Воздушной электрической линией (ВЛ) называется устройство, предназначенное для передачи и распределения электрической энергии по проводам, расположенным на открытом воздухе.
Основными конструктивными элементами воздушных линий являются провода, изоляторы, опоры.
Для выполнения воздушных линий обычно применяются голые провода из меди, алюминия, стали и сплавов.
Провода выполняются однопроволочными и многопроволочными.
У многопроволочных проводов токоведущая жила состоит из многих свитых вместе проволок, сумма площадей поперечных сечений которых даст общее сечение.
Многопроволочные провода могут быть изготовлены либо из одного металла, либо из двух металлов (сталеалюминиевые). В воздушных сетях наибольшее применение получили многопроволочные провода.
При равных сечениях многопроволочные провода более гибки, чем однопроволочные, поэтому они более удобны при монтаже.
При сильном ветре провода раскачиваются и вибрируют, что вызывает значительные механические напряжения и усталость металла. Многопроволочные провода в этих условиях имеют больший срок службы, чем однопроволочные, так как временные сопротивления на разрыв у проволок малых диаметров намного выше, чем у проволок больших диаметров из того же металла.
Медные провода, изготовленные из твердотянутой меди, обладают более высокой удельной электрической проводимостью
, чем провода, выполненные из других металлов, поэтому при равных потерях энергии на нагревание сечения медных проводов будут меньшими.
Наименьшие допускаемые сечения проводов ВЛ по условиям механической прочности
Медные провода обладают, кроме того, высокой механической прочностью, т. е. большим сопротивлением на разрыв (σ=40 кГ/мм2)1. Они хорошо противостоят воздействиям изменяющихся атмосферных условий и химических примесей, находящихся в воздухе. Но из-за дефицитности применение медных проводов для наружных и внутренних сетей строго лимитируется.
Алюминиевые провода имеют электрическую проводимость в 1,6 раза меньше, чем медные
, их прочность также значительно ниже, чем у модных
.
Алюминиевые провода получили преобладающее распространение в наружных и внутренних сетях промышленных предприятий и гражданских зданий.
Сталеалюминиевые провода, имеющие механическую прочность намного больше, чем алюминиевые, применяют в сетях с напряжением 35 кВ и выше при больших расстояниях между опорами. Конструктивно сталеалюминиевый провод состоит из стального сердечника, обеспечивающего механическую прочность провода (σ=110—120 кГ/мм2), и алюминиевой оболочки, являющейся основной токоведущей частью провода. Для сталеалюминиевых проводов в целом при расчетах принимается σ= 24—25 кГ/мм2.
Продолжение табл. 41Стальные провода, обладающие низкой электрической проводимостью
и высокой механической прочностью, нашли применение в электрических сетях высокого и низкого напряжений небольших городов и поселков, а также колхозов и совхозов. Вследствие низкой электрической проводимости стальные провода применяются лишь для линий небольшой мощности. Стальные провода сильно подвержены коррозии, для защиты от которой они покрываются тонким слоем цинка.
1 Для перевода в Международную систему единиц (СИ) эти величины необходимо умножить на 9,8. В этом случае они будут выражаться в н/мм2.
Сечения проводов, расстояние между ними и количество в фазе определяются специальным расчетом с учетом физико-механических свойств материала проводов.
По условиям механической прочности ПУЭ устанавливают наименьшие сечения (диаметры) проводов воздушных линий в зависимости от напряжения и места прохождения линии (табл. 4.1).
В воздушных сетях напряжением до 1000 в нормируются также и максимальные сечения (диаметры) однопроволочных проводов, которые должны быть не более 6,5 мм для биметаллических проводов и 5 мм для стальных.
Для маркировки проводов применяются буквенно-цифровые обозначения. Буквы означают материал провода, а цифры — его сечение. Например, М-16 — провод медный сечением 16 мм2, АС-70 — провод сталеалюминиевый сечением 70 мм2, ПС-50 — провод стальной сечением 50 мм2.
Провода воздушной линии закрепляются на опорах при помощи изоляторов. В зависимости от номинального напряжения линии и сечения (диаметра) проводов применяются изоляторы соответствующих типов. Для воздушных линий напряжением до 500 в применяются фарфоровые штыревые изоляторы.
Изоляторы типов ТФ и АИК устанавливаются на участках воздушной линии, не имеющих ответвлений. В местах разветвлений или ответвлений к электроприемникам (вводы) устанавливаются многошейковые изоляторы ШО.
Для линий напряжением 3—6—10 кВ применяются высоковольтные фарфоровые штыревые изоляторы ШС. Провода линий напряжением 20—35 кВ могут быть подвешены на опорах как при помощи штыревых фарфоровых изоляторов ШД, так и при помощи подвесных изоляторов типа П.
Однако для линии напряжением 35 кВ целесообразнее применять подвесные изоляторы, так как они меньше по размерам.
Для линий напряжением 35—220 кВ и выше применяются подвесные изоляторы, которые набираются в гирлянды. При этом число изоляторов в гирлянде зависит от величины номинального напряжения линии и от материала опор.
Штыревые изоляторы крепятся на опорах либо при помощи стальных крюков, которые ввертываются непосредственно в тело деревянной опоры, либо при помощи стальных штырей, если изоляторы устанавливаются на металлической траверсе, прикрепляемой к деревянной опоре при помощи стального хомута.
Для устройства воздушных линий, кроме деревянных, применяются опоры металлические и железобетонные.
Деревянные опоры изготовляются в основном из сосновых бревен со снятой корой. Для линий низкого напряжения допускается применение и других пород, как, например, лиственница, ель, пихта, дуб и кедр. Бревна, предназначенные для опор, должны соответствовать определенным техническим условиям. Естественная конусность ствола или, иначе говоря, изменение его диаметра от нижнего толстого конца (комля) к верхнему отрубу должно составлять не более 8 мм на I м длины бревна. При этом диаметр бревна в верхнем отрубе принимают не менее 12 см для линий напряжением до 1000 в, 16 см — для линий напряжением до 35 кВ и 18 см — для линий более высокого напряжения.
Деревянные опоры применяются при сооружении линий напряжением до 110 кВ включительно. Особенно большое распространение они получили в воздушных линиях напряжением до 1000 в, прокладываемых в лесных районах. Преимущество деревянных опор состоит в простоте их изготовления и дешевизне по сравнению с опорами из других материалов. Однако деревянные опоры подвержены гниению, причем наиболее быстро загнивает нижняя часть опоры, зарытая в землю. Если не принять специальных мер по предохранению древесины от гниения, то срок службы сосновых опор составит всего лишь 4—5 лет. В южных районах, где древесина загнивает гораздо быстрее вследствие благоприятных климатических условий для развития гнилостных бактерий (высокие положительные температуры, обилие влаги), срок службы опор еще меньше. Для предохранения древесины от гниения ее пропитывают специальными противогнилостными составами (антисептиками), например креозотовым или антраценовым маслом. Особенно тщательно пропитывают те части опоры, которые подвержены наиболее интенсивному загниванию, а именно — части опоры, врытые в землю, врубки концов траверс и раскосов. Срок службы опор, пропитанных антисептическим веществом, увеличивается в 2—3 раза. Для этой же цели ноги деревянных опор изготовляют из двух частей — основной стойки и стула (пасынка). При сильном загнивании нижней части опоры достаточно сменить только пасынки.
Металлические опоры прочны и надежны в эксплуатации. Однако вследствие большого расхода дефицитного металла они применяются только для линий электропередачи напряжением 110 кВ и выше. Эксплуатация металлических опор связана с большими расходами на выполнение трудоемких работ по периодической окраске, предохраняющей их от коррозии.
Железобетонные опоры при индустриальном методе их изготовления являются наиболее эффективными. Внедрение железобетонных опор при сооружении воздушных сетей позволяет уменьшить расход металла, сэкономить древесину. С применением железобетонных опор обеспечивается долговечность воздушных сетей, так как они почти не требуют ремонта, и, следовательно, резко снижаются эксплуатационные расходы. В настоящее время при сооружении воздушных линий напряжением 6— 10 кВ и до 110 кВ повсеместно применяют железобетонные опоры. Особенно широкое применение они получили в городских сетях высокого и низкого напряжений. Железобетонные опоры выполняются как монолитными, так и сборными в виде трубчатых секций, которые собираются на месте монтажа. Прочность железобетонных опор зависит от способа уплотнения бетона, которых существует два: вибрирование и центрифугирование. Опоры, выполненные способом центрифугирования на центробежных станках, отличаются хорошей уплотненностью бетона, вследствие чего они очень прочны.
На воздушных электрических линиях применяются опоры анкерные, промежуточные, угловые, концевые и специальные.
Анкерные опоры предназначены для жесткого закрепления на них проводов линии. Места установки их в линии определяются проектом. Анкерная опора по своей конструкции должна быть прочной, так как при обрыве провода с одной стороны линии она должна воспринять одностороннее тяжение проводов анкерного пролета с другой стороны линии. Анкерным пролетом называется расстояние между двумя анкерными опорами. Анкерный пролет на прямолинейных участках линии в зависимости от сечения проводов (чем выше сечение, тем меньше пролет) имеет длину от 5 до 10 км.
Промежуточные опоры служат только для поддержания проводов на прямых участках линии между двумя анкерными опорами. Из общего количества опор, устанавливаемых на линии, на долю промежуточных приходится 80—90%.
Угловые опоры служат для изменения направления трассы линии. В зависимости от угла поворота линии угловые опоры по назначению и конструкции могут быть изготовлены по типу промежуточных (при угле поворота до 20°) или по типу анкерных (при угле поворота от 20 до 90°).
Концевые опоры представляют собой опоры анкерного типа п предназначены для установки в начале и конце линии. Если в анкерных опорах сила одностороннего тяжения проводов возникает только в аварийном режиме при обрыве одного или нескольких проводов с одной стороны линии, го на концевых опорах эта сила действует все время.
Рис. 4.6. Конструкция А-образной железобетонной опоры 6—10 кВ, изготовленной методом центрифугирования
Специальные опоры повышенной высоты применяются при пересечении рек, железных и шоссейных дорог, при пересечении высоковольтными линиями других воздушных линий и естественных препятствий, т. с. в тех случаях, когда опоры нормальной высоты нс обеспечивают необходимого расстояния от земли до проводов или между проводами пересекающихся линий. Промежуточные опоры линий напряжением до 10 кВ выполняются одностоечными (свечеобразными). Одностоечные опоры в сетях низкого напряжения, выполняющие функции концевых и угловых опор, снабжаются дополнительно или подкосами (подпорками), которые устанавливаются со стороны тяжения проводов, или оттяжками, прикрепляемыми в сторону, противоположную тяжению проводов (рис. 4.5). Опоры анкерные, концевые и угловые для линий напряжением 6—10 кВ выполняются А-образными (рис. 4.6).
Воздушные линии характеризуются основными конструктивными размерами и габаритами.
Габаритом воздушной линии называется расстояние по вертикали от наинизшей точки провода до земли или воды.
Стрелой провеса провода называется расстояние по вертикали между воображаемой прямой линией, соединяющей точки закрепления проводов на двух соседних опорах, и наинизшей точкой провода в пролете (рис. 4.7).
Габариты линий установлены ПУЭ и зависят от величины напряжения линии и характера местности, по которой проходит трасса.
ПУЭ устанавливают также и другие габариты пересечений и сближений ВЛ как между собой, так и с линиями связи, железными, автомобильными и канатными дорогами, воздушными трубопроводами, выступающими частями зданий.
Рис. 4.7. Габариты воздушной линии
Для проверки соответствия запроектированной воздушной линии требованиям ПУЭ производится расчет линии на механическую прочность. Методы этого расчета даются в специальных курсах электрических сетей.
