Воздушные линии (ВЛ) служат для передачи электроэнергии по проводам, проложенным на открытом воздухе и закрепленным на специальных опорах или кронштейнах инженерных сооружений с помощью изоляторов и арматуры. Основными конструктивными элементами ВЛ являются провода, защитные тросы, опоры, изоляторы и линейная арматура. В городских условиях ВЛ получили наибольшее распространение на окраинах, а также в районах застройки до пяти этажей. Элементы ВЛ должны обладать достаточной механической прочностью, поэтому при их проектировании, кроме электрических, делают и механические расчеты для определения не только материала и сечения проводов, но и типа изоляторов и опор, расстояния между проводами и опорами и т. д.

В зависимости от назначения и места установки различают следующие виды опор:

промежуточные, предназначенные для поддержания проводов на прямых участках линий. Расстояние между опорами (пролеты) составляет 35-45 м для напряжения до 1000 В и около 60 м для напряжения 6-10 кВ. Крепление проводов здесь производится с помощью штыревых изоляторов (не наглухо);

анкерные, имеющие более жесткую и прочную конструкцию, чтобы воспринимать продольные усилия от разности тяжения по проводам и поддерживать (в случае обрыва) все оставшиеся в анкерном пролете провода. Эти опоры устанавливаются также на прямых участках трассы (с пролетом около 250 м для напряжения 6-10 кВ) и на пересечениях с различными сооружениями. Крепление проводов на анкерных опорах производится наглухо к подвесным или штыревым изоляторам;

концевые, устанавливаемые в начале и в конце линии. Они являются разновидностью анкерных опор и должны выдерживать постоянно действующее одностороннее тяжение проводов;

угловые, устанавливаемые в местах изменения направления трассы. Эти опоры укрепляются подкосами или металлическими оттяжками;

специальные или переходные, устанавливаемые в местах пересечений ВЛ с сооружениями или препятствиями (реками, железными дорогами и т. п.). Они отличаются от других опор данной линии по высоте или конструкции.

Для изготовления опор применяют дерево, металл или железобетон.

Деревянные опоры в зависимости от конструкции могут быть:

одинарными;

А-образными, состоящими из двух стоек, сходящихся у вершины и расходящихся у основания;

трехногими, состоящими из трех сходящихся к вершине и расходящихся у основания стоек;

П-образными, состоящими из двух стоек, соединенных вверху горизонтальной траверсой;

АП-образными, состоящими из двух А-образных опор, соединенных горизонтальной траверсой;

составными, состоящими из стойки и приставки (пасынка), присоединяемой к ней бандажом из стальной проволоки.

Для увеличения срока службы деревянные опоры пропитывают антисептиками, значительно замедляющими процесс гниения древесины. В эксплуатации антисептирование проводится путем наложения антисептического бандажа в местах, подверженных гниению, с промазыванием антисептической пастой всех трещин, мест сопряжений и врубок.

Металлические опоры изготавливают из труб или профильной стали, железобетонные - в виде полых круглых или прямоугольных стоек с уменьшающимся сечением к вершине опоры.

Для крепления проводов ВЛ к опорам применяются изоляторы и крюки, а для крепления к траверсе - изоляторы и штыри. Изоляторы могут быть фарфоровыми или стеклянными штыревого или подвесного (в местах анкерного крепления) исполнения (рис. 1, а-в). Их прочно навертывают на крюки или штыри с помощью специальных полиэтиленовых колпачков или пакли, пропитанной суриком или олифой.

Рисунок 1. а - штыревой 6-10 кВ; б - штыревой 35 кВ; в - подвесной; г, д - стержневые полимерные

Изоляторы воздушных линий изготавливаются из фарфора или закаленного стекла - материалов, обладающих высокой механической и электрической прочностью и стойкостью к атмосферным воздействиям. Существенным достоинством стеклянных изоляторов является то, что при повреждении закаленное стекло рассылается. Это облегчает нахождение поврежденных изоляторов на линии.

По конструкции изоляторы разделяют на штыревые и подвесные.

Штыревые изоляторы применяются на линиях напряжением до 1 кВ, 6-10 кВ и, редко, 35 кВ (рис. 1, а, б). Они крепятся к опорам при помощи крюков или штырей.

Подвесные изоляторы (рис. 1, в) используются на ВЛ напряжением 35 кВ и выше. Они состоят из фарфоровой или стеклянной изолирующей части 1, шапки из ковкого чугуна 2, металлического стержня 3 и цементной связки 4. Подвесные изоляторы собирают в гирлянды, которые бывают поддерживающими (на промежуточных опорах) и натяжными (на анкерных опорах). Число изоляторов в гирлянде определяется напряжением линии; 35 кВ - 3-4 изолятора, 110 кВ - 6-8.

Применяются также полимерные изоляторы (рис. 1, г). Они представляют собой стержневой элемент из стеклопластика, на котором размещено защитное покрытие с ребрами из фторопласта или кремнийорганической резины:

К проводам ВЛ предъявляются требования достаточной механической прочности. Они могут быть одно- или многопроволочными. Однопроволочные провода из стали применяются исключительно для линий напряжением до 1000 В; многопроволочные провода из стали, биметалла, алюминия и его сплавов получили преимущественное распространение благодаря повышенной механической прочности и гибкости. Чаще всего на ВЛ напряжением до 6-10 кВ используются алюминиевые многопроволочные провода марки А и стальные оцинкованные провода марки ПС.

Сталеалюминевые провода (рис. 2, в) применяют на ВЛ напряжением выше 1 кВ. Они выпускаются с разным соотношением сечений алюминиевой и стальной частей. Чем меньше это соотношение, тем более высокую механическую прочность имеет провод и поэтому используется на территориях с более тяжелыми климатическими условиями (с большей толщиной стенки гололеда). В марке сталеалюминевых проводов указываются сечения алюминиевой и стальной частей, например, АС 95/16.

Рисунок 2. а - общий вид многопроволочного провода; б - сечение алюминиевого провода; в - сечение сталеалюминевого провода

Провода из сплавов алюминия (АН - не термообработанный, АЖ - термообработанный) имеют большую, по сравнению с алюминиевыми, механическую прочность и практически такую же электрическую проводимость. Они используются на ВЛ напряжением выше 1 кВ в районах с толщиной стенки гололеда до 20 мм.

Провода располагают различными способами. На одноцепных линиях их, как правило, располагают треугольником.

В настоящее время широко используются так называемые самонесущие изолированные провода (СИП) напряжением до 10 кВ. В линии напряжением 380 В провода состоят из несущего неизолированного провода, являющегося нулевым, трех изолированных линейных проводов, одного изолированного провода наружного освещения. Линейные изолированные провода навиты вокруг несущего нулевого провода. Несущий провод является сталеалюминевым, а линейные - алюминиевыми. Последние покрыты светостойким термостабилизированным (сшитым) полиэтиленом (провод типа АПВ). К преимуществам ВЛ с изолированными проводами перед линиями с голыми проводами можно отнести отсутствие изоляторов на опорах, максимальное использование высоты опоры для подвески проводов; нет необходимости в обрезке деревьев в зоне прохождения линии.

Для ответвлений от линий напряжением до 1000 В к вводам в здания используются изолированные провода марки АПР или АВТ. Они имеют несущий стальной трос и изоляцию, стойкую к атмосферным воздействиям.

Крепление проводов к опорам производится различными способами, в зависимости от места их расположения на изоляторе. На промежуточных опорах провода крепят к штыревым изоляторам зажимами или вязальной проволокой из того же материала, что и провод, причем последний в месте крепления не должен иметь изгибов. Провода, расположенные на головке изолятора, крепятся головной вязкой, на шейке изолятора - боковой вязкой.

На анкерных, угловых и концевых опорах провода напряжением до 1000 В крепят закручиванием проводов так называемой «заглушкой», провода напряжением 6-10 кВ - петлей. На анкерных и угловых опорах, в местах перехода через железные дороги, проезды, трамвайные пути и на пересечениях с различными силовыми линиями и линиями связи применяют двойной подвес проводов.

Соединение проводов производят плашечными зажимами, обжатым овальным соединителем, овальным соединителем, скрученным специальным приспособлением. В некоторых случаях применяют сварку с помощью термитных патронов и специального аппарата. Для однопроволочных стальных проводов можно применять сварку внахлестку с использованием небольших трансформаторов. В пролетах между опорами не допускается иметь более двух соединений проводов, а в пролетах пересечений ВЛ с различными сооружениями соединение проводов не допускается. На опорах соединение должно быть выполнено так, чтобы оно не испытывало механических усилий.

Линейная арматура применяется для крепления проводов к изоляторам и изоляторов к опорам и делится на следующие основные виды: зажимы, сцепная арматура, соединители и др.

Зажимы служат для закрепления проводов и тросов и прикрепления их к гирляндам изоляторов и подразделяются на поддерживающие, подвешиваемые на промежуточных опорах, и натяжные, применяемые на опорах анкерного типа (рис. 3, а, б, в).

Рисунок 3. а - поддерживающий зажим; б - болтовой натяжной зажим; в - прессуемый натяжной зажим; г - поддерживающая гирлянда изоляторов; д - дистанционная распорка; е - овальный соединитель; ж - прессуемый соединитель

Сцепная арматура предназначена для подвески гирлянд на опорах и соединения многоцепных гирлянд друг с другом и включает скобы, серьги, ушки, коромысла. Скоба служит для присоединения гирлянды к траверсе опоры. Поддерживающая гирлянда (рис. 3, г) закрепляется на траверсе промежуточной опоры при помощи серьги 1, которая другой стороной вставляется в шапку верхнего подвесного изолятора 2. Ушко 3 используется для прикрепления к нижнему изолятору гирлянды поддерживающего зажима 4.

Соединители применяются для соединения отдельных участков провода. Они бывают овальные и прессуемые. В овальных соединителях провода либо обжимаются, либо скручиваются (рис. 3, е). Прессуемые соединители (рис. 3, ж) применяются для соединения проводов больших сечений. В сталеалюминевых проводах стальная и алюминиевая части опрессовываются раздельно.

Тросы наряду с искровыми промежутками, разрядниками и устройствами заземления служат для защиты линий от грозовых перенапряжений. Их подвешивают над фазными проводами на ВЛ напряжением 35 кВ и выше, в зависимости от района по грозовой деятельности и материала опор, что регламентируется «Правилами устройства электроустановок». Грозозащитные тросы обычно выполняют из стали, но при использовании их в качестве высокочастотных каналов связи - из стали и алюминия. На линиях 35-110 кВ крепление троса к металлическим и железобетонным промежуточным опорам осуществляется без изоляции троса.

Для защиты от грозовых перенапряжений участков ВЛ с пониженным по сравнению с остальной линией уровнем изоляции применяют трубчатые разрядники.

На ВЛ заземляются все металлические и железобетонные опоры, на которых подвешены грозозащитные тросы или установлены другие средства грозозащиты (разрядники, искровые промежутки) линий напряжением 6-35 кВ. На линиях до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью крюки и штыри фазных проводов, устанавливаемые на железобетонных опорах, а также арматура этих опор должны быть присоединены к нулевому проводу.

Воздушные линии электропередачи.

Электрической воздушной линией ВЛ называется устройство, служащее для передачи электрической энергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным при помощи изоляторов и арматуры к опорам. Воздушные линии электропередачи делятся на ВЛ напряжением до 1000 В и выше 1000 В.

При строительстве воздушных линий электропередачи объем земляных работ незначителен. Кроме того, они отличаются простотой эксплуатации и ремонта. Стоимость сооружения воздушной линии примерно на 25-30% меньше, чем стоимость кабельной линии такой же протяженности. Воздушные линии делятся на три класса:

класс I - линии с номинальным эксплуатационным напряжением 35 кВ при потребителях 1 и 2-й категорий и выше 35 кВ независимо от категорий потребителей;

класс II - линии с номинальным эксплуатационным напряжением от 1 до 20 кВ при потребителях 1 и 2-й категорий, а также 35 кВ при потребителях 3-й категории;

класс III - линии с номинальным эксплуатационным напряжением 1 кВ и ниже. Характерной особенностью воздушной линии напряжением до 1000 В является использование опор для одновременного крепления на них проводов радиосети, наружного освещения, телеуправления, сигнализации.

Основными элементами воздушной линии являются опоры, изоляторы и провода.

Для линий напряжением 1 кВ применяют опоры двух видов: деревянные с железобетонными приставками и железобетонные.
Для деревянных опор используют бревна, пропитанные антисептиком, из леса II сорта - сосны, ели, лиственницы, пихты. Не пропитывать бревна можно при изготовлении опор из леса лиственных пород зимней рубки. Диаметр бревен в верхнем отрубе должен составлять не менее 15 см для одностоечных опор и не менее 14 см для двойных и А -образных опор. Допускается принимать диаметр бревен в верхнем отрубе не менее 12 см на ответвлениях, идущих к вводам в здания и сооружения. В зависимости от назначения и конструкции различают опоры промежуточные, угловые, ответвительные, перекрестные и концевые.

Промежуточные опоры на линии являются наиболее многочисленными, так как служат для поддержания проводов на высоте и не рассчитаны на усилия, которые создаются вдоль линии в случае обрыва проводов. Для восприятия этой нагрузки устанавливают анкерные промежуточные опоры, располагая их "ноги" вдоль оси линии. Для восприятия усилий, перпендикулярных линии, устанавливают анкерные промежуточные опоры, располагая "ноги" опоры поперек линии.

Анкерные опоры имеют более сложную конструкцию и повышенную прочность. Они также подразделяются на промежуточные, угловые, ответвительные и концевые, которые повышают общую прочность и устойчивость линии.

Расстояние между двумя анкерными опорами называется анкерным пролетом, а расстояние между промежуточными опорами - шагом опор.
В местах изменения направления трассы воздушной линии устанавливают угловые опоры.

Для электроснабжения потребителей, находящихся на некотором расстоянии от магистральной воздушной линии, используются ответвительные опоры, на которых закрепляются провода, подсоединенные к воздушной линии и к вводу потребителя электроэнергии.
Концевые опоры устанавливают в начале и конце воздушной линии специально для восприятия односторонних осевых усилий.
Конструкции различных опор показаны на рис. 10.
При проектировании воздушной линии количество и тип опор определяют в зависимости от конфигурации трассы, сечения проводов, климатических условий района, степени населенности местности, рельефности трассы и других условий.

Для сооружений ВЛ напряжением выше 1 кВ применяют преимущественно железобетонные и деревянные антисептированные опоры на железобетонных приставках. Конструкции этих опор унифицированы.
Металлические опоры используют главным образом в качестве анкерных опор на воздушных линиях напряжением выше 1 кВ.
На опорах ВЛ расположение проводов может быть любым, только нулевой провод в линиях до 1 кВ размещают ниже фазных. При подвеске на опорах проводов наружного освещения их располагают ниже нулевого провода.
Провода ВЛ напряжением до 1 кВ следует подвешивать на высоте не менее 6 м от земли с учетом стрелы провеса.

Расстояние по вертикали от земли до точки наибольшего провисания провода называется габаритом провода ВЛ над землей.
Провода воздушной линии могут по трассе сближаться с другими линиями, пересекаться с ними и проходить на расстоянии от объектов.
Габаритом сближения проводов ВЛ называется допустимое наименьшее расстояние от проводов линии до объектов (зданий, сооружений), расположенных параллельно трассе ВЛ, а габаритом пересечения - кратчайшее расстояние по вертикали от объекта, расположенного под линией (пересекаемого) до провода ВЛ.

Рис. 10. Конструкции деревянных опор воздушных линий электропередачи:
а - на напряжение ниже 1000 В, б - на напряжение 6 и 10 кВ; 1 - промежуточная, 2 - угловая с подкосом, 3 - угловая с оттяжкой, 4 – анкерная

Изоляторы.

Крепление проводов воздушной линии на опорах осуществляется при помощи изоляторов (рис. 11), насаживаемых на крюки и штыри (рис. 12).
Для воздушных линий напряжением 1000 В и ниже используют изоляторы ТФ-4, ТФ-16, ТФ-20, НС-16, НС-18, АИК-4, а для ответвлений - ШО-12 при сечении проводов до 4 мм 2 ; ТФ-3, АИК-3 и ШО-16 при сечении проводов до 16 мм 2 ; ТФ-2, АИК-2, ШО-70 и ШН-1 при сечении проводов до 50 мм 2 ; ТФ-1 и АИК-1 при сечении проводов до 95 мм 2 .

Для крепления проводов воздушных линий напряжением выше 1000 В применяются изоляторы ШС, ШД, УШЛ, ШФ6-А и ШФ10-А и подвесные изоляторы.

Все изоляторы, кроме подвесных, плотно навертываются на крюки и штыри, на которые предварительно наматывают паклю, пропитанную суриком или олифой, или надевают специальные пластмассовые колпачки.
Для ВЛ напряжением до 1000 В применяются крюки КН-16, а выше 1000 В - крюки КВ-22, изготовленные из круглой стали диаметром соответственно 16 и 22 мм 2 . На траверсах опор тех же воздушных линий напряжением до 1000 В при креплении проводов используются штыри ШТ-Д - для деревянных траверс и ШТ-С - для стальных.

При напряжении воздушных линий более 1000 В на траверсах опор монтируют штыри ЩУ-22 и ШУ-24.

По условиям механической прочности для воздушных линий напряжением до 1000 В используются однопроволочные и много проволочные провода сечением, не менее: алюминиевые - 16 сталеалюминиевые и биметаллические -10, стальные многопроволочные - 25, стальные однопроволочные - 13 мм (диаметр 4 мм).

На воздушной линии напряжением 10 кВ и ниже, проходящей в ненаселенной местности, с расчетной толщиной образующегося на поверхности провода слоя льда (стенка гололеда) до 10 мм, в пролетах без пересечений с сооружениями допускается применение однопроволочных стальных проводов при наличии специального указания.
В пролетах, которые пересекают трубопроводы, не предназначенные для горючих жидкостей и газов, допускается применение стальных проводов сечением 25 мм 2 и более. Для воздушных линий напряжением выше 1000 В применяют только многопроволочные медные провода сечением не менее 10 мм 2 и алюминиевые - сечением не менее 16 мм 2 .

Соединение проводов друг с другом (рис. 62) выполняется скруткой, в соединительном зажиме или в плашечных зажимах.

Крепление проводов ВЛ и изоляторов осуществляется вязальной проволокой одним из способов, показанных на рис.13.
Стальные провода привязывают мягкой стальной оцинкованной проволокой диаметром 1,5 - 2 мм, а алюминиевые и сталеалюминиевые - алюминиевой проволокой диаметром 2,5 - 3,5 мм (можно использовать проволоку многопроволочных проводов).

Алюминиевые и сталеалюминиевые провода в местах крепления предварительно обматывают алюминиевой лентой для предохранения их от повреждений.

На промежуточных опорах провод крепят преимущественно на головке изолятора, а на угловых опорах - на шейке, располагая его с внешней стороны угла, oбpaзуемого проводами линии. Провода на головке изолятора крепят (рис. 13, а) двумя отрезками вязальной проволоки. Проволоку закручивают вокруг головки изолятора так, чтобы концы ее разной длины находились с обеих сторон шейки изолятора, а затем два коротких конца обматывают 4 - 5 раз вокруг провода, а два длинных - переносят через головку изолятора и тоже несколько раз обматывают вокруг провода. При креплении провода на шейке изолятора (рис. 13, б) вязальная проволока охватывает петлей провод и шейку изолятора, затем один конец вязальной проволоки обматывают вокруг провода в одном направлении (сверху вниз), а другой конец - в противоположном направлении (снизу вверх).

На анкерных и концевых опорах провод крепят заглушкой на шейке изолятора. В местах перехода ВЛ через железные дороги и трамвайные пути, а также на пересечениях с другими силовыми линиями и линиями связи применяют двойное крепление проводов.

Все деревянные детали при сборке опор плотно подгоняют друг к другу. Зазор в местах врубок и стыков не должен превышать 4 мм.
Стойки и приставки к опорам воздушных линий выполняют таким образом, чтобы древесина в месте сопряжения не имела сучков и трещин, а стык был совершенно плотным, без просветов. Рабочие поверхности врубок должны быть сплошного пропила (без долбежки древесины).
Отверстия в бревнах просверливают. Запрещается прожигание отверстий нагретыми стержнями.

Бандажи для сопряжения приставок с опорой изготовляют из мягкой стальной проволоки диаметром 4 - 5 мм. Все витки бандажа должны быть равномерно натянуты и плотно прилегать друг к другу. В случае обрыва одного витка весь бандаж следует заменить новым.

При соединении проводов и тросов ВЛ напряжением выше 1000 В в каждом пролете допускается не более одного соединения на каждый провод или трос.

При использовании сварки для соединения проводов не должно быть пережога проволок наружного повива или нарушения сварки при перегибе соединенных проводов.

Металлические опоры, выступающие металлические части железобетонных опор и все металлические детали деревянных и железобетонных опор ВЛ защищают антикоррозионными покрытиями, т.е. красят. Места монтажной сварки металлических опор огрунтовывают и окрашивают на ширину 50 - 100 мм вдоль сварного шва сразу же после сварных работ. Части конструкций, которые подлежат бетонированию, покрываются цементным молоком.

Рис. 14. Способы крепления проводов вязкой к изоляторам:
а - головная вязка, б - боковая вязка

В процессе эксплуатации воздушные линии электропередачи периодически осматривают, а также производят профилактические измерения и проверки. Величину загнивания древесины измеряют на глубине 0,3 - 0,5 м. Опора или приставка считается непригодной для дальнейшей эксплуатации, если глубина загнивания по радиусу бревна составляет более 3 см при диаметре бревна более 25 см.

Внеочередные осмотры ВЛ проводятся после аварий, ураганов, при пожаре вблизи линии, во время ледоходов, гололедов, морозе ниже -40 °С и т. п.

При обнаружении на проводе обрыва нескольких проволок общим сечением до 17% сечения провода место обрыва перекрывают ремонтной муфтой или бандажом. Ремонтную муфту на сталеалюминиевом проводе устанавливают при обрыве до 34% алюминиевых проволок. Если оборвано большее количество жил, провод должен быть разрезан и соединен с помощью соединительного зажима.

Изоляторы могут иметь пробои, ожоги глазури, оплавление металлических частей и даже разрушение фарфора. Это происходит в случае пробоя изоляторов электрической дугой, а также при ухудшении их электрических характеристик в результате старения в процессе эксплуатации. Часто пробои изоляторов происходят из-за сильного загрязнения их поверхности и при напряжениях, превышающих рабочее. Данные о дефектах, обнаруженных при осмотрах изоляторов, заносят в журнал дефектов, и на основе этих данных составляют планы ремонтных работ воздушных линий.

Кабельные линии электропередачи.

Кабельной линией называется линия для передачи электрической энергии или отдельных импульсов, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями.

Над подземными кабельными линиями устанавливают охранные зоны, размер которых зависит от напряжения этой линии. Так, для кабельных линий напряжением до 1000 В охранная зона имеет размер площадки по 1 м с каждой стороны от крайних кабелей. В городах под тротуарами линия должна проходить на расстоянии 0,6 м от зданий и сооружений и 1 м от проезжей части.
Для кабельных линий напряжением выше 1000 В охранная зона имеет размер по 1 м с каждой стороны от крайних кабелей.

Подводные кабельные линии напряжением до 1000 В и выше имеют охранную зону, определяемую параллельными прямыми на расстоянии 100 м от крайних кабелей.

Трассу кабеля выбирают с учетом наименьшего его расхода и обеспечения сохранности от механических повреждений, коррозии, вибрации, перегрева и возможности повреждений соседних кабелей при возникновении короткого замыкания на одном из них.

При прокладке кабелей необходимо соблюдать предельно допустимые радиусы их изгиба, превышение которых приводит к нарушению целостности изоляции жил.

Прокладка кабеля в земле под зданиями, а также через подвальные и складские помещения запрещается.

Расстояние между кабелем и фундаментами зданий должно составлять не менее 0,6 м.

При прокладке кабеля в зоне насаждений расстояние между кабелем и стволами деревьев должно быть не менее 2 м, а в зеленой зоне с кустарниковыми посадками допускается 0,75 м. В случае прокладки кабеля параллельно теплопроводу расстояние в свету от кабеля до стенки канала теплопровода должно быть не менее 2 м, до оси пути железной дороги - не менее 3,25 м, а для электрифицированной дороги - не менее 10,75 м.

При прокладке кабеля параллельно трамвайным путям расстояние между кабелем и осью трамвайного пути должно составлять не менее 2,75 м.
В местах пересечения железных и автомобильных дорог, а также трамвайных путей кабели прокладывают в туннелях, блоках или трубах по всей ширине зоны отчуждения на глубине не менее 1 м от полотна дороги и не менее 0,5 м от дна водоотводных канав, а при отсутствии зоны отчуждения кабели прокладывают непосредственно на участке пересечения или на расстоянии 2 м по обе стороны от полотна дороги.

Кабели укладывают "змейкой" с запасом, равным 1 - 3 % его длины, чтобы исключить возможность возникновения опасных механических напряжений при смещениях почвы и температурных деформациях. Укладывать конец кабеля в виде колец запрещается.

Количество соединительных муфт на кабеле должно быть наименьшим, поэтому кабель прокладывают полными строительными длинами. На 1 км кабельных линий может приходиться не более четырех муфт для трехжильных кабелей напряжением до 10 кВ сечением до 3х95 мм 2 и пяти муфт для сечений от 3х120 до 3x240 мм 2 . Для одножильных кабелей допускается не более двух муфт на 1 км кабельных линий.

Для соединений или оконцеваний кабеля производят разделку концов, т. е. ступенчатое удаление защитных и изоляционных материалов. Размеры разделки определяются конструкцией муфты, которую будут использовать для соединения кабеля, напряжением кабеля и сечением его токопроводящих жил.
Готовая разделка конца трехжильного кабеля с бумажной изоляцией показана на рис. 15.

Соединение концов кабеля напряжением до 1000 В осуществляйся в чугунных (рис. 16) или эпоксидных муфтах, а напряжением 6 и 10 кВ - в эпоксидных (рис. 17) или свинцовых муфтах.


Рис. 16. Соединительная чугунная муфта:
1 - верхняя муфта, 2 - подмотка из смоляной ленты, 3 - фарфоровая распорка, 4 - крышка, 5 - стягивающий болт, 6 -провод заземления, 7 - нижняя полумуфта, 8 - соединительная гильза

Соединение токопроводящих жил кабеля напряжением до 1000 В выполняют опрессовкой в гильзе (рис. 18). Для этого подбирают по сечению соединяемых токопроводящих жил гильзу, пуансон и матрицу, а также механизм для опрессовки (пресс-клещи, гидропресс и др.), зачищают до металлического блеска внутреннюю поверхность гильзы стальным ершом (рис, 18, а), а соединяемые жилы - щеткой - на кардоленты (рис. 18, б). Скругляют многопроволочные секторные жилы кабеля универсальными плоскогубцами. Вводят жилы в гильзу (рис. 18, в) так, чтобы их торцы соприкасались и располагались в середине гильзы.

Рис. 17. Соединительная эпоксидная муфта:
1 - проволочный бандаж, 2 - корпус муфты, 3 - бандаж из суровых ниток, 4 - распорка, 5 - подмотка жилы, 6 - провод заземления, 7 - соединение жил, 8 - герметизирующая подмотка


Рис. 18. Соединение медных жил кабеля опрессовкой:

а - зачистка внутренней поверхности гильзы стальным проволочным ершом, б - зачистка жилы щеткой из кардоленты, в - установка гильзы на соединяемых жилах, г - опрессовка гильзы в прессе, д - готовое соединение; 1 - медная гильза, 2 - ерш, 3 - щетка, 4 - жила, 5 - пресс

Устанавливают гильзу заподлицо в ложе матрицы (рис. 18, г), затем опрессовывают гильзу двумя вдавливаниями, по одному на каждую жилу (рис. 18, д). Вдавливание производят таким образом, чтобы шайба пуансона в конце процесса упиралась в торец (плечики) матрицы. Остаточную толщину кабеля (мм) проверяют с помощью специального штангенциркуля или кронциркуля (величина Н на рис. 19):

4,5 ± 0,2 - при сечении соединяемых жил 16 - 50 мм 2

8,2 ± 0,2 - при сечении соединяемых жил 70 и 95 мм 2

12,5 ± 0,2 - при сечении соединяемых жил 120 и 150 мм 2

14,4 ± 0,2 - при сечении соединяемых жил 185 и 240 мм 2

Качество спрессованных контактов кабеля проверяют внешним осмотром. При этом обращают внимание на лунки вдавливания, которые должны располагаться соосно и симметрично относительно середины гильзы или трубчатой части наконечника. В местах вдавливания пуансона не должно быть надрывов или трещин.

Чтобы обеспечить соответствующее качество опрессовки кабелей, необходимо выполнять следующие условия производства работ:
применять наконечники и гильзы, сечение которых соответствует конструкции жил кабеля, подлежащего оконцеванию или соединению;
использовать матрицы и пуансоны, соответствующие типоразмерам наконечников или гильз, применяемых при опрессовке;
не изменять сечение жилы кабеля для облегчения ввода жилы в наконечник или гильзу путем удаления одной из проволок;

не производить опрессование без предварительной зачистки и смазки кварцево-вазелиновой пастой контактных поверхностей наконечников и гильз на алюминиевых жилах; заканчивать опрессовку не раньше, чем шайба пуансона подойдет вплотную к торцу матрицы.

После соединения жил кабеля снимают металлический поясок между первым и вторым кольцевыми надрезами оболочки и на край находившейся под ней поясной изоляции накладывают бандаж из 5 - 6 витков суровых ниток, после чего устанавливают между жилами распорные пластины так, чтобы жилы кабеля удерживались на определенном расстоянии друг от друга и от корпуса муфты.
Укладывают концы кабеля в муфту, предварительно намотав I на кабель в местах входа и выхода его из муфты 5 - 7 слоев смоляной ленты, а затем скрепляют обе половинки муфты болтами. Заземляющий проводник, припаянный к броне и оболочке кабеля заводят под крепежные болты и таким образом прочно закрепляют его на муфте.

Операции разделки концов кабелей напряжением 6 и 10 кВ в свинцовой муфте мало чем отличаются от аналогичных операций соединения их в чугунной муфте.

Кабельные линии могут обеспечивать надежную и долговечную работу, но только при условии соблюдения технологии монтажных работ и всех требований правил технической эксплуатации.

Качество и надежность смонтированных кабельных муфт и заделок могут быть повышены, если применять при монтаже комплект необходимого инструмента и приспособлений для разделки кабеля и соединения жил, разогрева кабельной массы и т. п. Большое значение для повышения качества выполняемых работ имеет квалификация персонала.

Для кабельных соединений применяются комплекты бумажных роликов, рулонов и бобин хлопчатобумажной пряжи, но не допускается, чтобы они имели складки, надорванные и измятые места, были загрязнены.

Такие комплекты поставляют в банках в зависимости от размера муфт по номерам. Банка на месте монтажа перед употреблением должна быть открыта и разогрета до температуры 70 - 80 °C. Разогретые ролики и рулоны проверяют на отсутствие влаги путем погружения бумажных лент в разогретый до температуры 150 °С парафин. При этом не должно наблюдаться потрескивания и выделения пены. Если влага обнаружится, комплект роликов и рулонов бракуют.
Надежность кабельных линий при эксплуатации поддерживают выполнением комплекса мероприятий, включая контроль за нагревом кабеля, осмотры, ремонты, профилактические испытания.

Для обеспечения длительной работы кабельной линии необходимо следить за температурой жил кабеля, так как перегрев изоляции вызывает ускорение старения и резкое сокращение срока службы кабеля. Максимально допустимая температура токопроводящих жил кабеля определяется конструкцией кабеля. Так, для кабелей напряжением 10 кВ с бумажной изоляцией и вязкой нестекающей пропиткой допускается температура не более 60 °С; для кабелей напряжением 0,66 - 6 кВ с резиновой изоляцией и вязкой нестекающей пропиткой - 65 °С; для кабелей напряжением до 6 кВ с пластмассовой (из полиэтилена, самозатухающего полиэтилена и поливинилхлоридного пластиката) изоляцией - 70 °С; для кабелей напряжением 6 кВ с бумажной изоляцией и обедненной пропиткой - 75 °С; для кабелей напряжением 6 кВ с пластмассовой (из вулканизированного или самозатухающего полиэтилена или бумажной изоляцией и вязкой или обедненной пропиткой - 80 °С.

Длительно допустимые токовые нагрузки на кабели с изоляцией из пропитанной бумаги, резины и пластмассы выбирают по действующим ГОСТам. Кабельные линии напряжением 6 - 10 кВ, несущие нагрузки меньше номинальных, могут быть кратковременно перегруженными на величину, которая зависит от вида прокладки. Так, например, кабель, проложенный в земле и имеющий коэффициент предварительной нагрузки 0,6, может быть перегружен на 35% в течение получаса, на 30% - 1 ч и на 15% - 3 ч, а при коэффициенте предварительной нагрузки 0,8 - на 20% в течение получаса, на 15% - 1 ч и на 10% - 3 ч.

Для кабельных линий, находящихся в эксплуатации более 15 лет, перегрузка снижается на 10%.

Надежность работы кабельной линии в значительной степени зависит от правильной организации эксплуатационного надзора за состоянием линий и их трасс путем периодических осмотров. Плановые осмотры позволяют выявить различные нарушения на кабельных трассах (производство земляных работ, складирование грузов, посадка деревьев и т. д.), а также трещины и сколы на изоляторах концевых муфт, ослабление их креплений, наличие птичьих гнезд и т. д.

Большую опасность для целости кабелей представляют собой раскопки земли, производимые на трассах или вблизи них. Организация, эксплуатирующая подземные кабели, должна выделять наблюдающего при производстве раскопок с целью исключения повреждений кабеля.

Места производства земляных работ по степени опасности повреждения кабелей делятся на две зоны:

I зона - участок земли, расположенный на трассе кабеля или на расстоянии до 1 м от крайнего кабеля напряжением выше 1000 В;

II зона - участок земли, расположенный от крайнего кабеля на расстоянии свыше 1 м.

При работе в I зоне запрещается:

применение экскаваторов и других землеройных машин;
использование ударных механизмов (клин-бабы, шар-бабы и др.) на расстоянии ближе 5 м;

применение механизмов для раскопки грунта (отбойных молотков, электромолотков и др.) на глубину выше 0,4 м при нормальной глубине заложения кабеля (0,7 - 1 м); производство земляных работ в зимнее время без предварительного отогрева грунта;

выполнение работ без надзора представителем эксплуатирующей кабельную линию организации.

Чтобы своевременно выявить дефекты изоляции кабеля, соединительных и концевых муфт и предупредить внезапный выход кабеля из строя или разрушение его токами коротких замыканий, проводят профилактические испытания кабельных линий повышенным напряжением постоянного тока.

Содержание:

Один из столпов современной цивилизации – это электроснабжение. Ключевую роль в нем выполняют линии электропередачи – ЛЭП. Независимо от удаленности генерирующих мощностей от конечных потребителей, нужны протяженные проводники, которые их соединяют. Далее расскажем более детально о том, что из себя представляют эти проводники, именуемые как ЛЭП.

Какими бывают воздушные ЛЭП

Провода, прикрепленные к опорам, – это и есть воздушные ЛЭП. Сегодня освоены два способа передачи электроэнергии на большие расстояния. Они основаны на переменном и постоянном напряжениях. Передача электроэнергии при постоянном напряжении пока еще менее распространена в сравнении с переменным напряжением. Это объясняется тем, что постоянный ток сам по себе не генерируется, а получается из переменного тока.

По этой причине необходимы дополнительные электрические машины. А они стали появляться относительно недавно, поскольку в их основе используются мощные полупроводниковые приборы. Такие полупроводники появились лишь 20–30 лет тому назад, то есть примерно в 90-е годы ХХ века. Следовательно, до этого времени уже были построены в большом количестве ЛЭП переменного тока. Отличия линий электропередачи показаны далее на схематическом изображении.

Наибольшие потери вызывает активное сопротивление материала проводов. При этом не имеет значения, какой ток – постоянный или переменный. Для их преодоления напряжение в начале передачи повышается как можно больше. Уже преодолен уровень в один миллион вольт. Генератор Г питает ЛЭП переменного тока через трансформатор Т1. А в конце передачи напряжение понижается. ЛЭП питает нагрузку Н через трансформатор Т2. Трансформатор является самым простым и надежным инструментом преобразования напряжений.

У читателя, мало знакомого с электроснабжением, скорее всего, появится вопрос о смысле передачи электроэнергии на постоянном токе. А причины чисто экономические – передача электроэнергии на постоянном токе именно в самой ЛЭП дает большую экономию:

1. Генератор вырабатывает трехфазное напряжение. Следовательно, три провода для электроснабжения на переменном токе нужны всегда. А на постоянном токе всю мощность трех фаз можно передать по двум проводам. А при использовании земли как проводника – по одному проводу. Следовательно, экономия лишь на материалах получается трехкратной в пользу ЛЭП на постоянном токе.
2. Электрические сети переменного тока при объединении в одну общую систему должны иметь одинаковую фазировку (синхронизацию). Это значит, что мгновенное значение напряжения в соединяемых электросетях должно быть одинаковым. Иначе между соединяемыми фазами электросетей будет разность потенциалов. Как следствие соединения без фазировки – авария, сопоставимая с коротким замыканием. Для электросетей постоянного тока вообще не характерна. Для них имеет значение лишь действующее напряжение на момент соединения.
3. Для электрических цепей, работающих на переменном токе, характерен импеданс, который связан с индуктивностью и емкостью. Импеданс имеется также и у ЛЭП переменного тока. Чем протяженнее линия, тем больше импеданс и потери, с ним связанные. Для электрических цепей постоянного тока понятия импеданса не существует, как и потерь, связанных с изменением направления движения электрического тока.
4. Как уже упоминалось в п. 2, для стабильности в энергосистеме нужна синхронизация генераторов. Но чем больше система, работающая на переменном токе, и, соответственно, число электрогенераторов, тем сложнее их синхронизировать. А для энергосистем постоянного тока любое число генераторов будет нормально работать.

Из-за того, что сегодня нет достаточно мощных полупроводниковых или иных систем для преобразования напряжения, достаточно эффективного и надежного, большинство ЛЭП по-прежнему работает на переменном токе. По этой причине далее остановимся только на них.

Еще один пункт в классификации линий электропередачи – это их назначение. В связи с этим линии разделяются на

• сверхдальние,
• магистральные,
• распределительные.

Их конструкция принципиально отличается из-за разных величин напряжения. Так, в сверхдальних ЛЭП, являющихся системообразующими, применяются самые высокие напряжения, которые только существуют на нынешнем этапе развития техники. Величина в 500 кВ для них является минимальной. Это объясняется значительным удалением друг от друга мощных электростанций, каждая из которых – это основа отдельной энергосистемы.

Внутри нее существует своя распределительная сеть, задача которой – обеспечение больших групп конечных потребителей. Они присоединены к распределительным подстанциям с напряжением 220 или 330 кВ на высокой стороне. Эти подстанции являются конечными потребителями для магистральных ЛЭП. Поскольку энергетический поток уже вплотную приблизился к поселениям, напряжение необходимо уменьшить.

Распределение электроэнергии выполняют ЛЭП, напряжение которых 20 и 35 кВ для жилого сектора, а также 110 и 150 кВ – для мощных промышленных объектов. Следующий пункт классификации линий электропередачи – по классу напряжения. По этому признаку ЛЭП можно опознать визуально. Для каждого класса напряжения характерны соответствующие изоляторы. Их конструкция – это своего рода удостоверение линии электропередачи. Изоляторы изготавливаются увеличением числа керамических чашек соответственно увеличению напряжения. А его классы в киловольтах (включая напряжения между фазами, принятые для стран СНГ) такие:

• 1 (380 В);
• 35 (6, 10, 20);
• 110…220;
• 330…750 (500);
• 750 (1150).

Помимо изоляторов, отличительными признаками являются провода. С увеличением напряжения все больше проявляется эффект электрического коронного разряда. Это явление отбирает энергию и уменьшает эффективность электроснабжения. Поэтому для ослабления коронного разряда с увеличением напряжения, начиная с 220 кВ, используются параллельные провода – по одному на каждые примерно 100 кВ. Некоторые из воздушных линий (ВЛ) разных классов напряжения показаны далее на изображениях:

Опоры ЛЭП и другие заметные элементы

Для того чтобы провод надежно удерживался, применяются опоры. В простейшем случае это деревянные столбы. Но такая конструкция применима лишь к линиям до 35 кВ. А с увеличением ценности древесины в этом классе напряжений все больше используются опоры из железобетона. По мере увеличения напряжения провода необходимо поднимать выше, а расстояние между фазами делать больше. В сравнении опоры выглядят так:

В общем, опоры – это отдельная тема, которая довольно-таки обширна. По этой причине в детали темы опор линий электропередачи здесь углубляться не будем. Но чтобы кратко и емко показать читателю ее основу, продемонстрируем изображение:

В заключение информации о воздушных ЛЭП упомянем те дополнительные элементы, которые встречаются на опорах и хорошо заметны. Это

• системы защиты от молнии,
• а также реакторы.

Кроме перечисленных элементов, в линиях электропередачи применяется еще несколько. Но оставим их за рамками статьи и перейдем к кабелям.

Кабельные линии

Воздух – это изолятор. На этом его свойстве основаны воздушные линии. Но существуют и другие более эффективные материалы-изоляторы. Их применение позволяет намного уменьшить расстояния между фазными проводниками. Но цена такого кабеля получается настолько велика, что не может быть и речи о его использовании вместо воздушных ЛЭП. По этой причине кабели прокладывают там, где есть трудности с воздушными линиями.

Над беспроводным вариантом передачи электроэнергии еще в самом начале 20-го века работал выдающийся изобретатель сербского происхождения Никола Тесла, но даже спустя столетие подобные разработки масштабного промышленного применения не получили. Основным способом доставки энергии потребителю по-прежнему остаются кабельные и воздушные линии электропередач.

Линии электропередач: назначение и виды

Линия электропередачи - едва ли не самый основной компонент электрических сетей, входящий в систему энергетического оборудования и устройств, главное предназначение которой - передача электрической энергии от установок, ее производящих (электростанций), преобразующих и распределяющих (электроподстанций) к потребителям. В общих случаях так называют все электрические линии, находящиеся вне пределов перечисленных электросооружений.

Историческая справка: первая ЛЭП (постоянного тока, напряжением 2 кВ) была сооружена в Германии по проекту французского ученого Ф. Депре в 1882 году. Она имела протяженность около 57 км и соединяла города Мюнхен и Мисбах.

По способу монтажа и обустройства разделяют кабельные и воздушные линии электропередач. В последние годы, особенно для энергоснабжения мегаполисов, возводят газоизолированные линии. Их применяют для передачи высоких мощностей в условиях очень плотной застройки для экономии площади, занимаемой ЛЭП, и обеспечения экологических норм и требований.

Кабельные линии находят применение там, где обустройство воздушных затруднительно или невозможно по техническим или эстетическим параметрам. Из-за сравнительной дешевизны, лучшей ремонтопригодности (в среднем время ликвидации аварии или неисправности в 12 раз меньше) и высокой пропускной способности наиболее востребованы воздушные линии электропередачи.

Определение. Общая классификация

Электрическая воздушная линия (ВЛЭП) - совокупность устройств, расположенных на открытом воздухе и предназначенных для передачи электроэнергии. В состав воздушных линий входят провода, траверсы с изоляторами, опоры. В качестве последних в некоторых случаях могут выступать конструктивные элементы мостов, путепроводов, зданий и прочих сооружений. При возведении и эксплуатации воздушных линий электропередач и сетей также используется различная вспомогательная арматура (грозозащита, заземляющие устройства), дополнительное и сопутствующее оборудование (высокочастотной и волоконно-оптической связи, промежуточного отбора мощности) и элементы маркировки комплектующих.

По роду передаваемой энергии воздушные линии подразделяют на сети переменного и постоянного тока. Последние, ввиду определенных технических трудностей и неэффективности, широкого распространения не получили и применяются лишь для энергоснабжения специализированных потребителей: приводов постоянного тока, электролизных цехов, городских контактных сетей (электрифицированного транспорта).

По номинальному напряжению воздушные линии электропередачи принято делить на два больших класса:

1. Низковольтные, напряжением до 1 кВ. Государственными стандартами определяются четыре номинальных значения: 40, 220, 380 и 660 В.
2. Высоковольтные, свыше 1 кВ. Здесь определены двенадцать номинальных значений: среднего напряжения - от 3 до 35 кВ, высокого - от 110 до 220 кВ, сверхвысокого - 330, 500 и 700 кВ и ультравысокого - свыше 1 МВ.

Примечание: все приведенные цифры соответствуют межфазному (линейному) напряжению трехфазной сети (шести- и двенадцатифазные системы серьезного промышленного распространения не имеют).

От ГОЭЛРО до ЕЭС

Следующая классификация описывает инфраструктуру и функциональное назначение воздушных линий электропередач.

По охвату территории сети подразделяют:

• на сверхдальние (напряжение свыше 500 кВ), предназначенные для связи региональных энергетических систем;
• магистральные (220, 330 кВ), служащие для их формирования (соединения электростанций с распределительными сооружениями);
• распределительные (35 - 150 кВ), основное предназначение которых поставка электроэнергии крупным потребителям (объектам промышленности, аграрного комплекса и крупным населенным пунктам);
• подводящие или питающие (ниже 20 кВ), обеспечивающие энергоснабжение остальных потребителей (городских, промышленных и сельскохозяйственных).

Воздушные линии электропередач имеют важное значение в формировании Единой энергетической системы страны, основа которой была заложена еще при реализации плана ГОЭЛРО (Государственная электрификация России) молодой Советской республики около столетия назад для обеспечения высокого уровня надежности энергоснабжения, его отказоустойчивости.

По топологической структуре и конфигурации ВЛЭП могут быть разомкнутыми (радиальными), замкнутыми, с резервным (содержащим два и более источника) питанием.

По числу параллельных цепей, проходящих по одной трассе, линии разделяют на одно-, двух- и многоцепные (под цепью понимается полный комплект проводов трехфазной сети). Если цепи имеют различные номинальные значения напряжения, то такую ВЛЭП называют комбинированной. Цепи могут крепиться как на одной опоре, так и на разных. Естественно, в первом случае масса, габариты и сложность опоры возрастают, но сокращается охранная зона линии, что в густонаселенной местности иногда играет решающую роль при составлении проекта.

Дополнительно используют разделение воздушных линий и сетей, исходя из исполнения нейтралей (изолированная, глухозаземленная и т. д.) и режиму работы (штатный, аварийный, монтажный).

Охранная зона

Для обеспечения сохранности, нормального функционирования, удобства обслуживания и ремонта ВЛЭП, а также для предотвращения травматизма и гибели людей, вдоль трасс вводятся зоны с особым режимом использования. Таким образом, охранная зона воздушных линий электропередачи - это земельный участок и воздушное пространство над ним, заключенное между вертикальными плоскостями, стоящими на определенном расстоянии от крайних проводов. В охранных зонах запрещена работа грузоподъемной техники, строительство зданий и сооружений. Минимальное расстояние от воздушной линии электропередачи определяется номинальным напряжением.

При пересечении несудоходных водоемов, охранной зоне воздушных линий электропередач соответствуют аналогичные расстояния, а для судоходных ее размер увеличивается до 100 метров. Кроме того, руководящими указаниями определяются наименьшие удаления проводов от поверхности земли, производственных и жилых построек, деревьев. Запрещена прокладка высоковольтных трасс над крышами зданий (кроме производственных, в особо оговоренных случаях), над территориями детских учреждений, стадионов, культурно-развлекательных и торговых площадок.

Опоры - конструкции, выполненные из дерева, железобетона, металла или композитных материалов для обеспечения необходимого расстояние проводов и грозозащитных тросов от земной поверхности. Самый бюджетный вариант - деревянные стойки, используемые очень широко в прошлом веке при строительстве высоковольтных линий, - постепенно выводятся из эксплуатации, а новые почти не устанавливаются. К основным элементам опор воздушных линий электропередачи относятся:

• фундаментные основания,
• стойки,
• подкосы,
• растяжки.

Конструкции разделяют на анкерные и промежуточные. Первые устанавливают в начале и конце линии, при изменении направления трассы. Особый класс анкерных опор - переходные, используемые на пересечениях ВЛЭП с водными артериями, путепроводами и подобными объектами. Это самые массивные и высоконагруженные конструкции. В сложных случаях их высота может достигать 300 метров!

Прочность и габариты конструкции промежуточных опор, используемых только для прямых участков трасс, не столь внушительны. В зависимости от назначения, их разделяют на транспозиционные (служащие для смены месторасположения фазных проводов), перекрестные, ответвительные, пониженные и повышенные. С 1976 года все опоры были строго унифицированы, но в наши дни наблюдается процесс отхода от массового применения типовых изделий. Каждую трассу стараются максимально адаптировать к условиям рельефа, ландшафта и климата.

Главное требование к проводам ВЛЭП - высокая механическая прочность. Делятся на два класса - неизолированные и изолированные. Могут быть выполнены в виде многопроволочных и однопроволочных проводников. Последние, состоящие из одной медной или стальной жилы, применяются только для строительства трасс низкого напряжения.

Многопроволочные провода для воздушных линий электропередач могут быть выполнены из стали, сплавов на основе алюминия или чистого металла, меди (последние, вследствие высокой стоимости, на протяженных трассах, практически не используются). Наиболее распространены проводники, изготовленные из алюминия (в обозначении присутствует буква "А") или сталеалюминиевых сплавов (марка АС или АСУ (усиленные)). Конструктивно представляют собой скрученные стальные проволоки, поверх которых навиты алюминиевые жилы. Стальные, для защиты от коррозии, оцинковывают.

Выбор сечения производят в соответствии с передаваемой мощностью допустимого падения напряжения, механических характеристик. Стандартные сечения проводов, производимых в России, - 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120 и 240. Представление о минимальных сечениях проводов, применяемых для сооружения воздушных линий, можно получить из таблицы, приведенной ниже.

Ответвления выполняют чаще изолированными проводами (марки АПР, АВТ). Изделия имеют атмосферостойкое изоляционное покрытие и стальной несущий тросик. Соединения проводов в пролетах монтируют на участках, не подверженных механическим воздействиям. Сращивают их обжатием (с применением соответствующих приспособлений и материалов) либо свариванием (термитными шашками или специальным аппаратом).

В последние годы при возведении воздушных линий все чаще используют самонесущие изолированные провода. Для ВЛЭП низкого напряжения промышленностью выпускаются марки СИП-1, -2 и -4, а для линий 10-35 кВ - СИП-3.

На трассах напряжением свыше 330 кВ, для предотвращения коронных разрядов, практикуется применение расщепленной фазы - один провод большого сечения заменяется несколькими меньшими, скрепленными между собой. С ростом номинального напряжения их число увеличивается от 2 до 8.

Линейная арматура

К арматуре ВЛЭП относятся траверсы, изоляторы, зажимы и подвесы, планки и распорки, крепежные приспособления (скобы, хомуты, метизы).

Основная функция траверс - крепление проводов таким образом, чтобы обеспечить необходимое расстояние между разноименными фазами. Изделия представляют собой специальные металлоконструкции, выполненные из уголков, полосы, штырей и т. д. с окрашенной или оцинкованной поверхностью. Существует около двух десятков типоразмеров и видов траверс, весом от 10 до 50 кг (обозначаются как ТМ-1...ТМ22).

Изоляторы применяют для надежного и безопасного крепления проводов. Их подразделяют по группам, в зависимости от материала изготовления (фарфор, закаленное стекло, полимеры), функционального назначения (опорные, проходные, вводные) и способов крепления к траверсам (штыревые, стержневые и подвесные). Изоляторы изготавливают под определенное напряжение, которое обязательно указывают в буквенно-цифровой маркировке. Главные требования, предъявляемые к этому типу арматуры при устройстве воздушных линий электропередач, - механическая и электрическая прочность, теплостойкость.

Для уменьшения вибрации линии и предотвращения изломов проволок проводов применяют специальные гасящие устройства или демпфирующие петли.

Технические параметры и защита

При проектировании и монтаже воздушных линий электропередач учитывают следующие важнейшие характеристики:

• Длину промежуточного пролета (дистанцию между осями соседних стоек).
• Расстояние удаления друг от друга фазных проводников и самого нижнего - от поверхности земли (габарит линии).
• Длину гирлянды изоляторов в соответствии с номинальным напряжением.
• Полную высоту опор.

Получить представление об основных параметрах воздушных линий электропередач 10 кВ и выше можно из таблицы.

Для предупреждения повреждений воздушных линий и профилактики аварийных отключений во время грозы над фазными проводами пускают стальной или сталеалюминиевый тросовый молниеотвод, сечением 50-70 мм 2 , заземленный на опорах. Нередко его выполняют полым, и это пространство используют для организации высокочастотных каналов связи.

Защиту от возникающих при ударах молнии перенапряжений обеспечивают вентильные разрядники. В случае возникновения на проводах индуцированного грозового импульса, происходит пробой искрового промежутка, в результате которого разряд перетекает на опору, имеющую потенциал земли, не повреждая изоляции. Сопротивление опоры уменьшают, используя специальные заземляющие устройства.

Подготовка и монтаж

Технологический процесс сооружения ВЛЭП состоит из подготовительных, строительно-монтажных и пусковых работ. К первым относят закупку оборудования и материалов, железобетонных и металлических конструкций, изучение проекта, подготовку трассы и пикетаж, разработку ППЭР (плана производства электромонтажных работ).

Строительные работы включают в себя рытье котлованов, установку и сборку опор, распределение по трассе арматуры и комплектов заземления. Непосредственно монтаж воздушных линий электропередач начинают с раскатки проводов и тросов, выполнения соединений. Затем следует подъем их на опоры, натяжка, визирование стрел провеса (наибольшего расстояния между проводом и прямой линией, соединяющей точки его крепления к опорам). В завершение увязывают провода и тросы на изоляторах.

Кроме общих мер безопасности, работы на воздушных линиях электропередач подразумевают соблюдение следующих правил:

• Прекращение всех работ при приближении грозового фронта.
• Обеспечение защиты персонала от воздействия наведенных в проводах электрических потенциалов (закорачивание и заземление).
• Запрещение работы в ночное время (кроме монтажа пересечений с путепроводами, железными дорогами), гололеде, тумане, при скорости ветра более 15 м/с.

Перед вводом в эксплуатацию проверяют стрелу провеса и габариты линии, измеряют падение напряжения в соединителях, сопротивление заземляющих устройств.

Обслуживание и ремонт

По регламентам работ все воздушные линии свыше 1 кВ каждые полгода подлежат осмотру обслуживающим персоналом, инженерно-техническими работниками - 1 раз в год, на предмет следующих неисправностей:

• набросов посторонних предметов на провода;
• обрывов или перегорания отдельных фазовых проводов, нарушение регулировки стрел провеса (не должны превышать проектные более чем на 5 %);
• повреждения или перекрытия изоляторов, гирлянд, разрядников;
• разрушений опор;
• нарушений в охранной зоне (складирование посторонних предметов, нахождение негабаритной техники, сужение ширины просеки, вследствие разрастания деревьев и кустарников).

Внеочередные осмотры трассы проводят при образовании наледи, в период разлива рек, природных и техногенных пожаров, а также после автоматического отключения. Осмотры с подъемом на опоры проводят по мере надобности (минимум 1 раз в 6 лет).

В случае обнаружения нарушения целостности части проволок провода (до 17 % общего сечения), поврежденный участок восстанавливают наложением ремонтной муфты или бандажа. При больших повреждениях провод разрезают и вновь соединяют специальным зажимом.

В ходе текущего ремонта воздушной трассы выправляют покосившиеся опоры и подкосы, проверяют затяжку всех резьбовых соединений, восстанавливают защитный покрасочный слой на металлоконструкциях, нумерацию, знаки и плакаты. Замеряют сопротивление заземляющих устройств.

Капитальный ремонт воздушных линий электропередач подразумевает выполнение всех работ текущего ремонта. Помимо этого, осуществляется полная перетяжка проводов с замером переходного сопротивления соединительных муфт и проведением послеремонтных испытательных мероприятий.

Транспортировка электрической энергии на средние и дальние расстояния чаще всего производится по линиям электропередач, расположенным на открытом воздухе. Их конструкция всегда должна отвечать двум основным требованиям:

1. надежности передачи больших мощностей;

2. обеспечения безопасности для людей, животных и оборудования.

При эксплуатации под воздействием различных природных явлений, связанных с ураганными порывами ветра, наледью, выпадения инея линии электропередач периодически подвергаются повышенным механическим нагрузкам.

Для комплексного решения задач безопасной транспортировки электрических мощностей энергетикам приходится поднимать провода, находящиеся под напряжением на большую высоту, разносить их в пространстве, изолировать от строительных элементов и монтировать тоководами повышенных сечений на высокопрочных опорах.

Общее устройство и компоновка воздушной ЛЭП

Схематично любую линию передачи электроэнергии можно представить:

опорами, установленными в грунте;

проводами, по которым пропускается ток;

линейной арматурой, смонтированной на опорах;

изоляторами, закрепленными на арматуре и удерживающими ориентацию проводов в воздушном пространстве.

Дополнительно к элементам ВЛ необходимо отнести:

фундаменты для опор;

систему грозозащиты;

заземляющие устройства.

Опоры бывают:

1. анкерными, предназначенными для выдерживания усилий натянутых проводов и оборудованных натяжными устройствами на арматуре;

2. промежуточными, используемыми для закрепления проводов через поддерживающие зажимы.

Расстояние по грунту между двумя анкерными опорами называется анкерным участком или пролетом, а у промежуточных опор между собой или с анкерной - промежуточным.

Когда воздушная ЛЭП проходит над водными преградами, инженерными сооружениями или другими ответственными объектами, то по концам такого участка устанавливают опоры с натяжными устройствами проводов, а расстояние между ними называют промежуточным анкерным пролетом.

Провода между опорами никогда не натягивают как струну - в прямую линию. Они всегда немного провисают, располагаясь в воздухе с учетом климатических условий. Но при этом обязательно учитывается безопасность их расстояния до наземных объектов:

поверхностей рельсов;

контактных проводов;

транспортных магистралей;

проводов линий связи или других ВЛ;

промышленных и других объектов.

Провисание провода от натянутого состояния называют . Она оценивается разными способами между опорами потому, что верхние части оных могут быть расположены на одном уровне или с превышениями.

Стрела провеса относительно самой высокой точки опоры всегда бывает больше, чем у нижней.

Габариты, протяженность и конструкция каждого типа воздушной ЛЭП зависят от типа тока (переменный или постоянный) транспортируемой по ней электрической энергии и величины ее напряжения, которое может быть менее 0,4 кВ или достигать 1150 кВ.

Устройство проводов воздушных линий

Поскольку электрический ток проходит только по замкнутому контуру, то питание потребителей выполняется минимум двумя проводниками. По такому принципу создаются простые воздушные ЛЭП однофазного переменного тока с напряжением 220 вольт. Более сложные электрические цепи передают энергию по трех или четырехпроводной схеме с глухо изолированным или заземленным нулем.

Диаметр и металл для провода подбираются под проектную нагрузку каждой линии. Самыми распространенными материалами являются алюминий и сталь. Они могут выполняться единой монолитной жилой для низковольтных схем или сплетаться из многопроволочных конструкций для высоковольтных ЛЭП.

Внутреннее межпроволочное пространство может заполняться нейтральной смазкой, повышающей стойкость к нагреву или быть без нее.

Многопроволочные конструкции из алюминиевых проводов, хорошо пропускающих ток, создаются со стальными сердечниками, которые предназначены для восприятия механических нагрузок натяжения, предотвращения обрывов.

ГОСТом дается классификация открытых проводов для воздушных ЛЭП и определена их маркировка: М, А, AC, ПСО, ПС, ACKC, АСКП, АСУ, ACO, АСУС. При этом однопроволочные провода обозначаются величиной диаметра. Например, сокращение ПСО-5 читается «провод стальной. выполненный одной жилой с диаметром 5мм». У многожильных проводов для ЛЭП используется другая маркировка, включающая обозначение двумя цифрами, записанными через дробь:

первая - общая площадь сечения алюминиевых жил в мм кв;

вторая - площадь сечения стальной вставки (мм кв).

Кроме открытых металлических проводников, в современных воздушных линиях все больше применяются провода:

самонесущие изолированные;

защищенные экструдированным полимером, предохраняющим от возникновения КЗ при захлестывании фаз ветром или совершении набросов посторонних предметов с земли.

Воздушные линии с постепенно вытесняют старые неизолированные конструкции. Они все чаще применяются во внутренних сетях, изготавливаются из медных или алюминиевых жил, покрытых резиной с защитным слоем из диэлектрических волокнистых материалов либо полихлорвиниловыми пластикатами без дополнительной внешней защиты.

Чтобы исключить появление коронного разряда большой протяженности провода ВЛ-330 кВ и высшего напряжения расщепляют на дополнительные потоки.

На ВЛ-330 два провода монтируют горизонтально, у линии 500 кВ их увеличивают до трех и размещают по вершинам равностороннего треугольника. Для ВЛ 750 и 1150 кВ применяют расщепление на 4, 5 или 8 потоков соответственно, расположенных по углам собственных равносторонних многоугольников.

Образование «короны» ведет не только к потерям электроэнергии, но и искажает форму синусоидального колебания. Поэтому с ней борются конструктивными методами.

Устройство опор

Обычно опоры создаются для закрепления проводов одной электрической цепи. Но на параллельных участках двух линий может применяться одна общая опора, которая предназначена для их совместного монтажа. Такие конструкции называют двухцепными.

Материалом для изготовления опор могут служить:

1. профилированные уголки из различных сортов стали;

2. бревна строительной древесины, пропитанные составами от загнивания;

3. железобетонные конструкции с армированными прутьями.

Изготовленные из дерева конструкции опор являются самыми дешевыми, но они даже при хорошей пропитке и надлежащем обслуживании служат не более, чем 50÷60 лет.

По техническому исполнению опоры ВЛ выше 1 кВ отличаются от низковольтных своей сложностью и высотой крепления проводов.

Их изготавливают в виде вытянутых призм или конусов с широким основанием внизу.

Любая конструкция опоры рассчитывается на механическую прочность и устойчивость, обладает достаточным проектным запасом к действующим нагрузкам. Но следует учитывать, что при эксплуатации возможны нарушения различных ее элементов в результате коррозии, ударов, несоблюдения технологии монтажа.

Это приводит к ослаблению жесткости единой конструкции, деформациям, а иногда и падениям опор. Часто такие случаи происходят в те моменты, когда на опорах работают люди, выполняя демонтаж или натяжение проводов, создающие переменные осевые усилия.

По этой причине допуск бригады монтеров к работе на высоте с конструкции опор проводится после проверки их технического состояния с оценкой качества ее заглубленной части в грунте.

Устройство изоляторов

На воздушных ЛЭП для отделения токоведущих частей электрической схемы между собой и от механических элементов конструкции опор используют изделия из материалов, обладающие высокими диэлектрическими свойствами с ÷ Ом∙м. Их называют изоляторами и изготавливают из:

фарфора (керамики);

стекла;

полимерных материалов.

Конструкции и габариты изоляторов зависят:

от величины приложенных к ним динамических и статических нагрузок;

значения действующего напряжения электроустановки;

условий эксплуатации.

Усложненная форма поверхности, работающая под воздействием различных атмосферных явлений, создает увеличенный путь для протекания возможного электрического разряда.

Изоляторы, устанавливаемые на воздушных линиях для крепления проводов, подразделяются на две группы:

1. штыревые;

2. подвесные.

Керамические модели

Фарфоровые или керамические штыревые одиночные изоляторы нашли большее применение на ВЛ до 1 кВ, хотя работают на линиях до 35 кВ включительно. Но их используют при условии крепления проводов низких сечений, создающих небольшие тяговые усилия.

Гирлянды из подвесных фарфоровых изоляторов устанавливают на линиях от 35 кВ.

В состав комплекта единичного фарфорового подвесного изолятора входит диэлектрический корпус и шапка, выплавленная из ковкого чугуна. Обе эти детали скрепляются специальным стальным стержнем. Общее количество таких элементов в гирлянде определяется по:

величине напряжения ВЛ;

конструкции опоры;

особенностям эксплуатации оборудования.

При увеличении напряжения линии количество изоляторов в гирлянде добавляется. Например, для ВЛ 35 кВ их достаточно установить 2 или 3, а на 110 кВ - уже потребуется 6÷7.

Стеклянные изоляторы

Эти конструкции обладают рядом преимуществ перед фарфоровыми:

отсутствием внутренних дефектов изоляционного материала, влияющих на образование токов утечек;

повышенной прочностью к усилиям скручивания;

прозрачностью конструкции, позволяющей визуально оценивать состояние и выполнять контроль угла поляризации светового потока;

отсутствием признаков старения;

автоматизацией производства и плавки.

Недостатками стеклянных изоляторов являются:

слабая антивандалная устойчивость;

низкая прочность на действие ударных нагрузок;

возможность повреждений при транспортировке и монтаже от механических усилий.

Полимерные изоляторы

Они обладают повышенной механической прочностью и уменьшенным до 90% весом по сравнению с керамическими и стеклянными аналогами. К дополнительным преимуществам относятся:

простота монтажа;

бо́льшая стойкость к загрязнениям из атмосферы, которая, однако, не исключает необходимость периодической очистки их поверхности;

гидрофобность;

хорошая восприимчивость перенапряжений;

повышенная вандалоустойчивость.

Долговечность полимерных материалов тоже зависит от условий эксплуатации. В воздушной среде с повышенными загрязнениями от промышленных предприятий у полимеров могут проявиться явления «хрупкого излома», заключающиеся в постепенном изменении свойств внутренней структуры под воздействием химических реакций от загрязняющих веществ и атмосферной влаги, протекающих в комплексе с электрическими процессами.

При расстреле вандалами изоляторов из полимера дробью или пулями обычно не происходит полного разрушения материала, как у стекла. Чаще всего дробинка или пуля пролетает навылет или застревает в корпусе юбки. Но диэлектрические свойства при этом все равно занижаются и поврежденные элементы в гирлянде требуют замены.

Поэтому подобное оборудование необходимо периодически осматривать методами визуального контроля. А выявить подобные повреждения без оптических приборов практически невозможно.

Арматура воздушных линий

Для крепления изоляторов на опоре ВЛ, сборки их в гирлянды и монтажа к ним токонесущих проводов выпускаются специальные крепежные элементы, которые принято называть арматурой линии.

По выполняемым задачам арматуру классифицируют на следующие группы:

сцепную, предназначенную для соединения подвесных элементов различными способами;

натяжную, служащую для крепления натяжных зажимов к проводам и гирляндам анкерных опор;

поддерживающую, выполняющую удержание креплений проводов, шлейфов и узлов монтажа экранов;

защитную, предназначенную для сохранения работоспособности оборудования ВЛ при воздействии на нее атмосферных разрядов и механических колебаний;

соединительную, состоящую из овальных соединителей и термитных патронов;

контактную;

спиральную;

установки штыревых изоляторов;

монтажа СИП проводов.

Каждая из перечисленных групп имеет широкий ассортимент деталей и требует более пристального изучения. Например, в состав только защитной арматуры входят:

рога защитные;

кольца и экраны;

разрядники;

гасители вибраций.

Защитные рога создают искровой промежуток, отводят появляющуюся электрическую дугу при возникновении перекрытия изоляции и таким способом защищают оборудование ВЛ.

Кольца и экраны отводят дугу от поверхности изолятора, улучшают распределение напряжения по всей площади гирлянды.

Разрядники защищают оборудование от волн перенапряжения, возникающих при ударе молний. Они могут применяться на основе трубчатых конструкций из винипластовых или фибробакелитовых трубок с электродами либо быть изготовлены вентильными элементами.

Гасители вибраций работают на тросах и проводах, предотвращают повреждения от усталостных напряжений, создаваемых вибрациями и колебаниями.

Заземляющие устройства воздушных линий

Необходимость повторного заземления опор ВЛ вызвана требованиями безопасной работы при возникновении аварийных режимов и грозовых перенапряжениях. Сопротивление контура заземляющего устройства не должно превышать 30 Ом.

У металлических опор все крепежные элементы и арматура должны присоединяться к PEN проводнику, а у железобетонных объединенный ноль связывает собой все подкосы и арматуру стоек.

На опорах из дерева, металла и железобетона штыри и крюки при монтаже СИП с несущим изолированным проводником не заземляют, за исключением случаев необходимости выполнения повторных заземлений для защит от перенапряжений.

Крюки и штыри, смонтированные на опоре, соединяют с контуром заземления сваркой, используя стальную проволоку или прут не тоньше 6 мм по диаметру с обязательным наличием антикоррозионного покрытия.

На железобетонных опорах для заземляющего спуска применяют металлическую арматуру. Все контактные соединения заземляющих проводников сваривают или зажимают в специальном болтовом креплении.

Опоры воздушных линий электропередач с напряжением 330 кВ и выше не заземляют из-за сложности реализации технических решений для обеспечения безопасной величины напряжений прикосновения и шага. Защитные функции заземления в этом случае возложены на быстродействующие защиты линии.