Воздушные линии электропередач (ВЛ)

 

Основными элементами ВЛ являются: опоры, провода, изоляторы, линейная арматура, грозозащитные тросы.

Для ВЛ используются металлические, железобетонные и деревянные опоры.

Для изготовления металлических опор применяют углеродистую и низколегированную стали. Для защиты от коррозии опоры оцинковывают или покрывают антикоррозийными лаками и красками. Такие опоры устанавливаются на ВЛ напряжением 35, 110, 220, 330 и 500 кВ (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Двухцепная ВЛ-35 на металлических опорах

 

Железобетонные опоры из центрифугированного бетона кольцеобразного сечения применяют для линий напряжением 35, 110, 220 кВ. Железобетонные опоры из вибробетона прямоугольного или квадратного сечения применяют для линий напряжением 0,4, 6, 10 кВ (рис. 3.2).

Для деревянных опор используется лиственница зимней рубки, сосна, ель, пихта. Деревянные опоры с железобетонными приставками применяют для ВЛ 0,4, 6, 10, 35 и 110 кВ. Для защиты от гниения деревянные опоры пропитывают антисептиком, что увеличивает срок службы древесины в 3 раза.

 

Рис. 3.2. Сечения железобетонных опор:

а – центрифугированные; б – из вибробетона

 

По назначению опоры делятся на промежуточные (рис. 3.3) и анкерные (рис. 3.4). Промежуточные опоры устанавливают на прямых участках трассы и предназначены только для поддержания проводов на изоляторах. Они не воспринимают усилий вдоль воздушной линии. Анкерные опоры рассчитаны на одностороннее тяжение проводов в пролетах. Анкерные опоры устанавливают через каждые 3-5 км ВЛ. Если не устанавливать анкерные опоры, то в случае обрыва проводов в пролете все промежуточные опоры начнут падение друг за другом и вся ВЛ на несколько километров упадет. При наличии анкерной опоры падение опор на ней прекратится.

а) б)

Рис. 3.3. Деревянные промежуточные опоры:

а – для линий 6, 10 кВ; б – для линий 35, 110 кВ; 1 – стойки; 2 – приставка (пасынок); 3 – бандаж; 4 – траверсы

Рис. 3.4. Анкерные опоры:

а – для ВЛ 35, 110 кВ; б – для ВЛ 6, 10 кВ

 

На анкерных опорах провода закрепляют жестко. Угловые опоры устанавливают в точках изменения направления ВЛ. При незначительных углах поворота (до 20°) эти опоры могут изготавливаться как промежуточные, при углах поворота от 20° до 90° их выполняют по типу анкерных опор. Концевые опоры устанавливают в конце линии перед подстанциями или вводами.

В линиях напряжением 6, 10, 35 кВ концевые и угловые опоры выполняются А-образными или АП-образными.

Воздушные линии могут быть одноцепные и двухцепные. Одноцепная ВЛ содержит на опоре одну цепь из трех проводов трехфазной сети, а двухцепная содержит две цепи.

 

 

Рис. 3.5. Транспозиция проводов ВЛ 110, 220 кВ:

1, 2 – транспозиционные опоры

 

Транспозиционные анкерные опоры с дополнительными изоляторами осуществляют транспозицию проводов (рис. 3.5) на ВЛ напряжением 110, 220 кВ и выше. Транспозиция проводов необходима для выравнивания индуктивностей и емкостей и падения напряжения во всех фазах ВЛ при длине более 100 км таким образом, чтобы на одной трети длины каждая фаза занимала среднее положение.

 

Характеристики пролета ВЛ

Основные характеристики пролета: длина, габарит, стрела провеса (рис. 3.6).

 

Рис. 3.6. Характеристика пролета ВЛ:

а – при одинаковом уровне подвеса проводов; б – при разных уровнях;

– длина пролета; – габарит; – стрела провеса; – высота опоры

Длина пролета – расстояние между опорами; габарит – наименьшее расстояние от нижней точки провода до земли (воды, сооружения). Стрела провеса – расстояние от нижней точки провода до прямой, соединяющей точки подвеса. Зимой стрела провеса уменьшается, летом увеличивается.

Размеры ВЛ зависят от номинального напряжения (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Размеры элементов конструкции ВЛ разных напряжений

Напряжение ВЛ, кВ	Расстояние между проводами, м	Длина пролета, м	Высота опоры, м	Габаритный размер, м
До 1,0	0,5	40-50	8-9	6-7
6, 10	1,0	50-100		6-7
		150-200		6-7
		170-250	13-14	6-7
		250-350	25-30	7-8

 

Требования ПУЭ при сооружении ВЛ

Требования ПУЭ к ВЛ изложены на семидесяти шести страницах. Ниже приведены для примера только некоторые из них.

1. Наименьшие расстояния от проводов до земли (габарит) для ВЛ различных напряжений (табл. 3.2).

Таблица 3.2

Наименование	Наименьшее расстояние, м, при напряжении ВЛ
0,4 кВ	6, 10 кВ	35 кВ
Населенная местность*
Ненаселенная местность
При пересечении автомобильных дорог (до полотна дороги)
При пересечении неэлектрифицированных железных дорог (до головки рельса)	7,5	7,5	7,5

*К населенной местности относятся города, поселки, дачные поселения, к ненаселенной – поля, пашни и т.п.

 

2. Нельзя строить ВЛ над стадионом, школой, детским садом, рынком.

3. Сечение проводов для ВЛ 6, 10 кВ марки АС необходимо принимать не менее 50 мм².

4. В населенной местности для ВЛ 6, 10 кВ должна быть двойная привязка проводов к изоляторам.

Если при строительстве ВЛ будут допущены нарушения требований ПУЭ, то инспектор Ростехнадзора не даст разрешение на эксплуатацию данной ВЛ и потребует устранить нарушения.

 

Провода для воздушных линий электропередач

Для воздушных линий (ВЛ) электропередач используют голые многопроволочные алюминиевые (А) и сталеалюминевые (АС) провода. Например, провод А-50 содержит 7 алюминиевых проволок диаметром по 3 мм каждая. Площадь поперечного сечения одной проволоки мм². суммарная площадь семи проволок мм².

Расшифровка провода А-50: А – алюминиевый, 50 – площадь поперечного сечения провода, мм². Провод А-50 выдерживает на разрыв силу кгс, масса 1 км составляет кг, сопротивление 1 км Ом. Провода марки А изготавливаются сечением от 16 до 800 мм². Технические данные этих проводов представлены в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Технические данные голых алюминиевых проводов марки А

 

Номинальное сечение, мм^2	Диаметр провода, мм	Сопротивление 1 км при 20°С, Ом , Ом/км	Число и диаметр проволок, мм	Разрывное усилие, кгс	Масса 1 км, кг
	5,1	1,8	7х1,70
	6,4	1,15	7х2,13
	7,5	0,84	7х2,50
	9,0	0,58	7х3,00
	10,7	0,41	7х3,55
	12,3	0,31	7х4,10
	14,0	0,25	19х2,80
	15,8	0,19	19х3,15
	17,8	0,16	19х3,50
	20,0	0,12	19х4,00
	22,1	0,1	37х3,15

 

Провод АС-50/8 алюминиевый со стальным сердечником содержит 6 алюминиевых проволок диаметром по 3,2 мм и одну стальную проволоку диаметром 3,2 мм. Площадь поперечного сечения алюминиевой проволоки мм². Суммарная площадь шести алюминиевых проволок мм².

Площадь стальной проволоки мм².

Расшифровка провода АС-50/8: А – алюминиевый, С – стальной, 50 – суммарная площадь поперечного сечения алюминиевых проволок, мм², 8 – площадь сечения стального сердечника, мм².

Провод АС-50/8 выдерживает на разрыв кгс, масса 1 км кг, сопротивление 1 км Ом. Провода марки АС изготавливаются сечением от 10 до 1000 мм². Технические данные этих проводов представлены в табл. 3.4.

 

Таблица 3.4

Технические данные голых сталеалюминевых проводов марки АС

Номинальное сечение, (алюминий/ сталь), мм^2	Диаметр провода, мм	Сопротивление 1 км при 20°С, Ом , Ом/км	Количество и диаметр проволок, мм	Разрывное усилие, кгс	Масса 1 км, кг
алюминиевых	стальных
10/1,8	4,5		6х1,50	1х1,50		42,7
16/2,7	5,6	1,78	6х1,85	1х1,85
25/4,2	6,9	1,15	6х2,30	1х2,30
35/6,2	8,4	0,78	6х2,80	1х2,80
50/8	9,6	0,6	6х3,20	1х3,20
70/11	11,4	0,42	6х3,80	1х3,80
70/72	15,4	0,42	18х2,20	19х2,20
95/16	13,5	0,3	6х4,5	1х4,5
95/141	19,8	0,32	24х2,20	37х2,20
120/19	15,2	0,24	26х2,40	7х1,85
120/27	15,4	0,25	30х2,20	7х2,20
150/19	16,8	0,21	24х2,80	7х1,85
150/24	17,1	0,20	26х2,70	7х2,10
150/34	17,5	0,21	30х2,50	7х2,50
185/24	18,9	0,154	24х3,15	7х2,10
185/29	18,8	0,159	26х2,98	7х2,30
185/43	19,6	0,156	30х2,80	7х2,80
185/128	23,1	0,154	54х2,10	37х2,10

 

При переходе ВЛ через железную дорогу, водные преграды, инженерные сооружения применяются усиленные провода марки АС. Например, провод АС-95/16 содержит одну стальную проволоку диаметром 4,5 мм площадью 16 мм². Разрывное усилие кгс (3,4 тс), кг.

Провод АС-95/141 содержит стальной сердечник из 37 проволок диаметром по 2,2 мм каждая. Суммарная площадь поперечного сечения стального сердечника 141 мм². Разрывное усилие кгс (18,5 тс), что в 5,4 раза больше чем у провода АС-95/16 с такой же площадью алюминиевых проволок. Масса 1 км провода АС-95/141 кг, в 3,5 раза тяжелее провода АС-95/16.

Провода марки АС прочнее проводов марки А примерно в 1,5 раза, но они при этом во столько же раз и тяжелее.

В электрических расчетах проводимость стального сердечника не учитывают, так как его проводимость составляет всего 4% от алюминиевого. Удельное сопротивление алюминия при 20ºС Ом·мм²/м, т.е. сопротивление 1 м провода сечением 1 мм² Ом. Удельное сопротивление железа (стали) Ом·мм²/м. Сопротивление железа в 3,57 раз больше, чем у алюминия (0,100/0,028=3,57). В проводе АС-50/8 площадь стального сердечника в 6,25 раз меньше, чем у алюминия (50/8 = 6,25). Сопротивление стального сердечника в 22,3 раза больше, чем алюминиевого (6,25·3,57 = 22,3), т.е. проводимость составляет 4% (1·100/22,3 = 4,4%).

Сталеалюминевые провода изготавливают с различным соотношением площадей сечений алюминиевой и стальной частей: для проводов нормальной прочности 6:1; для усиленных 4:1; для особо усиленных 1,5:1.

Провода с облегченными сердечниками имеют соотношение 8:1, особо облегченные (12-18):1.

Для увеличения продолжительности работы алюминиевых и сталеалюминевых проводов в течение всего срока службы (40 лет) их покрывают антикоррозионной защитной электросетевой смазкой ЗЭС.

Если в проводе марки А межпроволочные пазы заполнены антикоррозионной смазкой, то шифр обозначения провода АКП.

Если в проводе АС сердечник заполнен антикоррозионной смазкой, то шифр обозначения АСКС, при заполнении всего провода – АСКП.

Если в проводе АС сердечник обмотан полиэтиленовой пленкой, то шифр обозначения АСК.

ВЛ-35 кВ и выше выполняются сталеалюминевыми проводами облегченной конструкции (АСО) при толщине стенки гололеда до 20 мм и усиленной (АСУ) при толщине свыше 20 мм.

Провода из меди маркируются буквой М, например, М-50, где 50 – суммарная площадь поперечного сечения проволок.

Для грозозащитных тросов используют стальные оцинкованные многопроволочные провода марки ПС, например, ПС-25 (П – провод, С – стальной многопроволочный, 25 – суммарная площадь поперечного сечения проволок, табл. 3.5).

Таблица 3.5

Стальные оцинкованные провода марки ПС

Номинальное сечение, мм^2	Число и диаметр проволок, мм	Диаметр провода, мм	Разрывное усилие, кН, не менее	Допустимая токовая нагрузка, А	Масса провода, кг/км
	5х2,5	6,8	15,3
	7х2,5	7,8	21,2
	12х2,3	9,2	30,5
	19х2,3	11,2	47,1

 

Стальные однопроволочные провода марки ПСО изготавливаются с диаметрами 3,5, 4, 5 мм и обозначаются, например, ПСО-5 (П – провод, С – стальной, О – однопроволочный, 5 – диаметр, мм).

Строительная длина – это количество провода на барабане без разрыва. Например, длина провода А-35 на барабане 4000 м (4 км).

Провода марки АЖ представляют собой сплав алюминия с магнием и кремнием ().

Провода марки АС применяются для системообразующих и распределительных ВЛ напряжением 35, 110, 220 кВ и выше, где необходима повышенная прочность при воздействии ветровых нагрузках и гололеде.

Для внутри карьерных распределительных ВЛ-6(10) кВ рекомендуется принимать провод марки А. Он легче, мягче, с ним удобнее работать, легче монтировать. Провод А-120 кг/км в 1,6 раза легче провода АС-120/27 кг/км.

 

Самонесущие изолированные провода

Самонесущие изолированные провода (СИП) изготавливаются многопроволочными из алюминиевой проволоки и покрываются изоляцией из полиэтилена (LД, РЕ, ХLРЕ). Номинальное напряжение марки СИП-1 и СИП-2 до 1000 В, СИП-3 – 20 кВ.

Пример сечений: 1х16+1х25; 3х35+1х50; 4х16+1х25.

Провода СИП-3 одножильные сечением 50, 70, 95, 120, 150 мм².

Достоинства СИП:

1. Алюминиевые провода не разрушаются коррозией.

2. СИП можно прокладывать по стенам зданий.

3. СИП безопаснее, снижается вероятность коротких замыканий.

4. СИП интенсивно внедряется в городских электрических сетях, заменяя голые провода марки А и АС.

 

Изоляторы

Изоляторы предназначены для изоляции проводов ВЛ от опор и для крепления их к опорам. Традиционный материалы для изготовления изоляторов – фарфор и стекло. Новый материал – полимеры. На рис. 3.7 показана гирлянда изоляторов из фарфора для ВЛ-110 и полимерный изолятор взамен данной гирлянды.

Изолятор состоит из изоляционного элемента и металлической арматуры для крепления изоляторов к опоре.

На ВЛ 0,4, 6, 10 кВ следует применять штыревые изоляторы, на ВЛ 35 кВ штыревые и подвесные, на ВЛ 110, 220 кВ и выше только подвесные. Подвесные изоляторы собирают в гирлянды из отдельных изоляторов при помощи специальной сцепной арматуры.

 

Рис. 3.7. Гирлянда изоляторов из фарфора и полимерный стержень

Число изоляторов в гирлянде в зависимости от напряжения ВЛ:

6, 10 кВ – 1 изолятор;

35 кВ – 3 изолятора;

110 кВ – 7 изоляторов;

220 кВ – 14 изоляторов.

Поддерживающие гирлянды располагаются вертикально на промежуточных опорах. Натяжные гирлянды располагаются почти горизонтально на анкерных опорах.

Изоляторы из стекла предпочтительнее фарфоровых. Во-первых, они прочнее фарфоровых и, во-вторых, легче отыскивать трещины и утечки тока.

Гасители вибраций

Для проводов характерны вибрация и пляска. Вибрация возникает при слабом ветре и представляет собой периодические колебания в вертикальной плоскости с частотой 5-50 Гц и с амплитудой до трех диаметров провода. Под ее действием возникают динамические переменные усилия, приводящие к разрыву проволочек в местах крепления.

Пляска возникает под действием порывистого ветра (5-20 м/с) на провода, покрытые гололедом. Частота колебаний составляет 0,2-0,4 Гц, амплитуда колебаний до 5 м. Это приводит к схлестыванию проводов и поломке опор.

Для защиты проводов от колебаний в вертикальной плоскости используются гасители вибраций. При сечении проводов А35 – А95, АС25 – АС70 шпилевого типа. При сечениях А120 и АС95 и более в виде стального троса с двумя чугунными грузами (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Гаситель вибрации проводов

 

Гололед

Гололед на проводах образуется при температуре от -0,5°С до -5°С в результате замерзания капель воды. При температуре воздуха ± 1°С и отсутствии ветра к образованию гололеда может привести мокрый снег, покрывающий провод толстым слоем, а при замерзании прочно примерзает к проводу. Масса гололеда, собственная масса провода, ветровая нагрузка образуют аварийную нагрузку на провода, тросы, опоры. Толщина стенки гололеда в некоторых районах достигает 30 мм.

Площадь льда вокруг провода диаметром

; ,

где – толщина стенки гололеда, мм.

Масса льда на проводе длиной

,

где – плотность льда, кг/м³. = 900 кг/м³.

Пример 1. Провод АС-70/11. мм². мм. Толщина стенки гололеда мм.

мм².

Масса льда на проводе длиной 1 км

кг.

Масса 1 кг провода АС-70/11. кг.

Рис. 3.9. Схема определения толщины гололеда:

d – диаметр провода; b – толщина стенки гололеда;

d_Г – диаметр провода с гололедом

Пример 2. Провод АС-70/11. Толщина стенки льда 20 мм.

мм².

кг.

Масса льда в 6,4 раза больше массы самого провода (1775/276=6,4).

Территория России по гололедности разбита на 5 районов (табл. 3.6).

 

Таблица 3.6

Район	Толщина стенки 1 раз в 5 лет, мм	Толщина стенки 1 раз в 10 лет, мм
I
II
III
IV
Особый (побережье)	> 20	> 22

Иркутская область относится ко II району.