Лінія електропередачі

Лінії електропередачі

Лінії електропередачі місто Шарья

Лінія електропередачі (ЛЕП) - один з компонентів електричної мережі, система енергетичного обладнання, призначена для передачі електроенергії за допомогою електричного струму. Також електрична лінія в складі такої системи, що виходить за межі електростанції або підстанції. ^[1]

Розрізняють повітряні і кабельні лінії електропередачі.

За ЛЕП також передають інформацію за допомогою високочастотних сигналів (за оцінками ^{[ яким? ]} , В Росії використовується близько 60 тис. ВЧ-каналів по ЛЕП) і ВОЛЗ. Використовуються вони для диспетчерського управління, передачі телеметричних даних, сигналів релейного захисту та протиаварійної автоматики.

1. Повітряні лінії електропередачі

Лінія електропередачі 500 кВ

Повітряна лінія електропередачі (ПЛ) - пристрій, призначений для передачі або розподілу електричної енергії по проводів, що знаходяться на відкритому повітрі і прикріпленим за допомогою траверс (кронштейнів), ізоляторів та арматури до опорам або іншим спорудам ( мостам, шляхопроводів).

Лінія електропередачі 1150 кВ

1.1. Склад ПЛ

• Провід
• Траверси
• Ізолятори
• Арматура
• Опори
• Грозозахисні троси
• Розрядники
• Заземлення
• Секціонувальних пристрої
• Волоконно-оптичні лінії зв'язку (у вигляді окремих самонесучих кабелів, або вбудовані в Грозозахисний трос, силовий кабель)
• Допоміжне обладнання для потреб експлуатації (апаратура високочастотного зв'язку, ємнісного відбору потужності та ін)
• Елементи маркування високовольтних проводів та опор ЛЕП для забезпечення безпеки польотів повітряних суден. Опори маркуються поєднанням фарб певних кольорів, проводи - авіаційними кулями для позначення в денний час. Для позначення в денний і нічний час доби застосовуються вогні світлового огородження. Для светомаркіровкі проводів в нічний час використовуються сигнальні лампи " Балізор ".

1.2. Документи, що регулюють ПЛ

Конструкція ПЛ, її проектування і будівництво регулюються Правилами улаштування електроустановок (ПУЕ) та Будівельними нормами і правилами (СНиП).

1.3. Класифікація ПЛ

1.3.1. За родом струму

• ПЛ змінного струму
• ПЛ постійного струму

В основному, ВЛ служать для передачі змінного струму і лише в окремих випадках (наприклад, для зв'язку енергосистем, харчування контактної мережі тощо) використовують лінії постійного струму.

1.3.2. За призначенням

• наддалекі ПЛ напругою 500 кВ і вище (призначені для зв'язку окремих енергосистем)
• магістральні ПЛ напругою 220 і 330 кВ (призначені для передачі енергії від потужних електростанцій, а також для зв'язку енергосистем і об'єднання електростанцій всередині енергосистем - наприклад, з'єднують електростанції з розподільними пунктами)
• розподільні ПЛ напругою 35, 110 і 150 кВ (призначені для електропостачання підприємств і населених пунктів крупних районів - з'єднують розподільні пункти із споживачами)
• ПЛ 20 кВ і нижче, що підводять електроенергію до споживачів.

1.3.3. По напрузі

Залізобетонна опора ЛЕП 220/380 В з фарфоровими лінійними ізоляторами

• ПЛ до 1000 В (ПЛ нижчого класу напруги)
• ПЛ понад 1000 В
  • ПЛ 1-35 кВ (ПЛ середнього класу напруги)
  • ПЛ 110-220 кВ (ПЛ високого класу напруги)
  • ПЛ 330-750 кВ (ПЛ надвисокого класу напруги)
  • ПЛ понад 750 кВ (ПЛ ультрависокої класу напруги)

Ці групи істотно розрізняються, в основному - вимог у частині розрахункових умов і конструкцій.

У мережах СНД загального призначення змінного струму 50 Гц, згідно з ГОСТ 721-77, повинні використовуватися такі номінальні міжфазні напруги : 380 В; (6) ^[2], 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 і 1150 кВ. Можуть також існувати мережі, побудовані за застарілими стандартами з номінальними напругами міжфазних: 220 В, 3 і 150 кВ.

Номінальна напруга для ліній постійного струму не регламентовано, найчастіше використовуються напруги: 150, 400 ( Виборзька ПС - Фінляндія) і 800 кВ.

У спеціальних мережах можуть використовуватися й інші класи напруг, в основному це стосується тягових мереж залізниць (27,5 кВ, 50 Гц змінного струму і 3,3 кВ постійного струму), метрополітену (825 В постійного струму), трамваїв і тролейбусів (600 В постійного струму).

1.3.4. По режиму роботи нейтралей в електроустановках

• Трифазні мережі з незаземленими (ізольованими) нейтралями (нейтраль не приєднана до заземлювального пристрою або приєднана до нього через апарати з великим опором). У Росії такий режим нейтралі використовується в мережах напругою 3-35 кВ з малими струмами однофазних замикань на землю.
• Трифазні мережі з резонансно-заземленими (компенсованими) нейтралями (нейтральна шина приєднана до заземлення через індуктивність). У Росії використовується в мережах напругою 3-35 кВ з великими струмами однофазних замикань на землю.
• Трифазні мережі з ефективно-заземленими нейтралями (мережі високої і надвисокої напруги, нейтралі яких з'єднані з землею безпосередньо або через невеликий активний опір). У Росії це мережі напругою 110, 150 і 220 кВ частково, в яких застосовуються трансформатори (автотрансформатори вимагають обов'язкового глухого заземлення нейтралі).
• Мережі з глухозаземленою нейтраллю (нейтраль трансформатора або генератора приєднується до заземлювального пристрою безпосередньо або через малий опір). До них відносяться мережі напругою менше 1 кВ, а також мережі напругою 220 кВ і вище.

1.3.5. По режиму роботи залежно від механічного стану

• ПЛ нормального режиму роботи (проводи і троси не обірвані)
• ПЛ аварійного режиму роботи (при повному або частковому обриві дротів і тросів)
• ПЛ монтажного режиму роботи (під час монтажу опор, проводів і тросів)

1.4. Основні елементи ПЛ

• Траса - положення осі ПЛ на земній поверхні.
• Пікети (ПК) - відрізки, на які розбита траса, довжина ПК залежить від номінальної напруги ПЛ і типу місцевості.
• Нульовий пікетний знак позначає початок траси.
• Центровий знак на трасі будується ПЛ позначає центр розташування опори.
• Виробничий пікетаж - установка пікетних і центрових знаків на трасі відповідно до відомості розстановки опор.
• Фундамент опори - конструкція, забита в грунт або спирається на нього і передає йому навантаження від опори, ізоляторів, проводів (тросів) і від зовнішніх впливів (ожеледі, вітру).
• Підстава фундаменту - грунт нижньої частини котловану, що сприймає навантаження.
• Проліт (довжина прольоту) - відстань між центрами двох опор, на яких підвішені проводи. Розрізняють проміжний проліт (між двома сусідніми проміжними опорами) і анкерний проліт (між анкерними опорами). Перехідний проліт - проліт, що перетинає будь-яке спорудження або природну перешкоду (річку, яр).
• Кут повороту лінії - кут α між напрямками траси ПЛ у суміжних прогонах (до і після повороту).
• Стріла провисання - вертикальна відстань між нижчою точкою проводи в прольоті і прямої, що з'єднує точки його кріплення на опорах.
• Габарит дроту - вертикальна відстань від проводу в прольоті до перетинаються трасою інженерних споруд, поверхні землі або води.
• Шлейф (петля) - відрізок проводу, що з'єднує на анкерній опорі натягнуті дроти сусідніх анкерних прольотів.

2. Кабельні лінії електропередачі

Кабельна лінія електропередачі (КЛ) - лінія для передачі електроенергії або окремих її імпульсів, що складається з одного або декількох паралельних кабелів із з'єднувальними, стопорними та кінцевими муфтами (закладення) і кріпильними деталями, а для маслонаповнених ліній, крім того, з подпітуючим апаратами і системою сигналізації тиску масла.

За класифікацією кабельні лінії аналогічні повітряними лініями.

2.1. Кабельні лінії ділять за умовами проходження

• Підземні
• По спорудах
• Підводні

2.1.1. До кабельних споруд відносяться

• Кабельний тунель - закриту споруду (коридор) з розташованими в ньому опорними конструкціями для розміщення на них кабелів і кабельних муфт, з вільним проходом по всій довжині, що дозволяє виробляти прокладку кабелів, ремонт і огляд кабельних ліній.

• Кабельний канал - непрохідне споруда, закрите і частково або повністю заглиблене в грунт, підлогу, перекриття і т. п. і призначене для розміщення в ньому кабелів, укладання, огляд і ремонт яких можливо проводити лише при знятому перекритті.

• Кабельна шахта - вертикальне кабельне споруда (як правило, прямокутного перерізу), у якого висота в кілька разів більше боку перерізу, забезпечене скобами або драбиною для пересування вздовж нього людей (прохідні шахти) або знімною повністю або частково стінкою (непрохідні шахти).

• Кабельний поверх - частина будівлі, обмежена підлогою й перекриттям або покриттям, з відстанню між підлогою і виступаючими частинами перекриття або покриття не менше 1,8 м.

• Подвійний підлогу - порожнина, обмежена стінами приміщення, міжповерховим перекриттям і підлогою приміщення зі знімними плитами (на всій або частині площі).

• Кабельний блок - кабельне споруда з трубами (каналами) для прокладання в них кабелів з ​​відносяться до нього колодязями.

• Кабельна камера - підземне кабельне споруда, що закривається глухий знімною бетонною плитою, призначене для укладання кабельних муфт або для протягання кабелів у блоки. Камера, що має люк для входу в неї, називається кабельним колодязем.

• Кабельна естакада - надземне або наземна відкрите горизонтальне або похиле протяжне кабельне споруду. Кабельна естакада може бути прохідний або непрохідною.

• Кабельна галерея - надземне або наземна закрите повністю або частково (наприклад, без бічних стін) горизонтальне або похиле протяжне прохідне кабельне споруду.

2.1.2. Пожежна безпека кабельних споруд

При пожежах в кабельних приміщеннях в початковий період відбувається повільний розвиток горіння і лише через деякий час швидкість поширення горіння істотно збільшується. Практика свідчить, що при реальних пожежах в кабельних тунелях спостерігаються температури до 600 C і вище. Це пояснюється тим, що в реальних умовах горять кабелі, які тривалий час перебувають під струмовим навантаженням та ізоляція яких прoгревается зсередини до температури 80 C і вище. Може виникнути одночасне займання кабелів у кількох місцях і на значній довжині. Пов'язано це з тим, що кабель перебуває під навантаженням і eгo ізоляція нагрівається до температури, близької до температури самозаймання ^[3].

Кабель складається з безлічі конструктивних елементів, для виготовлення яких використовують широкий спектр горючих матеріалів, у число яких входять матеріали, що мають низьку температуру займання, матеріали схильні до тління. Також в конструкцію кабелю і кабельних конструкцій входять металеві елементи. У разі пожежі або струмового перевантаження відбувається прогрівання цих елементів до температури близько 500-600 ˚ C, яка перевищує температуру займання (250-350 ˚ C) багатьох полімерних матеріалів, що входять в конструкцію кабелю, у зв'язку з чим можливе їх повторне займання від прогрітих металевих елементів після припинення подачі вогнегасної речовини. У зв'язку з цим необхідно вибирати нормативні показники подачі вогнегасних речовин, щоб забезпечувати ліквідацію полум'яного горіння, а також виключити можливість повторного займання ^[4].

Тривалий час в кабельних приміщеннях застосовувалися установки пінного гасіння. Проте досвід експлуатації виявив ряд недоліків:

• обмежений сpoк зберігання піноутворювача і неприпустимість зберігання їх водних розчинів;
• нестійкість в роботі;
• складність налагодження;
• необхідність спеціального догляду за пристроєм дозування піноутворювача;
• швидке руйнування піни при високій (близько 800 C) температурі середовища при пожежі.

Дослідження показали, що розпорошена вода має більшу вогнегасною здатністю в порівнянні з повітряно-механічною піною, так як вона добре змочує і охолоджує гарячі кабелі та будівельні конструкції ^[5].

Лінійна швидкість поширення полум'я для кабельних споруд (горіння кабелів) становить 1,1 м / хв ^[6].

2.2. За типом ізоляції

Ізоляція кабельних ліній ділиться на два основних типи:

• рідинна
  • кабельним нафтовим маслом
• тверда
  • паперово-масляна
  • полівінілхлоридна ( ПВХ)
  • резино-паперова (RIP)
  • зшитий поліетилен (XLPE)
  • етилен-пропіленова гума (EPR)

Тут не вказана ізоляція газоподібними речовинами і деякі види рідинної і твердої ізоляції через їх відносно рідкісного застосування в момент написання статті.

3. Високотемпературні надпровідники

3.1. HTS кабель

Технологія високотемпературної надпровідності (HTS), розроблена "Sumitomo Electric", застосовується в демонстраційній системі силової мережі, запущеної в експлуатацію в липні 2006 в США ( Лонг-Айленд). При напрузі 138 кв передається потужність в 574 МВА на довжину 600 метрів.

4. Втрати в ЛЕП

Втрати електроенергії в проводах залежать від сили струму, тому при передачі її на далекі відстані, напруга багаторазово підвищують (у стільки ж разів зменшуючи силу струму) за допомогою трансформатора, що при передачі тієї ж потужності дозволяє значно знизити втрати. Однак зі зростанням напруги починають відбуватися різні розрядні явища.

У повітряних лініях надвисокої напруги присутні втрати активної потужності на корону ( коронний розряд). Ці втрати залежать значною мірою від погодних умов (у суху погоду втрати менше, а в дощ, мряка або сніг ці втрати зростають) і розщеплення проводи в фазах лінії.

Втрати на корону для ліній різних напруг мають свої значення (для лінії ПЛ 500 кВ середньорічні втрати на корону становлять близько 9-11 кВт / км).

Так як коронний розряд залежить від напруженості на поверхні проводу, то для зменшення цієї напруженості в повітряних лініях надвисокої напруги застосовують розщеплення фаз. Тобто замість одного дроти застосовують два і більше проводів в фазі. Розташовуються ці проводи на рівній відстані один від одного. Виходить еквівалентний радіус розщепленої фази, цим зменшується напруженість на окремому дроті, що в свою чергу зменшує втрати на корону.

4.1. Втрати в ЛЕП змінного струму

Важливою величиною, що впливає на економічність ЛЕП змінного струму, є величина, що характеризує співвідношення між активною та реактивної потужності в лінії - cos φ. Активна потужність - частина сумарної енергії, що пройшла по дротах і переданої в навантаження; [[ Активна потужність | реактивна потужність]] - це енергія, відбилася від навантаження або перекручена навантаженням (наприклад, ток непропорційний напрузі або зсунутий від нього по фазі).

При довжині ЛЕП змінного струму більше декількох тисяч кілометрів спостерігається ще один вид втрат - радіовипромінювання. Так як така довжина вже порівнянна з довжиною електромагнітної хвилі частотою 50 Гц, провід працює як антена.

Література

• Електромонтажні роботи. У 11 кн. Кн. 8. Ч. 1. Повітряні лінії електропередачі: Учеб. посібник для ПТУ / Магідін Ф. А.; Під ред. А. Н. Трифонова. - М.: Вища школа, 1991. - 208 с. - ISBN 5-06-001074-0
• Рожкова Л. Д., Козулін В. С. Електрообладнання станцій та підстанцій: Підручник для технікумів. - 3-е изд., Перераб. і доп. - М.: Вища школа, 1987. - 648 с.: Іл. ББК 31.277.1 Р63
• Проектирование электрической части станций и подстанций: Учеб. пособие / Петрова С.С.; Под ред. С.А. Мартынова. - Л.: ЛПИ им. М. И. Калашникова, 1980. - 76 с. - УДК 621.311.2(0.75.8)