Усиленно развивающаяся промышленность требует введения современных мощностей для образования и передачи электроэнергии.

Кабельные линии интегрируются в кабельную систему коммуникаций, являющейся фундаментом большой энергетической системы.

Воздушные и кабельные линии электропередачи применяются в современном строительстве. Положительной особенностью кабельных линий, является возможность их проведения в малодоступных местах. В последнее время, воздушные линии смело заменяют кабельными, по причине ограничения земельных участков, – необходимых для установки фиксирующих опор.

Техническая характеристика энергокабелей

В согласии с ГОСТ, кабели производят силового и контрольного назначения. Кабельные силовые линии предназначены передавать, распределять электроэнергию в электроустановках. Контрольные – используют для организации цепей контроля, передачи сигналов, ДУ и автоматики. Линии электрической передачи (ЛЭП) от 6 до 10 кВ и более, выполняются силовым кабелем.

Внутри СК может находиться 1, 2, 3 или 4 изолированные жилы, герметично закупоренных защитной пленкой (Рис.1).

Рис.1 трехжильный СК «ААБ»: 1 – сегментные жилы; 2,3,4 – изолирующий материал; 5-герметическая оболочка; 6,7,8 – завершающий защитный покров.

Токоведущие жилы бывают алюминиевого и медного происхождения, в конструкции СК, обычно, используют алюминиевый материал. Жилы могут быть многопроволочные и однопроволочные (при маркировке добавляется значение «ож»).

Изоляция. При изготовлении кабеля проводят изоляцию жил, она может выполняться специальным резиновым, бумажным или пластмассовым материалом. Для силовых конструкций, чаще всего, применяют изоляцию из пластмассового материала и, пропитанной специальным составом, бумаги.

У кабелей с напряжением до 10 кВ, изолируется по отдельности каждая жилка (бумажная изоляция). Затем осуществляют поясную изоляцию – все жилы вместе изолируют от оболочки. Зазоры между жилами наполняются бумажными жгутами.

Упомянутая техника изоляции делает кабель меньшим в диаметре, наделяет его нужной электропрочностью.

Защитная оболочка . Применяют в качестве герметизирующего материала, предотвращая повреждение кабельной конструкции в случае воздействия внешних факторов.

Оболочка может быть выполнена:

• часто из алюминия;
• свинца (для кабельной линии электропередач в воде);
• резины (полихлоропреновый каучук);
• пластика (материал поливинилхлорид).

Защитный слой . Выполняет свои функции, относительно кабельной оболочки. Служит преградой от внешних воздействий, защищает внутреннюю структуру от механических повреждений и образования коррозии. В зависимости от предназначения кабеля, его защитный покров может состоять из подушки, брони и внешнего покрова.

Бронированные конструкции применяют в создании кабельных линий электропередач, используемых для прокладывания в воде и земле. Их защитный слой, с внешней стороны, снабжается дополнительно предохраняющим от химических воздействий пластом.

Правила маркирования

Маркирование силовых кабелей составляют из символов, обозначающих материал, применяемый для изготовления: жил, изоляции, оболочки и защитного слоя. Наименование очень важно при выборе кабелей для прокладки воздушных и кабельных линий электропередач.

Использование медных жил не имеет символики, алюминиевые – в начале названия, отмечают буквой «А».

Обозначения также не имеет бумажная изоляция, все остальные изолирующие материалы:

• П – полиэтиленовая;
• В – поливинилхлоридная;
• Р – резиновая изоляция.

Следующий символ соответствует материалу, из которого выполнена защитная оболочка:

• А – алюминий;
• В – поливинилхлорид;
• С – свинец;
• П – полиэтилен;
• Р – резина.

Завершается маркировка буквами указывающими вид защитного слоя:

• Г – отсутствует броня и внешнее преграждающее покрытие;
• (Г) – гофрированный алюминиевый слой;
• Т – усиленный свинцовый слой;
• Шв – гладкий алюминиевый слой в поливинилхлоридовом шланге.

Стоящая в конце маркирования буква «В», – кабель с обедненной пропиткой. Кабельные линии электропередач с обедненной пропитанной изоляцией и свинцовой оболочкой, прокладывают на трасах с перепадом высот до 100 м. Ограничения исключаются при использовании в конструкции алюминиевой оболочки.

Буква «Ц» – говорит о применении бумажной изоляции пропитанной нестекающей массой изготовленной на основе церезина. Кабель данного типа используют для организации кабельных линий электропередач на крутонаклонных трассах. Без ограничения в перепадах высот. После буквенной маркировки ставятся цифры, обозначающие сечение токопроводящих жил.

Монтаж кабельных линий

Монтаж высоковольтных линий электропередач может осуществляться как внутри, так и снаружи сооружений.

Воздушные и кабельные линии электропередач имеют между собой значительные отличия. ВЛ – используют для передачи энергии или ее распределения по проводам проходящим на открытом воздухе. Воздушные кабельные линии крепятся к опорам с помощью кронштейнов и арматуры.

Кабельные линии электропередач прокладывают:

• В земляных траншеях. Чтобы исключить повреждения новой кабельной линии при ее прокладывании в траншеи, дно рва засыпают слоем песка или провеянной землей. Таким образом, делают мягкую подушку толщиной 10 см. После прокладки подземной кабельной линии ее засыпают мягким земляным слоем толщиной 10 см. Поверх него кладут бетонные плиты, необходимые для исключения механических повреждений, ров засыпают и утрамбовывают землей.

Подземные кабельные линии помимо достоинств, имеют большой недостаток. При повреждении кабельной системы придется вскрывать траншею, перекрывать проезжую или пешеходную зону. Несмотря на это, прокладывание кабельных линий электропередач в траншеях, часто используется на внутренних территориях жилмассивов.

• В асбестоцементных трубах . Новые кабельные линии могут прокладываться под проезжей и пешеходной частью, с использованием асбестовых труб.

В земляные канавы укладывают от 6 до 10 труб, на расстоянии 25-75 метров строят колодцы, посредством которых монтируют кабельные линии электропередач.

Основными достоинствами данного метода прокладки является защита кабельной линии электропередач от повреждений. Оперативность и простота замены участка поврежденной кабельной системы, без необходимости вскрытия пешеходных зон. Но и стоимость такой конструкции достаточно высока.

• В тоннелях и подземных коллекторах . Данный вид проекта кабельной линии был разработан в связи с ограниченным объемом требуемых мощностей, промышленными предприятиями современных городов.

Подобный метод прокладки дает возможность оперативно осуществлять поиск повреждения, своевременно выполнять ремонтные работы. Часть поврежденной кабельной линии легко заменяется новой, после чего на краях вставки монтируют муфты. Недостатком является плохое охлаждение кабельной линии электропередач, что необходимо учесть при выборе сечения.

Кабельные линии связи прокладывают в коллекторах. Если в проекте кабельная линия связи пересекается с другой кабельной системой, то она должна располагаться на уровень выше силового кабеля. А высоковольтные кабельные линии должны проходить на уровень ниже, под кабелем меньшего напряжения.

Паспорт для существующей кабельной линии

Кабельная линия электропередач должна иметь техпаспорт, для записей технического состояния системы. В паспорт кабельной линии образец можно скачать в интернете, заносятся инженером, ответственным за выполнение эксплуатационных работ, данные о проведенных испытаниях. Ведется запись о ремонтных работах, о появлении механических и коррозийных повреждений.

На проект кабельной линии заводится архив, в которой собирается вся последующая техническая документация. Помимо паспорта в нее входят: протоколы, акты, отметки о повреждениях, расчет потерь в кабеле, данные о нагрузках и перегрузках на линии.

Безопасность работ в охранной зоне ЛЭП

Охранная зона для воздушных ЛЭП, согласно СНИП и ПУЭ, представляет собой пространство, идущее вдоль проложенных линий. Вертикальные параллельные плоскости, расположенные с обеих сторон линии, ограничивают пространство.

Для кабельных линий, проложенных под землей, охранное пространство создается на участке земли, ограничивается параллельными вертикальными плоскостями с обеих сторон линии (расстояние один метр от крайних кабелей).

Основными элементами воздушных линий являются провода, изоляторы, линейная арматура, опоры и фундаменты. На воздушных линиях переменного трехфазного тока подвешивают не менее трех проводов, составляющих одну цепь; на воздушных линиях постоянного тока - не менее двух проводов.

По количеству цепей ВЛ подразделяются на одно, двух и многоцепные. Количество цепей определяется схемой электроснабжения и необходимостью ее резервирования. Если по схеме электроснабжения требуются две цепи, то эти цепи могут быть подвешены на двух отдельных одноцепных ВЛ с одноцепными опорами или на одной двухцепной ВЛ с двухцепными опорами. Расстояние / между соседними опорами называют пролетом, а расстояние между опорами анкерного типа - анкерным участком.

Провода, подвешиваемые на изоляторах (А, - длина гирлянды) к опорам (рис. 5.1, а), провисают по цепной линии. Расстояние от точки подвеса до низшей точки провода называется стрелой провеса /. Она определяет габарит приближения провода к земле А, который для населенной местности равен: до поверхности земли до 35 и ПО кВ - 7 м; 220 кВ - 8 м; до зданий или сооружений до 35 кВ - 3 м; 110 кВ - 4 м; 220 кВ - 5 м. Длина пролета / определяется экономическими условиями. Длина пролета до 1 кВ обычно составляет 30…75 м; ПО кВ - 150…200 м; 220 кВ - до 400 м.

Разновидности опор электропередач

В зависимости от способа подвески проводов опоры бывают:

1. промежуточные, на которых провода закрепляют в поддерживающих зажимах;
2. анкерного типа, служащие для натяжения проводов; на этихопорах провода закрепляют в натяжных зажимах;
3. угловые, которые устанавливают на углах поворота ВЛ с подвеской проводов в поддерживающих зажимах; они могут быть промежуточные, ответвительные и угловые, концевые, анкерные угловые.

Укрупнено же опоры ВЛ выше 1 кВ подразделяются на два вида анкерные, полностью воспринимающие тяжение проводов и тросов в смежных пролетах; промежуточные, не воспринимающие тяжение проводов или воспринимающие частично.

На ВЛ применяют деревянные опоры (рис. 5Л, б, в), деревянные опоры нового поколения (рис. 5.1, г), стальные (рис. 5.1, д) и железобетонные опоры.

Деревянные опоры ВЛ

Деревянные опоры ВЛ все еще имеют распространение в странах, располагающих лесными запасами. Достоинствами дерева как материала для опор являются: небольшой удельный вес, высокая механическая прочность, хорошие электроизоляционные свойства, природный круглый сортамент. Недостатком древесины является ее гниение, для уменьшения которого применяют антисептики.

Эффективным методом борьбы с гниением является пропитка древесины маслянистыми антисептиками. В США осуществляется переход к деревянным клееным опорам.

Для ВЛ напряжением 20 и 35 кВ, на которых применяют штыревые изоляторы, целесообразно применение одностоечных свечеобразных опор с треугольным расположением проводов. На воздушных ЛЭП 6 -35 кВ со штыревыми изоляторами при любом расположении проводов расстояние между ними D, м, должно быть не меньше значений, определяемых по формуле

где U - линии, кВ; - наибольшая стрела провеса, соответствующая габаритному пролету, м; Ь - толщина стенки гололеда, мм (не более 20 мм).

Для ВЛ 35 кВ и выше с подвесными изоляторами при горизонтальном расположении проводов минимальное расстояние между проводами, м, определяется по формуле

Стойку опоры выполняют составной: верхнюю часть (собственно стойку) - из бревен длиной 6,5…8,5 м, а нижнюю часть (так называемый пасынок) - из железобетона сечением 20 х 20 см, длиной 4,25 и 6,25 м или из бревен длиной 4,5…6,5 м. Составные опоры с железобетонным пасынком сочетают в себе преимущества железобетонных и деревянных опор: грозоустойчивость и сопротивляемость гниению в месте касания с грунтом. Соединение стойки с пасынком выполняют проволочными бандажами из стальной проволоки диаметром 4…6 мм, натягиваемой при помощи скрутки или натяжным болтом.

Анкерные и промежуточные угловые опоры для ВЛ 6 - 10 кВ выполняют в виде Аобразной конструкции с составными стойками.

Стальные опоры электропередачи

Широко применяют на ВЛ напряжением 35 кВ и выше.

По конструктивному исполнению стальные опоры могут быть двух видов:

1. башенные или одностоечные (см. рис. 5.1, д);
2. портальные, которые по способу закрепления подразделяютсяна свободностоящие опоры и опоры на оттяжках.

Достоинством стальных опор является их высокая прочность, недостатком - подверженность коррозии, что требует при эксплуатации проведения периодической окраски или нанесения антикоррозийного покрытия.

Опоры изготавливают из стального углового проката (в основном применяют равнобокий уголок); высокие переходные опоры могут быть изготовлены из стальных труб. В узлах соединения элементов применяют стальной лист различной толщины. Независимо от конструктивного исполнения стальные опоры выполняют в виде пространственных решетчатых конструкций.

Железобетонные опоры электропередачи

По сравнению с металлическими более долговечны и экономичны в эксплуатации, так как требуют меньше ухода и ремонта (если брать жизненный цикл, то железобетонные - более энергозатратны). Основное преимущество железобетонных опор - уменьшение расхода стали на 40…75%, недостаток - большая масса. По способу изготовления железобетонные опоры подразделяются на бетонируемые на месте установки (большей частью такие опоры применяют зарубежом) и заводского изготовления.

Крепление траверс к стволу стойки железобетонной опоры выполняют с помощью болтов, пропущенных через специальные отверстия в стойке, или с помощью стальных хомутов, охватывающих ствол и имеющих цапфы для крепления на них концов поясов траверс. Металлические траверсы предварительно подвергают горячей оцинковке, поэтому они долгое время не требуют при эксплуатации специального ухода и наблюдения.

Провода воздушных линий выполняют неизолированными, состоящими из одной или нескольких свитых проволок. Провода из одной проволоки, называемые однопроволочными (их изготавливают сечением от 1 до 10 мм2), имеют меньшую прочность и применяются только на ВЛ напряжением до 1 кВ. Многопроволочные провода, свитые из нескольких проволок, применяются на ВЛ всех напряжений.

Материалы проводов и тросов должны иметь высокую электрическую проводимость, обладать достаточной прочностью, выдерживать атмосферные воздействия (в этом отношении наибольшей стойкостью обладают медные и бронзовые провода; провода из алюминия подвержены коррозии, особенно на морских побережьях, где в воздухе содержатся соли; стальные провода разрушаются даже в нормальных атмосферных условиях).

Для ВЛ применяют однопроволочные стальные провода диаметром 3,5; 4 и 5 мм и медные провода диаметром до 10 мм. Ограничение нижнего предела обусловлено тем, что провода меньшего диаметра имеют недостаточную механическую прочность. Верхний предел ограничен из-за того, что изгибы однопроволочного провода большего диаметра могут вызвать в его внешних слоях такие остаточные деформации, которые будут снижать его механическую прочность.

Многопроволочные провода, скрученные из нескольких проволок, обладают большой гибкостью; такие провода могут выполняться любым сечением (их изготавливают сечением от 1,0 до 500 мм2).

Диаметры отдельных проволок и их количество подбирают так, чтобы сумма поперечных сечений отдельных проволок дала требуемое общее сечение провода.

Как правило, многопроволочные провода изготавливают из круглых проволок, причем в центре помещается одна или несколько проволок одинакового диаметра. Длина скрученной проволоки немного больше длины провода, измеренной по его оси. Это вызывает увеличение фактической массы провода на 1 …2 % по сравнению с теоретической массой, которая получается при умножении сечения провода на длину и плотность. Во всех расчетах принимается фактическая масса провода, указанная в соответствующих стандартах.

Марки неизолированных проводов обозначают:

• буквами М, А, АС, ПС - материал провода;
• цифрами - сечение в квадратных миллиметрах.

Алюминиевая проволока А может быть:

• марки AT (твердой неоттоженной)
• AM (отожженной мягкой) сплавов АН, АЖ;
• АС, АСХС - из стального сердечника и алюминиевых проволок;
• ПС - из стальных проволок;
• ПСТ - из стальной оцинкованной проволоки.

Например, А50 обозначает алюминиевый провод, сечение которого равно 50 мм2;

• АС50/8 - сталеалюминевый провод сечением алюминиевой части 50 мм2, стального сердечника 8 мм2 (в электрических расчетах учитывается проводимость только алюминиевой части провода);
• ПСТЗ,5, ПСТ4, ПСТ5 - однопроволочные стальные провода, где цифры соответствуют диаметру провода в миллиметрах.

Стальные тросы, применяемые на ВЛ в качестве грозозащитных, изготавливают из оцинкованной проволоки; их сечение должно быть не менее 25 мм2. На ВЛ напряжением 35 кВ применяют тросы сечением 35 мм2; на линиях ПО кВ - 50 мм2; на линиях 220 кВ и выше -70 мм2.

Сечение многопроволочных проводов различных марок определяется для ВЛ напряжением до 35 кВ по условиям механической прочности, а для ВЛ напряжением ПО кВ и выше - по условиям потерь на корону. На ВЛ при пересечении различных инженерных сооружений (линий связи, железных и шоссейных дорог и т.д.) необходимо обеспечивать более высокую надежность, поэтому минимальные сечения проводов в пролетах пересечений должны быть увеличены (табл. 5.2).

При обтекании проводов потоком воздуха, направленным поперек оси ВЛ или под некоторым углом к этой оси, с подветренной стороны провода возникают завихрения. При совпадении частоты образования и перемещения вихрей с одной из частот собственных колебаний провод начинает колебаться в вертикальной плоскости.

Такие колебания провода с амплитудой 2…35 мм, длиной волны 1…20 м и частотой 5…60 Гц называются вибрацией.

Обычно вибрация проводов наблюдается при скорости ветра 0,6… 12,0 м/с;

Стальные провода не допускаются в пролетах над трубопроводами и железными дорогами.

Вибрация, как правило, имеет место в пролетах длиной более 120 м и на открытой местности. Опасность вибрации заключается в обрыве отдельных проволок провода на участках их выхода из зажимов изза повышения механического напряжения. Возникают переменные от периодических изгибов проволок в результате вибрации и сохраняются в подвешенном проводе основные растягивающие напряжения.

В пролетах длиной до 120 м защиты от вибрации не требуется; не подлежат защите и участки любых ВЛ, защищенных от поперечных ветров; на больших переходах рек и водных пространств требуется защита независимо от в проводах. На ВЛ напряжением 35 …220 кВ и выше защиту от вибрации выполняют путем установки виброгасителей, подвешенных на стальном тросе, поглощающих энергию вибрирующих проводов с уменьшением амплитуды вибрации около зажимов.

При гололеде наблюдается так называемая пляска проводов, которая, так же как и вибрация, возбуждается ветром, но отличается от вибрации большей амплитудой, достигающей 12… 14 м, и большей длиной волны (с одной и двумя полуволнами в пролете). В плоскости, перпендикулярной оси ВЛ, провод На напряжении 35 - 220 кВ провода изолируют от опор гирляндами подвесных изоляторов. Для изоляции ВЛ 6 -35 кВ применяют штыревые изоляторы.

Проходя по проводам ВЛ, выделяет теплоту и нагревает провод. Под влиянием нагрева провода происходят:

1. удлинение провода, увеличение стрелы провеса, изменение расстояния до земли;
2. изменение натяжения провода и его способности нести механическую нагрузку;
3. изменение сопротивления провода, т. е. изменение потерь электрической мощности и энергии.

Все условия могут изменяться при наличии постоянства параметров окружающей среды или изменяться совместно, воздействуя на работу провода ВЛ. При эксплуатации ВЛ считают, что при номинальном токе нагрузки температура провода составляет 60…70″С. Температура провода будет определяться одновременным воздействием тепловыделения и охлаждения или теплоотвода. Теплоотвод проводов ВЛ возрастает с увеличением скорости ветра и понижением температуры окружающего воздуха.

При уменьшении температуры воздуха от +40 до 40 °С и увеличении скорости ветра от 1 до 20 м/с тепловые потери изменяются от 50 до 1000 Вт/м. При положительных температурах окружающего воздуха (0…40 °С) и незначительных скоростях ветра (1 …5 м/с) тепловые потери составляют 75…200 Вт/м.

Для определения воздействия перегрузки на увеличение потерь сначала определяется

где RQ - сопротивление провода при температуре 02, Ом; R0] - сопротивление провода при температуре, соответствующей расчетной нагрузке в условиях эксплуатации, Ом; А/.у.с - коэффициент температурного увеличения сопротивления, Ом/°С.

Увеличение сопротивления провода по сравнению с сопротивлением, соответствующим расчетной нагрузке, возможно при перегрузке 30 % на 12 %, а при перегрузке 50 % - на 16 %

Увеличения потери AUпри перегрузке до 30 % можно ожидать:

1. при расчете ВЛ на AU =5% А?/30 = 5,6%;
2. при расчете ВЛ на А17= 10 % Д?/30 = 11,2 %.

При перегрузке ВЛ до 50 % увеличение потери будет равно соответственно 5,8 и 11,6 %. Учитывая график нагрузки, можно отметить, что при перегрузке ВЛ до 50 % потери кратковременно превышают допустимые нормативные значения на 0,8… 1,6 %, что существенно не влияет на качество электроэнергии.

Применение провода СИП

С начала века получили распространение низковольтные воздушные сети, выполненные как самонесущая система изолированных проводов (СИП).

Используется СИП в городах как обязательнаяпрокладка, как магистраль в сельских зонах со слабой плотностью населения, ответвления к потребителям. Способы прокладки СИП различны: натягивание на опорах; натягивание по фасадам зданий; прокладка вдоль фасадов.

Конструкция СИП (униполярных бронированных и небронированных, триполярных с изолированной или голой несущей нейтралью) в общем случае состоит из медной или алюминиевой проводниковой многопроволочной жилы, окруженной внутренним полупроводниковым экструдированным экраном, затем - изоляцией из шитого полиэтилена, полиэтилена или ПВХ. Герметичность обеспечивается порошком и компаундированной лентой, поверх которых расположен металлический экран из меди или алюминия в виде спирально уложенных нитей или ленты, с использованием экструдированного свинца.

Поверх подушки кабельной брони, выполненной из бумаги, ПВХ, полиэтилена, делают броню из алюминия в виде сетки из полосок и нитей. Внешняя защита выполнена из ПВХ, полиэтилена без гелогена. Пролеты прокладки, рассчитанные с учетом ее температуры и сечения проводов (не менее 25 мм2 для магистралей и 16 мм2 на ответвлениях к вводам для потребителей, 10 мм2 для сталеалюминиевого провода) составляют от 40 до 90 м.

При небольшом повышении затрат (около 20 %) по сравнению с неизолированными проводами надежность и безопасность линии, оснащенной СИП, повышается до уровня надежности и безопасности кабельных линий. Одним из преимуществ воздушных линий с изолированными проводами ВЛИ перед обычными ЛЭП является снижение потерь и мощности за счет уменьшения реактивного сопротивления. Параметры прямой последовательности линий:

• АСБ95 - R = 0,31 Ом/км; Х= 0,078 Ом/км;
• СИП495 - соответственно 0,33 и 0,078 Ом/км;
• СИП4120 - 0,26 и 0,078 Ом/км;
• АС120 - 0,27 и 0,29 Ом/км.

Эффект от снижения потерь при применении СИП и неизменности тока нагрузки может составлять от 9 до 47 %, потерь мощности - 18 %.

Воздушные линии (ВЛ) служат для передачи электроэнергии по проводам, проложенным на открытом воздухе и закрепленным на специальных опорах или кронштейнах инженерных сооружений с помощью изоляторов и арматуры. Основными конструктивными элементами ВЛ являются провода, защитные тросы, опоры, изоляторы и линейная арматура. В городских условиях ВЛ получили наибольшее распространение на окраинах, а также в районах застройки до пяти этажей. Элементы ВЛ должны обладать достаточной механической прочностью, поэтому при их проектировании, кроме электрических, делают и механические расчеты для определения не только материала и сечения проводов, но и типа изоляторов и опор, расстояния между проводами и опорами и т. д.

В зависимости от назначения и места установки различают следующие виды опор:

промежуточные, предназначенные для поддержания проводов на прямых участках линий. Расстояние между опорами (пролеты) составляет 35-45 м для напряжения до 1000 В и около 60 м для напряжения 6-10 кВ. Крепление проводов здесь производится с помощью штыревых изоляторов (не наглухо);

анкерные, имеющие более жесткую и прочную конструкцию, чтобы воспринимать продольные усилия от разности тяжения по проводам и поддерживать (в случае обрыва) все оставшиеся в анкерном пролете провода. Эти опоры устанавливаются также на прямых участках трассы (с пролетом около 250 м для напряжения 6-10 кВ) и на пересечениях с различными сооружениями. Крепление проводов на анкерных опорах производится наглухо к подвесным или штыревым изоляторам;

концевые, устанавливаемые в начале и в конце линии. Они являются разновидностью анкерных опор и должны выдерживать постоянно действующее одностороннее тяжение проводов;

угловые, устанавливаемые в местах изменения направления трассы. Эти опоры укрепляются подкосами или металлическими оттяжками;

специальные или переходные, устанавливаемые в местах пересечений ВЛ с сооружениями или препятствиями (реками, железными дорогами и т. п.). Они отличаются от других опор данной линии по высоте или конструкции.

Для изготовления опор применяют дерево, металл или железобетон.

Деревянные опоры в зависимости от конструкции могут быть:

одинарными;

А-образными, состоящими из двух стоек, сходящихся у вершины и расходящихся у основания;

трехногими, состоящими из трех сходящихся к вершине и расходящихся у основания стоек;

П-образными, состоящими из двух стоек, соединенных вверху горизонтальной траверсой;

АП-образными, состоящими из двух А-образных опор, соединенных горизонтальной траверсой;

составными, состоящими из стойки и приставки (пасынка), присоединяемой к ней бандажом из стальной проволоки.

Для увеличения срока службы деревянные опоры пропитывают антисептиками, значительно замедляющими процесс гниения древесины. В эксплуатации антисептирование проводится путем наложения антисептического бандажа в местах, подверженных гниению, с промазыванием антисептической пастой всех трещин, мест сопряжений и врубок.

Металлические опоры изготавливают из труб или профильной стали, железобетонные - в виде полых круглых или прямоугольных стоек с уменьшающимся сечением к вершине опоры.

Для крепления проводов ВЛ к опорам применяются изоляторы и крюки, а для крепления к траверсе - изоляторы и штыри. Изоляторы могут быть фарфоровыми или стеклянными штыревого или подвесного (в местах анкерного крепления) исполнения (рис. 1, а-в). Их прочно навертывают на крюки или штыри с помощью специальных полиэтиленовых колпачков или пакли, пропитанной суриком или олифой.

Рисунок 1. а - штыревой 6-10 кВ; б - штыревой 35 кВ; в - подвесной; г, д - стержневые полимерные

Изоляторы воздушных линий изготавливаются из фарфора или 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 рассылается. Это облегчает нахождение поврежденных изоляторов на линии.

По конструкции изоляторы разделяют на штыревые и подвесные.

Штыревые изоляторы применяются на линиях напряжением до 1 кВ, 6-10 кВ и, редко, 35 кВ (рис. 1, а, б). Они крепятся к опорам при помощи крюков или штырей.

Подвесные изоляторы (рис. 1, 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. Подвесные изоляторы собирают в гирлянды, которые бывают поддерживающими (на промежуточных опорах) и натяжными (на анкерных опорах). Число изоляторов в гирлянде определяется напряжением линии; 35 кВ - 3-4 изолятора, 110 кВ - 6-8.

Применяются также полимерные изоляторы (рис. 1, г). Они представляют собой стержневой элемент из стеклопластика, на котором размещено защитное покрытие с ребрами из фторопласта или кремнийорганической резины:

К проводам ВЛ предъявляются требования достаточной механической прочности. Они могут быть одно- или многопроволочными. Однопроволочные провода из стали применяются исключительно для линий напряжением до 1000 В; многопроволочные провода из стали, биметалла, алюминия и его сплавов получили преимущественное распространение благодаря повышенной механической прочности и гибкости. Чаще всего на ВЛ напряжением до 6-10 кВ используются алюминиевые многопроволочные провода марки А и стальные оцинкованные провода марки ПС.

Сталеалюминевые провода (рис. 2, в) применяют на ВЛ напряжением выше 1 кВ. Они выпускаются с разным соотношением сечений алюминиевой и стальной частей. Чем меньше это соотношение, тем более высокую механическую прочность имеет провод и поэтому используется на территориях с более тяжелыми климатическими условиями (с большей толщиной стенки гололеда). В марке сталеалюминевых проводов указываются сечения алюминиевой и стальной частей, например, АС 95/16.

Рисунок 2. а - общий вид многопроволочного провода; б - сечение алюминиевого провода; в - сечение сталеалюминевого провода

Провода из сплавов алюминия (АН - не термообработанный, АЖ - термообработанный) имеют большую, по сравнению с алюминиевыми, механическую прочность и практически такую же электрическую проводимость. Они используются на ВЛ напряжением выше 1 кВ в районах с толщиной стенки гололеда до 20 мм.

Провода располагают различными способами. На одноцепных линиях их, как правило, располагают треугольником.

В настоящее время широко используются так называемые самонесущие изолированные провода (СИП) напряжением до 10 кВ. В линии напряжением 380 В провода состоят из несущего неизолированного провода, являющегося нулевым, трех изолированных линейных проводов, одного изолированного провода наружного освещения. Линейные изолированные провода навиты вокруг несущего нулевого провода. Несущий провод является сталеалюминевым, а линейные - алюминиевыми. Последние покрыты светостойким термостабилизированным (сшитым) полиэтиленом (провод типа АПВ). К преимуществам ВЛ с изолированными проводами перед линиями с голыми проводами можно отнести отсутствие изоляторов на опорах, максимальное использование высоты опоры для подвески проводов; нет необходимости в обрезке деревьев в зоне прохождения линии.

Для ответвлений от линий напряжением до 1000 В к вводам в здания используются изолированные провода марки АПР или АВТ. Они имеют несущий стальной трос и изоляцию, стойкую к атмосферным воздействиям.

Крепление проводов к опорам производится различными способами, в зависимости от места их расположения на изоляторе. На промежуточных опорах провода крепят к штыревым изоляторам зажимами или вязальной проволокой из того же материала, что и провод, причем последний в месте крепления не должен иметь изгибов. Провода, расположенные на головке изолятора, крепятся головной вязкой, на шейке изолятора - боковой вязкой.

На анкерных, угловых и концевых опорах провода напряжением до 1000 В крепят закручиванием проводов так называемой «заглушкой», провода напряжением 6-10 кВ - петлей. На анкерных и угловых опорах, в местах перехода через железные дороги, проезды, трамвайные пути и на пересечениях с различными силовыми линиями и линиями связи применяют двойной подвес проводов.

Соединение проводов производят плашечными зажимами, обжатым овальным соединителем, овальным соединителем, скрученным специальным приспособлением. В некоторых случаях применяют сварку с помощью термитных патронов и специального аппарата. Для однопроволочных стальных проводов можно применять сварку внахлестку с использованием небольших трансформаторов. В пролетах между опорами не допускается иметь более двух соединений проводов, а в пролетах пересечений ВЛ с различными сооружениями соединение проводов не допускается. На опорах соединение должно быть выполнено так, чтобы оно не испытывало механических усилий.

Линейная арматура применяется для крепления проводов к изоляторам и изоляторов к опорам и делится на следующие основные виды: зажимы, сцепная арматура, соединители и др.

Зажимы служат для закрепления проводов и тросов и прикрепления их к гирляндам изоляторов и подразделяются на поддерживающие, подвешиваемые на промежуточных опорах, и натяжные, применяемые на опорах анкерного типа (рис. 3, а, б, в).

Рисунок 3. а - поддерживающий зажим; б - болтовой натяжной зажим; в - прессуемый натяжной зажим; г - поддерживающая гирлянда изоляторов; д - дистанционная распорка; е - овальный соединитель; ж - прессуемый соединитель

Сцепная арматура предназначена для подвески гирлянд на опорах и соединения многоцепных гирлянд друг с другом и включает скобы, серьги, ушки, коромысла. Скоба служит для присоединения гирлянды к траверсе опоры. Поддерживающая гирлянда (рис. 3, г) закрепляется на траверсе промежуточной опоры при помощи серьги 1, которая другой стороной вставляется в шапку верхнего подвесного изолятора 2. Ушко 3 используется для прикрепления к нижнему изолятору гирлянды поддерживающего зажима 4.

Соединители применяются для соединения отдельных участков провода. Они бывают овальные и прессуемые. В овальных соединителях провода либо обжимаются, либо скручиваются (рис. 3, е). Прессуемые соединители (рис. 3, ж) применяются для соединения проводов больших сечений. В сталеалюминевых проводах стальная и алюминиевая части опрессовываются раздельно.

Тросы наряду с искровыми промежутками, разрядниками и устройствами заземления служат для защиты линий от грозовых перенапряжений. Их подвешивают над фазными проводами на ВЛ напряжением 35 кВ и выше, в зависимости от района по грозовой деятельности и материала опор, что регламентируется «Правилами устройства электроустановок». Грозозащитные тросы обычно выполняют из стали, но при использовании их в качестве высокочастотных каналов связи - из стали и алюминия. На линиях 35-110 кВ крепление троса к металлическим и железобетонным промежуточным опорам осуществляется без изоляции троса.

Для защиты от грозовых перенапряжений участков ВЛ с пониженным по сравнению с остальной линией уровнем изоляции применяют трубчатые разрядники.

На ВЛ заземляются все металлические и железобетонные опоры, на которых подвешены грозозащитные тросы или установлены другие средства грозозащиты (разрядники, искровые промежутки) линий напряжением 6-35 кВ. На линиях до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью крюки и штыри фазных проводов, устанавливаемые на железобетонных опорах, а также арматура этих опор должны быть присоединены к нулевому проводу.

Расшифровка ЛЭП – аббревиатура от словосочетания «линия электропередачи». ЛЭП это важнейший компонент энергетических систем, который служит для передачи электроэнергии от генерирующих устройств к распределительным, преобразовательным и, в конечном итоге, к потребителям.

Классификация

Передача электрической энергии осуществляется по металлическим проводам, где проводником выступает медь или алюминий. Различается способ прокладки проводов:

• По воздуху – воздушными линями;
• В грунте (воде) – кабельными линиями;
• Газоизолированными линиями.

Перечисленные виды ЛЭП являются основными. Проводятся эксперименты по беспроводной передаче энергии, но в настоящее время такой способ не нашел распространение на практике, за исключением маломощных устройств.

Воздушные линии электропередачи

Воздушные линии электропередач, ВЛЭП, характеризуются высокой сложностью. Их конструкция, порядок эксплуатации регламентируются специальной документацией. ВЛ характеризуются тем, что электроэнергия передается по проводам, проложенным на открытом воздухе. Для обеспечения безопасности, уменьшения потерь состав ВЛ достаточно сложен.

Состав ВЛ

Что такое ВЛ? Это не высоковольтная линия, как иногда считают. ВЛ – это целый комплекс конструкций и оборудования. Основные элементы, из которых состоит любая линия электропередач:

• Токонесущие провода;
• Несущие опоры;
• Изоляторы.

Другие компоненты также важны, но их тип, номенклатура и количество зависят от различных факторов:

• Арматура;
• Грозозащитные тросы;
• Устройства заземления;
• Разрядники;
• Устройства секционирования;
• Маркировка для предупреждения летательных аппаратов;
• Вспомогательное оборудование (аппаратура наложения связи, дистанционного контроля);
• Волоконно-оптическая линия связи.

В состав арматуры входят крепежные изделия для соединения изоляторов, проводов, крепления их к опорам.

К сведению. Разрядники, заземление и устройства грозозащиты служат для обеспечения безопасности и повышения надежности при возникновении скачков напряжения, в том числе во время грозы.

Устройства секционирования позволяют производить отключение части ЛЕП на период проведения регламентных или аварийных работ.

Аппаратура высокочастотной и оптоволоконной связи предназначена для осуществления диспетчерского удаленного контроля и управления работой линии, устройств секционирования, подстанции и распределительных устройств.

Документы, регулирующие ВЛ

Основными документами, которые регулируют любую ЛЭП, являются Строительные нормы и правила (СНиП), а также Правила устройства электроустановок ПУЭ. Данные документы регламентируют проектирование, конструкцию, строительство и эксплуатацию воздушных линий электропередач.

Классификация ВЛ

Большое разнообразие конструкций и типов воздушных линий позволяет выделить в них группы, объединенные общими признаками.

По роду тока

Большинство существующих ЛЭП предназначено для работы с переменным током, что связано с простотой преобразования напряжения по величине.

Отдельные типы линий работают с постоянным током. Они предназначены для некоторых областей применения (питание контактной сети, мощных потребителей постоянного тока), но общая протяженность невелика, несмотря на меньшие потери на емкостной и индуктивной составляющих.

По назначению

• Межсистемные (дальние) – для объединения нескольких энергетических систем. Сюда относятся ВЛ 500 кВ и выше;
• Магистральные – для объединения электростанций в сеть в пределах одной энергосистемы и подачи электроэнергии на узловые подстанции;
• Распределительные – для связи крупных предприятий и населенных пунктов с узловыми подстанциями;
• ВЛ сельскохозяйственных потребителей;
• Городская и сельская распределительная сеть.

По режиму работы нейтралей в электроустановках

• Сети с глухозаземленной нейтралью;
• Сети с изолированной нейтралью;
• С резонансно-заземленной нейтралью;
• С эффективно-заземленной нейтралью.

По режиму работы в зависимости от механического состояния

Основной режим работы ВЛ – нормальный, когда все провода и тросы находятся в исправном состоянии. Могут бывать случаи, когда часть проводов отсутствует, но ЛЭП эксплуатируется:

• При полном или частичном обрыве – аварийный режим;
• Во время монтажа проводов, опор – монтажный режим.

Основные элементы ВЛ

• Трасса – расположение оси ЛЭП относительно поверхности земли;
• Фундамент опоры – конструкция в грунте, на которую опирается опора, передавая ей нагрузку от внешних воздействий;
• Длина пролета – расстояние между центрами соседних опор;
• Стрела провеса – расстояние между нижней точкой провода и условной прямой между точками подвеса проводов;
• Габарит провода – расстояние от нижней части провода до поверхности земли.

Кабельные линии электропередачи

Что такое кабельная ЛЭП? Данный тип линий электропередач отличается от ВЛ тем, что провода различных фаз изолированы и объединены в единый кабель.

По условиям прохождения

По условиям прохождения КЛ делят на:

• Подземные;
• Подводные;
• По сооружениям.

Кабельные сооружения

Помимо того, что кабель может находиться в воде или земле, часть его обязательно проходит по кабельным сооружениям, к которым относятся:

• Кабельные каналы;
• Кабельная камера;
• Кабельная шахта;
• Двойной пол;
• Кабельная галерея.

Данный перечень неполон, основное отличие кабельных сооружений от прочих – они предназначены исключительно для монтажа кабеля вместе с устройствами крепления, силовыми муфтами и ответвлениями.

По типу изоляции

Наибольшее распространение получили кабельные линии с твердой изоляцией:

• Поливинилхлоридная;
• Масляно-бумажная;
• Резино-бумажная;
• Полиэтиленовая (сшитый полиэтилен);
• Этилен-пропиленовая.

Реже встречаются жидкостная и газовая изоляции.

Потери в ЛЭП

Потери в передающих линиях имеют различную природу и подразделяются на:

• Потери на нагрев:
• Потери на коронные разряды:
• Потери на радиоизлучение;
• Потери на передачу реактивной мощности.

Опоры ЛЭП и другие элементы

Основной элемент для крепления проводов линии электропередачи – опора. Опоры ЛЭП делятся на два типа:

• Анкерные (концевые), на которых расположены устройства крепления и натяжения провода;
• Промежуточные.

Опоры могут устанавливаться непосредственно в грунт или на фундамент. По материалу изготовления:

• Деревянные;
• Стальные;
• Железобетонные.

Изоляторы и арматура

Изоляторы предназначены для крепления и изолирования проводов ЛЭП. Наибольшее преимущество получили подвесные изоляторы, которые позволяют из отдельных элементов сделать любую длину, в зависимости от требований. Как правило, чем выше напряжение в кВ, тем большую длину имеет гирлянда изоляторов.

Изготавливаются из:

• Фарфора;
• Стекла;
• Полимерных материалов.

Арматура используется для соединения цепочек изоляторов, крепления их к опорам и проводам. В кабельных линиях к арматуре также относятся соединительные муфты.

Защитные приспособления

В качестве защиты используются грозозащитные проводники, разрядники и устройства заземления. Заземление металлических опор производится путем механического крепления несущей конструкции к заземляющему контуру. Особенно важно заземление железобетонных опор, поскольку при утечках тока он начинает протекать через арматуру бетона, оказывая разрушающее влияние. Вред, нанесенный опоре, визуально виден не будет.

Важно! Для наилучшей защиты охранный провод размещается выше всех остальных.

Технические характеристики

Техническая характеристика ЛЭП зависит не только от передаваемого напряжения и мощности. Должны учитываться следующие факторы:

• Город или нежилая зона;
• Доминирующие погодные условия (диапазон температур, скорость ветра);
• Состояние грунта (твердый, движимый).

Что такое ЛЭП? Любая линия электропередач – это мощный источник электромагнитного поля. Расположенные вблизи жилья высоковольтные линии отрицательно влияют на здоровье. Определение минимального вреда здоровью и окружающей среде играет важную роль в проектировании ЛЭП.

Технические расчеты производят для того, чтобы определить, какой тип линии следует использовать для достижения наибольшей эффективности.

Видео

Воздушные и кабельные линии электропередачи (ЛЭП)

Общие сведении и определения

В общем случае можно считать, что линия электропередачи (ЛЭП) это - электрическая линия, выходящая за пределы электростанции или подстанции и предназначенная для передачи электрической энергии на расстояние; она состоит из проводов и кабелей, изолирующих элементов и несущих конструкций.

Современная классификация ЛЭП по ряду признаков представлена в табл. 13.1.

Классификация линий электропередачи

Таблица 13.1

Признак	Тип линии	Разновидность
Род тока	Постоянного тока
	Трехфазного 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
	Межсистсмная связь

В классификации на первом месте стоит род тока. В соответствии с этим признаком различаются линии постоянного тока, а также трехфазного и многофазного переменного тока.

Линии постоянного тока конкурируют с остальными лишь при достаточно большой протяженности и передаваемой мощности, поскольку в общей стоимости электропередачи значительную долю составляют затраты на сооружение концевых преобразовательных подстанций.

Наибольшее распространение в мире получили линии трехфазного переменного тока , причем по протяженности 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 U . К категории низковольтных относятся линии с номинальным напряжением менее 1 кВ. Линии с U hou > 1 кВ принадлежат к разряду высоковольтных , и среди них выделяются линии среднего напряжения (СН) с U iom = 3-35 кВ, высокого напряжения (ВН) с U nou = 110-220 кВ, сверхвысокого напряжения (СВН) U h(m = 330-750 кВ и ультравысокого напряжения (УВН) с U hou > 1000 кВ.

По конструктивному исполнению различают воздушные и кабельные линии. По определению воздушная линия - это линия электропередачи, провода которой поддерживаются над землей 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 (л ц), прокладываемых по общей трассе, различают одноцепные (п =1), двухцепные (и ц = 2) и многоцепные (и ц > 2) линии. По ГОСТ 24291-9Ь 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 густонаселенных районах, где обычно стоимость земли достаточно высока. По этой же причине в ряде стран мира используются и многоценные опоры с подвеской цепей одного номинального напряжения (обычно с и ц = 4) либо разных напряжений (с я ц

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, присоединенная 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 распространенная, включает в себя следующий ряд значений U Hwt: 35-110-200-500- 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 протяженности продолжался, хотя и менее интенсивно. Соответствующие данные представлены в табл. 13.2.

Динамика изменения протяженности ВЛ за 1990-1999 гг.

Таблица 13.2

и , кВ	Протяженность ВЛ, тыс. км
	1990 г.	1995 г.	1996 г.	1997 г.	1998 г.	1999 г.
Всего