Конструктивное исполнение, модели, параметры и характеристики элементов ээс

КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ И УСЛОВИЯ РАБОТЫ ВОЗДУШНЫХ И КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ

ВОЗДУШНЫЕ ЛИНИИ

Основными элементами воздушных линий (ВЛ) (рис. 1.1) являются: стойка опоры 1, провода 2, грозозащитный трос 3, тросостойка 4, траверсы 5, изоляторы 6 и фундамент 7. Кроме того, к элементам ВЛ относится линейная арматура, необходимая в основном для крепления их друг к другу.

Расстояние от провода в низшей точке его провисания до земли называется габаритным расстоянием провода до земли h_r. Кроме того, существуют другие габариты ВЛ (рис. 1.2), среди которых можно отметить следующие:

• • /_п — стрела провеса провода;
• • /_т — стрела провеса троса;
• • Я — высота опоры;
• • / - длина пролета.

В населенной местности величина /?_г не должна быть меньше.

6 м.

Длиной пролета (пролетом линии) называется измеренное по горизонтали расстояние между опорами. Опоры усиленного типа называют анкерными. Различают промежуточный пролет (между соседними опорами) и анкерный пролег (между двумя опорами анкерного типа) (рис. 1.2).

Рис. 1.1. Конструкция ВЛ: а — 220 кВ; б — 500 кВ.

Рис. 1.2. Некоторые габаритные расстояния ВЛ.

На рис. 1.3 показаны основные схемы расположения проводов и тросов на опорах линий трехфазного тока. Провода могут образовывать один, два или три яруса. Расположение проводов в один ярус (рис. 1.3, а-д) принято называть горизонтальным, в два или три яруса без смещения по горизонтали (рис. 1.3, е-к) — вертикальным. Расположение проводов в два или три яруса, при котором находящиеся друг над другом провода имеют горизонтальное смещение (рис. 1.3, л-т), называется смешанным.

Воздушные линии выполняются голыми (неизолированными) проводами. Для ВЛ низкого и среднего напряжения используют изолированные провода. В зависимости от конструкции различают: однопроволочные, многопроволочные монометаллические, многопроволочные биметалические и полые провода.

Сечения проводов нормированы государственным стандартом.

Провода выполняются из медных, бронзовых, алюминиевых и стальных проволок, а также из алюминиевых сплавов.

Рис. 1.3. Схемы расположения проводов.

Удельное сопротивление медных проволок 18 Ом • мм²/км, а алюминиевых — 28,8 Ом • мм²/км. Удельное сопротивление стальных проводов много выше, чем у медных или алюминиевых, и зависит от протекающего тока, так как сталь является магнитным материалом. В настоящее время стальные провода используются только в качестве грозозащитных тросов на ВЛ.

Медные и бронзовые провода для ВЛ в настоящее время имеют ограниченное применение из-за большой стоимости меди. Алюминиевые провода дешевле, чем медные или бронзовые, что обусловило их широкое применение. Небольшая механическая прочность алюминия привела к появлению сталсалюминисвых проводов, у которых сердечник выполнен из стальных проволок. Эти провода преимущественно и применяются на ВЛ.

Маркировки проводов:

• • медные М, например, М-35;
• • алюминиевые А, например, А-70;
• • сталсалюминиевые АС, например, АС-300/66.

У сталеалюминиевых проводов через дробь указываются сечения алюминиевой и стальной части.

Полые провода марок ПА (из алюминия) и ПМ (из меди) применяют в основном для ошиновки в распределительных устройствах на открытых подстанциях и переключательных пунктах.

Для ВЛ напряжением до 1 кВ широко используются многожильные провода с изоляцией из сшитого свстостабилизированного полиэтилена марок СИП-1, СИП-2, СИП-4 и СИП-5. На ВЛ напряжением 10…35 кВ применяют одножильные изолированные провода марки СИП-3 и некоторые другие. ВЛ с изолированными проводами по сравнению с ВЛ с неизолированными проводами марки, А и АС обладают большей надежностью и безопасностью электроснабжения.

По условиям механической прочности на магистралях ВЛ напряжением до 1 кВ, на линейном ответвлении от ВЛ и на ответвлениях к вводам в здания следует применять провода с минимальным сечением, указанным в приложении (табл. П. З и П.4), а на ВЛ напряжением свыше 1 кВ — многоироволочные провода с минимальным сечением (табл. П.5).

В настоящее время для ВЛ высокого напряжения начинают применять новые конструкции проводов, которые по сравнению с традиционными проводами обладают:

• • высокой электропроводностью;
• • высокой механической прочностью;
• • устойчивостью к высоким температурам;
• • малым коэффициентом температурного удлинения;
• • устойчивостью к старению и воздействию окружающей среды.

Провода новых конструкций для ВЛ пока не нашли широкого применения из-за их высокой стоимости, но в отдельных случаях их использование экономически оправданно. В ближайшее время следует ожидать снижения стоимости инновационных конструкций проводов.

Опоры ВЛ предназначены для подвески проводов и тросов на необходимой высоте над поверхностью земли или воды.

В зависимости от материала опоры ВЛ могут быть деревянными, металлическими и железобетонными.

Древесина — наиболее дешевый материал для изготовления опор, но она подвержена гниению. Для увеличения срока службы деревянных опор их пропитывают антисептиками. Срок службы таких опор — до 20 лет.

Металлические опоры выполняют из углового стального профиля. Такие опоры называются решетчатыми. Основным недостатком металлических опор является их подверженность коррозии. Для защиты от коррозии опоры либо оцинковывают, либо используют антикоррозионные лаки и краски. Опыт показывает, что оцинкованные металлические опоры начинают подвергаться коррозии через 25…30 лет, а окрашенные опоры — через 5…6 лет. Срок службы металлических опор при правильной их эксплуатации достигает 40 лет и более.

Железобетонные опоры нс подвергаются гниению и коррозии и просты в эксплуатации. Однако в стволах бетонных опор возможно появление глубоких трещин, которые могут дойти до железной арматуры, что приведет к усилению нагрузок на арматуру, ее коррозии и снижению механической прочности опор. Срок службы железобетонных опор — 30 лет.

В настоящее время получают распространение стачьные многогранные опоры, обладающие по сравнению с решетчатыми металлическими опорами большей надежностью, большим сроком службы (не менее 50 лет), а также удобством сооружения ВЛ. Многогранные опоры ВЛ внутри полые и состоят из одной или нескольких стоек многогранного сечения в виде усеченных пирамид. Элементы стоек крепятся друг с другом при помощи фланцевого или телескопического соединения.

Другой вид стальных опор — это опоры ВЛ из гнутого профиля, которые применяются в основном при прокладке линий напряжением 6…35 кВ. Они имеют преимущества, но сравнению с решетчатыми опорами, такие как малый вес, простота монтажа и обслуживания, пониженная стоимость и некоторые другие.

Различают следующие типы опор: анкерные, промежуточные, угловые, концевые, ответвительные, транспозиционные и переходные.

Анкерные опоры полностью воспринимают тяжение проводов и тросов в смежных с опорой пролетах. Они устанавливаются для жесткого закрепления проводов в особо ответственных точках ВЛ.

Промежуточные опоры выдерживают механическую нагрузку от веса проводов и арматуры ВЛ в вертикальном направлении и при обрывах проводов могут деформироваться. Угловые опоры устанавливаются в точках поворота линий. Концевые опоры устанавливаются перед подстанциями или электрическими станциями. Ответвительные опоры предназначены для присоединения и разведения проводов ответвления и основной линии. Транспозиционные опоры предназначены для изменения расположения проводов (транспозиции) и имеют дополнительные гирлянды изоляторов. В результате транспозиции каждая фаза будет занимать поочередно на опоре все три положения проводов на протяжении одинакового количества километров. Переходные опоры служат для осуществления переходов через естественные преграды и инженерные сооружения (реки, озера, горные ущелья, мосты и т. п.).

Часто на одной опоре подвешиваются провода двух линий. Такие линии и опору называют двухцепными. Применяются также многоцепные опоры.

Изоляторы предназначены для крепления проводов к опорам и создания необходимого промежутка между проводами, находящимися под напряжением, и опорой. Линейные изоляторы изготовляются из фарфора и стекла. В начале 2000;х годов стали широко применяться полимерные (композитные) изоляторы, и к 2015 г. их доля в электрических сетях России достигла примерно 15%. По отношению к фарфоровым и стеклянным изоляторам полимерные изоляторы до 10 раз легче, что делает их более удобными в транспортировке и монтаже; они имеют большую электрическую прочность за счет гидрофобности оболочки, и для них исключена необходимость трудоемкой сборки гирлянд.

По конструктивному исполнению изоляторы подразделяются на штыревые, подвесные и опорные.

Опоры ВЛ испытывают нагрузку от веса проводов, изоляторов, грозозащитных тросов и линейной арматуры. Механическая нагрузка, приходящаяся на одну опору, может быть от нескольких десятков килограммов до десятков тонн. При обрыве провода появляются горизонтальные тяжения, направленные вдоль линии. Эти силы также значительны и могут составлять от десятков килограммов до нескольких тонн.

При температуре воздуха порядка −7…−3 °С по поверхности вокруг проводов ВЛ возникает явление гололедообразования — масса смеси снега и льда. Интенсивность гололедно-изморозиевых образований зависит от ряда условий и в первую очередь от насыщенности воздуха влагой и скорости наноса влажного воздуха или мокрого снега на конструкции ВЛ.

Рис. 1.4. Поперечное сечение провода с гололедом:

d — диаметр провода; h — толщина стенки гололеда Толщина стенки гололедно-изморозиевых образований b (рис. 1.4) при приведении их к правильной цилиндрической форме достигает 10…20 мм и более в зависимости от климата и близости водных пространств. Вес гололеда, приходящийся на одну опору, может достигать десятков и сотен килограммов. Провода ВЛ также испытывают нагрузку от гололедно-изморозисвых образований.

Кинетическая энергия движущихся масс воздуха воспринимается конструктивными элементами линий. Обычно принимается, что давление ветра на провода, тросы и опоры направлено горизонтально.

Рис. 1.5. Результирующая на! рузка на провод.

Суммарная сила, приложенная к проводу Р, получается геометрическим сложением векторов действующих сил: G — вес провода (с гололедом) и Р_и — сила давления ветра (рис. 1.5).

Действие ветра обусловливает появление вибрации проводов. Это явление возникает при равномерном движении воздуха с небольшой скоростью (0,6…0,8 м/с). При этом за проводом через определенные интервалы возникают вихреобразные движения воздуха поочередно ниже и выше горизонтальной оси провода, что приводит к вибрации провода. Следствием вибрации могут быть изломы отдельных проволок изза знакопеременных изгибов и обрыв провода. Чтобы предотвратить разрушение проводов, применяют специальные средства, такие как подвеска специальных виброгасителей вблизи мест крепления проводов и тросов к гирляндам изоляторов.

Рис. 1.6. Волны пляски на проводе в пролете.

Под действием ветра при определенных условиях может появляться так называемая пляска проводов и тросов. Это явление образуется, как правило, при значительных скоростях ветра (10…30 м/с). Отложения гололеда на проводе или тросе могут принять в сечении форму крыла самолета, вследствие чего при порывах ветра появляется подъемная сила, приложенная к проводам, и возникает пляска проводов (рис. 1.6).

В результате пляски проводов возникают значительные динамические усилия на узлы крепления проводов к изоляторам и изоляторов к опорам. Последнее приводит к поломкам и разрывам деталей крепления, а иногда и повреждению траверс опор. Но наиболее частым последствием пляски проводов становится отключение линий из-за схлестывания проводов и тросов или перекрытия воздушных промежутков между ними.

Основным средством прекращения пляски проводов является плавка гололеда путем пропускания по проводам и тросам значительных токов.

С изменением температуры воздуха изменяется длина проводов ВЛ. При очень низких температурах провод сокращается и натягивается в пролете, что приводит к возрастанию механического напряжения в материале провода. Поэтому температура воздуха должна учитываться при расчете проводов на механическую прочность.

Влага и химические реагенты, входящие в состав воздуха и почвы, также воздействуют на конструктивные элементы линий (окисление и коррозия металлов, гниение дерева). Для районов с повышенным содержанием влаги и вредных для металлов веществ используются провода, защищенные специальной пленкой или смазкой.

Кроме перечисленных факторов, вызывающих механическое и химическое повреждения элементов конструкций ВЛ, следует отметить и электромагнитные воздействия. К ним относятся поражения ВЛ ударами молний, которые приводят к прожиганию проводников, грозовым перенапряжениям на ВЛ, перекрытиям изоляции и, как следствие, авариям на ВЛ.

При ударе молнии в опору по ней протекают токи, достигающие величин свыше 200 кА. Наиболее часто регистрируются токи молнии в пределах до 50 кА.

Рис. 1.7. Защитная зона грозозащитных тросов.

При непосредственном поражении проводов ВЛ ток молнии растекается в обе стороны от места прямого удара. Перекрытие изоляции из-за перенапряжений в результате протекания сверхтоков по проводам ВЛ уже достигается при токах 10… 15 к А, вероятность которых велика. Поэтому в качестве основного средства грозозащиты применяется подвеска заземленных тросов вдоль линии. Защитное действие тросов на ВЛ принято характеризовать показанным на рис. 1.7 углом защиты, образованным вертикалью, проходящей через трос, и линией, соединяющей трос с проводом. Значение угла защиты, как правило, выбирается не более чем.

20…30°.