Конструкции линий
электрических сетей.
Воздушные линии
электропередач (ВЛ) предназначены для передачи
электроэнергии на расстояние по проводам. Основными конструктивными элементами ВЛ являются провода, тросы, опоры, изоляторы и линейная
арматура. Провода служат для передачи электроэнергии. В верхней части опор над
проводами для защиты ВЛ от грозовых перенапряжений
монтируют грозозащитные тросы [1,2,3].
Опоры
поддерживают провода и тросы на определенной высоте над уровнем земли или воды.
Изоляторы изолируют провода от опоры. С помощью линейной арматуры провода
закрепляются на изоляторах, а изоляторы на опорах.
В некоторых
случаях провода ВЛ с помощью изоляторов и линейной
арматуры прикрепляются к кронштейнам инженерных сооружений.
Наибольшее
распространение получили одно- и двухцепные
ВЛ. Одна цепь трехфазной ВЛ состоит из проводов разных фаз. Две цепи могут
располагаться на одних и тех же опорах.
В целом
конструктивная часть ВЛ характеризуется типом опор,
длинами пролетов, габаритными размерами, конструкцией фаз, количеством
изоляторов.
Длины пролетов ВЛ выбирают по экономическим соображениям, т.к. с
увеличением длины пролета возрастает провис проводов, необходимо увеличивать
высоту опор H,
чтобы не нарушать допустимый габарит линии, при этом уменьшится количество опор
и изоляторов на линии.
Габарит линии -
наименьшее расстояние от нижней точки провода до земли должно быть таким, чтобы
обеспечить безопасность движения людей и транспорта под линией. Это расстояние
зависит от номинального напряжения линии и условий местности (рис.4.1).
На работу
конструктивной части ВЛ оказывают воздействие
механические нагрузки от собственного веса проводов и тросов, от гололедных
образований на проводах, тросах и опорах, от давления ветра, а также из-за
изменений температуры воздуха. Из-за воздействия ветра возникает вибрация
проводов (колебания с высокой частотой и незначительной амплитудой), а также
пляска проводов (колебания с малой частотой и большой амплитудой). Указанные
выше механические нагрузки, вибрация и пляска проводов могут приводить к обрыву
проводов, поломке опор, схлестыванию проводов либо сокращению их изоляционных
промежутков, что может привести к пробою или перекрытию изоляции. На
повреждаемость ВЛ влияет и загрязнение воздуха.
Рис.4.1.
Основные характеристики габаритного пролета ВЛ.
где H – высота опоры, h – габаритное расстояние провода до
земли, f – стрела провеса
провода; l – длина пролета.
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 провода. 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.
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.
Рис.4.2.
Промежуточная металлическая опора одноцепной
линии:
1- провода;
2 – изоляторы; 3 – грозозащитный трос; 4 – тросостойка;
5 – траверсы опоры; 6 – стойка опоры; 7 – фундамент опоры.
4.2.
Провода
воздушной линии электропередач.
На воздушных
линиях применяются неизолированные провода, т.е. без изолирующих покровов. Эти
провода изготавливают из меди, алюминия и стали без изолирующих покровов. Их
применяют главным образом в воздушных сетях, где они подвешиваются к
специальным опорам с помощью арматуры и изоляторов, но иногда и во внутренних
сетях.
Медь обладает
наименьшим удельным электрическим сопротивлением 18 Ом×мм2/км при 20°C. Медь по сравнению с
алюминием является более дорогим и дефицитным металлом, поэтому в настоящее
время новых воздушных линий с медными проводами не сооружают.
Алюминий
обладает в 1,6 раза большим удельным электрическим сопротивлением 29,5 Ом×мм2/км при 20°C.
Сталь обладает
значительно более высоким удельным сопротивлением, которое зависит от ее сорта,
способа изготовления провода и от величины тока, проходящего по нему. Для
предотвращения окисления стальные провода оцинковываются. Стальные провода
применяют редко при сравнительно малых нагрузках, характерных для сельских сетей.
В отдельных случаях вследствие высокой механической прочности стальные провода
применяют при выполнении переходов воздушных линий через широкие реки и другие
препятствия.
По
конструктивному выполнению различают однопроволочные и многопроволочные провода.
Последние часто бывают комбинированными – из алюминия и стали. На линиях иногда
применяют расщепление проводов: подвешивают одновременно по несколько проводов
на фазу.
Однопроволочный
провод состоит из одной круглой проволоки. Многопроволочный провод свивается из
отдельных круглых проволок диаметром 2-
Однопроволочные
провода дешевле многопроволочных, однако, они мене
гибки и имеют меньшую механическую прочность.
В
сталеалюминиевых проводах внутреннюю жилу (сердечник провода) выполняют из
стали, а верхние из алюминия. Стальной сердечник предназначен для увеличения
механической прочности провода; алюминий является токопроводящей частью. Хотя
сечение стальной части в среднем в 5 раз меньше сечения алюминиевой части,
стальная часть воспринимает около 40% всей механической нагрузки.
Сталеалюминиевые провода широко применяют в сетях напряжением 35 кВ и выше.
В марке провода
буквой отмечается его материал: алюминиевые А,
сталеалюминиевые АС, стальные однопроволочные ПСО, стальные многопроволочные
провода ПС. В обозначении марки провода вводится номинальное сечение
алюминиевой части провода и сечение стального сердечника, например АС-120/19.
Провода
воздушных линий соединяют при помощи специальных зажимов путем обжатия или опрессования. Концы проводов соединяют термитной сваркой.
Посредством термитной сварки создают цельнометаллическое соединение, не
изменяющее с течением времени своих электрических характеристик и имеющее
хорошие механические характеристики.
Изолированные
провода имеют внешние изолирующие, а иногда и защитные покровы. Они
используются в основном для внутренних сетей. Токоведущие жилы проводов
выполняют из круглой медной или алюминиевой проволоки. Изготавливают одно-,
двух-, трех-, четырехжильные и многожильные провода.
Грозозащитные
тросы наряду с искровыми промежутками,
разрядниками, ограничителями напряжений и устройствами заземления служат для
защиты линии от атмосферных перенапряжений (грозовых разрядов).
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.
По конструкции,
способу закрепления на опоре изоляторы разделяют на штыревые и подвесные (рис.4.3 а,б,в).
Штыревые изоляторы 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 используются на ВЛ напряжением 35
кВ и выше. Изоляторы собираются в гирлянды, поддерживающие на
промежуточных опорах и натяжные – на анкерных. Количество изоляторов в
гирлянде зависит от напряжения, типа и материала опор, загрязнённости
атмосферы.
Линейная
арматура предназначена для закрепления проводов
к изоляторам и тросов к опорам и содержит следующие основные элементы: зажимы,
соединители, дистанционные распорки и др.
Рис.
4.3. Изоляторы воздушных линий: а- штыревой 6-10
кВ; б- штыревой 35 кВ; в – подвесной; г,д – стержневые полимерные
4.3.
Кабельные
линии электропередачи.
Кабельные линии
прокладывают там, где строительство ВЛ невозможно
из-за стесненной территории, неприемлемо условиям техники безопасности,
нецелесообразно по экономическим, архитектурно-планировочным показателям и
другим требованиям. Кабельная линия (КЛ) – линия, для передачи электроэнергии
состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей, выполненная каким-либо способом прокладки.
В состав КЛ
входят: кабель, соединительная и концевая муфты, строительные конструкции,
элементы крепления и др.
Рис.4.4.
Способы
прокладки кабелей и кабельные сооружения:
а
– земляная траншея; б – коллектор; в – туннель; г – канал; д
– эстакада; е – блок.
Кабелем
называют многопроволочный провод или несколько скрученных вместе взаимно
изолированных проводов (жил) при выполнении в общей герметической оболочке (рис.4.5).
Поверх оболочки могут быть наложены защитные покровы. Силовые кабели
предназначены для прокладки в земле, под водой, на открытом воздухе и внутри
помещений.
Силовые кабели
напряжением до 35 кВ включительно изготавливают главным образом с изоляцией из
плотной бумаги, пропитанной специальной кабельной массой (компаундом).
Применяют также кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией. Токоведущие жилы
изготавливают из медных или алюминиевых проволок для уменьшения размеров
выполняют секторной формы и между отдельными жилами вставляют специальные
жгутики – заполнители из джута. Поверх изоляции кабель опрессовывают
бесшовной оболочкой из алюминия или свинца для того, чтобы в изоляцию не
попадала влага из воздуха. Для кабелей напряжением до 1 кВ применяют также
оболочки из пластмасс.
Для защиты от
механических повреждений кабель покрывают броней из стальной ленты. Между
металлической оболочки кабеля и броней и поверх брони накладывают покровы из
джута, пропитанные антикоррозионными составами. В воздухе прокладывают кабели
без наружного джутового покрова. Для прокладки в туннелях и других местах,
опасных в пожарном отношении, применяют специальные кабели с негорючими
защитными покровами. Наибольшее распространение имеют кабельные линии 6-10 кВ,
реже 35кВ. Кабельные линии 110 и 220 кВ не получили пока широкого применения, ч
то в основном объясняется значительно большей стоимостью кабельных линий по
сравнению с воздушными. Кабельные линии 6-35 кВ в 2-3
раза дороже воздушных, а кабельные линии 110 кВ дороже воздушных в 5-8 раз.
Рис.4.5.
Силовые кабели: а-
четырехжильный до 1 кВ, б – с
бумажной пропитанной изоляцией 1-10 кВ
При напряжении
35 кВ используются также газонаполненные кабели с избыточным давлением инертного
газа (обычно азота). В таких кабелях практически исключены деформации оболочки
и образование пустот из-за значительно большого
температурного коэффициента линейного расширения кабельной массы по сравнению с
температурным коэффициентом линейного расширения кабельной бумаги.
В марке кабеля
указывают число и сечение жил кабеля. Например, СБ-3´95
означает освинцованный двумя стальными лентами трехжильный кабель с медными
жилами сечением 95 мм2 , с
наружным джутовым покровом; СБГ-3´95
означает такой же кабель, но без наружного джутового покрова; АСБГ –
освинцованный бронированный кабель с алюминиевыми жилами без наружного
джутового покрова; ААБГ – кабель с алюминиевыми жилами в алюминиевой оболочке.
Рис.4.6.
Чугунная соединительная муфта для трехжильных кабелей напряжением до 1 кВ.
1.
Как
классифицируются линии электропередачи по конструктивному исполнению?
2.
Какими факторами
определяется выбор типа ЛЭП?
3.
Каким требованиям
должны удовлетворять материалы и конструкции ВЛ?
4.
Из каких основных
конструктивных элементов состоит ВЛ?
5.
Каковы основные
геометрические характеристики ВЛ и чем они
определяются?
6.
В чём назначение
опор?
7.
Каковы типы опор, различающиеся по функциональному
назначению?
8.
Какие преимущества и недостатки деревянных,
железобетонных и металлических опор?
9.
Какие материалы
применяются для изготовления проводов и грозозащитных тросов?
10.
Какие преимущества
и недостатки алюминиевых, медных и сталеалюминевых проводов?
11.
Как маркируются
провода?
12.
Для чего
предназначены грозозащитные тросы и из какого материала они изготовляются?
13.
Для чего
предназначены изоляторы воздушных линий, и из какого материала они
изготовляются?
14.
Какова основная
линейная арматура ВЛ? Каково её назначение?
15.
Какова конструкция
линии с изолированными проводами?
16.
Какие преимущества
линий с изолированными проводами?
17.
Какие линии
называются компактными?
18.
В чём преимущество
компактных линий перед ВЛ традиционного исполнения?
19.
Что называется
кабелем?
20.
В каких случаях
применяются кабельные линии?
21.
Какие способы
прокладки кабелей?
22.
Конструкции кабелей
в зависимости от напряжений.
23.
Какие преимущества
и недостатки кабельных линий по сравнению с воздушными?
24.
Какие применяют
типы кабельных муфт?
25.
Какими условиями
определяется выбор способа прокладки кабеля?