Конструкции электрических сетей внешнего и внутреннего электроснабжения

Воздушные линии

Воздушная линия (ВЛ) – устройство для передачи электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным с помощью изоляторов и арматуры к специальным опорам или кронштейнам и стойкам инженерных сооружений (мостов, путепроводов и т. п.). ВЛ выполняют одно- и двухцепными.

Провода. По конструкции провода могут быть одно- и многопроволочными. Однопроволочные провода изготовляют сечением 4, 6 и 10 мм²; многопроволочные – сечением свыше 10 мм². Минимальный диаметр проводов устанавливается в зависимости от передаваемой мощности (длительно допустимого тока), необходимых запасов прочности (с учетом гололеда и ветровой нагрузки), потерь «на корону» и номинального напряжения ВЛ. В основном применяют медные, алюминиевые, сталеалюминиевые, стальные провода.

По условию механической прочности [5] на ВЛ выше 1000 В могут применяться алюминиевые провода сечением не менее 35 мм², сталеалюминиевые и стальные – не менее 25 мм². На пересечениях с линиями связи, железнодорожными линиями, водными пространствами, наземными трубопроводами и канатными дорогами сечение алюминиевых проводов должно быть не менее 70 мм².

Алюминиевые многопроволочные провода марок А и АКП с м/(Ом·мм²) и МПа имеют пониженное сопротивление на разрыв.

Сталеалюминиевые провода марок АС, АСКС, АСКП обладают большой механической прочностью, которую создает стальной сердечник, имеющий МПа, токоведущей является алюминиевая наружная часть из многопроволочных жил.

Медные голые провода марок М (многожильные) и МГ (одножильные) имеют высокую проводимость м/(Ом·мм²) и большое сопротивление на разрыв МПа.

В настоящее время для ВЛ напряжение до 35 кВ применяют самонесущие изолированные провода СИП-3: одножильные с жилой из алюминиевых проволок и стального сердечника, с защитной изоляцией из сшитого полиэтилена.

При выборе проводов ВЛ напряжением 35 кВ и выше учитывается возможность возникновения дополнительных потерь в линиях, вызванных появлением «короны». Это явление обусловлено ионизацией воздуха около проводов, если напряженность электрического поля у поверхности провода превышает электрическую прочность воздуха. По мере повышения напряжения ВЛ местная корона, вызванная неровностями поверхности провода, загрязнениями и заусенцами, переходит в общую корону по всей длине провода.

Наибольшая напряженность поля (кВ/см) у поверхности проводов, соответствующая появлению общей короны,

, (4.1)

где – коэффициент негладкости многопроволочных проводов линии, равный 0,82;

– радиус проводов, см;

– относительная плотность воздуха, определяемая атмосферным давлением и температурой воздуха (для районов с умеренным климатом принимается равной 1,04-1,05).

Согласно ПУЭ [5] максимальное значение напряженности электрического поля должно составлять не более 28 кВ/см. Поэтому наименьшие диаметры проводов марки АС, обеспечивающие допустимые потери на коронирование, должны составлять для напряжений 110 и 220 кВ при одном проводе в фазе соответственно 11,4 и 21,6 мм; для напряжений 500 кВ при двух или трех проводах в фазе соответственно 36,2 и 24,5.

В линиях 330 и 500 кВ для уменьшения индуктивного сопротивления и потерь на корону применяют расщепленные провода, т. е. подвеска двух проводов и более в одной фазе линии.

Опоры. Представляют собой конструкцию для поддержания проводов на необходимой высоте над землей и сооружениями, с которыми пересекается ВЛ, а также для изоляции проводов друг от друга. Материалом для изготовления опор может служить древесина, железобетон, металлический прокат. По назначению опоры подразделяют на промежуточные, анкерные, концевые и транспозиционные.

Промежуточные опоры предназначены для поддержания проводов на прямых участках линии и составляют около 80% всех опор.

Анкерные опоры устанавливают на прямых участках трассы ВЛ через определенное число пролетов, на пересечениях с различными сооружениями, а также в местах изменения сечения и марки проводов. Опоры предусматривают жесткие и прочные конструкции для крепления проводов и рассчитываются на аварийный обрыв проводов.

Концевые опоры устанавливаются в начале и в конце линии, выполняются как промежуточные с укосиной в сторону тяжения проводов.

Угловые опоры устанавливают в местах изменения направления линий и имеют укосину, располагаемую по биссектрисе угла поворота.

Транспозиционные опоры устанавливают в местах, где провода меняются местами для обеспечения симметрии трехфазной системы.

Деревянные опоры на напряжение 35-220 кВ изготавливают из сосны и лиственницы. Для повышения срока службы деревянные опоры пропитывают антисептиками. Деревянные опоры могут комплектоваться железобетонными стульями или пасынками.

Железобетонные опоры применяются в линиях электропередачи на напряжение 35-220 кВ. Длина стоек опор до 25 м.

Металлические опоры применяют на напряжение 110 кВ и выше и устанавливают на фундаменты или подпятники.

Опоры воздушных линий на напряжение 6-10 кВ изготавливаются деревянные и железобетонные.

На рис. 4.10 представлены конструкции опор для ВЛ напряжением 10 кВ на базе железобетонных стоек.

Рис. 4.10. Конструкции опор для ВЛ напряжением 10 кВ на базе железобетонных стоек:

П10-1 – промежуточная; УП10-1 – угловая промежуточная; А10-1 – анкерная (концевая); УА10-1 – угловая анкерная.

Расстояние между двумя соседними опорами называют пролетом. Провода между двумя соседними опорами подвешиваются свободно и под влиянием собственной массы провисают на величину, называемую стрелой провиса (рис. 4.11). Наименьшее расстояние от низшей точки провода до поверхности земли называется габаритом линии.

Рис. 4.11. Пролет линии на подвесных изоляторах:

– пролет; – габарит; – стрела провиса; – длина гирлянды изоляторов; – высота подвеса.

Изоляторы и арматура. Для ВЛ применяют следующие типы изоляторов [5]:

а) при напряжении 110 кВ и выше должны применяться подвесные изоляторы, допускается применение стержневых и опорно-стержневых (подвесные фарфоровые изоляторы типов ПФ-6А, ПФ-6Б, ПФ-6В, ПФ-16А, ПФ-20А, а также подвесные стеклянные изоляторы типов ПС-6А, ПС-11, ПС-16А, ПС-16Б и др., цифры указывают испытательную нагрузку в т);

б) при напряжении 35 кВ должны применяться подвесные или стержневые изоляторы, допускается применение штыревых изоляторов (штыревые фарфоровые типов ШФ35-А, ШФ35-Б, ШФ35-В, СШ-35);

в) при напряжении 20 кВ и ниже должны применяться на промежуточных опорах – любые типы изоляторов (штыревые фарфоровые и стеклянные типов ШФ6-А и ШФ10-А, ШФ10-Б, ШСС-10, ШССЛ-10, ШФ20-А, ШФ20-Б); на анкерных опорах – подвесные изоляторы, допускается применение штыревых изоляторов в районе по гололеду I и в ненаселенной местности.

Выбор типа и материала (стекло, фарфор, полимерные материалы) изоляторов производится с учетом климатических условий (температуры и увлажнения) и условий загрязнения.

На ВЛ 330 кВ и выше рекомендуется применять стеклянные изоляторы; на ВЛ 35-220 кВ – стеклянные, полимерные и фарфоровые, преимущество должно отдаваться стеклянным и полимерным изоляторам.

Штыревые изоляторы крепятся к опорам на крюках или штырях; на воздушных линиях 35 кВ и выше в зонах загрязнения должны применяться специальные грязестойкие изоляторы типов НС-2; НЗ-6.

Гирлянды подвесных изоляторов бывают поддерживающие и натяжные. Поддерживающие гирлянды располагаются вертикально на промежуточных опорах. Натяжные гирлянды размещаются на анкерных опорах почти горизонтально. На отвесных участках линии электропередач применяют сдвоенные трех- и многоцепные гирлянды.

Количество изоляторов в гирлянде зависит от номинального напряжения и требуемого уровня изоляции. На деревянных опорах при напряжении 35 кВ ставят два подвесных изолятора в гирлянде, на металлических опорах – на один-два изолятора больше.

Пересечение высоковольтных линий с дорогами и линиями других напряжений. Пересечения ВЛ с железными и автомобильными дорогами должно производиться под углом, близким к 90°, но не менее 45°. Опоры, ограничивающие пролет пересечения, должны быть анкерными.

Минимальное расстояние от провода ВЛ до головки рельса должно быть не менее 7,5 м; до полотна автомобильной дороги – не менее 7 м.

При пересечении ВЛ напряжением 150-220 кВ между собой наименьшее расстояние между проводом верхней линии и проводом или грозозащитным тросом нижней линии должно быть не менее 5 м. При пересечении этих линий с линиями меньшего напряжения и с линиями связи – не менее 4 м. Пересечения линий напряжением 35-110 кВ между собой, с линиями меньшего напряжения и с линиями связи должны иметь минимальное расстояние – 3 м, линии напряжением 6-20 кВ – не менее 2 м.

Прохождение ВЛ над зданиями и сооружениями, как правило, не допускается.

Кабельные линии

В местах, где затруднено или нежелательно сооружение ВЛ, прокладываются кабельные линии (КЛ). Они имеют определенные преимущества перед ВЛ: закрытая прокладка, обеспечивающая защиту от атмосферных воздействий, большая надежность и безопасность эксплуатации.

Кабель состоит из токоведущих жил, изоляции и защитных оболочек. Жилы выполняют из медной или алюминиевой проволоки и могут быть одно- и многопроволочными. По числу жил кабели выполняют одно-, двух-, трех- и четырехжильными.

Изоляция кабелей свыше 1000 В выполняется из многослойной пропитанной бумаги и различных пластикатов (полиэтилена, поливинилхлорида и др.).

Защитные оболочки, препятствующие проникновению влаги, газов и кислот, выполняют свинцовыми, алюминиевыми и хлорвиниловыми. Для механической защиты оболочек на них накладывается стальная и проволочная броня, поверх которой для кабелей, прокладываемых в земле и в воде, кроме того, накладывается защитный джут из пропитанной кабельной пряжи.

В настоящее время широко применяют маслонаполненные кабели с бумажной изоляцией, пропитанной минеральным маслом, которое находится под давлением: низким – до 0,1 МПа, средним – до 0,3 МПа и высоким – до 1 МПа. Для промышленных предприятий применяют обычно кабели среднего давления на 110 кВ с алюминиевой оболочкой.

При монтаже кабельных линий применяют соединительные, ответвительные и концевые кабельные муфты и концевые воронки. Для кабелей свыше 1000 В используют свинцовые муфты, которые после разделки кабеля (снятия наружного покрова, брони и свинцовой оболочки) заливают битумной кабельной массой или специальными эпоксидными компаундами. При сухой разделке кабеля с применением липкой ленты и лака на основе полихлорвиниловых смол кабельные муфты и воронки кабельной массой не заливаются, что ускоряет монтаж и обеспечивает необходимую электрическую и механическую прочность соединения.

Кабели прокладывают в земляных траншеях, туннелях, каналах, блоках, по стенам зданий и других сооружений.

Прокладка кабелей в земляных траншеях (рис. 4.12) является наиболее простой и дешевой. Для защиты от механических повреждений кабели покрывают кирпичом или бетонными плитами. В качестве кабельной подушки применяют просеянную землю или песок. Глубина прокладки кабеля от поверхности земли должна быть не менее 0,7 м. При прокладке на меньшей глубине (например, при вводе в здание) кабель должен иметь надежную защиту от механических повреждений (заключен в металлическую или асбоцементную трубу).

Рис. 4.12. Размещение кабелей в земляной траншее.

Расстояние между кабелями при их параллельной прокладке должно быть не менее 100 мм между силовыми кабелями напряжением до 10 кВ; 100 мм между силовыми и контрольными кабелями; 500 мм между силовыми кабелями на напряжение более 10 кВ и кабелями связи.

Расстояние силовых кабелей, прокладываемых вдоль различного рода сооружений, должно быть не менее 0,6 м до фундаментов зданий; 0,5 м до трубопроводов; 2 м до теплопроводов.

Прокладка кабелей в каналах может быть наружной и внутренней. Железобетонные каналы могут быть подземными с заглублением на 450-750 мм или полуподземными, выступающими на 150-350 мм над планировочными отметками. Прокладка кабелей в подземном канале на конструкциях показана на рис. 4.13. Число прокладываемых кабелей в канале может составлять 35 шт. и может быть увеличено при сдвоенных и строенных каналах

Рис. 4.13. Размещение кабелей в каналах на конструкциях

Прокладка кабелей в туннелях является наиболее дорогим способом, поэтому может применяться при большом числе кабелей (30 и более) и при отсутствии возможности сооружения кабельной эстакады открытого или закрытого типа.

При прокладке кабелей в туннелях на территории промышленных предприятий должны быть предусмотрены противопожарные меры (деление туннеля на отсеки с независимой вентиляцией, наличие люков для пожаротушения и др.)

Прокладка кабелей на эстакадах широко применяется на предприятиях ряда отраслей промышленности с большими концентрированными нагрузками и при наличии в грунте химических реагентов, блуждающих токов и различной почвенной коррозии, затрудняющих прокладку кабелей другими способами.

Преимуществами эстакадной прокладки кабелей является: удобства монтажа и эксплуатации, возможность ведения монтажных работ вне зависимости от полной готовности всего объекта, малая вероятность механических повреждений.

Прокладка кабелей в блоках обеспечивает хорошую защиту от механических повреждений и облегчает ремонт. Для сооружения кабельных блоков используют обычно одноотверстные (одноканальные) гончарные, асбоцементные или бетонные трубы, которые укладывают в один или несколько рядов в траншею на бетонное основание; после стыковки трубы скрепляют бетоном в общий блок (рис. 4.14).

Для блочной прокладки применяются сборные многоканальные бетонные блоки. В местах соединений и ответвлений кабелей, а также на прямых участках длинных кабельных линий (более 150 м) для облегчения протяжки кабелей через отверстия блоков устраивают колодцы 2, в которые вводят трубы блока. Блоки и колодцы, сооружаемые в сырых грунтах или ниже уровня грунтовых вод, покрывают гидроизоляцией предупреждающей проникновение в них влаги. Трубы в блоках укладывают с небольшим уклоном к колодцам, куда стекает случайно попавшая влага.

Рис. 4.14. Прокладка кабелей в блоках:

1 – кабельный блок; 2 – кабельный колодец.

Ремонт кабеля при рассмотренных видах прокладки производят без земляных работ, не нарушая пешеходного, автомобильного и других видов движения. Однако такая прокладка кабеля стоит значительно дороже и поэтому применяется только для особо ответственных линий или магистралей с большим числом прокладываемых кабелей.