Конструкции воздушных линий электропередачи

1991 г. электротехники и электроэнергетики всего мира отметили столетие начала эры передачи электроэнергии на дальние расстояния. Оно было положено созданием в Германии воздушной линии (ВЛ) трёх­фазного переменного тока 28,3 кВ от ГЭС Лауфен до г. Франкфурт-на-Майне протяжённостью 170 км, что по тем временам было действительно выдающимся достижением. Примечательно, что в том же году в Лондоне была сооружена первая силовая однофазная кабельная линия (КЛ) 10 кВ длиной 12 км, рассчитанная на передачу мощности 3,2 МВт, с понижающей подстанцией 10/2,4 кВ, от которой питалась распределительная сеть. Эту линию можно рассматривать как прообраз современных глубоких вводов электроэнергии на территории городов и промышленных зон. Таким образом, практически одновременно возникли и затем продолжали развиваться в течение вот уже более 114 лет два направления в развитии техники передачи больших количеств электроэнергии (ЭЭ) на расстояние:

1. линии открытого типа (воздушные);

2. линии закрытого типа (кабельные).

В наиболее общем плане линия электропередачи (ЛЭП) определяется как «электрическая линия, выходящая за пределы электростанции или подстанции и предназначенная для передачи электрической энергии на расстояние». Это определение конкретизируется, где ЛЭП характеризуется как «электроустановка, состоящая из проводов, кабелей, изолирующих элементов и несущих конструкций, предназначенная для передачи электрической энергии между двумя пунктами энергосистемы с возможным промежуточным отбором». Классификация линий электропередачи представлена в таблице 8.1.

Таблица 8.1 Классификация линий электропередачи

 
Признак Тип линии Разновидности
Род тока Постоянного тока -
Трёхфазного переменного тока -
Многофазного переменного тока Шестифазная
Двенадцатифазная
Номинальное напряжение Низковольтная (до 1 кВ) -
Высоковольтная (свыше 1 кВ) СН (3-35 кВ)
ВН(110-220 кВ)
СВН (330-750 кВ)
УВН (свыше 1000 кВ)
Конструктивное выполнение Воздушная -
Кабельная -
Число цепей Одноцепная -
Двухцепная -
Многоцепная -
Топологические характеристики Радиальная -
Магистральная -
Ответвление -
Функциональное назначение Распределительная -
Питающая -
Межсистемная связь -

В последнем определении отражается лишь один из признаков классификации ЛЭП, а именно их конструктивное исполнение. Однако для характеристики всей совокупности их разновидностей этого явно недостаточно. Современная классификация базируется на ряде признаков, которые представлены в таблице 8.1. На первом месте здесь стоит род тока. В соответствии с этим признаком различаются линии постоянного тока, а также трёхфазного и многофазного переменного тока. Линии постоянного тока конкурируют с остальными лишь при достаточно большой протяжённости и передаваемой мощности, поскольку в общей стоимости электропередачи значительную долю составляют затраты на сооружение концевых преобразовательных подстанций. Наибольшее распространение в мире получили линии трёхфазного переменного тока, причём по протяжённости среди них лидируют именно воздушные линии. Линии многофазного переменного тока (шести - и двенадцатифазные) в настоящее время относятся к категории нетрадиционных.

Наиболее важным признаком, определяющим различие конструктивных и электрических характеристик ЛЭП, является номинальное напряжение Uном. К категории низковольтных относятся линии с номинальным напряжением менее 1 кВ. Линии с Uном > 1 кВ принадлежат к разряду высоковольтных, и среди них выделяются линии среднего напряжения (СН) с Uном = 3-35 кВ, высокого напряжения (ВН) с Uном = 110-220 кВ, сверхвысокого напряжения (СВН) с Uном = 330-750 кВ и ультравысокого напряжения (УВН) с Uном > 1000 кВ.

По конструктивному исполнению различают воздушные и кабельные линии. Воздушная линия - это «линия электропередачи, провода которой поддерживаются над землёй с помощью опор, изоляторов и арматуры». В свою очередь, кабельная линия определяется как линия электропередачи, выполненная одним или несколькими кабелями, уложенными непосредственно в землю или проложенными в кабельных сооружениях (коллекторах, туннелях, каналах, блоках и т. п.). По количеству параллельных цепей (nц), прокладываемых по общей трассе, различают одноцепные (nц = 1), двухцепные (nц = 2) и многоцепные (nц > 2) линии. По ГОСТ 24291-90 одноцепная воздушная линия переменного тока определяется как линия, имеющая один комплект фазных проводов, а двухцепная ВЛ - два комплекта. Соответственно многоцепной ВЛ называется линия, имеющая более двух комплектов фазных проводов. Эти комплекты могут иметь одинаковые или различные номинальные напряжения. В последнем случае линия называется комбинированной. Одноцепные воздушные линии сооружаются на одноцепных опорах, тогда как двухцепные могут сооружаться либо с подвеской каждой цепи на отдельных опорах, либо с их подвеской на общей (двухцепной) опоре. В последнем случае, очевидно, сокращается полоса отчуждения территории под трассу линии, но возрастают вертикальные габариты и масса опоры. Первое обстоятельство, как правило, является решающим, если линия проходит в густонаселённых районах, где обычно стоимость земли достаточно высока. По этой же причине в ряде стран мира используются и многоцепные опоры с подвеской цепей одного номинального напряжения (обычно с nц = 4) либо разных напряжений (с nц Конструкции воздушных линий электропередачи - №1 - открытая онлайн библиотека 6). По топологическим (схемным) характеристикам различают радиальные и магистральные линии. Радиальной считается линия, в которую мощность поступает только с одной стороны, т.е. от единственного ис­точника питания. Магистральная линия определяется ГОСТ как линия, от которой отходит несколько ответвлений. Под ответвлением понимается линия, присоединённая одним концом к другой ЛЭП в ее промежуточной точке.

Последний признак классификации - функциональное назначение. Здесь выделяются распределительные и питающие линии, а также линии межсистемной связи. Деление линий на распределительные и питающие достаточно условно, ибо и те, и другие служат для обеспечения электрической энергией пунктов потребления. Обычно к распределительным относят линии местных электрических сетей, а к питающим - линии сетей районного значения, которые осуществляют электроснабжение центров питания распределительных сетей. Линии межсистемной связи непосредственно соединяют разные энергосистемы и предназначены для взаимного обмена мощностью, как в нормальных режимах, так и при авариях. Процесс электрификации, создания и объединения энергосистем в Единую энергосистему сопровождался постепенным увеличением номинального напряжения ЛЭП с целью повышения их пропускной способности. В этом процессе на территории бывшего СССР исторически сложились две системы номинальных напряжений. Первая, наиболее распространённая, включает в себя следующий ряд значений Uном: 35-110-220-500-1150 кВ, а вторая - 35-150-330-750 кВ. К моменту распада СССР на территории России находилось в эксплуатации более 600 тыс. км ВЛ 35-1150 кВ. В последующий период рост протяжённости продолжался, хотя и менее интенсивно. Соответствующие данные представлены в таблице 8.2.

Таблица 8.2 Протяжённость ВЛ в ЕЭС России

Динамика изменения протяжённости ВЛ за 1990-1999 гг.
Таблица 8.2 Uном, кB Протяжённость ВЛ, тыс. км
  1990 г. 1995 г. 1996 г. 1997 г. 1998 г. 1999 г.
194,9 219,4 225,0 228,0 230,0 233,0
278,0 289,9 290,8 290,8 292,6 292,1
2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6
96,1 99,8 100,8 101,3 102,1 102,1
9,5 9,9 9,9 9,5 9,6 9,7
33,5 37,3 36,7 36,5 36,4 36,8
2,2 2,7 2,8 2,8 2,8 2,6
0,5 0,5 0,5 0,5 1,0 1,0
Всего 617,3 662,1 669,1 672,0 677,1 679,9

Наряду с типовыми конструктивными решениями, которые в основном будут рассматриваться далее, современная техника передачи электроэнергии по линиям открытого типа располагает и рядом нетрадиционных оригинальных предложений, направленных на увеличение пропускной способности и уменьшение полосы отчуждения под трассу линии, на более полное удовлетворение требованиям технической эстетики и снижение отрицательного воздействия электромагнитных полей ВЛ СВН и особенно УВН на окружающую среду, а также на повышение экономичности процесса передачи электроэнергии.