Провода воздушных линий

Воздушные линии выполняют неизолированными (голыми) проводами, состоящими из одной или нескольких свитых проволок. ВЛ выполняются медными, алюминиевыми, стальными, сталеалюминиевыми и сталебронзовыми проводами.

Медь - один из лучших проводников электрического тока, поэтому необходимые технико-экономические показатели (потери электроэнергии) можно получить при меньших сечениях медных проводов, чем при проводах из других материалов. Твердотянутая медь при температуре +20 °С имеет малое удельное сопротивление ρ = 18 /км. Медные провода хорошо противостоят влиянию атмосферных условий и большинству химических реагентов, находящихся в воздухе. Механическая прочность медных проводов σ = 400 МПа. Вследствие дефицита и дороговизны меди медные провода применяются крайне редко, лишь в условиях повышенной опасности по взрыву.

Алюминий как проводник хуже, чем медь. Его проводимость примерно в 1,6 раза меньше проводимости меди, однако проводимость алюминия все же достаточно высока, чтобы его можно было использовать в качестве токопроводящего материала для проводов и кабелей. Действию атмосферных явлений алюминий противостоит также хорошо, как и медь. Алюминиевые провода отличаются большим удельным сопротивлением (ρ = 28,8 Ом∙мм²/км) и меньшей механической прочностью (σ=156÷180 МПа), чем медные, но они значительно дешевле.

Стальные провода используются в тех случаях, когда требуется передать небольшую мощность и, следовательно, небольшое сечение, например, в сельских сетях. Стальные провода с большим сопротивлением на разрыв используются для устройства переходов воздушных линий через широкие реки, ущелья и т. п. при длине пролета более 1 км. Активное и реактивное сопротивление стальных проводов значительно выше, чем проводов из цветного металла, поэтому область применения этих проводов ограничена. Существенный недостаток стальных проводов - их высокая коррозия. Для повышения коррозионной стойкости стальные провода оцинковывают.

У сталеалюминиевых проводов удельное сопротивление примерно такое же, как у алюминиевых, а механическая прочность σ=700 МПа.

Разнообразные условия работы воздушных ЛЭП определяют необходимость иметь разные конструкции проводов. Основными конструкциями проводов являются:

· однопроволочные провода из одного металла;

· многопроволочные провода из одного металла;

· многопроволочные провода из двух металлов;

· пустотелые провода;

· биметаллические провода.

Однопроволочный провод состоит из одной круглой проволоки площадью сечения 4, 6 и 10 мм². Однопроволочные провода изготавливают из меди площадью сечения до 10 мм² и стали диаметром до 5 мм. Они имеют невысокую прочность, их применяют только на ВЛ напряжением до 1 кВ.

Многопроволочные провода из одного металла состоят из нескольких свитых между собой проволок, причем в центре помещают одну или несколько проволок одинакового диаметра, вокруг которой делаются повивы (ряды) проволок. При одном повиве провод свит из 7 проволок, при двух повивах - из 19, при трех повивах - из 37 проволок. Скрутка смежных повивов производится в разных направлениях, что обеспечивает более круглую форму и позволяет получить более устойчивый против раскручивания провод.

Многопроволочные провода имеют по сравнению с однопроволочными ряд существенных преимуществ: большую гибкость, что обеспечивает большую сохранность и удобство монтажа; высокие сопротивления на разрыв могут быть получены только для проволок относительно небольшого диаметра. Однопроволочные провода с сечениями 25 мм² и более имели бы пониженное сопротивление на разрыв.

Многопроволочные провода изготавливаются сечением 10÷500 мм². Для воздушных линий I и II классов применяют только многопроволочные провода и тросы.

Проволоки из цветного металла под действием химических реагентов воздуха быстро покрываются тонким слоем окиси металла проводника и дальнейшему разрушению не поддаются. Электрический ток из-за плохой проводимости оксидной пленки «разбивается» на ряд параллельных токов, идущих по проволокам провода. Результатом этого явления и скрутки провода (длина проволок на 2÷3% больше длины провода, измеренной по оси) является повышение активного сопротивления многопроволочного провода на 2÷3%.

К многопроволочным проводам из двух металлов относятся сталеалюминиевые сталеалдреевые и сталебронзовые провода. Сталеалюминиевые состоят из сердечника, который выполняется из одной или нескольких свитых стальных оцинкованных проволок, и алюминиевых проволок, покрывающих стальной сердечник одним, двумя или тремя повивами. Сталь предназначена для увеличения механической прочности провода, а алюминий является токоведущей частью провода. Электропроводность стального сердечника мала и потому не учитывается.

Механическую нагрузку (тяжение по проводу) воспринимают сталь и алюминий.

В сталеалюминиевых проводах, у которых отношение сечения алюминия к сечению стали составляет около 5÷6, алюминиевые проволоки принимают 50÷60 % полного тяжения по проводу, а остальное - стальной сердечник.

При необходимости сочетать малое активное сопротивление провода с очень большой механической прочностью применяют сталебронзовые и сталеалдреевые провода. Алдрей представляет собой сплав алюминия с незначительной долей (около 1,2%) магния и кремния.

Пустотелые медные и биметалличеcкие (стальная проволока покрыта приваренным слоем меди) применяются редко.

Марки неизолированных проводов обозначаются: М, А, АС, Ал, ПС, Б - материал провода (медь, алюминий, сталеалюминий, алдрей, сталь, бронза).

Алюминиевая проволока может быть марки АТ (твердой неотоженной) и АМ (отожженной мягкой), сплавов АН, АЖ.

Сталеалюминиевые провода изготавливаются следующих марок:

· АС, имеющие отношение сечений алюминия и стали 5÷6;

· АСО (облегченной конструкции), имеющие отношение сечений алюминия и стали 7,5÷8;

· АСУ (усиленной конструкции), имеющие отношение сечений алюминия и стали около 4,5.

Наиболее целесообразно применение проводов АСО.

Стальные провода изготавливаются следующих марок:

· ПС – провод из стальных проволок;

· ПСТ – провод из стальной оцинкованной проволоки.

Кроме того, изготавливаются специальные алюминиевые и сталеалюминиевые провода с защитой от коррозии для прокладки на побережьях морей, соленых озер, в промышленных районах и районах засоленных песков - АКП, АСКС, АСК.

Цифра рядом с маркой провода обозначает номинальное сечение провода, например, А-50 обозначает алюминиевый провод сечением 50 мм². Номинальным сечением называется округленная величина фактического сечения провода. Цифры при марке сталеалюминиевого провода, например АС-50/8, дают номинальное сечение алюминиевой части провода и стальной, соответственно. В электрических расчетах учитывается проводимость только алюминиевой части провода.

Основное применение в воздушных линиях нашли сталеалюминиевые провода марки АС (рисунок 7.2).

а – со стальным тросовым сердечником; б – с биметаллическими усиливающими проволоками; 1 – алюминий; 2 – сталь Рисунок 7.2 – Конструкция сталеалюминиевых проводов

Принята следующая шкала номинальных сечений неизолированных проводов: 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400; 500; 600; 700 мм².

В настоящее время освоено производство новых сталеалюминиевых проводов со сниженным сопротивлением переменному току марок АСМ 300/43, АСМ 400/51 и Аса 95/16. В трехповивочном модифицированном проводе марки АСМ 400/51 увеличен диаметр алюминиевых проволок второго повива и уменьшен диаметр проволок третьего повива, вследствие чего происходит компенсация магнитного потока в стальном сердечнике и уменьшается сопротивление провода. В проводах марки Аса используется сердечник из немагнитной или маломагнитной азотосодержащей стали. Применение сталеалюминиевых проводов марок АСМ и Аса позволяют сократить потери электроэнергии на воздушных линиях на 2÷13%.

Использование на воздушных линиях среднего класса напряжения вместо оголенных проводов изолированных проводов позволило значительно повысить надежность таких сетей.

В одножильном проводе СИП-3 токопроводящая жила выполнена из уплотненного сплава или из уплотненной сталеалюминиевой конструкции проволок и имеет изоляционный покров из сшитого светостабилизированного полиэтилена. Одинарный провод марки ПЗВ имеет уплотненную жилу из проволок алюминиевого сплава или алюминиевых проволок, упрочненных стальными оцинкованными проволоками. Изоляция провода состоит из двух слоев сшитого полиэтилена: нижнего слоя из чистого изоляционного и верхнего слоя из стойкого полиэтилена. Провод марки ПЗВГ (в грозозащитном исполнении) имеет такую же жилу, как и провод ПЗВ, но изоляция состоит из трех слоев: первый слой – электропроводящий сшитый полиэтилен, второй слой – чистый изоляционный сшитый полиэтилен и третий слой – трекингостойкий стойкий полиэтилен.

Конструкция изолированных проводов показана на рисунке 7.3.

до 20 кВ 35 кВ 35 кВ

Рисунок 7.3 – Изолированные провода

Над проводами воздушных линий 110 кВ и выше на железобетонных и металлических опорах для защиты их от атмосферных перенапряжений подвешиваются стальные грозозащитные тросы. Линии 20÷35 кВ снабжают молниезащитными тросами на подходах к подстанциям. Обычно используют тросы из оцинкованных проводов. При подвеске на изоляторах тросы могут быть использованы в качестве проводов связи.

На ВЛ напряжением 35 кВ применяют тросы сечением 35 мм², для 110 кВ - 50 мм², для 220 кВ и выше - 70 мм².

На линиях напряжением 220 кВ и выше применяют расщепление проводов — подвешивают несколько проводов в фазе. Этим достигается уменьшение напряженности электрического поля около проводов и ослабление ионизации воздуха (короны). Расстояние между проводами расщепленной фазы составляет около 40 см. Для фиксирования проводов расщепленной фазы относительно друг друга вдоль линии устанавливают специальные распорки между проводами.

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 называют вибрацией.

Обычно вибрация проводов наблюдается при скоростях ветра 0,6÷12 м/с, при дальнейшем увеличении скорости ветра амплитуда вибраций значительно уменьшается. 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 из-за повышения механического напряжения. Возникают переменные напряжения от периодических изгибов проволок в результате вибрации и сохраняются в подвешенном проводе основные растягивающие напряжения.

В пролетах 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 напряжения в проводах. На ВЛ напряжением 35÷220 кВ и выше защиту от вибрации выполняют с помощью виброгасителей, подвешенных на стальном тросе и поглощающих энергию вибрирующих проводов с уменьшением амплитуды вибрации около зажимов.

При наличии гололеда наблюдается так называемая пляска проводов, которая, так же как и вибрация, возникает из-за ветра, но отличается большей амплитудой, достигающей 12÷14 м, и большей длиной волны (с одной и двумя полуволнами в пролете). В плоскости, перпендикулярной оси ВЛ, провод движется при пляске по вытянутому эллипсу, большая ось которого вертикальна или отклонена под небольшим углом (до 10 ÷ 20⁰) от вертикали.

Электрический ток, проходя по проводам ВЛ, выделяет тепло и нагревает провод. Под влиянием нагрева провода происходит:

· удлинение провода, увеличение стрелы провеса;

· изменение натяжения провода и его способности нести механическую нагрузку;

· изменение сопротивления провода и потерь электрической мощности и энергии.

Все условия могут меняться при наличии постоянства параметров окружающей среды или при совместном воздействии на работу провода ВЛ. При эксплуатации ВЛ считают, что при номинальном токе нагрузки температура провода находится в пределах 60÷70⁰ С и определяется 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 +40⁰ до -40⁰ 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÷40⁰С) и незначительных скоростях ветра (1 ÷ 5 м/с) тепловые потери составляют 75÷200 Вт/м.

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

Дата добавления: 2014-01-04