1.Введение.

Электрические воздушные линии предназначены для передачи и распределения электрической энергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным к различным опорным конструкциям.

Линии электропередач, являются основным звеном энергосистемы, вместе с электрическими подстанциями образует электрические сети. Одна из первых опытных линий электропередач переда ч( постоянного тока) напряжением 1.5-2 кВ Мисбак-Мюнхен (протяженностью 57км) была сооружена в 1882 французским учёным М. Депре. В 1891 впервые в мире была осуществлена электропередача трёхфазным переменным током на 170 км по линии электропередач Лауфен-Франкфурт, спроектированной и построенной М.О. Доливо-Добровальским. Линия электропередач при напряжении 15кВ, передаваемая мощность 230 кВт, коэффициент полезного действия около 75%.

Быстрое развитие и совершенствование линий электропередач обусловлены созданием развитом электрических сетей и объединением их в электроэнергетические системы.

Различают воздушные линии электропередач, провода которых подвешены под землей или над водой, и подземные(подводные) линий электропередач, в которых используются главным образом силовые кабели.

По воздушным линиям электропередач электрическая энергия передается на значительные расстояния по проводам, прикрепленным к опорам с помощью изоляторов. Воздушные линии электропередач являются одним из основных звеньев современных энергосистем. Напряжение в линии зависит от её протяженности и передаваемой по ней мощности.

Для воздушных линий электропередач применяются изолированные и неизолированные провода (однопроволочные, многопроволочные и полые) из меди, алюминия, сталеалюминия, реже стальные ( главным образом при электрификации сельских местностей).

Конструктивные параметры электропередач воздушных линии электропередач зависят от номинального напряжения линии, от рельефа и климатических условий местности, а так же от технико-экономических требований.

На воздушных линиях электропередач применяются различные по конструкции опоры. Провода должны обладать хорошей проводимостью, механической прочностью, стойкостью против атмосферных перенапряжений, возникающие при грозовых разрядах в линию или вблизи неё, применяются грозащитные тросы или разрядники, которые устанавливают на линиях электропередач с напряжением до 35кВ

Для воздушных линиях электропередач (переменного тока) принята следующая шкала напряжений: 6,10,35,110,150,220,330,400,500,750 и1150кВ . Напряжения 35кВ широко используются для создания центров питания электрических сетей( 6 и 10кВ).

2.Общая часть

2.1 Классификация опор. Линии электропередач, это конструкции, которые служат для поддерживания над земной поверхностью проводов под напряжением и грозозащитных тросов. Они существуют различных форм и размеров. Опоры бывают железобетонными, деревянными либо металлическими. Основные элементы опоры линий электропередачи - стойки, фундаменты, траверсы (перекладины на которых держатся провода), тросостойки (острые верхушки на некоторых опорах) и оттяжки. Различают анкерные и промежуточные опоры линий электропередачи.

Анкерные опоры. Жёсткая и прочная конструкция анкерных опор выдерживает значительные усилия от натяжения проводов; анкерные опоры линий электропередачи устанавливают в начале и в конце линии электропередач, на поворотах, при пересечении воздушных линий через небольшие речки, железные дороги, автодороги и мосты.

Разновидность анкерных – переходные опоры применяют при переходах через реки и горы. Именно переходные опоры несут самые большие нагрузки и сами могут достигать высоты 100 метров. Встретить переходные вышки различных типов можно повсеместно - на переходах через водохранилища и реки. Как правило переходные опоры самые тяжёлые и высокие из всех вышек линий электропередач , нередко их окрашивают в яркие цвета, например часто встречаются красно-белые опоры, применяют и оранжевый, серый и другие цвета. Переходные опоры для линий электропередач 110-1150 кВ, в основном выше 50-ти метров.

Промежуточные опоры имеют менее прочную конструкцию, чем анкерные; они служат главным образом для поддержания проводов и тросов на прямых участках трассы линии электропередач. Большинство опор на трассах – промежуточные. Как правило промежуточную опору, можно отличить от анкерной по такому признаку: если гирлянды изоляторов свисают перпендикулярно к земной поверхности, значит опора промежуточная. А на анкерных опорах провода закрепляются в зажимах натяжных гирлянд, эти гирлянды являются как бы продолжением линии и находятся к поверхности земли под острым углом, а иногда почти параллельно. .

Принята следующая система обозначения металлических и железобетонных опор 35—330 кВ. Буквами П и ПС обозначают промежуточные опоры, П В С— промежуточные с внутренними связями, ПУ или ПУС - промежуточные угловые, ПП — промежуточные переходные, АН УС — анкерно-угловые, К или КС — концевые. Буквой Б обозначают железобетонные опоры, а отсутствие ее указывает, что опор стальные. Цифры 6,10,35,110,150,220,330,400,500,750 и1150кВ следующие после букв указывают напряжение линии, а цифры, стоящие за ними — типоразмер опор. Буквы У и Т добавляют соответствен в обозначение промежуточных опор, используемых в качестве угловых, и с тросостойкой.

Также опоры линий электропередачи подразделяют на1.транспозиционные (для изменения порядка расположения фаз),ответвительные, перекрёстные, повышенные, пониженные.

По числу подвешиваемых проводов (цепей) опоры разделяют на одно- и многоцепные; по конструкции - на одностоечные, А- и АП- образные, П-образные, V-образные.

Деревянные опоры линий электропередачи устанавливали на ЛЭП напряжением до 220 кв

2.2Деревянные опоры. Все элементы деревянной опоры делятся на основные — пасынки, стойки, траверсы, и вспомогательные — раскосы, распорки, подтраверсные брусья, ригели и подкосы.

рис.1

Пасынок — нижняя часть опоры, заглубляемая в землю. При больших расчетных нагрузках на каждую стойку опоры устанавливают по два пасынка. Пасынки являются одной из наиболее подверженных загниванию деталей опор, поэтому чаще всего изготавливаются из железобетона. Стойка — верхняя чадть опоры, к которой крепится траверса. Каждая стойка соединяется с пасынком двумя проволочными бандажами. Стойка и пасынок образуют ногу опоры. Они воспринимают воздействие основных нагрузок при нормальном и аварийном режимах работы линии. Траверса служит для подвески проводов на гирляндах изоляторов. На промежуточных опорах без троса траверса крепится на расстоянии 0,25 м от вершины стойки, на опорах с тросом — на расстоянии 2...2,5 м от вершины, что определяется условиями защиты линии от грозы. Траверса воспринимает нагрузки, обусловленные весом проводов, изоляторов и арматуры, а в аварийном режиме и дополнительное тяжение проводов. Раскос и распорка служат для укрепления основных элементов деревянных опор. Усилия, действующие на распорки и раскосы, незначительны. Раскосы промежуточной опоры увеличивают ее жесткость и снижают изгибающие моменты, действующие на стойки. Раскосы и распорки анкерных угловых опор образуют вместе с основными деталями жесткую конструкцию, хорошо воспринимающую усилия, направленные вдоль траверсы. Подтраверсные брусья устанавливаются только на анкерных угловых опорах и служат для крепления траверсы к стойкам. Число подтраверсных брусьев зависит от нагрузок на опору и колеблется от четырех до восьми. Грозозащитные тросы подвешиваются непосредственно к стойкам опоры. При недостаточной длине стоек применяют металлические специальные тросостойки, которые крепятся на конце основной стойки. Ригели служат для повышения прочности установки опор в грунте. Размер, число и глубина заложения ригелей зависят от нагрузки на опору и свойств грунта, в котором она устанавливается. В свободно стоящей одностоечной промежуточной опоре, деревянная стойка 3 с помощью проволочных бандажей 2 закреплена на пасынке /. В основном применяются железобетонные пасынки типа ПТО с трапецеидальным сечением и длиной 3,25 или 4,25 м, значительно реже — деревянные пасынки длиной 4,5 м. Длина сопряжения стойки с железобетонным пасынком должна быть 1,1 м, а с деревянным - 1,3 м. Длина стойки для подвески пяти проводов должна быть не менее 7,5 м при пасынке 3,25 м и не менее 6,5 м при пасынке 4,25 м. В верхней части опоры в шахматном порядке на расстоянии 200 мм ввернуты крюки , такое же расстояние выдерживается между верхним крюком и скосом стойки. Вместо крюков на опоре может быть смонтирована траверса с раскосами для изоляторов. В деревянной анкерной опоре на пасынках опоры закреплена на пасынке, проволочными бандажами . Для восприятия усилий от одностороннего тяжения проводов опора снабжена деревянным подкосом , имеющим пасынок. Подкос со стойкой соединен врубкой и двумя болтами или металлическими накладками. В верхней части опоры установлены крюки . Для прочности закрепления анкерных и особенно угловых опор в грунте к пасынкам стойки и подкоса крепятся деревянные или железобетонные ригели . Деревянных опор служит сосна или лиственница, причём для удлинения срока службы столбы, идущие на изготовление опор, соответствующим образом пропитываются. На изготовление опор идут столбы длиной 12,5—13 м и толщиной в верхнем отрубе 22—24 см. Деревянные опоры могут быть одиночные и сдвоенные. Сдвоенные опоры применяются в тех случаях, когда прочность одного столба оказывается недостаточной. В сдвоенных опорах столбы соединяются между собой (сплачиваются) стяжными болтами d = 22 мм, расположенными через равные промежутки по длине опоры. Сдвоенные консольные опоры устанавливаются таким образом, чтобы оба столба располагались в плоскости, перпендикулярной оси пути. В отдельных случаях, когда это требуется по условиям габарита (например при расположении сдвоенных опор в междупутье), сдвоенные консольные опоры могут располагаться в плоскости, параллельной оси пути. Для усиления заделки опор в грунт применяются лежни — верхние и нижние. Нижний лежень помещается у комля опоры. Верхние лежни располагаются на глубине 1/3 заделки опоры в грунт. Лежни устанавливаются таким образом, чтобы при действии на опору наибольших возможных нагрузок опора прижималась к лежням. Для того чтобы лежни работали также и при действии на опору усилий в обратном направлении (например при ветре со стороны пути), они крепятся к опоре болтами. Лежневая заделка обеспечивает достаточную устойчивость консольных промежу точных опор на прямых участках при установке опор в грунте среднего качества. Для того чтобы использовать изоляцию деревянных опор, оттяжки крепятся так, чтобы между тросом оттяжки и частями установленной на опоре арматуры сохранялось расстояние по дереву не менее 400 мм.. Деревянные сдвоенные опоры с гибкой поперечиной располагаются так, чтобы оба столба находились в плоскости, параллельной оси пути. Такие опоры имеют обычно две оттяжки: одну, укреплённую на опоре у места крепления поперечного несущего троса, и другую между верхним и нижним фиксирующими тросами. При перекрытии гибкой поперечиной более четырёх путей длина 3-м столбов оказывается недостаточной и приходится применять нарощенные опоры (опоры на пасынках). Крепление пасынков делается болтами, причём для лучшей связи между основными столбами и пасынками устанавливаются дубовые шпонки. Преимущества: простота обслуживания – электромонтер легко и безопасно поднимается на опору и спускается с нее ,большая механическая прочность при воздействии стихийных явлений (порывистый ветер, гололед),не требуют бережного обращения (в допустимых, естественно, пределах) при перевозке, разгрузке, складировании, установке в котлованы, при необходимости доставки опор в аварийных ситуациях или при невозможности подъезда к месту установки, погрузка, разгрузка и установка опор осуществляется вручную, для увеличения срока службы можно производить дополнительное антисептирование в местах, подверженных более интенсивному гниению; большое количество опор при перевозке на транспорте, простота утилизации дерево – восполнимый природный материал, хорошо гармонирующий с естественным окружением; пропитанные антисептиком опоры (без нарушения технологического цикла и технических условий) могут служить 40 лет и более; низкая стоимость по сравнению с железобетонными стойками. Недостатки: наличие вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Степень вредности зависит от пропиточного состава и может быть с 1 по 4 класс опасности (пример: бензин и керосин относится к 4 классу); при заготовке бревен для стоек необходима подборка по диаметрам и сбегу (конусности) под размеры монтерских когтей; для получения качественной пропитки и требуемого срока эксплуатации опоры необходимы зимняя рубка (с декабря по март) и атмосферная предпропиточная сушка.

Металлические опоры. Металлические опоры линий электропередачи обладают меньшей, чем железобетонные, массой и высокой механической прочностью, что позволяет создавать опоры значительной высоты, рассчитанные на большие нагрузки. Их применяют на ЛЭП всех напряжений, часто в сочетании с железобетонными промежуточными опорами. Металлические опоры линий электропередачи незаменимы на линиях с большими механическими нагрузками (например, на переходах). Металлические опоры линий электропередачи изготовляют в основном из стали и алюминиевых сплавов; для защиты от коррозии их окрашивают или оцинковывают. По способу изготовления металлические опоры линий электропередачи делят на сварные, поступающие с заводов в виде готовых секций, и болтовые, которые собирают на трассе из отдельных элементов (раскосов, стержней, поясов) на болтах. Устанавливают металлические опоры линий электропередачи на фундаментах. Опоры должны быть оцинкованы методом горячего цинкования. При этом подземную часть стойки и 20-30 см надземной части необходимо при монтаже дополнительно обрабатывать гидроизоляционными материалами. Кроме того, при транспортировке каждую опору необходимо перевозить в отдельной упаковке, исключающей повреждение слоя цинка.

рис.2 Железобетонные стойки опор контактной сети со стержневой напрягаемой арматурой предназначены для применения в качестве промежуточных, анкерных и переходных консольных опор контактной сети на электрифицированных железных дорогах общего пользования, а также на участках, реконструируемых под скоростное движение поездов. Опоры контактной сети могут быть также использованы в качестве стоек жестких поперечин как балочного, так и рамного типа.

Железобетонные опоры состоят из основных компонентов - бетона и стальной арматуры, не основных - наполнители (камень, песок). В результате смешивания цемента и воды образуется бетон особо низкой влагопроницаемости., по истечении короткого времени превращается в цементный камень. Сочетание бетона и металла очень эффективно, позволяя нивелировать некоторые недостатки этих материалов. Бетон защищает арматуру от коррозии и компенсирует сжимающие усилия, сталь в свою очередь предохраняет бетон от растяжения. заводского изготовления. Такие опоры электропередач обычно кольцевого или прямоугольного сечения, их изготовляют в основном из предварительно напряженного железобетона. Наиболее распространены промежуточные одностоечные железобетонные опоры линий электропередач с металлическими траверсами, устанавливаемые непосредственно в грунте. Кроме того, на линиях электропередач напряжением 110-500 кв широко используют промежуточные и анкерно-угловые железобетонные опоры с оттяжка

рис.3

Преимущества: только одно – технологичность изготовления

недостатки– при развозке по пикетам при новом строительстве или выборочной замене опор при проведении капитального ремонта необходим автомобильный кран для поштучной разгрузки опор или установки стоек с опоровоза сразу в котлованы; сложность демонтажа железобетонных опор.

трудоемкая утилизация

2.3 Изоляторы. Изоляторы предназначены для изоляции проводов от опор Условия работы изоляторов на линиях вызывают определенные требования к материалу изоляторов и их конструкции.

В зависимости от назначения и способа крепления изоляторов к опорам различают подвесные изоляторы, применяемые на линиях напряжением 35кВ и выше, и штыревые изоляторы, применяемые на линиях 35 кВ. подвесные изоляторы обладают более высокими механическими характеристиками, чем штыревые. Конструкция подвесных изоляторов позволяет собирать из отдельных изоляторов гирлянды необходимой длины и зависящие от напряжения линии. Штыревые изоляторы рассчитываются только на одно из напряжений линии, поэтому линиям различных напряжений соответствуют различные виды штыревых изоляторов.

Основными изоляционными материалами, используемыми для изготовления изоляторов, является фарфор и стекло. Фарфор обладает высокими изоляционными свойствами и механической прочностью, что обеспечивает длительною и надежную работу изоляторов. С недавнего времени все более широкое применения находят изоляторы из закаленного стекла. Изоляторы из закаленного стекла не уступают аналогичным типам фарфоровых изоляторов. Фарфоровый изолятор, потерявший изолирующие свойства в результате пробоя или старения, выявляется только путем проведений специальных измерений. Дефектный изолятор из закаленного стекла выявляется осмотром, так как у него разрушается стеклянная тарелка, при этом отрыва стержня изолятора от шапки не происходит.

рис.4

Конструкция фарфоровых и стеклянных подвесных изоляторов аналогична рис. 4 Изолятор рис состоит из следующих основных частей:,1. изолирующей детали,2стержня или шплинта. :3. шапки

Изолирующая деталь является изолирующей частью и изготовляется из фарфоровых или стекла. Нижняя сторона иногда делается ребристой для увеличения поверхности изоляции. Шапка и стержень служат для крепления изоляторов к сцепной арматуре и соединения изоляторов в гирлянду. Шапка изготавливается из ковкого чугуна, стержень из стали. Замок, изготовляемый из стали или бронзы предотвращает самопроизвольное расцепления изоляторов в гирлянде. Шапка и стержень соединятся с изолированной деталью изолятора цементной связкой. Так как фарфор, стекло, цемент и металл имеют различные температурные коэффициенты расширения, то для предотвращения механических напряжений между изолирующей деталью и стержнем устанавливаются мягкие амортизирующие прокладки, а поверхность изолирующей детали в местах заделки стержня и шапки обмазывают битумом. Поверхность фарфора изоляторов для улучшения диэлектрических характеристик покрывают глазурью, металлические детали для предохранения от коррозии оцинковывают.

При маркировки подвесных изоляторов цифровой указывается разрушающая нагрузка для данного типа изоляторов. Буквы обозначают: П - подвесной, С - стеклянный, Ф - фарфоровый, Г – грязестойкий.

Особо следует отметить изоляторы длинностержневого типа, представляющие собой фарфоровый ребристый стержень с шапками из ковкого чугуна на торцах. конструкция этих изоляторов исключает электрический пробой, но их механическая прочность в большой степени зависит от качества изготовления, неоднородности фарфора, искривления стержня и др. Изоляторы длинностержневого типа широкого распространения в нашей стране пока не получили.

На линиях применяют штыревые фарфоровые ШФ и стеклянные ШС изоляторы на напряжения 6, 10, 20 и 35кВ. Провода крепят к штыревым изоляторам с помощью вязки мягкой проволокой или специальных зажимов. Для крепления изоляторов на крюках или штырях внутренняя полость изолятора имеет винтовую нарезку. Изолятор на штырь или крюк навинчивается либо с паклей, пропитанной суриком, либо с помощью полиэтиленовых колпачков. Разрушающая нагрузка штыревых изоляторов составляет от 14 кН для ШФ6 до 30кН для ШФ35, поэтому применения этих изоляторов на линиях с большим сечением проводов невозможно. Штыревые изоляторы в основном применятся на линиях 6-10кВ, а так же на некоторых линиях 35 кВ.

Изоляторы на линиях выбирают, исходя из обеспечения определенных запасов прочности по отношению к минимальной гарантированной прочности изоляторов. Так, при наибольшей нагрузке коэффициент запаса прочности для подвесных изоляторов должен быть не менее 2,7, а при среднеэксплуатационных условиях работы линии- не менее 5.