Кабельные линии электропередачи

ГЛАВА 3 КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ

ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Для выполнения электрических линий применяются неизолирован­ные (голые) и изолированные провода, кабели и токопроводы.

По конструктивному выполнению электрические линии подразделя­ются на воздушные линии и кабельные линии.

 

Воздушные линии электропередачи

Воздушная линия (ВЛ) — это устройство для передачи электриче­ской энергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и при­креплен­ным при помощи изоляторов и арматуры к опорам или кронштей­нам инже­нерных сооружений. Здесь перечислены почти все основные эле­менты ВЛ (опоры, провода, изоляторы, арматура), за исключением грозо­защитных тро­сов и фундаментов.

Главными элементами ВЛ являются провода фаз линии, непосредст­венно осуществляющие передачу электроэнергии. Для защиты проводов от прямых ударов молнии служат тросы, монтируемые в верхней части опор на тросостойках. Опоры предназначены для надежного поддержания про­водов и тросов на определенной высоте над поверхностью земли, как при нормаль­ной эксплуатации линии, так и в различных аварийных ситуациях. Изоля­торы должны обеспечить необходимый промежуток между находя­щимся под напряжением проводом и заземленным телом опоры. Линей­ная арматура — это комплекс устройств, с помощью которых провода со­единяются, закреп­ляются на изоляторах, а изоляторы — на опорах. Нако­нец, фундаменты слу­жат для обеспечения устойчивого положения опор в пространстве.

Рис.3.2

На схеме воздушной линии, рис.3.1, показаны промежуточные и ан­кер­ные опоры линии. Расстояние между двумя соседними промежуточ­ными опорами называется длиной пролета, или пролетом линии , рис.3.2.

Рис.3.1

 Анкер­ные опоры, в отличие от расположенных между ними промежуточ­ныхопор, рассчитаны на противодействие значительным силам односто­роннего тяже­ния по проводам, возникающим при их обрыве в примыкаю­щем к анкерной опоре промежуточном пролете длиной , а также при мон­таже проводов и тро­сов. Провода на анкерных опорах жестко закрепля­ются на натяжных гир­ляндах изоляторов, а на промежуточных опорах крепятся свободно на под­держивающих гирляндах, имеющих длину . Длина гирлянды тем больше, чем выше номинальное напряжение линии.

В промежуточном пролете провода и тросы провисают. Расстояние по вертикали между точкой подвеса на опоре и низшей точкой в пролете назы­вается стрелой провеса . Расстояние от низшей точки провода до земли, воды или пересекаемых объектов  называется габаритом линии. Оно опреде­ляется в ПУЭ в зависимости от , характера местности и типа пересе­каемого линией сооружения и для ВЛ с = 500 кВ, сооружаемых в не­населенной местности, составляет 6—8 м.

Элементы ВЛ работают в сложных и разнообразных географических и климатических условиях, различающихся сезонными изменениями тем­пера­туры и влажности воздуха, наличием в нем природных и индустри­альных за­грязнений. Кроме того, они должны противостоять воздействию сил, основ­ными из которых являются:

- вес всех элементов линии;

- вес гололедных отложений на проводах, тросах и опорах;

- давление ветра на провода, тросы и опоры;

- тяжения по проводам и тросам;

- вибрации и пляски проводов.

Обусловленные массой конструктивных элементов линии силы, дей­ст­вующие на одну опору, могут достигать сотен тысяч ньютонов (1 Н = 0,102 кгс), и провода, тросы и опоры должны быть рассчитаны на такие на­грузки.

При определенных погодных условиях (обычно при температуре воз­духа от -3 до -5 °С и скорости ветра до 10 м/с) происходит образование ле­дя­ного покрова на проводах, тросах и опорах ВЛ с массой 900 кг/м³. Вес такого покрова, приходящийся на одну опору, может достигать тысяч нью­тонов. Интенсивность гололедообразования неодинакова в различных ре­гионах страны. Вся территория России делится на семь районов, разли­чающихся возможной максимальной толщиной стенки гололеда от 10 до 40 мм.

Аналогичным образом территория России делится на семь районов с раз­личной максимальной скоростью ветра. Ветровые нагрузки (скоростной напор ветра) также должны восприниматься всеми конструктивными эле­мен­тами ВЛ. Обычно считается, что давление ветра направлено парал­лельно по­верхности земли и перпендикулярно продольной оси линии. Силы, обуслов­ленные действием ветра, в расчете на одну опору могут дос­тигать сотен ты­сяч ньютонов и обязательно учитываются при проектиро­вании механической части ВЛ. Максимальная расчетная скорость ветра равна 49 м/с, что соответ­ствует давлению 1250 Па (1 Па = 0,102 кгс/м²). Отложения гололеда увеличи­вают площади поверхностей проводов и тро­сов, на которые оказывает давле­ние ветер, что приводит к возрастанию го­ризонтальных нагрузок.

Действие ветра обусловливает и два нежелательных явления, отрица­тельно влияющих на конструктивную часть ВЛ. Во-первых, это вибрация проводов и тросов, возникающая при равномерном движении воздуха со ско­ростью 4—8 м/с. Она характеризуется частотой колебаний в десятки герц и амплитудами до десятков миллиметров. Вибрация вызывает много­кратные перегибы проволок проводов и тросов, что, в конечном счете, при­водит к их излому, ослаблению прочности провода или троса и к возмож­ности их об­рыва, т.е. к аварийной ситуации. Во-вторых, при скоростях ветра 15—30 м/с может возникать так называемая пляска проводов и тро­сов. Обычно это яв­ление наблюдается в период, когда провода и тросы по­крыты гололедом. Эти колебания характе­ризуются частотой в единицы герц, однако их амплитуда может достигать величины, равной стреле про­веса провода или троса. Возни­кающие при этом динамические воздействия на узлы крепления проводов к гирляндам изоляторов и последних к опо­рам настолько значительны, что мо­гут приводить к поломкам арматуры и деталей опор. Кроме того, при пляске возможны касания и схлестывания проводов между собой и с тросами, что вызывает короткие замыкания и аварийное отключение линии.

Для борьбы с вибрацией воздушные линии оснащаются виброгасите­лями. Единственным средством демпфирования колебаний при пляске яв­ля­ется плавка гололеда, осуществляемая с помощью специального обору­дова­ния, обеспечивающего прохождение по линии больших токов и такой нагрев проводов, при котором происходят таяние и сброс ледяной корки.

Проводниковые материалы, из которых изготавливаются провода воз­душных линий электропередачи, т.е. их главные элементы, должны удовле­творять ряду технических и экономических требований. Прежде всего, они должны обладать невысоким удельным электрическим сопро­тивлением , чтобы потери активной мощности на нагрев проводов и по­тери напряжения в линии при прочих равных условиях были по возможно­сти минимальны.

Плотность  этих материалов также не должна быть высокой, по­скольку при заданном поперечном сечении проводника она определяет удельную нагрузку от собственного веса провода. Еще одним требованием является высокая механическая прочность, оцениваемая по пределу проч­но­сти на разрыв - . Одновременно проводниковый материал должен обла­дать стойкостью к атмосферным воздействиям и химическим реаген­там, на­ходящимся в воздухе. Наконец, этот материал не должен быть де­фицитным и дорогим, чтобы стоимость воздушных линий была бы прием­лемой при их массовом строительстве.

 На сегодня в практике сооружения ВЛ используются такие мате­риалы, как медь, алюминий и его сплавы, а также сталь. В табл. 3.1 пред­ставлены их характеристики, упомянутые выше.

Таблица 3.1

Свойства материалов, используемых для изготовле­ния проводов ВЛ
Материал	, Ом • мм2/км	, кг/м3	, H/мм2
Медь	17,8—18,5	8700	390
Алюминий	30,0—32,5	2750	160
Сплав АВ-Е	Тоже	2790	300
Сталь	—	7850	1200

 

Из сопоставления данных табл. 3.1 следует, что удельное электриче­ское сопротивление алюминия больше, чем меди примерно на 65 % , по массе он примерно в 3 раза легче меди, а по прочности — в 2,5 раза хуже. Отечественный термообработанный сплав АВ-Е, содержащий около 2 % присадок магния, кремния и железа, по сравнению с чистым алюминием при примерно одинаковых плотности и электрическом сопротивлении имеет су­щественно более высокую прочность, которая лишь на 23 % меньше, чем у меди. Медь является достаточно дефицитным и дорогим металлом, поэтому современная техника в основном базируется на приме­нении проводов ВЛ из алюминия и его сплавов.

Рис. 3.3

На воздушных линиях преимущественно применяются неизолирован­ные провода и тросы. Вместе с тем в последние три десяти­летия за рубежом и в 90-е годы XX в. в России на линиях 0,4 и 6—20 кВ стали довольно ши­роко применяться самонесущие изолированные провода (СИП), рис.3.3. Сооружение линий с такими про­водами значи­тельно дороже по сравнению с ВЛ с неизолированными про­водами, однако их повреждае­мость существенно ниже, индуктивное сопротивление меньше. Так же такие провода отлично переносят гололед, их конструкция позволяет «сбрасывать» налипшую корку льда. Монтаж СИПа так же очень прост и не требует дополнительных затрат в виде изоляторов.

Разновидности конструкций неизолированных проводов многочис­ленны. Они включают как монометаллические (из меди, алюминия, стали), так и биметаллические (сталеалюминевые) провода, рис.3.4. Однопроволочные про­вода допускаются к применению лишь на ВЛ напряжением до 1 кВ. При бо­лее высоких номинальных напряжениях используются исключи­тельно мно­гопроволочные конструкции.

Рис. 3.4

Расширенные и полые провода, рис.3.5, разрабатывались для применения на ВЛ напряжением 220 кВ и выше с целью уменьшения отрицательных по­следст­вий явления коронного разряда на проводах (потерь электроэнергии, акусти­ческого шума и помех радио- и телевизионному приему). Это явле­ние возни­кает при определенной напря

Рис. 3.5

женности электрического поля на поверхности провода (около 30 кВ/см), которая обратно пропорциональна внешнему диа­метру провода.

Применение проводов обычной многопроволочной конструкции с уве­личенным по этой причине диаметром неэкономично, поскольку сече­ние та­кого провода из-за явления поверхностного эффекта при протекании по нему переменного тока используется не полностью, т.е. какое-то коли­чество мате­риала не работает и является как бы лишним. Пустотелая кон­струкция позво­ляет избежать перерасхода цветного металла и удорожания ВЛ. Аналогичные цели преследовались и при создании расширенных про­водов за счет разме­щения внутри многопроволочной конструкции каркас­ных спиралей или стеклопластиковых наполнителей.

Альтернативой применения таких достаточно сложных в изготовле­нии конструкций является так называемое расщепление фазы на несколько со­ставляющих n, широко применяемое во всем мире для ВЛ высокого и сверх­высокого напряжений. Так, на отечественных линиях 330 кВ исполь­зуется расщепление фазы на два провода, фиксируемых на расстоянии a=40 см друг от друга металлическими распорками. На ВЛ 500 кВ приме­няется «пу­чок» из трех проводов, находящихся в вершинах равносторон­него треуголь­ника со стороной 40 см. Такой пучок эквивалентен одиноч­ному проводу с внеш­ним диаметром около 27 см. Для ВЛ 750 кВ  = 4—5, а для ВЛ 1150 кВ n = 8—10 при а = 40—60 см.

В России основным используемым типом проводов для ВЛ 35—1150 кВ до настоящего времени являются сталеалюминевые. Они имеют стальной сердечник, на который накладываются от 1 до 4 повивов алюми­ниевых про­волок. Сталеалюминевые провода выпускаются в четырех мо­дификациях (марок АС, АСК, АСКС и АСКП).

Наличие в марке буквы «К», указывает на то, что провод имеет повы­шенную коррозионную устойчивость. Такие провода применяются в рай­онах с «загрязненной атмосферой» (на побережьях морей, соленых озер, в промышленных районах и т. п.). Стойкость против коррозии обес­печивается, во-первых, изоляцией стального сердечника двумя лентами из синтетической пленки и, во-вторых, нанесением на его поверхность ней­тральной смазки по­вышенной термостойкости (марка АСК) или заполне­нием ею сердечника (марка АСКС) или всего провода (марка АСКП).

Механические (прочностные) характеристики сталеалюминевого про­вода определяются соотношением суммарного поперечного сечения алюми­ниевых проволок к суммарному сечению проволок стального сердечника . По соотношению различают пять исполнений таких проводов.

Максимальное значение этого коэффициента 18,1 соответствует специ­альному облегченному исполнению, а минимальное 0,64 – специальному усиленному. Использование того или иного исполнения проводов опреде­ля­ется в первую очередь тяжестью климатических условий, т.е. нагруз­ками, ко­торые испытывает провод под действием массы гололедных обра­зований и под давлением ветра. Помимо тяжести климатических условий выбор того или иного исполнения провода иногда связан и с необходимо­стью повыше­ния надежности при пересечениях ВЛ с железными дорогами и автостра­дами, при переходах больших рек и т. п.

Обозначение сталеалюминевых проводов состоит из обозначения марки (АС, АСК, АСКС, АСКП) и номинальных сечений алюминиевой части и стального сердечника, например АС 150/24, АСК 240/56 и т. п.

Стальные провода используются в тех случаях, когда требуется пере­дать небольшую мощность на относительно дальние расстояния, например в сетях сельскохозяйственного назначения. Стальные провода с большим со­против­лением на разрыв используются для устройства переходов линий че­рез пре­пятствия (реки, озера, ущелья и т.п.) при длине пролета более 1 км.

Активное и реактивное сопротивления стальных проводов значительно выше, чем проводов из цветных металлов. Существенный недостаток сталь­ных проводов – их высокая коррозия. Для повышения коррозионной стойко­сти стальные провода изготовляют из оцинкованной проволоки.

Грозозащитные тросы выполняют из стальных оцинкованных много­про­волочных канатов сечением 35, 50 и 70 мм². Если грозозащитные тросы ис­пользуются для организации высокочастотных каналов связи, то они должны выполняться из материала с высокой электропроводностью. Поэтому в таком случае применяют провода марок АС 70/72 и АС 95/141. На ВЛ на­пряжением до 110 кВ тросы применяют только на подходах к подстанциям, чтобы уменьшить вероятность грозовых перенапряжений в непосредствен­ной бли­зости от подстанционного оборудования. На ВЛ с номинальным на­пряже­нием 110 кВ и выше, сооружаемых на стальных и железобетонных опорах, тросы подвешивают вдоль всей линии. Воздуш­ные линии напряже­нием 110—220 кВ на деревянных опорах тросами не защищаются.

Многообразие применяемых в электросетевом строительстве типов опор влечет за собой необходимость их классификации по целому ряду при­знаков.

По количеству трехфазных цепей различают опоры:

- одноцепные, которые применяются при сооружении ВЛ любых номи­наль­ных напряжений, рис.3.6а;

- двухцепные, которые в России применяются для ВЛ 35—330 кВ, рис.3.6б;

- многоцепные, которые применяются за рубежом в густонаселенных рай­онах с высокой стоимостью земли для экономии территории, отчуждаемой под трассу ВЛ, рис.3.6в.

Основанием второго признака служит способ крепления проводов. Здесь в первую очередь выделяются промежуточные опоры, на которых про­вода закрепляются в поддерживающих зажимах, 3.7а. Это основной тип опор, со­став­ляющий около 90 % их общего числа. Кроме них выделяются анкерные опоры, на которых провода закрепляются в натяжных зажимах, 3.7б.

По положению на трассе различают опоры, расположенные на пря­мых ее участках, и угловые (или анкерные угловые), расположенные в точ­ках из­менения направления (поворота) трассы линии. В этих точках на опору дей­ствует сила тяжения проводов и тросов, направленная по биссек­трисе внут­реннего угла. Поэтому в отличие от обычной промежуточной опоры угловая должна иметь раскосы, противодействующие опрокиды­вающему моменту в направлении действия этой силы.

По конструктивному выполнению опоры делятся на свободностоя­щие и на оттяжках. Применение металлических тросовых оттяжек, кото­рые кре­пятся с одной стороны к верхним частям опоры, а с другой сто­роны к анкер­ным плитам, заглубленным в грунт на 2—3 м, обеспечивает устойчивость опоры и по сравнению со свободностоящими опорами по­зволяет значительно сократить расход материала, из которого изготавли­ваются элементы опоры, а следовательно, и ее стоимость.

В качестве материала для изготовления опор используются древе­сина, железобетон и сталь. Деревянные опоры применяют на ВЛ с номи­нальным напряжением до 220 кВ включительно, рис.3.8

Унифицированные железобетонные опоры применяются для соору­же­ния ВЛ с номинальным напряжением до 500 кВ включительно, рис.3.9.

Металлические решетчатые опоры применяются во всем диапазоне номинальных напряжений (35—1150 кВ), рис.3.10.

В настоящее время на ВЛ 35, 110 и 220 кВ применяются железобетонные и стальные решетчатые опоры, разработанные еще в 60-70-е годы прошлого века.

Стальные решетчатые опоры отличаются большим весом, низкой вандалоустойчивостью, требуют больших затрат на сборку и установку и занимают большую площадь, что не позволяет их применение в стесненных условиях.

Железобетонные стойки для опор ВЛ не учитывают изменения норм по проектированию опор ВЛ, появления новых технологий и повышенных требований к надежности ВЛ в соответствии с ПУЭ седьмого издания.

Указанные недостатки могут быть преодолены путем применения опор ВЛ нового поколения на базе стальных многогранных стоек, рис.3.11.

В первую очередь стальные многогранные опоры ВЛ используются для поддержания проводов воздушных ЛЭП напряжением от 10 до 500 кВ. Они могут устанавливаться как в населенной, так и в ненаселенной местности. Допускается их установка в I-V ветровых и гололедных районах, минимальная допустимая температура воздуха -65°С.

Стальные опоры воздушных линий с многогранным стволом производятся из стали Ст3, либо из низколегированной стали. Опоры представляют собой металлическую конструкцию из стоек, которые имеют форму полых усеченных пирамид (в сечении вид правильного многогранника). В единую конструкцию стойки собираются из отдельных секций и при помощи телескопического или фланцевого соединения. Траверсы могут быть решетчатого, многогранного или изолирующего типа.

Преимущества использования многогранных опор ЛЭП:

1. Небольшие сроки строительства.

Железобетонные и решетчатые аналоги возводятся в 2-4 раза медленнее, чем многогранные опоры ЛЭП. Этот факт обусловливается несколькими причинами: во-первых, количество опор в линии меньше, т.к. прочностные характеристики выше и межопорное расстояние больше, во-вторых, процесс монтажа и установки менее трудоемкий, так как сами опоры легче, а количество сборочных единиц меньше.

2. Низкие материальные затраты.

Исследования показали, что экономия при возведении многогранных металлических опор ЛЭП составляет около 12-15%, если сравнивать их с бетонными аналогами, и 40-50%, если сравнивать с решетчатыми опорами. Это объясняется несколькими причинами:

· Увеличенным межопорным расстоянием;

· Меньшими расходами на транспортировку и СМР;

· Увеличенными сроками использования;

· Низкими затратами на утилизацию и демонтаж;

· Экономический эффект увеличивается, если монтаж или замена опор происходит в удаленных и труднодоступных районах.

3. Низкая стоимость и удобная транспортировка.

При транспортировке опор ЛЭП нет нужды использовать нестандартный транспорт, так как секции (до 12 метров) имеют телескопическую конструкцию, могут складываться друг в друга и перевозятся фурой с кониками. Поэтому в отличие от других опор многогранные опоры ЛЭП перевозить в 3-4 раза дешевле.

4. Уменьшенные расходы на постоянный и временный землеотвод.

Снижение стоимость обуславливается необходимостью меньшего землеотвода, а так же большим межопорным расстоянием. В сравнении с решетчатыми или железобетонными опорами стоимость землеотвода может быть в 2 раза меньше.

5. Надежность.

Высокая надежность многогранных опор ЛЭП складывается из нескольких факторов:

· Долговечность. Оцинкованные многогранные опоры могут прослужить порядка 70 лет, обычные многогранные без оцинкования – не меньше 50, против 30 лет у бетонных опор и 35-45 решетчатых.

· Безотказность. Как показывает многолетняя практика и наблюдения, многогранные стальные опоры ЛЭП выходят из строя значительно реже своих аналогов.

· Ремонтопригодность. Катастрофические разрушения принести опоре практически невозможно, а чтобы заменить вышедшие из строя узлы нужно минимум времени.

· Сохраняемость. Работоспособность сохраняется в норме даже при многократных погрузо-разгрузочных работах или длительном хранении.

7. Вандалоустойчивость.

Форма многогранных опор ЛЭП делает данный вид наиболее вандалоустойчивым из всех типов опор.

Помимо перечисленных выше выделяется группа опор специального на­значения. К ним относятся транспозиционные, рис.3.12, ответвительные и пере­ход­ные опоры.

Транспозиционные опоры устанавливаются по концам уча­стков цикла транспозиции, рис. 3.13.

Рис. 3.13

Рис. 3.12

Под транспозицией понимается циклическая перестановка фаз с це­лью снижения несимметрии систем векторов токов и напряжений в конце линии (при симметричных системах этих векторов в ее начале), вызывае­мой разли­чием реактивных параметров фаз (индуктивностей и емкостей) вследствие несимметричного расположения проводов на опорах. На ли­ниях длиной до 100 км обычно осуществляется один цикл транспозиции.

Ответвительные опоры, рис. 3.14, служат для выполнения ответвлений от основ­ной линии, а переходные, рис.3.15 — для осуществления переходов через реки и дру­гие водные пространства. Высота последних в ряде случаев достигает 100 м.

                       Рис.3.14                                           Рис. 3.15

На одноцепных опорах в настоящее время применяют два расположе­ния проводов — по вершинам треугольника, рис 3.16 а, б, (на ВЛ 35—330 кВ с желе­зо­бетонными и стальными опорами) и горизонтальное, рис 3.13 в, (на всех ВЛ напряжением 220 кВ и выше и на ВЛ 35—110 кВ с деревянными опорами). На двухцепных опорах рекомендуется расположе­ние проводов об­ратной ел­кой, рис 3.16 г, или повершинам шестиугольника (типа «бочка»), рис. 3.16.д.

Рис.3.16

Изоляторы ВЛ изготавливают в основном из фарфора или закален­ного стекла. Вместе с тем, в последние два десятилетия все шире начинают при­меняться и полимерные изоляторы. Фарфор и стекло обладают высо­кой стойкостью к атмосферным воздействиям, достаточно высокой меха­нической и электрической прочностью. Стеклянные изоляторы легче фар­форовых, лучше противостоят ударным нагрузкам и не растрескиваются, а рассыпа­ются при пробое, что облегчает визуальное нахождение места по­вреждения при осмотрах линии.

Рис. 3.17

Конструктивно различаются два вида стеклянных и фарфоровых изоля­торов — штыревые, рис.3.17 и подвесные, рис.3.18. Штыревые применяются на ВЛ до 35 кВ включительно. Корпус изолятора имеет внутреннюю резьбу и на­винчивается на металлический штырь или крюк. Провод укладывается в углубление на корпусе изолятора и закрепляется проволочной вязкой.

Рис. 3.18

Подвесные изоляторы применяются на ВЛ напряжением 35 кВ и выше. Подвесные изоляторы собираются в гирлянды, 3.18. Количество изолято­ров в поддерживающей гирлянде определяется в основном значением но­миналь­ного напряжения линии, а также степенью загрязненности атмо­сферы, мате­риалом опоры и типом изолятора. На деревянных и железобе­тонных опорах при напряжении 35кВ устанавливается гирлянда из 3 изо­ляторах. На метал­лических и железобетонных опорах при напряжении 500 кВ гирлянда со­стоит из 24 изоляторов, ее длина достигает почти 5 метров при весе более 150 кг.

Полимерные изоляторы (ПИ), рис.3.19, представляют собой относительно но­вое поколение изоляции ВЛ. Основными достоинствами ПИ являются, прежде всего, их высокая эксплуатационная надежность, малая масса, ус­тойчивость к ударным механическим нагрузкам и актам вандализма (в том числе к рас­стрелам), удобство транспортировки и простота монтажа, а также эстетичный внешний вид.

Рис. 3.19

Термин линейная арматура объединяет устройства, обеспечивающие, во-первых, надежное сочленение отдельных элементов конструкции ВЛ, а также защиту гирлянд подвесных изоляторов от повреждения элек­триче­ской дугой при пробое и фиксацию взаимного расположения в про­странстве проводов расщепленных фаз и соседних фаз по отношению друг к другу.

Геометрические размеры опор ВЛ косвенным образом определяют ее некоторые экономические характеристики. От значений высоты и ширины опоры при прочих равных условиях зависит объем материала, из которого изготовлены элементы опоры, а следовательно, и ее стоимость. Кроме того, ширина опоры частично определяет и поперечный размер полосы от­чужде­ния территории под трассу линии, что в условиях рыночной эконо­мики при высокой стоимости земли является подчас причиной отказа от сооружения ВЛ в пользу варианта кабельной линии с существенно мень­шей шириной трассы.

Вертикальный и горизонтальный габариты воздушной линии опреде­ля­ются взаимным расположением:

- ее токоведущих элементов (проводов) и заземленных частей (траверс и стоек опоры);

- проводов и грозозащитных тросов, если последние предусмотрены конст­рукцией;

- проводов в нижней точке их провисания в пролете относительно поверх­но­сти земли.

В табл. 3.2 даны значения конструктивных параметров ВЛ 35—750 кВ:

- длины промежуточного пролета  при сооружении ВЛ в равнинной мест­но­сти;

- расстояния между фазами при их горизонтальном расположении на опоре;

- длины подвесной гирлянды изоляторов с арматурой ;

- высоты промежуточной опоры ;

- габарита линии до земли в ненаселенной местности ;

- числа проводов в фазе ;

- диапазонов сечений сталеалюминевых проводов (их алюминиевой части).

Таблица 3.2

Конструктивные параметры ВЛ 35—750 кВ
Параметр	Номинальное напряжение, кВ
	35	110	220	330	500	750
L, м	150-200	170-250	250-350	300-400	350-450	450-750
Dмф, м	3,0	4,0	6,5	9,0	12,0	17,5
λ, м	0,7	1,2-1,4	2,2-2,3	3,0-3,2	4,5-4,9	6,7-7,5
H, м	10	13-14	22-26	25-30	27-32	30-41
h, м	6-7	6-7	7-8	7,5-8	8	10-12
n	1	1	1	2	3	4
F, мм2	50-185	70-240	240-400	240-500	300-500	400-500

 

Данные табл.3. 2. свидетельствуют о том, что ВЛ высокого и сверхвы­со­кого напряжений характеризуются весьма внушительными раз­мерами. Их вертикальный габарит составляет 25—41 м, а ширина опоры, если принять ее равной двойному междуфазному расстоянию, находится в пределах от 18 до 35 м. Несмотря на то что в процентном отношении к суммарной протяженно­сти ВЛ напряжением 35 кВ и выше такие линии в России составляют не­большую долю (менее 10 %), территория, занимае­мая ими, оказывается до­вольно значительной. В связи с этим во всем мире проводятся исследования, направленные на создание более компактных конструкций ВЛ, которые од­новременно обладали бы повышенной пропу­скной способностью, понижен­ным влиянием на окружающую среду и в большей степени удовлетворяли бы требованиям технической эстетики.

 

Кабельные линии электропередачи

В электроэнергетических системах применяются почти все извест­ные виды кабельной продукции, однако базовыми, которые и будут рас­смотрены ниже, являются силовые кабели.

Кабелем – называется провод, заключенный в герметическую обо­лочку, который можно прокладывать в воде, земле и на воздухе. Это гото­вое заво­дское изделие, состоящее из изолированных токоведущих жил, заклю­чен­ных в защитную герметичную оболочку, поверх которой в зави­симости от условий прокладки может находиться защитный покров.

Силовые кабели состоят из следующих элементов: токопроводящих жил, изоляции, оболочек и защитных покровов. Помимо этого в конст­рукции кабеля могут присутствовать экраны, нулевые жилы, жилы за­щитного зазем­ления и заполнители.

Силовые кабели различают по:

- роду металла токопроводящих жил – кабели с алюминиевыми и мед­ными жилами;

- роду изоляционного материала токоведущих жил – кабели с бумаж­ной, пластмассовой и резиновой изоляцией;

- роду защиты изоляции жил кабелей от влияния внешней среды – ка­бели в металлической, пластмассовой и резиновой оболочке;

- способу защиты от механических повреждений – бронированные и небронированные;

- количеству жил – одно-, двух, трех- и четырехжильные.

Рис. 3.20

На Рис.3.20 а показаны сечения двухжильных кабелей с круглыми и сег­ментными жилами; на рис.3.20 б – трехжильные кабели с поясной изоляцией и отдель­ными оболочками; на рис.3.20 в – четырехжильные кабели а нулевой жилой круглой, секторной и треугольной формы.

Цифрами на рис.3.20 обозначены: 1 - токопроводящая жила; 2 – нуле­вая жила; 3 – изоляция жилы; 4 – экран на токопроводящей жилы; 5 – по­ясная изоляция; 6 – заполнитель; 7 – экран на изоляции жилы; 8 – обо­лочка; 9 – бронепокров; 10 – наружный защитный покров.

Токопроводящие жилы предназначены для прохождения тока. Разли­чают основные и нулевые жилы кабелей. Жилы защитного заземления яв­ля­ются вспомогательными и предназначены для соединения не находя­щихся под рабочим напряжением металлических частей электроустановок с конту­рами защитных заземлений.

Силовые кабели на напряжение до 35 кВ имеют от одной до четырех медных или алюминиевых жил. Жилы сечением до 16 мм² - однопроволоч­ные, свыше многопроволочные. По форме сечения жилы одножильных ка­белей - круглые, а многожильных - сегментные. Преимущественно приме­няются кабели с алюминиевыми жилами. Кабели с медными жилами при­ме­няются для перемещающихся механизмов и во взрывоопасных помеще­ниях.

На переменном токе до 1кВ применяют четырех жильные кабели, се­че­ние четвертой, нулевой жилы меньше, чем основных. Кабели в сетях пе­ре­менного тока до 35 кВ – трехжильные, кабели 110 кВ и выше – одно­жильные.

Изоляция служит для обеспечения необходимой электрической проч­но­сти жил кабеля по отношению друг к другу и к заземленной оболочке.

Для силовых кабелей применяется бумажная пропитанная, резиновая или пластмассовая изоляция. Изоляция, наложенная непосредственно на жилу, называется изоляцией жилы. Изоляция, наложенная поверх всех жил, называется поясной.

Бумажная изоляция выполняется в виде нескольких слоев из лент ка­бельной бумаги, пропитанной специальным составом. Кабели с пластмассо­вой изоляцией имеют изоляцию в виде сплошного слоя из по­ливинилхлорид­ного (ПВХ) пластиката или композиционного полиэтилена. При этом пояс­ная изоляция может быть выполнена в виде прессованного ПВХ шланга, не­скольких слоев полиэтилентерефталатной пленки или со­четания бумаги и ПВХ пленки.

Для выравнивания электрического поля силовых кабелей напряже­нием 6-10 кВ применяются электропроводящие экраны. В кабелях с бу­мажной изоляцией экраны располагают на поясной изоляции, В качестве экранов ис­пользуется электропроводящая кабельная бумага. Допускается выполнять экран из полупроводящей металлизированной бумаги, поверх которой нало­жена алюминиевая фольга. В кабелях с пластмассовой изоля­цией 6 кВ эк­раны выполняются на жилах и поясной изоляции из электро­проводящего по­лиэтилена.

Защитная герметичная оболочка предохраняет изоляцию от вредного воздействия влаги, света, газов, кислот и механических повреждений. Обо­лочки выполняются из свинца, алюминия, резины и пластмассы. Лучшими оболочками для кабелей с бумажной изоляцией являются алюминий и сви­нец. Кабели с невлагоемкой пластмассовой изоляцией не нуждаются в ме­тал­лической оболочке, поэтому изготовляются в пластмассовой оболочке.

Алюминиевые оболочки из-за хороших механических характеристик (прочность, стойкость к вибрациям и т.д.) не требуют бронирования. Вы­сокая электрическая проводимость алюминия обусловливает отсутствие экранов и возможность использования оболочки в качестве нулевой жилы. Свинцовые оболочки обладают рядом недостатков: менее прочны по срав­нению с алю­миниевыми; при воздействии вибраций и растягивающих усилий образу­ются трещины; из-за ползучести свинца на наклонных и вертикальных трас­сах наблюдаются необратимые процессы растяжения оболочек в нижних час­тях; свинцовые оболочки подвержены воздействию почвенной и электрохи­мической коррозии.

Пластмассовые оболочки отличаются от изоляционного состава до­бав­кой пластификаторов и стабилизаторов, обеспечивающих повышенную стой­кость против светового старения. Полиэтиленовые и поливинилхло­ридные оболочки более стойки к агрессивным средам по сравнению с алюми­ниевыми и свинцовыми. Оболочки из ПВХ - пластиката обладают боль­шим недостатком − хрупкостью при низких температурах.

Защитные покровы используются для защиты оболочек кабелей от внешних воздействий и в зависимости от конструкции могут состоять из по­душки, бронепокрова и наружного покрова. В зависимости от конструк­ции могут отсутствовать один или два компонента. Подушка накладыва­ется на оболочку и предназначена для ее предохранения от механических поврежде­ний лентами или проволоками брони. Бронепокров предохраняет кабель от внешних механических воздействий и состоит из металлических лент или проволок. Ленты бывают стальные, покрытые битумным соста­вом или оцин­кованные. Проволоки используют стальные оцинкованные диаметром от 1,4 до 6 мм. Наружный покров предназначен для защиты брони от коррозии и выполняется в виде шланга из пластмассы или волок­нистых материалов.

Заполнители предназначены для устранения свободных промежутков между конструктивными элементами кабеля в целях герметизации, прида­ния кабелю необходимой формы и механической устойчивости.

Трехжильные кабели 20-35 кВ состоят из отдельно освинцованных или экранированных жил. Свинцовая оболочка или экран служит для вы­равнива­ния электрических и тепловых полей каждой из фаз. Промежутки между ос­винцованными жилами заполняют пропитанной кабельной пря­жей. Все три жилы скручивают друг с другом и покрывают стальной бро­ней. В качестве защитного покрова брони от коррозии используют кабель­ную пряжу, пропи­танную битумным составом.

Кабели переменного тока 110 кВ и выше изготовляют одножиль­ными, маслонаполненными. Кабели выполняются с полой токоведущей жилой и с бумажной изоляцией, пустоты изоляции и жилы заполнены мас­лом под по­стоянным избыточным давлением. Для поддержания давления масла в кабеле используются специальные насосные станции, устанавли­ваемые по концам кабеля и по трассе.

Марки кабеля состоят из начальных букв слов, характеризующих их конструкцию. Рядом с маркой кабеля указывают число и сечение токо­веду­щих жил.

Кабельная арматура предназначена для соединения отдельных от­рез­ков (строительных длин) кабеля, а также для присоединения концов ка­белей к аппаратуре или шинам распределительных устройств. Арматура для соеди­нения отрезков кабеля – соединительные муфты. Арматура для оконцевания кабелей на открытом воздухе и внутри помещений – конце­вые муфты и кон­цевые заделки. Основное назначение всех муфт и заделок - герметизация ка­белей в местах соединений и оконцеваний.

В системах электроснабжения применяются различные способы про­кладки кабельных линий: в траншеях, в трубах, в каналах, в блоках, в тунне­лях и коллекторах, на лотках, на эстакадах и в галереях, на тро­сах.

При выборе способа прокладки кабелей необходимо помнить о требо­ва­ниях надежности работы того оборудования, которое получает пи­тание от кабеля. В частности, необходимо помнить, что прокладка кабелей в тран­шеях, являясь самой дешевой, одновременно является самой нена­дежной. Известно, что около 80% всех отказов кабелей разных напряжений и спосо­бов прокладки приходится именно на кабели, проложенные в траншеях. Наи­более надежными являются прокладки на эстакадах и в тун­нелях.

Рис.3.21

Прокладка кабельных линий в траншеях. Вне помещений кабели обычно прокладываются в земляных траншеях. Это наиболее простой и эко­номич­ный способ прокладки, рис.3.21. Допустимые токи на кабели, проложенные в земле, при­мерно в 1,3 раза больше, чем при прокладке на воздухе. Однако он явля­ется и са­мым не­надежным. В траншее может быть проложено от 1 до 6 ка­белей на­пряжением до 10 кВ. При большем количестве ухудшаются усло­вия их охла­ждения. Глубина прокладки кабеля должна быть не менее 0,7м. Кабели ук­ладывается на подушку в один ряд на дне траншее «змейкой», для компенсации температурных де­формаций и устранения влияния смещения почвы. Сверху кабели засыпают грунтом. Для защиты КЛ от механических повреждений ее по всей длине поверх верхней подсыпки покры­вают бетонными плитами или кирпичом.

Прокладка кабелей в трубах. При необходимо­сти прокладки кабелей на глу­бине менее 0,7м, в местах пересечения с же­лезно­дорожными путями, автодо­рогами, в тех случаях, когда необходимо защищать ка­бели от воздействия аг­рессивных грунтов и блуждающих токов, их необ­ходимо прокладывать в трубах. Для этой цели применяют стальные, чу­гунные, асбо­цементные, кера­мические и пластмассовые трубы. Внутрен­ний диаметр труб для прокладки кабеля должен быть не менее двукрат­ного наружного диа­метра кабеля. Прокладка кабелей в каналах. Кабельные каналы следует использо­вать при внутрицеховой и внецеховой прокладках, рис 3.22.  Каналы выпол­няют из унифициро­ванных железобетонных лот­ков с перекры­тиями, из железобетонных плит с основаниями и перекрытиями из монолитного железобе­тона, а также из

Рис. 3.22

кирпича. Этот способ про­кладки по­зволяет обеспечить осмотры и ре­монты ка­бельных линий в процессе эксплуата­ции без производства земляных работ, кроме того, обеспечивается защита кабелей от механи­че­ских повреждений, блуждающих токов и аг­рессивности грунта. Располо­жение кабелей на каналах на конструкциях мо­жет быть различным в зависи­мости от размеров канала: на одной стенке на подвесах, на одной стенке на полках, на двух стенках на подвесах, по дну ка­нала. В кабельном канале мо­жет быть проложено от 6 до 35 кабелей.

Прокладка кабелей в блоках. Этот вид прокладки рекомендуется в местах пересечений с железными и автомо­бильными дорогами, в условиях стес­ненности по трассе, при возможности пролива расплавленного металла, при агрессивных средах, при необходимости защиты от блуждающих токов, рис.3.23.

Рис. 3.23

Кабельный блок представляет со­бой сооруже­ние из асбоцементных, бе­тонных или керамических труб для про­кладки в них кабелей. Трубы уклады­вают в несколько рядов на бетонное ос­нование. По­сле стыковки трубы скрепляют бетоном в общий блок. В местах соединений и ответвлений кабелей, а также на прямых участках длиной бо­лее 150м устраивают кабельные колодцы, облегчающие протяжку кабелей через от­ветвления блоков.

 Прокладка кабелей в туннелях и коллекторах. Кабельным туннелем назы­вается закрытое сооружение (коридор) вы­сотой до 2,5м, с расположенными в нем опорными конст­рукциями для размещения на них кабелей, со свободным проходом по всей длине. Туннели обору­дуют по­жарной сигнализа

Рис. 3.24

цией, обеспечивают на­дежной гидроизоляцией от грунтовых вод и вентиляцией для сни­же­ния температуры нагрева кабеля, рис.3.24. Туннельная канализация электро­энергии целесообразна при совмест­ной прокладке более 30 кабелей.

Коллектором называется подземное сооружение круглого или прямо­угольного профиля, предназначен­ное для совместного размещения кабель­ных линий, во­допровода и теплопровода.

Прокладка кабелей на лотках. Лотки предназначены для открытой про­кладки кабе­лей. На лотках разрешается производить ук­ладку неброниро­ванных кабелей напряже­нием до 1к В и сечением не более 16 мм².

Рис. 3.25

Рис. 3.26

Лотки представляют собой металличе­ские конструкции корытообраз­ного сечения, сплошные, перфорированные или решетчатые и не являются защитой от механических по­вреждений, рис.3.25. Лотки устанавливаются на опорных конструкциях, по стенам и по перекрытиям на высоте не менее 2 м от уровня пола. В электро­технических помещениях, обслуживаемых специ­ально обученным персона­лом, высота не нормируется.

Прокладка кабелей на эстакадах и в галереях. Прокладка кабелей в за­крытых галереях и на открытых эстакадах применяется на территории, за­груженной подземными коммуникациями, при большой агрессивности почвы, коррозии, затрудняющих прокладку кабелей другими способами, рис.3.26.

Прокладки кабелей на тросах. Прокладка кабелей напряжением до 1 кВ допускается как внутри, так и вне помещений. Монтаж кабелей на тросах применяется в особых случаях, когда другие способы прокладки неприме­нимы по каким-либо соображениям. Кабели, прокладываемые вне помеще­ний, должны иметь защитное негорючее наружное покрытие. Выбор троса определяется нагрузкой. В качестве тросов применяются сплетенные из стальных оцинкованных проволок канаты или круглая стальная проволока.

---

Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 171; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!