Основы электроэнергетики
1. Конструкции ВЛ: провода, изоляторы, опоры, их характеристика.
ВЛ предназначены для передачи электроэнергии на расстояние по проводам. Основными конструктивными элементами ВЛ являются провода, тросы, опоры, изоляторы и линейная арматура.
Провода служат для передачи электроэнергии. Опоры поддерживают провода и тросы на определённой высоте над уровнем земли и воды .Изоляторы изолируют провода от опоры. С помощью линейной арматуры провода закрепляются на изоляторах, а изоляторы на опорах.
Наибольшее распространение получили одно- и двух- цепные ВЛ. Одна цепь трёхфазной ВЛ состоит из проводов разных фаз. Две цепи могут располагаться на одних и тех же опорах.
На работу конструктивной части ВЛ оказывают воздействие механические нагрузки от собственного веса проводов и тросов, от гололёдных образований на проводах, тросах и опорах, от давления ветра, а также из-за изменений температуры воздуха. Из-за воздействия ветра возникает вибрация проводов, а также пляска проводов. Все это приводит к обрыву проводов, поломке опор, схлёстыванию проводов либо сокращению их изоляционных промежутков, что может привести к пробою или перекрытию изоляции. На повреждение ВЛ влияет и загрязнение воздуха.
Провода
На ВЛ применяются неизолированные провода, т.е. без изолирующих покровов. Наиболее распространены на ВЛ провода алюминиевые, сталеалюминиевые, а также из сплавов алюминия – АН, АЖ. Медные провода в настоящее время не используются на ВЛ без специальных технико-экономических обоснований. Обычно не рекомендуется применять на ВЛ стальные провода. Грозозащитные тросы как правило выполняются из стали.
Однопроволочный провод (рис.1) состоит из одной круглой проволоки. Такие провода дешевле многопроволочных, однако они менее гибки и имеют меньшую механическую прочность. Многопроволочные провода из одного метала (рис.2) состоят из нескольких свитых между собой проволок.
| Рис. 1 |
| Рис. 2 |
| Рис. 3 |
При увеличении сечения растёт число проволок. В многопроволочных проводах из двух металлов – сталеалюминиевых проводах (рис. 3) – внутренние проволоки выполняются из стали, а верхнее – из алюминия.
Стальной сердечник увеличивает механическую прочность, алюминиевый же – токопроводящая часть провода. Полые провода изготавливают из плоских проволок, Соединенным друг с другом в паз, что обеспечивает конструктивную прочность провода. Полые провода применяются на ВЛ редко, они главным образом используются для подстанций 330 кВ и выше. Для снижения потерь Эл.эн. на корону ВЛ при Uном≥330кВ каждая фаза ВЛ расщепляется на несколько проводов.
Материал проводов должен иметь высокую электрическую проводимость. На первом месте по проводимости стоит медь, затем алюминий; сталь имеет значительно более низкую проводимость. Провода и тросы должны быть выполнены из металла, обладающего достаточной прочностью. По механической прочности на первом месте стоит сталь. Материал проводов и тросов должен быть стойким по отношению к коррозии и химическим воздействиям.
Медь при своих высоких качествах – дорога и дефицитна. Поэтому в настоящее время медные провода для выполнения ВЛ не применяются.
Алюминий – наиболее распространённый в природе металл. Большая проводимость, лёгкость и распространённость в природе алюминия привели к эффективному использованию его в качестве токопроводящего металла для проводов и кабелей. Основной недостаток алюминия – относительно малая механическая прочность.
Алюминиевые однопроволочные провода вообще не выпускаются из-за их низкой прочности. Многопроволочные алюминиевые провода обычно применяют только в распеделительных сетях U до 35 кВ, а в сетях с более высоким U используются сталеалюминиевые провода.Выпускают алюминиевые провода марок А и АКП(провод марки А, но но его межпроволочное пространство заполнено нейтральной смазкой повышенной термостойкости, противодействующей появлению короны).
Провода из сплавов алюминия (АН – нетермообработанный, АЖ – термообработанный сплав) имеют большую механическую прочность и примерно такую же проводимость, как и провода марки А.
Сталеалюминиевые провода наиболее широко применяются на ВЛ. Выпускаются сталеалюминиевые провода марок АС, АСКС, АСК.
В обозначении марки провода вводится номинальное сечение алюминиевой части провода и сечение стального сердечника, например АС 120/19
Опоры
 |
Опоры анкерного типа служат для натяжения проводов, на этих опорах провода подвешиваются с помощью подвесных гирлянд. Расстояние между промежуточными опорами наз. промежуточным пролётом, а расстояние между анкерными опорами – анкерным пролётом.
Анкерные опоры (А-образные) предназначены для жёсткого закрепления проводов в особо ответственных точках ВЛ: на пересечениях особо важных инженерных сооружений (например, ж/д, ВЛ 330-550 кВ, автомобильных дорог шириной проезжей части более 15м и.т.д.), на концах ВЛ и на концах прямых её участков. Анкерные опоры на прямых участках трассы ВЛ при подвесе проводов с обеих сторон от опоры с одинаковыми тяжениями в нормальных режимах работы ВЛ выполняют те же функции, что и промежуточные опоры. Но анкерные опоры рассчитываются также и на восприятие значительных тяжений по проводам и тросам при обрыве части из них в примыкающем пролёте. Анкерные опоры значительно сложнее и дороже промежуточных и поэтому число их на каждой линии должно быть минимальным.
В наихудших условиях находятся концевые анкерные опоры, устанавливаемые при выходе линии с электростанции или на проходах к подстанции. Эти опоры испытывают одностороннее тяжение всех проводов со стороны линии, так как тяжение проводов со стороны портала подстанции незначительно.
Промежуточные прямые опоры устанавливаются на прямых участках ВЛ для поддержания провода в анкерном пролёте. Промежуточная опора дешевле и проще в изготовлении, чем анкерная, так как благодаря одинаковому тяжению проводов по обеим сторонам она при необорванных проводах, т.е. в нормальном режиме, не испытывает усилий вдоль линии. Промежуточные опоры составляют не менее 80-90% общего числа опор ВЛ.
Угловые опоры устанавливают в точках поворота линии. Угловые опоры могут быть анкерного и промежуточного типа. Чаще всего при углах поворота линий до 20° применяют угловые опоры анкерного типа. При углах поворота ЛЭП более 20° вес промежуточных угловых опор значительно возростает. Поэтому у нас промежуточные угловые опоры применяются для углов поворота линий до 10-20°. На ВЛ применяются специальные опоры следующих типов: транспозиционные – для изменения порядка расположения проводов на опорах; ответвительные – для выполнения ответвлений от основной линии; переходные – для пересечения рек, ущелий и.т.д.
Транспозицию применяют на линиях U=110 кВ и выше протяжённостью более 100км для того, чтобы сделать ёмкость и индуктивность всех трёх фаз цепи ВЛ одинаковыми. При этом последовательно меняют на опорах взаимное расположение проводов по отношению друг к другу на разных участках линии.
Опоры могут быть деревянные, железобетонные и металлические.
Деревянные опоры, как правило, применяются с деревянными, металлическими или железобетонными пасынками на ЛЭП до 110 кВ включительно. Для изготовления опор ВЛ следует применять сосновые брёвна не ниже 3-го сорта. Достоинство этих опор – малая стоимость (в районах, располагающих лесными ресурсами) и простота изготовления. Недостаток – подверженность древесины гниению, особенно в месте соприкосновения с почвой. Эффективное средство против гниения – пропитка специальными антисептиками.
Металлические опоры (стальные), применяются на ЛЭП U=35 кВ и выше, достаточно металлоёмкие и требуют окраски в процессе эксплуатации для защиты от коррозии. Устанавливают металлические опоры на железобетонных фундаментах.
Железобетонные опоры долговечнее деревянных, требуют меньше металла, чем металлические, просты в обслуживании и поэтому широко применяются на ВЛ до 500 кВ включительно.
Изоляторы
Линейные изоляторы предназначены для изоляции и крепления проводов на ВЛ и в распределительных устройствах электрических станций и подстанций. Изготавливаются они из фарфора или закалённого стекла. По конструкции изоляторы подразделяются на штыревые и подвесные.
Штыревые изоляторы применяются на ВЛ U до 1 кВ и на ВЛ 6-35 кВ (35кВ – редко и только для проводов малых сечений). В условном обозначении изолятора буква и цифра обозначают: Ш – штыревой; Ф(С) – фарфоровый (стеклянный); цифра – номинальное напряжение, кВ; последняя буква А,Б,В – исполнение изолятора.
Подвесной изолятор тарельчатого типа наиболее распространён на ВЛ U=35 кВ и выше. Подвесные изоляторы состоят из фарфоровой или стеклянной изолирующей части, шапки, стержня, соединяемых с изолирующей частью посредством цементной связки. Их собирают в гирлянды, которые бывают поддерживающими и натяжными. Первые монтируют на промежуточных опорах, вторые – на анкерных. Число изоляторов в гирлянде зависит от напряжения линии. Например, в поддерживающих гирляндах ВЛ с металлическими и железобетонными опорами 35кВ должно быть 3 изолятора; 110кВ – (6-8), 220кВ – (10-14).
Штыревые изоляторы крепятся на опорах при помощи крюков или штырей. Если требуется повышенная надёжность, то на анкерные опоры устанавливают не один, а два и даже три штыревыхизолятора.