Воздушные линии

Основными элементами воздушных линий (ВЛ) (рис. 1.1), являются: стойка опоры 1, провода 2, грозозащитный трос 3, тросостойка 4, траверсы 5, изоляторы 6 и фундамент 7. Кроме того, к элементам ВЛ относится линейная арматура, необходимая в основном для крепления элементов ВЛ друг к другу.

Расстояние провода в низшей точке его провисания до земли называется габаритным расстоянием провода до земли h_г. Кроме того, существуют другие габариты ВЛ (рис. 1.2), среди которых можно отметить следующие:

 f_п – стрела провеса провода;

 f_т – стрела провеса троса;

 H – высота опоры;

 l – длина пролета.

а б

Рис. 1.1. Конструкция ВЛ: а – 220 кВ; б – 500 кВ

В населенной местности величина h_г не должна быть меньше 6 м.

Длиной пролета (пролетом линии) называется измеренное по горизонтали расстояние между опорами. Различают промежуточный пролет (между соседними опорами) и анкерный пролет – между двумя опорами анкерного (усиленного) типа (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Некоторые габаритные расстояния ВЛ

На рис. 1.3 показаны основные схемы расположения проводов и тросов на опорах линий трехфазного тока. Провода могут образовывать один, два или три яруса. Расположение проводов в один ярус (рис. 1.3,а-д) принято называть горизонтальным, в два или три яруса без смещения по горизонтали (рис. 1.3,е-к) называется вертикальным. Расположение проводов в два или три яруса, при котором находящиеся друг над другом провода имеют горизонтальное смещение (рис. 1.3,л-т), называется смешанным.

е

б

в

г

д

ж

з

и

к

л

м

н

о

п

р

с

т

а

Рис. 1.3. Схемы расположения проводов

Воздушные линии выполняются голыми (неизолированными) проводами. В зависимости от конструкции различают: однопроволочные, многопроволочные монометаллические, многопроволочные биметалические и полые провода.

Сечения проводов нормированы государственным стандартом.

Провода выполняются из медных, бронзовых, алюминиевых и стальных проволок, а также из алюминиевых сплавов.

Удельное сопротивление медных проволок 18 Оммм²/км, а алюминиевых – 28,8 Оммм²/км. Удельное сопротивление стальных проводов много выше, чем у медных или алюминиевых, и зависит от протекающего тока, так как сталь является магнитным материалом.

Медные и бронзовые провода для ВЛ в настоящее время не применяются вследствие большой стоимости меди. Алюминиевые провода дешевле, чем медные или бронзовые, что обусловило их широкое применение. Небольшая механическая прочность алюминия привела к появлению сталеалюминиевых проводов, у которых сердечник выполнен из стальных проволок. Эти провода преимущественно и применяются на ВЛ.

Маркировки проводов:

 медные М, например М-35;

 алюминиевые А, например А-70;

 стальные С, например С-25;

 сталеалюминиевые АС, например АС-300/66.

У сталеалюминиевых проводов через дробь указываются сечения алюминиевой и стальной частей.

Полые провода марок ПА (из алюминия) и ПМ (из меди) применяют, в основном, для ошиновки на открытых подстанциях и переключательных пунктах.

По условиям механической прочности на ВЛ следует применять провода сечением не менее: алюминиевые 16 мм², сталеалюминиевые 10 мм².

В настоящее время для прокладки ВЛ напряжением до 1 кВ используется провод с изоляцией из сшитого светостабилизированного полиэтилена марок СИП-1, СИП-2 и СИП-3. По сравнению с неизолированными проводами марки А и АС они обладают большей надежностью и безопасностью электроснабжения.

Опоры ВЛ предназначены для подвески проводов и тросов на необходимой высоте над поверхностью земли или воды.

В зависимости от материала опоры ВЛ могут быть деревянными, металлическими и железобетонными.

Древесина является наиболее дешевым материалом для изготовления опор, но она обладает существенным недостатком – подверженности гниению. Для увеличения срока службы деревянных опор их пропитывают антисептиками. Срок службы таких опор до 20 лет.

Основным недостатком металлических опор является их подверженность коррозии. Для защиты от коррозии опоры либо оцинковывают, либо используют антикоррозионные лаки и краски. Опыт показывает, что оцинкованные металлические опоры начинают корродировать через 25…30 лет, а на окрашенных опорах – через 5 – 6 лет. Срок службы металлических опор при правильной их эксплуатации достигает 40 лет и более.

Железобетонные опоры не подвергаются гниению и коррозии и просты в эксплуатации. Однако в стволах бетонных опор возможно появление глубоких трещин, которые могут дойти до железной арматуры, что приведет усилению нагрузок на арматуру, ее коррозии и снижению механической прочности опор.

Различают следующие типы опор: анкерные, промежуточные, угловые, концевые, ответвительные, транспозиционные и переходные.

Анкерные опоры полностью воспринимают тяжение проводов и тросов в смежных с опорой пролетах. Они устанавливаются для жесткого закрепления проводов в особо ответственных точках ВЛ.

Промежуточные опоры обладают несущей способностью в вертикальном направлении и при обрывах проводов могут деформироваться. Угловые опоры устанавливаются в точках поворота линий. Концевые опоры устанавливаются перед подстанциями или электрическими станциями. Ответвительные опоры предназначены для присоединения и разведения проводов ответвления и основной линии. Транспозиционные опоры имеют дополнительные гирлянды изоляторов для изменения расположения проводов (для их транспозиции). В результате транспозиции каждая фаза будет занимать последовательно все положения проводов на опоре равное количество километров. Переходные опоры служат для осуществления переходов через естественные преграды и инженерные сооружения (реки, озера, горные ущелья, мосты и т.п.).

Часто на одной опоре подвешиваются провода двух линий. Такие линии и опору называют двухцепными. Обычные опоры поэтому называют еще одноцепными).

Изоляторы предназначены для крепления проводов к опорам и создания необходимого промежутка между проводами, находящимися под напряжением, и опорой. Линейные изоляторы изготавливаются из фарфора и стекла.

По конструктивному исполнению изоляторы делятся на штыревые, подвесные и стержневые.

На опоры ВЛ действуют силы веса проводов, изоляторов, грозозащитных тросов и линейной арматуры. Величина силы веса, приходящаяся на одну опору, может быть от нескольких десятков килограммов до десятков тонн. При обрыве провода появляются горизонтальные тяжения, направленные вдоль линии. Эти силы также значительны и могут составлять от десятков килограмм до нескольких тонн.

П

Рис. 1.4. Поперечное сечение про-

вода с гололедом: d – диаметр провода; b – толщина стенки гололеда

ри температуре воздуха порядка -3…-7 С возникает явление гололедообразования. Вокруг проводов ВЛ образуется масса смеси снега и льда – гололедно-изморозиевое образование. Интенсивность гололедно-изморозиевых образований зависит от ряда условий и, в первую очередь, от насыщенности воздуха влагой и скорости наноса влажного воздуха или мокрого снега на конструкции ВЛ.

Толщина стенки гололедно-изморозие-вых образований b (рис. 1.4), при приведении их к правильной цилиндрической форме достигает 10…20 мм и более в зависимости от климата и близости водных пространств. Вес гололеда, приходящийся на одну опору, может достигать десятков и сотен килограм-

мов. Провода ВЛ также испытывают нагрузку от гололедно-изморозиевых образований.

К

Рис. 1.5. Результирующая нагрузка на провод

инетическая энергия движущихся масс воздуха воспринимается конструктивными элементами линий. Обычно принимается, что давление ветра на провода, тросы и опоры направлено горизонтально. Суммарная сила, приложенная к проводу P_рез, получается геометричес- ким сложением векторов действующих сил: G – сила веса провода (с гололедом) и P_в – сила давления ветра (рис. 1.5).

Действие ветра обусловливает появление вибрации проводов. Это явление возникает при равномерном движении воздуха с небольшой скоростью (0,6…0,8 м/с). При этом за проводом через определенные интервалы возникают вихреобразные движения воздуха поочередно ниже и выше горизонтальной оси провода, что приводит к вибрации провода. Следствием вибрации могут явиться изломы отдельных проволок из-за знакопеременных изгибов и обрыв провода. Для предотвращения разрушения проводов применяются специальные средства, такие, как подвеска специальных виброгасителей вблизи мест крепления проводов и тросов к гирляндам изоляторов.

Под действием ветра при определенных условиях может появляться так называемая пляска проводов и тросов. Это явление образуется, как правило, при значительных скоростях ветра (10…30 м/с). Отложения гололеда на проводе или тросе могут принять в сечении форму крыла самолета, вследствие чего при порывах ветра появляется подъемная сила, приложенная к проводам, и возникает пляска проводов (рис. 1.6).

В результате пляски проводов возникают значительные динамические воздействия на узлы крепления проводов к изоляторам и изоляторов к опорам. Последнее приводит к поломкам и разрывам деталей крепления, а иногда и повреждению траверс опор. Но наиболее частым последствием пляски проводов является отключение линий из-за схлестывания проводов и тросов или перекрытия воздушных промежутков между ними.

О

Рис. 1.6. Волны пляски на про-

воде в пролете

сновным средством прекращения пляски проводов является плавка гололеда путем пропускания по проводам и тросам значительных токов.

Изменение температуры воздуха приводит к изменениям длины проводов ВЛ. При очень низких температурах провод сокращается и натягивается в пролете, что приводит к возрастанию механического напряжения в материале провода. Поэтому температура воздуха должна учитываться при расчете проводов на механическую прочность.

Влага и химические реагенты, входящие в состав воздуха и почвы, также воздействуют на конструктивные элементы линий (окисление и коррозия металлов, гниение дерева). Для районов с повышенным содержанием влаги и вредных для металлов веществ используются провода, защищенные специальной пленкой или смазкой.

Кроме перечисленных факторов, вызывающих механическое и химическое воздействия на элементы конструкций ВЛ, следует отметить и электромагнитные воздействия. К ним относятся поражения ВЛ ударами молний, которые приводят к прожиганию проводников, грозовым перенапряжениям на ВЛ, перекрытиям изоляции и, как следствие, аварии на ВЛ.

При ударе молнии в опору по ней протекают токи, достигающие вели- чин свыше 200 кА. Наиболее часто регистрируются токи молнии в пределах до 50 кА.

При непосредственном поражении проводов ВЛ ток молнии растекается в обе стороны от места прямого удара. Перекрытие изоляции уже достигается при токах 10…15 кА, вероятность которых велика. Поэтому в качестве основного средства грозозащиты применяется подвеска заземленных тросов вдоль линии. Защитное действие тросов на ВЛ принято характеризовать показанным на рис 1.7 углом защиты, образованным вертикалью, проходящей через трос, и линией, соединяющей трос с проводом. Значения угла защиты, как правило, выбирается не более чем 20…30.

Рис. 1.7. Защитная зона грозозащитных тросов

26