Трансформаторы осуществляют непосредственное преобразование электроэнергии - изменение величины напряжения. Распределительные устройства служат для приема электроэнергии со стороны питания трансформаторов (приемные распределительные устройства) и для распределения электроэнергии на стороне потребителей.

В последующих главах рассматривается конструктивное выполнение основных элементов систем электроснабжения, приводятся основные типы и схемы подстанций, даются основы механического расчета воздушных линий электропередачи и шинных конструкций.

1. Конструкции воздушных линий электропередачи

1.1. Общие сведения

Воздушной линией (ВЛ) называется устройство для передачи электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным с помощью изоляторов и арматуры к опорам.

На рис. 1.1 показан фрагмент ВЛ. Расстояние l между соседними опорами называется пролетом . Расстояние по вертикали между прямой линией, соединяющей точки подвеса провода, и низшей точкой его провисания называется стрелой провеса провода f п . Расстояние от низшей точки провисания провода до поверхности земли называется габаритом воздушной линии h г . В верхней части опор закрепляется грозозащитный трос.

Величина габарита линии h г регламентируется ПУЭ в зависимости от напряжения ВЛ и вида местности (населенная, ненаселенная, труднодоступная). Длина гирлянды изоляторов λ и расстояние между проводами соседних фаз h п-п определяются номинальным напряжением ВЛ. Расстояние между точками подвеса верхнего провода и троса h п-т регламентируется ПУЭ исходя из требования надежной защиты проводов ВЛ от прямых ударов молнии.

Для обеспечения экономичной и надежной передачи электроэнергии необходимы проводниковые материалы, обладающие высокой электрической проводимостью (низким сопротивлением) и высокой механической прочностью. В конструктивных элементах систем электроснабжения в качестве таких материалов используются медь, алюминий, сплавы на их основе, сталь.

Рис. 1.1. Фрагмент воздушной линии электропередачи

Медь имеет низкое сопротивление и достаточно высокую прочность. Ее удельное активное сопротивление ρ = 0,018 Ом. мм2 /м, а предельное сопротивление на разрыв - 360 МПа. Однако это дорогой и дефицитный металл. Поэтому медь применяется, как правило, для выполнения обмоток трансформаторов, реже - для жил кабелей и практически не применяется для проводов воздушных линий.

Удельное сопротивление алюминия в 1,6 раза больше, предельное сопротивление на разрыв в 2,5 раза меньше, чем у меди. Большая распространенность алюминия в природе и меньшая, чем у меди, стоимость обусловили его широкое применение для проводов ВЛ.

Сталь обладает большим сопротивлением и высокой механической прочностью. Ее удельное активное сопротивление ρ = 0,13 Ом. мм2 /м, а предельное сопротивление на разрыв - 540 МПа. Поэтому в системах электроснабжения сталь используется, в частности, для увеличения механической прочности алюминиевых проводов, изготовления опор и грозозащитных тросов воздушных линий электропередачи.

1.2. Провода и тросы воздушных линий

Провода ВЛ служат непосредственно для передачи электроэнергии и различаются по конструкции и используемому проводниковому материалу. Наиболее экономически целесообразным

материалом для проводов ВЛ является алюминий и сплавы на его основе.

Медные провода для ВЛ применяются исключительно редко и при соответствующем технико-экономическом обосновании. Медные провода используются в контактных сетях подвижного транспорта, в сетях специальных производств (шахт, рудников), иногда при прохождении ВЛ вблизи морей и некоторых химических производств.

Стальные провода для ВЛ не применяются, поскольку имеют большое активное сопротивление и подвержены коррозии. Применение стальных проводов оправдывается при выполнении особенно больших пролетов ВЛ, например при переходе ВЛ через широкие судоходные реки.

Сечения проводов соответствуют ГОСТ 839-74. Шкала номинальных сечений проводов ВЛ составляет следующий ряд, мм2 :

1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400; 500; 600; 700; 800; 1000.

По конструктивному выполнению провода ВЛ делятся: на однопроволочные;

многопроволочные из одного металла (монометаллические); многопроволочные из двух металлов; самонесущие изолированные.

Однопроволочные провода , как следует из названия, выполняют из одной проволоки (рис. 1.2,а). Такие провода выполняются небольших сечений до 10 мм2 и используются иногда для ВЛ напряжением до 1 кВ.

Многопроволочные монометаллические провода выполняются сечением более 10 мм 2 . Эти провода изготовляются свитыми из отдельных проволок. Вокруг центральной проволоки выполняется повив (ряд) из шести проволок такого же диаметра (рис. 1.2,б). Каждый последующий повив имеет на шесть проволок больше, чем предыдущий. Скрутку соседних повивов выполняют в разные стороны для предотвращения раскручивания проволок и придания проводу более круглой формы.

Количество повивов определяется сечением провода. Провода сечением до 95 мм2 выполняются с одним повивом, сечением 120… 300 мм2 - с двумя повивами, сечением 400 мм2 и более - с тремя и более повивами. Многопроволочные провода по сравнению с однопроволочными более гибкие, удобные для монтажа, надежные в эксплуатации.

Рис. 1.2. Конструкции неизолированных проводов ВЛ

Для придания проводу большей механической прочности многопроволочные провода изготовляют со стальным сердечником 1 (рис. 1.2,в,г,д). Такие провода называются сталеалюминиевыми. Сердечник выполняется из стальной оцинкованной проволоки и может быть однопроволочным (рис.1.2,в) и многопроволочным (рис. 1.2,г). Общий вид сталеалюминиевого провода большого сечения с многопроволочным стальным сердечником показан на рис. 1.2,д.

Сталеалюминиевые провода широко применяются для ВЛ напряжением выше 1 кВ. Эти провода выпускаются различных конструкций, отличающихся соотношением сечений алюминиевой и стальной частей. Для обычных сталеалюминиевых проводов это соотношение приблизительно равно шести, для проводов облегченной конструкции - восьми, для проводов усиленной конструкции - четырем. При выборе того или иного сталеалюминиевого провода учитывают внешние механические нагрузки на провод такие, как гололед и ветер.

Провода, в зависимости от используемого материала, маркируются следующим образом:

М - медный, А - алюминиевый,

АН, АЖ - из сплавов алюминия (имеют большую механическую прочность, чем провод марки А);

АС - сталеалюминиевый; АСО - сталеалюминиевый облегченной конструкции;

АСУ - сталеалюминиевый усиленной конструкции.

В цифровом обозначении провода указывается его номинальное сечение. Например, А95 это алюминиевый провод с номинальным сечением 95 мм2 . В обозначении сталеалюминиевых проводов может дополнительно указываться сечение стального сердечника. Например,

АСО240/32 - сталеалюминиевый провод облегченной конструкции с номинальным сечением алюминиевой части 240 мм2 и сечением стального сердечника 32 мм2 .

Стойкие к коррозии алюминиевые провода марки АКП и сталеалюминиевые провода марок АСКП, АСКС, АСК имеют межпроволочное пространство, заполненное нейтральной смазкой повышенной термостойкости, противодействующей появлению коррозии. У проводов АКП и АСКП такой смазкой заполнено все межпроволочное пространство, у провода АСКС - только стальной сердечник, у провода АСК стальной сердечник заполнен нейтральной смазкой и изолирован от алюминиевой части двумя полиэтиленовыми лентами. Провода АКП, АСКП, АСКС, АСК применяются для ВЛ, проходящих вблизи морей, соленых озер и химических предприятий.

Самонесущие изолированные провода (СИП) применяются для ВЛ напряжением до 20 кВ. При напряжениях до 1 кВ (рис. 1.3,а) такой провод состоит из трех фазных многопроволочных алюминиевых жил 1. Четвертая жила 2 является несущей и одновременно нулевой. Фазные жилы скручены вокруг несущей таким образом, чтобы вся механическая нагрузка воспринималась несущей жилой, изготовляемой из прочного алюминиевого сплава АВЕ.

Рис. 1.3. Самонесущие изолированные провода

Фазная изоляция 3 выполняется из термопластичного светостабилизированного или сшитого светостабилизированного полиэтилена . Благодаря своей молекулярной структуре, такая изоляция обладает очень высокими термомеханическими свойствами и большой стойкостью к воздействию солнечной радиации и атмосферы. В некоторых конструкциях СИП нулевая несущая жила выполняется с изоляцией.

Конструкция СИП для напряжений выше 1 кВ приведена на рис. 1.3,б. Такой провод выполняется однофазным и состоит из

токоведущей сталеалюминиевой жилы 1 и изоляции 2, выполненной из сшитого светостабилизированного полиэтилена.

ВЛ с СИП по сравнению с традиционными ВЛ имеют следующие преимущества:

меньшие потери напряжения (улучшение качества электроэнергии), благодаря меньшему, приблизительно в три раза, реактивному сопротивлению трехфазных СИП;

не требуют изоляторов; практически отсутствует гололедообразование;

допускают подвеску на одной опоре нескольких линий различного напряжения;

меньшие расходы на эксплуатацию, благодаря сокращению, приблизительно на 80%, объемов аварийно-восстановительных работ; возможность использования более коротких опор благодаря

меньшему допустимому расстоянию от СИП до земли; уменьшение охранной зоны, допустимых расстояний до зданий и

сооружений, ширины просеки в лесистой местности; практическое отсутствие возможности возникновения пожара в

лесистой местности при падении провода на землю; высокая надежность (5-кратное снижение числа аварий по

сравнению с традиционными ВЛ); полная защищенность проводника от воздействия влаги и

коррозии.

Стоимость ВЛ с самонесущими изолированными проводами выше, чем традиционных ВЛ.

Провода ВЛ напряжением 35 кВ и выше защищаются от прямого удара молнии грозозащитным тросом , закрепляемым в верхней части опоры (см. рис. 1.1). Грозозащитные тросы являются элементами ВЛ, аналогичными по своей конструкции многопроволочным монометаллическим проводам. Тросы выполняют из стальных оцинкованных проволок. Номинальные сечения тросов соответствуют шкале номинальных сечений проводов. Минимальное сечение грозозащитного троса 35 мм2 .

При использовании грозозащитных тросов в качестве высокочастотных каналов связи вместо стального троса используется сталеалюминиевый провод с мощным стальным сердечником, сечение которого соизмеримо или больше сечения алюминиевой части.

1.3. Опоры воздушных линий

Основное назначение опор - поддержка проводов на требуемой высоте над землей и наземными сооружениями. Опоры состоят из вертикальных стоек, траверс и фундаментов. Основными материалами, из которых изготавливаются опоры, являются древесина хвойных пород, железобетон и металл.

Опоры из древесины простые в изготовлении, транспортировке и эксплуатации, применяются для ВЛ напряжением до 220 кВ включительно в районах лесоразработок или близких к ним. Основной недостаток таких опор - подверженность древесины загниванию. Для увеличения срока службы опор древесину просушивают и пропитывают антисептиками, препятствующими развитию процесса гниения.

Вследствие ограниченной строительной длины древесины, опоры выполняют составными (рис 1.4,а). Деревянную стойку 1 сочленяют металлическими бандажами 2 с железобетонной приставкой 3. Нижняя часть приставки заглубляется в грунте. Опоры, соответствующие рис. 1.4,а, применяются на напряжение до 10 кВ включительно. На более высокие напряжения опоры из древесины выполняют П-образными (портальными). Такая опора показана на рис. 1.4,б.

Следует отметить, что в современных условиях необходимости сохранения лесов целесообразно сокращение применения опор из древесины.

Железобетонные опоры состоят из железобетонной стойки 1 и траверс 2 (рис. 1.4,в). Стойка представляет собой пустотелую конусную трубу с малым наклоном образующих конуса. Нижняя часть стойки заглубляется в грунте. Траверсы изготавливаются из стального оцинкованного проката. Эти опоры долговечнее опор из древесины, просты в обслуживании, требуют меньше металла, чем стальные опоры.

Основные недостатки опор из железобетона: большой вес, затрудняющий транспортировку опор в труднодоступные места трассы ВЛ, и относительно малая прочность бетона на изгиб.

Для увеличения прочности опор на изгиб при изготовлении железобетонной стойки используется предварительно напряженная (растянутая) стальная арматура.

Для обеспечения высокой плотности бетона при изготовлении стоек опор применяют виброуплотнение и центрифугирование бетона.

Стойки опор ВЛ напряжением до 35 кВ выполняют из вибробетона, при более высоких напряжениях - из центрифугированного бетона.

Рис. 1.4. Промежуточные опоры ВЛ

Стальные опоры обладают высокой механической прочностью и большим сроком службы. Эти опоры с помощью сварки и болтовых соединений собираются из отдельных элементов, поэтому имеется возможность создания опор практически любой конструкции (рис. 1.4,г). В отличие от опор из древесины и железобетона металлические опоры устанавливаются на железобетонных фундаментах 1.

Стальные опоры являются дорогими. Кроме того, сталь подвержена коррозии. Для увеличения срока службы опор их покрывают антикоррозийными составами и окрашивают. Очень эффективной против коррозии является горячая оцинковка стальных опор.

Опоры из алюминиевых сплавов эффективны при сооружении ВЛ в условиях труднодоступных трасс. Вследствие стойкости алюминия к коррозии, эти опоры не нуждаются в антикоррозийном покрытии. Однако высокая стоимость алюминия существенно ограничивает возможности использования таких опор.

При прохождении по определенной территории воздушная линия может менять направление, пересекать различные инженерные

сооружения и естественные преграды, подключаться к шинам распределительных устройств подстанций. На рис. 1.5 показан вид сверху фрагмента трассы ВЛ. Из этого рисунка видно, что разные опоры работают в разных условиях и, следовательно, должны иметь отличающуюся конструкцию. По конструктивному исполнению опоры делятся:

на промежуточные (опоры 2, 3, 7), устанавливаемые на прямом участке ВЛ;

угловые (опора 4), устанавливаемые на поворотах трассы ВЛ; концевые (опоры 1 и 8), устанавливаемые в начале и конце ВЛ; переходные (опоры 5 и 6), устанавливаемые в пролете

пересечения воздушной линией какого-либо инженерного сооружения, например железной дороги.

Рис. 1.5. Фрагмент трассы ВЛ

Промежуточные опоры предназначены для поддерживания проводов на прямом участке ВЛ. Провода с этими опорами не имеют жесткого соединения, так как крепятся с помощью поддерживающих гирлянд изоляторов. На эти опоры действуют силы тяжести проводов, тросов, гирлянд изоляторов, гололеда, а также ветровые нагрузки. Примеры промежуточных опор приведены на рис. 1.4.

На концевые опоры дополнительно воздействует сила тяжения Т проводов и тросов, направленная вдоль линии (рис. 1.5). На угловые опоры дополнительно воздействует сила тяжения Т проводов и тросов, направленная по биссектрисе угла поворота ВЛ.

Переходные опоры в нормальном режиме ВЛ выполняют роль промежуточных опор. Эти опоры принимают на себя тяжение проводов и тросов при их обрыве в соседних пролетах и исключают недопустимое провисание проводов в пролете пересечения.

Концевые, угловые и переходные опоры должны быть достаточно жесткими и не должны отклоняться от вертикального

положения при воздействии на них силы тяжения проводов и тросов. Такие опоры выполняются в виде жестких пространственных ферм или с применением специальных тросовых растяжек и называются анкерными опорами . Провода с анкерными опорами имеют жесткое соединение, так как крепятся с помощью натяжных гирлянд изоляторов.

Рис. 1.6. Анкерные угловые опоры ВЛ

Анкерные опоры из древесины выполняются А-образными при напряжениях до 10 кВ и АП-образными при более высоких напряжениях. Железобетонные анкерные опоры имеют специальные тросовые растяжки (рис. 1.6,а). Металлические анкерные опоры имеют более широкую базу (нижнюю часть), чем промежуточные опоры (рис. 1.6,б).

По количеству проводов, подвешиваемых на одной опоре, различают одноцепные и двухцепные опоры . На одноцепных опорах подвешивается три провода (одна трехфазная цепь), на двухцепных - шесть проводов (две трехфазных цепи). Одноцепные опоры приведены на рис. 1.4,а,б,г и рис. 1.6,а; двухцепные - на рис. 1.4,в и рис. 1.6,б.

Двухцепная опора по сравнению с двумя одноцепными является более дешевой. Надежность передачи электроэнергии по двухцепной линии несколько ниже, чем по двум одноцепным.

Опоры из древесины в двухцепном исполнении не изготовляются. Опоры ВЛ напряжением 330 кВ и выше изготовляются только в одноцепном исполнении с горизонтальным расположением проводов (рис. 1.7). Такие опоры изготовляются П- образными (портальными) или V-образными с тросовыми растяжками.

Рис. 1.7. Опоры ВЛ напряжением 330 кВ и выше

Среди опор ВЛ отдельно выделяются опоры, имеющие специальную конструкцию. Это ответвительные, повышенные и транспозиционные опоры. Ответвительные опоры предназначены для промежуточного отбора мощности от ВЛ. Повышенные опоры устанавливаются в больших пролетах, например, при переходе через широкие судоходные реки. На транспозиционных опорах осуществляется транспозиция проводов.

Несимметричное расположение проводов на опорах при большой длине ВЛ приводит к несимметрии напряжений фаз. Симметрирование фаз за счет изменения взаимного расположения проводов на опоре называется транспозицией. Транспозиция предусматривается на ВЛ напряжением 110 кВ и выше длиной более 100 км и осуществляется на специальных транспозиционных опорах. Провод каждой фазы проходит первую треть длины ВЛ на одном, вторую треть - на другом и третью - на третьем месте. Такое перемещение проводов называется полным циклом транспозиции

Какие линии электропередач бывают

Сеть линий электропередач необходима для перемещения и распределения электрической энергии: от ее источников, между населенными пунктами и конечными объектами потребления. Данные линии отличаются большим разнообразием и разделяются:

• по типу размещения проводов – воздушные (расположенные на открытом воздухе) и кабельные (закрытые в изоляцию);
• по назначению – сверхдальние, магистральные, распределительные.

Воздушные и кабельные линии электропередач обладают определенной классификацией, которая зависят от потребителя, рода тока, мощности, используемых материалов.

Воздушные линии электропередач (ВЛ)

К ним относятся линии, которые прокладываются на открытом воздухе над землей с использованием различных опор. Разделение линий электропередач важно для их выбора и обслуживания.

Различают линии:

• по роду перемещаемого тока – переменный и постоянный;
• по уровню напряжения – низковольтные (до 1000 В) и высоковольтные (более 1000 В) линии электропередач;
• по нейтрале – сети с глухозаземленной, изолированной, эффективно-заземленной нейтралью.

Переменный ток

Электрические линии, использующие для передачи переменный ток, внедряются российскими компаниями чаще всего. С их помощью происходит питание систем и перемещение энергии на различные расстояния.

Постоянный ток

Воздушные линии электропередач, обеспечивающие передачу постоянного тока, используются в России редко. Главная причина этого – высокая стоимость монтажа. Кроме опор, проводов и различных элементов для них требуется покупка дополнительного оборудования – выпрямителей и инверторов.

Поскольку большинство потребителей использует переменный ток, при обустройстве таких линий, приходится тратить дополнительный ресурс на преобразование энергии.

Устройство воздушных ЛЭП

Устройство воздушных линий электропередач включают в себя следующие элементы:

• Системы опоры или электрические столбы . Они размещаются на земле или других поверхностях и могут быть анкерными (принимают основную нагрузку), промежуточными (обычно используются для поддержания проводов в пролетах), угловыми (размещаются в местах, где линии проводов меняют направление).
• Провода. Имеют свои разновидности, могут быть выполнены из алюминия, меди.
• Траверсы. Они крепятся на опоры линий и служат основой для монтажа проводов.
• Изоляторы. С их помощью монтируются провода и изолируются друг от друга.
• Системы заземления. Наличие такой защиты необходимо в соответствии с нормами ПУЭ (правилами устройства электроустановок).
• Молниезащита. Ее использование обеспечивает защиту воздушной линии электропередач от напряжения, которое может возникнуть при попадании разряда.

Каждый элемент электрической сети играет важную роль, принимая на себя определенную нагрузку. В некоторых случаях в ней может использоваться дополнительное оборудование.

Кабельные линии электропередач

Кабельные линии электропередач под напряжением в отличие от воздушных не требуют большой свободной площади для размещения. Благодаря наличию изоляционный защиты они могут быть проложены: на территории различных предприятий, в населенных пунктах с плотной застройкой. Единственный недостаток в сравнении с ВЛ – более высокая стоимость монтажа.

Подземные и подводные

Закрытий способ позволяет размещать линии даже в самых сложных условиях – под землей и под водной поверхностью. Для их прокладки могут использоваться специальные тоннели или другие способы. При этом можно применять несколько кабелей, а также различные крепежные детали.

Около электрических сетей устанавливаются специальные охранные зоны. Согласно правилам ПУЭ они должны обеспечить безопасность и нормальные условия эксплуатации.

Прокладка по сооружениям

Прокладка высоковольтных линий электропередач с различным напряжением возможна внутри сооружений. К наиболее часто используемым конструкциям относятся:

• Тоннели. Они представляют собой отдельные помещения, внутри которых кабели располагаются по стенам или на специальных конструкциях. Такие пространства хорошо защищены и обеспечивают легкий доступ к монтажу и обслуживанию линий.
• Каналы. Это готовые конструкции из пластика, железобетонных плит и других материалов, внутри которых располагаются провода.
• Этаж или шахта. Помещения, специально приспособленные для размещения ЛЭП и возможности нахождения там человека.
• Эстакада. Они представляют собой открытые сооружения, которые прокладываются на земле, фундаменте, опорных конструкциях с прикрепленными внутри проводами. Закрытые эстакады называются галереями.
• Размещение в свободном пространстве зданий – зазоры, место под полом.
• Кабельные блок. Кабели прокладываются под землей в специальных трубах и выводятся на поверхность с помощью специальных пластиковых или бетонных колодцев.

Изоляция кабельных ЛЭП

Главным условием при выборе материалов для изоляции ЛЭП является то, что они не должны проводить ток. Обычно в устройстве кабельных линий электропередач используются следующие материалы:

• резина синтетического или природного происхождения (она отличается хорошей гибкостью, поэтому линии из такого материала легко прокладывать даже в труднодоступных местах);
• полиэтилен (достаточно устойчив к воздействию химической или другой агрессивной среды);
• ПВХ (главным преимуществом такой изоляции является доступность, хотя материал по стойкости и различным защитным свойствам уступает другим);
• фторопластовые (отличаются высокой устойчивостью к различным воздействиям);
• материалы на бумажной основе (малоустойчивы к химическим и природным воздействиям, даже при наличии пропитки защитным составом).

Кроме традиционных твердых материалов для таких линий могут применяться жидкостные изоляторы, а также специальные газы.

Классификация по назначению

Еще одной характеристикой, по которой происходит классификация линий электропередач с учетом напряжения, является их назначение. ВЛ принято делить на: сверхдальние, магистральные, распределительные. Они различаются в зависимости от мощности, типа получателя и отправителя энергии. Это могут быть крупные станции или потребители – заводы, населенные пункты.

Сверхдальние

Основным назначением данных линий является связь между различными энергетическими системами. Напряжение в данных воздушных линиях начинается от 500 кВ.

Магистральные

Данный формат ЛЭП предполагает напряжение в сети 220 и 330 кВ. Магистральные линии обеспечивают передачу энергии от электростанций до пунктов распределения. Также они могут использоваться для связи различных электростанций.

Распределительные

К виду распределительных линий относятся сети под напряжением 35, 110 и 150 кВ. С их помощью происходит перемещение электрической энергии от распределительных сетей к населенным пунктам, а также крупным предприятиям. Линии с напряжением менее 20 кВ используются, чтобы обеспечить поставку энергии конечным потребителям, в том числе для подключения электричества к участку .

Строительство и ремонт линий электропередач

Прокладка сетей высоковольтных кабельных линий электропередач и ВЛ – необходимый способ обеспечения энергией любых объектов. С их помощью осуществляется передача электроэнергии на любые расстояния.

Строительство сетей любого назначения представляет собой сложный процесс, который включает в себя несколько этапов:

• Обследование местности.
• Проектирование линий, составление сметы, технической документации.
• Подготовку территории, подбор и закупка материалов.
• Сборку опорных элементов или подготовка к установке кабеля.
• Монтаж или закладывание проводов, подвесных устройств, укрепление ЛЭП.
• Благоустройство территории и подготовка линии к запуску.
• Ввод в эксплуатацию, официальное оформление документации.

Для обеспечения эффективной работы линии требуется ее грамотное техническое обслуживание, своевременный ремонт и при необходимости реконструкция. Все подобные мероприятия должны проводиться в соответствии с ПУЭ (правилами технических установок).

Ремонт электрических линий делится на текущий и капитальный. Во время первого производится контроль за состоянием работы системы, выполняются работы по замене различных элементов. Капитальный ремонт предполагает проведение более серьезных работ, которые могут включать замену опор, перетяжку линий, замену целых участков. Все виды работ определяются в зависимости от состояния ЛЭП.

Воздушная линия электропередачи (ВЛ) – устройство, предназначенное для передачи или распределения электрической энергии по проводам с защитной изолирующей оболочкой (ВЛЗ) или неизолированным проводам (ВЛ), находящимся на открытом воздухе и прикрепленным с помощью траверс (кронштейнов), изоляторов и линейной арматуры к опорам или другим инженерным сооружениям (мостам, путепроводам). Главными элементами ВЛ являются:

• провода;
• защитные тросы;
• опора, поддерживающая провода и торосы на определенной высоте над уровнем земли или воды;
• изоляторы, изолирующие провода от тела опоры;
• линейная арматура.

За начало и за конец воздушной линии принимают линейные порталы распределительных устройств. По конструктивному устройству ВЛ делятся на одноцепные и многоценные, как правило 2-цепные.

Обычно ВЛ состоит из трех фаз, поэтому опоры одноцепных ВЛ напряжением выше 1 кВ рассчитаны на подвеску трёх фазных проводов (одной цепи) (рис. 1), на опорах двухцепных ВЛ подвешивают шесть проводов (две параллельно идущие цепи). При необходимости над фазными проводами подвешивается один или два грозозащитных троса. На опорах ВЛ распределительной сети напряжением до 1 кВ подвешивается от 5 до 12 проводов для электроснабжения различных потребителей по одной ВЛ (наружное и внутреннее освещение, электросиловое хозяйство, бытовые нагрузки). ВЛ напряжением до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью помимо фазных снабжена нулевым проводом.

Рис. 1. Фрагменты ВЛ 220 кВ: а – одноцепной; б – двухцепной

Провода воздушных линий электропередачи в основном изготавливаются из алюминия и его сплавов, в некоторых случаях из меди и ее сплавов, выполняются из холоднотянутой проволоки, обладающей достаточной механической прочностью. Однако наибольшее распространение получили многопроволочные провода из двух металлов с хорошими механическими характеристиками и относительно невысокой стоимостью. К проводам такого типа относятся сталеалюминиевые провода с отношением площадей поперечного сечения алюминиевой и стальной части от 4,0 до 8,0. Примеры расположения фазных проводов и грозозащитных тросов показаны на рис. 2, а конструктивные параметры ВЛ стандартного ряда напряжений приведены в табл. 1.

Рис. 2. : а – треугольное; б – горизонтальное; в – шестиугольное «бочкой»; г – обратной «елкой»

Таблица 1. Конструктивные параметры воздушных линий

Номинальное напряжение ВЛ, кВ	Расстояние между фазными проводами, м	Длина пролета, м	Высота	Габарит
Менее 1	0,5	40 – 50	8 – 9	6 – 7
6 – 10	1,0	50 – 80	10	6 – 7
35	3	150 – 200	12	6 – 7
110	4 – 5	170 – 250	13 – 14	6 – 7
150	5,5	200 – 280	15 – 16	7 – 8
220	7	250 – 350	25 – 30	7 – 8
330	9	300 – 400	25 – 30	7,5 – 8
500	10 – 12	350 – 450	25 – 30	8
750	14 – 16	450 – 750	30 – 41	10 – 12
1150	12 – 19	–	33 – 54	14,5 – 17,5

Для всех приведенных вариантов расположения фазных проводов на опорах характерно несимметричное расположение проводов по отношению друг к другу. Соответственно это ведет к неодинаковому реактивному сопротивлению и проводимости разных фаз, обусловленных взаимной индуктивностью между проводами линии и как следствие к несимметрии фазных напряжений и падению напряжения.

Для того чтобы сделать емкость и индуктивность всех трех фаз цепи одинаковыми, на линии электропередачи применяют транспозицию проводов, т.е. взаимно меняют их расположение друг относительно друга, при этом каждый провод фазы проходит одну треть пути (рис. 3). Одно такое тройное перемещение называется циклом транспозиции.

Рис. 3. Схема полного цикла транспозиции участков воздушной линии электропередачи : 1, 2, 3 – фазные провода

Транспозицию фазных проводов воздушной линии электропередачи с неизолированными проводами применяют на напряжение 110 кВ и выше и при протяженности линии 100 км и больше. Один из вариантов монтажа проводов на транспозиционной опоре показан на рис. 4. Следует отметить, что транспозицию токопроводящих жил иногда применяют и в КЛ, кроме того современные технологии проектирования и сооружения ВЛ позволяют технически реализовать управление параметрами линии (управляемые самокомпенсирующиеся линии и компактные воздушные линии сверхвысокого напряжения).

Рис. 4.

Провода и защитные тросы ВЛ в определенных местах должны быть жестко закреплены на натяжных изоляторах анкерных опор (концевые опоры 1 и 7, устанавливаемые в начале и конце ВЛ, как это показано на рис. 5 и натянуты до заданного тяжения. Между анкерными опорами устанавливают промежуточные опоры, необходимые для поддержания проводов и тросов, при помощи поддерживающих гирлянд изоляторов с поддерживающими зажимами, на заданной высоте (опоры 2, 3, 6), устанавливаемые на прямом участке ВЛ; угловые (опоры 4 и 5), устанавливаемые на поворотах трассы ВЛ; переходные (опоры 2 и 3), устанавливаемые в пролете пересечения воздушной линией какого-либо естественного препятствия или инженерного сооружения, например, железной дороги или шоссе.

Рис. 5.

Расстояние между анкерными опорами называют анкерным пролетом воздушной линии электропередачи (рис. 6). Горизонтальное расстояние между точками крепления провода на соседних опорах называется длиной пролета L . Эскиз пролета ВЛ показан на рис. 7. Длину пролета выбирают в основном по экономическим соображениям, кроме переходных пролетов, учитывая, как высоту опор, так и провисание проводов и тросов, а также количество опор и изоляторов по всей длине ВЛ.

Рис. 6. : 1 – поддерживающая гирлянда изоляторов; 2 – натяжная гирлянда; 3 – промежуточная опора; 4 – анкерная опора

Наименьшее расстояние по вертикали от земли до провода при его наибольшем провисании называют габаритом линии до земли – h . Габарит линии должен выдерживаться для всех номинальных напряжений с учетом опасности перекрытия воздушного промежутка между фазными проводами и наиболее высокой точкой местности. Также необходимо учитывать экологические аспекты воздействия высоких напряженностей электромагнитного поля на живые организмы и растения.

Наибольшее отклонение фазного провода f п или грозозащитного троса f т от горизонтали под действием равномерно распределенной нагрузки от собственной массы, массы гололеда и давления ветра называют стрелой провеса. Для предотвращения схлёстывания проводов стрела провеса троса выполняется меньше стрелы провеса провода на 0,5 – 1,5 м.

Конструктивные элементы ВЛ, такие как фазные провода, тросы, гирлянды изоляторов обладают значительной массой поэтому силы действующие на одну опору достигает сотен тысяч ньютон (Н). Силы тяжения на провод от веса провода, веса натяжных гирлянд изоляторов и гололедных образований направлены по нормали вниз, а силы, обусловленные ветровым напором, по нормали в сторону от вектора ветрового потока, как это показано на рис. 7.

Рис. 7.

С целью уменьшения индуктивного сопротивления и увеличения пропускной способности ВЛ дальних передач используют различные варианты компактных ЛЭП, характерной особенностью которых является уменьшенное расстояние между фазными проводами. Компактные ЛЭП имеют более узкий пространственный коридор, меньший уровень напряженности электрического поля на уровне земли и позволяют технически реализовать управление параметрами линии (управляемые самокомпенсирующиеся линии и линии с нетрадиционной конфигурацией расщепленных фаз).

2. Кабельная линия электропередачи

Кабельная линия электропередачи (КЛ) состоит из одного или нескольких кабелей и кабельной арматуры для соединения кабелей и для присоединения кабелей к электрическим аппаратам или шинам распределительных устройств.

В отличие от ВЛ кабели прокладываются не только на открытом воздухе, но и внутри помещений (рис. 8), в земле и воде. Поэтому КЛ подвержены воздействию влаги, химической агрессивности воды и почвы, механическим повреждениям при проведении земляных работ и смещении грунта во время ливневых дождей и паводков. Конструкция кабеля и сооружений для прокладки кабеля должна предусматривать защиту от указанных воздействий.

Рис. 8.

По значению номинального напряжения кабели делятся на три группы: кабели низкого напряжения (до 1 кВ), кабели среднего напряжения (6…35 кВ), кабели высокого напряжения (110 кВ и выше). По роду тока различают кабели переменного и постоянного тока.

Силовые кабели выполняются одножильными, двухжильными, трехжильными, четырехжильными и пятижильными. Одножильными выполняются кабели высокого напряжения; двухжильными – кабели постоянного тока; трехжильными – кабели среднего напряжения.

Кабели низкого напряжения выполняются с количеством жил до пяти. Такие кабели могут иметь одну, две или три фазных жилы, а также нулевую рабочую жилу N и нулевую защитную жилу РЕ или совмещенную нулевую рабочую и защитную жилу PEN .

По материалу токопроводящих жил различают кабели с алюминиевыми и медными жилами. В силу дефицитности меди наибольшее распространение получили кабели с алюминиевыми жилами. В качестве изоляционного материала используется кабельная бумага, пропитанная маслоканифольным составом, пластмасса и резина. Различают кабели с нормальной пропиткой, обедненной пропиткой и пропиткой нестекающим составом. Кабели с обедненной или нестекающей пропиткой прокладывают по трассе с большим перепадом высот или по вертикальным участкам трассы.

Кабели высокого напряжения выполняются маслонаполненными или газонаполненными. В этих кабелях бумажная изоляция заполняется маслом или газом под давлением.

Защита изоляции от высыхания и попадания воздуха и влаги обеспечивается наложением на изоляцию герметичной оболочки. Защита кабеля от возможных механических повреждений обеспечивается броней. Для защиты от агрессивности внешней среды служит наружный защитный покров.

При изучении кабельных линий целесообразно отметить сверхпроводящие кабели для линий электропередачи в основу конструкции которых положено явление сверхпроводимости. В упрощенном виде явление сверхпроводимости в металлах можно представить следующим образом. Между электронами как между одноименно заряженными частицами действуют кулоновские силы отталкивания. Однако при сверхнизких температурах для сверхпроводящих материалов (а это 27 чистых металлов и большое количество специальных сплавов и соединений) характер взаимодействия электронов между собой и с атомной решеткой существенно видоизменяется. В результате становится возможным притягивание электронов и образование так называемых электронных (куперовских) пар. Возникновение этих пар, их увеличение, образование «конденсата» электронных пар и объясняет появление сверхпроводимости. С повышением температуры часть электронов термически возбуждается и переходит в одиночное состояние. При некоторой так называемой критической температуре все электроны становятся нормальными и состояние сверхпроводимости исчезает. То же происходит и при повышении напряженности магнитного по ля . Критические температуры сверхпроводящих сплавов и соединений, используемых в технике, составляют 10 - 18 К, т.е. от –263 до –255°С.

Первые проекты, экспериментальные модели и опытные образцы таких кабелей в гибких гофрированных криостатирующих оболочках были реализованы лишь в 70-80-е годы XX века. В качестве сверхпроводника использовались ленты на основе интерметаллического соединения ниобия с оловом, охлаждаемые жидким гелием.

В 1986 г. было открыто явление высокотемпературной сверхпроводимости , и уже в начале 1987 г. были получены проводники такого рода, представляющие собой керамические материалы, критическая температура которых была повышена до 90 К. Примерный состав первого высокотемпературного сверхпроводника YBa 2 Cu 3 O 7–d (d < 0,2). Такой сверхпроводник представляет собой неупорядоченную систему мелких кристаллов, имеющих размер от 1 до 10 мкм, находящихся в слабом электрическом контакте друг с другом. К концу XX века были начаты и к этому времени достаточно продвинуты работы по созданию сверхпроводящих кабелей на основе высокотемпературных сверхпроводников. Такие кабели принципиально отличаются от своих предшественников. Жидкий азот, применяемый для охлаждения, на несколько порядков дешевле гелия, а его запасы практически безграничны. Очень важным является то, что жидкий азот при рабочих давлениях 0,8 - 1 МПа является прекрасным диэлектриком, превосходящим по своим свойствам пропиточные составы, используемые в традиционных кабелях.

Технико-экономические исследования показывают, что высокотемпературные сверхпроводящие кабели будут более эффективными по сравнению с другими видами электропередачи уже при передаваемой мощности более 0,4 - 0,6 ГВ·А в зависимости от реального объекта применения. Высокотемпературные сверхпроводящие кабели предполагается в будущем использовать в энергетике в качестве токопроводов на электростанциях мощностью свыше 0,5 ГВт, а также глубоких вводов в мегаполисы и крупные энергоемкие комплексы. При этом необходимо реально оценивать экономические аспекты и полный комплекс работ по обеспечению надежности таких кабелей в эксплуатации.

Однако следует отметить, что при строительстве новых и реконструкции старых КЛ необходимо руководствоваться положениями ПАО «Россети», согласно которым на КЛ запрещено применять:

• силовые кабели, не отвечающие действующим требованиям по пожарной безопасности и выделяющие большие концентрации токсичных продуктов при горении;
• кабели с бумажно-масляной изоляцией и маслонаполненные;
• кабели, изготовленные по технологии силанольной сшивки (силанольносшиваемые композиции содержат привитые органофункциональные силановые группы, и сшивание молекулярной цепи полиэтилена (ПЭ), приводящее к образованию пространственной структуры, в этом случае происходит за счет связи кремний-кислород-кремний (Si-O-Si), а не углерод-углерод (С-С), как это имеет место при пероксидном сшивании).

Кабельную продукцию в зависимости от конструкций подразделяют на кабели , провода и шнуры .

Кабель – полностью готовое к применению заводское электротехническое изделие, состоящее из одной или более изолированных токопроводящих жил (проводников), заключенных, как правило, в металлическую или неметаллическую оболочку, поверх которой в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может иметься соответствующий защитный покров, в состав которого может входить броня. Силовые кабели в зависимости от класса напряжения имеют от одной до пяти алюминиевых или медных жил сечением от 1,5 до 2000 мм 2 , из них сечением до 16 мм 2 – однопроволочные, свыше – многопроволочные.

Провод – одна неизолированная или одна и более изолированных жил, поверх которых в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может иметься неметаллическая оболочка, обмотка и (или) оплетка волокнистыми материалами или проволокой.

Шнур – две или более изолированных, или особо гибких жил сечением до 1,5 мм 2 , скрученных или уложенных параллельно, поверх которых в зависимости от условий прокладки и эксплуатации могут быть наложены неметаллическая оболочка и защитные покрытия.

Над беспроводным вариантом передачи электроэнергии еще в самом начале 20-го века работал выдающийся изобретатель сербского происхождения Никола Тесла, но даже спустя столетие подобные разработки масштабного промышленного применения не получили. Основным способом доставки энергии потребителю по-прежнему остаются кабельные и воздушные линии электропередач.

Линии электропередач: назначение и виды

Линия электропередачи - едва ли не самый основной компонент электрических сетей, входящий в систему энергетического оборудования и устройств, главное предназначение которой - передача электрической энергии от установок, ее производящих (электростанций), преобразующих и распределяющих (электроподстанций) к потребителям. В общих случаях так называют все электрические линии, находящиеся вне пределов перечисленных электросооружений.

Историческая справка: первая ЛЭП (постоянного тока, напряжением 2 кВ) была сооружена в Германии по проекту французского ученого Ф. Депре в 1882 году. Она имела протяженность около 57 км и соединяла города Мюнхен и Мисбах.

По способу монтажа и обустройства разделяют кабельные и воздушные линии электропередач. В последние годы, особенно для энергоснабжения мегаполисов, возводят газоизолированные линии. Их применяют для передачи высоких мощностей в условиях очень плотной застройки для экономии площади, занимаемой ЛЭП, и обеспечения экологических норм и требований.

Кабельные линии находят применение там, где обустройство воздушных затруднительно или невозможно по техническим или эстетическим параметрам. Из-за сравнительной дешевизны, лучшей ремонтопригодности (в среднем время ликвидации аварии или неисправности в 12 раз меньше) и высокой пропускной способности наиболее востребованы воздушные линии электропередачи.

Определение. Общая классификация

Электрическая воздушная линия (ВЛЭП) - совокупность устройств, расположенных на открытом воздухе и предназначенных для передачи электроэнергии. В состав воздушных линий входят провода, траверсы с изоляторами, опоры. В качестве последних в некоторых случаях могут выступать конструктивные элементы мостов, путепроводов, зданий и прочих сооружений. При возведении и эксплуатации воздушных линий электропередач и сетей также используется различная вспомогательная арматура (грозозащита, заземляющие устройства), дополнительное и сопутствующее оборудование (высокочастотной и волоконно-оптической связи, промежуточного отбора мощности) и элементы маркировки комплектующих.

По роду передаваемой энергии воздушные линии подразделяют на сети переменного и постоянного тока. Последние, ввиду определенных технических трудностей и неэффективности, широкого распространения не получили и применяются лишь для энергоснабжения специализированных потребителей: приводов постоянного тока, электролизных цехов, городских контактных сетей (электрифицированного транспорта).

По номинальному напряжению воздушные линии электропередачи принято делить на два больших класса:

1. Низковольтные, напряжением до 1 кВ. Государственными стандартами определяются четыре номинальных значения: 40, 220, 380 и 660 В.
2. Высоковольтные, свыше 1 кВ. Здесь определены двенадцать номинальных значений: среднего напряжения - от 3 до 35 кВ, высокого - от 110 до 220 кВ, сверхвысокого - 330, 500 и 700 кВ и ультравысокого - свыше 1 МВ.

Примечание: все приведенные цифры соответствуют межфазному (линейному) напряжению трехфазной сети (шести- и двенадцатифазные системы серьезного промышленного распространения не имеют).

От ГОЭЛРО до ЕЭС

Следующая классификация описывает инфраструктуру и функциональное назначение воздушных линий электропередач.

По охвату территории сети подразделяют:

• на сверхдальние (напряжение свыше 500 кВ), предназначенные для связи региональных энергетических систем;
• магистральные (220, 330 кВ), служащие для их формирования (соединения электростанций с распределительными сооружениями);
• распределительные (35 - 150 кВ), основное предназначение которых поставка электроэнергии крупным потребителям (объектам промышленности, аграрного комплекса и крупным населенным пунктам);
• подводящие или питающие (ниже 20 кВ), обеспечивающие энергоснабжение остальных потребителей (городских, промышленных и сельскохозяйственных).

Воздушные линии электропередач имеют важное значение в формировании Единой энергетической системы страны, основа которой была заложена еще при реализации плана ГОЭЛРО (Государственная электрификация России) молодой Советской республики около столетия назад для обеспечения высокого уровня надежности энергоснабжения, его отказоустойчивости.

По топологической структуре и конфигурации ВЛЭП могут быть разомкнутыми (радиальными), замкнутыми, с резервным (содержащим два и более источника) питанием.

По числу параллельных цепей, проходящих по одной трассе, линии разделяют на одно-, двух- и многоцепные (под цепью понимается полный комплект проводов трехфазной сети). Если цепи имеют различные номинальные значения напряжения, то такую ВЛЭП называют комбинированной. Цепи могут крепиться как на одной опоре, так и на разных. Естественно, в первом случае масса, габариты и сложность опоры возрастают, но сокращается охранная зона линии, что в густонаселенной местности иногда играет решающую роль при составлении проекта.

Дополнительно используют разделение воздушных линий и сетей, исходя из исполнения нейтралей (изолированная, глухозаземленная и т. д.) и режиму работы (штатный, аварийный, монтажный).

Охранная зона

Для обеспечения сохранности, нормального функционирования, удобства обслуживания и ремонта ВЛЭП, а также для предотвращения травматизма и гибели людей, вдоль трасс вводятся зоны с особым режимом использования. Таким образом, охранная зона воздушных линий электропередачи - это земельный участок и воздушное пространство над ним, заключенное между вертикальными плоскостями, стоящими на определенном расстоянии от крайних проводов. В охранных зонах запрещена работа грузоподъемной техники, строительство зданий и сооружений. Минимальное расстояние от воздушной линии электропередачи определяется номинальным напряжением.

При пересечении несудоходных водоемов, охранной зоне воздушных линий электропередач соответствуют аналогичные расстояния, а для судоходных ее размер увеличивается до 100 метров. Кроме того, руководящими указаниями определяются наименьшие удаления проводов от поверхности земли, производственных и жилых построек, деревьев. Запрещена прокладка высоковольтных трасс над крышами зданий (кроме производственных, в особо оговоренных случаях), над территориями детских учреждений, стадионов, культурно-развлекательных и торговых площадок.

Опоры - конструкции, выполненные из дерева, железобетона, металла или композитных материалов для обеспечения необходимого расстояние проводов и грозозащитных тросов от земной поверхности. Самый бюджетный вариант - деревянные стойки, используемые очень широко в прошлом веке при строительстве высоковольтных линий, - постепенно выводятся из эксплуатации, а новые почти не устанавливаются. К основным элементам опор воздушных линий электропередачи относятся:

• фундаментные основания,
• стойки,
• подкосы,
• растяжки.

Конструкции разделяют на анкерные и промежуточные. Первые устанавливают в начале и конце линии, при изменении направления трассы. Особый класс анкерных опор - переходные, используемые на пересечениях ВЛЭП с водными артериями, путепроводами и подобными объектами. Это самые массивные и высоконагруженные конструкции. В сложных случаях их высота может достигать 300 метров!

Прочность и габариты конструкции промежуточных опор, используемых только для прямых участков трасс, не столь внушительны. В зависимости от назначения, их разделяют на транспозиционные (служащие для смены месторасположения фазных проводов), перекрестные, ответвительные, пониженные и повышенные. С 1976 года все опоры были строго унифицированы, но в наши дни наблюдается процесс отхода от массового применения типовых изделий. Каждую трассу стараются максимально адаптировать к условиям рельефа, ландшафта и климата.

Главное требование к проводам ВЛЭП - высокая механическая прочность. Делятся на два класса - неизолированные и изолированные. Могут быть выполнены в виде многопроволочных и однопроволочных проводников. Последние, состоящие из одной медной или стальной жилы, применяются только для строительства трасс низкого напряжения.

Многопроволочные провода для воздушных линий электропередач могут быть выполнены из стали, сплавов на основе алюминия или чистого металла, меди (последние, вследствие высокой стоимости, на протяженных трассах, практически не используются). Наиболее распространены проводники, изготовленные из алюминия (в обозначении присутствует буква "А") или сталеалюминиевых сплавов (марка АС или АСУ (усиленные)). Конструктивно представляют собой скрученные стальные проволоки, поверх которых навиты алюминиевые жилы. Стальные, для защиты от коррозии, оцинковывают.

Выбор сечения производят в соответствии с передаваемой мощностью допустимого падения напряжения, механических характеристик. Стандартные сечения проводов, производимых в России, - 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120 и 240. Представление о минимальных сечениях проводов, применяемых для сооружения воздушных линий, можно получить из таблицы, приведенной ниже.

Ответвления выполняют чаще изолированными проводами (марки АПР, АВТ). Изделия имеют атмосферостойкое изоляционное покрытие и стальной несущий тросик. Соединения проводов в пролетах монтируют на участках, не подверженных механическим воздействиям. Сращивают их обжатием (с применением соответствующих приспособлений и материалов) либо свариванием (термитными шашками или специальным аппаратом).

В последние годы при возведении воздушных линий все чаще используют самонесущие изолированные провода. Для ВЛЭП низкого напряжения промышленностью выпускаются марки СИП-1, -2 и -4, а для линий 10-35 кВ - СИП-3.

На трассах напряжением свыше 330 кВ, для предотвращения коронных разрядов, практикуется применение расщепленной фазы - один провод большого сечения заменяется несколькими меньшими, скрепленными между собой. С ростом номинального напряжения их число увеличивается от 2 до 8.

Линейная арматура

К арматуре ВЛЭП относятся траверсы, изоляторы, зажимы и подвесы, планки и распорки, крепежные приспособления (скобы, хомуты, метизы).

Основная функция траверс - крепление проводов таким образом, чтобы обеспечить необходимое расстояние между разноименными фазами. Изделия представляют собой специальные металлоконструкции, выполненные из уголков, полосы, штырей и т. д. с окрашенной или оцинкованной поверхностью. Существует около двух десятков типоразмеров и видов траверс, весом от 10 до 50 кг (обозначаются как ТМ-1...ТМ22).

Изоляторы применяют для надежного и безопасного крепления проводов. Их подразделяют по группам, в зависимости от материала изготовления (фарфор, закаленное стекло, полимеры), функционального назначения (опорные, проходные, вводные) и способов крепления к траверсам (штыревые, стержневые и подвесные). Изоляторы изготавливают под определенное напряжение, которое обязательно указывают в буквенно-цифровой маркировке. Главные требования, предъявляемые к этому типу арматуры при устройстве воздушных линий электропередач, - механическая и электрическая прочность, теплостойкость.

Для уменьшения вибрации линии и предотвращения изломов проволок проводов применяют специальные гасящие устройства или демпфирующие петли.

Технические параметры и защита

При проектировании и монтаже воздушных линий электропередач учитывают следующие важнейшие характеристики:

• Длину промежуточного пролета (дистанцию между осями соседних стоек).
• Расстояние удаления друг от друга фазных проводников и самого нижнего - от поверхности земли (габарит линии).
• Длину гирлянды изоляторов в соответствии с номинальным напряжением.
• Полную высоту опор.

Получить представление об основных параметрах воздушных линий электропередач 10 кВ и выше можно из таблицы.

Для предупреждения повреждений воздушных линий и профилактики аварийных отключений во время грозы над фазными проводами пускают стальной или сталеалюминиевый тросовый молниеотвод, сечением 50-70 мм 2 , заземленный на опорах. Нередко его выполняют полым, и это пространство используют для организации высокочастотных каналов связи.

Защиту от возникающих при ударах молнии перенапряжений обеспечивают вентильные разрядники. В случае возникновения на проводах индуцированного грозового импульса, происходит пробой искрового промежутка, в результате которого разряд перетекает на опору, имеющую потенциал земли, не повреждая изоляции. Сопротивление опоры уменьшают, используя специальные заземляющие устройства.

Подготовка и монтаж

Технологический процесс сооружения ВЛЭП состоит из подготовительных, строительно-монтажных и пусковых работ. К первым относят закупку оборудования и материалов, железобетонных и металлических конструкций, изучение проекта, подготовку трассы и пикетаж, разработку ППЭР (плана производства электромонтажных работ).

Строительные работы включают в себя рытье котлованов, установку и сборку опор, распределение по трассе арматуры и комплектов заземления. Непосредственно монтаж воздушных линий электропередач начинают с раскатки проводов и тросов, выполнения соединений. Затем следует подъем их на опоры, натяжка, визирование стрел провеса (наибольшего расстояния между проводом и прямой линией, соединяющей точки его крепления к опорам). В завершение увязывают провода и тросы на изоляторах.

Кроме общих мер безопасности, работы на воздушных линиях электропередач подразумевают соблюдение следующих правил:

• Прекращение всех работ при приближении грозового фронта.
• Обеспечение защиты персонала от воздействия наведенных в проводах электрических потенциалов (закорачивание и заземление).
• Запрещение работы в ночное время (кроме монтажа пересечений с путепроводами, железными дорогами), гололеде, тумане, при скорости ветра более 15 м/с.

Перед вводом в эксплуатацию проверяют стрелу провеса и габариты линии, измеряют падение напряжения в соединителях, сопротивление заземляющих устройств.

Обслуживание и ремонт

По регламентам работ все воздушные линии свыше 1 кВ каждые полгода подлежат осмотру обслуживающим персоналом, инженерно-техническими работниками - 1 раз в год, на предмет следующих неисправностей:

• набросов посторонних предметов на провода;
• обрывов или перегорания отдельных фазовых проводов, нарушение регулировки стрел провеса (не должны превышать проектные более чем на 5 %);
• повреждения или перекрытия изоляторов, гирлянд, разрядников;
• разрушений опор;
• нарушений в охранной зоне (складирование посторонних предметов, нахождение негабаритной техники, сужение ширины просеки, вследствие разрастания деревьев и кустарников).

Внеочередные осмотры трассы проводят при образовании наледи, в период разлива рек, природных и техногенных пожаров, а также после автоматического отключения. Осмотры с подъемом на опоры проводят по мере надобности (минимум 1 раз в 6 лет).

В случае обнаружения нарушения целостности части проволок провода (до 17 % общего сечения), поврежденный участок восстанавливают наложением ремонтной муфты или бандажа. При больших повреждениях провод разрезают и вновь соединяют специальным зажимом.

В ходе текущего ремонта воздушной трассы выправляют покосившиеся опоры и подкосы, проверяют затяжку всех резьбовых соединений, восстанавливают защитный покрасочный слой на металлоконструкциях, нумерацию, знаки и плакаты. Замеряют сопротивление заземляющих устройств.

Капитальный ремонт воздушных линий электропередач подразумевает выполнение всех работ текущего ремонта. Помимо этого, осуществляется полная перетяжка проводов с замером переходного сопротивления соединительных муфт и проведением послеремонтных испытательных мероприятий.

Каждый из нас осознает, насколько важную роль в нашей жизни играют линии электропередачи (ЛЭП). Можно сказать, что энергия, которую они переносят, питает нашу жизнь. Практически любая работа невозможна без применения электричества.

Линии электропередачи — одна из основ энергетического комплекса

Основным преимуществом передачи именно электрической энергии является минимальное время, в течении которого приемное устройство получит питание. Это объясняется скоростью распространения электромагнитного поля и обеспечивает широкое распространение ЛЭП. Передача электроэнергии производится на достаточно большие расстояния. Это требует дополнительных ухищрений, направленных на снижение потерь.

Разновидности ЛЭП

Для удобства восприятия информации, а также для правильного документирования в области электроэнергетики, произведена классификация линий электропередачи по нескольким показателям. Вот некоторые из них.

Способ монтажа

Основным критерием, по которому классифицируют линии электропередачи, является конструктивный способ передачи энергии. Линии делят на следующие типы:

• воздушные — передача электрического тока ведется по проводам, подвешенным на специальных опорах;
• кабельные — передача электрического тока производится посредством силовых кабелей, прокладываемых в грунте, кабельной канализации или по инженерным конструкциям другого рода.

Напряжение линии

В зависимости от характеристик сети, протяженности линии, количества потребителей и их потребностей ЛЭП делятся на следующие классы по напряжению:

• низший (напряжение менее 1 кВ);
• средний (напряжение в диапазоне от 1 кВ до 35 кВ);
• высокий (напряжение в диапазоне от 110 кВ до 220 кВ);
• сверхвысокий (напряжение в диапазоне от 330 кВ до 750 кВ);
• ультравысокий (напряжение выше 750 кВ).

Вид передаваемого тока

По данному критерию ЛЭП делятся на следующие типы:

1. линии переменного тока;
2. линии постоянного тока.

Линии постоянного тока не получили широкого распространения, хоть и имеют меньшие расходы при передаче энергии на большие расстояния. Это объясняется в первую очередь высокой стоимостью оборудования.

Состав линий электропередачи

Состав кабельной и воздушной линий различны. Для дифференциации рассмотрим каждый вид ЛЭП отдельно.

Составляющие воздушной линии электропередачи

ВЛ в своем составе имеют множество устройств и конструкций. Перечислим основные из них:

1. опоры;
2. арматура и изоляторы;
3. устройства заземления;
4. провода и тросы;
5. разрядные устройства;
6. маркеры для обозначения проводов;
7. подстанции.

Помимо прямого назначения воздушные линии используются в качестве инженерных конструкций для подвеса волоконно-оптического кабеля связи. В связи с этим на некоторых линиях количество составляющих элементов постоянно растет.

Составляющие кабельной линии электропередачи

Кабельные линии применяются для передачи электрической энергии в местах, недоступных для подвеса по опорам ВЛ. В состав входит силовой кабель и узлы ввода на подстанции и к конечным потребителям.

Обоснование высокого напряжения

Потребителям принято доставлять электрический ток напряжением 220 и 380 вольт. Однако в условиях протяженных линий это не выгодно, так как потери на участках длиной более 2 км могут быть несопоставимы с необходимой потребляемой мощностью.

В целях снижения потерь на больших расстояниях повышают мощность и передают ток высокого напряжения. Для этого перед передачей используют повышающие подстанции, а перед потребителем ставят понижающие трансформаторы. Таким образом, линия передачи выглядит следующим образом:

Структурная схема ЛЭП