Воздушные линии электропередач (ВЛЭП) - классификация и устройство

Вырабатываемая на многочисленных электростанциях энергия должна быть доставлена потребителю независимо от его удаленности.

Для этого, наряду с кабельными, используются и воздушные линии электропередач (сокращенно ВЛЭП).

Понятие и общее устройство

Воздушные линии электропередачи (ВЛ) - это конструкции, располагающиеся на открытом пространстве. Это значит, что провода проложены по воздуху и закреплены на высоте с помощью специальных приспособлений (кронштейнов, изоляторов). Все ВЛЭП обозначаются на карте мира и региональных картах. Устанавливаются они на столбах, мостах, путепроводах. Среди специалистов ВЛ часто употребляются профессиональные термины.

Расшифровка обозначений для непосвященных:

1. Трасса — это главная линия прокладки ЛЭП, проходящей на земле.
2. Пикеты — так называют отрезки трассы, на длину которых влияют особенности рельефа местности. Начало трассы называется нулевым пикетом.
3. Пикетажем называют установку пикетов.
4. Пролет — это промежуток между двумя опорами.
5. Стрелой провеса провода будет разница между его нижней точкой и натянутой линией.
6. Габаритом провода называется расстояние между самой низшей точкой его провеса и самой высшей точкой сооружений и конструкций, которые находятся под проводами.
7. Вольт, киловольт - единицы измерения напряжения.

Конструкции воздушных токовых трасс должны быть надежными и безопасными для людей и животных.

Во время эксплуатации в различных погодных условиях они подвергаются дополнительным нагрузкам и поэтому требуют постоянного контроля и обслуживания. Устройство воздушной линии электропередач основано на электроопорах, которые устанавливаются в земле, и смонтированной на них арматуре. Нельзя не упомнить фундамент, на котором держится конструкция, и оборудование для защиты от грозы.

Описание опор

Кабель при прокладке воздушных линий должен быть укреплен на опоры, которые изготавливаются из разного материала. Для деревянных электроопор берут сосновые бревна без коры. Можно применять и другие породы деревьев, если напряжение линии менее тысячи вольт. При напряжении выше 110 киловольт опоры из дерева использовать нельзя. Они недороги, но быстро подвергаются гниению. Для увеличения срока службы бревна пропитываются антисептиками.

Особенно обильно обрабатываются части, которые вкапываются в землю. Прочность обеспечивают также пасынки, которые подпирают основные стойки.

У металлических стоек есть свои плюсы и минусы. Плюсом является прочность и надежность при эксплуатации. Минусом — слишком много расходуется металла, поэтому увеличивается стоимость. Кроме того, они требуют периодической покраски, которая предохраняет металл от коррозии. Наиболее часто применяются железобетонные электроопоры. Они почти не нуждаются в ремонте, поэтому расходы при эксплуатации незначительны. Опоры могут быть монолитными и сборными. Прочность их зависит от плотности бетона, которой добиваются двумя способами: центрифугованием и вибрированием. При уплотнении первым способом выходит бетон наилучшей плотности.

Бывают следующие типы опор воздушных линий:

• анкерные;
• промежуточные;
• угловые;
• концевые;
• специальные.

Анкерные, которые устанавливаются строго по проекту, нужны для жесткого закрепления на них проводов. Конструкция этих устройств должна отличаться прочностью: если оборвутся провода с одного конца, опора должна выдержать нагрузку с другой стороны. Промежуточные необходимы для того, чтобы поддерживать провода на прямых участках между анкерными опорами. Среди всего их количества, расположенного на линии воздушных электропередач, промежуточным принадлежит примерно 85%.

Угловые электроопоры располагаются на поворотах трассы ВЛ. При повороте воздушной трассы на угол до 20 градусов опора может быть изготовлена как промежуточная, а при угле ближе к прямому — по типу анкерной. Концевые установки похожи на анкерные и должны устанавливаться в начале и в конце линий. Если в анкерных опорах сила прочности проводов возникает при аварии, то концевые электроопоры действуют всегда.

Специальные опоры — это более высокие опоры, и ставятся они там, где воздушные линии пересекаются между собой, а также с железными и шоссейными дорогами, водоемами. Промежуточные опоры ВЛ с напряжением до десяти киловольт делают в виде одной стойки.

Опоры на линиях с низким напряжением дополняются оттяжками, которые крепятся к стороне, противоположной натяжению проводов, или снабжаются подпорками, устанавливаемыми со стороны натяжения.

Виды проводов

Провода, которые применяются на ВЛ, должны быть электрически проводимыми, достаточно прочными и устойчивыми к коррозии.

В настоящее время в данной сфере используется два вида проводов:

• неизолированные (голые);
• изолированные.

Изолированный провод состоит из скрученных изолированных жил. Несущие жилы в проводах могут быть и неизолированными, если используются на ВЛ с несильным напряжением. Голые провода делают из смеси стали и алюминия, из чистого алюминия и алюминиевого сплава, реже для изготовления применяют медь или сталь. На все выпускаемые промышленностью провода имеются свои ГОСТы. Высокую механическую прочность и хорошую электрическую проводимость имеют наиболее распространенные сталеалюминиевые провода.

Провода из стали, хотя и обладают более высокой прочностью, не выдерживают химических воздействий и имеют высокое сопротивление, поэтому используются при небольших токах. Наилучшей электрической проводимостью, высокой механической прочностью и стойкостью к воздействию среды обладают медные провода, но, имея большую массу, увеличивает нагрузку на остальные элементы ВЛ и в результате приводят к удорожанию возведения ЛЭП. Провода бывают однопроволочные и многопроволочные. Те и другие могут иметь в составе как чистые, так и смешанные металлы.

Характеристики изоляторов

Изделия, которые применяются для укрепления провода и кабеля на ВЛЭП, чтобы они не упали на землю, называются электрическими изоляторами. Они изготовляются из материалов, не проводящих ток: стекла, фарфора и полимеров. По конструкции изоляторы отличаются различным креплением кабеля. Поскольку они используются для изоляции, то выполняются в форме тарелок или ребристых стержней. Ребристая поверхность позволяет электрическому разряду распространяться под углом.

Фарфоровые изоляторы используются уже давно и в бытовых, и производственных помещениях. Чаще они бывают белого цвета. Изоляторы других цветов применяются в различных электроустановках. Они отлично выполняют свою основную функцию, но имеют большой вес и часто бьются. Для проверки их целостности электроустановку отключают, вытирают пыль, убирают другие загрязнения. Стеклянные в этом случае лучше тем, что сразу видны дефекты и напряжение можно не отключать.

Сегодня они, используемые в роли подвесных изоляторов, почти полностью вытеснили керамику в ВЛ. Изоляторы из полимеров чаще ставят в помещении. На улице используются в исключительных случаях, так как на солнце они со временем стареют и меняют свою структуру.

По типу устройства выделяют три вида изоляторов, применяемых в ВЛ:

• штыревые;
• подвесные;
• опорные и проходные.

Штыревые готовы для монтажа: у них есть канавки, в которые опускается провод, отверстия, крюки. Если штыревые больше применяют на ВЛ низкого напряжения, то подвесные – на высоковольтных воздушных трассах, которые бывают поддерживающие и натяжные. Последние в форме тарелок устанавливаются под углом и держат ВЛ на опоре. Они могут выдержать большой вес и потому их применяют в электроопорах, которые расположены далеко друг от друга.

Подвесные стержневые изоляторы устанавливаются на промежуточных опорах и выполняются в виде опорного стержня, на концах которого есть металлические скобы для крепления. Изоляторы ставятся в вертикальное положение, на них ложится провод. Натяжные изоляторы выдерживают больший вес, поэтому могут использоваться на опорах, расположенных дальше друг от друга.

Опорные и проходные изоляторы используются на электростанциях и трансформаторных подстанциях. Проходные нужны также для проведения кабеля через стену.

Классификация воздушных линий

Все воздушные линии классифицируются по нескольким критериям. По виду тока они подразделяются на ВЛ переменного и постоянного. До сегодняшнего дня в энергетике России энергия передавалась на переменном токе. Это можно объяснить изменением его в постоянный ток при помощи трансформаторов и выпрямителей. Однако при большом расстоянии на ВЛ увеличивается ее индуктивное сопротивление, значит, происходит и снижение ее максимальной мощности. Схема:

Протекание по ней зарядного тока способствует нагреванию проводов, тем самым увеличивая потерю энергии и снижая пропускную способность линии. Поэтому в последнее время в электрике нашей страны начали все больше применять постоянный ток в решении многих задач на производстве, а также при передаче электроэнергии на расстоянии.

По назначению ВЛЭП подразделяются на:

• сверхдальние ( напряжение 500 киловольт);
• магистральные (напряжение 220 и 330 киловольт), которые передают энергию с крупнейших электростанций, а также используются для внутренней связи в энергосистемах;
• распределительные ( напряжение 35 и 110 киловольт), предназначенные для снабжения энергией потребителей.

По напряжению ВЛЭП делятся на высоковольтные и низковольтные. Одной из самых высоковольтных во всем мире является линия Экибастуз-Кокчетав с напряжением 1150 киловольт. Однако она еще на этапе строительства и пока не используется на полную мощность.