Воздушная линия электропередачи

Воздушной линией электропередачи (ВЛ или ВЛЭП) называют устройство, предназначенное для передачи электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным при помощи изоляторов и арматуры к опорам.

Конструкция

Строительные конструкции железобетонных, металлических и деревянных опор ВЛ и способы их установки проектируется согласно «Строительным нормам и правилам» (СНиП). Общие вопросы проектирования ВЛ напряжением до 500 кВ (включая учет климатических условий при механических и электрических расчётах линии, расположение проводов и тросов, расстояния между ними, их изоляцию, защиту от перенапряжений и заземление, условия прохождения ВЛ по населенной, ненаселенной и труднодоступной местности, по лесным и пахотным массивам и др.) определяются по ПУЭ. Проектирование ВЛ напряжением выше 500 кВ выполняются по специальным правилам и нормам.

Основными элементами ВЛ являются:

• Провода.
• Изоляторы.
• Линейная арматура,
• Опоры.
• Фундаменты.
• Дополнительные элементы необходимые на некоторых линиях для обеспечения надежности работы:
  1. грозозащитные тросы;
  2. заземления;
  3. разрядники и др.

Провода и проводники

Проводники

На воздушных линиях электропередачи можно подвешивать следующие виды проводников:

• сталеалюминевые;
• алюминиевые;
• медные;
• бронзовые;
• сталебронзовые;
• стальные провода.

В настоящие время в России на линиях электропередач напряжением выше 1000 В в большинстве случаев применяются сталеалюминевые провода марки АС, а для ВЛ 35кВ и выше — также стальные грозозащитные тросы марки С. Многопроволочные провода изготовляют из проволок круглого сечения. В центре обычно помещается одна проволока. Три свитые вместе центральные проволоки применяются при необходимости увеличить диаметр провода. При одной центральной проволоке каждый следующий повив, имеет на шесть проволок больше, чем предыдущий. Все проволоки одного повива должны иметь одинаковый диаметр, но для разных повивов, могут различаться. После скрутки проволока располагается по винтовой линии. Высота подъема винтовой линии при её полном обороте вокруг оси провода называется шагом скрутки. Смежные повивы скручиваются в противоположных направлениях для увеличении прочности провода, причем наружный повив, имеет правое направление. Обычное отношение сечений алюминиевой оболочки и стального сердечника составляет около шести. При облегченных внешних условий работы ВЛ это отношение можно увеличивать до восьми, а при тяжёлых условий снизить до 4,3, а для сечении 185 мм² и более — даже до 1,5.

Стальные тросы марки С (ПС) изготавливают из обычной стали. Используется оцинкованная проволока.

Маркировка проводов

• Неизолированные провода описываются :
  • М — провод, состоящий из одной или скрученный из нескольких медных проволок.
  • А — провод, состоящий из одной или скрученный из нескольких алюминиевых проволок
  • АС — провод, состоящий из сердечника, сплетенного из оцинкованных стальных проволок, и намотки алюминиевых проволок. Получил наибольшее распространение. Также встречается устаревшее обозначение, обозначающее провод марки АС с отношением алюминий/сталь — около 6, например — АС-400 = АС-400/64.
  • ПСО и ПС — провода, изготовленные из стали, соответственно однопроволочный и многопроволочный. Провод ПСО — это проволока телеграфная ГОСТ 1668-73.
  • АСКС — провод марки АС, но межпроволочное пространство стального сердечника, включая его наружную поверхность, заполнено нейтральной смазкой повышенной нагревостойкости.
  • АСКП — провод марки АС, но межпроволочное пространство всего провода, за исключением наружной поверхности, заполнено нейтральной смазкой повышенной нагревостойкости.
  • АСУ — сталеалюминиевые провода с усиленным стальным сердечником (устаревшее, провод марки АС с отношением алюминий/сталь — около 4, например — АСУ-400 = АС-400/93).
  • АСО — сталеалюминиевые провода с облегчённым стальным сердечником (устаревшее, провод марки АС с отношением алюминий/сталь — около 8, например — АСО-400 = АС-400/51).
  • АСУС — сталеалюминиевые провода с особо усиленным стальным сердечником (устаревшее, провод марки АС с отношением алюминий/сталь — меньше 3, например АС-70/72, АС-95/141).
• Изолированные провода (самонесущий изолированный провод) — многожильные провода для воздушных линий электропередачи, содержащие изолированные жилы и несущий элемент, предназначенный для крепления или подвески провода. Они используются в основном для внутренних сетей. Токоведущие жилы проводов выполняют из круглой медной или алюминиевой проволоки. Изолирующую оболочку выполняют из резины или полихлорвинилового пластиката. Защитные покровы проводов с резиновой изоляцией выполняют в виде оплётки из волокнистых материалов, пропитанной противогнилостным составом. Провода с ПВХ-изоляцией обычно изготовляют без защитных покровов. Применяют также металлические защитные оболочки для защиты от механических повреждений.
• Защищённые провода — провода для воздушных линий электропередачи, поверх токопроводящей жилы которых наложена экструдированная полимерная защитная изоляция, исключающая короткое замыкание между проводами при схлёстывании и снижающая вероятность замыкания на землю.

В марке провода указывается и его номинальное сечение. Например, А-50 означает алюминиевый провод сечением 50 мм². Для стальных однопроволочных проводов в марке указывают диаметр провода. Так, ПСО-5 означает однопроволочный стальной провод диаметром 5 мм. Для сталеалюминевых проводов указывается два числа через дробь, числитель — сечение алюминиевых проводов в мм², знаменатель — сечение стального сердечника (например АС-400/51).

Изоляторы

Изоляторы, как правило, изготавливаются из закаленного стекла, электротехнического фарфора, полимера, служат для подвески проводов на воздушных линиях (линейные изоляторы), подразделяющиеся на штыревые и подвесные. Штыревые изоляторы, применяемые на линиях напряжением до 35кВ включительно, крепятся к опоре с помощью крюков или штырей; провода крепятся к штыревым изоляторам с помощью проволочной вязки. расчётной нагрузкой является нагрузка на изгиб. В их обозначении первая буква Ш означает «штыревой», вторая — тип изолятора (С — стеклянный, Ф — фарфоровый), следующее за числами число означает напряжение ВЛ. Ориентировочный срок службы 15-20 лет. На линиях напряжением свыше 35 кВ применяются только подвесные изоляторы.

Подвесные изоляторы, состоят из фарфоровой или стеклянной изолирующих частей, металлических деталей — шапок и стержней, соединяемых с изолирующей частью с помощью цемента. Первая буква в их обозначении П означает «подвесной», вторая — материал изоляции, число — разрушающую механическую нагрузку в тоннах. Ориентировочный срок службы 25-40 лет. Для загрязненных условий выпускаются специальные типы подвесных изоляторов. Также можно увеличивать длину гирлянды. Гирлянда изоляторов в свою очередь крепятся к траверсе по средством сцепной арматуры, а провод к гирлянде при помощи зажимов.

Линейная арматура

Линейная арматура предназначенная для соединения проводов, гирлянды изоляторов и опор. Она подразделяется на следующие виды: зажимы, сцепная, защитная, соединительная арматура и распорки.

Зажимы, служащие для закрепления приводов и тросов, подразделяются на поддерживающие, применяемые на промежуточных опорах, и натяжные, применяемые на анкерных опорах. По прочности закрепления провода поддерживающие зажимы бывают глухими (основной тип), с ограниченной прочностью заделки 600—800 кгс (для некоторых ВЛ 330—500 кВ) и выпадающими. На промежуточных опорах больших переходов, применяются многороликовые подвесы, в которых провод может свободно перекатываться по роликам. Для проводов сечением до 300 мм2 применяют болтовые зажимы, сечением свыше 300 мм² прессуемые зажимы и клиновые для стальных тросов.

К сцепной арматуре относятся скобы и серьги, служащие для присоединения гирлянды к опоре; промежуточные звенья, применяемые для удлинения гирлянд и коромысла, служащие для перехода от одной к двум или нескольким точкам подвеса. Соединители, служащие для соединения проводов и тросов, делятся на овальные (для проводов сечением до 185 мм²) и прессуемые для больших сечений проводов и тросов.

Опоры

По количеству цепей ВЛ различают:

• одноцепные;
• двухцепные;
• многоцепные.

Двухцепные опоры применимы для напряжений не более 330 кВ. Многоцепные опоры применяются за рубежом. В Российской практике имеются лишь четырехцепные стальные опоры 110 кВ для применения в стесненных условиях. Число цепей определяется схемой электроснабжения в зависимости от передаваемой мощности, класса напряжения ВЛ, необходимости резервирования.

По способу подвески проводов:

• Промежуточные. Применяются поддерживающие гирлянды изоляторов.
• Анкерные. На анкерных опорах применяются натяжные гирлянды изоляторов.

По материалу изготовления:

• деревянные;
• железобетонные;
• стальные.

Деревянные опоры изготовляются на напряжение не выше 220 кВ, железобетонные не выше 500 кВ, металлические не менее 35 кВ.

По месту в электропередаче:

• промежуточные:
  1. прямые;
  2. угловые.
• анкерные:
  1. угловые;
  2. транспозиционные;
  3. ответвительные;
  4. переходные;
  5. специальные;
  6. концевые.

Промежуточные опоры устанавливаются на прямых участках линии соответственно применяются: поддерживающая гирлянда изоляторов (висящая вертикально) и поддерживающие зажимы. Опора воспринимает нагрузку в вертикальной плоскости от веса: провода, гирлянды изоляторов, линейной арматуры и собственного веса. В горизонтальной плоскости от давления ветра на все элементы линии.

Промежуточные угловые опоры применимы лишь при повороте трассы на угол 100°-200°. Помимо нагрузок, действующих на промежуточные опоры, промежуточные угловые опоры также воспринимают нагрузки от поперечных составляющих тяжения проводов и тросов. При больших углах поворота трассы применяют анкерные угловые опоры.

Анкерные опоры. Провод крепится к натяжной гирлянде изоляторов с применением натяжных зажимов. Анкерные опоры устанавливаются на концах анкерованного участка, в этом случае нагрузки сходны с нагрузками прямой промежуточной опоры. При установке анкерной опоры в качестве угловой опоры нагрузка на опору сходна на нагрузку воспринимаемой промежуточной угловой опорой.

Концевые опоры устанавливаются на концах линии, с этих опор провода присоединяются к порталам подстанций.

Фундаменты опор ВЛ

Фундамент опоры — это её подземная часть, передающая на грунт усилия, возникающее при действии на опору внешних нагрузок. Основанием для фундамента служит площадка грунта, которая воспринимает нагрузку через подошву фундамента.

Для деревянных опор, фундаментами служат железобетонные или деревянные приставки, зарываемые, а железобетонные с ригелями или без также забиваемые или завинчиваемые в виде свай. Для металлических опор фундаменты могут быть монолитные бетонные или железобетонные массивы, сборные железобетонные фундаменты, металлические подножники, анкерные плиты для крепления оттяжек, опорные плиты или банкеты при слабых грунтах