Линия электропередачи

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Линии электропередачи (Шарья, Россия)

Линия электропередачи (ЛЭП) — 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[1].

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.

Строительство ЛЭП — сложная задача, которая включает в себя проектирование, производственные работы, монтаж, пуско-наладку, обслуживание. Крупнейшим строителем магистральных подстанций и линий электропередачи России является ОАО «Энергостройинвест-холдинг»[2](доля в общем объеме подрядов ФСК — 26 %).

Воздушные линии электропередачи[править | править вики-текст]

Линия электропередачи на напряжение 500 кВ
Самая высоковольтная (проектное напряжение 1150 кВ) ЛЭП в мире: Итат—Экибастуз—Кокчетав—Челябинск

Воздушная линия электропередачи (ВЛ) — 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).

Состав ВЛ[править | править вики-текст]

Документы, регулирующие ВЛ[править | править вики-текст]

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

Классификация ВЛ[править | править вики-текст]

По роду тока[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

  • 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 — к примеру, соединяют электростанции с распределительными пунктами).
  • Распределительные ВЛ напряжением 35, 110 и 150 кВ (предназначены для электроснабжения предприятий и населённых пунктов крупных районов — соединяют распределительные пункты с потребителями)
  • ВЛ 20 кВ и ниже, подводящие электроэнергию к потребителям.

По напряжению[править | править вики-текст]

Железобетонная опора ЛЭП 220/380 В с фарфоровыми линейными изоляторами
  • ВЛ до 1000 В (ВЛ низшего класса напряжений)
  • ВЛ выше 1000 В
    • ВЛ 1-35 кВ (ВЛ среднего класса напряжений)
    • ВЛ 110—220 кВ (ВЛ высокого класса напряжений)
    • ВЛ 330—750 кВ (ВЛ сверхвысокого класса напряжений)
    • ВЛ выше 750 кВ (ВЛ ультравысокого класса напряжений)

Эти группы существенно различаются, в основном — 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)[3], 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.

Самой высоковольтной ЛЭП в мире является линия Экибастуз-Кокчетав, номинальное напряжение — 1150 кВ. Однако, в настоящее время линия эксплуатируется под вдвое меньшим напряжением — 500 кВ.

Номинальное напряжение для линий постоянного тока не регламентировано, чаще всего используются напряжения: 150, 400 (Выборгская ПС — 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[править | править вики-текст]

  • 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 3—35 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 3-35 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[править | править вики-текст]

  • 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[править | править вики-текст]

  • Трасса — положение оси ВЛ на земной поверхности.
  • Пикеты (ПК) — 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 — установка пикетных и центровых знаков на трассе в соответствии с ведомостью расстановки опор.
  • Фундамент опоры — 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 — грунт нижней части котлована, воспринимающий нагрузку.
  • Пролёт (длина пролёта) — 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 — пролёт, пересекающий какое-либо сооружение или естественное препятствие (реку, овраг).
  • Угол поворота линии — угол α между направлениями трассы ВЛ в смежных пролётах (до и после поворота).
  • Стрела провеса — вертикальное расстояние между низшей точкой провода в пролёте и прямой, соединяющей точки его крепления на опорах.
  • Габарит провода — вертикальное расстояние от провода в пролёте до пересекаемых трассой инженерных сооружений, поверхности земли или воды.
  • Шлейф (петля) — отрезок провода, соединяющий на анкерной опоре натянутые провода соседних анкерных пролётов.

Монтаж воздушных линий электропередачи[править | править вики-текст]

Монтаж линий электропередачи осуществляется Методом монтажа «под тяжением». Это особенно актуально в случае сложного рельефа местности. При подборе оборудования для монтажа ЛЭП необходимо учитывать количество проводов в фазе, их диаметр и максимальное расстояние между опорами ЛЭП.

Кабельные линии электропередачи[править | править вики-текст]

Кабельная линия электропередачи (КЛ) — 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[править | править вики-текст]

  • Подземные
  • По сооружениям
  • Подводные

К кабельным сооружениям относятся[править | править вики-текст]

  • Кабельный тоннель — 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 — 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.

Температура внутри кабельных каналов (тоннелей)в летнее время должна быть не более чем на 10 градусов Цельсия выше температуры наружного воздуха.

  • Кабельная шахта — 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 — 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 — полость, ограниченная стенами помещения, междуэтажным перекрытием и полом помещения со съемными плитами (на всей или части площади).
  • Кабельный блок — кабельное сооружение с трубами (каналами) для прокладки в них кабелей с относящимися к нему колодцами.
  • Кабельная камера — 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 — надземное или наземное открытое горизонтальное или наклонное протяженное кабельное сооружение. Кабельная эстакада может быть проходной или непроходной.
  • Кабельная галерея  — надземное или наземное закрытое полностью или частично (например, без боковых стен) горизонтальное или наклонное протяженное проходное кабельное сооружение.

Пожарная безопасность кабельных сооружений[править | править вики-текст]

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[4].

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 500—600 ˚C, которая превышает температуру воспламенения (250—350 ˚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[5].

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[6].

Линейная скорость распространения пламени для кабельных сооружений (горение кабелей) составляет 1,1 м/мин[7].

По типу изоляции[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

ВТСП-провод[править | править вики-текст]

Провода на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), сверхпроводимость позволяет передавать электрический ток без потерь, а также достичь высокой плотности токов. Большим недостатком в применение ВТСП-проводов является необходимость в постоянном охлаждении, что ограничивает применение ВТСП-проводов на практике. Несмотря на сложности в производстве и эксплуатации ВТСП-проводов, делаются постоянные попытки применения их на практике, так в демонстрационной системе силовой сети, запущенной в эксплуатацию в июле 2006 в США, при напряжении 138 кВ передаётся мощность в 574 МВА на длину 600 метров.

Первая коммерческая сверхпроводящая линия электропередачи была запущена в эксплуатацию фирмой American Superconductor на Лонг-Айленде в Нью-Йорке в конце июня 2008 года[8]. Энергосистемы Южной Кореи собираются создать к 2015 году сверхпроводящие линии электропередачи общей длиной в 3000 км[9].


Потери в ЛЭП[править | править вики-текст]

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). Коронный разряд возникает, когда напряжённость электрического поля E у поверхности провода превысит пороговую величину Eкр, которую можно вычислить по эмпирической формуле Пика:
E_k= 30{,}3 \beta \left ( {1 + \frac{0{,}298}  {\sqrt{ r \beta}}}\right ) кВ/см,
где r — радиус провода в метрах, β — отношение плотности воздуха к нормальной[10].

Напряженность электрического поля прямо пропорциональна напряжению на проводе и обратно пропорциональна его радиусу, поэтому бороться с потерями на корону можно, увеличивая радиус проводов, а также (в меньшей степени) — применяя расщепление фаз, то есть используя в каждой фазе несколько проводов, удерживаемых специальными распорками на расстоянии 40-50 см. Потери на корону приблизительно пропорциональны произведению U(U-Uкр).

Потери на корону резко возрастают с ростом напряжения, среднегодовые потери на ЛЭП напряжением 500 кВ составляют около 12 кВт/км, при напряжении 750 кВ — 37 кВт/км, при 1150 кВ — 80 кВт/км. Потери также резко возрастают при осадках, особенно изморози, и могут достигать 1200 кВт/км[11].

Потери в ЛЭП переменного тока[править | править вики-текст]

Важной величиной, влияющей на экономичность ЛЭП переменного тока, является величина, характеризующая соотношение между активной и реактивной мощностями в линии — cos φ. Активная мощность — часть полной мощности, прошедшей по проводам и переданной в нагрузку; Реактивная мощность — это мощность, которая генерируется линией, её зарядной мощностью (ёмкостью между линией и землёй), а также 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 — радиоизлучение. Так как такая длина уже сравнима с длиной электромагнитной волны частотой 50 Гц (\lambda = c / \nu = 6000 км, длина четвертьволнового вибратора \lambda / 4 = 1500 км), провод работает как антенна.

См. также[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Электромонтажные работы. В 11 кн. Кн. 8. Ч. 1. Воздушные линии электропередачи: Учеб. пособие для ПТУ / Магидин Ф. А.; Под ред. А. Н. Трифонова. — М.: Высшая школа, 1991. — 208 с. — ISBN 5-06-001074-0
  • Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 648 с.: ил. 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)

Ссылки[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. ПТЭЭП (Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей)
  2. Компания «Энергостройинвест-Холдинг»
  3. Номинальные напряжения, указанные в скобках, для вновь проектируемых сетей не рекомендуются. Для существующих и расширяющихся электрических сетей на номинальные напряжения 3 и 150 кВ электрооборудование должно изготовляться (см. ГОСТ 721-77).
  4. Кашолкин Б. И., Мешалкин Е. А. Тушение пожаров в электроустановках. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — С. 20
  5. Технические условия по проектированию автоматических установок комбинированного пожаротушения в кабельных сооружениях «НТО Пламя» — М., 2006. — С. 2
  6. Кашолкин Б. И., Мешалкин Е. А. Тушение пожаров в электроустановках. — М.:Энергоатомиздат, 1985. — С. 58.
  7. Рекомендации по расчету параметров эвакуации людей на основании положений ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования», Таблица 3.5
  8. Monica Heger. Superconductors Enter Commercial Utility Service. IEEE Spectrum. Проверено 19 января 2012. Архивировано из первоисточника 14 февраля 2010.
  9. Joseph Milton. Superconductors come of age. Nature — News. Проверено 19 января 2012. Архивировано из первоисточника 9 октября 2010.
  10. Процессы и аппараты химических технологий
  11. Потери на корону — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)