Изучение элементов воздушных линий

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Задачи работы

Целью работы является изучение конструкции и марок проводов, способ подвески изоляторов на опорах, линейной арматуры воздушных линий, типов опор и расположения проводов на опорах.

План работы

1. Изучение конструктивных элементов воздушных линий.

2. Изучение проводов и защитных тросов..

Основные теоретические положения.

Электрической воздушной линией (ВЛ) называется устройство для передачи и распределения электрической энергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным при помощи изоляторов и арматуры к опорам или кронштейнам инженерных сооружений.

Большинство наружных электрических сетей стояться воздушными. Основными причинами широкого распространения воздушных сетей является: значительно меньшая стоимость их по сравнению с кабельными сетями, легкое обнаружение мест повреждения и простота ремонта.

Главными конструктивными элементами любой воздушной линии являются (рис. 1):

1. провода, служащие для передачи электрической энергии;

2. защитные тросы, монтируемые в верхней части опор для защиты проводов от атмосферных (грозовых) перенапряжений;

3. опоры, поддерживающие провода и тросы на определенной высоте над уровнем земли или воды;

4. изоляторы, изолирующие провода от корпуса (тела) опоры;

5. арматура, при помощи которой провода и тросы закрепляются на изоляторах, а изоляторы - на опоре.

По конструктивному устройству воздушные линии разделяются на одноцепные и многоцепные, т.е. расположением одной или нескольких цепей на одних и тех же опорах. Цепь – это три провода одной трехфазной линии.

Рис. 1. Элемент воздушной одноцепной линии – деревянная промежуточная опора с грозозащитными тросами (на подходе к подстанции).

1 – пасынок; 2 – бандаж; 3 – стойка опоры; 4 – траверса; 5 – арматура; 6 – грозозащитные тросы; 7 – гирлянда изоляторов; 8 – провода.

Провода и защитные тросы.

Провода для воздушных линий электропередачи изготавливаются неизолированными (голыми), они должны обладать хорошей электрической проводимостью, изготавливаться из недефицитных металлов, иметь достаточно высокую механическую прочность и значительную стойкость по отношению к коррозии и химическим воздействиям.

Материалами для проводов могут служить алюминий и его сплавы, медь и ее сплавы, сталь и сталеалюминий. Грозозащитные тросы выполняются, как правило, из стали. Сплав алюминия, магния и кремния называется альдреем, а сплав меди с оловом и фосфором называться бронзой. Медь, алюминий и их сплавы с иными металлами применяются в виде холоднотянутой проволоки, обладающей достаточной механической прочностью.

Медные провода, изготовленные из твердотянутой медной проволоки, обладают малым удельным сопротивлением (ρ = 18,0 Ом·мм² / км) и хорошей механической прочностью, успешно противостоят атмосферным воздействиям и коррозии от вредных примесей в воздухе. Медные провода маркируют буквой М с прибавлением номинального сечения провода.

Алюминиевые провода отличаются от медных значительно меньшей массой, большим удельным сопротивлением (ρ = 28,7 ÷ 28,8 Ом·мм² / км) и меньшей механической прочностью. Алюминиевые провода применяются в основном в местных сетях. Малая механическая прочность этих проводов не допускает создания большого натяжения. Чтобы избежать больших стрел провеса приходиться уменьшать расстояние между опорами, а это удорожает линию. Для повышения механической прочности алюминиевых проводов их изготавливают многопроволочными, из твердотянутых проволок. Хорошо переносят атмосферные воздействия, плохо противостоят воздействию вредных примесей воздуха. Поэтому для воздушных линий, сооружаемых вблизи морских побережий, соленых озер и химических предприятий, используют провода защищенные от коррозии (алюминиевые коррозионностойкие, с заполнением межпроволочного пространства нейтральной смазкой). Провода из алюминия маркируются буквой А с добавлением номинального сечения провода.

Сталеалюминевые провода имеют то же удельное сопротивление, что и алюминиевые провода равного им сечения, так как в электрических расчетах сталеалюминевых проводов проводимость стальной части не учитывается ввиду ее незначительности по сравнению с проводимостью алюминиевой части проводов. Если сравнить сталеалюминевые провода с равными им по проводимости и прочности медными проводами, то окажется, что сталеалюминевые провода легче и диаметр их значительно больше, чем у медных. Это благоприятствует применению сталеалюминевых проводов на воздушных линиях напряжением 110 кВ и выше.

Самонесущие изолированные провода. В последние десятилетия в мире все большее применение в практике строительства воздушных линий электропередачи находят самонесущие изолированные провода. Они применяются при строительстве воздушных линий электропередачи до 1 кВ и 6—110 кВ при температуре от —45 до +50 °C.

Преимущества самонесущих изолированных проводов (СИП):

1. возможность применения опор действующих проектов и новых опор меньшей высоты;

2. высокая надежность и бесперебойность энергообеспечения потребителей;

3. отсутствие коротких замыканий между проводами фаз, случайных перекрытий;

4. малая вероятность замыкания на землю;

5. уменьшение расстояния между проводами на опорах и в пролете;

6. уменьшение ширины просеки при строительстве;

7. отсутствие гололедообразования на проводах;

8. общее снижение энергетических потерь в линиях электропередачи;

9. сокращение трудозатрат при строительстве линий;

10. сокращение общих эксплуатационных расходов за счет уменьшения объемов аварийно-восстановительных работ.

Провода AMKA и SAX изготовляются из термоупрочненного алюминиевого сплава, имеют круглую форму сечения. Все провода, за исключением несущего нулевого провода, имеют изолированную оболочку из атмосферостойкого полиэтилена с включением газовой сажи для обеспечения длительного срока эксплуатации. Провод SAX покрыт изолирующей оболочкой толщиной не менее 2,3 мм из атмосферостойкого светостабилизированного полиэтилена. Провода AMKA и SAX сохраняют механическую прочность и электрические параметры при температурах окружающей среды от —45 до +50 °C, не распространяют горения.

Полые провода из меди и алюминия имеют большой диаметр по сравнению со сплошными проводами того же активного сечения. Отдельные плоские проволоки соединяются друг с другом в паз, чем обеспечивается конструктивная прочность провода. Полые провода предназначаются главным образом для ошиновки подстанций напряжением 330 кВ и выше.

Рис. 2. Конструкция проводов воздушных линий.

По конструкции различают следующие типы проводов:

1. однопроволочные провода, состоящие из одной проволоки сплошного сечения (рис.2, а);

2. многопроволочные провода из одного металла, состоящие из скрученных между собой отдельных проволок (рис.2, б);

3. многопроволочные провода из двух металлов (рис. 2, в);

4. полые провода (рис. 2, г).

Изоляторы.

Электрический изолятор — устройство для подвешивания и изоляции проводов и кабелей на опорах воздушной линии электропередачи (ВЛ).

Изоляторы, применяемые в воздушных линиях изготавливаются на различные рабочие напряжения линии.

По материалу изготовления изоляторы подразделяются на фарфоровые, стеклянные и полимерные:

· Фарфоровые изоляторы изготавливают из электротехнического фарфора, покрывают слоем глазури и обжигают в печах.

· Стеклянные изоляторы изготавливают из специального закалённого стекла. Они имеют большую механическую прочность, меньшие размеры и массу, медленнее подвергаются старению по сравнению с фарфоровыми, но имеют меньшее электрическое сопротивление.

· Полимерные изоляторы изготавливают из специальных пластических масс.

Стеклянные изоляторы легче, дешевле и долговечнее фарфоровых и поэтому в настоящее время почти вытеснили их с линий. Кроме того, пробитый фарфоровый изолятор можно выявить только применяя специальную измерительную штангу, в то время как пробитый стеклянный изолятор выявляется по разрушенной изолирующей детали.

Преимуществом стеклянных изоляторов является:

¾ отсутствие скрытых дефектов внутри изоляционного тела. Каждый изолятор проходит оптический контроль на отсутствие пузырьков в силовой головке изолятора;

¾ контроль изоляторов на угол поляризации проходящего света позволяет гарантировать стабильные электроизоляционные свойства, недостижимые в керамике;

¾ стеклянные изоляторы не стареют, в теле изолятора со временем не появляеются микротрещины;

¾ стеклянные изоляторы можно быстро идентифицировать на линии при их выходе из строя.

Преимущества полимерных изоляторов:

¾ высокая механическая и электрическая прочность изолятора;

¾ высокая кратковременная и длительная прочность при изгибе и кручении;

¾ устойчивость к ударам молнии и механическим ударам

¾ стойкость к сколам: даже их наличие не влияет на электрическую прочность изоляторов;

¾ низкий уровень частичных разрядов;

¾ высокая пробивная прочность;

¾ длительный срок службы;

¾ меньший вес, чем у фарфоровых изоляторов;

¾ компактное исполнение.

Конструктивно изоляторы подразделяются на подвесные, штыревые и стержневые.

Подвесные изоляторы применяются на линиях от 6 кВ и выше, контактной сети железных дорог, гибких шинах открытых распределительных устройств, они обладают более высокими механическими характеристиками, чем штыревые. Отдельные изоляторы собирают в гирлянды, число единиц которых зависит от напряжения ВЛ.

Подвесной изолятор состоит из следующих частей: шапка (1), изоляторный замок (2), стержень (пестик) (3), изолирующая деталь (4), цементная связка (5).

Шапка изготавливается из ковкого чугуна и имеет гнездо для сцепления с пестиком (стержнем) соседнего в цепи изолятора. Стержень изготавливается из стали. Изоляторный замок служит для закрепления пестика в гнезде шапки. Изолирующая деталь изготавливается из электротехнического фарфора или закаленного стекла, конструкция изолирующей детали зависит от назначения и условий эксплуатации изолятора.

Для увеличения длины утечки нижняя поверхность изолятора делается ребристой (развитой), либо она состоит из нескольких крыльев-"тарелок". Шапка, изолирующая деталь и стержень соединяются цементной связкой. Изолирующую деталь фарфоровых изоляторов для улучшения диэлектрических характеристик покрывают глазурью. Металлические детали оцинковывают. Так же изоляторы покрываются специальными составами для лучшего смывания с них грязи.

Подвесные изоляторы собирают в изоляторные гирлянды, которые бывают поддерживающими и натяжными. Первые монтируют на промежуточных опорах, вторые – на анкерных. Число изоляторов в гирлянде определяется как назначением гирлянды (поддерживающая или натяжная), так и напряжением линии.

Для линий до 110 кВ количество изоляторов в натяжной гирлянде берется на один больше, чем в подвешивающей, а при более высоком напряжении – одинаковым.

Натяжные гирлянды изоляторов работают в более тяжелых условиях, чем поддерживающие, вследствие чего их старение (нарушение электрической прочности) наступает быстрее.

Штыревые изоляторы применимы как на линиях напряжением до 1 кВ, так и на линиях напряжением 6-35 кВ.

Рис. 2.2. Изолятор штыревой.

Рис.2.3. Изолятор штыревой НС-18А. Рис.2.4. Изолятор фарфоровый штыревой ШФ-20Г без колпачка.

Стержневые изоляторы изготавливают для номинальных напряжений 6-35 кВ. Они представляют собой цилиндр с выступающими на поверхности ребрами и с металлическими колпаками на концах. Из-за большой длины пути утечки, а также относительно простой формы, обеспечивающей хорошую очистку поверхности дождем и ветром, стержневые изоляторы весьма перспективны для районов с загрязненной атмосферой. Изолятор с винтообразными ребрами хорошо очищается струей дождевой воды, стекающей по желобу, который образует ребро. Стержневые изоляторы легче и дешевле подвесных, но не позволяют проверять состояние изоляции и заменять отдельные элементы, как у подвесных изоляторов.

На провода малого сечения изготавливают изоляторы склеенные с двух частей.

При маркировке изоляторов применяются следующие обозначения: П – подвесной, С – стеклянный, Ф – фарфоровый, Г – грязестойкий, Д – двукрылый, К - с конической изоляционной деталью, С - со сферической изоляционной поверхностью, В - с вытянутым вниз ребром.

Арматура воздушных линий.

Арматура используется для комплектования изолирующих подвесок проводов и молниезащитных тросов, соединения проводов и тросов в пролетах и шлейфах, присоединения проводов к выводам электрических аппаратов, фиксирования расщепленных проводов фазы на заданном расстоянии, защиты проводов от воздействия вибрации и других колебаний, выравнивания электрического поля вблизи изоляторов, подвесок и др.

В процессе эксплуатации арматура воспринимает различные механические нагрузки - статические и динамические, воздействие атмосферных явлений в условиях электрического поля. Вследствие этого линейная арматура ВЛ должна удовлетворять следующим основным требованиям:

• обладать достаточной механической прочностью;

• обладать высокой коррозионной стойкостью;

• по возможности не иметь источников разрядов;

•обладать минимальными потерями на перемагничивание при прохождении переменного тока.

Токонесущая арматура не должна обладать сопротивлением электрическому току, превышающим электрическое сопротивление провода той же длины.

Линейную арматуру, применяемую при закреплении проводов в гирляндах подвесных изоляторов, можно подразделить по назначению на пять основных видов:

1. Зажимы, служащие для закрепления проводов и тросов, подразделяющиеся на поддерживающие, подвешиваемые на промежуточных опорах, и натяжные, применяемые на опорах анкерного типа.

2. Сцепная арматура (скобы, серьги, ушки, коромысла), служащая для соединения зажимов с изоляторами, для подвески гирлянд на опорах и для соединения многоцепных гирлянд друг с другом.

3. Защитная арматура (кольца), монтируемая на гирляндах линий напряжением 330 кВ и выше, предназначенная для более равномерного распределения напряжения между отдельными изоляторами гирлянды и для защиты их от повреждения дугой при перекрытиях.

4. Соединительная арматура, служащая для соединения проводов и тросов в пролете, а также для соединения проводов в шлейфах на опорах анкерного типа.

5. Распорки, применяемые для соединения друг с другом проводов расщепленной фазы. Поддерживающие зажимы состоят из лодочки, в которую укладывается провод, плашек и болтов (или болта) для за- крепления провода в лодочке, пружин, цапф или кронштейнов для крепления зажима в гирлянде.

Зажимы для закрепления проводов и тросов:

Глухим зажимом называется зажим, в котором провод закрепляется настолько прочно, что в случае одностороннего натяжения (при обрыве в соседнем пролете) он не может проскользнуть в зажиме. Провод укладывается в корпусе зажима, шарнирно прикрепленного к подвеске, удерживается в зажиме при помощи плашки и специальных гаек. Глухие зажимы являются основным типом зажимов, применяемых в настоящее время на воздушных линиях.

Выпадающие зажимы (называемые также выпускающими), выбрасывающие лодочку с проводом при отклонении поддерживающей гирлянды на определенный угол, (около 40°) в случае обрыва провода в одном из пролетов. Таким образом, натяжение провода, оставшегося необорванным, не передается на промежуточную опору. Эта особенность работы выпадающего зажима позволяет несколько уменьшить массу промежуточной опоры. Однако в эксплуатации наблюдались случаи выбрасывания проводов из выпадающих зажимов при пляске и неравномерной нагрузке гололедом в смежных пролетах. Поэтому выпадающие зажимы в настоящее время не применяются и ниже не рассматриваются.

Скользящие или зажимы с заделкой ограниченной прочности применяют для проводов сечением от 300 до 500 мм^2. При обрыве провода и появлении одностороннего тяжения, превышающего прочность заделки, провод начинает проскальзывать в зажиме, благодаря чему действующее на промежуточную опору усилие уменьшается. Скользящие зажимы применяются на всех линиях и на линиях с расщепленной фазой.

Клиновые натяжные зажимы, применяемые для подвески стальных тросов. Они состоят из корпуса и двойного клина. При тяжении троса клин прижимает трос к корпусу, что обеспечивает надежную заделку. Зажим состоит из корпуса и двух клиньев имеющих полукруглые выемки, в которые закладывается провод. Благодаря неглубоким и плавным поперечным бороздам на поверхности выемок клиньев провод при натяжке его втягивает клинья в корпус зажима. Подвижка клиньев в корпусе, имеющем суживающую форму, обеспечивает закрепление провода. Провод в зажиме не повреждается. Вырывание провода из зажима не бывает – наступает обрыв провода.

Для крепления сталеалюминевых, а также медных и алюминиевых проводов, средних сечений изготавливаются Солтовые зажимы. Провод укладывается в борозду зажима и закрепляется в нем при помощи накладок, прижимаемых U-образными болтами. Накладки, поставленные в в хвостовой части зажима, предназначены для отвода провода от гирлянды изоляторов и позволяют осуществлять петлю провода, огибающую траверсу опоры.

Для очень крупных сечений сталеалюминевых проводов применяется натяжной прессуемый зажим, изготовленный из алюминия. Провод вставляется в зажим, который опрессовывается под большим давлением на специальном переносном гидравлическом прессе.

Соединение проводов на линиях пайкой воспрещается. При пайке провода подвергаются нагреву, что приводит к отжигу метала, а следовательно, и к уменьшению механической прочности. Исключением из этого правила являются линии низкого напряжения. На этих линиях с небольшим натяжением небольшой отжиг при пайке приводит только к снижению запаса прочности места соединения в допустимых пределах. На линиях высокого напряжения применяются специальные соединительные зажимы из того же материала, что и провод. Наиболее распространенным типом является соединительный зажим обжатием. Концы соединительных проводов вводят с двух сторон в трубку овальной формы, а затем пользуясь переносным станком-клещами, трубку в нескольких местах сжимают с обеих сторон. На трубке образуются пологие углубления, а соединяемые провода приобретают волнообразную форму.

Для соединения сталеалюминевых проводов и медных полых проводов и стальных тросов применяется соединительный зажим с опрессованием. Эти зажимы состоят из двух трубок: одной - стальной, предназначенной для соединения внутренних стальных жил, и другой – алюминиевой, накладываемой поверх первой служащей для соединения наружных алюминиевых жил. Соединение этим зажимом получается надежным и не подвергается коррозии.

Одними из старых и проверенных способов соединения проводов являются клеммные соединения типа «орешки» (рис.3). Название свое они получили, из за внешнего сходства с орехами. Соединения этого типа состоят из трех пластин, между которыми, собственно, и зажимаются провода. Одним из преимуществ данного типа соединения является то, что для соединения отходящего провода, нет необходимости разрывать магистраль. Достаточно просто открутить 2 болта, вставить между двух пластин провод, и закрутить болты на место. Отходящий провод вставляется между средней и оставшейся пластиной.

Следующим по популярности можно назвать соединения типа WAGO (рис.4 ). Данные соединительные клеммы позволяют произвести соединение проводов из алюминия и меди. Достаточно просто зачистить провода на 10-15 мм, вставить в отверстие клеммника, и все, очередное соединение готово к работе. Внутренность клемника наполнена специальной смазкой, которая не позволяет окисляться проводам. Использовать такой тип соединений рекомендуем в цепях освещения. Использование данных соединений в силовых цепях не рекомендуем, так как большая нагрузка может привести к нагреву пружинистых контактов, и как следствие к плохому контакту.

Еще одним популярным соединением являются клеммные колодки. Внешне они представляют собой планку с клеммничками. Достаточно зачистить конец провода, вставить в одно отверстие и зажать винтом. В другое отверстие вставляется зачищенный конец второго провода. Данные клеммники также позволяют соединять провода из разных металлов.

Варианты соединения проводов

Типы опор и расположения проводов на опорах.

При сооружении линий электропередачи применяются железобетонные, стальные и деревянные опоры. По назначению опоры подразделяются на анкерные, угловые, концевые, промежуточные, ответвительные, транспозиционные и специальные; по числу цепей, на одно– и двухцепные.

Анкерные (А) опоры (рис.5)устанавливают для жесткого закрепления проводов в особо ответственных точках линии (на концах линии, на концах прямых ее участков, на пересечениях особо важных инженерных сооружений и больших водоемов). Анкерные опоры должны выдержать одностороннее тяжение двух проводов.

Угловые (У) опоры (рис. 6) устанавливают в местах изменения направления трассы ЛЭП. Опоры воспринимают при нормальной работе суммарную силу тяжений проводов смежных пролетов.

Концевые анкерные (К) опоры (рис.7)сооружают в начале и конце ЛЭП. Эти опоры испытывают одностороннее тяжение всех проводов со стороны линии.

Промежуточные (П) опоры (рис.8)устанавливают на прямых участках трассы ЛЭП. Они служат для поддержания провода на прямых участках линии в анкерном пролете. При нормальной работе опоры не должны воспринимать направленных вдоль линии усилий.

Ответвительные опоры (рис.9 а,б) служат для ответвления от ЛЭП.

Транспозиционные опоры (рис.10) применяют для транспозиции проводов.

Специальные опоры бывают двух типов: переходные – для больших пролетов (пересечение рек, озер, ущелий и др.) и ответвительные – когда требуется глухое ответвление от линии.

Анкерные опоры значительно сложнее и дороже промежуточных, и поэтому число их на каждой линии должно быть минимальным.

Рис.5 Анкерная Рис.6. Угловая Рис.7.Концевая Рис.8.Промежуточная

опора опора опора опора

Рис.9. а). Ответвительная б) Ответвительная Рис.10. Транспозиционная

опора промежуточная опора опора

Дата добавления: 2014-12-10