Технические характеристики линии электропередач. Кабельные линии электропередачи

Как можно обозначит значение линий электропередач? Есть ли точное определение проводам, по которым передается электроэнергия? В межотраслевых правилах технической эксплуатации электроустановок потребителей есть точное определение. Итак, ЛЭП – это, во-первых, электрическая линия. Во-вторых, это участки проводов, которые выходят за пределы подстанций и электрических станций. В-третьих, основное назначение линий электропередач – это передача электрического тока на расстоянии.

По тем же правилам МПТЭЭП производится разделение ЛЭП на воздушные и кабельные. Но необходимо отметить, что по линиям электропередач производится также передача высокочастотных сигналов, которые используются для передачи телеметрических данных, для диспетчерского управления различными отраслями, для сигналов противоаварийной автоматики и релейной защиты. Как утверждает статистика, 60000 высокочастотных каналов сегодня проходят по линиям электропередач. Скажем прямо, показатель значительный.

Воздушные ЛЭП

Воздушные линии электропередач, их обычно обозначают буквами «ВЛ» – это устройства, которые располагаются на открытом воздухе. То есть, сами провода прокладываются по воздуху и закрепляются на специальной арматуре (кронштейны, изоляторы). При этом их установка может проводиться и по столбам, и по мостам, и по путепроводам. Не обязательно считать «ВЛ» те линии, которые проложены только по высоковольтным столбам.

Что входит в состав воздушных линий электропередач:

• Основное – это провода.
• Траверсы, с помощью которых создаются условия невозможности соприкосновения проводов с другими элементами опор.
• Изоляторы.
• Сами опоры.
• Контур заземления.
• Молниеотводчики.
• Разрядники.

То есть, линия электропередач – это не просто провода и опоры, как видите, это достаточно внушительный список различных элементов, каждый из которых несет свои определенные нагрузки. Сюда же можно добавить оптоволоконные кабели, и вспомогательное к ним оборудование. Конечно, если по опорам ЛЭП проводятся высокочастотные каналы связи.

Строительство ЛЭП, а также ее проектирование, плюс конструктивные особенности опор определяются правилами устройства электроустановок, то есть ПУЭ, а также различными строительными правилами и нормами, то есть СНиП. Вообще, строительство линий электропередач – дело непростое и очень ответственное. Поэтому их возведением занимаются специализированные организации и компании, где в штате есть высококвалифицированные специалисты.

Классификация воздушных линий электропередач

Сами воздушные высоковольтные линии электропередач делятся на несколько классов.

По роду тока:

• Переменного,
• Постоянного.

В основе своей воздушные ВЛ служат для передачи переменного тока. Редко можно встретить второй вариант. Обычно он используется для питания сети контактной или связной для обеспечения связью несколько энергосистем, есть и другие виды.

По напряжению воздушные ЛЭП делятся по номиналу этого показателя. Для информации перечислим их:

• для переменного тока: 0,4; 6; 10; 35; 110; 150; 220; 330; 400; 500; 750; 1150 киловольт (кВ);
• для постоянного используется всего один вид напряжение – 400 кВ.

При этом линии электропередач напряжением до 1,0 кВ считаются низшего класса, от 1,0 до 35 кВ – среднего, от 110 до 220 кВ – высокого, от 330 до 500 кВ – сверхвысокого, выше 750 кВ ультравысокого. Необходимо отметить, что все эти группы отличаются друг от друга лишь требованиями к расчетным условиям и конструктивным особенностям. Во всем остальном – это обычные высоковольтные линии электропередач.

Напряжение ЛЭП соответствует их назначению.

• Высоковольтная линия напряжением свыше 500 кВ считаются сверхдальними, они предназначаются для соединения отдельных энергосистем.
• Высоковольтная линия напряжением 220, 330 кВ считаются магистральными. Их основное назначение – соединить между собой мощные электростанции, отдельные энергосистемы, а также электростанции внутри данных систем.
• Воздушные ЛЭП напряжением 35-150 кВ устанавливаются между потребителями (большими предприятиями или населенными пунктами) и распределительными пунктами.
• ВЛ до 20 кВ используются в качестве линий электропередач, которые непосредственно подводят электрический ток к потребителю.

Классификация ЛЭП по нейтрале

• Трехфазные сети, в которых нейтраль не заземлена. Обычно такая схема используется в сетях напряжением 3-35 кВ, где протекают малые токи.
• Трехфазные сети, в которых нейтраль заземлена через индуктивность. Это так называемый резонансно-заземленный тип. В таких ВЛ используется напряжение 3-35 кВ, в которых протекают токи большой величины.
• Трехфазные сети, в которых нейтральная шина полностью заземлена (эффективно-заземленная). Этот режим работы нейтрали используется в ВЛ со средним и сверхвысоким напряжением. Обратите внимание, что в таких сетях необходимо использовать трансформаторы, а не автотрансформаторы, в которых нейтраль заземлена наглухо.
• И, конечно, сети с глухозаземленной нейтралью. В таком режиме работают ВЛ напряжением ниже 1,0 кВ и выше 220 кВ.

К сожалению, существует и такое разделения линий электропередач, где учитывается эксплуатационное состояние всех элементов ЛЭП. Это ЛЭП в нормальном состоянии, где провода, опоры и другие составляющие находятся в приличном состоянии. В основном упор делается на качество проводов и тросов, они не должны быть оборваны. Аварийное состояние, где качество проводов и тросов оставляет желать лучшего. И монтажное состояние, когда производится ремонт или замена проводов, изоляторов, кронштейнов и других компонентов ЛЭП.

Элементы воздушной ЛЭП

Между специалистами всегда происходят разговоры, в которых применяются специальные термины, касающиеся линий электропередач. Непосвященному в тонкости сленга понять этот разговор достаточно сложно. Поэтому предлагаем расшифровку этих терминов.

• Трасса – это ось прокладки ЛЭП, которая проходит по поверхности земли.
• ПК – пикеты. По сути, это отрезки трассы ЛЭП. Их длина зависит от рельефа местности и от номинального напряжения трассы. Нулевой пикет – это начало трассы.
• Строительство опоры обозначается центровым знаком. Это центр установки опоры.
• Пикетаж – по сути, это простая установка пикетов.
• Пролет – это расстояние между опорами, а точнее, между их центрами.
• Стрела провеса – это дельта между самой низшей точкой провеса провода и строго натянутой линией между опорами.
• Габарит провода – это опять-таки расстояние между самой низшей точкой провеса и самой высшей точкой пролегаемых под проводами инженерных сооружений.
• Петля или шлейф. Это часть провода, которая соединяет на анкерной опоре провода соседних пролетов.

Кабельные ЛЭП

Итак, переходим к рассмотрению такого понятия, как кабельные линии электропередач. Начнем с того, что это не голые провода, которые используются в воздушных линиях электропередач, это закрытые в изоляцию кабели. Обычно кабельные ЛЭП представляют собой несколько линий, установленные рядом друг с другом в параллельном направлении. Длины кабеля для этого бывает недостаточно, поэтому между участками устанавливаются соединительные муфты. Кстати, нередко можно встретить кабельные линии электропередач с маслонаполнением, поэтому такие сети часто укомплектовываются специальной малонаполнительной аппаратурой и системой сигнализации, которая реагирует на давление масла внутри кабеля.

Если говорить о классификации кабельных линий, то они идентичны классификации линий воздушных. Отличительные особенности есть, но их не так много. В основном эти две категории отличаются между собой способом прокладки, а также конструктивными особенностями. К примеру, по типу прокладки кабельные ЛЭП делятся на подземные, подводные и по сооружениям.

Две первые позиции понятны, а что относится к позиции «по сооружениям»?

• Кабельные туннели. Это специальные закрытые коридоры, в которых производится прокладка кабеля по установленным опорным конструкциям. В таких туннелях можно свободно ходить, проводя монтаж, ремонт и обслуживание электролинии.
• Кабельные каналы. Чаще всего они являются заглубленными или частично заглубленными каналами. Их прокладка может производиться в земле, под напольным основанием, под перекрытиями. Это небольшие каналы, в которых ходить невозможно. Чтобы проверить или установить кабель, придется демонтировать перекрытие.
• Кабельная шахта. Это вертикальный коридор с прямоугольным сечением. Шахта может быть проходной, то есть, с возможностью помещаться в нее человеку, для чего она снабжается лестницей. Или непроходной. В данном случае добраться до кабельной линии можно, только сняв одну из стенок сооружения.
• Кабельный этаж. Это техническое пространство, обычно высотою 1,8 м, оснащенное снизу и сверху плитами перекрытия.
• Укладывать кабельные линии электропередач можно и в зазор между плитами перекрытия и полом помещения.
• Блок для кабеля – это сложное сооружение, состоящее из труб прокладки и нескольких колодцев.
• Камера – это подземное сооружение, закрытое сверху железобетонной или плитой. В такой камере производится соединение муфтами участков кабельной ЛЭП.
• Эстакада – это горизонтальное или наклонное сооружение открытого типа. Она может быть надземной или наземной, проходной или непроходной.
• Галерея – это практически то же самое, что и эстакада, только закрытого типа.

И последняя классификация в кабельных ЛЭП – это тип изоляции. В принципе, основных видов два: твердая изоляция и жидкостная. К первой относятся изоляционные оплетки из полимеров (поливинилхлорид, сшитый полиэтилен, этилен-пропиленовая резина), а также другие виды, к примеру, промасленная бумага, резино-бумажная оплетка. К жидкостным изоляторам относится нефтяное масло. Есть и другие виды изоляции, к примеру, специальными газами или другими видами твердых материалов. Но их используют сегодня очень редко.

Заключение по теме

Разнообразие линий электропередач сводится к классификации двух основных видов: воздушных и кабельных. Оба варианта сегодня используются повсеместно, поэтому не стоит отделять один от другого и давать предпочтение одному перед другим. Конечно, строительство воздушных линий сопряжено с большими капиталовложениями, потому что прокладка трассы – это установка опор в основном металлических, которые имеют достаточно сложную конструкцию. При этом учитывается, какая сеть, под каким напряжением будет прокладываться.

Усиленно развивающаяся промышленность требует введения современных мощностей для образования и передачи электроэнергии.

Кабельные линии интегрируются в кабельную систему коммуникаций, являющейся фундаментом большой энергетической системы.

Воздушные и кабельные линии электропередачи применяются в современном строительстве. Положительной особенностью кабельных линий, является возможность их проведения в малодоступных местах. В последнее время, воздушные линии смело заменяют кабельными, по причине ограничения земельных участков, – необходимых для установки фиксирующих опор.

Техническая характеристика энергокабелей

В согласии с ГОСТ, кабели производят силового и контрольного назначения. Кабельные силовые линии предназначены передавать, распределять электроэнергию в электроустановках. Контрольные – используют для организации цепей контроля, передачи сигналов, ДУ и автоматики. Линии электрической передачи (ЛЭП) от 6 до 10 кВ и более, выполняются силовым кабелем.

Внутри СК может находиться 1, 2, 3 или 4 изолированные жилы, герметично закупоренных защитной пленкой (Рис.1).

Рис.1 трехжильный СК «ААБ»: 1 – сегментные жилы; 2,3,4 – изолирующий материал; 5-герметическая оболочка; 6,7,8 – завершающий защитный покров.

Токоведущие жилы бывают алюминиевого и медного происхождения, в конструкции СК, обычно, используют алюминиевый материал. Жилы могут быть многопроволочные и однопроволочные (при маркировке добавляется значение «ож»).

Изоляция. При изготовлении кабеля проводят изоляцию жил, она может выполняться специальным резиновым, бумажным или пластмассовым материалом. Для силовых конструкций, чаще всего, применяют изоляцию из пластмассового материала и, пропитанной специальным составом, бумаги.

У кабелей с напряжением до 10 кВ, изолируется по отдельности каждая жилка (бумажная изоляция). Затем осуществляют поясную изоляцию – все жилы вместе изолируют от оболочки. Зазоры между жилами наполняются бумажными жгутами.

Упомянутая техника изоляции делает кабель меньшим в диаметре, наделяет его нужной электропрочностью.

Защитная оболочка . Применяют в качестве герметизирующего материала, предотвращая повреждение кабельной конструкции в случае воздействия внешних факторов.

Оболочка может быть выполнена:

• часто из алюминия;
• свинца (для кабельной линии электропередач в воде);
• резины (полихлоропреновый каучук);
• пластика (материал поливинилхлорид).

Защитный слой . Выполняет свои функции, относительно кабельной оболочки. Служит преградой от внешних воздействий, защищает внутреннюю структуру от механических повреждений и образования коррозии. В зависимости от предназначения кабеля, его защитный покров может состоять из подушки, брони и внешнего покрова.

Бронированные конструкции применяют в создании кабельных линий электропередач, используемых для прокладывания в воде и земле. Их защитный слой, с внешней стороны, снабжается дополнительно предохраняющим от химических воздействий пластом.

Правила маркирования

Маркирование силовых кабелей составляют из символов, обозначающих материал, применяемый для изготовления: жил, изоляции, оболочки и защитного слоя. Наименование очень важно при выборе кабелей для прокладки воздушных и кабельных линий электропередач.

Использование медных жил не имеет символики, алюминиевые – в начале названия, отмечают буквой «А».

Обозначения также не имеет бумажная изоляция, все остальные изолирующие материалы:

• П – полиэтиленовая;
• В – поливинилхлоридная;
• Р – резиновая изоляция.

Следующий символ соответствует материалу, из которого выполнена защитная оболочка:

• А – алюминий;
• В – поливинилхлорид;
• С – свинец;
• П – полиэтилен;
• Р – резина.

Завершается маркировка буквами указывающими вид защитного слоя:

• Г – отсутствует броня и внешнее преграждающее покрытие;
• (Г) – гофрированный алюминиевый слой;
• Т – усиленный свинцовый слой;
• Шв – гладкий алюминиевый слой в поливинилхлоридовом шланге.

Стоящая в конце маркирования буква «В», – кабель с обедненной пропиткой. Кабельные линии электропередач с обедненной пропитанной изоляцией и свинцовой оболочкой, прокладывают на трасах с перепадом высот до 100 м. Ограничения исключаются при использовании в конструкции алюминиевой оболочки.

Буква «Ц» – говорит о применении бумажной изоляции пропитанной нестекающей массой изготовленной на основе церезина. Кабель данного типа используют для организации кабельных линий электропередач на крутонаклонных трассах. Без ограничения в перепадах высот. После буквенной маркировки ставятся цифры, обозначающие сечение токопроводящих жил.

Монтаж кабельных линий

Монтаж высоковольтных линий электропередач может осуществляться как внутри, так и снаружи сооружений.

Воздушные и кабельные линии электропередач имеют между собой значительные отличия. ВЛ – используют для передачи энергии или ее распределения по проводам проходящим на открытом воздухе. Воздушные кабельные линии крепятся к опорам с помощью кронштейнов и арматуры.

Кабельные линии электропередач прокладывают:

• В земляных траншеях. Чтобы исключить повреждения новой кабельной линии при ее прокладывании в траншеи, дно рва засыпают слоем песка или провеянной землей. Таким образом, делают мягкую подушку толщиной 10 см. После прокладки подземной кабельной линии ее засыпают мягким земляным слоем толщиной 10 см. Поверх него кладут бетонные плиты, необходимые для исключения механических повреждений, ров засыпают и утрамбовывают землей.

Подземные кабельные линии помимо достоинств, имеют большой недостаток. При повреждении кабельной системы придется вскрывать траншею, перекрывать проезжую или пешеходную зону. Несмотря на это, прокладывание кабельных линий электропередач в траншеях, часто используется на внутренних территориях жилмассивов.

• В асбестоцементных трубах . Новые кабельные линии могут прокладываться под проезжей и пешеходной частью, с использованием асбестовых труб.

В земляные канавы укладывают от 6 до 10 труб, на расстоянии 25-75 метров строят колодцы, посредством которых монтируют кабельные линии электропередач.

Основными достоинствами данного метода прокладки является защита кабельной линии электропередач от повреждений. Оперативность и простота замены участка поврежденной кабельной системы, без необходимости вскрытия пешеходных зон. Но и стоимость такой конструкции достаточно высока.

• В тоннелях и подземных коллекторах . Данный вид проекта кабельной линии был разработан в связи с ограниченным объемом требуемых мощностей, промышленными предприятиями современных городов.

Подобный метод прокладки дает возможность оперативно осуществлять поиск повреждения, своевременно выполнять ремонтные работы. Часть поврежденной кабельной линии легко заменяется новой, после чего на краях вставки монтируют муфты. Недостатком является плохое охлаждение кабельной линии электропередач, что необходимо учесть при выборе сечения.

Кабельные линии связи прокладывают в коллекторах. Если в проекте кабельная линия связи пересекается с другой кабельной системой, то она должна располагаться на уровень выше силового кабеля. А высоковольтные кабельные линии должны проходить на уровень ниже, под кабелем меньшего напряжения.

Паспорт для существующей кабельной линии

Кабельная линия электропередач должна иметь техпаспорт, для записей технического состояния системы. В паспорт кабельной линии образец можно скачать в интернете, заносятся инженером, ответственным за выполнение эксплуатационных работ, данные о проведенных испытаниях. Ведется запись о ремонтных работах, о появлении механических и коррозийных повреждений.

На проект кабельной линии заводится архив, в которой собирается вся последующая техническая документация. Помимо паспорта в нее входят: протоколы, акты, отметки о повреждениях, расчет потерь в кабеле, данные о нагрузках и перегрузках на линии.

Безопасность работ в охранной зоне ЛЭП

Охранная зона для воздушных ЛЭП, согласно СНИП и ПУЭ, представляет собой пространство, идущее вдоль проложенных линий. Вертикальные параллельные плоскости, расположенные с обеих сторон линии, ограничивают пространство.

Для кабельных линий, проложенных под землей, охранное пространство создается на участке земли, ограничивается параллельными вертикальными плоскостями с обеих сторон линии (расстояние один метр от крайних кабелей).

Основными элементами воздушных линий являются провода, изоляторы, линейная арматура, опоры и фундаменты. На воздушных линиях переменного трехфазного тока подвешивают не менее трех проводов, составляющих одну цепь; на воздушных линиях постоянного тока - не менее двух проводов.

По количеству цепей ВЛ подразделяются на одно, двух и многоцепные. Количество цепей определяется схемой электроснабжения и необходимостью ее резервирования. Если по схеме электроснабжения требуются две цепи, то эти цепи могут быть подвешены на двух отдельных одноцепных ВЛ с одноцепными опорами или на одной двухцепной ВЛ с двухцепными опорами. Расстояние / между соседними опорами называют пролетом, а расстояние между опорами анкерного типа - анкерным участком.

Провода, подвешиваемые на изоляторах (А, - длина гирлянды) к опорам (рис. 5.1, а), провисают по цепной линии. Расстояние от точки подвеса до низшей точки провода называется стрелой провеса /. Она определяет габарит приближения провода к земле А, который для населенной местности равен: до поверхности земли до 35 и ПО кВ - 7 м; 220 кВ - 8 м; до зданий или сооружений до 35 кВ - 3 м; 110 кВ - 4 м; 220 кВ - 5 м. Длина пролета / определяется экономическими условиями. Длина пролета до 1 кВ обычно составляет 30…75 м; ПО кВ - 150…200 м; 220 кВ - до 400 м.

Разновидности опор электропередач

В зависимости от способа подвески проводов опоры бывают:

1. промежуточные, на которых провода закрепляют в поддерживающих зажимах;
2. анкерного типа, служащие для натяжения проводов; на этихопорах провода закрепляют в натяжных зажимах;
3. угловые, которые устанавливают на углах поворота ВЛ с подвеской проводов в поддерживающих зажимах; они могут быть промежуточные, ответвительные и угловые, концевые, анкерные угловые.

Укрупнено же опоры ВЛ выше 1 кВ подразделяются на два вида анкерные, полностью воспринимающие тяжение проводов и тросов в смежных пролетах; промежуточные, не воспринимающие тяжение проводов или воспринимающие частично.

На ВЛ применяют деревянные опоры (рис. 5Л, б, в), деревянные опоры нового поколения (рис. 5.1, г), стальные (рис. 5.1, д) и железобетонные опоры.

Деревянные опоры ВЛ

Деревянные опоры ВЛ все еще имеют распространение в странах, располагающих лесными запасами. Достоинствами дерева как материала для опор являются: небольшой удельный вес, высокая механическая прочность, хорошие электроизоляционные свойства, природный круглый сортамент. Недостатком древесины является ее гниение, для уменьшения которого применяют антисептики.

Эффективным методом борьбы с гниением является пропитка древесины маслянистыми антисептиками. В США осуществляется переход к деревянным клееным опорам.

Для ВЛ напряжением 20 и 35 кВ, на которых применяют штыревые изоляторы, целесообразно применение одностоечных свечеобразных опор с треугольным расположением проводов. На воздушных ЛЭП 6 -35 кВ со штыревыми изоляторами при любом расположении проводов расстояние между ними D, м, должно быть не меньше значений, определяемых по формуле

где U - линии, кВ; - наибольшая стрела провеса, соответствующая габаритному пролету, м; Ь - толщина стенки гололеда, мм (не более 20 мм).

Для ВЛ 35 кВ и выше с подвесными изоляторами при горизонтальном расположении проводов минимальное расстояние между проводами, м, определяется по формуле

Стойку опоры выполняют составной: верхнюю часть (собственно стойку) - из бревен длиной 6,5…8,5 м, а нижнюю часть (так называемый пасынок) - из железобетона сечением 20 х 20 см, длиной 4,25 и 6,25 м или из бревен длиной 4,5…6,5 м. Составные опоры с железобетонным пасынком сочетают в себе преимущества железобетонных и деревянных опор: грозоустойчивость и сопротивляемость гниению в месте касания с грунтом. Соединение стойки с пасынком выполняют проволочными бандажами из стальной проволоки диаметром 4…6 мм, натягиваемой при помощи скрутки или натяжным болтом.

Анкерные и промежуточные угловые опоры для ВЛ 6 - 10 кВ выполняют в виде Аобразной конструкции с составными стойками.

Стальные опоры электропередачи

Широко применяют на ВЛ напряжением 35 кВ и выше.

По конструктивному исполнению стальные опоры могут быть двух видов:

1. башенные или одностоечные (см. рис. 5.1, д);
2. портальные, которые по способу закрепления подразделяютсяна свободностоящие опоры и опоры на оттяжках.

Достоинством стальных опор является их высокая прочность, недостатком - подверженность коррозии, что требует при эксплуатации проведения периодической окраски или нанесения антикоррозийного покрытия.

Опоры изготавливают из стального углового проката (в основном применяют равнобокий уголок); высокие переходные опоры могут быть изготовлены из стальных труб. В узлах соединения элементов применяют стальной лист различной толщины. Независимо от конструктивного исполнения стальные опоры выполняют в виде пространственных решетчатых конструкций.

Железобетонные опоры электропередачи

По сравнению с металлическими более долговечны и экономичны в эксплуатации, так как требуют меньше ухода и ремонта (если брать жизненный цикл, то железобетонные - более энергозатратны). Основное преимущество железобетонных опор - уменьшение расхода стали на 40…75%, недостаток - большая масса. По способу изготовления железобетонные опоры подразделяются на бетонируемые на месте установки (большей частью такие опоры применяют зарубежом) и заводского изготовления.

Крепление траверс к стволу стойки железобетонной опоры выполняют с помощью болтов, пропущенных через специальные отверстия в стойке, или с помощью стальных хомутов, охватывающих ствол и имеющих цапфы для крепления на них концов поясов траверс. Металлические траверсы предварительно подвергают горячей оцинковке, поэтому они долгое время не требуют при эксплуатации специального ухода и наблюдения.

Провода воздушных линий выполняют неизолированными, состоящими из одной или нескольких свитых проволок. Провода из одной проволоки, называемые однопроволочными (их изготавливают сечением от 1 до 10 мм2), имеют меньшую прочность и применяются только на ВЛ напряжением до 1 кВ. Многопроволочные провода, свитые из нескольких проволок, применяются на ВЛ всех напряжений.

Материалы проводов и тросов должны иметь высокую электрическую проводимость, обладать достаточной прочностью, выдерживать атмосферные воздействия (в этом отношении наибольшей стойкостью обладают медные и бронзовые провода; провода из алюминия подвержены коррозии, особенно на морских побережьях, где в воздухе содержатся соли; стальные провода разрушаются даже в нормальных атмосферных условиях).

Для ВЛ применяют однопроволочные стальные провода диаметром 3,5; 4 и 5 мм и медные провода диаметром до 10 мм. Ограничение нижнего предела обусловлено тем, что провода меньшего диаметра имеют недостаточную механическую прочность. Верхний предел ограничен из-за того, что изгибы однопроволочного провода большего диаметра могут вызвать в его внешних слоях такие остаточные деформации, которые будут снижать его механическую прочность.

Многопроволочные провода, скрученные из нескольких проволок, обладают большой гибкостью; такие провода могут выполняться любым сечением (их изготавливают сечением от 1,0 до 500 мм2).

Диаметры отдельных проволок и их количество подбирают так, чтобы сумма поперечных сечений отдельных проволок дала требуемое общее сечение провода.

Как правило, многопроволочные провода изготавливают из круглых проволок, причем в центре помещается одна или несколько проволок одинакового диаметра. Длина скрученной проволоки немного больше длины провода, измеренной по его оси. Это вызывает увеличение фактической массы провода на 1 …2 % по сравнению с теоретической массой, которая получается при умножении сечения провода на длину и плотность. Во всех расчетах принимается фактическая масса провода, указанная в соответствующих стандартах.

Марки неизолированных проводов обозначают:

• буквами М, А, АС, ПС - материал провода;
• цифрами - сечение в квадратных миллиметрах.

Алюминиевая проволока А может быть:

• марки AT (твердой неоттоженной)
• AM (отожженной мягкой) сплавов АН, АЖ;
• АС, АСХС - из стального сердечника и алюминиевых проволок;
• ПС - из стальных проволок;
• ПСТ - из стальной оцинкованной проволоки.

Например, А50 обозначает алюминиевый провод, сечение которого равно 50 мм2;

• АС50/8 - сталеалюминевый провод сечением алюминиевой части 50 мм2, стального сердечника 8 мм2 (в электрических расчетах учитывается проводимость только алюминиевой части провода);
• ПСТЗ,5, ПСТ4, ПСТ5 - однопроволочные стальные провода, где цифры соответствуют диаметру провода в миллиметрах.

Стальные тросы, применяемые на ВЛ в качестве грозозащитных, изготавливают из оцинкованной проволоки; их сечение должно быть не менее 25 мм2. На ВЛ напряжением 35 кВ применяют тросы сечением 35 мм2; на линиях ПО кВ - 50 мм2; на линиях 220 кВ и выше -70 мм2.

Сечение многопроволочных проводов различных марок определяется для ВЛ напряжением до 35 кВ по условиям механической прочности, а для ВЛ напряжением ПО кВ и выше - по условиям потерь на корону. На ВЛ при пересечении различных инженерных сооружений (линий связи, железных и шоссейных дорог и т.д.) необходимо обеспечивать более высокую надежность, поэтому минимальные сечения проводов в пролетах пересечений должны быть увеличены (табл. 5.2).

При обтекании проводов потоком воздуха, направленным поперек оси ВЛ или под некоторым углом к этой оси, с подветренной стороны провода возникают завихрения. При совпадении частоты образования и перемещения вихрей с одной из частот собственных колебаний провод начинает колебаться в вертикальной плоскости.

Такие колебания провода с амплитудой 2…35 мм, длиной волны 1…20 м и частотой 5…60 Гц называются вибрацией.

Обычно вибрация проводов наблюдается при скорости ветра 0,6… 12,0 м/с;

Стальные провода не допускаются в пролетах над трубопроводами и железными дорогами.

Вибрация, как правило, имеет место в пролетах длиной более 120 м и на открытой местности. Опасность вибрации заключается в обрыве отдельных проволок провода на участках их выхода из зажимов изза повышения механического напряжения. Возникают переменные от периодических изгибов проволок в результате вибрации и сохраняются в подвешенном проводе основные растягивающие напряжения.

В пролетах длиной до 120 м защиты от вибрации не требуется; не подлежат защите и участки любых ВЛ, защищенных от поперечных ветров; на больших переходах рек и водных пространств требуется защита независимо от в проводах. На ВЛ напряжением 35 …220 кВ и выше защиту от вибрации выполняют путем установки виброгасителей, подвешенных на стальном тросе, поглощающих энергию вибрирующих проводов с уменьшением амплитуды вибрации около зажимов.

При гололеде наблюдается так называемая пляска проводов, которая, так же как и вибрация, возбуждается ветром, но отличается от вибрации большей амплитудой, достигающей 12… 14 м, и большей длиной волны (с одной и двумя полуволнами в пролете). В плоскости, перпендикулярной оси ВЛ, провод На напряжении 35 - 220 кВ провода изолируют от опор гирляндами подвесных изоляторов. Для изоляции ВЛ 6 -35 кВ применяют штыревые изоляторы.

Проходя по проводам ВЛ, выделяет теплоту и нагревает провод. Под влиянием нагрева провода происходят:

1. удлинение провода, увеличение стрелы провеса, изменение расстояния до земли;
2. изменение натяжения провода и его способности нести механическую нагрузку;
3. изменение сопротивления провода, т. е. изменение потерь электрической мощности и энергии.

Все условия могут изменяться при наличии постоянства параметров окружающей среды или изменяться совместно, воздействуя на работу провода ВЛ. При эксплуатации ВЛ считают, что при номинальном токе нагрузки температура провода составляет 60…70″С. Температура провода будет определяться одновременным воздействием тепловыделения и охлаждения или теплоотвода. Теплоотвод проводов ВЛ возрастает с увеличением скорости ветра и понижением температуры окружающего воздуха.

При уменьшении температуры воздуха от +40 до 40 °С и увеличении скорости ветра от 1 до 20 м/с тепловые потери изменяются от 50 до 1000 Вт/м. При положительных температурах окружающего воздуха (0…40 °С) и незначительных скоростях ветра (1 …5 м/с) тепловые потери составляют 75…200 Вт/м.

Для определения воздействия перегрузки на увеличение потерь сначала определяется

где RQ - сопротивление провода при температуре 02, Ом; R0] - сопротивление провода при температуре, соответствующей расчетной нагрузке в условиях эксплуатации, Ом; А/.у.с - коэффициент температурного увеличения сопротивления, Ом/°С.

Увеличение сопротивления провода по сравнению с сопротивлением, соответствующим расчетной нагрузке, возможно при перегрузке 30 % на 12 %, а при перегрузке 50 % - на 16 %

Увеличения потери AUпри перегрузке до 30 % можно ожидать:

1. при расчете ВЛ на AU =5% А?/30 = 5,6%;
2. при расчете ВЛ на А17= 10 % Д?/30 = 11,2 %.

При перегрузке ВЛ до 50 % увеличение потери будет равно соответственно 5,8 и 11,6 %. Учитывая график нагрузки, можно отметить, что при перегрузке ВЛ до 50 % потери кратковременно превышают допустимые нормативные значения на 0,8… 1,6 %, что существенно не влияет на качество электроэнергии.

Применение провода СИП

С начала века получили распространение низковольтные воздушные сети, выполненные как самонесущая система изолированных проводов (СИП).

Используется СИП в городах как обязательнаяпрокладка, как магистраль в сельских зонах со слабой плотностью населения, ответвления к потребителям. Способы прокладки СИП различны: натягивание на опорах; натягивание по фасадам зданий; прокладка вдоль фасадов.

Конструкция СИП (униполярных бронированных и небронированных, триполярных с изолированной или голой несущей нейтралью) в общем случае состоит из медной или алюминиевой проводниковой многопроволочной жилы, окруженной внутренним полупроводниковым экструдированным экраном, затем - изоляцией из шитого полиэтилена, полиэтилена или ПВХ. Герметичность обеспечивается порошком и компаундированной лентой, поверх которых расположен металлический экран из меди или алюминия в виде спирально уложенных нитей или ленты, с использованием экструдированного свинца.

Поверх подушки кабельной брони, выполненной из бумаги, ПВХ, полиэтилена, делают броню из алюминия в виде сетки из полосок и нитей. Внешняя защита выполнена из ПВХ, полиэтилена без гелогена. Пролеты прокладки, рассчитанные с учетом ее температуры и сечения проводов (не менее 25 мм2 для магистралей и 16 мм2 на ответвлениях к вводам для потребителей, 10 мм2 для сталеалюминиевого провода) составляют от 40 до 90 м.

При небольшом повышении затрат (около 20 %) по сравнению с неизолированными проводами надежность и безопасность линии, оснащенной СИП, повышается до уровня надежности и безопасности кабельных линий. Одним из преимуществ воздушных линий с изолированными проводами ВЛИ перед обычными ЛЭП является снижение потерь и мощности за счет уменьшения реактивного сопротивления. Параметры прямой последовательности линий:

• АСБ95 - R = 0,31 Ом/км; Х= 0,078 Ом/км;
• СИП495 - соответственно 0,33 и 0,078 Ом/км;
• СИП4120 - 0,26 и 0,078 Ом/км;
• АС120 - 0,27 и 0,29 Ом/км.

Эффект от снижения потерь при применении СИП и неизменности тока нагрузки может составлять от 9 до 47 %, потерь мощности - 18 %.

Над беспроводным вариантом передачи электроэнергии еще в самом начале 20-го века работал выдающийся изобретатель сербского происхождения Никола Тесла, но даже спустя столетие подобные разработки масштабного промышленного применения не получили. Основным способом доставки энергии потребителю по-прежнему остаются кабельные и воздушные линии электропередач.

Линии электропередач: назначение и виды

Линия электропередачи - едва ли не самый основной компонент электрических сетей, входящий в систему энергетического оборудования и устройств, главное предназначение которой - передача электрической энергии от установок, ее производящих (электростанций), преобразующих и распределяющих (электроподстанций) к потребителям. В общих случаях так называют все электрические линии, находящиеся вне пределов перечисленных электросооружений.

Историческая справка: первая ЛЭП (постоянного тока, напряжением 2 кВ) была сооружена в Германии по проекту французского ученого Ф. Депре в 1882 году. Она имела протяженность около 57 км и соединяла города Мюнхен и Мисбах.

По способу монтажа и обустройства разделяют кабельные и воздушные линии электропередач. В последние годы, особенно для энергоснабжения мегаполисов, возводят газоизолированные линии. Их применяют для передачи высоких мощностей в условиях очень плотной застройки для экономии площади, занимаемой ЛЭП, и обеспечения экологических норм и требований.

Кабельные линии находят применение там, где обустройство воздушных затруднительно или невозможно по техническим или эстетическим параметрам. Из-за сравнительной дешевизны, лучшей ремонтопригодности (в среднем время ликвидации аварии или неисправности в 12 раз меньше) и высокой пропускной способности наиболее востребованы воздушные линии электропередачи.

Определение. Общая классификация

Электрическая воздушная линия (ВЛЭП) - совокупность устройств, расположенных на открытом воздухе и предназначенных для передачи электроэнергии. В состав воздушных линий входят провода, траверсы с изоляторами, опоры. В качестве последних в некоторых случаях могут выступать конструктивные элементы мостов, путепроводов, зданий и прочих сооружений. При возведении и эксплуатации воздушных линий электропередач и сетей также используется различная вспомогательная арматура (грозозащита, заземляющие устройства), дополнительное и сопутствующее оборудование (высокочастотной и волоконно-оптической связи, промежуточного отбора мощности) и элементы маркировки комплектующих.

По роду передаваемой энергии воздушные линии подразделяют на сети переменного и постоянного тока. Последние, ввиду определенных технических трудностей и неэффективности, широкого распространения не получили и применяются лишь для энергоснабжения специализированных потребителей: приводов постоянного тока, электролизных цехов, городских контактных сетей (электрифицированного транспорта).

По номинальному напряжению воздушные линии электропередачи принято делить на два больших класса:

1. Низковольтные, напряжением до 1 кВ. Государственными стандартами определяются четыре номинальных значения: 40, 220, 380 и 660 В.
2. Высоковольтные, свыше 1 кВ. Здесь определены двенадцать номинальных значений: среднего напряжения - от 3 до 35 кВ, высокого - от 110 до 220 кВ, сверхвысокого - 330, 500 и 700 кВ и ультравысокого - свыше 1 МВ.

Примечание: все приведенные цифры соответствуют межфазному (линейному) напряжению трехфазной сети (шести- и двенадцатифазные системы серьезного промышленного распространения не имеют).

От ГОЭЛРО до ЕЭС

Следующая классификация описывает инфраструктуру и функциональное назначение воздушных линий электропередач.

По охвату территории сети подразделяют:

• на сверхдальние (напряжение свыше 500 кВ), предназначенные для связи региональных энергетических систем;
• магистральные (220, 330 кВ), служащие для их формирования (соединения электростанций с распределительными сооружениями);
• распределительные (35 - 150 кВ), основное предназначение которых поставка электроэнергии крупным потребителям (объектам промышленности, аграрного комплекса и крупным населенным пунктам);
• подводящие или питающие (ниже 20 кВ), обеспечивающие энергоснабжение остальных потребителей (городских, промышленных и сельскохозяйственных).

Воздушные линии электропередач имеют важное значение в формировании Единой энергетической системы страны, основа которой была заложена еще при реализации плана ГОЭЛРО (Государственная электрификация России) молодой Советской республики около столетия назад для обеспечения высокого уровня надежности энергоснабжения, его отказоустойчивости.

По топологической структуре и конфигурации ВЛЭП могут быть разомкнутыми (радиальными), замкнутыми, с резервным (содержащим два и более источника) питанием.

По числу параллельных цепей, проходящих по одной трассе, линии разделяют на одно-, двух- и многоцепные (под цепью понимается полный комплект проводов трехфазной сети). Если цепи имеют различные номинальные значения напряжения, то такую ВЛЭП называют комбинированной. Цепи могут крепиться как на одной опоре, так и на разных. Естественно, в первом случае масса, габариты и сложность опоры возрастают, но сокращается охранная зона линии, что в густонаселенной местности иногда играет решающую роль при составлении проекта.

Дополнительно используют разделение воздушных линий и сетей, исходя из исполнения нейтралей (изолированная, глухозаземленная и т. д.) и режиму работы (штатный, аварийный, монтажный).

Охранная зона

Для обеспечения сохранности, нормального функционирования, удобства обслуживания и ремонта ВЛЭП, а также для предотвращения травматизма и гибели людей, вдоль трасс вводятся зоны с особым режимом использования. Таким образом, охранная зона воздушных линий электропередачи - это земельный участок и воздушное пространство над ним, заключенное между вертикальными плоскостями, стоящими на определенном расстоянии от крайних проводов. В охранных зонах запрещена работа грузоподъемной техники, строительство зданий и сооружений. Минимальное расстояние от воздушной линии электропередачи определяется номинальным напряжением.

При пересечении несудоходных водоемов, охранной зоне воздушных линий электропередач соответствуют аналогичные расстояния, а для судоходных ее размер увеличивается до 100 метров. Кроме того, руководящими указаниями определяются наименьшие удаления проводов от поверхности земли, производственных и жилых построек, деревьев. Запрещена прокладка высоковольтных трасс над крышами зданий (кроме производственных, в особо оговоренных случаях), над территориями детских учреждений, стадионов, культурно-развлекательных и торговых площадок.

Опоры - конструкции, выполненные из дерева, железобетона, металла или композитных материалов для обеспечения необходимого расстояние проводов и грозозащитных тросов от земной поверхности. Самый бюджетный вариант - деревянные стойки, используемые очень широко в прошлом веке при строительстве высоковольтных линий, - постепенно выводятся из эксплуатации, а новые почти не устанавливаются. К основным элементам опор воздушных линий электропередачи относятся:

• фундаментные основания,
• стойки,
• подкосы,
• растяжки.

Конструкции разделяют на анкерные и промежуточные. Первые устанавливают в начале и конце линии, при изменении направления трассы. Особый класс анкерных опор - переходные, используемые на пересечениях ВЛЭП с водными артериями, путепроводами и подобными объектами. Это самые массивные и высоконагруженные конструкции. В сложных случаях их высота может достигать 300 метров!

Прочность и габариты конструкции промежуточных опор, используемых только для прямых участков трасс, не столь внушительны. В зависимости от назначения, их разделяют на транспозиционные (служащие для смены месторасположения фазных проводов), перекрестные, ответвительные, пониженные и повышенные. С 1976 года все опоры были строго унифицированы, но в наши дни наблюдается процесс отхода от массового применения типовых изделий. Каждую трассу стараются максимально адаптировать к условиям рельефа, ландшафта и климата.

Главное требование к проводам ВЛЭП - высокая механическая прочность. Делятся на два класса - неизолированные и изолированные. Могут быть выполнены в виде многопроволочных и однопроволочных проводников. Последние, состоящие из одной медной или стальной жилы, применяются только для строительства трасс низкого напряжения.

Многопроволочные провода для воздушных линий электропередач могут быть выполнены из стали, сплавов на основе алюминия или чистого металла, меди (последние, вследствие высокой стоимости, на протяженных трассах, практически не используются). Наиболее распространены проводники, изготовленные из алюминия (в обозначении присутствует буква "А") или сталеалюминиевых сплавов (марка АС или АСУ (усиленные)). Конструктивно представляют собой скрученные стальные проволоки, поверх которых навиты алюминиевые жилы. Стальные, для защиты от коррозии, оцинковывают.

Выбор сечения производят в соответствии с передаваемой мощностью допустимого падения напряжения, механических характеристик. Стандартные сечения проводов, производимых в России, - 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120 и 240. Представление о минимальных сечениях проводов, применяемых для сооружения воздушных линий, можно получить из таблицы, приведенной ниже.

Ответвления выполняют чаще изолированными проводами (марки АПР, АВТ). Изделия имеют атмосферостойкое изоляционное покрытие и стальной несущий тросик. Соединения проводов в пролетах монтируют на участках, не подверженных механическим воздействиям. Сращивают их обжатием (с применением соответствующих приспособлений и материалов) либо свариванием (термитными шашками или специальным аппаратом).

В последние годы при возведении воздушных линий все чаще используют самонесущие изолированные провода. Для ВЛЭП низкого напряжения промышленностью выпускаются марки СИП-1, -2 и -4, а для линий 10-35 кВ - СИП-3.

На трассах напряжением свыше 330 кВ, для предотвращения коронных разрядов, практикуется применение расщепленной фазы - один провод большого сечения заменяется несколькими меньшими, скрепленными между собой. С ростом номинального напряжения их число увеличивается от 2 до 8.

Линейная арматура

К арматуре ВЛЭП относятся траверсы, изоляторы, зажимы и подвесы, планки и распорки, крепежные приспособления (скобы, хомуты, метизы).

Основная функция траверс - крепление проводов таким образом, чтобы обеспечить необходимое расстояние между разноименными фазами. Изделия представляют собой специальные металлоконструкции, выполненные из уголков, полосы, штырей и т. д. с окрашенной или оцинкованной поверхностью. Существует около двух десятков типоразмеров и видов траверс, весом от 10 до 50 кг (обозначаются как ТМ-1...ТМ22).

Изоляторы применяют для надежного и безопасного крепления проводов. Их подразделяют по группам, в зависимости от материала изготовления (фарфор, закаленное стекло, полимеры), функционального назначения (опорные, проходные, вводные) и способов крепления к траверсам (штыревые, стержневые и подвесные). Изоляторы изготавливают под определенное напряжение, которое обязательно указывают в буквенно-цифровой маркировке. Главные требования, предъявляемые к этому типу арматуры при устройстве воздушных линий электропередач, - механическая и электрическая прочность, теплостойкость.

Для уменьшения вибрации линии и предотвращения изломов проволок проводов применяют специальные гасящие устройства или демпфирующие петли.

Технические параметры и защита

При проектировании и монтаже воздушных линий электропередач учитывают следующие важнейшие характеристики:

• Длину промежуточного пролета (дистанцию между осями соседних стоек).
• Расстояние удаления друг от друга фазных проводников и самого нижнего - от поверхности земли (габарит линии).
• Длину гирлянды изоляторов в соответствии с номинальным напряжением.
• Полную высоту опор.

Получить представление об основных параметрах воздушных линий электропередач 10 кВ и выше можно из таблицы.

Для предупреждения повреждений воздушных линий и профилактики аварийных отключений во время грозы над фазными проводами пускают стальной или сталеалюминиевый тросовый молниеотвод, сечением 50-70 мм 2 , заземленный на опорах. Нередко его выполняют полым, и это пространство используют для организации высокочастотных каналов связи.

Защиту от возникающих при ударах молнии перенапряжений обеспечивают вентильные разрядники. В случае возникновения на проводах индуцированного грозового импульса, происходит пробой искрового промежутка, в результате которого разряд перетекает на опору, имеющую потенциал земли, не повреждая изоляции. Сопротивление опоры уменьшают, используя специальные заземляющие устройства.

Подготовка и монтаж

Технологический процесс сооружения ВЛЭП состоит из подготовительных, строительно-монтажных и пусковых работ. К первым относят закупку оборудования и материалов, железобетонных и металлических конструкций, изучение проекта, подготовку трассы и пикетаж, разработку ППЭР (плана производства электромонтажных работ).

Строительные работы включают в себя рытье котлованов, установку и сборку опор, распределение по трассе арматуры и комплектов заземления. Непосредственно монтаж воздушных линий электропередач начинают с раскатки проводов и тросов, выполнения соединений. Затем следует подъем их на опоры, натяжка, визирование стрел провеса (наибольшего расстояния между проводом и прямой линией, соединяющей точки его крепления к опорам). В завершение увязывают провода и тросы на изоляторах.

Кроме общих мер безопасности, работы на воздушных линиях электропередач подразумевают соблюдение следующих правил:

• Прекращение всех работ при приближении грозового фронта.
• Обеспечение защиты персонала от воздействия наведенных в проводах электрических потенциалов (закорачивание и заземление).
• Запрещение работы в ночное время (кроме монтажа пересечений с путепроводами, железными дорогами), гололеде, тумане, при скорости ветра более 15 м/с.

Перед вводом в эксплуатацию проверяют стрелу провеса и габариты линии, измеряют падение напряжения в соединителях, сопротивление заземляющих устройств.

Обслуживание и ремонт

По регламентам работ все воздушные линии свыше 1 кВ каждые полгода подлежат осмотру обслуживающим персоналом, инженерно-техническими работниками - 1 раз в год, на предмет следующих неисправностей:

• набросов посторонних предметов на провода;
• обрывов или перегорания отдельных фазовых проводов, нарушение регулировки стрел провеса (не должны превышать проектные более чем на 5 %);
• повреждения или перекрытия изоляторов, гирлянд, разрядников;
• разрушений опор;
• нарушений в охранной зоне (складирование посторонних предметов, нахождение негабаритной техники, сужение ширины просеки, вследствие разрастания деревьев и кустарников).

Внеочередные осмотры трассы проводят при образовании наледи, в период разлива рек, природных и техногенных пожаров, а также после автоматического отключения. Осмотры с подъемом на опоры проводят по мере надобности (минимум 1 раз в 6 лет).

В случае обнаружения нарушения целостности части проволок провода (до 17 % общего сечения), поврежденный участок восстанавливают наложением ремонтной муфты или бандажа. При больших повреждениях провод разрезают и вновь соединяют специальным зажимом.

В ходе текущего ремонта воздушной трассы выправляют покосившиеся опоры и подкосы, проверяют затяжку всех резьбовых соединений, восстанавливают защитный покрасочный слой на металлоконструкциях, нумерацию, знаки и плакаты. Замеряют сопротивление заземляющих устройств.

Капитальный ремонт воздушных линий электропередач подразумевает выполнение всех работ текущего ремонта. Помимо этого, осуществляется полная перетяжка проводов с замером переходного сопротивления соединительных муфт и проведением послеремонтных испытательных мероприятий.

Кабельная линия (КЛ) - линия для передачи электроэнергии, состоящая из одно­го или нескольких параллельных кабелей, выполненная каким-либо способом прокладки (рис. 1.29). Кабельные линии прокладывают там, где строительство ВЛ невозможно из-за стесненной территории, неприемлемо по условиям техники безопасности, нецелесооб­разно по экономическим, архитектурно-планировочным показателям и другими требо­ваниям. Наибольшее применение КЛ нашли при передаче и распределении ЭЭ на про­мышленных предприятиях и в городах (системы внутреннего электроснабжения) при передаче ЭЭ через большие водные пространства

Достоинства и преимущества кабельных линий по сравнению с воздушными: неподверженность атмосферным воз­действиям, скрытность трассы и недоступность для посторонних лиц, меньшая повреж­даемость, компактность линии и возможность широкого развития электроснабжения по­требителей городских и промышленных районов. Однако КЛ значительно дороже воздушных того же напряжения (в среднем в 2-3 раза для линий 6-35 кВ и в 5-6 раз для линий 110 кВ и выше), сложнее при сооружении и эксплуатации.

Рис. 1.29. Способы прокладки кабелей и кабельные сооружения: а - земляная траншея; б-_коллектора;в-туннель; г-канал; д - эстакада; е - блок

В состав КЛ входят: кабель, оборудования для соединения и секционирования участков кабеля и присоединения концов кабелей к аппаратуре и шинам РУ (кабельная арматура – главным образом различные муфты), строитель­ные конструкции, элементы крепления, а также аппаратуры подпитки маслом или газом (для масло- и газонаполненных кабелей).

Классификация кабельных линий в основном соответствует классификации входящих в нее кабелей. Основными признаками являются:

Род тока;

Номинальное напряжение;

Число токоведущих элементов;

Электроизоляционный материал;

Характер пропитки и способ увеличения электрической прочности бумажной изоляции;

Материал оболочек.

(Данные признаки охватывают лишь кабели, работающие в условиях естественного охлаждения. Имеются кабели с форсированным охлаждением водой или маслом, а также криогенные кабели.)

Кабель - готовое заводское изделие, состоящее из изолированных токо-проводящих жил, заключенных в защитную герметичную оболочку и броню, пре­дохраняющие их от влаги, кислот и механических повреждений. Силовые кабели имеют от одной до четырех алюминиевых или медных жил сечением 1,5-2000 мм 2 . Жилы сечением до 16 мм 2 - однопроволочные, свыше - многопроволоч­ные. По форме сечения жилы круглые, сегментные или секторные.

Кабели напряжением до 1 кВ выполняются, как правило, четырехжильными, напряжением 6-35 кВ - трехжильными, а напряжением 110-220 кВ - одножильными.

Защитные оболочки делаются из свинца, алюминия, резины и полихлорви­нила. В кабелях напряжением 35 кВ каждая жила дополнительно заключается в свинцовую оболочку, что создает более равномерное электрическое поле и улуч­шает отвод тепла. Выравнивание электрического поля у кабелей с пластмассовой изоляцией и оболочкой достигается экранированием каждой жилы полупроводя­щей бумагой.

В кабелях на напряжение 1-35 кВ для повышения электрической прочно­сти между изолированными жилами и оболочкой прокладывается слой поясной изоляции.

Броня кабеля, выполненная из стальных лент или стальных оцинкованных проволок, защищается от коррозии наружным покровом из кабельной пряжи, пропитанной битумом и покрытой меловым составом.

В кабелях напряжением 110кВ и выше для повышения электрической прочности бумажной изоляции их наполняют газом или маслом под избыточным давлением (газонаполненные и маслонаполненные кабели).

Кабельные линии высокого напряжения

Кабельные линии с вязкой пропиткой при напряжениях свыше 35 кВ не применяются. Это связано с тем, что в изоляции готового кабеля всегда остаются воздушные включения. Их наличие существенно снижает электрическую прочность изоляции. Воздушные включения, в зависимости от места их нахождения, подвергаются ионизации со всеми вытекающими отсюда последствиями, либо их отрицательная роль проявляется в связи с протеканием тепловых процессов. Кабель периодически подвергается нагреванию и охлаждению в связи с изменением передаваемой мощности. Увеличение и снижение объема кабеля приводит к увеличению воздушных включений, миграции их к токопроводящей жиле и последующему пробою.

Устранить указанные явления можно двумя способами:

Исключить воздушные включения;

Повысить давление в воздушных (газовых) включениях.

Первый способ используется в маслонаполненных кабелях (МНК) низкого давления, имеющих каналы для масла внутри жилы, второй – в МНК высокого давления, прокладываемых в стальных трубопроводах.

Маслонаполненные кабели низкого давления .

МНК низкого давления (до 0,05 МПа) выпускают одножильными, Они серийно изготавливаются на напряжение 110, 150 и 220 кВ и имеют медные жилы сечением 120-800 в свинцовых или алюминиевых оболочках.

В зависимости от условий прокладки – в земле (в траншеях), когда кабель не подвергается растягивающим условиям и защищен от механических повреждений; или под водой, в болотистой местности и там, где он подвергается растягивающим усилиям, - применяются различные тины маслонаполненного кабеля.

Маслонаполненные кабели высокого давления .

Маслонаполненные кабели (МНК) высокого давления изготовляются на напряжение 110, 220, 330, 380 и 500 Кв.

Жилы такого кабеля выпускают:

а) во временной свинцовой оболочке, предохраняющей изоляцию от увлажнения и повреждения при транспортировке и удаляемой при монтаже;

б) без оболочки. В этом случае жилы кабеля доставляются на трассу в герметичном контейнере, заполненном маслом.

При монтаже изолированные и экранированные медные жилы сечением 120-700 с наложенными на них полукруглыми проволоками скольжения затягиваются в стальные трубы. При = 500 кВ наружный диаметр трубы составляет 273 мм при толщине стенки 10 мм.

Для таких кабельных линий давление масла составляет 1,08 – 1,57 МПа. За счет высокого давления повышается электрическая прочность. Трубы являются хорошей защитой от механических повреждений.

Трубопроводы сваривают из отрезков длиной по 12 м. Компенсация изменения объема масла при изменении температуры и поддержание давления масла в трубопроводе осуществляется автоматически подпитывающим устройством, которое располагается на одном конце линии (при небольших длинах) или на обоих(при больших длинах).

Существуют также маслонаполненные кабели среднего давления, кабели с полимерными материалами в качестве изоляции и т.д.

В марке, обозначении кабеля указываются сведения о его конструкции, номинальное напряжение, количество и сечение жил. У четырехжильных кабелей напряжением до 1 кВ сечение четвертой («нулевой») жилы меньше, чем фазной. Например кабель ВПГ-1- 3x35+1x25 - кабель с тремя медными жилами сече­нием по 35 мм 2 и четвертой сечением 25 мм", полиэтиленовой (П) изоляцией на 1 кВ оболочкой из полихлорвинила (В), небронированный, без наружного покрова (Г)"_ для прокладки внутри помещений, в каналах, туннелях, при отсутствии ме­ханических воздействий на кабель; кабель АОСБ-35-3x70 - кабель с тремя алюминиевыми (А) жилами по 70 мм 2 , с изоляцией на 35 кВ, с отдельно освинцо­ванными (О) жилами, в свинцовой (С) оболочке, бронированный (Б) стальными лентами, с наружным защитным покровом - для прокладки в земляной траншее;

ОСБ-35__3x70 - такой же кабель, но с медными жилами.

Конструкции некоторых кабелей представлены на рис. 1.30. На рис. 1.30, а, б даны силовые кабели напряжением до 10 кВ.

Четырехжильный кабель напряжением 380 В (см. рис. 1.30, а) содержит элементы: 1 - токопроводящие фазные жилы; 2 - бумажная фазная и поясная изоляция; 3 - защитная оболочка; 4 - стальная броня; 5 - защитный покров; 6 - бумажный наполнитель; 7 - нулевая жила.

Трехжилъный кабель с бумажной изоляцией напряжением 10 кВ (рис. 1.30, б) содержит элементы: 1 - токоведущие жилы; 2 - фазная изоляция; 3 - общая поясная изоляция; 4 - защитная оболочка; 5 - подушка под броней; 6 - сталь­ная броня; 7 - защитный покров; 8 - заполнитель.

Трехжилъный кабель напряжением 35 кВ изображен на рис. 1.30, в. В него входят: 1 - круглые токопроводящие жилы; 2 - полупроводящие экраны; 3 - фазная изоляция; 4 - свинцовая оболочка; 5 - подушка; 6 - заполнитель из ка­бельной пряжи; 7 - стальная броня; 8 - защитный покров.

На рис. 1.30, г представлен маслонаполненный кабель среднего и высокого давления напряжением 110-220 кВ. Давление масла предотвращает появление воздуха и его ионизацию, устраняя одну из основных причин пробоя изоляции. Три однофазных кабеля помещены в стальную трубу 4, заполненную маслом 2 под избыточным давлением. Токоведущая жила 6состоит из медных круглых проволок и покрыта бумажной изоляцией 1 с вязкой пропиткой; поверх изоляции наложен экран 3 в виде медной перфорированной ленты и бронзовых проволок, предохраняющих изоляцию от механических повреждений при протягивании ка­беля в трубе. Снаружи стальная труба защищена покровом 5 .

Широко распространены кабели в полихлорвиниловой изоляции, произво­димые трех-, четырех- и пятижильными (1.30, е) или одножильными (рис. 1.30, д). Более подробные данные о различных типах и марках кабелей, областях их применения приведены в.

Кабели изготавливаются отрезками ограниченной длины в зависимости от напряжения и сечения. При прокладке отрезки соединяют посредством соедини­тельных муфт, герметизирующих места соединения. При этом концы жил кабелей освобождают от изоляции и заделывают в соединительные зажимы.

При прокладке в земле кабелей 0,38-10 кВ для защиты от коррозии и механи­ческих повреждений место соединения заключается в защитный чугунный разъемный кожух. Для кабелей 35 кВ используются также стальные или стеклопластиковые кожухи.

Надежность работы всей кабельной линии во многом определяется надежностью ее арматуры, т. е муфт различного типа и назначения.

Кабельные муфты высокого напряжения классифицируются по трем основным признакам.

По назначению муфты делятся на три основные группы –концевые, соединительные и стопорные, причем среди концевых выделяют открытые муфты и кабельные вводы в трансформаторы и высоковольтные аппараты, а среди соединительных – собственно соединительные, ответвительные и соединительно - разветвительные муфты.

По виду электрической изоляции муфты делятся на две группы: со слоистой и монолитной изоляцией. Слоистая изоляция выполняется путем намотки лент из кабельной бумаги, синтетической пленки или их композиций и заполняется той или иной средой (маслом, газом) под избыточным давлением или без него. Монолитная изоляция образуется методом экструзии или спекания изолирующих материалов в подогреваемых пресс-формах.

По роду тока различают муфты для кабелей переменного, постоянного и импульсного тока. Муфты кабелей переменного тока могут выполняться однофазными и трехфазными.

Конструкция муфт силовых кабелей высокого напряжения в первую очередь определяется типом кабеля, для которого они предназначены.

На концах кабелей применяют концевые муфты или концевые заделки.

Рис. 1.30. Силовые кабели: а - четырехжильный напряжением 380 В;

б- трсхжильный с бумажной изоляцией напряжением 10 кВ; в - трехжильный напряжением 35 кВ; г - маслонаполненный высокого давления; д - одножильный с пластмассовой изоляцией

На рис. 1.31а, показано соединение трехжильного низковольтного кабеля 2 в чугунной муфте 1. Концы кабеля фиксированы фарфоровой распоркой 3 и соединены зажимом 4. Муфты кабелей до 10 кВ с бумажной изоляцией заполняются битуминоз­ными составами, кабели 20-35 кВ - маслонаполненными . Для кабелей с пласт­массовой изоляцией применяют соединительные муфты из термоусаживаемых изоля­ционных трубок, число которых соответствует числу фаз, и одной термоусаживаемой трубки для нулевой жилы, усаживаемых в герметизированную муфту (рис. 1.31, б) .

Рис. 1.31. Соединительные муфты для трех- и четырехжильных кабелей напряже-- нием до 1 кВ: а - чугунная; б- из термоусаживаемых изоляционных трубок

На рис. 1.32, а приведена мастиконаполненая трехфазная муфта наружной установки с фарфоровыми изоляторами для кабелей напряжением 10 кВ. Для трехжильных кабелей с пластмассовой изоляцией применяется концевая муфта, представленная на рис. 1.32, б. Она состоит из термоусаживаемой перчатки 1, стойкой к воздейст­вию окружающей среды, и полупроводящих термоусаживаемых трубок 2, с по­мощью которых на конце трехжильного кабеля создаются три одножильных ка­беля. На отдельные жилы надеваются изоляционные термоусаживаемые трубки 3. На них монтируется нужное количество термоусаживаемых изоляторов 4.

Рис. 1.32. Концевые муфты для трехжильных кабелей напряжением 10 кВ: а - наружной установки с фарфоровыми изоляторами; б - наружной установки с пластмассовой изоляцией; в - внутренней установки с сухой разделкой

Для кабелей 10 кВ и ниже с пластмассовой изоляцией во внутренних поме­щениях применяют сухую разделку (рис. 1.32, е). Разделанные концы кабеля с изоляцией 3 обматывают липкой полихлорвиниловой лентой 5 и лакируют; концы кабеля герметизируют кабельной массой 7 и изоляционной перчаткой 1, перекры­вающей оболочку кабеля 2, концы перчатки и жилы дополнительно уплотняют и обматывают полихлорвиниловой лентой 4, 5, последнюю для предотвращения от­ставания и разматывания фиксируют бандажами из шпагата 6.

Способ прокладки кабелей определяется условиями трассы линии. Кабели про­кладываются в земляных траншеях, блоках, туннелях, кабельных туннелях, коллекто­рах, по кабельным эстакадам, а так же по перекрытиям зданий (рис. 1.29).

Наиболее часто на территории городов, промышленных предприятиях ка­бели прокладывают в земляных траншеях . Для предотвращения по­вреждений из-за прогибов на дне траншеи создают мягкую подушку из слоя про­сеянной земли или песка. При прокладке в одной траншее нескольких кабелей до 10 кВ расстояние по горизонтали между ними должно быть не менее 0,1 м, между кабелями 20-35 кВ - 0,25 м. Кабель засыпают небольшим слоем такого же грунта и закрывают кирпичом или бетонными плитами для защиты от механиче­ских повреждений. После этого кабельную траншею засыпают землей. В местах перехода через дороги и на вводах в здания кабель прокладывают в асбестоцементных или иных трубах. Это защищает кабель от вибраций и обеспечивает воз­можность ремонта без вскрытия полотна дороги. Прокладка в траншеях - наи­менее затратный способ кабельной канализации ЭЭ.

В местах прокладки большого количества кабелей агрессивный грунт и блуждаю­щие токи ограничивают возможность их прокладки в земле. Поэтому наряду с другими подземными коммуникациями используют специальные сооружения: коллекторы, тунне­ли, каналы, блоки и эстакады .

Коллектор (рис. 1.29, б) служит для совместного размеще­ния в нем разных подземных коммуникаций: кабельных силовых линий и связи, водопро­вода по городским магистралям и на территории крупных предприятий.

При большом числе параллельно прокладываемых кабелей, например, от здания мощной электростанции применяют прокладку в туннелях

(рис. 1.29, в). При этом улучшаются условия экс­плуатации, снижается площадь поверхности земли, необходимая для прокладки кабелей. Однако стоимость туннелей весьма велика. Туннель предназначен только для прокладки кабельных линий. Его сооружают под землей из сборного железобетона или канализаци­онных труб большого диаметра, емкость туннеля - от 20 до 50 кабелей.

При меньшем числе кабелей применяют кабельные каналы (рис. 1.29, г), за­крытые землей или выходящие на уровень поверхности земли.

Кабельные эстака­ды и галереи (рис. 1.29, д) используют для надземной прокладки кабелей. Этот вид кабельных сооружений широко применяют там, где непосредственно про­кладка силовых кабелей в земле является опасной из-за оползней, обвалов, вечной мерзлоты и т. п. В кабельных каналах, туннелях, коллекторах и по эстакадам ка­бели прокладываются по кабельным кронштейнам.

В крупных городах и на больших предприятиях кабели иногда проклады­ваются в блоках (рис. 1.29, е), представляющих асбестоцементные трубы, стыки, которые заделаны бетоном. Однако в них кабели плохо охлаждаются, что снижает их пропускную способность. Поэтому прокладывать кабели в блоках следует лишь при невозможности прокладки их в траншеях.

В зданиях, по стенам и перекрытиям большие потоки кабелей укладывают в металлические лотки и короба. Одиночные кабели могут прокладываться открыто по стенам и перекрытиям или скрыто: в трубах, в пустотелых плитах и других строительных частях зданий.