Конструктивное исполнение воздушных линий электропередачи

1. Электроэнергетические системы и сети

Лекция №2
к.т.н., доцент
Попова
Ольга Владимировна

2. 2. КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Воздушные линии электропередачи (ВЛ) - это устройство для
передачи электроэнергии по проводам, расположенным на
открытом воздухе и прикрепленным с помощью изоляторов и
арматуры к опорным конструкциям (опорам). Основными
конструктивными элементами ВЛ являются провода, тросы, опоры,
изоляторы и линейная арматура.
Провода служат для передачи электроэнергии. В верхней части
опор над проводами для защиты ВЛ от грозовых перенапряжений
монтируют грозозащитные тросы.

3.

Опоры поддерживают провода и тросы на определенной высоте над
уровнем земли или воды. Изоляторы
изолируют провода от опоры.
С помощью линейной арматуры провода закрепляются на изоляторах,
а изоляторы на опорах.
Наибольшее распространение получили одно- и двухцепные ВЛ. Одна
цепь трехфазной ВЛ состоит из проводов разных фаз.
Рис. 5. Металлическая опора одноцепной линии:
1 — провода;
2 — изоляторы;
3 — грозозащитный трос;
4 — тросостойка;
5— траверсы опоры;
6 — стойка опоры;
7 —фундамент опоры.

4. 2.1. ПРОВОДА ВЛ И ТРОСЫ

Рассмотрим наиболее часто применяющиеся марки проводов и их конструкцию. На
ВЛ применяются неизолированные провода, т. е. провода без изолирующих
покровов.Наиболее распространены на ВЛ провода алюминиевые, сталеалюминиевые,
а также из сплавов алюминия. Медные провода в настоящее время не используются на
ВЛ без специальных технико-экономических обоснований. Обычно не
рекомендуется применять на ВЛ стальные провода.
Из стали выполняются
грозозащитные тросы.
Однопроволочные провода (рис. 6, а) дешевле многопроволочных (рис. 6, б, в), но
менее гибки и имеют меньшую механическую прочность.
Для повышения прочности алюминиевые провода усиливают стальным сердечником
(рис.6,в), расположенным в центральной части провода. Стальной сердечник
многопроволочных проводов увеличивает механическую прочность, алюминий же —
токопроводящая часть провода. Такие сталеалюминевые провода марки АС нашли в
настоящее время наиболее широко распространение. Провод марки АС состоит из

5. 120 мм2 – сечение алюминия, 19 мм2 –

Например, провод АС 120/19. 120 мм2 – сечение алюминия, 19 мм2 –
сечение стального сердечника.
Рис. 6. Конструкции проводов ВЛ
(общий вид многопроволочного провода);
а— сечение однопроволочного провода;
б, в—сечения многопроволочных проводов из одного и двух металлов;
г—сечение пустотелого провода.

6.

Конструкции проводов, изображенные на рис 6, в, г существуют благодаря
поверхностному эффекту. Поверхностный эффект — эффект
уменьшения амплитуды электромагнитных волн по мере их проникновения
вглубь проводящей среды. В результате этого эффекта, например, переменный
ток высокой частоты при протекании по проводнику распределяется не равномерно
по сечению, а преимущественно в поверхностном слое.
Материал проводов должен иметь высокую электрическую проводимость. Медь
имеет большую проводимость, но дороже и дефицитнее, чем алюминий, поэтому
применяют обычно алюминий. Медь применяется только в контактных сетях, сетях
шахт, рудников.
Удельная проводимость алюминия составляет 65,5 % проводимости меди. γСu =53
м/(Ом·мм² ), γAl=31,7 м/(Ом·мм² ). Большая проводимость, легкость и распространенность в природе алюминия привели к эффективному использованию его в
качестве токопроводящего металла для проводов и кабелей. Основной недостаток
алюминия — относительно малая механическая прочность.

7.

Многопроволочные алюминиевые провода обычно применяют только в распределительных сетях напряжением до 35 кВ, а в сетях с более высоким напряжением
используются сталеалюминиевые провода. Выпускают алюминиевые провода марок А
(состоит из алюминиевых проволок одного диаметра) и АКП (провод марки А, но его
межпроволочное пространство заполнено нейтральной смазкой повышенной термостойкости, противодействующей появлению коррозии).
Провода из сплавов алюминия (АН — нетермообработанный, АЖ—
термообработанный сплав) имеют большую механическую прочность и примерно
такую же проводимость, как и провода марки А.
В электрических сетях низкого и среднего напряжения в настоящее время широко
используются самонесущие изолированные провода (СИП). СИП на напряжение до 1
кВ (рис.7,в) состоят из скрученных в жгут четырех жил (три фазные жилы и нулевая
жила). СИП на напряжения выше 1 кВ выполняется в одножильном исполнении
(рис.7,г). В качестве проводникового материала используется алюминий и его
сплавы. Изоляция жил выполняется из сшитого полиэтилена (СПЭ).

8.

Рис. 7. Конструкции проводов ВЛ
СИП на напряжение до 1 кВ выполняется трех модификаций:
• нулевая жила несущая и неизолированная (рис.7,д);
• нулевая жила несущая и изолированная;
• нулевая жила изолированная, несущими являются все жилы.

9.

Преимущества СИП перед неизолированными проводами:
• высокая надежность в обеспечении потребителей электрической
энергией;
• резкое снижение (до 80%) эксплуатационных затрат, вызванное высокой
надежностью и бесперебойностью электроснабжения потребителей, а
также отсутствием необходимости в широких просеках для
прокладки линии в лесных массивах и расчистки просек в процессе
эксплуатации линии;
• Незначительное обрастание гололедом и мокрым снегом изолированной
поверхности проводов; СПЭ является неполярным диэлектриком и не
образует ни электрических, ни химических связей с контактирующим с
ним веществом; именно по этой причине мокрый снег легко стекает с
поверхности СИП;
• снижение потерь напряжения в линии из – за уменьшения более чем

10.

значительное снижение несанкционированных подключений
к линии и случаев вандализма и воровства;
• возможность прокладки СИП по фасадам зданий, а также
совместной подвески с проводами другого напряжения, линиями
связи, что дает существенную
экономию на опорах;
• возможность использования опор меньшей высоты.
Основным недостатком СИП является большая, чем
у неизолированных проводов стоимость.
Основные характеристики СИП приведены в приложении С.

11.

Новые конструкции проводов
При разработке новых конструкций проводов (проводов нового поколения)
усиления разработчиков направлены на:
• увлечение пропускной способности электрических сетей;
• снижение потерь электроэнергии при ее передаче;
• обеспечение бесперебойность электроснабжения в сложных природных
условиях;
• повышение надежности и долговечности ВЛ.
Высоковольтные неизолированные провода нового поколения – это новые
конструкции (Z-образные и трапециевидные проволоки) и новые материалы
(термообработанный алюминий, алюминиевые сплавы с добавками
редкоземельных металлов, термостойкие алюминий - циркониевые сплавы)
повышенной проводимости и механической прочности.

12.

В новых конструкциях проводов (рис 8, а, б) в 1..2 наружных слоях
взамен круглых использованы проволоки Z- образного или
трапециевидного профиля, что дает возможность получить наружный
свой провода практически идеально гладкий. Внутренние проводники
могут быть стальными, из алюминия или алюминиевых сплавов. Более
того один или несколько проводников могут быть полыми
и
содержать внутри оптические волокна.
Рис. 8. Конструкции проводов нового поколения

13.

По сравнению с проводами АС достигается:
• увлечение механической прочности;
• уменьшение обледенения и налипания снега на провод за счет гладкой
поверхности;
• предотвращение внутренней коррозии провода;
• существенное снижение аэродинамическического коэффициента и,
следовательно, снижение амплитуды и интенсивности пляски проводов и
механической нагрузки на элементы ВЛ при сильном ветре;
• увлечение жизненного цикла ВЛ.
Пляска проводов-устойчивые периодические колебания проводов в пролете с
большой амплитудой (примерно0,3…5 м) и малой частотой (около 0,2…2 Гц).
Пляска проводов происходит, как правило, при скорости ветра 3…25 м/с и
ассиметричном отложении на проводах гололеда. Пляска может быть и при
отсутствии на проводах гололеда.

14.

Высокоэффективные провода с композитным сердечником АССС
(Aluminium Composite Core Conductor - алюминиевый провод с композитным
сердечником) являются инновацией для российского электроэнергетического
рынка (рис. 8, в). Это американская технология с применением вместо
стального сердечника композитного материала из углеродного волокна –
карбоновых нитей, которые значительно легче и прочее стали.
Основные преимущества проводов АССС по сравнению с проводами АС
аналогичного сечения:
• легче практически на 50%;
• прочнее 25%;
• обеспечивают меньшие стрелы провеса, что позволяет увеличивать длины
пролетов в линии и сократить количество опор;
• не подвержены коррозии;
• позволяют снизить нагрузку на опоры при обледенении и ветровых нагрузках,
что повышает надежность и долговечность работы ВЛ.

15.

Провода повышенной проводимости AAACUHC (All Aluminium Alloy
Conductor Ultra High Conductivity) - провода из алюминиевого сплава
повышенной проводимости) могут быть различных конструкций, но в их
наружном слое используется материал с малым электрическим
сопротивлением – термообработанный алюминий, позволяющий
снизить потери мощности в линии до 9 % .
И, хотя провода нового поколения в настоящее время достаточно
дорог, оценочные расчеты доказывают, что замена типовых проводов
на провода нового поколения не только позволит снизить аварийность
ВЛ, вызванную непогодой , но и позволит получить экономический
эффект.

16. 2.2. ГРОЗОЗАЩИТНЫЕ ТРОСЫ

Провода ВЛ напряжением 35 кВ и выше от прямого удара молнией
защищаются тросом, распложенным на опоре выше основных проводов. В
качестве грозозащитных тросов используются стальные канаты марки ТК,
выполненные из стальных оцинкованных проволок, сечением 35, 50 и 70 , а
также сталеалюминевые грозозащитные тросы (АСГТ).
В настоящее время перспективным направлением становится использование
на существующих и строящихся ВЛ оптических грозозащитных
тросов, выполнявших две функции:
• передачу информации;
• защиту фазных проводов от ударов молний.

17. Конструктивно оптический грозозащитный трос представляет собой  (рис. 9) тонкую сварную нержавеющую трубку (1) с оптическим 

Конструктивно оптический грозозащитный трос представляет
собой (рис. 9) тонкую сварную нержавеющую трубку (1) с
оптическим волокнами (2), заполненную водоблокирующим
гелем
(3). Поверх трубки навит одинарный или двойной слой стальных и или
алюминиевых проволок
(4).
Рис. 9. Оптический грозозащитный трос