежутком. На линиях 35—110 кВ крепление тросов к металлическим и железобетонным промежуточным опорам осуществляется без изоляции троса.

Изоляторы воздушных линий. Изоляторы предназначены для изоляции и крепления проводов. Изготавливаются они из фарфора и закаленного стекла — материалов, обладающих высокой механической и электрической прочностью и стойкостью к атмосферным воздействиям. Существенным достоинством стеклянных изоляторов является то, что при повреждении закаленное стекло рассыпается. Это облегчает нахождение поврежденных изоляторов на линии.

По конструкции, способу закрепления на опоре изоляторы разделяют на штыревые и подвесные. Штыревые изоляторы (рис. 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.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. 10, г): поддерживающие на промежуточных опорах и натяжные на анкерных. Количество изоляторов в гирлянде зависит от напряжения, типа и материала опор, загрязненности атмосферы. Например, в линии 35 кВ — 3—4 изолятора, 220 кВ — 12— 14; на линиях с деревянными опорами, обладающих повышенной грузоподъемностью, количество изоляторов в гирлянде на один меньше, чем на линиях с металлическими опорами; в натяжных 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 (рис. 9, г, д). Они представляют собой стержневой элемент из стеклопластика, защищенный покрытием с ребрами из фторопласта или кремнеорганнческой резины. Стержневые изоляторы по сравнению с подвесными имеют меньший вес и стоимость, более высокую механическую прочность, чем из закаленного стекла. Основная проблема — обеспечить возможность их длительной (более 30 лег) работы.

Линейная арматура предназначена для закрепления проводов к изоляторам и тросов к опорам и содержит следующие основные элементы: зажимы, соединители, дистанционные распорки и др. (рис. 10). Поддерживающие зажимы применяют для подвески и закрепления проводов ВЛ на промежуточных опорах с ограниченной жесткостью заделки (рис. 10, а). На анкерных опорах для жесткого крепления проводов используют натяжные гирлянды и зажимы — натяжные и клиновые (рис. 10, б, в). Сцепная арматура (серьги, ушки, скобы, коромысла) предназначена для подвески гирлянд на опорах. Поддерживающая гирлянда (рис. 10, г) закрепляется на траверсе промежуточной опоры с помощью серьги 1, вставляемой другой стороной в шапку верхнего подвесного изолятора 2. Ушко 3 используется для прикрепления к нижнему изолятору гирлянды поддерживающего зажима 4. Дистанционные распорки (рис. 10, д), устанавливаемые в пролетах линий 330 кВ и выше с расщепленными фазами, предотвращают схлестывание, соударения и закручивание отдельных проводов фаз. Соединители применяются для соединения отдельных участков провода с помощью овальных или прессующих соединителей (рис. 10, е, ж). В овальных соединителях провода либо скручиваются, либо обжимаются; в прессуемых соединителях, применяемых для соединения сталеалюминевых проводов больших сечений, стальная и алюминиевые части опрессовываются отдельно.

Результатом развития техники передачи ЭЭ на дальние расстояния являются различные варианты компактных ЛЭП, характеризующиеся меньшим расстоянием между фазами и, как следствие, меньшими индуктивными сопротивлениями и шириной трассы линии (рис. 11). При использовании опор “охватывающего типа” (рис. 11, а) уменьшение расстояния достигается за счет расположения всех фазных расщепленных конструкций внутри “охватывающего портала” или по одну сторону от стойки опор (рис. 11, б). Сближение фаз обеспечивается с помощью междуфазных изоляционных распорок. Предложены различные варианты компактных линий с нетрадиционными схемами расположения проводов расщепленных фаз (рис. 11, в —и) . Кроме уменьшения ширины трассы на единицу передаваемой мощности, компактные линии могут быть созданы для передачи повышенных мощностей (до 8—10 ГВт); такие линии вызывают меньшую напряженность электрического поля на уровне земли и обладают рядом других технических достоинств.

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 ценен. При этом к цепям подводятся напряжения, сдвинутые на определенный угол. За счет режимного изменения с помощью специальных устройств угла фазного сдвига осуществляется управление параметрами линии.

Кабельные линии электропередачи

Кабельная линия (КЛ) линия для передачи электроэнергии, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей, выполненная каким-либо способом прокладки (рис. 11). Кабельные линии прокладывают там, где строительство ВЛ невозможно из-за стесненной территории, неприемлемо по условиям техники безопасности, нецелесообразно по экономическим, архитектурно-планировочным показателям и другими требованиям. Наибольшее применение КЛ нашли при передаче и распределении ЭЭ на промышленных предприятиях и в городах (системы внутреннего электроснабжения) при передаче ЭЭ через большие водные пространства и т. п. Достоинства и преимущества кабельных линии по сравнению с воздушными: неподверженность атмосферным воздействиям, скрытность трассы и недоступность для посторонних лиц, меньшая повреждаемость, компактность линии и возможность широкого развития электроснабжения потребителей городских и промышленных районов. Однако КЛ значительно дороже воздушных того же напряжения (в среднем в 2-3 раза для линий 6-35 кВ и 5-6 раз для линий 110 кВ и выше), сложнее при сооружении и эксплуатации.

В состав КЛ входят: кабель, соединительные и концевые муфты, строительные конструкции, элементы крепления и др.

Кабель — готовое заводское изделие, состоящее из изолированных токопроводящих жил, заключенных в защитную герметичную оболочку и броню, предохраняющие их от влаги, кислот и механических повреждений. Силовые кабели имеют от одной до четырех алюминиевых или медных жил сечением 1,5—2000 мм 2 . Жилы сечением до 16 мм 2 —однопроволочные, свыше — многопроволочные. По форме сечения жилы круглые, сегментные или секторные.

Кабели напряжением до 1 кВ выполняются, как правило, четырехжильными, напряжением 6—35 кВ — трехжильными, а напряжением 110—220 кВ — одножильными.

Защитные оболочки делаются из свинца, алюминия, резины и полихлорвинила. В кабелях напряжением 35 кВ каждая жила дополнительно заключается в свинцовую оболочку, что создаст более равномерное электрическое поле и улучшает отвод тепла. Выравнивание электрического ноля у кабелей с пластмассовой изоляцией и оболочкой достигается экранированием каждой жилы полупроводящей бумагой.

В кабелях на напряжение 1—35 кВ для повышения электрической прочности между изолированными жилами и оболочкой прокладывается слой поясной изоляции.

Броня кабеля, выполняется из стальных лент или стальных оцинкованных проволок, защищается от коррозии наружным покровом из кабельной протяжки, пропитанной битумом и покрытой меловым составом.

В кабелях напряжением 110 кВ и выше повышение электрической прочности бумажной изоляции их наполняют газом или маслом под избыточным давлением (газонаполненные и маслонаполненные кабели).

В марке обозначении кабеля указывается сведения о его конструкции, номинальное напряжение, количество и сечение жил. У четырехжильных кабелей напряжением до 1 кВ сечение четвертой (“нулевой”) жилы меньше, чем фазной. Например, кабель ВПГ-1—3Х35+1Х25 — кабель с тремя медными жилами сечением по 35 мм 2 и четвертой сечением 25 мм 2 , полиэтиленовой (П) изоляцией на 1 кВ, оболочкой из полихлорвинила (В), небронированный, без наружною покрова (Г) — для прокладки внутри помещений, в каналах, туннелях, при отсутствии механических воздействий на кабель; кабель АОСБ-35—3Х70 — кабель с тремя алюминиевыми (А) жилами по 70 мм 2 , с изоляцией на 35 кВ, с отдельно освинцованными (О) жилами, в свинцовой (С) оболочке, бронированный (Б) стальными лентами, с наружным защитным покровом —для прокладки в земляной траншее; ОСБ-35—3Х70 — такой же кабель, но с медными жилами.

Конструкции некоторых кабелей представлены на рисунке 13. На рисунке 13, а,б даны силовые кабели напряжением до 10 кВ.

Четырехжильный кабель напряжением 380 В (см. рис. 13, а) содержит элементы: 1 — токопроводящие фазные жилы; 2 — бумажная фазная и поясная изоляция; 3 - защитная оболочка; 4 - стальная броня; 5 - защитный покров; 6 — бумажный наполнитель; 7 — нулевая жила.

Трехжильный кабель с бумажной изоляцией напряжением 10 кВ (рис. 13, б) содержит элементы: 1 — токоведущие жилы; 2 — фазная изоляция; 3 — общая поясная изоляция; 4 - защитная оболочка; 5 — подушка под броней; 6 — стальная броня; 7 — защитный покров; 8 — заполнитель.

Трехжильный кабель напряжением 35 кВ изображен на рис. 1.3, в. В него входят- 1 — круглые токопроводящие жилы; 2 — пол у про водя тис экраны; 3 — фазная изоляция; 4 - свинцовая оболочка; 5 — подушка; 6 — заполнитель из кабельной пряжи; 7 — стальная броня; 8 — защитный покров.

На рис. 1.3, г представлен маслонаполненный кабель среднего и высокого давления напряжением 110—220 кВ. Давление масла предотвращает появление воздуха к его ионизацию, устраняя одну из основных причин пробоя изоляции. Три однофазных кабеля помещены в стальную трубу 4, заполненную маслом 2 под избыточным давлением. Токоведущая жила 6 состоит из медных круглых проволок и покрыта бумажной изоляцией 1 с вязкой пропиткой; поверх изоляции наложен экран 3 в виде медной перфорированной лепты и бронзовых проволок, предохраняющих изоляцию от механических повреждений при протягивании кабеля в трубе. Снаружи стальная труба защищена покровом 5.

Широко распространены кабели в полихлорвиниловой изоляции, производимые трех-, четырех- и пятижильными (1.3, е) или одножильными (рис. 1.3, д).

Кабели изготавливаются отрезками ограниченной длины в зависимости о. спряжения и сечения. При прокладке отрезки соединяют посредством соединительных муфт, герметизирующих места соединения. При этом концы жил кабелей освобождают от изоляции и заделывают в соединительные зажимы.

При прокладке в земле кабелей 0,38—10 кВ для зашиты от коррозии и механических повреждений место соединения заключается в защитный чугунный разъемный кожух. Для кабелей 35 кВ используются также стальные или стеклопластиковые кожухи. На рис. 14, а показано соединение трехжильного низковольтного кабеля 2 в Чугунной муфте 1. Концы кабеля фиксированы фарфоровой распоркой 3 и соединены займом 4. Муфты кабелей до 10 кВ с бумажной изоляцией заполняются битуминозными составами, кабели 20—35 кВ — маслонаполненными. Для кабелей с пластмассовой изоляцией применяют соединительные муфты из термоусаживаемых изоляционных трубок, число которых соответствует числу фаз, и одной термоусаживаемой трубки для нулевой жилы, усаживаемых в термоусаживаемую муфту (рис. 14, б). Применяют и другие конструкции соединительных муфт.

На концах кабелей применяют концевые муфты или концевые заделки. На рис. 15, а приведена мастиконаполненая трехфазная муфта наружной установки с фарфоровыми изоляторами для кабелей напряжением 10 кВ. Для трехжильных кабелей с пластмассовой изоляцией применяется концевая муфта, представленная на рис. 15, 6. Она состоит из термоусаживаемой перчатки 1, стойкой к воздействию окружающей среды, и полупроводящих термоусаживаемых трубок 2, с помощью которых на конце трехжильного кабеля создаются три одножильных кабеля. На отдельные жилы надеваются изоляционные термоусаживаемые трубки 3. На них монтируется нужное количество термоусаживаемых изоляторов 4.

Для кабелей 10 кВ и ниже с пластмассовой изоляцией во внутренних помещениях применяют сухую разделку (рис. 15, в). Разделанные концы кабеля с изоляцией 3 обматывают липкой полихлорвиниловой лентой 5 и лакируют; концы кабеля герметизируют кабельной массой 7 и изоляционной перчаткой 1, перекрывающей оболочку кабеля 2, концы перчатки и жилы дополнительно уплотняют и обматывают полихлорвиниловой лентой 4, 5, последнюю для предотвращения отставания и разматывания фиксируют бандажами из шпагата 6.

Способ прокладки кабелей определяется условиями трассы линии. Кабели прокладываются в земляных траншеях, блоках, туннелях, кабельных туннелях, коллекторах, по кабельным эстакадам, а так же по перекрытиям зданий (рис. 12).

Наиболее часто на территории городов, промышленных предприятиях кабели прокладывают в земляных траншеях (рис. 12, а). Для предотвращения повреждении из-за прогибов на дне траншеи создают мягкую подушку из слоя просеянной земли или песка. При прокладке в одной траншее нескольких кабелей до 10 кВ расстояние по горизонтали между ними должно быть не менее 0,1 м, между кабелями 20—35 кВ — 0,25 м. Кабель засыпают небольшим слоем такого же грунта и закрывают кирпичом или бетонными плитами для защиты от механических повреждений. После этого кабельную траншею засыпают землей. В местах перехода через дороги и на вводах в здания кабель прокладывают в асбестоцементных или иных трубах. Это защищает кабель от вибраций и обеспечивает возможность ремонта без вскрытия полотна дороги. Прокладка в траншеях — наименее затратный способ кабельной канализации ЭЭ.

В местах прокладки большого количества кабелей агрессивный грунт и блуждающие тою” ограничивают возможность их прокладки в земле. Поэтому наряду с другими подземными коммуникациями используют специальные сооружения: коллекторы, туннели канаты, блоки и эстакады. Коллектор (рис. 12, б) служит для совместного размещения в нем разных подземных коммуникаций: кабельных силовых линий и связи, водопровода по городским магистралям и на территории крупных предприятий. При большом числе параллельно прокладываемых кабелей, например, от здания мощной электростанции, применяют прокладку в туннелях (рис. 12, в). При этом улучшаются условия эксплуатации, снижается площадь поверхности земли, необходимая для прокладки кабелей. Однако стоимость туннелей весьма велика. Туннель предназначен только для прокладки кабельных линий. Его сооружают под землей из сборного железобетона или канализационных труб большого диаметра, емкость туннеля — от 20 до 50 кабелей.

При меньшем числе кабелей применяют кабельные каналы (рис. 12, г), закрытые землей или выходящие на уровень поверхности земли. Кабельные эстакады и галереи (рис. 12, д) используют для надземной прокладки кабелей. Этот вид кабельных сооружений широко применяют там, где непосредственно прокладка силовых кабелей в земле является опасной из-за оползней, обвалов, вечной мерзлоты и т. п. В кабельных каналах, туннелях, коллекторах и по эстакадам кабели прокладываются по кабельным кронштейнам.

В крупных городах и на больших предприятиях кабели иногда прокладываются в блоках (рис. 12,е), представляющих асбестоцементные трубы, стыки, которые заделаны бетоном. Однако в них кабели плохо охлаждаются, что снижает их пропускную способность. Поэтому прокладывать кабели в блоках следует лишь при невозможности прокладки их в траншеях.

В зданиях, по стенам и перекрытиям большие потоки кабелей укладывают в металлические лотки и короба. Одиночные кабели могут прокладываться открыто по стенам и перекрытиям или скрыто: в трубах, в пустотелых плитах и других строительных частях зданий.

Токопроводы, шинопроводы и внутренние проводки

Токопроводом называют линию электропередачи, тоководущие части которой выполнены из одного или нескольких жестко закрепленных алюминиевых или медных проводов или шин и относящихся к ним поддерживающих и опорных конструкций и изоляторов, защитных оболочек (коробов). Шинопроводом называют защищенные и закрытые токопроводы, выполненные жесткими шинами. Шинопроводы до 1 кВ применяют в цеховых сетях промышленных предприятий, более 1 кВ — в цепях генераторного напряжения для передачи ЭЭ к повышающим трансформаторам электростанций. Токопроводы 6—35 кВ используются для магистрального питания энергоемких предприятий при токах 1,5—6,0 кА. Шинопроводы до 1 кВ промышленных предприятий (комплектные токопроводы) монтируют из стандартных секций заводского изготовления. Отдельные секции 1 такого токопровода (рис. 15, а) состоят из коробов с размещенными в них элементами токопроводов, ответвительной 3 и вводной 2 коробок, присоединенных через ответвительную секцию 4 к магистрали 5. Комплектный шинопровод, выпускаемый трех- и четырехпроходным (рис. 15, б) состоит из секций в виде отрезков шин 1, закрепленных на прокладках 3 в коробе 2 с зажимами 4 для присоединения электропотребителей. Длина таких секций по условиям транспортировки не превышает 6 м. Короба шинопроводов необходимы для защиты от внешних воздействий, иногда их используют в качестве нулевого проводника.

Жесткий симметричный токопровод 6—10 кВ выполняется из шин коробчатого сечения, жестко закрепленных на опорных изоляторах, прикрепленных к обшей стальной конструкции по вершинам равностороннего треугольника. Токопровод может прокладываться открыто — на опорах или эстакадах, либо скрыто — в туннелях (рис. 17) и галереях.

Гибкий унифицированный симметричный токопровод 6—10 кВ наружного наполнения является по существу двухцепной ВЛ с расщепленными фазами (рис. 18, а). Каждая фаза состоит из 4, 6, 8 или 10 проводов марки А 600, располагаемых на поддерживающих зажимах по окружности диаметром 600 мм. С помощью специальной системы подвески на изоляторах все три фазы размещаются по вершинам треугольника и крепятся к опорам. Для предотвращения схлестывания фаз между собой в пролетах устанавливаются межфазовые изолирующие распорки.

У гибкого токопровода 35 кВ (рис. 18) фазы состоят из трех проводов, марки А 600, закреплены в кольца и посредствам несущего стального троса подвешены на изоляторах к опоре. Опоры гибких токопроводов, сооружаемые из железобетона или стали, устанавливаются через 50—100 м. Отпайки от токопроводов к электропотребителям выполняются шинами или голыми проводами.

Внутренними электропроводками называются провода и кабели с элсктроустановочными и электромонтажными изделиями, предназначенные для выполнения внутренних сетей в зданиях. Они выполняются открытыми и скрытыми, в большинстве случаев изолированными проводами, прокладываемыми на изоляторах или в трубах. Кабели прокладываются в каналах, полах или стенах. Иногда к внутренним электропроводкам относят также токопроводы (шинопроводы) цеховых сетей промышленных предприятий.

В Мой Мир