Высоковольтные линии электропередач

Воздушные линии

Согласно устоявшемуся определению, воздушная линия электропередач — это устройство, предназначенное для передачи или распределение электроэнергии по проводам, находящимся в воздухе. Кабеля этой сети закреплены на опорах с помощью кронштейнов, изоляторов и арматуры. Отдельные участки воздушных линий (ВЛ) могут проходить по мостам или путепроводам. Состоят такие конструкции из следующих элементов:

  • Провода. Прочные изолированные кабеля, изготовленные из меди, стали, алюминия или их сплавов-проводников. Могут состоять из нескольких жил. Отличаются друг от друга параметрами сечения, бывают изолированными и неизолированными. Провода для ВЛ обязательно должны быть прочными и устойчивыми к механическим воздействиям.
  • Опоры. Изготавливают из металла, железобетонных блоков, дерева или композитных материалов. Обеспечивают необходимое расстояние между проводами и землёй. Состоят из фундамента, стойки, подкосов и растяжек. Особенности строения конструкций зависят от предназначения (некоторые из них перенаправляют ток, замыкают электросеть, служат в качестве проводников и так далее). Высота самых больших опор может достигать до 300 метров. Их стараются максимально адаптировать под местность, учитывая все особенности ландшафта.
  • Траверсы. Особые элементы арматуры, задача которых — закрепить провода так, чтобы обеспечить соблюдение нужного расстояния между разноимёнными фазами. Бывают разных форм и размеров — всего насчитывается около 20 разновидностей весом от 10 до 50 кг. Определить тип можно по маркировке. Поверхность изделий окрашена или оцинкована.
  • Изоляторы. Нужны для обеспечения надёжного и безопасного крепления проводов. Должны быть прочными и теплостойкими. Различаются по назначению и способу крепления к траверсам — точную модель можно узнать, посмотрев на маркировку. Изготавливаются из изолирующих материалов, таких как фарфор, стекло и различные полимеры.
  • Другая арматура. К ней относятся зажимы, подвесы, крепёжный устройства, планки, распорки прочие детали. Они могут использоваться уменьшения вибрации линии, предотвращения изломов и каких-либо других целей.
  • Изоляционные и защитные механизмы. Среди них можно выделить гирлянды изоляторов, заземляющие контуры, молниеотводы, вентильные разрядники, гасители вибрации и прочие структуры.

Согласно действующему регламенту, все ВЛ должны проходить техобслуживание раз в полгода и каждый год осматриваться электриками и инженерами. Иногда проводятся также внеочередные проверки сети — это происходит в связи с пожарами, наводнениями, сильными похолоданиями и прочими природными и техногенными авариями, а также после аварийного выключения. Во время осмотров происходит устранение таких проблем:

  • наличие на проводах посторонних предметов;
  • обрывы, перегорания или другие повреждения отдельных проводков;
  • отклонения в регулировке стрел провеса на более чем 5% от проектных;
  • механические повреждения или перекрытие изоляторов, разрядников, гирлянд и прочих функциональных элементов;
  • поломки опор.

Кроме того, рабочие обязаны следить за соблюдением правил, относящихся к охранной зоне объекта. У обычных ЛЭП она ограничивается 2 метрами вокруг сооружения, но у высоковольтных линий может достигать 10—55. В охранной зоне запрещается высаживать деревья и кустарники, выбрасывать мусор, проводить земляные работы и возводить любые сооружения, ограничивающие доступ к ВЛ. Любое строительство в этой области необходимо согласовывать с ответственными лицами обслуживающего предприятия.

Определение напряжения ЛЭП

Разумеется, что кабельные линии электропередач в большинстве своем скрыты, да и находящиеся на открытом воздухе далеко не всегда можно различить визуально.

А вот воздушные линии можно определить по:

  • Типу применяемых в ЛЭП опор;
  • Внешнему виду и числу изоляторов;
  • Проводам;
  • Размеру охранной зоны;
  • Буквенной маркировке на опорах (Т – 35кВ, С – 110кВ, Д – 220кВ).

Буквенная маркировка на опоре Поэтому далее рассмотрим систему определения величины напряжения ЛЭП по основным визуальным критериям.

По количеству проводов

В зависимости от числа проводов все ЛЭП подразделяются таким образом:

  • На напряжение 0,23 и 0,4кВ число проводов будет составлять 2 и 4 соответственно, в некоторых случаях присутствует еще один провод заземления;
  • Для напряжения ВЛ 6 – 10кВ используются 3 провода;
  • В линиях от 35 до 220кВ один провод для каждой фазы, помимо них могут монтироваться провода грозозащиты. Нередко на опорах ЛЭП устанавливаются сразу две линии то есть 6 проводов.
  • При напряжении 330кВ и выше фаза выполняется не одним, а несколькими проводами, уже применяется расщепление фазных проводов для минимизации потерь.

По внешнему виду опор

Помимо этого, многое можно сказать о напряжении в ЛЭП по виду установленных опор. Как указано в таблице выше, каждый номинал напряжения имеет допустимое минимальное безопасное расстояние. Поэтому, чем он больше, тем выше располагаются провода. Соответственно, габариты и конструкция опоры должна обеспечивать допустимые расстояния в стреле провеса.

Сегодня опоры подразделяются по материалу, из которого они изготовлены:

  • деревянные;
  • металлические;
  • железобетонные.

По конструктивному исполнению встречаются:

  • стойки;
  • мачтовые;
  • портальные.

Внешнему виду и числу изоляторов

Чем выше напряжение в ЛЭП, тем большей электрической прочностью должны обладать изоляторы. Соответственно сопротивление электрическому току повышается за счет увеличения длины пути тока утечки, чем выше напряжение, тем больше сам изолятор, тем больше ребер расположено на рубашке, помимо этого ребра могут усиливаться несколькими кольцами. Еще одним приемом для повышения диэлектрической устойчивости ЛЭП по отношению к опоре является сборка из нескольких последовательно включенных изоляторов – гирлянда ВЛ.

Чем больше гирлянды изоляторов, тем выше разность потенциалов они могут выдержать, однако не стоит путать с параллельно собранными изоляторами, они предназначены для повышения надежности в местах прохода ЛЭП над дорогами, другими линиями, коммуникациями и сооружениями.

История

Получение энергии и её немедленное использование применялось человечеством издревле (напр. ветряные двигатели, совмещенные с мельничными жерновами; водяные колеса, совмещенные с механическим молотом; вертелы, вращаемые рабами или животными, совмещенные с кузнечными мехами). Данный подход не всегда удобен, т.к. местностей со стабильно дующими ветрами немного, количество запруд на реке ограничено, расположены они могут быть в неудобной труднопроходимой местности вдали от поселений и промышленных центров и т.п. Очевидным решением было получение энергии в одном месте с возможностью ее передачи к потребителю в другое. В средние века и в эпоху промышленной революции предлагались проекты передачи механической мощности на большие расстояния с помощью длинных валов и пневматических труб, которые не были реализованы ввиду технических сложностей. Открытия в области электричества сделали возможным генерацию различными способами электрической энергии и передачу её потребителю с помощью относительно простых, компактных, дешевых и лёгких в прокладке и монтаже электрокабелей.

Потери в ЛЭП

Потери электроэнергии в проводах зависят от силы тока, поэтому при передаче её на дальние расстояния напряжение многократно повышают (во столько же раз уменьшая силу тока) с помощью трансформатора, что при передаче той же мощности позволяет значительно снизить потери. Однако с ростом напряжения начинают происходить различные разрядные явления.

В воздушных линиях сверхвысокого напряжения присутствуют потери активной мощности на корону. Коронный разряд возникает, когда напряжённость электрического поля E{\displaystyle E} у поверхности провода превысит пороговую величину Ek{\displaystyle E_{k}}, которую можно вычислить по эмпирической формуле Пика: Ek=30,3β(1+0,298rβ){\displaystyle E_{k}=30{,}3\beta \left({1+{\frac {0{,}298}{\sqrt {r\beta }}}}\right)} кВ/см, где r{\displaystyle r} — радиус провода в метрах, β{\displaystyle \beta } — отношение плотности воздуха к нормальной.

Напряжённость электрического поля прямо пропорциональна напряжению на проводе и обратно пропорциональна его радиусу, поэтому бороться с потерями на корону можно, увеличивая радиус проводов, а также (в меньшей степени) — применяя расщепление фаз, то есть используя в каждой фазе несколько проводов, удерживаемых специальными распорками на расстоянии 40-50 см. Потери на корону приблизительно пропорциональны произведению U(U−Uкр){\displaystyle U(U-U_{\text{кр}})}.

Потери на корону резко возрастают с ростом напряжения, среднегодовые потери на ЛЭП напряжением 500 кВ составляют около 12 кВт/км, при напряжении 750 кВ — 37 кВт/км, при 1150 кВ — 80 кВт/км. Потери также резко возрастают при осадках, особенно изморози, и могут достигать 1200 кВт/км.

В прошлом потери в ЛЭП были очень высокими. Так, в конце XIX века потери на 56-ти километровой линии постоянного тока Крей — Париж составили 45 %. В современных линиях электропередач (по состоянию на 2020 год) потери составляют всего 2 — 3 %. Однако и эти потери пытаются сократить, используя высокотемпературные сверхпроводники. Впрочем, по состоянию на 2020 год линии электропередач на высокотемпературных сверхпроводниках отличаются высокой стоимостью и небольшой протяженностью (самая длинная такая линия построена в 2014 году в Германии и имеет длину всего 1 км).

Потери в ЛЭП переменного тока

Важной величиной, влияющей на экономичность ЛЭП переменного тока, является величина, характеризующая соотношение между активной и реактивной мощностями в линии — cos φ.  — часть полной мощности, прошедшей по проводам и переданной в нагрузку;  — это мощность, которая генерируется линией, её зарядной мощностью (ёмкостью между линией и землёй), а также самим генератором, и потребляется реактивной нагрузкой (индуктивной нагрузкой)

Потери активной мощности в линии зависят и от передаваемой реактивной мощности. Чем больше переток реактивной мощности, тем больше потери активной.

При длине ЛЭП переменного тока более нескольких тысяч километров наблюдается ещё один вид потерь — радиоизлучение. Так как такая длина уже сравнима с длиной электромагнитной волны частотой 50 Гц (λ=cν={\displaystyle \lambda =c/\nu =}6000 км, длина четвертьволнового вибратора λ4={\displaystyle \lambda /4=}1500 км), провод работает как излучающая антенна.

Примечания

  1. Приказ Минэнерго России от 13.01.2003 г. N 6 «Об утверждении Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей»
  2. Номинальные напряжения, указанные в скобках, для вновь проектируемых сетей не рекомендуются. Для существующих и расширяющихся электрических сетей на номинальные напряжения 3 и 150 кВ электрооборудование должно изготовляться (см. ГОСТ 721-77).
  3. . www.yantarenergo.ru. Дата обращения: 4 марта 2020.
  4. Кашолкин Б. И., Мешалкин Е. А. Тушение пожаров в электроустановках. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — С. 20
  5. Технические условия по проектированию автоматических установок комбинированного пожаротушения в кабельных сооружениях «НТО Пламя» — М., 2006. — С. 2
  6. Кашолкин Б. И., Мешалкин Е. А. Тушение пожаров в электроустановках. — М.:Энергоатомиздат, 1985. — С. 58.
  7. Monica Heger. . IEEE Spectrum. Дата обращения: 19 января 2012.
  8. . Радио Свобода (2010). — «Говорится о трех миллионах метров не кабеля, а исходной ленты… Из этих лент делаются кабели, содержащие порядка 50 лент. Поэтому надо 3 миллиона метров разделить на 50 и получится около 50 километров.». Дата обращения: 27 ноября 2014.
  9. Joseph Milton. . Nature — News. — «Jason Fredette, managing director of corporate communications at the company, says that LS Cable will use the wire to make about 20 circuit kilometres of cable as part of a programme to modernize the South Korean electricity network starting in the capital, Seoul.». Дата обращения: 19 января 2012.
  10. Потери на корону //  :  / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  11. Понятов А. Вступив в эпоху электричества // Наука и жизнь. — 2020. — № 1. — С. 14.
  12. Понятов А. Вступив в эпоху электричества // Наука и жизнь. — 2020. — № 1. — С. 15.
  13.  (недоступная ссылка). Дата обращения: 8 января 2016.
  14. Министерство промышленности и энергетики Российской Федерации. (от 30 апреля 2008 г.).

Определение напряжения по внешнему виду

Следующий этап — определение мощностей ВЛ.

Как же узнать напряжение на ЛЭП по её внешнему виду? Легче всего это сделать по количеству проводов и по числу изоляторов. Самый простой способ — определение по изоляторам.

Существуют ВЛ разных классов напряжения. Рассмотрим поочередно каждую.

ЛЭП на 0,4 киловольта (400 Вольт) — низковольтные, встречающиеся во всех населенных пунктах. В них всегда используются штыревые изоляторы из фарфора или стекла. Опоры изготавливают из железобетона или дерева. В однофазной линии два провода. Если фазы три, проводников будет четыре и более.

Далее идут ЛЭП на 6 и 10 киловольт. Визуально они неотличимы друг от друга. Здесь всегда по три провода. В каждом используется два штыревых фарфоровых или стеклянных изолятора или один, но большего номинала. Используются эти трассы для подведения питания к трансформаторам. Минимальное расстояние до частей, проводящих ток, здесь составляет 0,6 м.

Часто в целях экономии совмещают подвеску проводников 0,4 и 10 кВ. Охранной зоной таких трасс является расстояние 10 м.

В ЛЭП на напряжение 35 кВ, используются подвесные изоляторы в количестве от 3 до 5 штук в гирлянде к каждому из трёх фазных проводов.

Обычно такие воздушные магистрали через территорию городов не проходят. Допустимым считается расстояние – 0,6 м, а охранная зона определяется 15 метрами. Опоры должны быть железобетонными или металлическими, с разнесенными друг от друга на допустимое расстояние проводниками, несущими ток.

В ЛЭП на напряжение 110 кВ монтаж каждого из проводов осуществляется на отдельной гирлянде из 6-9 подвесных изоляторов. Минимально близким к проводникам, является расстояние в 1 метр, а охранная зона определяется 20 метрами.

Материалом для опоры служит железобетон или металл.

Если напряжение 150 кВ, применяют 8-9 подвесных изоляторов на каждую гирлянду в ЛЭП. Расстояние 1,5 м до проводников тока считается в этом случае минимальным.

Когда напряжение 220 кВ, число используемых изоляторов находится в пределах от 10 до 40 единиц. Фаза передаётся по одному проводу.

Линии используют для подведения электроэнергии к крупным подстанциям. Наименьшее расстояние приближения к проводникам составляет 2 м. Величина охранной зоны – 25 м.

В последующих классах высоковольтных ЛЭП появляется отличие по числу проводов на фазу.

Если произведен монтаж двух проводников на одну фазу, а изоляторов в гирляндах по 14, перед вами магистраль 330 кВ.

Минимальным расстоянием до токоведущих частей в ней считается 3,5 м. Необходимое увеличение охранной зоны до 30 м. Материалом для опор служит железобетон или метал.

Если фаза расщепляется на 2-3 проводника, а подвесных изоляторов в гирляндах по 20, то напряжение ВЛ составляет 500 кВ.

Охранная зона в этом случае ограничивается 30 метрами. Опасной считается дистанция менее 3,5 м до проводов.

В случае разделения фазы на 4 или 5 проводников, соединение которых кольцевое или квадратное, и присутствия в гирляндах 20 и более изоляторов, напряжение ВЛ составляет 750 кВ.

Охранная территория таких трасс — 40 м, а приближение к токопроводящим частям ближе 5 м опасно для жизни.

В России есть единственная в мире ЛЭП, напряжение которой 1150 кВ. Фазы в ней делятся на 8 проводов каждая, а в гирляндах присутствуют 50 и более изоляторов.

К этой трассе не стоит приближаться более чем на 8 метров. Увидеть такую высоковольтную линию можно, например, на участке магистрали «Сибирь – Центр».

Получить подробную информацию о любой ВЛ, её местоположении можно на интерактивной карте в сети интернет.

Монтаж кабельных линий

Монтаж высоковольтных линий электропередач может осуществляться как внутри, так и снаружи сооружений.

Воздушные и кабельные линии электропередач имеют между собой значительные отличия. ВЛ – используют для передачи энергии или ее распределения по проводам проходящим на открытом воздухе. Воздушные кабельные линии крепятся к опорам с помощью кронштейнов и арматуры.

Кабельные линии электропередач прокладывают:

В земляных траншеях. Чтобы исключить повреждения новой кабельной линии при ее прокладывании в траншеи, дно рва засыпают слоем песка или провеянной землей. Таким образом, делают мягкую подушку толщиной 10 см. После прокладки подземной кабельной линии ее засыпают мягким земляным слоем толщиной 10 см. Поверх него кладут бетонные плиты, необходимые для исключения механических повреждений, ров засыпают и утрамбовывают землей.

Подземные кабельные линии помимо достоинств, имеют большой недостаток. При повреждении кабельной системы придется вскрывать траншею, перекрывать проезжую или пешеходную зону. Несмотря на это, прокладывание кабельных линий электропередач в траншеях, часто используется на внутренних территориях жилмассивов.

В асбестоцементных трубах. Новые кабельные линии могут прокладываться под проезжей и пешеходной частью, с использованием асбестовых труб.

В земляные канавы укладывают от 6 до 10 труб, на расстоянии 25-75 метров строят колодцы, посредством которых монтируют кабельные линии электропередач.

Основными достоинствами данного метода прокладки является защита кабельной линии электропередач от повреждений. Оперативность и простота замены участка поврежденной кабельной системы, без необходимости вскрытия пешеходных зон. Но и стоимость такой конструкции достаточно высока.

В тоннелях и подземных коллекторах. Данный вид проекта кабельной линии был разработан в связи с ограниченным объемом требуемых мощностей, промышленными предприятиями современных городов.

Подобный метод прокладки дает возможность оперативно осуществлять поиск повреждения, своевременно выполнять ремонтные работы. Часть поврежденной кабельной линии легко заменяется новой, после чего на краях вставки монтируют муфты. Недостатком является плохое охлаждение кабельной линии электропередач, что необходимо учесть при выборе сечения.

Кабельные линии связи прокладывают в коллекторах. Если в проекте кабельная линия связи пересекается с другой кабельной системой, то она должна располагаться на уровень выше силового кабеля. А высоковольтные кабельные линии должны проходить на уровень ниже, под кабелем меньшего напряжения.

Паспорт для существующей кабельной линии

Кабельная линия электропередач должна иметь техпаспорт, для записей технического состояния системы. В паспорт кабельной линии образец можно скачать в интернете, заносятся инженером, ответственным за выполнение эксплуатационных работ, данные о проведенных испытаниях. Ведется запись о ремонтных работах, о появлении механических и коррозийных повреждений.

На проект кабельной линии заводится архив, в которой собирается вся последующая техническая документация. Помимо паспорта в нее входят: протоколы, акты, отметки о повреждениях, расчет потерь в кабеле, данные о нагрузках и перегрузках на линии.

Безопасность работ в охранной зоне ЛЭП

Охранная зона для воздушных ЛЭП, согласно СНИП и ПУЭ, представляет собой пространство, идущее вдоль проложенных линий. Вертикальные параллельные плоскости, расположенные с обеих сторон линии, ограничивают пространство.

Для кабельных линий, проложенных под землей, охранное пространство создается на участке земли, ограничивается параллельными вертикальными плоскостями с обеих сторон линии (расстояние один метр от крайних кабелей).

Основные сведения [ править | править код ]

Опоры ЛЭП предназначены для сооружений линий электропередач при расчётной температуре наружного воздуха до −65 °C и являются одним из главных конструктивных элементов ЛЭП, отвечающим за крепление и подвеску электрических проводов на определённом уровне.

В зависимости от способа подвески проводов опоры делятся на две основные группы:

  • опоры промежуточные, на которых провода закрепляются в поддерживающих зажимах;
  • опоры анкерного типа, служащие для тяжения проводов; на этих опорах провода закрепляются в натяжных зажимах.

Эти виды опор делятся на типы, имеющие специальное назначение:

  • Промежуточные прямые опоры устанавливаются на прямых участках линии. На промежуточных опорах с подвесными изоляторами провода закрепляются в поддерживающих гирляндах, висящих вертикально; на опорах со штыревыми изоляторами закрепление проводов производится проволочной вязкой. В обоих случаях промежуточные опоры воспринимают горизонтальные нагрузки от давления ветра на провода и на опору и вертикальные — от веса проводов, изоляторов и собственного веса опоры.
  • Промежуточные угловые опоры устанавливаются на углах поворота линии с подвеской проводов в поддерживающих гирляндах. Помимо нагрузок, действующих на промежуточные прямые опоры, промежуточные и анкерно-угловые опоры воспринимают также нагрузки от поперечных составляющих тяжения проводов и тросов. При углах поворота линии электропередачи более 20° вес промежуточных угловых опор значительно возрастает. При больших углах поворота устанавливаются анкерно угловые опоры.

При установке анкерных опор на прямых участках трассы и подвеске проводов с обеих сторон от опоры с одинаковыми тяжениями горизонтальные продольные нагрузки от проводов уравновешиваются и анкерная опора работает так же, как и промежуточная, то есть воспринимает только горизонтальные поперечные и вертикальные нагрузки. В случае необходимости провода с одной и с другой стороны от опоры можно натягивать с различным тяжением проводов. В этом случае, кроме горизонтальных поперечных и вертикальных нагрузок, на опору будет воздействовать горизонтальная продольная нагрузка.

При установке анкерных опор на углах анкерно-угловые опоры воспринимают нагрузку также от поперечных составляющих натяжения проводов и тросов.

Концевые опоры устанавливаются на концах линии. От этих опор отходят провода, подвешиваемые на порталах подстанций.

Помимо перечисленных типов опор, на линиях применяются также специальные опоры: транспозиционные, служащие для изменения порядка расположения проводов на опорах; ответвлительные — для выполнения ответвлений от основной линии; опоры больших переходов через реки и водные пространства и т. д.

На линиях электропередач применяются деревянные, стальные и железобетонные опоры. Разработаны также опытные конструкции из алюминиевых сплавов и композитных материалов.

Сталь является основным материалом, из которого изготавливаются металлические опоры и различные детали (траверсы, тросостойки, оттяжки) опор. Достоинством стальных опор по сравнению с железобетонными является их высокая прочность при малой массе. Возможность повторного использования в течение всего периода эксплуатации.

По конструктивному решению ствола стальные опоры могут быть отнесены к трем основным схемам — башенным (одно- или многостоечным), портальным или вантовым, по способу закрепления на фундаментах — к свободно стоящим опорам и опорам на оттяжках, по способу соединения элементов разделяются на сварные и болтовые. Также стальные опоры делятся на опоры гибкой конструкции и опоры жёсткой конструкции.

Металлические опоры изготавливаются как из стального уголкового проката (применяется равнобокий уголок), так из гнутого стального профиля постоянного и переменного сечения (это сочетает в себе преимущества конструкций стальных многогранных опор ЛЭП и стальных решетчатых опор башенного типа), кроме того высокие переходные опоры могут быть изготовлены из стальных труб.

В СНГ насчитывается несколько основных центров производства стальных конструкций опор ЛЭП — центральный, уральский и сибирский.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector