Воздушные ЛЭП: виды и элементы конструкции

14.11.2017

Основной способ транспортировки электроэнергии на средние и дальние расстояния — это открытые линии электропередач. Подобные магистрали должны обладать двумя основными качествами:

  • способностью с минимальными потерями передавать большую мощность;
  • обеспечивать полную безопасность для людей, оборудования и окружающей природы.

Эксплуатация на открытом воздухе связана со значительными механическими нагрузками, возникающими от порывов ветра, образования инея или наледи.

Чтобы обеспечить должный уровень безопасности при транспортировке значительных электрических мощностей, проектировщикам ЛЭП приходится использовать высокие опоры и тоководы большого сечения, далеко разнесенные друг от друга. Кроме того, большое внимание уделяется электроизоляции проводов от несущих конструкций.

Общее устройство и компоновка воздушной ЛЭП

Линия передачи электроэнергии состоит из нескольких основных элементов.

  1. Закрепленные на грунте опоры.
  2. Электрические провода.
  3. Монтируемая на опорах линейная арматура.
  4. Закрепленная на арматуре изоляция, дополнительно играющая роль направляющих для поддержания ориентации проводов в пространстве.

Кроме того, воздушные линии включают в себя:

  • заземление;
  • грозозащиту;
  • фундаменты опор.

Существует два основных вида опор.

  1. Анкерные, оснащенные натяжными устройствами и принимающие от проводов.
  2. Промежуточные, имеющие лишь поддерживающие зажимы для проводов.

Расстояние между анкерными опорами называется анкерным участком. Расстояние между промежуточными, а также между промежуточными и анкерными опорами — промежуточным участком.
Если воздушная ЛЭП пролегает над каким-либо сооружениями или водными преградами, то такой участок именуется анкерным пролетом, на опорах по концам которого устанавливаются натяжные устройства для проводов.
Провода между опорами не натянуты до предела, они всегда имеют небольшое провисание. Это необходимо для компенсации температурных расширений. Величина провисания зависит от требований безопасности и расстояния до наземных объектов:

  • зданий и сооружений;
  • нижележащих воздушных линий сетей связи;
  • контактных проводов;
  • транспортных магистралей;
  • поверхностей рельсов.

Величина провисания называется стрелой провеса. Рассчитывается она по-разному, в зависимости от перепада высот точек подвеса проводов на соседних опорах.
Стрела провеса относительно высшей точки крепления провода на самой высокой опоре всегда больше, чем относительно низшей точки подвеса.
Конструкция, протяженность и габариты элементов воздушных ЛЭП зависят от напряжения (от 0.4 до 115 кВ), подведенной мощности и вида тока (постоянный или переменный).

Устройство проводов воздушных линий


Поскольку электроснабжение ведется по замкнутому контуру, линии электропередачи должны иметь как минимум два провода. Двухпроводные воздушные ЛЭП являются простейшими по конструкции и обеспечивают однофазное электропитание переменным током напряжение 220 В. Более мощные и сложные линии организуются тремя или четырьмя проводами.

Материал и диаметр провода выбираются в зависимости от проектной нагрузки. Чаще всего это алюминиевые или стальные провода, которые могут мыть как одно-, так и многожильными. В последнем случае провод может иметь армирующий сердечник из стали.


Для открытых линий ГОСТ допускает применение следующих типов проводов: А, АС, АСУ, АСУС, АСО, АСКП, АСКС, ПСО, ПС. Для одножильных далее следует цифра, обозначающая диаметр провода в мм. Для многожильных через дробь указываются общая площадь сечения и диаметр стального сердечника.

Кроме открытых проводов, на воздушных линиях также применяются самонесущие изолированные и защищенные полимерным покрытием провода. Все они не боятся перехлестов и набрасывания посторонних предметов. Именно на такие провода сейчас и заменяются старые открытые линии.

В целях предотвращения коронного разряда на воздушных линиях от 330 кВ и выше применяют расщепление на несколько потоков.

На линиях 330 кВ провода натягивают на одинаковой высоте. 500 кВ – распределяют в пространстве по вершинам равностороннего треугольника. Для ВЛ-750 и ВЛ-1150 кВ организуют разделение на 4, 5 или 8 потоков, образующих свои равносторонние многоугольники.

Устройство опор

Чаще всего опоры устанавливаются для прокладки одной линии электроснабжения. Но в некоторых случаях одна мачта может нести две линии (двухцепные конструкции).

Для изготовления опорных конструкций применяются следующие материалы:

  • стальные профилированные уголки;
  • армированные конструкции из железобетона;
  • пропитанные антисептиком бревна.

Деревянные конструкции самые дешевые, но у них ограничен срок эксплуатации.

Самые простые конструкции – для низковольтных линий. При напряжении от 1 кВ опорные мачты выполняются в форме конусов с широкими основаниями или в виде призм.

По техническому исполнению опоры ВЛ выше 1 кВ отличаются от низковольтных своей сложностью и высотой крепления проводов. Все опорные системы конструируются с учетом проектных механических нагрузок с определенным запасом прочности.

Устройство изоляторов

Для разделения токоведущих элементов воздушной линии от несущих конструкций и друг от друга используют изделия из диэлектрических материалов (изоляторы). Они могут быть изготовлен из полимерных материалов, керамики или стекла.


Размеры и конструкция изоляторов зависят от следующих факторов:

  • напряжения;
  • величин статических и динамических нагрузок;
  • эксплуатационных условий.

Изоляторы имеют поверхность сложной формы, затрудняющей возникновение электрического разряда. По конструкции они разделяются на два типа: штыревые и подвесные.

Керамические модели

Штыревые одиночные изоляторы из керамики чаще всего применяются на линиях до 1 кВ (иногда до 35 кВ), где используются слабонагруженные провода небольшого сечения.

Единичный керамический изолятор состоит из чугунной шапки и диэлектрического корпуса. На высоковольтных мачтах изоляторы собирают в гирлянды.

Стеклянные изоляторы


Применение стекла в качестве диэлектрика дает следующие преимущества:

  • высокое качество изделий, избавляющее появление токов утечек;
  • возможность визуально оценивать состояние изолятора;
  • долговечность;
  • дешевизна.

Из недостатков отмечается следующее:

  • невосприимчивость к ударным нагрузкам;
  • слабая вандалоустойчивость;
  • необходимость соблюдать осторожность при монтаже и транспортировке.

Полимерные изоляторы


Главнее достоинства полимерных изоляторов – малый вес и высокая механическая прочность. Кроме того, отмечается и ряд дополнительных преимуществ перед аналогами:

  • гидрофобность;
  • устойчивость к перенпряжениям;
  • сохранение работоспособности при загрязнении;
  • удобство монтажа.

Арматура воздушных линий

Под арматурой линий понимаются крепежные элементы, при помощи которых изоляторы скрепляются между собой и с элементами несущей конструкции. Провода к изоляторам также крепятся с помощью арматуры.

Существует классификация арматуры по решаемым задачам:

  • сцепная для соединения подвесных конструкций;
  • натяжная для натягивания гирлянд изоляторов и токонесущих проводов;
  • поддерживающая, выполняющая удержание элементов ЛЭП;
  • защитная;
  • соединительная (термитные патроны и овальные соединители);
  • спиральная;
  • контактная;
  • для установки штыревых изоляторов;
  • для монтажа линий из СИП-провода.

В каждую классификационную группу может входить широкий ассортимент изделий.


Заземляющие устройства воздушных линий


Устройство заземления опорных конструкций воздушных ЛЭП связано с необходимостью защиты от грозовых перенапряжений и в аварийной ситуации. Контур заземления не должен иметь сопротивление более 30 Ом.

Если опоры металлические, то все несущие элементы и крепеж подсоединяются к PEN-проводнику. В железобетонных конструкциях линии заземления связывают арматуру стоек и подкосы. На деревянных опорах для СИП-линий крепеж не заземляют.

В качестве проводника для заземления используют стальной прут или проволоку сечением не менее 6 мм. Снаружи заземление должно иметь антикоррозионное покрытие. Присоединяется PEN-проводник либо сваркой, либо болтовым зажимом.
На ЛЭП от 330 кВ реализовать надежное заземление технически трудно. Поэтому в качестве защиты используют быстродействующие размыкатели.