Конструктивне виконання електричних мереж

Електрична мережа – сукупність ліній електропередачі та підстанцій.

Лінія електропередачі (ЛЕП) призначена для передачі електричної енергії, підстанції – для перетворення електричної енергії.

За конструктивним виконанням ЛЕП поділяються на:

- повітряні лінії (ПЛ);

- кабельні лінії (КЛ);

- струмопроводи;

- проводки.

5.1. Повітряні лінії

5.1.1.Загальні положення

Повітряна лінія – це пристрій для передавання електричної енергії по проводах, які розташовані на відкритому повітрі і прикріплені за допомогою ізоляторів та арматури до опор, кронштейнів або до стійок інженерних споруд (мости, шляхопроводи та ін.).

Основними елементами ПЛ є проводи, грозозахисні троси, опори, ізолятори, лінійна арматура.

За конструктивним виконанням ПЛ можуть одно-, дво- та багатоколові, з розщепленими та нерозщепленими фазами. Коло – це три проводи однієї трифазної ПЛ (фаза А, фаза В, фаза С). Одноколовою є ПЛ з розташування одного кола на опорах, двоколовою – з розташування двох кіл на опорах, багатоколова має чотири-шість кіл на опорах. Нерозщеплена фаза має один провід, розщеплена – 2, 3 і більше відповідно до класу номінальної напруги. Розщеплення фаз виконується для ПЛ номінальної напруги 330 кВ - 2 проводи, 500 кВ – 3 проводи, 750 кВ – 4-5 проводів, 1150 кВ – від 8 до 12 проводів.

В цілому конструктивна частина ПЛ характеризується типами опор, габаритними розмірами, конструкцією фази та типами ізоляторів.

5.1.2.Габаритні розміри

При спорудженні ПЛ для підтримки проводів застосовують проміжні опори, а для натяжіння – анкерні.

Відстань між сусідніми проміжними опорами називається проміжним прогоном (l), або просто прогоном ПЛ, відстань між сусідніми анкерними опорами називається анкерним прогоном або анкерною дільницею. (рис. 5.1.)

Рис.5.1. Прогони ПЛ.

1 – анкерна опора, 2– проміжна опора

Відстань по вертикалі від прямої, яка з’єднує точки підвісу проводу, до найнижчої точки проводу в прогоні називається стрілою провисання (f). Відстань від найнижчої точки провисання проводу до поверхні землі чи води називається габаритом лінії (h). До габаритних розмірів відносять висоту підвісу проводу на опорі (H). (рис. 5.2)

Рис.5.2.Основні характеристики прогону ПЛ

Найважливішим габаритним розміром є габарит лінії, оскільки він має забезпечувати безпеку знаходження людей, тварин, транспортних засобів під ПЛ. Габарит лінії залежить від номінальної напруги ПЛ та типу місцевості (населена, ненаселена, важкодоступна). Конструктивне виконання ПЛ суттєво залежить від кліматичних умов: температури, вітру, ожеледиці, а також від наявності в навколишньому середовищі сіркових газів, відкладення солі та ін.

5.1.3. Проводи і троси

ПЛ виконують голими (неізольованими) проводами. В залежності від їх конструкції розрізняють:

- однодротові проводи (один дріт суцільного перерізу, (рис. 5.3. а);

- багатодротові монометалічні проводи (скручені між собою окремі дроти з одного металу, (рис. 5.3. б);

- багатодротові біметалічні проводи (дроти з двох металів або металу і сплаву, (рис. 5.3. в);

- порожнисті проводи (рис. 5.3. г).

-

Рис.5.3 Конструкція проводів ПЛ

Вимоги до проводів:

- висока електрична провідність;

- висока механічна міцність та антикорозійна стійкість;

- економічність.

Відповідно до вищезазначених вимог використовують мідні, алюмінієві, біметалічні, сталеві проводи.

Мідні проводи мають високу електричну провідність, механічну міцність та антикорозійна стійкість, але мідь має високу вартість і є дефіцитним металом. З цих причин мідні проводи вже не застосовують на ПЛ.

Алюмінієві проводи мають нижчу електричну провідність порівняно з мідними та значно меншу механічну міцність, що є їх основним недоліком. Але виробництво алюмінію значно дешевше ніж міді і він не є дефіцитним. Це зумовило його широке використання для виготовлення проводів ПЛ. Алюмінієві проводи використовуються тільки у багатодротовому виконанні та підвішуються при зменшеній відстані між опорами для уникнення великих стріл провисання.

Алюмінієві проводи є вразливими до дії хімічно активних домішок у повітрі. Через це при спорудженні ПЛ поблизу морського узбережжя, солоних озер і хімічних підприємств рекомендується використовувати алюмінієві проводи захищені від корозії нейтральною змазкою.

Сталеві проводи мають високу механічну міцність і невисоку вартість, але не мають антикорозійної стійкості і через це їх оцинковують. Суттєвим недоліком сталевих проводів є залежність питомого опору від струму, який протікає по проводах, тому сталеві проводи використовують в мережах напругою до 10 кВ при передачі невеликих потужностей. Сталеві проводи виконуються одно- та багатодротовими.

Біметалічні (сталевоалюмінієві) проводи набули широкого застосовування, які складаються з алюмінієвої струмопровідної частини та стального осердя для підвищення механічної міцності.

Порожнисті проводи мають діаметр більший ніж багатодротові також перерізу. Порожнисті проводи складаються з окремих плоских дротів, які з’єднуються між собою в паз, що забезпечує їх конструктивну міцність. Такі проводи складні у виготовленні і незручні в експлуатації, тому їх використання є обмеженим.

Перерізи проводів нормовані державним стандартом. Всі проводи мають маркування, в якому літерою позначається матеріал проводу, а числовим значенням – стандартний переріз. Наприклад, мідний провід з перерізом 35 мм² – М-35, алюмінієвий провід з перерізом 50 мм² – А-50, стальний проводи з перерізом 25 мм² – ПС-25. Сталеалюмінієві проводи позначаються буквами АС з додавання через дефіс дробу, в якому в чисельнику зазначається переріз алюмінієвої частин, а в знаменнику – сталевої частини. Так проводи марок АС-330/39 та АС-330/66 мають перерізи алюмінієвої частини 330 мм² і сталевої частини відповідно 39 і 66 мм².

Випускається також декілька типів проводів з підвищеною стійкістю проти корозії призначених для застосовування в районах з різним ступенем забрудненості атмосфери. До них належать проводи марок:

АСКС – сталевоалюмінієвий провід із заповненням сталевого осердя антикорозійною речовиною;

АСКП – сталевоалюмінієвий провід із заповненням антикорозійною речовиною всього проводу;

АСК – сталевоалюмінієвий провід із сталевим осердям, яке ізольоване поліетиленовою плівкою.

Самонесучі ізольовані проводи набули широкого застосування в світовій практиці спорудження ліній електропередач напругою до 35 кВ. Самонесучі ізольовані проводи - це ізольовані жили скручені навколо несучого тросу, який сприймає механічне навантаження. Такі проводи можуть мати 3 (для ліній напругою 10, 35 кВ) і 4 жили (для ліній напругою до 1 кВ). Самонесучі ізольовані проводи мають переваги при монтажі та експлуатації: зменшення габариту лінії і відповідно висоти опор, значне підвищення механічної міцності, відсутність ожеледиці, можливість відмовитись від ізоляторів.

Троси призначені для захистку повітряних ліній від атмосферних перенапруг і прямих ударів блискавки, а також для зменшення впливу на лінії зв’язку. Трос підвішується на опорах вище проводів, в результаті чого розряди блискавки влучають не в провід, а в трос і струм розряду через заземлення на опорі відводиться в землю.

Троси виготовлюють з сталевих оцинкованих багатодротових канатів. Грозозахисні троси можуть використовуватись для також організації високочастотних каналів зв’язку. Такі троси виготовляють зі сталево алюмінієвих проводів або оптоволоконних кабелів.

Опори

Опори призначені для підвішування проводів і тросів на необхідній висоті над поверхнею землі чи води. Опори класифікують за матеріалом, типом і призначенням, конструктивними особливостями та іншими ознаками.

За матеріалом опори класифікуються на: дерев’яні, залізобетонні, металеві. Дерев’яні опори мають невисоку вартість, але піддаються гнилості, через що обробляються антисептиками. Дерев’яні опори можуть використовуватись для ліній напругою до 220 кВ включно. Залізобетонні опори не піддаються корозії, є простими в експлуатації, але мають велику масу, що ускладнює монтаж і транспортування. Залізобетонні опори можуть використовуватись для ліній напругою до 500 кВ. Металеві опори виготовляють з вуглецевої сталі. Металеві опори мають високу міцність, але зазнають корозії, особливо в зоні промислових підприємств, а також на узбережжях морів та солоних озер. Для захисту від корозії металеві опори оцинковують або застосовують антикорозійні лаки та фарби. Металеві опори використовуватись для ліній напругою від 35 кВ до 1150 кВ.

Опори ПЛ класифікують за типом: проміжні та анкерні. Проміжні опори призначені для підтримування проводів в нормальних режимах роботи ПЛ (при необірваних проводах і тросах), коли на них діє вертикальна маса всіх елементів лінії і ожеледиці, а також тиск вітру. Анкерні опори сприймають повне тяжіння проводів і тросів суміжних з опорою прогонах. Вони встановлюються для жорсткого закріплення проводів в особливо відповідальних точках ПЛ (на кінцях лінії, на перетині з водоймищами, залізницями, автомобільними трасами, на пороті траси ПЛ та ін.).

Опори ПЛ класифікують за призначенням: кутові, кінцеві, перехідні, транспозиційні, відгалуджувальні. Кутові опори встановлюють в точках повороту ПЛ. Кутові опори можуть бути проміжними і анкерними, в залежності від кута повороту лінії. Кінцеві опори виконуються тільки анкерними і встановлюються на початку і в кінці ПЛ. Перехідні опори призначені для здійснення переходів через різні інженерні споруди (мости та ін..), природні перешкоди (ріки, озера, гірські ущелини та ін..), а також через інші ПЛ, у більшості випадів є анкерними. Транспозиційні опори – це анкерні опори з конструктивними елементами, які дозволяють змінювати розташування проводів (транспозицію). Транспозицію проводів виконують для ви зрівнювання падіння напруги у всіх трьох фазах ПЛ при довжині лінії більше 100 км. Відгалуджувальні опори призначені для приєднання до основної ПЛ відгалуджувальної лінії.

Конструктивні особливості опор залежать від кількості кіл, матеріалу, з якого виготовлені опори, їх типу і призначення, напруги ПЛ. В залежності від кількості кіл розрізняють одно- і двоколові опори. На одноколових опорах проводи розташовують у вершинах трикутника (рис.5.3. а, б) або горизонтально (рис.5.3 в), на двоколових – у вигляді прямої чи зворотної «ялинки» (рис.5.3 г, д),, або у вигляді «бочки» (рис.5.3 є).

а б в г д є

Рис.5.3.Розташування проводів та тросів на одно- та двоколових ПЛ

Основні конструкції та застосування опор представлені в табл. 5.1-5.3.

Таблиця 5.1. Конструкції та застосування дерев’яних опор

Таблиця 5.2. Конструкції та застосування металевих опор

Таблиця 5.3. Конструкції та застосування залізобетонних опор

Типи і конструкції опор, які використовуються в енергосистемах, повністю стандартизовані, що надає можливість організувати серійне виробництво опор і використовувати уніфіковані методи будівельно-монтажних робіт при спорудженні ліній.