Przewody i kable napowietrznych linii energetycznych

NA linie lotnicze przesył mocy napięcia powyżej 1000 V, stosuje się gołe przewody i kable. Przebywając na zewnątrz narażone są na działanie atmosfery (wiatr, lód, zmiany temperatur) oraz szkodliwe zanieczyszczenia z otaczającego powietrza (gazy siarkowe z zakładów chemicznych, sól morska) i dlatego muszą posiadać odpowiednią wytrzymałość mechaniczną oraz być odporne na korozję (rdzę).

Obecnie przewody stalowo-aluminiowe znalazły największe zastosowanie w liniach napowietrznych.

Wcześniej na liniach napowietrznych stosowano druty miedziane, a teraz stosuje się aluminium, stal-aluminium i stal, aw niektórych przypadkach druty ze specjalnych stopów aluminium - eldrium itp. Kable odgromowe są zwykle wykonane ze stali.

Wyróżniają się konstrukcją:

a) przewody wielordzeniowe z jednego metalu, składające się (w zależności od przekroju przewodu) z 7; 19 i 37 oddzielnych drutów skręconych razem (ryc. 1, b);

b) druty jednożyłowe składające się z jednego drutu pełnego (ryc. 1, a);

c) żyły linkowe z dwóch metali — stali i aluminium lub stali i brązu.Przewody stalowo-aluminiowe o konstrukcji konwencjonalnej (klasa AC) składają się z ocynkowanego rdzenia stalowego (jednodrutowego lub skręconego z 7 lub 19 drutów), wokół którego umieszczona jest część aluminiowa, składająca się z 6, 24 lub więcej drutów (ryc. 1 ,°C).

Ryż. 1. Budowa drutów linii napowietrznych: a — druty jednożyłowe; b — przewody wielodrutowe; c — druty stalowo-aluminiowe.

Dane konstrukcyjne gołych przewodów aluminiowych i stalowo-aluminiowych znajdują się w GOST 839-80.

Zobacz też: Konstrukcje z gołych drutów do napowietrznych linii energetycznych

Wybór linii powietrza wymaga rozważenia kilku czynników, wśród których jednym z najważniejszych jest długotrwałe ogrzewanie prądem elektrycznym. Nagrzewanie się przewodów ogranicza zdolność przesyłową linii napowietrznej, prowadzi do korozji przewodów, utraty ich wytrzymałości mechanicznej, wzrostu zwisu itp. Temperatura przewodów zależy od aktualnego obciążenia oraz warunków atmosferycznych panujących na trasie linii napowietrznej.

Na nośność drutów duży wpływ mają warunki pogodowe — prędkość wiatru, temperatura otoczenia i promieniowanie słoneczne, które różnią się znacznie w ciągu roku.

Mówi się, że zmiana prędkości wiatru ma większy wpływ niż zmiana temperatury powietrza. Słaby wiatr o prędkości 0,6 m/s zwiększa przepustowość drutów o 140% w stosunku do statycznych warunków powietrza, natomiast wzrost temperatury otoczenia o 10°C zmniejsza ją o 10-15%.

Druty miedziane

Moje druty, wykonane z ciasno ciągnionego drutu miedzianego, mają niską rezystancję (r = 18,0 Ohm x mm2/km) i dobrą wytrzymałość mechaniczną: maksymalna wytrzymałość na rozciąganie sp = 36 ... 40 kgf / mm2, z powodzeniem wytrzymują wpływy atmosferyczne i korozję powodowaną przez szkodliwe zanieczyszczenia w powietrzu.

Druty miedziane oznacza się literą M z dodatkiem nominalnego przekroju drutu. Tak więc drut miedziany o nominalnym przekroju 50 mm2 oznaczony M — 50.

Obecnie miedź jest materiałem deficytowym i drogim, dlatego praktycznie nie jest stosowana jako przewodniki w napowietrznych liniach elektroenergetycznych.Dla oszczędności miedzi, w latach 60. zaprzestano produkcji przewodów miedzianych, brązowych i stalowo-brązowych.

Druty aluminiowe

Druty aluminiowe różnią się od drutów miedzianych znacznie mniejszą masą, nieco wyższym oporem właściwym (r = 28,7 ... 28,8 Ohm x mm2/km) oraz mniejszą wytrzymałością mechaniczną: sp = 15,6 kgf / mm2 — dla przewodów klasy AT i sp = 16 … 18 kgf / mm2 drutu Atp.

Przewody aluminiowe stosowane są głównie w sieciach lokalnych. Niska wytrzymałość mechaniczna tych drutów nie pozwala na wysokie napięcie. Aby uniknąć dużych strzał i zabezpieczyć niezbędne PUE minimalnego wymiaru linii do gruntu, konieczne jest zmniejszenie odległości między podporami, a to zwiększa koszt linii.

W celu zwiększenia wytrzymałości mechanicznej drutów aluminiowych wykonuje się je z drutów wielożyłowych ciągnionych na twardo. Dobrze tolerujące wpływy atmosferyczne druty aluminiowe nie wytrzymują wpływu szkodliwych zanieczyszczeń z powietrza.

Dlatego do linii napowietrznych budowanych w pobliżu brzegów morskich, słonych jezior i zakładów chemicznych zalecane są przewody aluminiowe marki AKP zabezpieczone przed korozją (aluminium odporne na korozję, z wypełnieniem przestrzeni między przewodami smarem neutralnym). Przewody aluminiowe oznacza się literą A z dodatkiem nominalnego przekroju przewodu.

Druty stalowe

Druty stalowe mają wysoką wytrzymałość mechaniczną: maksymalna wytrzymałość na zerwanie sp = 55 ... 70 kgf / mm2... Druty stalowe są jednodrutowe lub wielodrutowe.

Rezystancja elektryczna drutów stalowych jest znacznie większa niż aluminium, aw sieciach prądu przemiennego zależy od ilości prądu przepływającego przez drut. Druty stalowe stosowane są w sieciach lokalnych o napięciu do 10 kV przy przesyłaniu stosunkowo małej mocy, gdy budowa linii z drutami aluminiowymi jest mniej opłacalna.

Istotną wadą drutów i kabli stalowych jest ich podatność na korozję. Aby zmniejszyć korozję, druty są ocynkowane. Dostępne są dwie marki splecionych drutów stalowych: PS (drut stalowy) i PMS (drut stalowy miedziany). Druty PS mają domieszkę miedzi do 0,2%, a druty PSO produkowane są o średnicy 3; 3,5; 5 mm. Stalowe kable wielodrutowe Kable odgromowe produkowane są w gatunkach S-35, S-50 i S-70.

Druty stalowo-aluminiowe

Przewody stalowo-aluminiowe mają taką samą rezystancję jak przewody aluminiowe o takim samym przekroju, ponieważ w obliczeniach elektrycznych przewodów stalowo-aluminiowych przewodnictwo części stalowej nie jest uwzględniane ze względu na jego znikomość w porównaniu z przewodnictwem aluminiowa część przewodów.

Druty ze stali konstrukcyjnej tworzą wnętrze stalowego drutu aluminiowego, a druty aluminiowe tworzą na zewnątrz. Stal ma na celu zwiększenie wytrzymałości mechanicznej, aluminium jest częścią przewodzącą.

W przypadku drutów stalowo-aluminiowych w aluminiowej części drutu występują dodatkowe naprężenia wewnętrzne, wynikające z różnych współczynników rozszerzalności cieplnej aluminium i stali.

Obowiązkowe ograniczenie naprężeń drutu przy średniej temperaturze rocznej dla wszystkich przewodów jest konieczne, aby zapobiec szybkiemu zużyciu zmęczeniowemu przewodów na skutek wibracji.

Eksperymentalnie ustalono, że aluminium zaczyna tracić swoje właściwości wytrzymałościowe w temperaturach powyżej 65°C. Biorąc to pod uwagę przy doborze maksymalnej temperatury pracy drutów stalowo-aluminiowych, zaleca się zaplanowanie obniżenia wytrzymałości aluminium o 12 — 15% (czyli 7 — 8% utraty wytrzymałości drutu jako całości) ) przez cały okres użytkowania, co w przybliżeniu odpowiada ciągłej pracy drutu przez 50 lat w temperaturze 90 ° C. Należy zauważyć aby całkowita utrata wytrzymałości mechanicznej w wyniku krótkotrwałych awaryjnych przeciążeń drutów nie przekraczała 1%.

Produkowane są następujące marki drutów stalowo-aluminiowych (GOST 839-80):

AC - drut składający się z rdzenia - drutów stalowych ocynkowanych oraz jednej lub kilku zewnętrznych warstw drutów aluminiowych. Drut przeznaczony jest do układania na lądzie, z wyjątkiem obszarów z powietrzem zanieczyszczonym szkodliwymi związkami chemicznymi;

ZAPYTANIE, ZAPYTAJ — podobne do drutu marki AC, ale z rdzeniem stalowym (C) lub całym drutem (P) wypełnionym smarem przeciwdziałającym występowaniu korozji drutu. Przeznaczony do układania wzdłuż wybrzeży mórz, słonych jezior oraz na terenach przemysłowych z zanieczyszczonym powietrzem;

ASK — taki sam jak drut ASK, ale ze stalowym rdzeniem izolowanym osłoną z tworzywa sztucznego. W oznaczeniu drutu po literze A może znajdować się litera P, która wskazuje, że drut ma zwiększoną wytrzymałość mechaniczną (na przykład APSK).

Druty stalowo-aluminiowe wszystkich marek produkowane są z różnym stosunkiem przekroju aluminiowej części drutu do przekroju rdzenia stalowego: w granicach 6,0 ... 6,16 - do pracy drutu w średnim warunki obciążenia mechanicznego; 4,29 ... 4,39 — zwiększona wytrzymałość; 0,65 … 1,46 — szczególnie wzmocniona wytrzymałość: 7,71 … 8,03 — lekka konstrukcja i 12,22 … 18,09 — szczególnie lekka.

Lekkie druty stosuje się na nowo budowanych i przebudowywanych liniach w miejscach, gdzie grubość ściany lodowej nie przekracza 20 mm. Przewody wzmocnione stalowo-aluminiowe są zalecane do stosowania w obszarach o grubości ścian lodu większej niż 20 mm. Specjalne mocne druty służą do realizacji dużych odległości w przejściach przez przestrzenie wodne i obiekty inżynierskie.

W celu pełniejszego scharakteryzowania przewodów stalowo-aluminiowych w oznaczeniu marki drutu podaje się przekrój nominalny przewodu oraz przekrój rdzenia stalowego, np.: AC-150/24 lub ASKS-150 /34.

przewody Aldrei

Druty Aldry mają mniej więcej taką samą rezystancję elektryczną jak druty aluminiowe, ale mają większą wytrzymałość mechaniczną. Aldry to stop aluminium z niewielkimi ilościami żelaza («0,2%), magnezu (»0,7%) i krzemu («0,8%); pod względem odporności na korozję dorównuje aluminium. Wadą drutów Aldrey jest ich niska odporność na wibracje.

Lokalizacja przewodów linii napowietrznej

Przewody na wspornikach linii napowietrznych można układać na różne sposoby: na liniach jednotorowych — w trójkącie lub poziomo; na liniach z podwójnym łańcuchem — odwrócone drzewo lub sześciokąt (w formie „beczki”).

Układ drutów w trójkącie (ryc. 2, a) jest stosowany na liniach o napięciu do 20 kV, w tym na liniach o napięciu 35 ... 330 kV z metalowymi i żelbetowymi wspornikami.

Poziomy układ drutów (ryc. 2, b) zostanie zastosowany na liniach 35 ... 220 kV z drewnianymi wspornikami. Takie ułożenie drutów jest najlepsze z punktu widzenia warunków pracy, ponieważ pozwala na zastosowanie dolnych podpór i wyklucza plątanie się drutów podczas zjazdu po lodzie i tańca drutu.

Na liniach o dwóch wartościach druty są układane albo z odwróconym drzewem (ryc. 2, c), co jest wygodne dla warunków instalacji, ale zwiększa masę podpór i wymaga zawieszenia dwóch linek ochronnych lub sześciokąta ( Ryc. 2, G).

Ta ostatnia metoda jest preferowana.Zalecany jest do stosowania na liniach dwuwartościowych o napięciu 35...330 kV.

Wszystkie te opcje charakteryzują się asymetrycznym ułożeniem drutów względem siebie, co prowadzi do różnicy w parametrach elektrycznych faz. Do równania tych parametrów stosuje się transpozycję drutów, tj. wzajemne położenie przewodów względem siebie na różnych odcinkach linii zmienia się sukcesywnie na wspornikach. W tym przypadku przewodnik każdej fazy przechodzi jedną trzecią długości linii w jednym miejscu, drugą w drugim i trzecią w trzecim miejscu (ryc. 3.).

Ryż. 2. Ułożenie przewodów i linek ochronnych na wspornikach: a — trójkątem; b — poziomy; c — odwróć drzewo; d — sześciokąt (lufa).

Ryż. 3… Schemat transpozycji linii jednoprzewodowej.

Obliczenia części mechanicznej linii napowietrznej przeprowadza się na podstawie powtarzalności prędkości wiatru i grubości ściany lodowej na przewodach, co spełnia wymagania dotyczące niezawodności i kapitalizacji określonej klasy linii napowietrznych.

Linie napowietrzne różnych klas, przecinające ten sam teren, zwłaszcza na wspólnej trasie, muszą być zaprojektowane na różne obciążenia wiatrem i lodem.

Kable odgromowe napowietrznych linii elektroenergetycznych

Kable odgromowe są zawieszone nad przewodami, aby chronić je przed przepięciami atmosferycznymi. Na liniach o napięciu poniżej 220 kV kable zawieszane są tylko na podejściach do stacji. Zmniejsza to prawdopodobieństwo nakładania się przewodów w pobliżu podstacji. Na liniach o napięciu 220 kV i wyższym kable są zawieszone na całej linii. Zwykle stosuje się liny stalowe.

Wcześniej kable linii wszystkich napięć znamionowych były ciasno uziemiane na każdym wsporniku. Doświadczenie operacyjne pokazuje, że prądy pojawiają się w obwodach zamkniętych systemu uziemiającego — kabli — wsporników. Powstały one w wyniku działania pola elektromagnetycznego indukowanego w kablach przez indukcję elektromagnetyczną. Jednocześnie w wielu przypadkach występują znaczne straty mocy w wielokrotnie uziemianych przewodach, zwłaszcza w liniach najwyższych napięć.

Badania wykazały, że zawieszając kable o podwyższonej przewodności (stalowo-aluminiowe) na izolatorach, można je wykorzystać jako przewody komunikacyjne oraz jako przewodniki prądowe do zasilania odbiorników małej mocy.

W celu zapewnienia odpowiedniego poziomu ochrony odgromowej linii, kable muszą być podłączone do ziemi poprzez iskierniki.