Изоляция линий электропередачи

Воздушная линия электропередачи

Воздушная линия электропередачи (ВЛ) – устройство, предназначенное для передачи или распределения электрической энергии по проводам с защитной изолирующей оболочкой (ВЛЗ) или неизолированным проводам (ВЛ), находящимся на открытом воздухе и прикрепленным с помощью траверс (кронштейнов), изоляторов и линейной арматуры к опорам или другим инженерным сооружениям (мостам, путепроводам). Главными элементами ВЛ являются:

• провода;
• защитные тросы;
• опора, поддерживающая провода и торосы на определенной высоте над уровнем земли или воды;
• изоляторы, изолирующие провода от тела опоры;
• линейная арматура.

За начало и за конец воздушной линии принимают линейные порталы распределительных устройств. По конструктивному устройству ВЛ делятся на одноцепные и многоцепные, как правило 2-цепные.

Обычно ВЛ состоит из трех фаз, поэтому опоры одноцепных ВЛ напряжением выше 1 кВ рассчитаны на подвеску трёх фазных проводов (одной цепи) (рис. 1), на опорах двухцепных ВЛ подвешивают шесть проводов (две параллельно идущие цепи). При необходимости над фазными проводами подвешивается один или два грозозащитных троса. На опорах ВЛ распределительной сети напряжением до 1 кВ подвешивается от 5 до 12 проводов для электроснабжения различных потребителей по одной ВЛ (наружное и внутреннее освещение, электросиловое хозяйство, бытовые нагрузки). ВЛ напряжением до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью помимо фазных снабжена нулевым проводом.

Рис. 1. Фрагменты ВЛ 220 кВ: а – одноцепной; б – двухцепной

Провода воздушных линий электропередачи в основном изготавливаются из алюминия и его сплавов, в некоторых случаях из меди и ее сплавов, выполняются из холоднотянутой проволоки, обладающей достаточной механической прочностью. Однако наибольшее распространение получили многопроволочные провода из двух металлов с хорошими механическими характеристиками и относительно невысокой стоимостью. К проводам такого типа относятся сталеалюминиевые провода с отношением площадей поперечного сечения алюминиевой и стальной части от 4,0 до 8,0. Примеры расположения фазных проводов и грозозащитных тросов показаны на рис. 2, а конструктивные параметры ВЛ стандартного ряда напряжений приведены в табл. 1.

Рис. 2. Примеры расположения фазных проводов и грозозащитных тросов на опорах: а – треугольное; б – горизонтальное; в – шестиугольное «бочкой»; г – обратной «елкой»

Таблица 1. Конструктивные параметры воздушных линий

Для всех приведенных вариантов расположения фазных проводов на опорах характерно несимметричное расположение проводов по отношению друг к другу. Соответственно это ведет к неодинаковому реактивному сопротивлению и проводимости разных фаз, обусловленных взаимной индуктивностью между проводами линии и как следствие к несимметрии фазных напряжений и падению напряжения.

Для того чтобы сделать емкость и индуктивность всех трех фаз цепи одинаковыми, на линии электропередачи применяют транспозицию проводов, т.е. взаимно меняют их расположение друг относительно друга, при этом каждый провод фазы проходит одну треть пути (рис. 3). Одно такое тройное перемещение называется циклом транспозиции.

Рис. 3. Схема полного цикла транспозиции участков воздушной линии электропередачи: 1, 2, 3 – фазные провода

Транспозицию фазных проводов воздушной линии электропередачи с неизолированными проводами применяют на напряжение 110 кВ и выше и при протяженности линии 100 км и больше. Один из вариантов монтажа проводов на транспозиционной опоре показан на рис. 4. Следует отметить, что транспозицию токопроводящих жил иногда применяют и в КЛ, кроме того современные технологии проектирования и сооружения ВЛ позволяют технически реализовать управление параметрами линии (управляемые самокомпенсирующиеся линии и компактные воздушные линии сверхвысокого напряжения).

Рис. 4. Транспозиционная опора

Провода и защитные тросы ВЛ в определенных местах должны быть жестко закреплены на натяжных изоляторах анкерных опор (концевые опоры 1 и 7, устанавливаемые в начале и конце ВЛ, как это показано на рис. 5 и натянуты до заданного тяжения. Между анкерными опорами устанавливают промежуточные опоры, необходимые для поддержания проводов и тросов, при помощи поддерживающих гирлянд изоляторов с поддерживающими зажимами, на заданной высоте (опоры 2, 3, 6), устанавливаемые на прямом участке ВЛ; угловые (опоры 4 и 5), устанавливаемые на поворотах трассы ВЛ; переходные (опоры 2 и 3), устанавливаемые в пролете пересечения воздушной линией какого-либо естественного препятствия или инженерного сооружения, например, железной дороги или шоссе.

Основные элементы воздушных линий электропередач

К элементам воздушной линии относятся:

• кабель (это проводник, по которому передается электричество);
• траверсы (предотвращают соприкосновение проводов с другими элементами опорной конструкции);
• изоляторы;
• опоры;
• фундамент;
• заземление;
• молниеотводчики;
• разрядники.

Каждый из перечисленных устройств незаменим. Элементы воздушной линии выполняют определенные функции, которые увеличивают безопасность и надежность системы.

В некоторых случаях линия может состоять из оптоволоконных проводников. Для таких устройств применяется специальное оборудование. Это позволяет прикрепить к соответствующим опорам высокочастотные проводники.

Изоляция ВЛ

1.9.10. Удельная эффективная длина пути утечки поддерживающих гирлянд изоляторов и штыревых изоляторов ВЛ на металлических и железобетонных опорах в зависимости от СЗ и номинального напряжения (на высоте до 1000 м над уровнем моря) должна приниматься по табл. 1.9.1.

Удельная эффективная длина пути утечки поддерживающих гирлянд и штыревых изоляторов ВЛ на высоте более 1000 м над уровнем моря должна быть увеличена по сравнению с нормированной в табл. 1.9.1:

от 1000 до 2000 м — на 5 %;

от 2000 до 3000 м — на 10 %;

от 3000 до 4000 м — на 15 %.

Таблица 1.9.1 Удельная эффективная длина пути утечки поддерживающих гирлянд изоляторов и штыревых изоляторов ВЛ на металлических и железобетонных опорах, внешней изоляции электрооборудования и изоляторов ОРУ

Степень загрязнения	λэ, см/кВ (не менее), при номинальном напряжении, кВ
до 35 включительно	110-750
1	1,90	1,60
2	2,35	2,00
3	3,00	2,50
4	3,50	3,10

1.9.11. Изоляционные расстояния по воздуху от токоведущих до заземленных частей опор должны соответствовать требованиям гл. 2.5.

1.9.12. Количество подвесных тарельчатых изоляторов в поддерживающих гирляндах и в последовательной цепи гирлянд специальной конструкции (V-образных, -образных, — образных, — образных и др., составленных из изоляторов одного типа) для ВЛ на металлических и железобетонных опорах должно определяться по формуле

m = L / Lи

где Lи — длина пути утечки одного изолятора по стандарту или техническим условиям на изолятор конкретного типа, см. Если расчет m не дает целого числа, то выбирают следующее целое число.

1.9.13. На ВЛ напряжением 6-20 кВ с металлическими и железобетонными опорами количество подвесных тарельчатых изоляторов в поддерживающих и натяжных гирляндах должно определяться по 1.9.12 и независимо от материала опор должно составлять не менее двух.

На ВЛ напряжением 35-110 кВ с металлическими, железобетонными и деревянными опорами с заземленными креплениями гирлянд количество тарельчатых изоляторов в натяжных гирляндах всех типов в районах с 1-2-й СЗ следует увеличивать на один изолятор в каждой гирлянде по сравнению с количеством, полученным по 1.9.12.

На ВЛ напряжением 150-750 кВ на металлических и железобетонных опорах количество тарельчатых изоляторов в натяжных гирляндах должно определяться по 1.9.12.

1.9.14. На ВЛ напряжением 35-220 кВ с деревянными опорами в районах с 1-2-й СЗ количество подвесных тарельчатых изоляторов из стекла или фарфора допускается принимать на 1 меньше, чем для ВЛ на металлических или железобетонных опорах.

На ВЛ напряжением 6-20 кВ с деревянными опорами или деревянными траверсами на металлических и железобетонных опорах в районах с 1-2-й СЗ удельная эффективная длина пути утечки изоляторов должна быть не менее 1,5 см/кВ.

1.9.15. В гирляндах опор больших переходов должно предусматриваться по одному дополнительному тарельчатому изолятору из стекла или фарфора на каждые 10 м превышения высоты опоры сверх 50 м по отношению к количеству изоляторов нормального исполнения, определенному для одноцепных гирлянд при λэ = 1,9 см/кВ для ВЛ напряжением 6-35 кВ и λэ = 1,4 см/кВ для ВЛ напряжением 110-750 кВ. При этом количество изоляторов в гирляндах этих опор должно быть не менее требуемого по условиям загрязнения в районе перехода.

1.9.16. В гирляндах тарельчатых изоляторов из стекла или фарфора, подвешенных на высоте более 100 м, должны предусматриваться сверх определенного в соответствии с 1.9.12 и 1.9.15 два дополнительных изолятора.

1.9.17. Выбор изоляции ВЛ с изолированными проводами должен производиться в соответствии с 1.9.10 — 1.9.16.

Выбор изоляции по разрядным характеристикам

1.9.27. Гирлянды ВЛ напряжением 6-750 кВ, внешняя изоляция электрооборудования и изоляторы ОРУ напряжением 6-750 кВ должны иметь 50%-ные разрядные напряжения промышленной частоты в загрязненном и увлажненном состоянии не ниже значений, приведенных в табл. 1.9.2.

Удельная поверхностная проводимость слоя загрязнения должна приниматься (не менее): для 1-й СЗ — 5 мкСм, 2-й СЗ — 10 мкСм, 3-й СЗ — 20 мкСм, 4-й СЗ – 30 мкСм.

Таблица 1.9.2 50%-ные разрядные напряжения гирлянд ВЛ 6-750 кВ, внешней изоляции электрооборудования и изоляторов ОРУ 6-750 кВ в загрязненном и увлажненном состоянии

Номинальное напряжение электроустановки, кВ	50%-ные разрядные напряжения, кВ (действующие значения)
6	8
10	13
35	42
110	110
150	150
220	220
330	315
500	460
750	685

Область применения. Определения

1.9.1. Настоящая глава распространяется на выбор изоляции электроустановок переменного тока на номинальное напряжение 6-750 кВ.

1.9.2. Длина пути утечки изоляции (изолятора) или составной изоляционной конструкции (L) — наименьшее расстояние по поверхности изоляционной детали между металлическими частями разного потенциала.

1.9.3. Эффективная длина пути утечки — часть длины пути утечки, определяющая электрическую прочность изолятора или изоляционной конструкции в условиях загрязнения и увлажнения.

Удельная эффективная длина пути утечки (λэ) — отношение эффективной длины пути утечки к наибольшему рабочему межфазному напряжению сети, в которой работает электроустановка.

1.9.4. Коэффициент использования длины пути утечки (k) — поправочный коэффициент, учитывающий эффективность использования длины пути утечки изолятора или изоляционной конструкции.

1.9.5. Степень загрязнения (СЗ) — показатель, учитывающий влияние загрязненности атмосферы на снижение электрической прочности изоляции электроустановок.

1.9.6. Карта степеней загрязнения (КСЗ) — географическая карта, районирующая территорию по СЗ.

История разработки систем мониторинга воздушных ЛЭП

Телеметрический контроль параметров проводов ЛЭП был впервые предложен более 40 лет назад. Первым контролируемым параметром посредством телеметрического радиоканала стал ток в проводе. К этому времени относится появление американского патента Remote measuring system («Системы дистанционного измерения тока в проводе с передачей измеренного значения по радиоканалу»). В предложенном решении использовалось питание устройства измерения от индукционного трансформатора за счет тока, протекающего в проводе. Он измерялся через трансформаторный датчик тока. Сигнал модулировал сеточную цепь лампового передатчика (рис. 2).

Рис. 2. Схема дистанционного измерителя тока с радиоканалом

Как видно на рисунке, в измерителе тока использовались измерительный и токовый трансформаторы для питания ламповой схемы (цепь анода и накала). Передатчик выполнен на одноламповом каскаде. Используется АМ ВЧ-сигнала посредством модуляции сеточного тока генератора передатчика. Позже появился патент, в котором уже использовалась транзисторная элементная база: System for transmitting to assemble point a signal that varies as function of the current flow in a high voltage conductor (Pat. № 3,428,896 от 1966 г.). В последние 15 лет, благодаря развитию информационных технологий, стала возможна коммерческая реализация систем мониторинга проводов ЛЭП.

Возможно, вам также будет интересно

В статье рассмотрены актуальные проблемы автоматизации предприятий пищевой отрасли, направленные на повышение качества пищевых продуктов. Дан анализ пищевых производств как сложной структуры управления. Отмечено многообразие видов и форм аппаратурно-технологических процессов, протекающих в непрерывных, непрерывно-дискретных и дискретных режимах. Предложен способ внесения регулирующих воздействи…

CANopen предоставляет предприятиям отличную возможность улучшить производственные процессы с помощью высокопроизводительной системы связи, оптимизированной для интеллектуальной автоматизации. Успешно внедрить CANopen в структуру «умных» предприятий можно с помощью плат расширения шины CAN. Благодаря своей модульности и долговечности они обеспечивают простой и экономичный способ реализации подде…

12 октября в Пекине состоялось подписание соглашения о сотрудничестве между ЗАО «Экспоцентр» и подкомитетом электроники и информационных технологий при Комитете содействия развитию международной торговли КНР (CCPIT ECC).
Документ подписали генеральный директор ЗАО «Экспоцентр» Сергей Беднов и генеральный секретарь CCPIT ECC доктор Гун Сяофэн (Gong Xiaofeng). Соглашение предусматривает сотрудничество в рамках подготовки и проведения международной выставки «Связь-2016», которая пройдет с 10 по 13 мая 2016 года на территории ЦВК «Экспоцентр» (Москва). В соответствии с условиями соглашения …

Габариты воздушных линий электропередач

Воздушная линия характеризуется таким показателем, как габарит. Габарит позволяет определить вертикальное расстояние от самой нижней точки провода до земли, водоема, связных коммуникаций, железной дороги, автомобильного шоссе и прочих поверхностей. Этот показатель четко регламентируется правилами устройства электроустановок.

Габариты воздушной линии устанавливаются на определенном допустимом уровне. На них влияет мощность коммуникаций, посещаемость местности людьми. Соответствие представленного показателя существующим нормам позволяет эксплуатировать и обслуживать систему максимально безопасно.

При наибольшей стреле провеса вертикальное расстояние до земли должно составлять минимум 6 м. Если линии электропередач проходят в малонаселенной местности, то этот показатель может быть уменьшен.

В труднодоступных отдаленных районах этот показатель может составлять всего лишь 3,5м. Если линия проходит в местности, где люди не бывают вообще, габариты может составить 1м.

Недопустимо, чтобы воздушная линия проходила над зданиями. Линии протягивают над лесом, посадкой, прочими зелеными насаждениями. Расстояние до крон деревьев должно составлять не менее 1м.

Примеры коммерческих систем мониторинга воздушных сетей ЛЭП

В настоящее время в нашей стране и за рубежом используется ряд коммерческих систем мониторинга воздушных электросетей, ориентированных на решение определенных задач. Рассмотрим структуры типовых систем мониторинга, которые отличаются не только функциональными характеристиками, но и ценой, а также способом монтажа на ЛЭП.

Система мониторинга проводов ЛЭП САТ-1

Одной из первых коммерческих систем мониторинга стала система CAT-1, разработанная в 1991 г. американской компанией The Valley Group, Inc. В настоящее время во всем мире используется свыше 300 систем мониторинга CAT-1. Система обеспечивает мониторинг в реальном времени погодных условий и натяжения проводов в точках крепления к опорам. Основной модуль системы монтируется на опоре ЛЭП и весит порядка 50 кг. Датчики измерения натяжения проводов представляют собой тензодатчики в корпусе из нержавеющей стали с крепежными отверстиями и устанавливаются между изолятором и опорой. Основой тензодатчиков является измерительный преобразователь. Основной модуль CAT-1 состоит из влагостойкого алюминиевого корпуса с блоком электроники, встроенного модема, антенн для передачи данных и крепежных элементов. Модуль предназначен для эксплуатации в диапазоне температур окружающей среды –40…+60 °С. Для обеспечения непрерывной работы модуля используется 12-В аккумуляторная батарея, зарядное устройство и панель солнечной батареи (рис. 5).

Рис. 5. Модуль питания САТ-1. Измерительный модуль CAT-1 монтируется на опоре

Несмотря на простоту измерений, система за счет использования патентованных алгоритмов анализа обеспечивает выявление и расчет многих полезных параметров ВЛ, например стрелы провеса, токовой пропускной способности линии и даже наличия гололеда на проводах. На рис. 6 показана структура системы мониторинга CAT-1 для обнаружения гололеда на проводах.

Рис. 6. Пример использования системы мониторинга CAT-1 для обнаружения гололеда на проводах

Бесконтактные измерители тока и температуры провода

В настоящее время получила широкое распространение и другая концепция реализации измерительного модуля для систем мониторинга OTLM (Over head Transmision Line Monitoring), т. е. мониторинг пропускной способности ВЛ. В отличие от системы мониторинга CAT-1, измерительный модуль OTLM конструктивно монтируется на высоковольтный провод. Измерение тока в проводе и питание модуля осуществляется бесконтактно. Питание прибора производится от энергии, получаемой от провода через токовый трансформатор. Система OTLM обеспечивает в реальном времени измерение температуры и тока проводов.

На рис. 7 показан общий вид OTLM-модуля, производимого словенской компанией C&G.

Рис. 7. Общий вид прибора OTLM

Основные характеристики измерительного модуля OTLM:

• диаметр капсулы 305 мм, длина 300 мм;
• вес капсулы 10 кг;
• диапазон применения на линиях ЛЭП — до 420 кВ;
• частота 50 Гц;
• диаметр токонесущего провода 10–50 мм;
• диапазон рабочих токов 50–1100 A;
• диапазон измерения температуры провода –40…+125 °С;
• диапазон рабочих температур –40…+70 °С;
• точность измерения температуры до 1 °С;
• канал передачи данных — GSM (900/1100/1800/1900 МГц);
• протокол передачи SMS/GPRS.

Устройство измеряет ток в проводе и температуру провода в фиксированных точках. Прибор имеет крепление для монтажа непосредственно на провод. Источник питания — встроенный токовый трансформатор. Получаемая энергия используется для питания всего устройства. Никаких внешних источников питания не требуется. Также в приборе используется GPS-приемник. Измеренные значения тока и температуры привязаны, таким образом, к конкретным координатам положения блока на ЛЭП и меткам точного времени. Данные измерений периодически передаются в диспетчерский пункт, оборудованный системой SCADA, через стандартный IEC-протокол. Данные доступны через веб-браузер.

Капитальный ремонт и реконструкция воздушных линий электропередач

Капитальный ремонт и реконструкция проводят при определенной степени износа входящих в систему элементов или же из-за аварийного повреждения воздушных линий электропередач.

В ходе работ:

• разрушенный фундамент восстанавливается;
• опоры осматриваются на наличие трещин. На поверхность наносится антисептический раствор;
• отслужившие опоры заменяются в соответствии с планом;
• осуществляется частичная замена проводов и изоляторов;
• при необходимости выполняется перетяжка некоторых участков кабеля.

После проводятся испытания нового оборудования и линии электропередач в целом.

Больше можно узнать на выставке «Электро».

Кабельные линии электропередачВоздушные линии электропередач от 0.4 КВВоздушные линии электропередач нормы и правила

Повышение эффективности передачи мощности через ЛЭП

При транспортировке электроэнергии через конкретную ЛЭП регламентированы допустимые токовые нагрузки. При этом используются предельные значения тока, определяющие провис проводов выше критического. Эти данные взяты для самых экстремальных условий, которые более чем в 90% времени эксплуатации ЛЭП не встречаются. Следовательно, имеется ресурс для пропускания больших мощностей без нарушения регламента. То есть можно передавать дополнительную мощность (15–30%) практически в 90% времени эксплуатации. Наличие системы мониторинга позволяет без уменьшения регламента по надежности использовать этот дополнительный ресурс. Для этого необходимо контролировать уровень тока и температуру проводов по всей трассе и в соответствии с реальным состоянием линии динамически регулировать уровень передаваемой мощности (рис. 1).

Рис. 1. Эффективность передачи энергии в ЛЭП со статическими и динамическими параметрами

Монтаж кабельных линий

Монтаж высоковольтных линий электропередач может осуществляться как внутри, так и снаружи сооружений.

Воздушные и кабельные линии электропередач имеют между собой значительные отличия. ВЛ – используют для передачи энергии или ее распределения по проводам проходящим на открытом воздухе. Воздушные кабельные линии крепятся к опорам с помощью кронштейнов и арматуры.

Кабельные линии электропередач прокладывают:

В земляных траншеях. Чтобы исключить повреждения новой кабельной линии при ее прокладывании в траншеи, дно рва засыпают слоем песка или провеянной землей. Таким образом, делают мягкую подушку толщиной 10 см. После прокладки подземной кабельной линии ее засыпают мягким земляным слоем толщиной 10 см. Поверх него кладут бетонные плиты, необходимые для исключения механических повреждений, ров засыпают и утрамбовывают землей.

Подземные кабельные линии помимо достоинств, имеют большой недостаток. При повреждении кабельной системы придется вскрывать траншею, перекрывать проезжую или пешеходную зону. Несмотря на это, прокладывание кабельных линий электропередач в траншеях, часто используется на внутренних территориях жилмассивов.

В асбестоцементных трубах. Новые кабельные линии могут прокладываться под проезжей и пешеходной частью, с использованием асбестовых труб.

В земляные канавы укладывают от 6 до 10 труб, на расстоянии 25-75 метров строят колодцы, посредством которых монтируют кабельные линии электропередач.

Основными достоинствами данного метода прокладки является защита кабельной линии электропередач от повреждений. Оперативность и простота замены участка поврежденной кабельной системы, без необходимости вскрытия пешеходных зон. Но и стоимость такой конструкции достаточно высока.

В тоннелях и подземных коллекторах. Данный вид проекта кабельной линии был разработан в связи с ограниченным объемом требуемых мощностей, промышленными предприятиями современных городов.

Подобный метод прокладки дает возможность оперативно осуществлять поиск повреждения, своевременно выполнять ремонтные работы. Часть поврежденной кабельной линии легко заменяется новой, после чего на краях вставки монтируют муфты. Недостатком является плохое охлаждение кабельной линии электропередач, что необходимо учесть при выборе сечения.

Кабельные линии связи прокладывают в коллекторах. Если в проекте кабельная линия связи пересекается с другой кабельной системой, то она должна располагаться на уровень выше силового кабеля. А высоковольтные кабельные линии должны проходить на уровень ниже, под кабелем меньшего напряжения.

Паспорт для существующей кабельной линии

Кабельная линия электропередач должна иметь техпаспорт, для записей технического состояния системы. В паспорт кабельной линии образец можно скачать в интернете, заносятся инженером, ответственным за выполнение эксплуатационных работ, данные о проведенных испытаниях. Ведется запись о ремонтных работах, о появлении механических и коррозийных повреждений.

На проект кабельной линии заводится архив, в которой собирается вся последующая техническая документация. Помимо паспорта в нее входят: протоколы, акты, отметки о повреждениях, расчет потерь в кабеле, данные о нагрузках и перегрузках на линии.

Безопасность работ в охранной зоне ЛЭП

Охранная зона для воздушных ЛЭП, согласно СНИП и ПУЭ, представляет собой пространство, идущее вдоль проложенных линий. Вертикальные параллельные плоскости, расположенные с обеих сторон линии, ограничивают пространство.

Для кабельных линий, проложенных под землей, охранное пространство создается на участке земли, ограничивается параллельными вертикальными плоскостями с обеих сторон линии (расстояние один метр от крайних кабелей).