Лекция № 8. Конструкции воздушных линий электропередачи
Дисциплина: Электрическое оборудование электроэнергетических систем и сетей зарубежных стран
Классификация опор
Многообразие применяемых в электросетевом строительстве типов опор влечёт за собой необходимость их классификации по целому ряду признаков. Они приведены в таблице 8.8, где также представлены соответствующие каждому признаку разновидности опор, а также некоторые краткие комментарии.
Таблица 8.8 Классификация опор воздушных линий
| Классификация опор воздушных линий | ||
| Таблица 9.8 Признак | Тип опоры | Примечание |
| Количество трехфазных цепей | Одноцепная | Всех напряжений |
| Двухцепная | 35—330 кВ | |
| Многоцепная | — | |
| Способ крепления проводов | Промежуточная | Зажимы поддерживающие |
| Анкерная | Зажимы натяжные | |
| Положение на трассе | Угловая | В точках поворота трассы |
| Конструктивное выполнение | Свободностоящая | — |
| На оттяжках | — | |
| Материал | Деревянная | До 220 кВ включительно |
| Железобетонная | До 500 кВ включительно | |
| Металлическая | Всех напряжений | |
| Специальное назначение | Транспозиционная | По концам участков цикла |
| Ответвительная | Ответвления от магистрали | |
| Переходная | Переходы через реки и т. п. |
Рис.8.4. Опора многоцепной комбинированной ВЛ-380-220-110 кВ
Итак, по количеству трёхфазных цепей различают опоры:
- одноцепные, которые применяются при сооружении ВЛ любых номинальных напряжений;
- двухцепные, которые в России применяются для ВЛ 35—330 кВ, а за рубежом и на линиях 380—500 кВ;
3. многоцепные, которые применяются за рубежом в густонаселённых районах с высокой стоимостью земли для экономии территории, отчуждаемой под трассу ВЛ. В качестве примера такой конструкции на рисунке 8.4 показана металлическая шестицепноя опора комбинированной ВЛ, где на верхних двух ярусах расположены фазы двух цепей 380 кВ, под ними размещены две цепи 220 кВ, а на нижней траверсе подвешены две цепи 110 кВ. Вертикальный размер этой опоры составляет 63,4 м, зато горизонтальный габарит — только 34 м. Основанием второго признака служит способ крепления проводов. Здесь в первую очередь выделяются промежуточные опоры, на которых провода закрепляются в поддерживающих зажимах. Это основной тип опор, составляющий около 90 % их общего числа. Кроме них выделяются анкерные опоры, на которых провода закрепляются в натяжных зажимах. Эти опоры расположены по концам анкерного пролёта (анкерованного участка), эскиз которого был показан на рисунке 8.2.
По положению на трассе различают опоры, расположенные на прямых ее участках, и угловые (или анкерные угловые), расположенные в точках изменения направления (поворота) трассы линии. В этих точках на опору действует сила тяжения проводов и тросов, направленная по биссектрисе внутреннего угла. Поэтому в отличие от обычной промежуточной опоры угловая должна иметь раскосы, противодействующие опрокидывающему моменту в направлении действия этой силы. При углах поворота, превышающих 20 °, устанавливают анкерные угловые опоры.
По конструктивному выполнению опоры делятся на свободностоящие и на оттяжках. Применение металлических тросовых оттяжек, которые крепятся с одной стороны к верхним частям опоры, а с другой стороны к анкерным плитам, заглублённым в грунт на 2—3 м, обеспечивает устойчивость опоры и по сравнению со свободностоящими опорами позволяет значительно сократить расход материала, из которого изготавливаются элементы опоры, а следовательно, и ее стоимость. В качестве материала для изготовления опор используются древесина, железобетон и сталь. Деревянные опоры в России применяют на ВЛ с номинальным напряжением до 220 кВ включительно, хотя в США есть опыт строительства ВЛ 345 кВ на опорах из клеёной древесины. В качестве примера на рисунке 8.5 показана одноцепная свободностоящая промежуточная деревянная опора ВЛ 110 кВ. Нижние части опоры (пасынки) заглублены в землю на 2,5 м. Для повышения прочности заделки опор в грунте к пасынкам крепятся поперечные ригели. В настоящее время применяются опоры с железобетонными пасынками, что способствует увеличению срока службы опор. Все остальные элементы деревянной опоры — стойки, траверса и раскосы (или перекрёстные ветровые связи) пропитываются антисептиком. Для их изготовления используется древесина лиственницы или сосны. Стойки соединяются с пасынками проволочными бандажами.
Рис. 8.5. Деревянная промежуточная опора Рис.8.6. Железобетонная
110 кВ: промежуточная одноцепная
1 – пасынок; 2 – стойка; 3 – траверса; свободностоящая опора
4 – раскос; 5 – бандаж; 6 – ригель ВЛ-220 кВ
Унифицированные железобетонные опоры в России применяются для сооружения ВЛ с номинальным напряжением до 500 кВ включительно. Они имеют металлические траверсы и тросостойки. Стойки изготовляют из вибрированного или центрифугированного железобетона. В первом случае они имеют двутавровое, квадратное или прямоугольное сечение. Стойки из центрифугированного железобетона имеют кольцевое сечение и цилиндрическую либо коническую форму. Двухцепные одностоечные железобетонные опоры применяют при напряжениях 110—220 кВ, одноцепные (одно - и двухстоечные) на линиях 35—500 кВ. В качестве примера на рисунке 8.6 показана промежуточная одноцепная свободностоящая железобетонная опора ВЛ 220 кВ с треугольным расположением проводов (на рисунке не показаны). Ее стойка имеет длину 26 м и заглубляется в грунт на 3,3 м.
Металлические опоры применяются во всем диапазоне номинальных напряжений (35—1150 кВ). Их основными элементами являются ствол (у свободностоящих опор башенного типа) или стойки (у портальных и V-образных опор), траверсы в форме пространственных ферм, тросостойки и оттяжки, если они предусмотрены конструкцией. На рисунке 8.7 представлены примеры промежуточных металлических опор перечисленных выше типов (башенного, портального и V-образного).
Рис.8.7. Типы промежуточных металлических опор:
а – двухцепная свободностоящая башенная 220 кВ; б – одноцепная портальная 500 кВ на оттяжках; в – одноцепная V – образная 1150 кВ на оттяжках
Ствол башенной опоры состоит из четырёх вертикальных поясов из стальных угольников, связывающих соседние пояса раскосов, образующих решётку, и диафрагм (горизонтальных крестообразных связей поясов), придающих опоре жёсткость и устойчивость. По способу сборки металлические опоры могут быть сварными и болтовыми. Сварные опоры изготовляются на заводе секциями, размеры которых лимитируются условиями транспортировки на трассу, где эти секции сочленяются с помощью болтов. Болтовые опоры полностью собираются на трассе. Их преимуществами являются большее удобство транспортировки составных элементов и упрощение технологии защиты от коррозии (горячей оцинковки) этих элементов в заводских условиях. Помимо перечисленных выше выделяется группа опор специального назначения. К ним относятся транспозиционные, ответвительные и переходные опоры. Транспозиционные опоры устанавливаются по концам участков цикла транспозиции (см. рисунок 8.8).
Рис. 8.8. Схеме цикла транспозиции фаз А, В, С воздушной линии
Под транспозицией понимается циклическая перестановка фаз с целью снижения несимметрии систем векторов токов и напряжений в конце линии (при симметричных системах этих векторов в ее начале), вызываемой различием реактивных параметров фаз (индуктивностей и ёмкостей) вследствие несимметричного расположения проводов на опорах. На линиях длиной до 100 км обычно осуществляется один цикл транспозиции, если это допустимо по условиям влияния на проводные линии связи, прокладываемые параллельно ВЛ. Ответвительные опоры служат для выполнения ответвлений от основной линии, а переходные — для осуществления переходов через реки и другие водные пространства. Высота последних в ряде случаев достигает 100 м. На одноцепных опорах в настоящее время применяют два расположения проводов — по вершинам треугольника (на ВЛ 35—330 кВ с железобетонными и стальными опорами) и горизонтальное (на всех ВЛ напряжением 220 кВ и выше и на ВЛ 35—110 кВ с деревянными опорами). На двухцепных опорах рекомендуется расположение проводов по вершинам шестиугольника (типа «бочка»).
Дисциплина: Электрическое оборудование электроэнергетических систем и сетей зарубежных стран
Лекция № 8. Конструкции воздушных линий электропередачи
Оглавление
8.1Основные понятия и определения. 1
8.2.Общая характеристика воздушной линии и условий ее работы.. 4
8.3. Провода и грозозащитные тросы.. 8
8.4. Классификация опор. 13
8.5 Изоляторы и линейная арматура. 19
8.6. Геометрические характеристики. 25
8.1Основные понятия и определения
1991 г. электротехники и электроэнергетики всего мира отметили столетие начала эры передачи электроэнергии на дальние расстояния. Оно было положено созданием в Германии воздушной линии (ВЛ) трёхфазного переменного тока 28,3 кВ от ГЭС Лауфен до г. Франкфурт-на-Майне протяжённостью 170 км, что по тем временам было действительно выдающимся достижением. Примечательно, что в том же году в Лондоне была сооружена первая силовая однофазная кабельная линия (КЛ) 10 кВ длиной 12 км, рассчитанная на передачу мощности 3,2 МВт, с понижающей подстанцией 10/2,4 кВ, от которой питалась распределительная сеть. Эту линию можно рассматривать как прообраз современных глубоких вводов электроэнергии на территории городов и промышленных зон. Таким образом, практически одновременно возникли и затем продолжали развиваться в течение вот уже более 114 лет два направления в развитии техники передачи больших количеств электроэнергии (ЭЭ) на расстояние:
1. линии открытого типа (воздушные);
2. линии закрытого типа (кабельные).
В наиболее общем плане линия электропередачи (ЛЭП) определяется как «электрическая линия, выходящая за пределы электростанции или подстанции и предназначенная для передачи электрической энергии на расстояние». Это определение конкретизируется, где ЛЭП характеризуется как «электроустановка, состоящая из проводов, кабелей, изолирующих элементов и несущих конструкций, предназначенная для передачи электрической энергии между двумя пунктами энергосистемы с возможным промежуточным отбором». Классификация линий электропередачи представлена в таблице 8.1.
Таблица 8.1 Классификация линий электропередачи
| Признак | Тип линии | Разновидности |
| Род тока | Постоянного тока | — |
| Трёхфазного переменного тока | — | |
| Многофазного переменного тока | Шестифазная | |
| Двенадцатифазная | ||
| Номинальное напряжение | Низковольтная (до 1 кВ) | — |
| Высоковольтная (свыше 1 кВ) | СН (3—35 кВ) | |
| ВН(110—220 кВ) | ||
| СВН (330—750 кВ) | ||
| УВН (свыше 1000 кВ) | ||
| Конструктивное выполнение | Воздушная | — |
| Кабельная | — | |
| Число цепей | Одноцепная | — |
| Двухцепная | — | |
| Многоцепная | — | |
| Топологические характеристики | Радиальная | — |
| Магистральная | — | |
| Ответвление | — | |
| Функциональное назначение | Распределительная | — |
| Питающая | — | |
| Межсистемная связь | — |
В последнем определении отражается лишь один из признаков классификации ЛЭП, а именно их конструктивное исполнение. Однако для характеристики всей совокупности их разновидностей этого явно недостаточно. Современная классификация базируется на ряде признаков, которые представлены в таблице 8.1. На первом месте здесь стоит род тока. В соответствии с этим признаком различаются линии постоянного тока, а также трёхфазного и многофазного переменного тока. Линии постоянного тока конкурируют с остальными лишь при достаточно большой протяжённости и передаваемой мощности, поскольку в общей стоимости электропередачи значительную долю составляют затраты на сооружение концевых преобразовательных подстанций. Наибольшее распространение в мире получили линии трёхфазного переменного тока, причём по протяжённости среди них лидируют именно воздушные линии. Линии многофазного переменного тока (шести - и двенадцатифазные) в настоящее время относятся к категории нетрадиционных.
Наиболее важным признаком, определяющим различие конструктивных и электрических характеристик ЛЭП, является номинальное напряжение Uном. К категории низковольтных относятся линии с номинальным напряжением менее 1 кВ. Линии с Uном > 1 кВ принадлежат к разряду высоковольтных, и среди них выделяются линии среднего напряжения (СН) с Uном = 3—35 кВ, высокого напряжения (ВН) с Uном = 110—220 кВ, сверхвысокого напряжения (СВН) с Uном = 330—750 кВ и ультравысокого напряжения (УВН) с Uном > 1000 кВ.
По конструктивному исполнению различают воздушные и кабельные линии. Воздушная линия — это «линия электропередачи, провода которой поддерживаются над землёй с помощью опор, изоляторов и арматуры». В свою очередь, кабельная линия определяется как линия электропередачи, выполненная одним или несколькими кабелями, уложенными непосредственно в землю или проложенными в кабельных сооружениях (коллекторах, туннелях, каналах, блоках и т. п.). По количеству параллельных цепей (nц), прокладываемых по общей трассе, различают одноцепные (nц = 1), двухцепные (nц = 2) и многоцепные (nц > 2) линии. По ГОСТ 24291-90 одноцепная воздушная линия переменного тока определяется как линия, имеющая один комплект фазных проводов, а двухцепная ВЛ — два комплекта. Соответственно многоцепной ВЛ называется линия, имеющая более двух комплектов фазных проводов. Эти комплекты могут иметь одинаковые или различные номинальные напряжения. В последнем случае линия называется комбинированной. Одноцепные воздушные линии сооружаются на одноцепных опорах, тогда как двухцепные могут сооружаться либо с подвеской каждой цепи на отдельных опорах, либо с их подвеской на общей (двухцепной) опоре. В последнем случае, очевидно, сокращается полоса отчуждения территории под трассу линии, но возрастают вертикальные габариты и масса опоры. Первое обстоятельство, как правило, является решающим, если линия проходит в густонаселённых районах, где обычно стоимость земли достаточно высока. По этой же причине в ряде стран мира используются и многоцепные опоры с подвеской цепей одного номинального напряжения (обычно с nц = 4) либо разных напряжений (с nц 
6). По топологическим (схемным) характеристикам различают радиальные и магистральные линии. Радиальной считается линия, в которую мощность поступает только с одной стороны, т.е. от единственного источника питания. Магистральная линия определяется ГОСТ как линия, от которой отходит несколько ответвлений. Под ответвлением понимается линия, присоединённая одним концом к другой ЛЭП в ее промежуточной точке.
Последний признак классификации — функциональное назначение. Здесь выделяются распределительные и питающие линии, а также линии межсистемной связи. Деление линий на распределительные и питающие достаточно условно, ибо и те, и другие служат для обеспечения электрической энергией пунктов потребления. Обычно к распределительным относят линии местных электрических сетей, а к питающим — линии сетей районного значения, которые осуществляют электроснабжение центров питания распределительных сетей. Линии межсистемной связи непосредственно соединяют разные энергосистемы и предназначены для взаимного обмена мощностью, как в нормальных режимах, так и при авариях. Процесс электрификации, создания и объединения энергосистем в Единую энергосистему сопровождался постепенным увеличением номинального напряжения ЛЭП с целью повышения их пропускной способности. В этом процессе на территории бывшего СССР исторически сложились две системы номинальных напряжений. Первая, наиболее распространённая, включает в себя следующий ряд значений Uном: 35—110—220—500—1150 кВ, а вторая — 35—150—330—750 кВ. К моменту распада СССР на территории России находилось в эксплуатации более 600 тыс. км ВЛ 35—1150 кВ. В последующий период рост протяжённости продолжался, хотя и менее интенсивно. Соответствующие данные представлены в таблице 8.2.
Таблица 8.2 Протяжённость ВЛ в ЕЭС России
| Динамика изменения протяжённости ВЛ за 1990—1999 гг. | ||||||
| Таблица 8.2 Uном, кB | Протяжённость ВЛ, тыс. км | |||||
| 1990 г. | 1995 г. | 1996 г. | 1997 г. | 1998 г. | 1999 г. | |
| 194,9 | 219,4 | 225,0 | 228,0 | 230,0 | 233,0 | |
| 278,0 | 289,9 | 290,8 | 290,8 | 292,6 | 292,1 | |
| 2,6 | 2,6 | 2,6 | 2,6 | 2,6 | 2,6 | |
| 96,1 | 99,8 | 100,8 | 101,3 | 102,1 | 102,1 | |
| 9,5 | 9,9 | 9,9 | 9,5 | 9,6 | 9,7 | |
| 33,5 | 37,3 | 36,7 | 36,5 | 36,4 | 36,8 | |
| 2,2 | 2,7 | 2,8 | 2,8 | 2,8 | 2,6 | |
| 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 1,0 | 1,0 | |
| Всего | 617,3 | 662,1 | 669,1 | 672,0 | 677,1 | 679,9 |
Наряду с типовыми конструктивными решениями, которые в основном будут рассматриваться далее, современная техника передачи электроэнергии по линиям открытого типа располагает и рядом нетрадиционных оригинальных предложений, направленных на увеличение пропускной способности и уменьшение полосы отчуждения под трассу линии, на более полное удовлетворение требованиям технической эстетики и снижение отрицательного воздействия электромагнитных полей ВЛ СВН и особенно УВН на окружающую среду, а также на повышение экономичности процесса передачи электроэнергии.