Особенности воздушных линий электропередачи

Электричество применяется во многих сферах человеческой деятельности и для того, чтобы его доставить к непосредственным потребителям, используются многочисленные системы кабелей и проводов, протянутых по воздуху, в земле или по специальным кабельным сооружениям. Эти провода и кабели формируют линии электропередачи. Различают два главных вида линий электропередачи: воздушные и кабельные.

Воздушная линия электропередачи (ВЛ) – это электроустановка, предназначенная для передачи или распределения электрической энергии по проводам, размещенным на открытом воздухе и прикрепленным, с помощью изоляторов и специальной арматуры к опорным столбам, кронштейнам и, в определенных случаях, конструктивным элементам мостов, путепроводов или построек.

Воздушные линии электропередачи считаются наименее затратным способом передачи электроэнергии большой мощности. По сравнению с кабельными, они дешевле в строительстве, имеют лучшую ремонтопригодность, не требуют проведения земляных работ для прокладки или замены проводов, обеспечивают хороший визуальный осмотр состояния линии и высокую пропускную способность.

Кабельные линии электропередачи – это линии, состоящие из одного или нескольких параллельно проложенных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами и крепежными деталями. Они могут прокладываться в грунте, кабельных сооружениях (туннелях, каналах, шахтах, блоках, эстакадах, галереях и других), а также под водой. Кабельные линии меньше подвергаются воздействию погодных условий, отличаются высокой надежностью и устойчивостью к механическим воздействиям, могут быть проложены на небольшой площади, минимально влияют на окружающую среду и более безопасны в процессе эксплуатации. В то же время прокладка кабельной линии стоит значительно дороже, поэтому такие линии обустраивают преимущественно там, где прокладка воздушных линий затруднена или невозможна учитывая технические или эстетические параметры.

Воздушные линии электропередачи являются одним из основных звеньев энергетической системы и по роду тока делятся на ВЛ переменного тока и ВЛ постоянного тока. Линии постоянного тока используются очень редко, в основном для связи энергосистем и питания контактной сети. В Украине единственная линия постоянного напряжения была выведена из эксплуатации в 2014 году. А большинство действующих линий служит для передачи переменного напряжения.

Напряжение

По номинальному напряжению воздушные линии электропередачи принято делить на два больших класса: низковольтные – напряжением до 1 кВ и высоковольтные – напряжением свыше 1 кВ. Эти линии отличаются конструктивным исполнением и расчетными условиями эксплуатации.

ВЛ низкого напряжения передают напряжение до 1 кВ и используются для передачи и распределения электроэнергии на небольшие расстояния внутри городов, сел и поселков для вводов в дома или небольшие предприятия. Протяженность указанных линий обычно составляет 1-2 км. В городах при выполнении таких линий предпочтение отдается кабельным линиям электропередачи.

ВЛ среднего напряжения передают напряжение от 1 до 35 кВ и используются для передачи электроэнергии от районных подстанций к населенным пунктам, крупным промышленным объектам и агарным комплексам, расположенным на расстоянии 10-20 км.

ВЛ высокого напряжения – это линии напряжением преимущественно 110-330 кВ. Предназначены для передачи больших мощностей между электрическими станциями, отдельными энергосистемами и крупными районными подстанциями, для соединения электростанций с распределительными пунктами и электроснабжения крупных городов или экономических районов на расстоянии от 30 до 600 км.

ВЛ сверхвысокого напряжения – это линии с напряжением от 400 до 750 кВ, служащие для соединения отдельных региональных энергетических систем, расположенных на расстоянии до 2000 км.

В Украине при передаче и распределении электрической энергии в основном используются следующие классы переменного напряжения:

— низкое напряжение – 220 В и 380 В или, согласно международным нормам, 230/400 В;

— среднее напряжение – 6 кВ, 10 кВ и 35 кВ;

— высокое напряжение – 110 кВ, 150 кВ, 220 кВ и 330 кВ;

— сверхвысокое напряжение – 400 кВ, 500 кВ и 750 кВ.

В зависимости от протяженности различают короткие линии электропередачи протяженностью до 50 км, средние – протяженностью от 50 до 150 км и длинные – протяженностью более 150 км.

Элементы конструкции

Основными элементами воздушных линий электропередачи являются провода, траверсы, арматура, изоляторы, опоры, грозозащитные тросы, заземляющие устройства и разрядники.

Провода разных конструкций и сечений обеспечивают передачу электрического тока. От их конструкции, материала выполнения и сечения зависят технико-экономические показатели электропередачи и стоимость строительства линии. А наиболее распространенными проводниками, которые на сегодняшний день используются для воздушных линий, являются сталеалюминиевые неизолированные (АС) и самонесущие изолированные провода (СИП).

Траверсы предупреждают контакт проводов между собой и другими элементами опорной конструкции.

Линейная арматура используется для крепления проводов и тросов к изоляторам и опорам, а также соединения проводов и тросов. Это, прежде всего, натяжные и поддерживающие зажимы, соединители, сцепочные детали, дистанционные распорки, защитные кольца и рога, а также виброгасители.

Изоляторы предназначены для крепления проводов к опорам и их изоляции от заземленных частей опоры.

Различают штыревые изоляторы, поддерживающие проводник над конструкцией и применяемые на линиях напряжением до 35 кВ и подвесные, используемые на линиях напряжением более 35 кВ и часто образующие гирлянды изоляторов, где проводник висит под конструкцией. Подвесные изоляторы имеют более высокие механические характеристики, чем штыревые. Изготавливаются изоляторы преимущественно из фарфора, закаленного стекла и полимерных материалов, а их количество зависит от напряжения линии, необходимой молниеносной устойчивости, высоты над уровнем моря и факторов окружающей среды, таких как туман или наличие в воздухе соляных брызг и загрязнения.

Опоры предназначены для удержания проводов воздушных линий электропередачи и грозозащитных тросов на заданном расстоянии от поверхности земли и друг от друга. В зависимости от напряжения опоры отличаются размером и весом. Чем больше напряжение, тем опоры выше, их траверсы длиннее, а вес больше.

Различают несколько групп опор. По материалу изготовления опоры бывают деревянные, стальные, железобетонные, алюминиевые и даже изготовленные из армированного пластика и композитных материалов.

По назначению различают анкерные (концевые и угловые) промежуточные и переходные опоры. Анкерные опоры обеспечивают постоянное натяжение проводов ЛЭП и выдерживают значительную нагрузку. Анкерные концевые опоры устанавливаются в начале и конце воздушной линии, а угловые – в местах поворота трассы.

Промежуточные опоры чаще всего встречаются на линиях и предназначены для поддержания проводов между двумя анкерными опорами на прямых участках трассы и не рассчитаны на нагрузку от натяжения проводов вдоль линии. А переходные – используются при пересечении трассой ЛЭП любых больших препятствий природного или инженерного характера (мостов, подвесных канатных дорог, рек, озер, каналов, оврагов и т.п.). Они имеют больший вес и высоту и несут наибольшие нагрузки.

Существуют также специальные виды опор: транспозиционные (позволяют изменять порядок размещения проводов на опорах), ответвительные (служат для организации ответвлений от воздушных линий), перекрестные (устанавливаются на пересечении воздушных линий двух направлений) и противоветровые (устанавливаются для усиления механической прочности).

По конструктивному выполнению опоры могут быть одно-, двух- и многоцепные и предназначены для подвешивания соответственно одной, двух и более параллельно проложенных линий.

Грозозащитные тросы служат для защиты линий от грозовых разрядов. Это преимущественно стальные или сталеалюминиевые тросы, размещенные над фазовыми проводами воздушной линии электропередачи или подстанции.

Заземляющие устройства и разрядники предназначены для отвода токов молнии или короткого замыкания в землю.

Конструкции воздушных линий могут иметь разную форму в зависимости от типа линии. При проектировании и монтаже воздушных линий учитывают длину промежуточного пролета, расстояние фазных проводников друг от друга и нижнего проводника от поверхности земли, длину гирлянды изоляторов и высоту опор.

От номинального напряжения линии электропередачи зависит полоса отчуждения, которая представляет собой земельный участок и воздушное пространство на определенном расстоянии от крайних проводов и обустраивается в окрестностях любой ВЛ. На этой территории запрещено строить здания и сажать деревья, а при прохождении линий через леса производится вырубка деревьев установленной ширины вдоль всей трассы. Такие полосы призваны обеспечить нормальное функционирование линий, удобство их обслуживания и ремонта, а также предотвратить травмирование и гибель людей. Запрещается прокладка высоковольтных трасс над крышами домов, детских, спортивных, культурно-развлекательных и торговых заведений и площадок.

Наличие достаточно широких полос отчуждения является одним из недостатков воздушных ЛЭП. Кроме того, они незащищены от различных внешних воздействий (например, падения деревьев) и по этой причине требуют больших затрат на техническое обслуживание, а также отличаются эстетической непривлекательностью, поэтому в пределах городов чаще используется кабельный способ передачи электроэнергии. Несмотря на это, именно воздушные линии электропередачи до сих пор считаются наиболее экономически выгодным способом передачи электрической энергии на большие расстояния. Что, в свою очередь, обуславливает их активное использование.

Воздушные линии продолжают оставаться важным элементом системы передачи электрической энергии, а для их эффективного функционирования и повышения качества электропередач постоянно проводятся работы по обслуживанию, ремонту и техническому переоснащению. Одним из важных и перспективных направлений модернизации ВЛ низкого и среднего напряжения является замена линий, выполненных неизолированными проводами на самонесущие изолированные провода (СИП), нашедшие применение в разных странах мира, как разумный компромисс между стоимостью, защищенностью и технологичностью.