Пример моделирования в программе ELCUT. Транспозиция проводов воздушной линии электропередачи.
Страница примера на сайте поддержки пользователей программы:
http://elcut.ru/advanced/transposition_r.htm. На этой странице даны файлы задачи и подробные результаты анализа данного примера.
Сайт www.elcut.ru содержит материалы для изучения программы и лёгкого старта в инженерных расчётах, Вы можете бесплатно скачать ELCUT Студенческий для решения простых задач.
Условия приобретения лицензии – для предприятий и льготные - для ВУЗов.
Техническая помощь по адресу [email protected]. Обращайтесь, будем рады помочь освоить программу.

Участок воздушной линии электропередачи класса 110 кВ, длиной 120 километров.
Тип задачи: Плоская задача магнитного поля переменных токов.
Геометрия: Опора ЛЭП. Все размеры в метрах. Схема транспозиции. Длина линии l = 120 км
Исходные данные: Номинальное напряжение линии (действующее) Uл = 110 кВ
Rнагр = 100 Ом, Lнагр = 0.23 Гн.
Задание: Определить индуктивность фазы линии электропередачи.

Решение:
Согласно ПУЭ, на ВЛ 110-500 кВ длиной более 100 км для ограничения несимметрии токов и напряжений должен выполняться один полный цикл транспозиции. Шаг транспозиции по условию влияний на линии связи не нормируется. При этом транспозиция должна осуществляться так, чтобы суммарные длины участков ВЛ с различным чередованием фаз были примерно равны.
Длина нашей линии составляет 120 км, и на протяжении всего участка электропередачи происходит полный цикл транспозиции проводов линии. Расстояние между точками транспозиции (транспозиционными опорами) составляет 40 км.
Для учета различного расположения отрезков линии они все были добавлены в модель. Участки были изолированы по магнитному полю, и не создавали помех друг другу, но были связаны в цепи. Таким образом в единой задаче удалось учесть различное распределение проводников.
Полное сопротивление линии складывается из сопротивлений отдельных участков и может быть найдено как падение напряжения на отдельный участках, деленное на ток:
Zл = (U1 + U2 + U3) / I.
Cопротивление линии может быть представлено, как сумма активного сопротивления (R) и индуктивного сопротивления (Xл):
Zл = Rл + j Xл.
Для определения индуктивности линии воспользуемся законом Ома и соотношением между индуктивным сопротивлением и индуктивностью:
L = Xл / 2 π f,
где Xл - индуктивное сопротивление фазы линии;
f - частота тока.

Результаты расчета: Таблица измеренных токов и напряжений для фазы А.

Загрузить файлы задачи: http://elcut.ru/examples/transposition.zip Сопротивление ZC, Ом
Посмотреть подробно геометрию и результаты: http://elcut.ru/advanced/transposition_r.htm
Транспозиция проводов воздушной линии электропередачи

Видео Транспозиция проводов воздушной линии электропередачи. Пример моделирования в ELCUT канала elcut2010

Иногда виток состоит не из одного, а из нескольких параллельных проводов. При этом провода должны иметь равную длину и одинаковое сцепление с полем рассеяния, иначе будут значительные дополнительные потери. Поэтому параллельные провода, образующие виток, если они расположены перпендикулярно потоку рассеяния, должны соответственно транспонироваться, т. е. меняться местами.

Транспозиция параллельных проводов в непрерывной обмотке

В непрерывной обмотке параллельные провода меняют местами в переходах из одной катушки в другую, причем число переходов получается равным числу параллельных проводов в витке. Как видно, параллельные провода при переходе из первой катушки во вторую меняются местами, т. е. верхние провода становятся нижними, а нижние - верхними. Чтобы это осуществить, переходы проводов смещают один по отношению к другому. Смещение производят обычно на один пролет между рейками. В результате виток, состоящий из двух параллельных проводов, занимает своими переходами два пролета, из трех - три пролета, из четырех - четыре.
Практикой изготовления многопараллельных непрерывных обмоток выработано правило, согласно которому началом и концом катушки, виток которой состоит из нечетного числа параллельных проводов, считают средний провод, а при четном числе параллельных проводов - последний провод первой половины всех проводов. Так, при двухпроводном витке это будет первый верхний провод, при трехпроводном витке - второй средний провод, а при четырехпроводном витке - второй провод, считая сверху, и т. д.
Место изгиба каждого из параллельных проводов для перехода из катушки в катушку, как уже указывалось, предварительно изолируют электрокартоном. При изгибе для наружного перехода накладывают полоску на провод снизу, а для внутреннего - коробочку на провод сверху.
Места переходов, а соответственно и изгибов проводов, размечают в соответствии с чертежом обмотки в развернутом виде, где показаны и пронумерованы все рейки и пролеты и изображены все переходы и транспозиции. На чертеже наружные переходы показывают оплошными линиями, а внутренние - пунктирными.
При выполнении наружных переходов из неперекладной катушки в перекладную сначала изгибают верхний провод, а затем, идя последовательно сверху вниз, остальные. При этом смещают место изгиба для каждого последующего провода на одну рейку. Переходы всех проводов укладывают так, чтобы верхние провода переходили соответственно в нижние, а нижние - в верхние.
Для намотки перекладной катушки необходимо плавно спустить переходы с верха постоянной катушки вниз, на рейки к основанию временной катушки. Для этого применяют технологический клин, который набирают ступеньками из электрокартонных полос шириной, равной примерно ширине провода вместе с изоляцией. Длину клина в зависимости от числа параллельных проводов в витке берут равной 1/3-1/2 витка.
Клин должен иметь наибольшую высоту, равную радиальному размеру катушки минус один виток. Эта высота должна постепенно уменьшаться: под вторым переходом - на толщину одного провода, под третьим переходом - еще на толщину одного провода и т. д., а за пределами всех переходов равномерно и постепенно сойти на нет. После того как клин скомплектован его бандажируют вразгон по всей длине киперной лентой. Изготовленный таким образом клин подкладывают под переходы и плавно спускают их на рейки. Затем наматывают перекладную катушку.
При намотке первого витка перекладной катушки провода укладываются на рейки по небольшой спирали, причем начало витка несколько приподнято по сравнению с концом. Поэтому под конец первого витка также подкладывают на некоторой длине технологический клин, набранный из электрокартонных полос. При наличии этого клина второй виток ложится без усилий и равномерно на первый виток и все временные витки устойчиво лежат один на другом. После намотки временной катушки размечают места изгибов для внутренних переходов в следующую постоянную неперекладную катушку и выгибают все параллельные провода. Предварительно место изгиба каждого провода изолируют электрокартонной коробочкой, которую накладывают на провод сверху и закрепляют лентой.
При выполнении внутренних переходов из перекладной катушки в неперекладную сначала выгибают нижний провод, а затем, идя последовательно снизу вверх, все остальные. При этом смещают место изгиба для каждого последующего провода на одну рейку. Переходы всех проводов укладывают так, чтобы нижние провода переходили соответственно в верхние, а верхние-в нижние.
Между параллельными проводами, идущими с барабанов, наблюдаются небольшие линейные смещения вследствие разности в диаметрах этих проводов при намотке. Чтобы смещения в процессе перекладывания витков не увеличивались, провода зажимают ручными тисками или рукой. Затем производят перекладку витков,
наблюдая за тем, чтобы провода не смещались один относительно другого. Перекладывание витков из нескольких параллельных проходов производят так же, как и витков из одного провода.
Намотку непрерывных катушек производят двое рабочих; один находится по одну сторону станка, а второй - по другую.

Изобретение относится к области железных дорог, электрифицированных на переменном токе, и направлено на обеспечение нормального функционирования высоковольтных линий с изолированной нейтралью в условиях интенсивного воздействия электромагнитного поля контактной сети железной дороги. Устройство транспозиционной геометрии проводов воздушной высоковольтной линии содержит: опоры линии, кронштейны для крепления в ряд двух изоляторов по углам основания условного пространственного равностороннего треугольника, стороны которого увеличены в минимально допустимый размер сближения. Для симметрирования погонных электрических параметров линии применена шестишаговая транспозиция проводов - фаз в цикле с поворотом проводов - фаз на 60° на каждой опоре и вращением проводов по всей длине линии. Геометрическое расположение проводов на опорах по углам условного пространственного равностороннего треугольника выполнено с помощью чередующихся по высоте и разных по длине кронштейнов с подвесными изоляторами, на которых крепятся провода - фазы. Технический результат заключается в снижении электромагнитного воздействия контактной сети железной дороги на функционирование высоковольтных линий с изолированной нейтралью. 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2460654

Изобретение относится к аппаратуре, обеспечивающей нормальное функционирование высоковольтных линий с изолированной нейтралью, а также линий, использующих систему два - провода заземленный провод (ДПЗП патент от 10.11.2006 г. № 2286891) в условиях интенсивного воздействия электромагнитного поля контактной сети железной дороги. Снижение несимметрии треугольника питающих напряжений потребителей систем с изолированной нейтралью и ДПЗП от электромагнитного влияния контактной сети зависит от геометрии расположения проводов на опорах. Задача заключается в том, чтобы влияющее электромагнитное поле оказывало одинаковое воздействие на все три провода. Тогда уровни наведенных напряжений как от магнитной, так и от электрической составляющих, в точках подключения потребителей, будут одинаковы, и разности потенциалов по фазам линии от влияний будут стремиться к нулю. Соответственно, на самом потребителе будет только напряжение питания. Поставленную цель можно достигнуть, создав одинаковое расстояние от каждого из проводов линии до эквивалента влияния контактной сети. Под эквивалентом влияния контактной сети следует понимать геометрическую расположенность всех токоведущих элементов (контактный провод, несущий трос, струнки и т.д.) и, кроме того, такую же геометрию от параллельного - второго пути. Вся эта геометрия трех проводов должна сводиться в условную геометрическую точку. Если все три провода будут параллельно разнесены в пространстве, то такая задача конструктивно не решаема. Однако если свести три провода в единую геометрическую точку влияния, то можно получить положительный результат. Транспозиция проводов ВЛ обеспечивает выравнивание индуктивностей и емкостей отдельных фаз, уменьшение влияния на соседние параллельные воздушные линии, тем самым обеспечивая качественную передачу электроэнергии к потребителю. Транспозиция заключается во взаимном обмене местами проводов различных фаз на протяжении всей линии. Для этого вся длина линии делится на части, число которых кратно трем, и каждая фаза, переходя с одного участка на другой, меняется местами с другими фазами, что описано в учебнике: «Электроснабжение нетяговых потребителей железных дорог». Ратнер М.П., Могилевский Е.Л. - М.: Транспорт, 1985 г. Устройство принято в качестве прототипа. В прототипе применяют длину шага транспозиции 3 км. Три шага транспозиции (при каждом шаге смещение проводов на 120°) обеспечивает через 360° полное перекрещивание проводов, что составляет цикл транспозиции.

Транспозиция проводов выполняется на специальной транспозиционной опоре или в пролете (промежуток между опорами), подходящий к транспозиционной опоре. Если транспозиция выполняется в пролете, то в месте крепления проводов на опоре, для защиты их от перехлеста, необходимо в два раза увеличить минимально допустимое расстояние между проводами. В остальных пролетах линии (3 км) провода идут параллельно друг другу до следующего шага транспозиции. Между шагами транспозиции электрические параметры несимметричны. К основным погонным электрическим параметрам линии, влияющим на качества передачи электроэнергии, относятся погонная индуктивность, погонная емкость, погонная проводимость и коэффициент распространения.

Погонная индуктивность линий обусловлена магнитным потоком, пронизывающим рамку, образованная проводами цепи, а также магнитным потоком внутри проводов цепи.

Из этого следует, что внешняя индуктивность не зависит от частоты и определяется геометрическими параметрами самой и влияющей линий. Если шаг транспозиции достаточно значителен и составляет 3 км, а цикл 9 км, то на протяжении 9 км происходит постоянное значительное изменение внешней индуктивности по длине всей линии, а косое сближение дополнительно вносит несимметрию электрических погонных параметров. Разброс параметров внешней индуктивности по длине линии отрицательным образом сказывается на качестве электроэнергии у потребителей, подключенных к одной и той же линии.

Симметрирование погонных электрических параметров, в основном, выполняется в кабелях связи, а также силовых кабелях электропитания, которых принимаем в качестве аналога ( Теория передачи сигналов электросвязи . Ю.С.Шинаков, Ю.М.Колодяжный - М.; Радио и связь, 1989). Симметричная кабельная цепь представляет собой жилы, скрученные в звездную четверку по всей длине кабеля. Благодаря скрутке в звездную четверку, каждый из проводов имеет одинаковую емкость по отношению к земле и к любому другому проводу другой цепи. Погонная индуктивность в кабельных линиях по отношению к воздушным линиям значительно меньше за счет уменьшения внешней индуктивности.

В симметричных кабельных линиях основным преимуществом является симметричность погонных электрических параметров. Кроме того, для более точной подгонки этих параметров применяют еще индивидуальное трехэтапное симметрирование. Однако существенным недостатком кабельных линий, из-за малого расстояния между жилами, является большая погонная емкость по отношению к воздушным линиям. Этот недостаток влияет на переходные коммутационные процессы и, тем самым, ограничивает длину непрерывных кабельных линий (длина силовых непрерывных кабельных линий не более 60 км).

Предлагаемое устройство транспозиционной геометрии проводов для снижения электромагнитного воздействия максимально использует все преимущества как воздушных, так и кабельных линий. То есть предлагаемое устройство использует симметрию погонных электрических параметров кабелей, но с малой погонной емкостью, которой обладают воздушные проводные линии.

Цель изобретения - создание устройства транспозиционной геометрии проводов воздушной высоковольтной линии электроснабжения с повышенной симметрией погонных электрических параметров линии находящейся в условиях интенсивного воздействия электромагнитного поля контактной сети железных дорог, электрифицированных на переменном токе.

Погонное равенство всех электрических параметров проводов - фаз линии достигается путем применения транспозиции трех проводов на каждом межпролетном пространстве по всей длине линии, с применением не трехшаговой межпролетной транспозиции с поворотом на 120° (требующей двукратного увеличения допустимого безопасного расстояния между проводами и имеющей на основании этого расстояние между шагами 3 км), а шестишагового поворота на 60° на каждой опоре. Шестишаговый поворот проводов на 60° по окружности на каждой опоре (показанный на расчетной схеме фиг.1 и пространственной схеме фиг.2), который увеличивает расстояние между проводами в опорных точках по отношению к середине пролета лишь на коэффициент 1.15, позволяя использовать стандартизированные конструкции кронштейнов и опор, тем самым сохраняя нормируемые габариты и разгружая опору до стандартных значений нагрузки, а также позволяя выполнять транспозиционный шаг на каждом пролете без пропусков. Эта транспозиционная геометрия проводов дает возможность применить ее не только для напряжений 6 (10) кВ, но и с более высокими значениями напряжений 27,35 кВ и даже выше. Применение расположения проводов на опорах по углам условного пространственного равностороннего треугольника (см. пунктиром фиг.1) позволяет получить высокий уровень симметрирования погонных электрических параметров линии.

В устройстве имеются: опоры линии - 1; кронштейны для крепления двух изоляторов в ряд по углам основания условного пространственного равностороннего треугольника, стороны которого увеличены в 1.15D - нормированного минимально допустимого размера сближения - 2; кронштейны для крепления одного изолятора на третьем угле условного пространственного равностороннего треугольника - 3; подвесные гирлянды изоляторов - 4; провода - фазы высоковольтной трехфазной линии - 5, 6 и 7; эквивалент влияющей контактной сети - 8.

Устройство работает следующим образом. Электромагнитное поле контактной сети 8 облучает своими магнитной и электрической составляющими провода - фазы 5, 6 и 7.

Эти провода 5, 6 и 7 за счет своего постоянного вращения вдоль всей длины линии имеют одинаковые погонные электрические параметры. Соответственно, они получают одинаковое воздействие от обоих составляющих электромагнитного поля контактной сети 8. За счет соразмерности расстояния до эквивалента контактной сети 8 обеспечивается равенство наведенных электрических величин на всех трех проводах 5, 6, 7. В результате на подключенных к этой линии потребителях взаимно уничтожаются магнитная и электрическая составляющие электромагнитного поля контактной сети 8. Выполненный на каждой опоре 1 условный пространственный равносторонний треугольник с увеличенными сторонами в 1.15 (для невозможности перехлеста проводов), образованный с помощью чередующихся по высоте и разных по длине кронштейнов 2 и 3 с подвесными изоляторами 4, на которых крепятся провода - фазы 5, 6 и 7, дополнительно сближает равенство погонных электрических параметров линии.

Предлагаемое устройство транспозиционной геометрии проводов воздушной высоковольтной линии электроснабжения с повышенной симметрией погонных электрических параметров линии находящейся в условиях интенсивного воздействия электромагнитного поля контактной сети железных дорог, электрифицированных на переменном токе, обеспечивает высокое качество поставляемой электроэнергии потребителям и снимает конструктивный предел использования для более высоких напряжений.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство транспозиционной геометрии проводов воздушной высоковольтной линии электроснабжения с повышенной симметрией погонных электрических параметров линии, находящейся в условиях интенсивного воздействия электромагнитного поля контактной сети железных дорог, электрифицированных на переменном токе, содержащее: контактную сеть переменного тока, излучающую электромагнитное поле и высоковольтную линию с транспозицией проводов, находящуюся в зоне этого электромагнитного поля, отличающееся тем, что для симметрирования погонных электрических параметров линии применяется шестишаговая транспозиция проводов - фаз в цикле с их поворотом на 60° (на каждой опоре), их вращением (по всей длине линии) и их геометрическим расположением на опорах по углам условного пространственного равностороннего треугольника, выполненного с помощью чередующихся по высоте и разных по длине кронштейнов с подвесными изоляторами, на которых крепятся провода - фазы.

Основными элементами ВЛ являются: опоры, провода, изоляторы, линейная арматура, грозозащитные тросы.

Для ВЛ используются металлические, железобетонные и деревянные опоры.

Для изготовления металлических опор применяют углеродистую и низколегированную стали. Для защиты от коррозии опоры оцинковывают или покрывают антикоррозийными лаками и красками. Такие опоры устанавливаются на ВЛ напряжением 35, 110, 220, 330 и 500 кВ (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Двухцепная ВЛ-35 на металлических опорах

Железобетонные опоры из центрифугированного бетона кольцеобразного сечения применяют для линий напряжением 35, 110, 220 кВ. Железобетонные опоры из вибробетона прямоугольного или квадратного сечения применяют для линий напряжением 0,4, 6, 10 кВ (рис. 3.2).

Для деревянных опор используется лиственница зимней рубки, сосна, ель, пихта. Деревянные опоры с железобетонными приставками применяют для ВЛ 0,4, 6, 10, 35 и 110 кВ. Для защиты от гниения деревянные опоры пропитывают антисептиком, что увеличивает срок службы древесины в 3 раза.

Рис. 3.2. Сечения железобетонных опор:

а – центрифугированные; б – из вибробетона

По назначению опоры делятся на промежуточные (рис. 3.3) и анкерные (рис. 3.4). Промежуточные опоры устанавливают на прямых участках трассы и предназначены только для поддержания проводов на изоляторах. Они не воспринимают усилий вдоль воздушной линии. Анкерные опоры рассчитаны на одностороннее тяжение проводов в пролетах. Анкерные опоры устанавливают через каждые 3-5 км ВЛ. Если не устанавливать анкерные опоры, то в случае обрыва проводов в пролете все промежуточные опоры начнут падение друг за другом и вся ВЛ на несколько километров упадет. При наличии анкерной опоры падение опор на ней прекратится.

Рис. 3.3. Деревянные промежуточные опоры:

а – для линий 6, 10 кВ; б – для линий 35, 110 кВ; 1 – стойки; 2 – приставка (пасынок); 3 – бандаж; 4 – траверсы

Рис. 3.4. Анкерные опоры:

а – для ВЛ 35, 110 кВ; б – для ВЛ 6, 10 кВ

На анкерных опорах провода закрепляют жестко. Угловые опоры устанавливают в точках изменения направления ВЛ. При незначительных углах поворота (до 20°) эти опоры могут изготавливаться как промежуточные, при углах поворота от 20° до 90° их выполняют по типу анкерных опор. Концевые опоры устанавливают в конце линии перед подстанциями или вводами.

В линиях напряжением 6, 10, 35 кВ концевые и угловые опоры выполняются А-образными или АП-образными.

Воздушные линии могут быть одноцепные и двухцепные. Одноцепная ВЛ содержит на опоре одну цепь из трех проводов трехфазной сети, а двухцепная содержит две цепи.

Рис. 3.5. Транспозиция проводов ВЛ 110, 220 кВ:

1 , 2 – транспозиционные опоры

Транспозиционные анкерные опоры с дополнительными изоляторами осуществляют транспозицию проводов (рис. 3.5) на ВЛ напряжением 110, 220 кВ и выше. Транспозиция проводов необходима для выравнивания индуктивностей и емкостей и падения напряжения во всех фазах ВЛ при длине более 100 км таким образом, чтобы на одной трети длины каждая фаза занимала среднее положение.

Характеристики пролета ВЛ

Основные характеристики пролета: длина, габарит, стрела провеса (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Характеристика пролета ВЛ:

а – при одинаковом уровне подвеса проводов; б – при разных уровнях;

– длина пролета; – габарит; – стрела провеса; – высота опоры

Длина пролета – расстояние между опорами; габарит – наименьшее расстояние от нижней точки провода до земли (воды, сооружения). Стрела провеса – расстояние от нижней точки провода до прямой, соединяющей точки подвеса. Зимой стрела провеса уменьшается, летом увеличивается.

Размеры ВЛ зависят от номинального напряжения (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Размеры элементов конструкции ВЛ разных напряжений

Требования ПУЭ при сооружении ВЛ

Требования ПУЭ к ВЛ изложены на семидесяти шести страницах. Ниже приведены для примера только некоторые из них.

1. Наименьшие расстояния от проводов до земли (габарит) для ВЛ различных напряжений (табл. 3.2).

Таблица 3.2

*К населенной местности относятся города, поселки, дачные поселения, к ненаселенной – поля, пашни и т.п.

2. Нельзя строить ВЛ над стадионом, школой, детским садом, рынком.

3. Сечение проводов для ВЛ 6, 10 кВ марки АС необходимо принимать не менее 50 мм 2 .

4. В населенной местности для ВЛ 6, 10 кВ должна быть двойная привязка проводов к изоляторам.

Если при строительстве ВЛ будут допущены нарушения требований ПУЭ, то инспектор Ростехнадзора не даст разрешение на эксплуатацию данной ВЛ и потребует устранить нарушения.

Провода для воздушных линий электропередач

Для воздушных линий (ВЛ) электропередач используют голые многопроволочные алюминиевые (А) и сталеалюминевые (АС) провода. Например, провод А-50 содержит 7 алюминиевых проволок диаметром по 3 мм каждая. Площадь поперечного сечения одной проволоки мм 2 . суммарная площадь семи проволок мм 2 .

Расшифровка провода А-50: А – алюминиевый, 50 – площадь поперечного сечения провода, мм 2 . Провод А-50 выдерживает на разрыв силу кгс, масса 1 км составляет кг, сопротивление 1 км Ом. Провода марки А изготавливаются сечением от 16 до 800 мм 2 . Технические данные этих проводов представлены в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Технические данные голых алюминиевых проводов марки А

Номинальное сечение, мм 2	Диаметр провода, мм	Сопротивление 1 км при 20°С, Ом , Ом/км	Число и диаметр проволок, мм	Разрывное усилие, кгс	Масса 1 км, кг
	5,1	1,8	7х1,70
	6,4	1,15	7х2,13
	7,5	0,84	7х2,50
	9,0	0,58	7х3,00
	10,7	0,41	7х3,55
	12,3	0,31	7х4,10
	14,0	0,25	19х2,80
	15,8	0,19	19х3,15
	17,8	0,16	19х3,50
	20,0	0,12	19х4,00
	22,1	0,1	37х3,15

Провод АС-50/8 алюминиевый со стальным сердечником содержит 6 алюминиевых проволок диаметром по 3,2 мм и одну стальную проволоку диаметром 3,2 мм. Площадь поперечного сечения алюминиевой проволоки мм 2 . Суммарная площадь шести алюминиевых проволок мм 2 .

Площадь стальной проволоки мм 2 .

Расшифровка провода АС-50/8: А – алюминиевый, С – стальной, 50 – суммарная площадь поперечного сечения алюминиевых проволок, мм 2 , 8 – площадь сечения стального сердечника, мм 2 .

Провод АС-50/8 выдерживает на разрыв кгс, масса 1 км кг, сопротивление 1 км Ом. Провода марки АС изготавливаются сечением от 10 до 1000 мм 2 . Технические данные этих проводов представлены в табл. 3.4.

Таблица 3.4

Технические данные голых сталеалюминевых проводов марки АС

Номинальное сечение, (алюминий/ сталь), мм 2	Диаметр провода, мм	Сопротивление 1 км при 20°С, Ом , Ом/км	Количество и диаметр проволок, мм	Разрывное усилие, кгс	Масса 1 км, кг
алюминиевых	стальных
10/1,8	4,5		6х1,50	1х1,50		42,7
16/2,7	5,6	1,78	6х1,85	1х1,85
25/4,2	6,9	1,15	6х2,30	1х2,30
35/6,2	8,4	0,78	6х2,80	1х2,80
50/8	9,6	0,6	6х3,20	1х3,20
70/11	11,4	0,42	6х3,80	1х3,80
70/72	15,4	0,42	18х2,20	19х2,20
95/16	13,5	0,3	6х4,5	1х4,5
95/141	19,8	0,32	24х2,20	37х2,20
120/19	15,2	0,24	26х2,40	7х1,85
120/27	15,4	0,25	30х2,20	7х2,20
150/19	16,8	0,21	24х2,80	7х1,85
150/24	17,1	0,20	26х2,70	7х2,10
150/34	17,5	0,21	30х2,50	7х2,50
185/24	18,9	0,154	24х3,15	7х2,10
185/29	18,8	0,159	26х2,98	7х2,30
185/43	19,6	0,156	30х2,80	7х2,80
185/128	23,1	0,154	54х2,10	37х2,10

При переходе ВЛ через железную дорогу, водные преграды, инженерные сооружения применяются усиленные провода марки АС. Например, провод АС-95/16 содержит одну стальную проволоку диаметром 4,5 мм площадью 16 мм 2 . Разрывное усилие кгс (3,4 тс), кг.

Провод АС-95/141 содержит стальной сердечник из 37 проволок диаметром по 2,2 мм каждая. Суммарная площадь поперечного сечения стального сердечника 141 мм 2 . Разрывное усилие кгс (18,5 тс), что в 5,4 раза больше чем у провода АС-95/16 с такой же площадью алюминиевых проволок. Масса 1 км провода АС-95/141 кг, в 3,5 раза тяжелее провода АС-95/16.

Провода марки АС прочнее проводов марки А примерно в 1,5 раза, но они при этом во столько же раз и тяжелее.

В электрических расчетах проводимость стального сердечника не учитывают, так как его проводимость составляет всего 4% от алюминиевого. Удельное сопротивление алюминия при 20ºС Ом·мм 2 /м, т.е. сопротивление 1 м провода сечением 1 мм 2 Ом. Удельное сопротивление железа (стали) Ом·мм 2 /м. Сопротивление железа в 3,57 раз больше, чем у алюминия (0,100/0,028=3,57). В проводе АС-50/8 площадь стального сердечника в 6,25 раз меньше, чем у алюминия (50/8 = 6,25). Сопротивление стального сердечника в 22,3 раза больше, чем алюминиевого (6,25·3,57 = 22,3), т.е. проводимость составляет 4% (1·100/22,3 = 4,4%).

Сталеалюминевые провода изготавливают с различным соотношением площадей сечений алюминиевой и стальной частей: для проводов нормальной прочности 6:1; для усиленных 4:1; для особо усиленных 1,5:1.

Провода с облегченными сердечниками имеют соотношение 8:1, особо облегченные (12-18):1.

Для увеличения продолжительности работы алюминиевых и сталеалюминевых проводов в течение всего срока службы (40 лет) их покрывают антикоррозионной защитной электросетевой смазкой ЗЭС.

Если в проводе марки А межпроволочные пазы заполнены антикоррозионной смазкой, то шифр обозначения провода АКП.

Если в проводе АС сердечник заполнен антикоррозионной смазкой, то шифр обозначения АСКС, при заполнении всего провода – АСКП.

Если в проводе АС сердечник обмотан полиэтиленовой пленкой, то шифр обозначения АСК.

ВЛ-35 кВ и выше выполняются сталеалюминевыми проводами облегченной конструкции (АСО) при толщине стенки гололеда до 20 мм и усиленной (АСУ) при толщине свыше 20 мм.

Провода из меди маркируются буквой М, например, М-50, где 50 – суммарная площадь поперечного сечения проволок.

Для грозозащитных тросов используют стальные оцинкованные многопроволочные провода марки ПС, например, ПС-25 (П – провод, С – стальной многопроволочный, 25 – суммарная площадь поперечного сечения проволок, табл. 3.5).

Таблица 3.5

Стальные оцинкованные провода марки ПС

Стальные однопроволочные провода марки ПСО изготавливаются с диаметрами 3,5, 4, 5 мм и обозначаются, например, ПСО-5 (П – провод, С – стальной, О – однопроволочный, 5 – диаметр, мм).

Строительная длина – это количество провода на барабане без разрыва. Например, длина провода А-35 на барабане 4000 м (4 км).

Провода марки АЖ представляют собой сплав алюминия с магнием и кремнием ().

Провода марки АС применяются для системообразующих и распределительных ВЛ напряжением 35, 110, 220 кВ и выше, где необходима повышенная прочность при воздействии ветровых нагрузках и гололеде.

Для внутри карьерных распределительных ВЛ-6(10) кВ рекомендуется принимать провод марки А. Он легче, мягче, с ним удобнее работать, легче монтировать. Провод А-120 кг/км в 1,6 раза легче провода АС-120/27 кг/км.

Самонесущие изолированные провода

Самонесущие изолированные провода (СИП) изготавливаются многопроволочными из алюминиевой проволоки и покрываются изоляцией из полиэтилена (LД, РЕ, ХLРЕ). Номинальное напряжение марки СИП-1 и СИП-2 до 1000 В, СИП-3 – 20 кВ.

Пример сечений: 1х16+1х25; 3х35+1х50; 4х16+1х25.

Провода СИП-3 одножильные сечением 50, 70, 95, 120, 150 мм 2 .

Достоинства СИП:

1. Алюминиевые провода не разрушаются коррозией.

2. СИП можно прокладывать по стенам зданий.

3. СИП безопаснее, снижается вероятность коротких замыканий.

4. СИП интенсивно внедряется в городских электрических сетях, заменяя голые провода марки А и АС.

Изоляторы

Изоляторы предназначены для изоляции проводов ВЛ от опор и для крепления их к опорам. Традиционный материалы для изготовления изоляторов – фарфор и стекло. Новый материал – полимеры. На рис. 3.7 показана гирлянда изоляторов из фарфора для ВЛ-110 и полимерный изолятор взамен данной гирлянды.

Изолятор состоит из изоляционного элемента и металлической арматуры для крепления изоляторов к опоре.

На ВЛ 0,4, 6, 10 кВ следует применять штыревые изоляторы, на ВЛ 35 кВ штыревые и подвесные, на ВЛ 110, 220 кВ и выше только подвесные. Подвесные изоляторы собирают в гирлянды из отдельных изоляторов при помощи специальной сцепной арматуры.

Рис. 3.7. Гирлянда изоляторов из фарфора и полимерный стержень

Число изоляторов в гирлянде в зависимости от напряжения ВЛ:

6, 10 кВ – 1 изолятор;

35 кВ – 3 изолятора;

110 кВ – 7 изоляторов;

220 кВ – 14 изоляторов.

Поддерживающие гирлянды располагаются вертикально на промежуточных опорах. Натяжные гирлянды располагаются почти горизонтально на анкерных опорах.

Изоляторы из стекла предпочтительнее фарфоровых. Во-первых, они прочнее фарфоровых и, во-вторых, легче отыскивать трещины и утечки тока.

Гасители вибраций

Для проводов характерны вибрация и пляска. Вибрация возникает при слабом ветре и представляет собой периодические колебания в вертикальной плоскости с частотой 5-50 Гц и с амплитудой до трех диаметров провода. Под ее действием возникают динамические переменные усилия, приводящие к разрыву проволочек в местах крепления.

Пляска возникает под действием порывистого ветра (5-20 м/с) на провода, покрытые гололедом. Частота колебаний составляет 0,2-0,4 Гц, амплитуда колебаний до 5 м. Это приводит к схлестыванию проводов и поломке опор.

Для защиты проводов от колебаний в вертикальной плоскости используются гасители вибраций. При сечении проводов А35 – А95, АС25 – АС70 шпилевого типа. При сечениях А120 и АС95 и более в виде стального троса с двумя чугунными грузами (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Гаситель вибрации проводов

Масса льда в 6,4 раза больше массы самого провода (1775/276=6,4).

Территория России по гололедности разбита на 5 районов (табл. 3.6).

Таблица 3.6

Иркутская область относится ко II району.

Напряжением выше 1000 В применяют голые провода и тросы. Находясь на открытом воздухе, они подвергаются воздействиям атмосферы (ветер, гололед, изменение температуры) и вредных примесей окружающего воздуха (сернистые газы химических заводов, морская соль) и поэтому должны обладать достаточной механической прочностью и быть устойчивыми против коррозии (ржавления).

Раньше на воздушных линиях применялись медные провода, а теперь используют алюминиевые, сталеалюминевые и стальные, а в отдельных случаях и провода из специальных сплавов алюминия – альдрея и др. Грозозащитные тросы выполняются, как правило, из стали.

По конструкции различают:

А) многопроволочные провода из одного металла, состоящие (в зависимости от сечения провода) из 7; 19 и 37 скрученных между собой отдельных проволок (рис. 1, б);

б) однопроволочные провода, состоящие из одной проволоки сплошного сечения (рис. 1, а);

в) многопроволочные провода из двух металлов – стали и алюминия или стали и бронзы. Сталеалюминевые провода обычной конструкции (марки АС) состоят из стальной оцинкованной жилы (однопроволочной или скрученной из 7 или 19 проволок), вокруг которой расположена алюминиевая часть, состоящая из 6, 24 или более проволок (рис. 1, в).

Рис. 1. Конструкция проводов воздушных линий: а – однопроволочные провода; б – многопроволочные провода; в – сталеалюминевые провода.

Конструктивные расчетные данные голых алюминиевых и сталеалюминевых проводов находятся в ГОСТ 839-80.

Медные провода

Медные провода, изготовленные из твердотянутой медной проволоки, обладают малым удельным сопротивлением (r = 18,0 Ом × мм2/ км) и хорошей механической прочностью: предельное сопротивление разрыву sп = 36… 40 кгс/мм2, успешно противостоят атмосферным воздействиям и коррозии от вредных примесей в воздухе.

Медные провода маркируют буквой М с прибавлением номинимального сечения провода. Так, медный провод с номинальным сечением 50 мм2 обозначается М – 50.

Медь в настоящее время является дефицитным дорогостоящим материалом, поэтому в качестве проводов воздушных линий электропередачи практически не используется.

Алюминиевые провода

Алюминиевые провода отличаются от медных значительно меньшей массой, несколько большим удельным сопротивлением (r = 28,7…28,8 Ом × мм2/км) и меньшей механической прочностью: sп = 15,6 кгс/мм2 - для проводов из проволок марки АТ и sп = 16…18 кгс/мм2 из проволки Атп. Алюминиевые провода применяют главным образом в местных сетях. Малая механическая прочность этих проводов не допускает большого тяжения. Чтобы избежать больших стрел провеса и обеспечить требуемый минимальный габарит линии до земли, приходится уменьшить расстояние между опорами, а это удорожает линию.

Для повышения механической прочности алюминиевых проводов их изготовляют многопроволочными, из твердотянутых проволок. Хорошо перенося атмосферные воздействия, алюминиевые провода плохо противостоят воздействию вредных примесей воздуха. Поэтому для воздушных линий, сооружаемых вблизи морских побережий, соленых озер и химических предприятий, рекомендуются алюминиевые провода марки АКП, защищенные от коррозии (алюминиевые коррозионно-стойкие, с заполнением межпроволочного пространства нейтральной смазкой). Провода из алюминия маркируются буквой А с добавлением номинального сечения провода.

Стальные провода

Стальные провода обладают большой механической прочностью: предельное сопротивление при разрыве sп = 55…70 кгс/мм2. Стальные провода бывают как однопроволочными, так и многопроволочными.

Удельное электрическое сопротивление стальных проводов значительно выше, чем алюминиевых, и в сетях переменного тока оно зависит от величины тока, протекающего по проводу. Стальные провода применяют в местных сетях напряжением до 10 кВ при передаче сравнительно небольших мощностей, когда сооружение линий с алюминиевыми проводами менее выгодно.

Существенный недостаток стальных проводов и тросов – подверженность коррозии. Для уменьшения коррозии провода оцинковывают. Выпускаются две марки многопроволочных стальных проводов: ПС (провод стальной) и ПМС (провод омедненный стальной). Провода ПС имеют присадку меди до 0,2 %, а провода марки ПСО изготовляются диаметром 3; 3,5; 5 мм. Стальные многопроволочные грозозащитные тросы выпускаются марок С-35, С-50 и С-70.

Сталеалюминиевые провода

Сталеалюминевые провода имеют то же удельное сопротивление, что и алюминиевые провода равного им сечения, так как в электрических расчетах сталеалюминевых проводов проводимость стальной части не учитывается ввиду ее незначительности по сравнению с проводимостью алюминиевой части проводов.

Конструктивно стальные проволки составляют внутреннюю часть сталеалюминевого провода, а алюминиевые проволки – внешнюю. Сталь предназначена для увеличения механической прочности, алюминий является токопроводящей частью.

Выпускаются следующие марки сталеалюминевых проводов (ГОСТ 839-80):

АС – провод, состоящий из сердечника – стальных оцинкованных проволок, и одного или нескольких наружных повивов из алюминиевых проволок. Провод предназначается для прокладки на суше, кроме районов с загрязненным вредными химическими соединениями воздухом;

АСКС, АСКП – как и провод марки АС, но с заполнением стального сердечника (С) или всего провода (П) смазкой, противодействующей появлению коррозии проволок. Предназначен для прокладки на побережье морей, соленых озер и в промышленных районах с загрязненным воздухом;

АСК – такой же как и провод АСКС, но со стальным сердечником, изолированным полиэтиленовой пленкой. В маркировке провода после буквы А может стоять буква П, которая указывает, что провод повышенной механической прочности (например АпСК).

Сталеалюминевые провода всех марок выпускаются с разным отношением сечения алюминиевой части провода к сечению стального сердечника: в пределах 6,0…6,16 – для работы провода в средних по механической нагрузке условиях; 4,29…4,39 – усиленной прочности; 0,65…1,46 – особо усиленной прочности: 7,71…8,03 – облегченной конструкции и 12,22…18,09 – особо облегченные.

Провода облегченной конструкции применяют на вновь сооружаемых и реконструируемых линиях в районах, где толщина стенки гололеда не превышает 20 мм. Сталеалюминевые провода усиленной прочности рекомендуется применять в районах с толщиной стенки гололеда более 20 мм. Для осуществления больших пролетов на переходах через водные пространства и инженерные сооружения применяют провода особой прочности.

Для более полной характеристики сталеалюминевых проводов в обозначение марки проводов вводится номинальное сечение провода и сечение стального сердечника, например: АС – 150/24 или АСКС – 150/34.

Провода из альдрея

Провода из альдрея обладают примерно тем же электрическим сопротивлением, что и алюминиевые, но имеют большую механическую прочность. Альдрей представляет собой сплав алюминия с незначительными количествами железа (» 0,2 %), магния (» 0,7 %) и кремния (» 0,8 %); по корроизной стойкости он равен алюминию. Недостаток проводов из альдрея – их малая стойкость при вибрации.

Расположение проводов на воздушной линии

Провода на опорах воздушных линий можно располагать различными способами: на одноцепных линиях – треугольником или горизонтально; на двухцепных линиях – обратной елкой или шестиугольником (в виде «бочки»).

Расположение проводов треугольником (рис. 2 , а) применяется на линиях напряжением до 20 кВ включительно и на линиях напряжением 35…330 кВ с металлическими и железобетонными опорами.

Горизонтальное расположение проводов (рис. 2 , б) применятся на линиях напряжением 35…220 кВ с деревянными опорами. Такое расположение проводов является наилучшим по условиям эксплуатации, так как позволяет применять более низкие опоры и исключает схлестывание проводов при сбрасывании гололеда и пляске проводов.

На двухценных линиях провода располагают либо обратной елкой (рис. 2 , в), что удобно по условиям монтажа, но увеличивает массу опор и требует подвески двух защитных тросов, либо шестиугольником (рис. 2 , г).

Последний способ предпочтительнее. Он рекомендован к применению на двухценных линиях напряжением 35…330 кВ.

Для всех перечисленных вариантов характерно несимметричное расположение проводов по отношению друг к другу, что приводит к различию электрических параметров фаз. Для уравнения этих параметров применяют транспозицию проводов, т.е. последовательно меняют на опорах взаимное расположение проводов по отношению друг к другу на различных участках линии. При этом провод каждой фазы проходит одну треть длины линии на одном, вторую – на другом и третью – на третьем месте (рис. 3 .).

Рис. 2. Расположение проводов и защитных тросов на опорах: а – треугольником; б – горизонтальное; в – обратной елкой; г – шестиугольником (бочкой).

Рис. 3

Грозозащитные тросы воздушных линий электропередачи

Грозозащитные тросы подвешивают выше проводов для защиты их от атмосферных перенапряжений. На линиях напряжением ниже 220 кВ тросы подвешивают только на подходах к подстанциям. При этом снижается вероятность перекрытия проводов линии вблизи подстанции. На линиях напряжением 220 кВ и выше тросы подвешиваются вдоль всей линии. Обычно используются тросы из стальных проволок.

Ранее тросы на линиях всех номинальных напряжений заземлялись наглухо на каждой опоре. Опыт эксплуатации показал, что в замкнутых контурах заземляющей системы – тросы – опоры появились токи. Они возникли вследствие действия ЭДС, наводимых в тросах путем электромагнитной индукции. При этом в ряде случаев в многократно заземленных тросах получились значительные потери электроэнергии, особенно в линиях сверхвысоких напряжений.

Исследования показали, что при подвеске тросов повышенной проводимости (сталеалюминиевых) на изоляторах тросы могут быть использованы в качестве проводов связи и в качестве токонесущих проводов для электроснабжения потребителей малой мощности.

Для обеспечения соответствующего уровня грозозащиты линий тросы при этом должны присоединяться к заземленным через искровые промежутки.

Мещеряков И. И.