пролета (т.е. от расстояния между опорами) и климати­- ческих условий.

На рис. 8.1, а приведена схема пролета воздушной ли­- нии, где h_г — габарит линии, т. е. наименьшее допустимое по условиям безопасности расстояние между поверхностью земли и самой низкой точкой провода; f - cтрела провеса провода в пролете; l — длина пролета, расстояние между опорами; h — высота подвеса провода, т.е. расстояние от земли до нижней точки подвесной гирлянды изоляторов.

На рис. 8.1, 6 изображена промежуточная опора одно­- цепной воздушной линии. Наибольшая допустимая стрела провеса f_нб определяется заданной для каждого типа опор высотой этой опоры Н, высотой тросостойки h_т, расстояни- ем по вертикали между проводами h_п, длиной подвесной гирлянды изоляторов λ, а также h_г:

f_нб = Н - h_т - h_п – λ - h_г, (8.1)

Число изоляторов в гирлянде определяется типом изо­- лятора и U_ном ВЛ. Длина гирлянды λ зависит от U_ном и ти­- па изоляторов и меняется от 0,68 м для ВЛ 35 кВ до 4,9 м для ВЛ 500 кВ.

Г

Рис. 8.2. Взаимосвязь длины пролета и высоты опоры

абарит линии задается, исходя из напряженности электрического поля и безопасности транспорта, линий связи, людей и животных, которые могут находиться под проводами. Для ВЛ 750 кВ и выше габарит задается с уче­- том требований биозащиты и охраны окружающей среды, например защиты от радио- и акустических помех. Для ВЛ различных напряжений наименьшие допустимые рас-

Таблица 8.1. Наименьшие допускаемые расстояния проводов

воздушных линий до земли, м

Район прохождения линий	Номинальные напряжения линий, кВ
	До 1	6—10	20	35-110	150	220
В ненаселенной местно- сти	6	6	6	6	6,5	7
В труднодоступной мест- ности	3,5	5	5	5	5,5	6
В населенной местности, на территории про- мышленных предприя- тий в нормальном ре- жиме	6	7	7	7	7,5	8

Продолжение табл. 8.1

Район прохождения линий	Номинальные напряжения линий, кВ
	330	500	750	1150	+750
В ненаселенной местно- сти	7,5	8	11,5-12	17-17,5	11,5
В труднодоступной мест- ности	6,5	7	9,5-10	14-14,5	10,5
В населенной местности, на территории про- мышленных предприя- тий в нормальном ре- жиме	8	8	-	-	-

стояния до земли и пересекаемых объектов различны и строго определены. Значения h_г приведены в табл. 8.1.

Взаимосвязь длины пролета l и высоты опор Н при не- изменном габарите h_г иллюст- рируется рис. 8.2. При увеличе- нии длины пролета, т. е. при l₂>l₁, для сохранения h_г = =const необходимо увеличить высоту опор. Уменьшение чис­- ла опор при увеличении l и h_г = const приводит к необхо­- димости увеличить их высоту Н. Таким образом, выбор дли­- ны пролета влияет на стои­- мость ВЛ и ее технико-эконо­мические показатели. Длина пролета определяется на осно- вании допустимой наибольшей стрелы провеса f_нб, рассчитан­- ной по (8.1), а также на основании результатов расчета проводов на механическую прочность [12]. В табл. 8.2 при­- ведены конструктивные размеры ВЛ разных напряжений при определенных габаритах.

Причины повреждаемости ВЛ в основном объясняются следующими факторами: перенапряжениями (атмосферны­- ми и коммутационными), изменениями температуры окру­- жающей среды, действием ветра, гололедными образова­- ниями на проводах, вибрацией, «пляской» проводов, за- Таблица 8.2. Конструктивные размеры ВЛ

Номинальное напряжение, кВ	Расстояние между проводами, м	Длина проле- та l, м	Высота опоры Н, м	Габарит линии hг, м
<1	0,5	40—50	8—9	6-7
6-10	1	50—100	10	6—7
35	3	150—200	10	6-7
110	4	170—250	13—14	6-7
220	7	250—350	25—30	7-8
330	9	300—400	25—30	7,5—8
500	12	350—450	25—30	8
750	15	450—750	30—41	10—12
1150	21,7—26	—	33,1—54	14,5—17,5
±750	22,4—40,4	—	28,1—38,4	10,5—11,5

грязнением воздуха. Приведем краткую характеристику некоторых из перечисленных факторов.

Атмосферные перенапряжения на линиях возникают из- за грозовых явлений. При таких кратковременных перена­- пряжениях часто возникают пробои изоляционных проме­- жутков и в частности перекрытие изоляции, а иногда и ее разрушение или повреждение. Перекрытие изоляции обыч­- но сопровождается возникновением дуги, которая поддер­- живается и после перенапряжения, т. е. при рабочем на­- пряжении. Образование дуги означает короткое замыка­- ние, поэтому место повреждения надо автоматически отключать.

Коммутационные (внутренние) перенапряжения возни­- кают при включении и отключении выключателей. Дейст­- вие их на изоляцию сетевых устройств аналогично действию атмосферных перенапряжений. Место перекрытия тоже на­- до отключать автоматически. В сетях до 220 кВ обычно более опасны атмосферные перенапряжения, определяющие уровень изоляции. В сетях 330 кВ и выше опаснее комму­- тационные перенапряжения.

Изменения температуры воздуха достаточно велики, ин­- тервал может быть от —40 до +40 °С, кроме того, провод ВЛ нагревается током и при экономически целесообразной мощности температура провода на 2—5° выше, чем возду­- ха. Понижение температуры воздуха увеличивает допусти­- мую по нагреву температуру и ток провода. Одновременно с этим при понижении температуры уменьшается длина провода, что при фиксированных точках закрепления повы- шает механические напряжения.

Повышение температуры проводов приводит к их отжи­- гу и снижению механической прочности. Кроме того, при повышении температуры провода удлиняются и увеличи­- ваются стрелы провеса. В результате могут быть наруше­- ны габариты и изоляционные расстояния, т. е. снижены надежность и безопасность работы ВЛ.

Действие ветра приводит к появлению дополнительной горизонтальной силы, следовательно, к дополнительной механической нагрузке на провода, тросы и опоры. При этом увеличиваются тяжения проводов и тросов и механи­- ческие напряжения их материала. Появляются также до­- полнительные изгибающие усилия на опоры. При сильных ветрах возможны случаи одновременной поломки ряда опор линии.

Гололедные образования на проводах возникают в ре­- зультате попадания капель дождя и тумана, а также сне­- га, изморози и других переохлажденных частиц. Гололед­- ные образования приводят к появлению значительной ме­- ханической нагрузки на провода, тросы и опоры в виде дополнительных вертикальных сил. Это снижает запас прочности проводов, тросов и опор линий. На отдельных пролетах изменяются стрелы провеса проводов, провода сближаются, сокращаются изоляционные расстояния. В ре­- зультате гололедных образований возникают обрывы про­- водов и поломки опор, сближения и схлестывания проводов с перекрытием изоляционных промежутков не только при перенапряжениях, но и при нормальном рабочем напря­- жении.

Вибрация—это колебания проводов с высокой часто­- той (5—50 Гц), малой длиной волны (2—10 м) и незначи­- тельной амплитудой (2—3 диаметра провода). Эти коле­- бания происходят почти постоянно и вызываются слабым ветром, из-за чего появляются завихрения потока, обтека­- ющего поверхность провода воздуха. Из-за вибраций на­- ступает «усталость» материала проводов и происходят разрывы отдельных проволочек около мест закрепления провода близко к зажимам, около опор. Это приводит к ослаблению сечения проводов, а иногда и к их обрыву.

«Пляска» проводов—это их колебания с малой часто- той (0,2—0,4 Гц), большой длиной волны (порядка одно- го-двух пролетов) и значительной амплитудой (0,5—5 м и более). Длительность этих колебаний, как правило, не­- велика, но иногда достигает нескольких суток. Пляска про­- водов обычно наблюдается при сравнительно сильном вет­- ре и гололеде, чаще на проводах больших сечений. При пляске проводов возникают большие механические усилия, действующие на провода и опоры часто вызывающие об­- рывы проводов, а иногда и поломку опор. При пляске про­- водов сокращаются изоляционные расстояния, из-за боль­- шой амплитуды колебаний в некоторых случаях провода схлестываются, из-за чего возможны перекрытия при ра­- бочем напряжении линии. Пляска проводов наблюдается сравнительно редко, но приводит к наиболее тяжелым ава­- риям ВЛ.

Опасное для работы ВЛ загрязнение воздуха вызвано присутствием частичек золы, цементной пыли, химических соединений (солей) и т. п. Осаждение этих частиц на влаж­- ной поверхности изоляции линии и электротехнического оборудования приводит к появлению проводящих каналов и к ослаблению изоляции с возможностью ее перекрытия не только при перенапряжениях, но и при нормальном ра­- бочем напряжении.

Загрязнение из-за большого наличия солей в воздухе на побережье моря может привести к активному окислению алюминия и нарушению механической прочности проводов.

На повреждаемость ВЛ с деревянными опорами влия­- ет загнивание их древесины. На надежность работы ВЛ влияют и некоторые другие условия их работы, например свойства грунта, что особенно важно для ВЛ Крайнего Се­- вера.

Расчетные климатические условия и мероприятия по повышению механической прочности при проектировании конструктивной части ВЛ выбираются в соответствии с картами районирования территории СССР по скоростным напорам ветра и размерам гололедных образований и гро­- зовой активности. Карты районирования составлены по данным многолетних метеорологических наблюдений. По данным этих карт территория СССР разделена на I—VII районы по скоростным напорам ветра и на I—IV и особые районы по толщине стенки гололеда. Характеристики кли­- матических условий приведены в табл. 8.3, 8.4.

Расчеты конструктивной части элементов ВЛ выполня- Таблица 8.3. Максимальный нормативный скоростной напор ветра на высоте до 15м от поверхности земли

Районы по ветру	Скоростной напор ветра, Па (скорость ветра, м/с), с повторяемостью
	1 раз в 5 лет	1 раз в 10 лет	1 Раз в 15 лет
I	270(21)	400 (25)	550 (30)
II	350(24)	400(25)	550 (30)
III	450(27)	500(29)	550 (30)
IV	550 (30)	650 (32)	800 (36)
V	700 (33)	800 (36)	800 (36)
VI	850 (37)	1000 (40)	1000(40)
VII	1000(40)	1250 (45)	1250(45)

Таблица 8.4. Нормативная толщина стенки гололеда для высоты

Районы СССР по гололеду	Нормативная толщина стенки гололеда, мм, с повторяемостью
	1 раз в 5 лет	1 раз в 10 лет	1 раз в 15 лет
I	5	5	На основе данных наблюдений, но не менее 10 мм
II	5	10
III	10	15
IV	15	20
Особый	20 и более с уточнением по наблюдениям	22 и более с уточнением по наблюдениям

ются при сочетаниях климатических условий, приведенных в табл. 8.5.

Мероприятия по повышению механической прочности ВЛ имеют важное значение для повышения их надежности. Для защиты от грозовых воздействий ВЛ на металличес­- ких и железобетонных опорах снабжаются- тросами. В рай­- онах с сильным гололедом (III и выше) не применяются ВЛ с вертикальным расположением проводов. В местностях с загрязненным воздухом применяются изоляторы с более развитой поверхностью. На морском побережье при выпол­- нении ВЛ применяются провода из специальных сплавов алюминия. Для защиты от вибрации применяются специ­- альные виброгасители в виде грузов, подвешиваемых к про- водам.

Большое значение имеет борьба с гололедными образо-

Таблица 8.5. Нормативные сочетания климатических условий для проектирования воздушных линий

Режим работы ВЛ	Условия расчетов	Темпера- тура воз- духа, °С	Скоростной напор ветра, Па	Скорость ветра, м/с	Толщина стенки гололеда, мм
Нормаль- ный	Высшая темпера- тура воздуха	нб	0	0	0
	Низшая темпера- тура воздуха	нм	0	0	0
	Среднегодовая температура воз- духа	сг	0	0	0
	Провода и тросы по- крыты гололедом	-5	0	0	bг
	Наибольший ско- ростной напор ветра (табл. 8.3)	—5	qнб	vнб	0
	То же при сг   -5 C	-10	qнб	vнб	0
	Провода и тросы покрыты гололе­- дом	—5	0,25 q*нб, но не более 300	0,5 vнб, но не бо­- лее 22	bг —по на­- блюдениям, но не ниже 5 мм для 330 кВ и 10 мм для 500 кВ
	То же при сг  -5 C	-10	0,25 q*нб	0,5 vнб	То же
	То же при bг   15 мм	-5	0,25 q*нб, но не менее 140 и не более 300	0,5 vнб, но не ме­- нее 1,5 и не бо- лее 22	15
	То же при сг   -5 C и bг   15 мм	-10	То же*	То же	15
	Приближения про- водов к опорам и сооружениям:
	при рабочем напряжении	—5	q*нб	vнб	0
	при атмосфер- ных внутрен­- них перена- пряжениях	+15	0,1, но не менее 62,5	0,3 vнб, но не ме­- нее 10	0
	для безопасного подъема на опору под напряжением	-15	0	0	0

Продолжение табл. 8.5

Режим работы ВЛ	Условия расчетов	Темпера- тура воз- духа, °С	Скоростной напор ветра, Па	Скорость ветра, м/с	Толщина стенки гололеда, мм
Обрыв проводов или тро- сов	При среднегодовой температуре	сг	0	0	0
	При проводах и тросах, покры- тых гололедом	—5	0	0	bг - до обры- ва, 0 - после обрыва
	То же	—5	0,25 qм	0,5 vнб	bг
	При низшей темпе- ратуре	нм	0	0	0
Монтаж проводов и тросов	Условия монтажа	—15	62,5	10	0

* Для ВЛ 6-20 кВ допускается скоростной напор ветра при гололеде прини- мать не менее 200 Па (скорость ветра – не менее 18 м/с) независимо от толщины стенки гололеда.

ваниями. Из всех мер борьбы с гололедом наиболее эф­- фективна его плавка большим током. При плавке гололе­- да температура провода повышается до такого значения, при котором расплавляются гололедные образования или становится возможным их сброс. При плавке гололеда или производится временное изменение схемы электроснабже­- ния, при котором в данной ВЛ течет нужный большой ток, или заранее предусматривается создание короткозамкнутой цепи. Кроме того, для плавки гололеда применяются спе­- циальные источники постоянного (или переменного) тока. Применение короткозамкнутых схем требует временного отключения соответствующих линий от общей сети. При этом электроснабжение потребителей должно производить­- ся по другим временным схемам или с использованием местных резервных источников питания.

Особенности расчета проводов и тросов на механичес­- кую прочность состоят в следующем: 1) ВЛ рассчитыва­- ются исходя из условий, повторяющихся не реже 1 раза в 5—15 лет; 2) механические нагрузки на ВЛ меняются в очень широких пределах; 3) сечение провода, как прави­- ло, определяется из электрического расчета.

При проектировании ВЛ не ставится задача обеспече­- ния их надежной работы при любых климатических усло­- виях. Расчетные нагрузки определяют, исходя из наихуд­- ших сочетаний климатических условий, наблюдаемых не реже 1 раза в последние 15 лет для ВЛ 500 кВ, 10 лет— для ВЛ 110—330 кВ и 5 лет—для ВЛ 35 кВ и ниже. Это значит, что ВЛ 110—330 кВ проектируют и сооружают так, что они могут повреждаться при очень редких услови­- ях, повторяющихся в период больше 10 лет (например, при ураганных ветрах). Народнохозяйственный ущерб при таких редких авариях меньше дополнительных затрат, ко­- торые потребовались бы для сооружения ВЛ, рассчитан­- ных на надежную работу в этих исключительных условиях.

Провода и опоры ВЛ находятся под воздействием меха­- нических сил, меняющихся в очень широких пределах. На­- грузка от гололеда на провод в пролете может меняться от нуля до нескольких тонн, температура воздуха — от +40 до —40 °С, ветер может отсутствовать или иметь ура­- ганную силу. Расчетные нагрузки от ветра и гололеда име­- ют вероятностный характер, и при их определении исполь­- зуются результаты статистического анализа.

Сечения проводов ВЛ выбираются по экономическим интервалам либо по экономической плотности тока, а в не­-

Таблица 8.6. Наименьшие допустимые сечения проводов

(токоведущей части), мм²

Номиналь- ное напря- жение линии	Характеристики участков линии	Провода
		алюми- ниевые	Сталеалю- миниевые		Алюминие- вого спла- ва АЖ	стальные
						многопроволочные	однопроволочные
До 1 кВ	На всех участках, кроме ответвлений к вводам Ответвления к вводам	16 16	10 -		- 16	25 —	4 3-4
Выше 1 кВ	На всех участках при толщине стенки гололеда, мм: до 10 15 и 20 более 20	240 240 240	35 50 70	120 120 120		— — —	— — —

которых случаях — по допустимой потере напряжения или по нагреву. По условиям механической прочности наимень- шие сечения проводов ограничиваются в двух случаях. Не допускается: 1) применение проводов с сечениями токове- дущей части, меньшими приведенных в табл. 8.6; 2) подвес- ка проводов определенных марок в пролетах больших, чем указанные в табл. 8.7. Наименьшие сечения проводов при

Таблица 8.7. Наибольшие допускаемые промежуточные пролеты, м

Марка провода	Толщина стенки гололеда, мм			Марка провода	Толщина стенки гололеда, мм
	до 10	15	20		до 10	15	20
А 35	140	-	-	АС 35/6,2	320	200	140
А 50	160	90	60	АС 50/8	360	240	160
А 70	190	115	75	АС 70/11	430	290	200
А 95	215	135	90	АС 95/16	525	410	300
А 120	270	150	110	АС 120/19	660	475	350
А 150	335	165	130	ПС25	520	220	150
АС 25/4,2	230	—	—		230	—	—

пересечении ВЛ с судоходными реками, железными доро­- гами, линиями связи, подземными трубопроводами и ка­- натными дорогами приведены в [12].

8.2. Удельные механические нагрузки на провода

И ТРОСЫ

На повода и тросы¹ ВЛ действуют механические на­- грузки, направленные по вертикали (от собственного веса и гололеда) и по горизонтали (от ветра). В результате в металле проводов возникают напряжения от растяжения.

При расчетах на механическую прочность в качестве исходных данных используются удельные механические нагрузки на провода. Под удельной нагрузкой понимают равномерно распределенную вдоль Пролета провода меха­- ническую нагрузку, отнесенную к единице длины и попе­- речного сечения. Как правило, удельная нагрузка выража­- ется в ньютонах и относится к проводу длиной 1 м и сече- нием 1 мм². В расчетах используются следующие удельные нагрузки:

удельная нагрузка от собственного веса провода — за­- висит от его материала и равна, Н/м³ (рис. 8.3, а),

(8.2)

где Gо — масса провода, кг/м; F — расчетное или действи­- тельное сечение провода, несколько отличающееся от но-

Рис. 8.3. Удельные нагрузки:

a — от веса провода; б—от веса гололеда; в—от веса провода и гололеда: г— от давления ветра на провод; д — от давления ветра на провод с гололедом

минального сечения, учитываемого при электрических рас­- четах, м²; 9,81 м/с² — ускорение силы тяжести.

Значения ₁, кПа/м, приведены в табл. 8.8;

удельная нагрузка от веса гололеда (рис. 8.3,6). Под действием ветра, направленного поперек линии, при тем­- пературе, близкой к нулю, в начальной стадии образо­- вания гололеда происходит одностороннее налипание осадков (рис. 8.4,а). Силой тяжести этих осадков в сред­- ней части пролета провод скручивается, и налипание про­- должается на других его сторонах. В результате почти со всех сторон большая часть провода покрывается гололед- ными образованиями (рис. 8.4,6) разной толщины и плот­- ности. Толщина этой корки может достигать нескольких сантиметров, плотность льда изменяется в широких преде­- лах.

Таблица 8.8. Физико-механические характеристики проводов и тросов

Провода и тросы	Удельная нагруз- ка от собственно- го веса 1, кПа/м	Модуль упругос- ти Е, кПа	Температурный коэффициент ли- нейного расшире- ния , 10-6 град -1	Предел прочности при растяжении п, МПа
				из проволоки		Из стали и сплавов
				АТ	АТп
Алюминиевые А, АКП сечением, мм2:
до 400, за ис- ключением 95 и 240	27,5	63	23,0	160	170	—
450 и более, а также 95 и 240	27,5	63	23,0	150	160	—
Сталеалюминие- вые АС, АСКС, АСКП, АСК сече- нием, мм2:
10 и более при А : С = 6,0-6,25	34,6	82,5	19,2	290	300	—
70 при А : С = =0,95	53,7	134	14,5	670	680	—
95 при А : C = =0,65	58,5	146	13,9	760	770	—
120 и более при А : С=4,29- 4,39	37,1	89	18,3	330	340	—
150 и более при А:C= 7,71-8,04	33,4	77	19,8	270	280	—
185 и более при А:С=1,46	48,4	114	15,5	550	560	—
330 при А : С= =12,22	31,5	66,5	21,2	240	260	—
400 и 500 при А:С= 17,93 и 18,09	30,3	66,5	21,2	215	230	—
Стальные:
ПС всех сечений	80	200	12	—	—	620
тросы ТК всех сечений	80	200	12	—	—	*
из алюминиевого сплава АН	27,5	65	23	—	—	208
из алюминиевого сплава	27,5	65	23	—	—	285

При определении нагрузки от веса гололеда все виды обледенения приводят к чистому гололеду цилиндрической формы с плотностью g_о=900 кг/м³; считают, что стенка гололеда вокруг провода диаметром d имеет повсюду оди-

Рис. 8.4. Гололедные образования на проводе ВЛ: а— одностороннее налипание в началь­- ной стадии; б – гололедное образова- ние со всех сторон провода.

Рис. 8.5. Результирующие удель- ные нагрузки: а — на провод без гололеда от его ве- са и давления ветра; б — от веса про- вода и гололеда и от давления ветра

наковую толщину b_г (рис. 8.3,6). Удельная нагрузка от веса гололеда ₂ определяется как объем пустотелого ци­- линдра гололеда, умноженный на 9,81g_о и деленный на се­- чение провода F:

;(8.3)

удельная нагрузка от собственного веса провода и веса гололеда (рис. 8.3, в). Обе нагрузки ₁ и ₂ действуют вер­- тикально, т. е. в одном направлении, и складываются ариф­- метически:

₃ =₁ + ₂; (8.4)

удельная нагрузка от давления ветра на провод без го­- лоледа (рис. 8.3, г)—определяется следующим выраже­- нием:

(8.5)

где v — скорость ветра, м/с; q_v — скоростной напор (см. табл. 8.5), Па; q_v=v²/1,6;  — коэффициент неравномер­- ности скоростного напора по пролету ВЛ, равный 1 при q_v  270Па, 0,85 при 400 Па, 0.75 при 550Па, 0,7 при 760 Па и более (промежуточные значения определяются линейной интерполяцией); k_l – коэффициент влияния дли- ны пролета, равный 1,2 при пролетах до 50 м, 1,1 при 100 м, 1.05 при 150 м, 1 при 250 м и более (промежуточные значения определяются линейной интерполяцией); C_x – аэродинамический коэффициент лобового сопротив- ления провода, равный 1,2 для проводов с диаметром ме- нее 20 мм и для всех проводов, покрытых гололедом, 1,1 при диаметре проводов 20 мм и более и при отсутствии гололеда.

При расчетах ВЛ, не проходящих в горной местности, направление нагрузки от давления ветра на провод прини- мается горизонтальным и перпендикулярным к трассе линии (рис. 8.3, г);

удельная нагрузка от давления ветра на провод с голо- ледом (рис. 8.3, д)- определяется выражением, аналогич- ным (8.5)

(8.6)

результирующая удельная нагрузка от веса провода и давления ветра на провод без гололеда- равна геометри- ческой сумме действующих на провод вертикальной ₁ и горизонтальной ₄ нагрузок (рис. 8.3, а):

(8.7)

результирующая удельная от давления ветра, веса провода и гололеда (рис. 8.3, б)- составляет

(8.7)

В зависимости от расчетных климатических условий любая из двух результирующих удельных нагрузок ₆ и ₇ может оказаться наибольшей по абсолютной величине.

Если известны действительной поперечное сечение провода F и его длина в продете L (рис. 8.), то полная сила тяжения провода в пролете , обусловленная удельной на- грузкой, определяется так:

(8.9)

Длина провода в пролете L очень близка к длине про- лета l (рис. 8.6). Обычно L больше l на очень малую вели- чину (0,1-0,3 %). Поэтому в (8.9) L можно заменить на l:

(8.9)