1.3. Общие сведения о линиях электропередачи

Типы линий. Линии электропередачи предназначены для передачи электроэнергии от источника к потребителю. Они могут быть магист­ральными, передающими большие потоки мощности в центры пита­ния определенного региона потребителей, и распределительными, под­водящими электроэнергию от центров питания к потребителям. Как правило, основу электрических сетей (особенно магистральных линий) составляют воздушные линии.

Воздушными ЛЭП называют устройства для передачи электроэнер­гии по неизолированным (голым) или изолированным проводам, рас­положенным на открытом воздухе и прикрепленным при помощи изо­ляторов и арматуры к опорам или кронштейнам и стойкам на инженер­ных сооружениях (мостах, путепроводах и т.п.). За начало и конец ВЛ напряжением свыше 1 кВ принимают линейные порталы или линей­ные вводы распределительных устройств подстанций, а для ответвле­ний — ответвительную опору и линейный портал или линейный ввод распределительного устройства. Ответвлениями от ВЛ напряжением до 1 кВ к вводу называют участок проводов от опоры ВЛ до ввода.

Кабельными ЛЭП называют линии для передачи электроэнер­гии или ее отдельных импульсов, состоящие из одного или несколь­ких кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфта­ми (заделками) и крепежными деталями, а для маслонаполненных КЛ, кроме того, с подпитывающими аппаратами и системой сиг­нализации давления масла. Конструкция кабеля обычно рассчитана на подземную или подводную прокладку и включает в себя одну или несколько токопроводящих жил, покрытых изоляцией и заключен­ных дополнительно в общую изолирующую и защитную оболочки.

Токопроводами называют устройства, предназначенные для пере­дачи и распределения электроэнергии мощностью 15—35 мВ-А, со­стоящие из неизолированных или изолированных проводников и от­носящихся к ним изоляторов, защитных оболочек, поддерживающих и опорных конструкций. Токопроводы могут быть жесткими (шинопроводы) и гибкими. Шинопроводы подразделяют на магистраль­ные, распределительные, троллейные и осветительные. Токопро­воды, выходящие за пределы одной электроустановки выше 1 кВ, называют протяженными.

Электропроводками называют совокупность проводов и кабелей с относящимися к ним узлами крепления, поддерживающими, за­щитными конструкциями и деталями, установленными в соответ­ствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Требова­ния ПУЭ распространяются на электропроводки силовых, освети­тельных и вторичных цепей напряжением до 1 кВ постоянного и пе­ременного тока, проложенных внутри зданий и сооружений, на на­ружных их стенах, территориях предприятий, учреждений, микро­районов, дворов, приусадебных участков, на строительных площад­ках с применением изолированных установочных проводов всех се­чений, а также небронированных силовых кабелей в резиновой или пластмассовой оболочке с сечением фазных жил до 16 мм².

Все воздушные и кабельные линии электропередачи, токопроводы, электропроводки и электроприемники оказывают влияние на со­стояние человека соответственно с частотой и напряжением тока.

Этапы развития электрических линии и сетей. Начало истории создания электрических сетей и линий электропередачи относится к тому времени, когда ученые М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман в 1753 г. электростатические и атмосферные заряды электричества подсоединяли с помощью металлической проволоки к «громовой машине», а Б. Франклин — к «электрическому змею». Термин «элек­трическая цепь» появился, когда аббат Нолле демонстрировал французскому королю прохождение тока через 180 гвардейцев, взявшихся за руки и одновременно вздрагивающих в момент за­мыкания так называемой «лейденской банки» (1747 г.). В 1807 г. русским ученым П. И. Стреховым было установлено, что электри­ческий заряд может проходить через воду и землю, что впослед­ствии позволило использовать их как обратный провод.

Практическое использование линий электропередачи в России началось в 70-х гг. XIX в., когда возникла необходимость переда­чи электроэнергии от генераторов к электрическим лампам нака­ливания А. Н. Лодыгина и «свечам Яблочкова».

Работы по военной минной электротехнике и электромагнитно­му телеграфу привели к созданию подводного и подземного кабе­лей. (П. Л. Шиллинг, 1812г., Э.В. Сименс, 1848 г.).

В 1873 г. в Вене состоялась международная выставка, с которой на­чинается история электропередачи. На этой выставке инженер Фонтен демонстрировал обратимость электрических машин, вклю­чив между генератором и электродвигателем барабан с кабелем дли­ной в 1 км, который имитировал ЛЭП соответствующей длины.

В России в 1874 г. Ф. А. Пироцкий провел опыт по передаче энергии на расстояние 200—1000 м на артиллерийском полигоне Волкова поля (около Петербурга), использовав в качестве гене­ратора электромашину Грамма.

В 1882 г. французский электротехник М. Депре построил линию Мисбах –Мюнхен длиной 57 км на постоянном токе напряжением 1,5 – 2 кВ и мощностью 3 л.с. с телеграфным проводом диаметром 4,5 мм.

В 1889 г. русский инженер М. О. Доливо-Добровольский сконструи­ровал первый трехфазный асинхронный двигатель. В августе 1891 г. осуществил преобразование и передачу электроэнергии трехфазным то­ком на 170 км от места установки турбины мощностью 300 л.с. на реке Неккер (близ местечка Лауфен) до Всемирного электротехнического выставки во Франкфурте-на-Майне. Электрогенератор был выполнен на напряжение 95 В, масляные трансформаторы повышали линейное напряжение до 15 кВ и подавали его в трехпроводную линию с проле­том средней длиной 60 м. Медные провода диаметром 4 мм крепились на штыревых фарфорово-масляных изоляторах.

Первые линии электропередачи в России напряжением до 20 кВ появились в районах Баку и Донбасса, в Брянской области и ряде дру­гих промышленных районов.

В настоящее время подразделениями Департамента электроснабжения и электрификации железных дорог МПС России (сетевыми районами и районами контактной сети) обслуживается значительный объем ЛЭП: вы­соковольтных (до 35 кВ) – около 130, низковольтных – около 60 тыс. км.

Условия работы ЛЭП. Узлы и детали подсистем ЛЭП выполняются из различных материалов: металла, железобетона, полимеров, силикатов (стекло, фарфор), волокнистых материалов (древесина и др.).

Условия работы элементов ЛЭП можно представить в виде факто­ров, влияющих на деструкцию (разрушение) материалов, объединив их в группы: климатические, биологические, атмосферные, почвен­ные, эксплуатационные (рис. 1.4). Результатами воздействия этих фак­торов являются различные виды деструкции, требующих соответству­ющих мероприятий по защите. Причинами разрушений (поврежде­ний) также могут быть чрезмерные нагрузки (монтажные, транспортные, аварийные, большие, чем расчетные по повторяемости). Кроме того, для воздушных ЛЭП устанавливаются дополнительные конст­руктивные ограничения, влияющие на режимы работы. К ним отно­сятся вертикальные и горизонтальные габариты по условиям элект­робезопасности, большие пролеты на речных и других переходах, зна­чительная разность высот точек подвеса в гористой местности и т.п.

Условия работы кабельных линий (подземных и подводных) свя­заны с меньшим числом факторов, влияющих на их деструкцию, но обременены рядом дополнительных эксплуатационных условий, свя­занных с необходимостью защиты от человека, животных и т.п. (ме­ханических воздействий) и электрического пробоя изоляции.

Основные габариты. Как уже указывалось выше, железнодорож­ные предприятия России эксплуатируют главным образом ЛЭП на­пряжением не выше 35 кВ, конструктивное исполнение и габарит­ные размеры которых определяются требованиями ПУЭ. В каче­стве примера ниже приведены основные габариты ВЛ как наибо­лее массового типа линий электропередачи МПС России. Полнос­тью все габариты ВЛ, КЛ, токопроводов и электропроводок изло­жены в соответствующих разделах ПУЭ.

Наименьшее расстояние между проводами ВЛ принимается из ус­ловия их допускаемого сближения в пролете и зависит от стрелы про­веса, материала проводов и площади их сечения. Например, для про­лета длиной 75 м в IV районе гололедности (см. гл. 2) это расстояние при штыревых изоляторах должно быть не менее 1750 мм, при под­весных – 2000 мм. Для повышения грозоустойчивости ЛЭП напря­жением до 10 кВ рекомендуется применять деревянные траверсы. Го­ризонтальное расположе-

Рис.1.4. Условия работы узлов ЛЭП (влияющие факторы и виды деструкции материалов и конструкций)

ние проводов (в одной плоскости) обязательно при стенке гололеда более 20 мм, в остальных случаях возможно рас­положение проводов по вершинам треугольника.

Наименьшее изоляционное расстояние по воздуху от токопроводящих до заземленных частей ВЛ по грозовым перенапряжениям для штыревых изоляторов должно быть 350, для подвесных – 450 мм, а по внутренним перенапряжениям и наибольшему рабочему напряже­нию – 300 и 100 мм соответственно. При высоте над уровнем моря выше 1000 м на каждые 100 м следует увеличивать это расстояние на 1 %.

Наименьшее расстояние от низшей точки проводов ВЛ 6 – 35 кВ до поверхности земли при нормальном режиме и максимальной температуре воздуха в населенной, ненаселенной и труднодоступ­ной местности в соответствии с ПУЭ должно быть соответственно 7; 6 и 5 м, а на ВЛ напряжением до 1 кВ – 6; 6 и 3,5 м. Минималь­ное расстояние по горизонтали от проводов ВЛ до ближайших выступающих частей зданий и сооружений должно быть для ВЛ 35 кВ – 4 м; ВЛ 6 – 20 кВ – 2 м; ВЛ до 1 кВ – 1,5 м.