7семестр / ЭСС_ (Барбашов)ЭЗ-31(12.06.14) / ТЛ-1_н

щищенных (ПЗВ) проводов. Применение таких проводов является на сегодняшний день наиболее прогрессивным и перспективным путем развития электрических сетей. По сравнению с традиционными ВЛ линии с применением СИП и ПЗВ имеют ряд конструктивных особенностей: наличие изоляционного покрова на токоведущих проводниках; повышенную механическую прочность; прогрессивную сцепную и ответвительную арматуру. В результате этих преимуществ значительно повышается надежность электроснабжения потребителей и резко снижаются эксплуатационные затраты, что и определяет высокую экономическую эффективность изолированных проводов в электрических сетях. Применение СИП и ПЗВ при сооружении воздушных линий изолированных (ВЛИ) и воздушных линий защищенных (ВЛЗ) в значительной мере повышает надежность и экономичность электроснабжения потребителей. Основные преимущества ВЛИ с применением изолированных и защищенных проводов представлены в табл. 3.3.

Зарубежный опыт применения изолированных проводов для ВЛИ показывает, что в настоящее время получили распространение четыре типа проводов. Основные типы проводов представлены в табл. 3.4.

Конструктивное исполнение самонесущих изолированных проводов с неизолированной или изолированной нулевой несущей жилой представлено на рис. 3.4.

Система самонесущих изолированных проводов имеет неизолированной или изолированной несущий нулевой провод из алюминиевого сплава, вокруг которого скручены три изолированных фазных провода и, при необходимости, дополнительного 1 или 2 изолированных провода для внешнего освещения. Изоляция жил самонесущих изолированных проводов выполняется из светостабилизированного сшитого полиэтилена (СИП-1, СИП-2), светостабилизированного термопластичного полиэтилена (СИП-1А, СИП-4) или сшитого полиэтилена (СИП-2А). Нулевая жила выполняет роль несущего элемента провода и служит нулевым рабочим (N), нулевым защитным (РЕ) или объединенным (PEN) проводником.

61

Таблица 3.3 − Основные преимущества ВЛИ с применением СИП

Таблица 3.4 − Основные типы изолированных и защищенных проводов

62

Фазные

токопроводящие

жилы

Рисунок 3.4 − Конструкция самонесущих изолированных проводов с неизолированной (а) или изолированной (б) нулевой несущей жилой

Нулевая жила проводов типа СИП-1, СИП-2, СИП-1А, СИП-2А изготовляется из сплава алюминия (Al, Mg, Si), хотя временно нормативной документацией допускается применения алюминиевых жил, укрепленных стальным сердечником.

Изолированные провода с неизолированной нулевой несущей жилой получили распространение в Финляндии, Чехии, ЮАР, а также в России, а провода с изолированной нулевой несущей жилой −в Италии, Франции, Бельгии, Португалии, Испании, Греции, Израиле, России, Аргентине, Бразилии, Малайзии, Индонезии.

Провода изолированные без несущего элемента, в отличие от проводов с нулевой несущей жилой, представляют собой пучок изолированных алюминиевых проводов, скрученных в общий жгут. Таким образом, при эксплуатации растягивающие усилия воспринимают все жилы. Такая система имеет четыре изолированных провода и, при необходимости, дополнительного 1 или 2 изолированных провода для внешнего освещения. Конструкции изолированных проводов без несущего элемента получили развитие в Германии, Великобритании, Австрии, Польше, Швеции и Норвегии. С 2003 года наметилось практическое применение этих проводов и в Украине.

Четвертым типом проводов являются одножильные защищенные провода, в которых изоляционный слой поверх токопроводящей жилы вы-

63

полняет роль защитной изоляции, благодаря которой возможно уменьшить расстояние между проводами на опорах воздушной линии защищенной (ВЛЗ) и снизить вероятность короткого замыкания на землю. Жила провода выполненна из алюминиевого сплава высокой прочности или сталеалюминия, а изоляция − светостабилизированного сшитого полиэтилена. Эти провода предусмотрены для сооружения ВЛЗ на напряжения 6, 10, 20 и 35 кВ.

Надежность и эксплуатационная привлекательность СИП-3 состоит из следующих условий:

−провода защищены от схлёстывания;

−на таких проводах практически не образовывается гололед;

−исключена кража проводов, поскольку они не подлежат вторичной переработке;

−существенным образом уменьшены габариты линии и соответственно требования к просеке для прокладки и в процессе эксплуатации;

−простота монтажных работ и соответственно уменьшение их сроков;

−высокая механическая прочность проводов и соответственно невозможность их обрыва;

−пожаробезопасность таких линий, основанная на исключении КЗ при схлёстывании;

−сравнительно небольшая стоимость линии (приблизительно на 35 % дороже линий с голыми проводами). При этом происходит значительное сокращение эксплуатационных затрат (реальное сокращение доходит до 80 %).

Температурные характеристики такой изоляции СИП-3: 90 °С в продолжительном режиме, 130 °С – в режиме продолжительной перегрузки (до 8 часов в сутки) и 250 °С – в режиме токов короткого замыкания. В изоляцию добавлется около 2 % сажи для достижения стойкости полиэтилена к ультрафиолетовому излучению.

Изоляционный слой имеет толщину около 2,5 мм, поэтому такой слой можно считать лишь защитным. Хотя изоляция выдерживает 60 кВ на пробой провод необходимо подвешивать пофазно на отдельные изоляторы. При схлёстывании проводов или падении на линию, например, дерева, когда провода собираются в пучок, защитное покрытие выдерживает рабочее напряжение и линия может работать достаточно долго.

64

Экономия при строительстве достигается не только уменьшением материалоемкости траверс (межфазное расстояние всего 400 мм), но и уменьшением габаритов просеки в лесных массивах. Просека нужна в шесть раз меньше, чем для линий с голыми проводами. И ее ширина в 3,5 метра определяется лишь необходимостью организации подъезда техники для проведения работ по строительству линии. Низкие затраты на эксплуатацию линий с СИП-3 позволяют быстро окупить первичные затраты.

Изолированные провода на 110 кВ в Украине пока не используются. Применяемые за рубежом провода марки SAX 110 кВ имеет три

алюминиевые фазные жилы с двумя слоями изоляции и неизолированную несущую жилу. Ширина коридора "неизолированной" линии 110 кВ составляет 26 метров, а у изолированной − 12 метров, что уменьшает стоимость земли и работы на вырубке деревьев. Изоляция проводов выдерживает упавшее дерево больше месяца.

Новая технология SAX 110 кВ успешно решает модернизацию старых линий. Например, при необходимости увеличения номинального напряжения линии габарит просеки в лесных массивах останется без изменения, а в городских условиях ширина коридора старой линии окажется достаточной и для новой. Все это даст позитивный результат не только в экономическом плане, но и в экологии.

Многообразие изолированных проводов на мировом рынке, образовавшееся в результате различного подхода к выбору типов провода в конкретных энергосистемах, приводит к необходимости унификации проводов для ВЛИ, как это принято в энергосистемах разных стран, или определению рациональных областей применения изолированных проводов тех или иных марок с учетом их параметров и эксплуатационных свойств.

Увеличение генерирующих мощностей и потребления электроэнергии требует соответствующего увеличения пропускной способности ВЛ. Возникает задача: строить новые ВЛ или искать альтернативные решения. В качестве альтернативных решений в последние годы ряд фирм Японии, Южной Кореи, Италии и США разработали новые высокотемпературные провода для ВЛ на длительно допустимую рабочую температуру до 210 °С взамен стандартно применяемых алюминиевых и сталеалюминевых проводов, рассчитанных на рабочую температуру не более 100 °С. Повышение

65

рабочей температуры и пропускной способности линии более чем в 2 раза потребовало решения следующих сопутствующих проблем:

−снижение стрелы провеса провода за счет применения в конструкции провода материалов с пониженным как минимум вдвое коэффициентом линейного расширения;

−повышение разрывных усилий и снижение массы проводов на единицу длины с сохранением высокой электропроводности.

Особенно интересно эти проблемы решены в конструкции высоко-

температурного провода типа ACCR (Aluminum Conductor Composite

Rienforced) − алюминиевого композитного усиленного провода, разработанного в США. Сердечник провода с высоким разрывным усилием, низким коэффициентом линейного расширения и высокой электропроводностью выполнен из проволок на основе алюминия высокой чистоты, в который внедрены более 25 тыс. микронных непрерывных продольных волокон оксида алюминия (Al2O3), является типичным примером применения нанотехнологий. Вокруг сердечника накладываются повивы проволок из сплава алюминий-цирконий. Основные характеристики высокотемпературных проводов для ВЛ даны в табл. 3.5.

Тросы предназначены для защиты ВЛ от атмосферных перенапряжений и прямых ударов молнии, а также для снижения влияния на линии связи. Трос подвешивается на опорах выше проводов, в результате чего разряды молнии происходят не в линию, а в трос, и ток разряда через заземление на опоре отводится в землю.

На ВЛ до 110 кВ тросы применяют только на подходах к ПС, что снижает вероятность перекрытия проводов линии вблизи оборудования ПС. На ВЛ 110 кВ и выше тросы подвешивают вдоль всей линии.

В последние годы грозозащитные тросы используют для организации высокочастотных каналов связи, поэтому такие тросы должны выполняться из хорошо проводящего материала. С этой целью применяют провода марок АС−70/72 и АС−95/141. При этом лучшими характеристиками с точки зрения прохождения высокочастотного сигнала связи обладают тросы, изготовленные из сталеалюминиевой проволоки по типу «алюмовелд» (каждая проволока имеет стальной сердечник, покрытый алюминиевой оболочкой).

66

Сталеалюминиевые тросы также могут использоваться в качестве токоведущих проводов для электроснабжения потребителей малой мощности. При этом они подвешиваются на изоляторах и для обеспечения соответствующего уровня грозозащиты линии должны присоединяться к заземлениям через искровые промежутки.

Таблица 3.5 − Свойства высокотемпературных проводов для ВЛ

Представляется перспективным применение жестких шин прямоугольного и трубчатого сечений для обводки шлейфов на анкерно-угловых опорах линий электропередачи, для присоединения в электрическую цепь электрооборудования, например, разъединителей, конденсаторов связи,

67

ограничителей перенапряжения и др. Преимуществом данного способа выполнения электрических соединений является фиксированность элемента линии электропередачи, находящегося под напряжением, по отношению к другим аналогичным элементам и заземленным частям конструкции опор.

3.1.3. Опоры

Опоры предназначены для подвески проводов и тросов на необходимой высоте над поверхностью земли или воды. Они классифицируются по материалу, типу и назначению, конструктивным особенностям и другим признакам.

В зависимости от материала опоры ВЛ могут быть деревянными, ме-

таллическими либо железобетонными.

Для изготовления металлических опор применяют обычную углеродистую сталь и низколегированные стали. Основным недостатком металлических опор является их подверженность коррозии, особенно в зоне промышленных предприятий, а также на берегах морей и соленых озер. Для защиты от коррозии опоры оцинковывают либо используют антикоррозийные лаки и краски. Весьма перспективным для изготовления опор может стать применение специальных коррозионно-устойчивых сталей, которые при высокой прочности позволяют существенно снизить массу опоры и не требуют оцинковки.

Железобетонные опоры не подвергаются коррозии, просты в эксплуатации. Недостатком железобетонных опор является большая масса, что усложняет их транспортировку и монтаж. Железобетонные опоры в зависимости от уплотнения бетона могут быть вибрированные и центрифугированные. Опоры из вибрированного бетона выполняют двутаврового, квадратного или прямоугольного сечений. Центрифугированные железобетонные опоры изготавливают из высокопрочного бетона, который уплотняется за счет вращения в центрифуге. Сечение центрифугированных опор кольцеобразное, стойки опор могут быть коническими либо цилиндрическими. В качестве арматуры для железобетонных опор применяются стальные стержни и проволока. В зависимости от этого железобетонные опоры делятся на опоры с ненапряженной, частично напряженной и с полностью напряженной арматурой. У опор с предварительным напряжением всей

68

продольной арматуры вместо стержней используется высокопрочная стальная проволока, а сами опоры носят название опор из струнобетона. Такие опоры имеют повышенную прочность.

В последние годы для изготовления отдельных элементов опор применяют стеклопластики и другие полимерные материалы, что позволяет в ряде случаев отказаться от традиционных изоляторов.

По типу опоры ВЛ делят на два основных вида: промежуточные и анкерные. Первые служат для поддержания проводов в нормальных режимах работы ВЛ (при необорванных проводах и тросах), когда на них действуют вертикальная масса всех элементов линии и гололеда, а также давление ветра, перпендикулярное к направлению линии. Провода крепят к промежуточным опорам через поддерживающие гирлянды изоляторов. Анкерные опоры полностью воспринимают тяжение проводов и тросов в смежных с опорой пролетах. Они устанавливаются для жесткого закрепления проводов в особо ответственных точках ВЛ (на концах линии, на концах ее прямых участков, на пересечениях водоемов, железных дорог, автомобильных трасс и т. п.). Провода к анкерной опоре крепят через натяжные гирлянды изоляторов. Промежуточные опоры обладают несущей способностью в вертикальном направлении и в аварийных режимах (при обрыве проводов) могут деформироваться. Анкерные опоры рассчитываются на восприятие значительных тяжений проводов и тросов при обрыве части из них в примыкающем пролете. При этом они не должны деформироваться.

По назначению различают опоры угловые, концевые, переходные,

транспозиционные и ответвительные (три последних вида − специаль-

ные).

Угловые опоры устанавливают в точках поворота ВЛ. Углом поворота линии называется угол (рис. 3.5), дополняющий внутренний угол до 180°. Угловые опоры могут быть промежуточными и анкерными. Промежуточные угловые опоры применяют при углах поворота линии до 20°. На промежуточные угловые опоры в нормальном режиме, кроме обычных вертикальных нагрузок, действуют суммарные усилия от натяжения проводов и тросов в смежных пролетах, приложенные в точках крепления проводов и тросов на опоре по биссектрисе угла поворота линии. Анкерные угловые опоры устанавливают при углах поворота линии более 20°.

69

Опора

Рисунок 3.5 − Угол поворота линии

Концевые опоры выполняют анкерными, их устанавливают перед ПС или станциями, от которых отходят ВЛ, и рассчитывают на одностороннее тяжение проводов и тросов со стороны линии.

Переходные опоры служат для осуществления переходов через различные инженерные сооружения и естественные преграды (мосты, реки, озера, горные ущелья и т. п.), а также через другие ВЛ. Такие опоры имеют большую высоту, чем другие типы опоры, и выполняются как промежуточными, так и анкерными. При переходах через реки, каналы, озера с регулярным судоходством переходные или смежные с ними опоры должны быть анкерными концевыми.

Транспозиционные опоры − это анкерные опоры с дополнительными гирляндами изоляторов и конструктивными элементами, позволяющими менять расположение проводов (производить их транспозицию). Транспозицию выполняют для выравнивания индуктивностей и емкостей, а следовательно, и падения напряжения во всех трех фазах ВЛ 110 кВ и выше при длинах линий более 100 км. На ВЛ обычно выполняют один цикл транспозиции, т. е. каждая фаза равномерно по длине линии занимает последовательно положение всех трех фаз на опоре.

Ответвительные опоры предназначены для присоединения и разведения проводов ответвления и основной линии.

Конструктивное выполнение опор зависит от количества подвешиваемых цепей, материала, из которого изготовлены опоры, их типа и назначения, напряжения ВЛ.

В зависимости от количества подвешиваемых цепей ВЛ различают

70