Воздушные линии электропередачи

Наглядное представление о составе конструктивных элементов воздушной линии дает рис. 3.10.

Рис.3.10. Конструктивные элементы одноцепной воздушной линии: 1 — провода фаз линии (А, В, С); 2 — защитные тросы (Т1, Т2): 3 — опора; 4 — гирлянда изоляторов; 5 — элементы арматуры; 6 — фундаменты

Естественно, главными элементами являются проводафаз линии А, В, С, непосредственно осуществляющие передачу электроэнергии. Для защиты проводов от прямых ударов молнии служат тросы,монтируемые в верхней части опор на тросостойках. Опорыпредназначены для надежного поддержания проводов и тросов на определенной высоте над поверхностью земли, как при нормальной эксплуатации линии, так и в различных аварийных ситуациях. Изоляторыдолжны обеспечить необходимый промежуток между находящимся под напряжением проводом и заземленным телом опоры. Линейная арматура— это комплекс устройств, с помощью которых провода соединяются, закрепляются на изоляторах, а изоляторы — на опорах. Наконец, фундаментыслужат для обеспечения устойчивого положения опор в пространстве.

На рис. 3.11 показан участок одноцепной воздушной линии между опорами, которые по виду отличаются от показанной на рис. 3.10. Эти опоры называются анкерными, а расстояние L_амежду ними по трассе — анкерным пролетом. Такие опоры, в отличие от расположенных между ними промежуточных опор, рассчитаны на противодействие значительным силам одностороннего тяжения по проводам, возникающим при их обрыве в примыкающем к анкерной опоре промежуточном пролете длиной L, а также при монтаже проводов и тросов. Провода на анкерных опорах жестко закрепляются на натяжных гирляндах изоляторов, а на промежуточных опорах — на поддерживающих гирляндах, имеющих длину λ_г.Длина гирлянды тем больше, чем выше номинальное напряжение линии.

1 — поддерживающая гирлянда; 2 — натяжная гирлянда; 3 — промежуточная опора;

4 — анкерная опора

Рис. 3.11. Эскиз анкерного пролета ВЛ.

В промежуточном пролете провода и тросы провисают. Расстояние по вертикали между точкой подвеса на опоре и низшей точкой в пролете называется стрелой провеса. На рис. 3.11 стрела провеса провода обозначена f_п,а троса — f_т.Расстояние от низшей точки провода до земли, воды или пересекаемых объектов h_гназывается габаритом линии. Оно определяется в Правилах устройства электроустановок в зависимости от U_ном, характера местности и типа пересекаемого линией сооружения и для ВЛ с U_ном ≤ 500 кВ, сооружаемых в ненаселенной местности, составляет 6—8 м.

В качестве материаладля 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 клееной древесины. Унифицированные железобетонные опоры (ЖБО) в России применяются для сооружения ВЛ с номинальным напряжением до 500 кВ включительно. Металлические опоры применяются во всем диапазоне номинальных напряжений (35—1150 кВ).

a	b	c
Рис. 3.12. Примеры опор воздушных линий электропередачи: a – одноцепная металлическая промежуточная опора 750 кВ; b – двухцепная железобетонная промежуточная опора 110 кВ; c – одноцепная деревянная анкерная опора 110 кВ.

Изоляторы ВЛ изготавливают в основном из фарфора или закаленного стекла. Вместе с тем, в последние два десятилетия все шире начинают применяться и полимерные изоляторы. Фарфор и стекло обладают высокой стойкостью к атмосферным воздействиям, достаточно высокой механической и электрической прочностью. Стеклянные изоляторы легче фарфоровых, лучше противостоят ударным нагрузкам и не растрескиваются, а рассыпаются при пробое, что облегчает визуальное нахождение места повреждения при осмотрах линии.

Рис. 3.13. Виды изоляторов воздушных линий:

а — штыревой: б — подвесной тарельчатого типа; в — полимерный стержневого типа;

1 — шапка; 2 — изолирующая деталь (тарелка): 3 — стержень;

4 — цементная заделка; 5 — замок изолятора

Конструктивно различаются два вида стеклянных и фарфоровых изоляторов — штыревые и подвесные. Штыревые(рис. 3.13, а) применяются на ВЛ до 35 кВ включительно. Корпус изолятора имеет внутреннюю резьбу и навинчивается на металлический штырь или крюк. Подвесныеизоляторы (рис. 3.13, б) применяются на ВЛ напряжением 35 кВ и выше. Подвесные изоляторы собираются в гирлянды. Количество изоляторов в поддерживающей гирлянде определяется в основном значением номинального напряжения линии, а также степенью загрязненности атмосферы, материалом опоры и типом изолятора. Для визуальной оценки номинального напряжения линии, полезно запомнить, что один изолятор в гирлянде может выдержать напряжение около 15 кВ. Т.е. на линию 110 кВ в гирлянду собирают 7-8 изоляторов, а на линии 330 кВ уже 19-20.

Стержневые полимерные изоляторы(рис. 3.13.в) представляют собой относительно новое поколение изоляции ВЛ. Их разработка и внедрение в практику сооружения ВЛ начались в СССР в 70-е годы XX в. Основными достоинствами полимерных изоляторов являются прежде всего их высокая эксплуатационная надежность, малая масса, устойчивость к ударным механическим нагрузкам и актам вандализма (в том числе к расстрелам), удобство транспортировки и простота монтажа, а также эстетичный внешний вид.

На воздушных линиях преимущественно применяются неизолированные провода и тросы. Вместе с тем в последние три десятилетия за рубежом и в 90-е годы XX в. в России на линиях 0,4 и 6-20 кВ стали довольно широко применяться самонесущие изолированные провода (СИП), а на ВЛ 35 кВ — изолированные. Сооружение линий с такими проводами значительно дороже по сравнению с воздушными линиями с неизолированными проводами, однако их повреждаемость существенно ниже. Последним в основном и объясняется их все расширяющееся применение.

Разновидности конструкций неизолированных проводов представлены на рис. 3.14. Они включают как монометаллические (из меди, алюминия, стали), так и биметаллические (сталь и алюминий) провода.

Рис. 3.14. Конструкции неизолированных проводов:

а — однопроволочный; б — многопроволочный из одного металла (сплава);

в — многопроволочный из двух металлов (сталеалюминиевый):

г — расширенный; д — пустотелый (полый);

1 — алюминий; 2 — сталь; 3 — наполнитель.

Однопроволочные провода допускаются к применению лишь на ВЛ напряжением до 1 кВ. При более высоких номинальных напряжениях используются исключительно многопроволочные конструкции. Из монометаллических в России ограниченно применяются алюминиевые провода - главным образом в местных электрических сетях 0,4 и 6-10 кВ, где длины пролетов не превышают 100 – 150 м.

Расширенные и полые провода разрабатывались для применения на ВЛ напряжением 220 кВ и выше с целью уменьшения отрицательных последствий явления коронного разряда на проводах (потерь электроэнергии, акустического шума и помех радио- и телевизионному приему). Это явление возникает при определенной напряженности электрического поля на поверхности провода (около 30 кВ/см), которая обратно пропорциональна внешнему диаметру провода. Применение проводов обычной многопроволочной конструкции с увеличенным по этой причине диаметром неэкономично, поскольку сечение такого провода из-за явления поверхностного эффекта (плотность тока увеличивается от центра проводника к его поверхности) при протекании по нему переменного тока используется не полностью, т.е. какое-то количество материала не работает и является как бы лишним. Пустотелая конструкция позволяет избежать перерасхода цветного металла и удорожания ВЛ. Аналогичные цели преследовались и при создании расширенных проводов за счет размещения внутри многопроволочной конструкции каркасных спиралей или стеклопластиковых наполнителей.

Альтернативой применения таких достаточно сложных в изготовлении конструкций является так называемое расщепление фазы (рис. 3.15)на несколько составляющих,широко применяемое во всем мире для воздушных линий сверхвысокого напряжения и ультравысокого напряжения. Так, на отечественных линиях 330 кВ используется расщепление фазы на два провода. На ВЛ 500 кВ применяется «пучок» из трех проводов. На ВЛ 750 кВ используют четыре-пять проводов, а на ВЛ 1150 кВ – восемь-десятьпроводов.

a	b
Рис. 3.15. Примеры расщепления фазы воздушной линии 750 кВ (a) и 500 кВ (b).

В России основным используемым типом проводов для ВЛ 35-1150 кВ до настоящего времени являются биметаллические сталеалюминиевые. Они имеют стальной сердечник из одной или нескольких проволок. На этот сердечник накладываются несколько повивов алюминиевых проволок. Обозначение сталеалюминиевых проводов состоит из обозначения марки (АС) и номинальных сечений алюминиевой части и стального сердечника. Например, марка провода АС 150/24 расшифровывается следующим образом: сталеалюминиевый провод, сечение алюминия 150 мм², сечение стали – 24 мм².