Особливості повітряних ліній електропередачі

Електрика застосовується у багатьох сферах людської діяльності і для того аби її доставити до безпосередніх споживачів використовуються численні системи кабелів та проводів, протягнутих у повітрі, в землі або по спеціальним кабельним спорудам. Ці проводи та кабелі формують лінії електропередачі. Розрізняють два основні види ліній електропередачі: повітряні і кабельні.

Повітряна лінія електропередачі (ПЛ) – це електроустановка, призначена для передачі або розподілу електричної енергії по проводах, розміщених на відкритому повітрі і прикріплених, за допомогою ізоляторів та спеціальної арматури до опорних стовпів, кронштейнів і, в певних випадках, конструктивних елементів мостів, шляхопроводів або будівель.

Повітряні лінії електропередачі вважаються найменш витратним способом передачі електроенергії великої потужності. Порівняно з кабельними, вони дешевші у будівництві, мають кращу ремонтопридатність, не потребують проведення земляних робіт для прокладання або заміни проводів, забезпечують гарний візуальний огляд стану лінії і високу пропускну здатність.

Кабельні лінії електропередачі – це лінії, що складаються з одного або декількох паралельно прокладених кабелів зі сполучними, стопорними та кінцевими муфтами і кріпильними деталями. Вони можуть прокладатися у ґрунті, кабельних спорудах (тунелях, каналах, шахтах, блоках, естакадах, галереях тощо) та під водою. Кабельні лінії менше піддаються впливу погодних умов, відрізняються високою надійністю та стійкістю до механічних впливів, можуть бути прокладені на невеликій площі, мінімально впливають на навколишнє середовище та є більш безпечними в процесі експлуатації. Водночас прокладання кабельної лінії вартує значно більше, а тому такі лінії облаштовують переважно там, де прокладання повітряних ускладнене або неможливе з огляду на технічні або естетичні параметри.

Повітряні лінії електропередачі є однією з основних ланок енергетичної системи і за родом струму поділяються на ПЛ змінного струму і ПЛ постійного струму. Лінії постійного струму використовуються вкрай рідко, переважно для зв’язку енергосистем та живлення контактної мережі. В Україні єдина лінія постійної напруги була виведена з експлуатації у 2014 році. А переважна більшість ліній слугують для передачі змінної напруги.

Напруга

За номінальною напругою повітряні лінії електропередачі прийнято поділяти на два великих класи: низьковольтні – напругою до 1 кВ і високовольтні – напругою понад 1 кВ, що відрізняються конструктивним виконанням та розрахунковими умовами експлуатації.

ПЛ низької напруги передають напругу до 1 кВ і використовуються для передачі й розподілу електроенергії на невеликі відстані всередині міст, сіл та селищ до вводів у будинки або невеликі підприємства. Протяжність таких ліній зазвичай становить 1-2 км. У містах при виконанні таких ліній перевагу віддають кабельним лініям електропередачі.

ПЛ середньої напруги передають напругу від 1 до 35 кВ та використовуються для передачі електроенергії від районних підстанцій до населених пунктів, крупних промислових об’єктів і агарних комплексів, розміщених на відстані 10-20 км.

ПЛ високої напруги – це лінії напругою переважно 110-330 кВ. Призначені для передачі великих потужностей між електричними станціями, окремими енергосистемами і великими районними підстанціями, для сполучення електростанцій з розподільними пунктами та електропостачання великих міст або економічних районів на відстані від 30 до 600 км.

ПЛ надвисокої напруги – це лінії з напругою від 400 до 750 кВ, що служать для з’єднання окремих регіональних енергетичних систем, розміщених на відстані до 2000 км.

В Україні при передачі та розподілі електричної енергії переважно використовуються такі класи змінної напруги:

– низька напруга – 220 В і 380 В або, відповідно до міжнародних норм, 230/400 В;

– середня напруга – 6 кВ, 10 кВ і 35 кВ;

– висока напруга – 110 кВ, 150 кВ, 220 кВ і 330 кВ;

– надвисока напруга – 400 кВ, 500 кВ і 750 кВ.

Залежно від протяжності розрізняють короткі лінії електропередачі довжиною до 50 км, середні – протяжністю від 50 до 150 км та довгі – довжиною понад 150 км.

Елементи конструкції

Основними елементами повітряних ліній електропередачі є: проводи, траверси, арматура, ізолятори, опори, грозозахисні троси, заземлювальні пристрої та розрядники.

Проводи різних конструкцій та перерізів забезпечують передачу електричного струму. Від їх конструкції, матеріалу виконання та перерізу залежать техніко-економічні показники електропередачі та вартість спорудження лінії. А найпоширенішими провідниками, які на сьогоднішній день використовуються для повітряних ліній є сталеалюмінієві неізольовані (АС) і самонесучі ізольовані проводи (СІП).

Траверси попереджають контакт проводів між собою та з іншими елементами опорної конструкції.

Лінійна арматура використовується для кріплення проводів і тросів до ізоляторів та опор, а також з’єднання проводів та тросів. Це передусім натяжні та підтримуючі затискачі, з’єднувачі, зчеплювальні деталі, дистанційні розпорки, захисні кільця і роги, а також віброгасильники.

Ізолятори призначені для кріплення проводів до опор та їх ізоляції від заземлених частин опори.

Розрізняють штирьові ізолятори, що підтримують провідник над конструкцією і застосовуються на лініях напругою до 35 кВ та підвісні, що використовуються на лініях напругою понад 35 кВ і часто утворюють гірлянди ізоляторів, де провідник висить під конструкцією. Підвісні ізолятори мають вищі механічні характеристики, ніж штирові. Виготовляються ізолятори переважно з порцеляни, загартованого скла та полімерних матеріалів, а їх кількість залежить від напруги лінії, необхідної стійкості до блискавки, висоти над рівнем моря та факторів навколишнього середовища, таких як туман або наявність у повітрі соляних бризок чи забруднення.

 Опори призначені для утримання проводів повітряних ліній електропередачі та грозозахисних тросів на заданій відстані від поверхні землі та один від одного. В залежності від напруги опори відрізняються розмірами і вагою. Чим більша напруга, тим опори вищі, їх траверси довші, а вага більша.

Розрізняють кілька груп опор. За матеріалом виготовлення опори бувають дерев’яними, сталевими, залізобетонними, алюмінієвими і навіть виготовленими з армованого пластику та композитних матеріалів.

За призначенням розрізняють анкерні (кінцеві і кутові), проміжні та перехідні опори. Анкерні опори забезпечують постійний натяг проводів ЛЕП та витримують значне навантаження. Анкерні кінцеві опори встановлюються на початку та в кінці повітряної лінії, а кутові – в місцях повороту траси.

Проміжні опори зустрічаються на лініях найчастіше та призначені для підтримання проводів між двома анкерними опорами на прямих ділянках траси і не розраховані на навантаження від натягування проводів вздовж лінії. А перехідні – використовуються при перетині трасою ЛЕП будь-яких великих перешкод природного або інженерного характеру (мостів, підвісних канатних доріг, річок, озер, каналів, ярів тощо). Вони мають більшу вагу і висоту та несуть найбільші навантаження.

Існують також спеціальні види опор: транспозиційні (дозволяють змінювати порядок розміщення проводів на опорах), відгалужувальні (служать для організації відгалужень від повітряних ліній), перехресні (встановлюються на перетині повітряних ліній двох напрямків) та противітрові (встановлюються для посилення механічної міцності).

За конструктивним виконанням опори можуть бути одно-, дво- і багатоланцюгові та призначені для підвішування відповідно однієї, двох і більше паралельно прокладених ліній.

Грозозахисні троси служать для захисту ліній від грозових розрядів. Це переважно сталеві або сталеалюмінієві троси, що розміщуються над фазовими проводами повітряної лінії електропередачі чи підстанції.

Заземлювальні пристрої та розрядники призначені для відведення струмів блискавки або короткого замикання у землю.

Конструкції повітряних ліній можуть мати різноманітну форму в залежності від типу лінії. При проектуванні та монтажі повітряних ліній враховують довжину проміжного прольоту, відстань віддалення фазних провідників один від одного і нижнього провідника від поверхні землі, довжину гірлянди ізоляторів та висоту опор.

Від номінальної напруги лінії електропередачі залежить смуга відчуження, що являє собою земельну ділянку та повітряний простір на певній відстані від крайніх проводів і облаштовується в околицях будь якої ПЛ. На цій території заборонено споруджувати будівлі та садити дерева, а у разі проходження ліній через ліси проводиться вирубка дерев встановленої ширини вздовж усієї траси. Такі смуги покликані забезпечити нормальне функціонування ліній, зручність їх обслуговування та ремонту, а також запобігти травмуванню і загибелі людей. Забороняється прокладання високовольтних трас над дахами будинків, дитячих, спортивних, культурно-розважальних та торгівельних закладів і майданчиків.

Наявність доволі широких смуг відчуження є одним з недоліків повітряних ЛЕП. Крім того, вони незахищені від різних зовнішніх впливів (наприклад падіння дерев) і з цієї причини потребують більших витрат на техобслуговування, а також відрізняються естетичною непривабливістю, тому в межах міст частіше використовується кабельний спосіб передачі електроенергії. Попри це саме повітряні лінії електропередачі і досі вважаються найбільш економічно вигідним способом передавання електричної енергії на великі відстані. Що у свою чергу обумовлює активне їх використання.

Повітряні лінії продовжують залишатися важливим елементом системи передачі електричної енергії, а для їх ефективного функціонування та підвищення якості електропередачі постійно проводяться роботи з обслуговування, ремонту та технічного переоснащення. Одним з важливих та перспективних напрямків модернізації ПЛ низької та середньої напруги є заміна ліній, виконаних неізольованими проводами на самонесучі ізольовані проводи (СІП), що знайшли застосування в різних країнах світу, як розумний компроміс між вартістю, захищеністю і технологічністю.