2. Основна частина

1. Повітряні лінії електропередачі

1.1. Основні визначення

Повітряною ЛЕП називається пристрій для передачі електроенергії по проводах, які розташовані на відкритому повітрі і прикріплені за допомогою ізоляторів і арматури до опор, кронштейнів чи стояків на інженерних спорудженнях (мостах, шляхопроводах тощо).

Основними елементами ПЛ є:

• проводи для передачі електроенергії,

• грозозахисні троси для захисту від атмосферних перенапруг (грозових розрядів),

• опори для підвішування проводів і тросів,

• ізолятори для ізоляції проводів від опори,

• лінійна арматура для кріплення проводів і тросів до ізоляторів і опор, а також для з'єднання проводів і тросів.

За конструктивним виконанням ПЛ можуть бути одно- і двоколовими. Під поняттям „коло” звичайно мають на увазі три проводи однієї трифазної ПЛ. Відповідно до цього одноколовою називається ПЛ із розташуванням одного кола на опорах, двоколовою – ПЛ із кріпленням на опорах двох кіл.

У цілому конструктивна частина ПЛ характеризується типами опор, довжинами прогонів, габаритними розмірами, конструкцією фази і типами гірлянд ізоляторів.

При спорудженні ПЛ для підтримки проводів застосовують проміжні опори, а для натягу і жорсткого закріплення проводів у визначених точках лінії – анкерні опори.

Відстань між сусідніми проміжними опорами 2 називається проміжним прогоном l (чи просто прогоном), а відстань по трасі ПЛ між сусідніми анкерними опорами 1 – анкерним прогоном, чи анкерною ділянкою (див. рис. 1).

Під трасою ПЛ мають на увазі смугу землі, на якій споруджена лінія. Крім проміжних і анкерних, у ПЛ розрізняють також прогони перехідні, вітрові, вагові і габаритні.

Перехідний прогін – це прогін у місці перетинання ПЛ з інженерними спорудженнями (дорогами, каналами, лініями тощо) чи з природними перешкодами (ріками, озерами, ущелинами тощо).

Вітровим прогоном називається довжина ділянки ПЛ, тиск вітру на проводи чи троси, який сприймається опорою.

Ваговим прогоном називається довжина ділянки ПЛ, маса проводів чи тросів якої сприймається опорою.

Г абаритний прогін – це прогін, довжина якого визначається нормованим вертикальним габаритом від проводів до землі при установці опор на ідеально рівній поверхні. При цьому вертикальним габаритом, чи просто габаритом лінії h (рис. 2), називають найменшу вертикальну відстань від проводу в прогоні до землі, води чи місцевих інженерних споруд (шосе, проводів електрифікованої залізниці тощо).

Відстань по вертикалі від прямої, що з'єднує точки підвішування проводу, до нижньої точки проводу в прогоні називається стрілою провисання проводу f.

Якщо точки підвішування проводу знаходяться на одному рівні, то найбільша стріла провисання проводу буде в середині прогону (рис.2,а).

Якщо ж точки кріплення проводу розташовані на різних висотах, то в лінії розрізняють дві стріли провисання (f₁ і f₂), що обумовлені вертикальними відстанями між нижньою точкою провисання проводу і точками його закріплення (рис. 2, б).

Найбільша стріла провисання проводу в габаритному прогоні називається габаритною стрілою провисання.

Габарити ПЛ (м) встановлюються нормами за умовами безпечного пересування людей і транспорту під лініями і залежать від номінальної напруги ПЛ, характеристики місцевості (населена, ненаселена, важкодоступна) і типу місцевих споруд (табл. 1).

Таблиця 1

Характеристика місцевості	Напруга ПЛ, кВ
	До 1	3-20	35-110	150	220	330	500	750	1150	±750
населена	6	7	7	7,5	6	6	6	-	-	-
ненаселена	5	6	6	6,5	7	7,5	8	11,5-12	17-17,5	11,5
важкодоступна	4	5	5	5,5	6	6,5	7	9,5-10	14-14,5	10,5
недоступні схили гір, скелі	1	3	3	3,5	4	4,5	5	7	8,5	8,5

Прогони ПЛ вибирають з економічних міркувань, тому що зі збільшенням довжини прогону l необхідно збільшувати висоту опор H, щоб не порушити припустимий габарит лінії h; при цьому зменшується кількість опор і ізоляторів на лінії. В табл. 2 наведені конструктивні розміри ПЛ різних напруг при визначених габаритах.

Таблиця 2

Номінальна напруга U, кВ	Відстань між проводами D, м	Довжина прогону l, м	Висота опори H, м	Габарит лінії h, м
<1 6-10 35 110 220 330 500 750 1150 ±750	0,5 1 3 4 7 9 12 15 21,7-26 22,4-40,4	40-50 50-100 150-200 170-250 250-350 300-400 350-450 450-750 - -	8-9 10 10 13-14 25-30 25-30 25-30 30-41 33,1-54 28,1-38,4	6-7 6-7 6-7 6-7 7-8 7,5-8 8 10-12 14,5-17,5 10,5-11,5

Конструкція фази ПЛ в основному визначається маркою і перерізом проводів, їхньою кількістю у фазі, розташуванням і відстанями між ними. Якщо фаза виконана не одним, а двома і більше проводами, вона називається розщепленою.

ПЛ із розщепленими фазами споруджуються на надвисокі напруги. При цьому в одній фазі використовують: два проводи при напрузі 330 кВ, три – при 500 кВ, чотири-п'ять – при 750 кВ, вісім-дванадцять – при 1150 кВ, чотири – в полюсі ПЛ напругою 1500 (±750) кВ.

Конструктивне виконання ПЛ істотно залежить від кліматичних умов: температури, вітру, ожеледі, а також від наявності у навколишньому середовищі сірчистих газів, відкладів солей тощо.

Повітряні лінії виконують голими (неізольованими) проводами.

Залежно від конструкції розрізняють:

– однодротові проводи, що складаються з одного дроту суцільного перерізу (рис. 3, а);

– багатодротові монометалеві проводи, що складаються залежно від перерізу проводу з 7, 19 і 37 скручених між собою окремих дротів з одного металу (рис. 3, б);

– багатодротові біметалеві проводи, що складаються з дротів двох металів чи металу і сплаву (рис. 3, в);

– порожнисті проводи (рис. 3, г) і розширені проводи з каркасною спіраллю.

Перерізи проводів нормовані державним стандартом.

До проводів і тросів висуваються такі вимоги:

– матеріал проводів повинен мати високу електричну провідність;

– проводи і троси повинні мати високу механічну міцність, при якій можна допускати можливі великі їхні натяги, що, у свою чергу, дозволяє зменшити висоти опор чи збільшити довжини прогонів, а отже істотно вплинути на економічність спорудження ПЛ;

– матеріал проводів і тросів повинний бути стійким до корозії, обумовленої атмосферними опадами, забрудненням атмосфери промисловими підприємствами і відкладами солей поблизу морських узбереж;

– проводи і троси повинні задовольняти умови економічності (з цією метою прагнуть застосовувати проводи з менш дефіцитних і більш дешевих металів – алюмінію, сталі, спеціальних сплавів).

Високою електричною провідністю володіють мідні проводи. Питома провідність твердонатягнутого мідного дроту дорівнює _м=55,5 м/(Ом·мм)², що відповідає питомому опору _м=18 Ом·мм²/км.

Мідні проводи легко піддаються зварюванню і спаюванню. Мідь стійка до атмосферних впливів і корозії від шкідливих хімічних домішок в повітрі, має достатню механічну міцність (опір на розрив _n=360–400 МПа). Однак мідь є дефіцитним металом, у результаті чого мідні проводи для виконання ПЛ у даний час не застосовуються. Їхнє використання допускається в контактних мережах, мережах специфічних виробництв (шахт, рудників тощо).

Мідні проводи виготовляються одно- і багатодротовими з діаметром дротів 2,7–3,5 мм. Проводи з міді маркіруються буквою М з указанням відповідного перерізу. Наприклад, мідний провід з номінальним перерізом 35 мм² позначається М-35.

Алюмінієві проводи в порівнянні з мідними мають у 1,6 раза меншу питому провідність і відповідно більший питомий опір: _а=34,7м/(0м·мм)², _а=28,8 Ом·мм²/км. Від мідних ці проводи відрізняються значно меншою механічною міцністю ( _n=156–180 МПа), що є їхнім основним недоліком. Однак виробництво алюмінію дешевше, ніж виробництво міді, алюміній менш дефіцитний. Це обумовило його широке застосування для виготовлення проводів ПЛ. Невелика міцність алюмінію на розрив змушує виготовляти алюмінієві проводи тільки багатодротовими і підвішувати їх при зменшеній відстані між опорами, щоб уникнути великих стріл провисання.

Проводи з алюмінію маркіруються буквою А чи Ап залежно від марки алюмінієвого дроту, з якої виготовлений провід, з додаванням номінального перерізу, наприклад А-50.

Добре переносячи атмосферні впливи, алюмінієві проводи погано протистоять впливу хімічно активних домішок повітря. Тому при спорудженні ПЛ поблизу морських узбереж, солоних озер і хімічних підприємств рекомендується застосовувати алюмінієві проводи марки АКП (АпКП), що захищені від корозії завдяки заповненню міждротового простору нейтральним мастилом.

Сталеві проводи мають велику механічну міцність ( _n=550– 700 МПа) і невисоку вартість. Однак вони піддаються корозії і мають високий питомий опір, що в мережах змінного струму, до того ж, залежить від сили струму, що протікає по проводу. Тому сталеві проводи застосовують у мережах напругою до 10 кВ при передачі порівняно невеликих потужностей, коли спорудження ПЛ з алюмінієвими проводами менш вигідне. Крім того, сталеві проводи іноді доцільно використовувати при спорудженні великих переходів (через ріки, ущелини тощо) на ПЛ напругою 35 кВ і вище. При цьому застосовують сталеві проводи, що виготовляються з високоякісного сталевого дроту. Для зменшення корозії сталеві проводи оцинковують. В останні роки галузь застосування сталевих проводів звузилася за рахунок широкого використання алюмінієвих і сталеалюмінієвих проводів.

Сталеві проводи виготовляють одно- і багатодротовими. Однодротові сталеві проводи мають марку ПСО (провід сталевий однодротовий) і в позначенні їх вказується не переріз, а діаметр, стандартні значення якого дорівнюють 3; 3,5; 4 і 5 мм. Багатодротові сталеві проводи випускаються двох марок: ПС (провід сталевий) із присадкою міді до 0,2% і ПМС (провід обміднений сталевий) із присадкою міді до 0,4%. В позначенні багатодротових сталевих проводів вказується переріз проводу, наприклад ПС-25, ПМС-25.

Для збільшення міцності проводів можуть бути використані сплав міді (бронзи) і алюмінієвий сплав марки ABE. Бронзові проводи поширення не набули. Проводи з алюмінієвого сплаву рекомендуються до використання в мережах сільськогосподарського призначення напругою до 110 кВ і в районах з товщиною стінки ожеледі до 20мм.

До багатодротових біметалевих проводів відносяться комбіновані проводи – сталеалюмінієві і сталебронзові. Конструктивно вони складаються зі сталевого осердя, навколо якого навивається алюміній чи бронза (див. рис. 3.16, в). Сталеве осердя збільшує механічну міцність проводу, а зовнішня алюмінієва чи бронзова частина, переріз якої набагато більший, ніж сталевої, маючи добру електричну провідність, визначає необхідні електричні характеристики проводу в цілому.

Сталебронзові проводи через значну вартість бронзи практичного поширення не набули. Сталеалюмінієві проводи дуже широко застосовуються при спорудженні ПЛ, що пояснюється їх порівняно не високою вартістю і гарними електричними і механічними характеристиками.

Сталеалюмінієві проводи позначаються буквами АС (АпС) з додаванням через дефіс дробу, що вказує в чисельнику номінальний переріз алюмінієвої частини, а в знаменнику – сталевої частини проводу. Так, проводи марок АС-300/39 і АС-300/66 мають номінальні перерізи алюмінієвої частини 300 мм² і сталевої частини відповідно 39 і 66 мм².

Випускається також кілька типів проводів з підвищеною стійкістю проти корозії, призначених для використання в районах з різним ступенем забруднення атмосфери. До них відносяться проводи марок:

АСКС (АпСКС) – сталеалюмінієвий провід із заповненням сталевого осердя антикорозійним мастилом;

АСКП (АпСКП) – такий же провід із заповненням антикорозійним мастилом усього проводу;

АСК (АпСК) – такий же провід, як і АСКС, але зі сталевим осердям, ізольованим поліетиленовою плівкою.

Троси призначені для захисту ПЛ від атмосферних перенапруг і прямих ударів блискавки, а також для зниження впливу на лінії зв'язку. Трос підвішується на опорах вище проводів, у результаті чого розряди блискавки відбуваються не в лінію, а в трос, і струм розряду через заземлення на опорі відводиться в землю.

На ПЛ напругою до 110 кВ троси застосовують тільки на підходах до ПС, що знижує ймовірність перекриття проводів лінії поблизу устаткування ПС. На ПЛ напругою 110 кВ і вище троси підвішують уздовж усієї лінії.

Грозозахисні троси виконують зі сталевих оцинкованих багатодротових канатів марки ТК перерізом 35, 50 і 70 мм² або зі сталевих проводів марки ПС тих же перерізів. В останні роки грозозахисні троси використовують для організації високочастотних каналів зв'язку. Такі троси повинні виконуватися з провідного матеріалу. З цією метою застосовують проводи марок АС-70/72 і АС-95/141. При цьому кращі характеристики з точки зору проходження високочастотного сигналу зв'язку мають троси, виготовлені зі сталеалюмінієвого дроту за типом «алюмовелд» (кожен дріт має сталеве осердя, покрите алюмінієвою оболонкою).

Сталеалюмінієві троси також можуть використовуватися як струмоведучі проводи для електропостачання споживачів малої потужності. При цьому вони підвішуються на ізоляторах і для забезпечення відповідного рівня грозозахисту лінії повинні приєднуватися до заземлень через іскрові проміжки.

За умовами механічної міцності перерізу багатодротові проводи мають обмеження, а застосування однодротових проводів допускається тільки на ПЛ напругою до 1 кВ, за винятком перетинання різних комунікацій.

У світовій практиці спорудження ПЛ останнім часом знаходять застосування ізольовані проводи. За конструкцією це ізольовані жили, скручені навколо несучого троса, що сприймає механічне навантаження. Такі проводи можуть мати три і чотири жили (для ЛЕП напругою менше 1 кВ). У чотирижильних проводах нульова жила не ізольована і використовується як несуча.

Опори призначені для підвішування проводів і тросів на необхідній висоті над поверхнею землі чи води. Вони класифікуються за матеріалом, типом і призначенням, конструктивними особливостями і іншими ознаками.

Залежно від матеріалу опори ПЛ можуть бути дерев'яними, металевими або залізобетонними.