Воздушные линии электропередачи

ПРИНЦИПЫ КОНСТРУКТИВНОГО ИСПОЛНЕНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Линии электропередачи выполняются преимущественно воздушными и кабельны­ми. На энергоемких предприятиях применяют также токопроводы, на генератор­ном напряжении электростанций — шинопроводы; в производственных и жилых зданиях — внутренние проводки.

Выбор типа ЛЭП, ее конструктивного исполнения определяется назначени­ем линии, местом расположения (прокладки) и, соответственно, ее номинальным напряжением, передаваемой мощностью, дальностью электропередачи, площадью и стоимостью занимаемой (отчуждаемой) территории, климатическими условия­ми, требованиями электробезопасности и технической эстетики и рядом других факторов и, в конечном итоге, экономической целесообразностью передачи элек­трической энергии. Указанный выбор производится на стадиях принятия проект­ных решений

Наиболее распространены на всех ступенях системы электроснабжения воз­душные линии ввиду их относительно малой стоимости. По этой причине приме­нение ВЛ должно рассматриваться в первую очередь.

Воздушными называются линии, предназначенные для передачи и распре­деления ЭЭ по проводам, расположенным на открытом воздухе и поддерживае­мым с помощью опор и изоляторов. Воздушные ЛЭП сооружаются и эксплуати­руются в самых разнообразных климатических условиях и географических районах подвержены атмосферному воздействию (ветер, гололед, дождь, изменение температуры). В связи с этим ВЛ должны сооружаться с учетом атмосферных яв­лений, загрязнения воздуха, условий прокладки (слабозаселенная местность, тер­ритория города, предприятия) и др. Поэтому материа­лы и конструкции линий должны удовлетворять ряду требований: эконо­мически приемлемая стоимость, хорошая электропроводность и достаточная ме­ханическая прочность материалов проводов и тросов, стойкость их к коррозии, химическим воздействиям; линии должны быть электрически и экологически безопасны, занимать минимальную территорию.

Конструктивное исполнение воздушных линий. Основными конструк­тивными элементами ВЛ являются опоры, провода, грозозащитные тросы, изоля­торы и линейная арматура.

По конструктивному исполнению опор наиболее распространены одно- и двухцепные ВЛ. На трассе линии могут сооружаться до четырех цепей. Трасса линии — полоса земли, на которой сооружается линия. Одна цепь высоковольт­ной ВЛ объединяет три провода (комплекта проводов) трехфазной линии, в низ­ковольтной — от трех до пяти проводов. В целом конструктивная часть ВЛ (рис. 1.18) характеризуется типом опор, длинами пролетов, габаритными размерами, конструкцией фаз, количеством изоляторов.

 

Рис. 1.18. Конструкционная схема одноцепной воздушной линии: а) 1—анкерная опора; 2 — промежуточная опора; б) основные характеристики габаритного пролета ВЛ

Длины пролетов l ВЛ – это расстояние между двумя соседними опорами. выбирают по экономическим соображениям, т. к. с увеличе­нием длины пролета возрастает провис проводов f (стрела провеса), необходимо увеличить высоту опор Н, чтобы не нарушить допустимый габарит линии h (рис. 1.18, б), при этом уменьшится количество опор и изоляторов на линии. Габарит линии h —наименьшее расстояние от нижней точки провода до земли (воды, полотна дорога) — должен быть таким, чтобы обеспечить безопасность движения людей и транспорта под линией. Это расстояние за­висит от номинального напряжения линии и условий местности (населенная, ненасе­ленная). Расстояние между соседними фазами линии зависит главным образом от ее номинального напряжения. Конструкция фазы ВЛ в основном определяется количеством проводов в фазе. Если фаза выполнена несколькими проводами, она называется расщепленной. Расщеп­ленными выполняют фазы ВЛ высокого и сверхвысокого напряжения. При этом в одной фазе используют два провода при 330 (220) кВ, три – при 500 кВ, четыре-пять – при 750 кВ, восемь-двенадцать – при 1150 кВ.

А. Опоры воздушных линий. Опоры ВЛ – конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой или каким-либо инженерным сооружением. Кроме того, на опорах в необходимых случаях подвешивают стальные заземленные тросы для защиты проводов от прямых ударов молнии и связанных с этим перенапряжений.

Типы и конструкции опор разнообразны. В зависимости от назначения и размеще­ния на трассе ВЛ они подразделяются на промежуточные и анкерные. Отличаются опоры материалом, исполнением и способом крепления, подвязки проводов. В зависимости от материала они бывают деревянные, железобетонные и металлические.

Промежуточные опоры наиболее простые, служат для поддерживания проводов на прямых участках линии. Они встречаются наиболее часто; доля их в среднем состав­ляет 80—90 % общего числа опор ВЛ. Провода к ним крепят с помощью поддерживаю­щих (подвесных) гирлянд изоляторов или штыревых изоляторов. Промежуточные опоры в нормальном режиме испытывают нагрузку в основном от собственного веса проводов, тросов и изоляторов, подвесные гирлянды изоляторов свисают вертикально.

Анкерные опоры устанавливают в местах жесткого крепления проводов; они делят­ся на концевые, угловые, промежуточные и специальные. Анкерные опоры, рассчитанные на продольные и поперечные составляющие тяжения проводов (натяжные гирлянды изо­ляторов расположены горизонтально), испытывают наибольшие нагрузки поэтому они значительно сложнее и дороже промежуточных; число их на каждой линии должно быть минимальным. В частности, концевые и угловые опоры, устанавливаемые в конце или на повороте линии, испытывают постоянное тяжение проводов и тросов: одностороннее или по равнодействующей угла поворота; промежуточные анкерные, устанавливаемые на про­тяженных прямых участках, также рассчитываются на одностороннее тяжение, которое может возникнуть при обрыве части проводов в примыкающем к опоре пролете.

(Тяжением провода называется усилие, направленное по оси подвешенного провода).

Специальные опоры бывают следующих типов: переходные — для больших проле­тов пересечения рек, ущелий; ответвительные — для выполнения ответвлений от основной линии; транспозиционные —для изменения порядка расположения проводов на опоре.

Наряду с назначением (типом) конструкция опоры определяется количест­вом цепей ВЛ и взаимным расположением проводов (фаз). Опоры (и линии) вы­полняются в одно- или двухцепном варианте, при этом провода на опорах могут размещаться треугольником, горизонтально, обратной «елкой» и шестиугольни­ком, или «бочкой» (ЛАБ) (рис. 1.19).

Рис. 1.19. Расположение проводов и тросов на опорах: а, б — треугольное; в — горизонтальное; г — обратной елкой; д — шестиугольное «бочкой»

Несимметричное расположение фазных проводов по отношению друг к другу (рис. 1.19) обуславливают неодинаковость индуктивностей и емкостей разных фаз. Для обеспечения симметрии трехфазной системы и выравнивания по фа­зам реактивных параметров на длинных линиях (более 100 км) на­пряжением 110 кВ и выше осуществляют перестановку (транспозицию) проводов в цепи с помощью соответствующих опор. При полном цикле транспозиции каж­дый провод (фаза) равномерно по длине линии занимает последовательно поло­жение всех трех фаз на опоре (рис. 1.20).

Деревянные опоры (рис. 1.21) изготавливают из сосны или лиственницы и при­меняют на линиях напряжением до 110 кВ в лесных районах, но все реже.

Основными элементами опор являются пасынки (приставки) 1, стойки 2, траверсы 3, раскосы 4, подтраверсные брусья 6 и ригели 5. Опоры просты в изготовлении, дешевы, удобны в транспортировке. Основной их недостаток — недолговечность из-за гниения древе­сины, несмотря на ее обработку антисептиком. Применение железобетонных пасын­ков (приставок) увеличивает срок службы опор до 20—25 лет.

Рис. 1.20. Схема транспозиции проводов.

Железобетонные опоры (рис. 1.22) наиболее широко применяются на лини­ях напряжением до 750 кВ. Они могут быть свободностоящими (промежуточны­ми) и с оттяжками (анкерными). Железобетонные опоры долговечнее деревянных, просты в эксплуатации, дешевле металлических.

Металлические (стальные) опоры (рис. 1.23) применяют на линиях напря­жением 35 кВ и выше. К основным элементам относятся стойки 1, траверсы 2, тросостойки 3, оттяжки 4 и фундамент 5.

Они прочны и надежны, но достаточно металлоемкие, занимают большую площадь, требуют для установки сооружения специальных железобетонных фундаментов и в процессе эксплуатации должны окрашиваться для предохранения от коррозии.

Металлические опоры используются в тех случаях, когда технически слож­но и неэкономично сооружать ВЛ на деревянных и железобетонных опорах (пе­реходы через реки, ущелья, выполнение отпаек от ВЛ и т. п.).

В настоящее время разработаны унифицированные металлические и железобетонные опоры различных типов для ВЛ всех напряжений, что позволяет серийно их про­изводить, ускорять и удешевлять сооружение линий.

Рис. 1.21. Применение деревянных опор и тип опоры: а — промежуточная 0,38—ЮкВ;

б — промежуточная на 0,38—35 кВ; в — угловая промежуточная на 6—35 кВ; г—промежуточная на 35 кВ; д — промежуточная свободно стоящая на 35—220 Кв

 

Рис. 1.22. Применение железобетонных опор на ВЛ и тип опор:

а — промежуточная 6—10 кВ; б — угловая промежуточная на 6—35 кВ;

в — анкерно-угловая одноцепная на оттяжках на 35—220 кВ; г — промежуточная двух-

цепная на 110—220 кВ; д — промежуточная одноцепная портальная на 330—500 кВ

 

Рис. 1.23. Применение металлических опор на ВЛ и тип опоры:

а — промежуточная одноцепная башенного типа на 35—330 кВ;

б—промежуточная двухцепная башенного типа на 35—330 кВ;

в — промежуточная одноцепная на оттяжках на 110—330 кВ;

г — промежуточная портальная на оттяжках на 330—500 кВ;

д — промежуточная свободно стоящая (типа «рюмка») на 500—750 кВ;

е — промежуточная на оттяжках типа «набла» на 750 кВ

Б. Провода воздушных линий. Провода предназначены для передачи элек­троэнергии. Наряду с хорошей электропроводностью (возможно меньшим элек­трическим сопротивлением), достаточной механической прочностью и устойчи­востью против коррозии, они должны удовлетворять условиям экономичности. С этой целью применяют провода из наиболее дешевых металлов — алюминия, ста­ли, специальных сплавов алюминия. Хотя медь обладает наибольшей проводимо­стью, медные провода из-за высокой стоимости и необходимости для других це­лей в новых линиях не используются. Их использование допускается в контакт­ных сетях, в сетях горных предприятий.

На ВЛ применяются преимущественно неизолированные (голые) провода. По конструктивному исполнению провода могут быть одно - и многопроволочны­ми полыми (рис 1.24). Однопроволочные, преимущественно стальные провода используются ограничено в низковольтных сетях. Для придания им гибкости и большей механической прочности провода изготавливают многопроволочными из одного металла (алюминия или стали) и из двух металлов (комбинированные) — алюминия и стали. Сталь в проводе увеличивает механическую прочность.

Рис. 1.24. Конструкции неизолированных проводов ВЛ:

а — однопроволочный; б — многопроволочный; в — сталеалюминиевый;

г — многопроволочный с наполнителем; д — полый

Исходя из условий механической прочности, алюминиевые провода марок А и АКП (рис. 1.24) применяют на ВЛ напряжением до 35 кВ. Воздушные линии 6—35 кВ могут также выполнятся сталеалюминиевыми проводами, а выше 35 кВ линии монтируются исключительно сталеалюминиевыми проводами. Сталеалю-миниевые провода имеют вокруг стального сердечника повивы из алюминиевых проволок. Площадь сечения стальной части обычно в 4 —8 раз меньше алюминие­вой, но сталь воспринимает около 30—40 % всей механической нагрузки; такие провода используются на линиях с длинными пролетами и на территориях с более тяжелыми климатическими условиями (с большей толщиной стенки гололеда). В марке сталеалюминиевых проводов указывается сечение алюминиевой и стальной части, например, АС 70/11, а также данные об антикоррозийной защите.

Напри­мер, АСКС, АСКП — такие же провода, как и АС, но с заполнителем сердечника (С) или всего провода (П) антикоррозийной смазкой; АСК — такой же провод, как и АС, но с сердечником, покрытым полиэтиленовой пленкой. Провода с анти­коррозийной защитой применяются в районах, где воздух загрязнен примесями, действующими разрушающе на алюминий и сталь. Площади сечения проводов нормированы государственным стандартом (см. приложения П 1.2—П 1.11).

Повышение диаметров проводов при неизменности расходования провод­никового материала может осуществляться применением проводов с наполните­лем из диэлектрика и полых проводов (рис. 1.24, г, д). Такое использование сни­жает потери на коронирование. Полые провода используются глав­ным образом для ошиновки распределительных устройств 220 кВ и выше.

Провода из сплавов алюминия (АН — нетермообработанные, АЖ — тсрмообработанные) имеют б о льшую по сравнению с алюминиевыми механиче­скую прочность и практически такую же электрическую проводимость. Они ис­пользуются на ВЛ напряжением выше 1 кВ в районах с толщенной стенки голо­леда до 20 мм.

Все большее применение находят ВЛ с самонесущими изолированными проводами напряжением 0,38—10 кВ (табл. П 1.2). В линиях напряжением 380/220 В провода состоят из несущего изолированного или неизолированного провода, являющегося нулевым, трех изолированных фазных проводов, одного изолированного провода (любой фазы) наружного освещения. Фазные изолиро­ванные провода навиты вокруг несущего нулевого провода (рис. 1.25). Несущий провод является сталеалюминиевым, а фазные — алюминиевыми. Последние по­крыты светостойким термостабилизированным (сшитым) полиэтиленом (провод типа АПВ). К преимуществам ВЛ с изолированными проводами перед линиями с голыми проводами можно отнести отсутствия изоляторов на опорах, максималь­ное использование высоты опоры для подвески проводов; нет необходимости в обрезке деревьев в зоне прохождения линии.

   

 

Рис. 1.25. Конструктивное исполнение самонесущего изолированного провода

В. Грозозащитные тросы наряду с искровыми промежутками, разрядниками, ограничителями напряжений и устройствами заземления служат для защиты ли­нии от атмосферных перенапряжений (грозовых разрядов). Тросы подвешивают над фазными проводами (рис. 1.19) на ВЛ напряжением 35 кВ и выше в зависимо­сти от района по грозовой деятельности и материала опор, что регламентируется Правилами устройств электроустановок (ПУЭ). В качестве грозозащитных проводов обычно применяют стальные оцинкованные канаты.(марок С 35, С 50 и С 70), а при использовании тросов для высокочастотной связи — сталеалюминевые провода. Крепление тросов на всех опорах ВЛ напряжением 220—750 кВ должно быть выполнено при помощи изолятора, шунтированного искровым про­межутком. На линиях 35-110 кВ крепление тросов к металлическим и железобе­тонным промежуточным опорам осуществляется без изоляции троса.

Г. Изоляторы воздушных линий. Изоляторы предназначены для изоляции и крепления проводов. Изготавливаются они из фарфора и 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 рассыпается. Это облегчает нахождение поврежденных изоляторов на линии.

Рис. 1.26. Изоляторы воздушных линий: а — штыревой 6—10 кВ; б — штыревой 35 кВ; в — подвесной; г, д — стержневые полимерные

По конструкции, способу закрепления на опоре изоляторы разделяют на штыревые и подвесные. Штыревые изоляторы (рис. 1.26, а, 6) применяются для линий напряжением до 10 кВ и редко (для малых сечений) — 35 кВ. Они крепятся к опорам при помощи крюков или штырей. Подвесные изоляторы (рис. 1.26, 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. Изоляторы собираются в гирлянды (рис. 1.27, г): поддерживающие на промежуточных опорах и натяжные на анкерных. Количест­во изоляторов в гирлянде зависит от напряжения, типа и материала опор, загряз­ненности атмосферы. Например, в линии 35 кВ — 3—4 изолятора, 220 кВ — 12— 14; на линиях с деревянными опорами, обладающих повышенной грозоупорно-стью, количество изоляторов в гирлянде на один меньше, чем на линиях с метал­лическими опорами; в натяжных гирляндах, работающих в наиболее тяжелых ус­ловиях, устанавливают на 1—2 изолятора больше, чем в поддерживающих.

Разработаны и проходят опытную промышленную проверку изоляторы с использованием полимерных материалов (рис. 1.26, г, д). Они представляют со­бой стержневой элемент из стеклопластика, защищенный покрытием с ребрами из фторопласта или кремнеорганической резины. Стержневые изоляторы по сравнепню с подвесными имеют меньший все и стоимость, более высокую механиче­скую прочность, чем из закаленного стекла. Основная проблема — обеспечить возможность их длительной (более 30 лет) работы.

Д. Линейная арматура предназначена для закрепления проводов к изолято­рам и тросов к опорам и содержит следующие основные элементы: зажимы, со­единители, дистанционные распорки и др. (ЛАБ.) (рис. 1.27). Поддерживающие зажимы применяют для подвески и закрепления проводов ВЛ на промежуточных опорах с ограниченной жесткостью заделки (рис. 1.27, а). На анкерных опорах для жестко­го крепления проводов используют натяжные гирлянды и зажимы — натяжные и клиновые (рис. 1.27, б, в). Сцепная арматура (серьги, ушки, скобы, коромысла) предназначена для подвески гирлянд на опорах. Поддерживающая гирлянда (рис. 1.27, г) закрепляется на траверсе промежуточной опоры с помощью серьги 1, вставляемой другой стороной в шапку верхнего подвесного изолятора 2. Ушко 3 используется для прикрепления к нижнему изолятору гирлянды поддерживающе­го зажима 4. Дистанционные распорки (рис. 1.27, д), устанавливаемые в пролетах линий 330 кВ и выше с расщепленными фазами, предотвращают схлестывание, соударения и закручивание отдельных проводов фаз. Соединители применяются для соединения отдельных участков провода с помощью овальных или прессую­щих соединителей (рис. 1.27, е, ж). В овальных соединителях провода либо скру­чиваются, либо обжимаются; в прессуемых соединителях, применяемых для со­единения сталеалюминиевых проводов больших сечений, стальная и алюминие­вые части опрессовываются отдельно.

Результатом развития техники передачи ЭЭ на дальние расстояния являют­ся различные варианты компактных ЛЭП, характеризующиеся меньшим расстоя­нием между фазами и, как следствие, меньшими индуктивными сопротивлениями и шириной трассы линии (рис. 1.28). При использовании опор «охватывающего типа» (рис. 1.28, а) уменьшение расстояния достигается за счет расположения всех фазных расщепленных конструкций внутри «охватывающего портала» или по одну сторону от стойки опор (рис. 1.28, б). Сближение фаз обеспечивается с помощью междуфазных изоляционных распорок. Предложены различные вариан­ты компактных линий с нетрадиционными схемами расположения проводов рас­щепленных фаз (рис. 1.28, в—и). Кроме уменьшения ширины трассы на единицу передаваемой мощности, компактные линии могут быть созданы для пе­редачи повышенных мощностей (до 8—10 ГВт); такие линии вызывают меньшую напряженность электрического поля на уровне земли и обладают рядом других технических достоинств.

К компактным линиям относятся также управляемые самокомпенсирующиеся линии и управляемые линии с нетрадиционной конфигурацией расщеплен­ных фаз. Они представляют собой двухцепные линии, в которых попарно сдвину­ты одноименные фазы разных цепей. При этом к цепям подводятся напряжения, сдвинутые на определенный угол. За счет режимного изменения с помощью специальных устройств угла фазового сдвига осуществляется управление параметрами линий.

Рис. 1.27. Линейная арматура воздушных линий: а — поддерживающий зажим;

б — болтовой натяжной зажим; я — прессуемый (клиновой) болтовой зажим;

г — поддерживающая гирлянда изоляторов; д — дистанционная распорка;

е — овальный соединитель; ж — прессуемый соединитель

Рис. 1.28. Расположение проводов фаз компактных линий электропередачи: а — на опоре «охватывающего типа»; б — на двухцепной линии с междуфазовы­ми изоляционными распорками; в — плоское; г — параболическое; д — плоско­треугольное; е — коаксиальное двухсегментное; ж — коаксиальное четырехсигментное; з — двойное коаксиальное; и — коаксиальное

Дата добавления: 2014-01-07