5.1. Воздушные линии электропередачи
Воздушная линия электропередачи (ВЛ) – устройство, предназначенное для передачи электроэнергии по проводам, находящимся на открытом воздухе и прикреплённым с помощью траверс (кронштейнов), изоляторов и арматуры к опорам или другим сооружениям (мостам, путепроводам и т. д.). В качестве изоляции выступает обычный атмосферный воздух, а необходимая электрическая прочность обеспечивается за счёт допустимых расстояний между фазами. Провода воздушной ЛЭП выполняются сталеалюминиевыми. Сталь находится внутри сечения проводника и предназначена для создания механической прочности. Алюминий находится снаружи и предназначен собственно для пропускания тока с минимальными потерями. Удельное сопротивление алюминия гораздо меньше, чем у стали. При этом пользуются поверхностным эффектом: переменный ток в основном протекает по поверхности проводника. В табл. 5.1 приведены наиболее значимые параметры воздушных ЛЭП.
Таблица 5.1. Основные параметры воздушных ЛЭП
|
Uном, кВ |
Рmax, МВт |
lmax, км |
Dср, м |
|
35 |
15 |
60 |
3,5 |
|
110 |
50 |
150 |
5,5 |
|
220 |
200 |
250 |
8 |
|
330 |
400 |
300 |
11 |
|
500 |
900 |
1200 |
14 |
|
750 |
2200 |
2000 |
19,5 |
Примечания:
Рmax – наибольшая передавая мощность в расчёте на одну цепь;
lmax – наибольшая длина передачи;
Dср – среднегеометрическое расстояние между фазами.
По назначению ВЛ бывают:
сверхдальние напряжением 500 кВ и выше (предназначены для связи отдельных энергосистем);
магистральные напряжением 220 и 330 кВ (предназначены для передачи энергии от мощных электростанций, а также для связи энергосистем и объединения электростанций внутри энергосистем);
распределительные напряжением 35, 110 и 150 кВ (предназначены для электроснабжения предприятий и населённых пунктов крупных районов).
ВЛ могут крепиться на деревянные, железобетонные и металлические опоры. ВЛ могут быть одноцепными и двухцепными.
По отношению к другим видам токоведущих частей воздушные линии обладают недостатками, обусловленными тем обстоятельством, что единственной изоляцией между фазами является воздух. Так, например, для ВЛ имеется проблема схлёстывания при большой ветровой нагрузке. Физически соседние фазы могут и не соприкасаться, но расстояние между ними может снизиться настолько, что произойдёт пробой воздушного промежутка. Особенно эта проблема становится актуальной в период гололёда – налипания снега и льда на проводник. В этот период проводник растягивается вниз под действием тяжести ледяной оболочки, а также отклоняется по горизонтали под действием повышенной парусности, т. к. диаметр наледи многократно превышает диаметр проводника. При дальнейшем потеплении ледяной покров проводника срывается, а провод под действием сил упругости резко движется вверх, что также может стать причиной схлёстывания. В районах, подверженных гололёду, используют схемы плавки льда электрическим током.
Другой характерной проблемой для воздушных линий являются удары молнии. Воздушные лини напряжением 110 кВ и выше защищают грозозащитными тросами, проходящими вдоль линии над группой рабочих проводников. Грозозащитные тросы выполняют либо в виде стальных канатов, либо сталеалюминиевых проводов.
5.2. Кабельные линии электропередачи
Кабельные линии электропередачи выполняют ту же задачу, что и воздушные ЛЭП, но имеют меньшие габариты в связи с тем, что в качестве изоляции используются материалы с большей диэлектрической прочностью, чем воздух, – масло, бумага, резина, полиэтилен, поливинилхлорид. Кабели незаменимы в том случае, когда имеются повышенные требования к обеспечению электробезопасности – например, когда имеется потенциальная возможность прикосновения к кабелю человека, особенно – при отсутствии профессиональной квалификации последнего. Кроме того, применение кабельной линии вместо воздушной обязательно, когда к объекту электроснабжения предъявляются особые архитектурно-эстетические требования – например, городская застройка. Кабели используются в случаях, если канализация электроэнергии происходит в достаточно стеснённых условиях, внутри зданий, с многочисленными изгибами проводника – например, собственные нужды электростанций.
В отличие от воздушной линии, для кабельных линий характерна проблема обеспечения термической стойкости и невозгораемости. Причины возникновения этой проблемы следующие. Во-первых, изоляция препятствует отводу тепла в окружающую среду. Во-вторых, перечисленные изоляционные материалы являются горючими веществами. В-третьих, кабели прокладываются, как правило, в виде плотных трасс, когда в одном и том же кабельном тоннеле или кабельном канале соседствуют десятки кабелей разного назначения. При возгорании одного кабеля загорятся и соседние. Причиной возможного возгорания является короткое замыкание. Время действия токов КЗ определяется временем срабатывания релейной защиты и временем отключения выключателей и составляет десятые доли секунды. Даже такого малого времени может хватить, чтобы ток КЗ прогрел изоляцию до температуры возгорания 300-400°С.
Другой недостаток кабельных линий состоит в трудностях монтажа. Достаточно сложно делать ответвление от кабельной линии, соединять кабели в единую линию. Для этого применяются специальные муфты.
5.3. Комплектные токопроводы
Комплектные токопроводы применяются на генераторном напряжении, в системе собственных нужд, в системах электроснабжения промышленных предприятий. Комплектные токопроводы более легко монтируются, нежели воздушные и кабельные линии. Достаточно легко, с помощью болтовых соединений, происходит изменение трассы токопровода, которая может иметь большое число изгибов. Что касается генераторных токопроводов, то они выполняются в виде единого изделия, предназначенного для конкретного вида генератора и не подлежащего конструктивному изменению. Обычно токопроводы состоят из неизолированной токоведущей части, которая крепится на фарфоровых изоляторах к внутренней поверхности экрана токопровода. Токоведущая часть может иметь различную форму поперечного сечения – прямоугольник, швеллер, труба. Экран защищает токоведущую часть от случайных прикосновений и снижает влияние электромагнитных полей. Существуют токопроводы с пофазным исполнением, когда каждая фаза расположена внутри своего экрана, и с трёхфазным исполнением, когда экран является общим для трёх фаз, разделённых перегородками. В последнее время на электротехнический рынок выходят токопроводы с литой изоляцией.
Основные достоинства токопроводов – снижение вероятности возникновения коротких замыкания за счёт конструктивной жёсткости экранов и закрытости токоведущих частей, уменьшение воздействия токов на соседние элементы конструкций трубопроводов и арматуры. Недостаток комплектных токопроводов заключается в сложности обеспечения электродинамической стойкости при коротких замыканиях. Если воздушные и кабельные линии после исчезновения тока КЗ приходят в своё исходное состояние, то жёсткие токоведущие части токопроводов могут деформироваться необратимо.