Линия электропередачи

Линии электропередачи

Линии электропередачи (Шарья)

Линия электропередачи (ЛЭП) в один из компонентов электрической сети, система энергетического оборудования, предназначенная для передачи электроэнергии посредством электрического тока. Также электрическая линия в составе такой системы, выходящая за пределы электростанции или подстанции.

Различают воздушные и кабельные линии электропередачи.

По ЛЭП также передают информацию при помощи высокочастотных сигналов (по оценкам^{[каким?]}, в СНГ используется порядка 60 тысяч ВЧ-каналов по ЛЭП) и ВОЛС. Используются они для диспетчерского управления, передачи телеметрических данных, сигналов релейной защиты и противоаварийной автоматики.

Воздушные линии электропередачи

Линия электропередачи 500 кВ

Воздушная линия электропередачи (ВЛ) в устройство, предназначенное для передачи или распределения электрической энергии по проводам, находящимся на открытом воздухе и прикреплённым с помощью траверс (кронштейнов), изоляторов и арматуры к опорам или другим сооружениям (мостам, путепроводам).

Линия электропередачи 1150 кВ

Состав ВЛ

• Провода
• Траверсы
• Изоляторы
• Арматура
• Опоры
• Грозозащитные тросы
• Разрядники
• Заземление
• Секционирующие устройства
• Волоконно-оптические линии связи (в виде отдельных самонесущих кабелей, либо встроенные в грозозащитный трос, силовой провод)
• Вспомогательное оборудование для нужд эксплуатации (аппаратура высокочастотной связи, ёмкостного отбора мощности и др.)
• Элементы маркировки высоковольтных проводов и опор ЛЭП для обеспечения безопасности полётов воздушных судов. Опоры маркируются сочетанием красок определённых цветов, провода в авиационными шарами для обозначения в дневное время. Для обозначения в дневное и ночное время суток применяются огни светового ограждения.

Документы, регулирующие ВЛ

Конструкция ВЛ, её проектирование и строительство регулируются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и Строительными нормами и правилами (СНиП).

Классификация ВЛ

По роду тока

• ВЛ переменного тока
• ВЛ постоянного тока

В основном, ВЛ служат для передачи переменного тока и лишь в отдельных случаях (например, для связи энергосистем, питания контактной сети и другие) используются линии постоянного тока. Линии постоянного тока имеют меньшие потери на емкостную и индуктивную составляющие. Так, в Ростовской области была построена экспериментальная линия постоянного тока на 500 кВ. Однако широкого распространения такие линии не получили.

По назначению

• сверхдальние ВЛ напряжением 500 кВ и выше (предназначены для связи отдельных энергосистем)
• магистральные ВЛ напряжением 220 и 330 кВ (предназначены для передачи энергии от мощных электростанций, а также для связи энергосистем и объединения электростанций внутри энергосистем в к примеру, соединяют электростанции с распределительными пунктами)
• распределительные ВЛ напряжением 35, 110 и 150 кВ (предназначены для электроснабжения предприятий и населённых пунктов крупных районов в соединяют распределительные пункты с потребителями)
• ВЛ 20 кВ и ниже, подводящие электроэнергию к потребителям.

По напряжению

Железобетонная опора ЛЭП 220/380 В с фарфоровыми линейными изоляторами

• ВЛ до 1000 В (ВЛ низшего класса напряжений)
• ВЛ выше 1000 В
  • ВЛ 135 кВ (ВЛ среднего класса напряжений)
  • ВЛ 110220 кВ (ВЛ высокого класса напряжений)
  • ВЛ 330750 кВ (ВЛ сверхвысокого класса напряжений)
  • ВЛ выше 750 кВ (ВЛ ультравысокого класса напряжений)

Эти группы существенно различаются, в основном в требованиями в части расчётных условий и конструкций.

В сетях СНГ общего назначения переменного тока 50 Гц, согласно ГОСТ 721-77, должны использоваться следующие номинальные междуфазные напряжения: 380 В; (6), 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ. Могут также существовать сети, построенные по устаревшим стандартам с номинальными межфазными напряжениями: 220 В, 3 и 150 кВ.

Номинальное напряжение для линий постоянного тока не регламентировано, чаще всего используются напряжения: 150, 400 (Выборгская ПС в Финляндия) и 800 кВ.

В специальных сетях могут использоваться и другие классы напряжений, в основном это касается тяговых сетей железных дорог (27,5 кВ, 50 Гц переменного тока и 3,3 кВ постоянного тока), метрополитена (825 В постоянного тока), трамваев и троллейбусов (600 В постоянного тока).

По режиму работы нейтралей в электроустановках

• Трёхфазные сети с незаземлёнными (изолированными) нейтралями (нейтраль не присоединена к заземляющему устройству или присоединена к нему через аппараты с больши́м сопротивлением). В СНГ такой режим нейтрали используется в сетях напряжением 3в35 кВ с малыми токами однофазных замыканий на землю.
• Трёхфазные сети с резонансно-заземлёнными (компенсированными) нейтралями (нейтральная шина присоединена к заземлению через индуктивность). В СНГ используется в сетях напряжением 335 кВ с большими токами однофазных замыканий на землю.
• Трёхфазные сети с эффективно-заземлёнными нейтралями (сети высокого и сверхвысокого напряжения, нейтрали которых соединены с землёй непосредственно или через небольшое активное сопротивление). В России это сети напряжением 110, 150 и частично 220 кВ, в которых применяются трансформаторы (автотрансформаторы требуют обязательного глухого заземления нейтрали).
• Сети с глухозаземлённой нейтралью (нейтраль трансформатора или генератора присоединяется к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление). К ним относятся сети напряжением менее 1 кВ, а также сети напряжением 220 кВ и выше.

По режиму работы в зависимости от механического состояния

• ВЛ нормального режима работы (провода и тросы не оборваны)
• ВЛ аварийного режима работы (при полном или частичном обрыве проводов и тросов)
• ВЛ монтажного режима работы (во время монтажа опор, проводов и тросов)

Основные элементы ВЛ

• Трасса в положение оси ВЛ на земной поверхности.
• Пикеты (ПК) в отрезки, на которые разбита трасса, длина ПК зависит от номинального напряжения ВЛ и типа местности.
• Нулевой пикетный знак обозначает начало трассы.
• Центровой знак на трассе строящейся ВЛ обозначает центр расположения опоры.
• Производственный пикетаж в установка пикетных и центровых знаков на трассе в соответствии с ведомостью расстановки опор.
• Фундамент опоры в конструкция, заделанная в грунт или опирающаяся на него и передающая ему нагрузку от опоры, изоляторов, проводов (тросов) и от внешних воздействий (гололёда, ветра).
• Основание фундамента в грунт нижней части котлована, воспринимающий нагрузку.
• Пролёт (длина пролёта) в расстояние между центрами двух опор, на которых подвешены провода. Различают промежуточный пролёт (между двумя соседними промежуточными опорами) и анкерный пролёт (между анкерными опорами). Переходный пролёт в пролёт, пересекающий какое-либо сооружение или естественное препятствие (реку, овраг).
• Угол поворота линии в угол α между направлениями трассы ВЛ в смежных пролётах (до и после поворота).
• Стрела провеса в вертикальное расстояние между низшей точкой провода в пролёте и прямой, соединяющей точки его крепления на опорах.
• Габарит провода в вертикальное расстояние от провода в пролёте до пересекаемых трассой инженерных сооружений, поверхности земли или воды.
• Шлейф (петля) в отрезок провода, соединяющий на анкерной опоре натянутые провода соседних анкерных пролётов.

Кабельные линии электропередачи

Кабельная линия электропередачи (КЛ) в линия для передачи электроэнергии или отдельных её импульсов, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепёжными деталями, а для маслонаполненных линий, кроме того, с подпитывающими аппаратами и системой сигнализации давления масла.

По классификации кабельные линии аналогичны воздушным линиям.

Кабельные линии делят по условиям прохождения

• Подземные
• По сооружениям
• Подводные

К кабельным сооружениям относятся

• Кабельный тоннель в закрытое сооружение (коридор) с расположенными в нём опорными конструкциями для размещения на них кабелей и кабельных муфт, со свободным проходом по всей длине, позволяющим производить прокладку кабелей, ремонт и осмотр кабельных линий.

• Кабельный канал в непроходное сооружение, закрытое и частично или полностью заглубленное в грунт, пол, перекрытие и т. п. и предназначенное для размещения в нём кабелей, укладку, осмотр и ремонт которых возможно производить лишь при снятом перекрытии.

• Кабельная шахта в вертикальное кабельное сооружение (как правило, прямоугольного сечения), у которого высота в несколько раз больше стороны сечения, снабженное скобами или лестницей для передвижения вдоль него людей (проходные шахты) или съемной полностью или частично стенкой (непроходные шахты).

• Кабельный этаж в часть здания, ограниченная полом и перекрытием или покрытием, с расстоянием между полом и выступающими частями перекрытия или покрытия не менее 1,8 м.

• Двойной пол в полость, ограниченная стенами помещения, междуэтажным перекрытием и полом помещения со съемными плитами (на всей или части площади).

• Кабельный блок в кабельное сооружение с трубами (каналами) для прокладки в них кабелей с относящимися к нему колодцами.

• Кабельная камера в подземное кабельное сооружение, закрываемое глухой съемной бетонной плитой, предназначенное для укладки кабельных муфт или для протяжки кабелей в блоки. Камера, имеющая люк для входа в неё, называется кабельным колодцем.

• Кабельная эстакада в надземное или наземное открытое горизонтальное или наклонное протяженное кабельное сооружение. Кабельная эстакада может быть проходной или непроходной.

• Кабельная галерея  в надземное или наземное закрытое полностью или частично (например, без боковых стен) горизонтальное или наклонное протяженное проходное кабельное сооружение.

Пожарная безопасность кабельных сооружений

При пожарах в кабельных помещениях в начальный период происходит медленное развитие горения и только спустя некоторое время скорость распространения горения существенно увеличивается. Практика свидетельствует, что при реальных пожарах в кабельных туннелях наблюдаются температуры до 600 °C и выше. Это объясняется тем, что в реальных условиях горят кабели, которые длительное время находятся под токовой нагрузкой и изоляция которых прoгревается изнутри до температуры 80 °C и выше. Может возникнуть одновременное воспламенение кабелей в нескольких местах и на значительной длине. Связано это с тем, что кабель находится под нагрузкой и eгo изоляция нагревается до температуры, близкой к температуре самовоспламенения.

Кабель состоит из множества конструктивных элементов, для изготовления которых используют широкий спектр горючих материалов, в число которых входят материалы, имеющие низкую температуру воспламенения, материалы склонные к тлению. Также в конструкцию кабеля и кабельных конструкций входят металлические элементы. В случае пожара или токовой перегрузки происходит прогрев этих элементов до температуры порядка 500в600 ˚C, которая превышает температуру воспламенения (250350 ˚C) многих полимерных материалов, входящих в конструкцию кабеля, в связи с чем возможно их повторное воспламенение от прогретых металлических элементов после прекращения подачи огнетушащего вещества. В связи с этим необходимо выбирать нормативные показатели подачи огнетушащих веществ, чтобы обеспечивать ликвидацию пламенного горения, а также исключить возможность повторного воспламенения.

Длительное время в кабельных помещениях применялись установки пенного тушения. Однако опыт эксплуатации выявил ряд недостатков:

• ограниченный сpoк хранения пенообразователя и недопустимость хранения их водных растворов;
• неустойчивость в работе;
• сложность наладки;
• необходимость специального ухода за устройством дозировки пенообразователя;
• быстрое разрушение пены при высокой (около 800 °C) температуре среды при пожаре.

Исследования показали, что распыленная вода обладает большей огнетушащей способностью по сравнению с воздушно-механической пеной, так как она хорошо смачивает и охлаждает горящие кабели и строительные конструкции.

Линейная скорость распространения пламени для кабельных сооружений (горение кабелей) составляет 1,1 м/мин.

По типу изоляции

Изоляция кабельных линий делится на два основных типа:

• жидкостная
  • кабельным нефтяным маслом
• твёрдая
  • бумажно-масляная
  • поливинилхлоридная (ПВХ)
  • резино-бумажная (RIP)
  • сшитый полиэтилен (XLPE)
  • этилен-пропиленовая резина (EPR)

Здесь не указана изоляция газообразными веществами и некоторые виды жидкостной и твёрдой изоляции из-за их относительно редкого применения в момент написания статьи.

Высокотемпературные сверхпроводники

HTS кабель

Технология высокотемпературной сверхпроводимости (HTS), разработанная «Sumitomo Electric», применяется в демонстрационной системе силовой сети, запущенной в эксплуатацию в июле 2006 в США (Лонг-Айленд). При напряжении 138 кВ передаётся мощность в 574 МВА на длину 600 метров.

Потери в ЛЭП

Потери электроэнергии в проводах зависят от силы тока, поэтому при передаче её на дальние расстояния, напряжение многократно повышают (во столько же раз уменьшая силу тока) с помощью трансформатора, что при передаче той же мощности позволяет значительно снизить потери. Однако с ростом напряжения начинают происходить различные разрядные явления.

В воздушных линиях сверхвысокого напряжения присутствуют потери активной мощности на корону (коронный разряд). Эти потери зависят во многом от погодных условий (в сухую погоду потери меньше, а в дождь, изморось или снег эти потери возрастают) и расщепления провода в фазах линии.

Потери на корону для линий различных напряжений имеют свои значения (для линии ВЛ 500 кВ среднегодовые потери на корону составляют около 9в11 кВт/км).

Так как коронный разряд зависит от напряжённости на поверхности провода, то для уменьшения этой напряжённости в воздушных линиях сверхвысокого напряжения применяют расщепление фаз. То есть вместо одного провода применяют два и более проводов в фазе. Располагаются эти провода на равном расстоянии друг от друга. Получается эквивалентный радиус расщеплённой фазы, этим уменьшается напряжённость на отдельном проводе, что в свою очередь уменьшает потери на корону.

Потери в ЛЭП переменного тока

Важной величиной, влияющей на экономичность ЛЭП переменного тока, является величина, характеризующая соотношение между активной и реактивной мощностями в линии в cos φ. Активная мощность в часть полной мощности, прошедшей по проводам и переданной в нагрузку; Реактивная мощность в это мощность, которая генерируется линией, её зарядной мощностью (ёмкостью между линией и землёй) а так же самим генератором, и потребляется реактивной нагрузкой(индуктивной нагрузкой). Потери активной мощности в линии зависят и от передаваемой реактивной мощности. Чем больше переток реактивной мощности - тем больше потери активной.

При длине ЛЭП переменного тока более нескольких тысяч километров наблюдается ещё один вид потерь в радиоизлучение. Так как такая длина уже сравнима с длиной электромагнитной волны частотой 50 Гц, провод работает как антенна.

См. также

• Опора линии электропередачи
• Электромагнитная сверхчувствительность
• Система электроснабжения

Литература

• Электромонтажные работы. В 11 кн. Кн. 8. Ч. 1. Воздушные линии электропередачи: Учеб. пособие для ПТУ / Магидин Ф. А.; Под ред. А. Н. Трифонова. в М.: Высшая школа, 1991. в 208 с. в ISBN 5-06-001074-0
• Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. в 3-е изд., перераб. и доп. в М.: Энергоатомиздат, 1987. в 648 с.: ил. ББК 31.277.1 Р63
• Проектирование электрической части станций и подстанций: Учеб. пособие / Петрова С.С.; Под ред. С.А. Мартынова. в Л.: ЛПИ им. М. И. Калашникова, 1980. в 76 с. в УДК 621.311.2(0.75.8)