Воздушные линии электропередач (ВЛЭП)

1. Термины и основные характеристики воздушных линий электропередач

Воздушные линии электропередач (ВЛЭП) – устройства для передачи электрической энергии по проводам, протянутым на открытом воздухе и прикрепленным к опорам с помощью изоляторов и арматуры, а на мостах и путепроводах – с помощью кронштейнов и стоек. Провода ВЛЭП напряжением до 10 (35) кВ крепят к изоляторам, установленным на траверсах деревянных или железобетонных опор. В табл. 1 приведены некоторые специфические термины и их определения, используемые для работы с ВЛЭП.

Таблица 1 – Термины и определения, используемые при работе с ВЛЭП

Термины	Определения
Аварийный режим ВЛЭП	Состояние ВЛЭП при обрыве одного или нескольких проводов и тросов
Анкерный переходной пролет	Пролет, ограниченный двумя анкерными опорами, на которые натянуты провода через какое-либо сооружение или естественную преграду (железная дорога, река и т.п.)
Анкерные опоры	Инженерные опоры, устанавливаемые на пересечении с различными сооружениями, а также в местах изменения количества, марок и сечений проводов. На них располагают необходимую аппаратуру, системы компенсации и запасы провода.
Анкерное крепление проводов	Крепление проводов на анкерной опоре, предназначенное для восприятия тяжения провода в пролете
Большие переходы	Пересечения судоходных рек, проливов или каналов, на которых устанавливаются опоры высотой 50 м и более, а также пересечения любых водных пространств с пролетом более 700 м, независимо от высоты опор ВЛЭП
Весовой пролет	Длина участка ВЛЭП, вес проводов или тросов которого воспринимается опорой
Ветровой пролет	Длина участка ВЛЭП, давление ветра на провода или тросы от которого воспринимается опорой
Ввод от ВЛЭП	Соединение ответвлений от ВЛЭП к внутренней СЭС, считая от изоляторов, установленных на наружной поверхности здания или сооружения (на стене, крыше), до зажимов вводного устройства
Пролет	Расстояние по грунту между опорами ВЛЭП, на которых жестко закреплены провода. Пролет между двумя анкерными опорами называется анкерованным участком или анкерным пролетом. Промежуточный пролет – расстояние между соседними промежуточными опорами или между ними и анкерной опорой

2. Номинальные значения напряжений и частоты электроэнергии, передаваемой по ВЛЭП. Назначение вставок постоянного тока в ВЛЭП

Значения стандартных напряжений ВЛЭП переменного тока в разных странах мира приведены в табл. 2. Значения стандартных значений частоты напряжений ВЛЭП и электроприемников переменного тока в разных странах мира приведены в табл. 3. Допустимые отклонения частот в СЭС (в источниках, преобразователях и приемниках электрической энергии) выбираются из ряда: 0,0002; 00005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 5; 10 % от номинальных значений частоты.

Во всех развитых странах мира большое внимание уделяется вопросам электропередачи с использованием вставок постоянного тока. В тех странах, где уже существуют такие вставки (США, Канада, Западная Европа, Россия, Бразилия, Аргентина) планируют дальнейшее увеличение их количества, вплоть до выполнения всех межсистемных связей через линии-вставки постоянного тока.

В Украине была одна высоковольтная линия постоянного тока Волгоград — Донбасс – биполярная линия длиной 475 км и напряжением 800 кВ (между полюсами, или +400 кВ и -400 кВ относительно земли). Эта линия могла передавать до 750 МВт·час электроэнергии. С декабря 2014 г. линия для передачи электроэнергии не используется. Со стороны Волжской ГЭС оборудование демонтировано.

Таблица 2 – Ряды переменных напряжений высоковольтных ВЛЭП в мире

Страна	Стандартные напряжения, кВ	Примечание
Украина	6; 10; (35)*; 110	линии высокого напряжения
	110; 150; 330;750	линии сверхвысокого напряжения
Россия	6; 10; 110	линии высокого напряжения
	110; 150; 330;750	линии сверхвысокого напряжения
	500; 750; 1150; 1250; 2500**	линии ультравысокого напряжения
Канада	500; 735	—
Азия (исключая СНГ)	400	Индия, Турция, Ирак, Иран
	275; 500; 1100***	Китай, Пакистан, Япония
	345; 735**	Япония, Южная Корея
Африка	220; 230; 330; 400; 500	Не в каждой стране
Западная Европа	380; 420	Энергообъединение UCPTE, (12 стран Европы, к которому с 2014 г. подключены и страны Восточной Европы)
	110; 150; 230	Распределительные сети внутри стран
	750*	Франция
США	110; 220; 345; 500; 765; 1600**	По всей стране
	138; 345; 765	Дополнительно на Юго-западе, в центре и на севере страны
	115; 230; 500; 765	Дополнительно на Западе и Юговостоке страны, связь с энергосистемой Канады
	230; 345	Связь с энергосистемой Мексики
Мексика, Центральная и Южная Америка	220; 400	Основная сеть в Мексике
	220; 230; 500	Межгосударственные связи
	345; 400; 735	Бразилия

*Нестандартное значение, применяется для густонаселенных территорий (Донбасс);

**Проект;

***Япония

Таблица 3 – Ряды номинальных значений частоты напряжения для ВЛЭП и электроприемников в разных странах мира

Элементы электроустановки	Номинальные значения частоты, Гц
1. Источники электрической энергии	0,1; 0,25; 0,5; 1; 2,5; 5; 10; 25; 50; 400; 1000; 10 000
2. Преобразователи и приемники электрической энергии	0,1; 0,25; 0,5; 1; 2,5; 5; 10; 12,5; 16; 50; 400; 1000; 2000; 4000; 10000
3. Электрические машины Дополнительно	50; 400; 1000; 2000; 4000; 10 000; 18000
	60; 100; 150; 200; 250; 300; 500; 600; 800; 1200; 1600; 2400; 8000

3. Виды и конструкции опор ВЛЭП

3.1. Виды и основные характеристики опор ВЛЭП

В зависимости от конструкции, назначения и места установки различают промежуточные, угловые (поворотные), анкерные, транспозиционные, ответвительные и концевые опоры.

Основные элементы ВЛЭП: провода, изоляторы, линейная арматура, опоры и фундаменты. На ВЛЭП переменного трехфазного тока подвешивают не менее трех проводов, составляющих одну цепь, рис. 1, на ВЛЭП постоянного тока – два провода.

Рисунок 1 – ВЛЭП переменного трехфазного тока

Габариты, протяженность и конструкция каждого типа ВЛЭП зависят от тока (переменный или постоянный), транспортируемой по ней электрической энергии и напряжения, которое может быть менее 0,4 кВ или достигать 1250 кВ. В Украине максимальное напряжение 750 кВ.

Схематично любую линию передачи электроэнергии можно представить:

• опора;
• провода;
• линейная арматура;
• изоляторы.

Дополнительно к элементам ВЛЭП относят фундаменты опор, систему грозозащиты и заземляющие устройства.

Промежуточные опоры служат для поддержания проводов на определенной высоте от земли и не рассчитаны на усилия от проводов в продольном направлении или под углом. Их устанавливают на прямых участках трассы на расстоянии 35–45 м при напряжении ВЛЭП до 1 кВ, 50–60 м – при 6–10 кВ, около 100 м – при более высоких значениях напряжений.

На промежуточных опорах провода закрепляются в поддерживающих зажимах. Если на промежуточных опорах используют подвесные изоляторы, то провода закрепляются в поддерживающих вертикальных гирляндах; на опорах со штыревыми изоляторами закрепление проводов производится проволочной вязкой. Промежуточные опоры воспринимают горизонтальные нагрузки от давления ветра на провода и на опору, и вертикальные — от веса проводов, изоляторов и собственного веса.

Промежуточные опоры, как правило, не воспринимают горизонтальной нагрузки от тяжения проводов и тросов в направлении линии, поэтому они выполняются более легкой конструкции, чем опоры других типов, например, концевые, воспринимающие тяжение проводов и тросов. Однако для обеспечения надежной работы промежуточные опоры должны выдерживать некоторые нагрузки и в направлении линии. Промежуточные опоры составляют более 80 % общего количества опор ВЛЭП, рис. 2 и рис. 3.

Угловые опоры устанавливают в местах поворота линий, они рассчитаны на натяжение проводов с усилиями, действующими по биссектрисе внутреннего угла, образуемого проводами в смежных пролетах; их устанавливают в местах изменения направления трассы ВЛЭП, рис. 4 – 6.

Промежуточные угловые опоры устанавливают в местах изменения направления ВЛЭП, на углах поворота линии с подвеской проводов в поддерживающих гирляндах. При нормальном режиме угловые опоры воспринимают одностороннее тяжение по биссектрисе внутреннего угла линии. Помимо нагрузок, действующих на промежуточные прямые опоры, угловые опоры воспринимают также нагрузки от поперечных составляющих тяжения проводов и тросов.

Углом поворота линии считают угол, дополняющий до 180° внутренний угол линии. При углах поворота более 20° вес промежуточных угловых опор возрастает. Поэтому их применяют для углов до 10÷20°, для больших углов поворота (до 90°) их выполняют по типу анкерных, рис. 7 и рис. 8.

Рисунок 2 – Промежуточная опора ВЛЭП 750 кВ «Хмельницкая АЭС – Жешув (Польша)»

Рисунок 3 – Промежуточные опоры ВЛЭП 110 кВ и 35 кВ

Рисунок 4 – Угловая опора 0,4 кВ

Рисунок 5 – Угловая опора 220 кВ

Анкерные опоры служат для натяжения проводов, они воспринимают усилия, направленные вдоль ВЛЭП. Их устанавливают на прямых участках трассы в опорных точках, а также на пересечениях с различными сооружениями и преградами.

Рисунок 6 – Угловая опора ВЛЭП 500 кВ

а                                                                                                                        б

Рисунок 7 – Анкерные угловые опоры: а – одностоечная 330 кВ; б – двухстоечная 110 кВ

Рисунок 8 – Пересечение анкерных угловых опор 330 кВ и 500 кВ

Когда ВЛЭП проходит над водными преградами, инженерными сооружениями или другими объектами, то по концам участка устанавливают опоры с натяжными устройствами, а расстояние между ними называют промежуточным анкерным пролетом, рис. 9.

Рисунок 9 – Схема анкерованного участка ВЛЭП ЖД – железная дорога

На линиях с подвесными изоляторами провода на анкерных опорах крепятся в зажимах натяжных гирлянд. Эти гирлянды являются как бы продолжением провода и передают его тяжение на опору. На линиях со штыревыми изоляторами провода закрепляются усиленной вязкой или специальными зажимами, обеспечивающими передачу полного тяжения провода на опору через штыревые изоляторы.

Анкерные опоры могут быть промежуточными, угловыми, ответвительными или концевыми. При установке анкерных опор на прямых участках трассы и подвеске проводов с обеих сторон от опоры с одинаковыми тяжениями горизонтальные продольные нагрузки от проводов уравновешиваются, и анкерная опора работает так же, как и промежуточная, т. е. она воспринимает только горизонтальные и вертикальные нагрузки. В случае необходимости провода с одной и с другой стороны от анкерной опоры можно натягивать с различным тяжением.

Концевые опоры устанавливаются на концах линии и воспринимают усилия, направленные вдоль линии и создаваемые односторонним тяжением проводов. Их устанавливают в начале и конце ВЛЭП. От этих опор отходят провода к оборудованию подстанций, и они воспринимают полное одностороннее тяжение проводов и тросов. На рис. 10 представлена концевая анкерная опора.

Рисунок 10 – Концевая анкерная опора

Специальные опоры сооружают для транспозиции проводов, при переходах через реки, железные дороги, ущелья и т. п. Они обычно значительно выше нормальных, и их выполняют по особым проектам:

1. транспозиционные – для изменения порядка расположения проводов на опорах с целью перемены взаимного расположения фаз и компенсации электромагнитной несимметрии ВЛЭП.

Транспозицию применяют на линиях протяженностью более 100 км и напряжением 110 кВ и выше. Провод каждой фазы проходит одну треть длины линии на одном, вторую – на другом и третью – на третьем месте. Одно такое тройное перемещение проводов называют циклом транспозиции. На рис. 11 представлена (в качестве примера) ВЛЭП и схема транспозиции линии напряжением 110 кВ, длиной l = 120 км;

Рисунок 11 – ВЛЭП и схема транспозиции линии напряжением 110 кВ, длиной l = 120 км (размеры опоры ВЛЭП – в метрах)

2. перекрестные – при пересечении ВЛЭП двух направлений;
3. противоветровые – для усиления механической прочности ВЛЭП;
4. переходные – при переходах ВЛЭП над инженерными сооружениями, через естественные преграды, при пересечении рек и т.д.;
5. ответвительные – для ответвления линий от основных и от магистральных ВЛЭП, при большой удаленности потребителей.

3.2. Требования к опорам ВЛЭП

Конструкция опоры ВЛЭП должна отвечать двум основным требованиям: надежная передача электроэнергии и обеспечение безопасности людей, животных, зданий и оборудования. Количество и тип опор для ВЛЭП, а также расстояние между ними («шаг» опор) определяются сложностью и конфигурацией трассы; количеством, материалом и сечением проводов; климатическими условиями района; степенью заселенности территории, по которой проходит трасса; требованиями, обеспечивающими надежность и безопасность эксплуатации. Также необходимо учитывать, что на ВЛЭП в процессе эксплуатации действуют различные природные явления (ураганы, порывы ветра, наледь, иней), и они подвергаются повышенным механическим нагрузкам, рис. 12.

Рисунок 12 – Провисание проводов от веса налипшего снега и инея

3.3. Материал опор ВЛЭП

Для ВЛЭП применяют деревянные, железобетонные и стальные опоры. В последнее время для осветительных сетей стали применять стальные оцинкованные опоры и мачты круглого и восьмигранного сечения.

3.3.1. Деревянные опоры для ВЛЭП

Деревянные опоры широко применяют в районах, богатых лесами, но они недолговечны: даже при хорошей пропитке и надлежащем обслуживании служат только 30÷40 лет, поэтому их постепенно заменяют железобетонными, срок службы которых составляет 50 – 60 лет. К недостаткам деревянных опор также следует отнести возможность расщепления от ударов молнии.

К достоинствам деревянных опор следует отнести небольшой вес, высокую механическую прочность, хорошие электроизоляционные свойства, возможность использовать природный круглый сортамент, они самые дешевые из всех видов опор. Деревянные опоры имеют простые формы: одиночный столб, П- и А-образная ферма, портал. Сложные деревянные опоры не экономичны, рис. 13.

а                                         б                                                      в

г                                                                          д

Рисунок 13 – Виды деревянных опор ВЛЭП: а – эскиз одностоечной промежуточной опоры ВЛЭП 6 кВ; б – одностоечная промежуточная опора ВЛЭП 6 кВ; в – бревна со снятой корой для ВЛЭП; г – деревянная П — образная двухстоечная опора ВЛЭП 35 кВ; д – деревянная АП — образная двухстоечная опора ВЛЭП 35 – 110 кВ

1 – опоры; 2 – пасынок; 3 – бандаж; 4 – крюк; 5 – штыревые изоляторы; 6 – провода

Срок службы деревянных опор зависит от сорта и качества древесины, атмосферных условий, характера грунта и т.д., но в среднем для непропитанного леса он составляет: 25÷30 лет – для лиственницы, 14÷15 лет – для сосны, 12÷13 года – для ели. В зависимости от климатических условий, срок службы может существенно меняться.

Деревянные опоры ВЛЭП обычно изготовляют из сосны и лиственницы. В отдельных случаях применяют ель, кедр, пихту (кроме траверс и приставок). В связи с тем, что непропитанная древесина гниет очень быстро, опоры ВЛЭП изготовляют только после пропитки специальными противогнилостными веществами – антисептиками. Для пропитки используют медно-хромо-мышьяковые составы (МХМ), креозотовые и сланцевые масла. Опоры, пропитанные МХМ, используют при строительстве ВЛЭП напряжением 0,4÷10 кВ, и их срок службы в среднем равен 40 лет. Опоры, пропитанные составами МХМ, в отличие от опор, пропитанных креозотом или сланцевым маслом, не имеют запаха и не выделяют пропиточный состав в окружающую среду.

Наилучшим способом антисептирования древесины опор считается пропитка каменноугольным маслом, получаемом при перегонке сырой каменноугольной смолы. Хорошие результаты дает также пропитка антраценовым маслом и флегмой. При этом влажность древесины должна быть не более 25 %. Только лиственница зимней рубки хорошо противостоит загниванию, и ее иногда применяют непропитанной. Способность разных пород дерева поддаваться пропитке различна. Лучше всего поддается пропитке сосна. Ель и лиственница плохо поддаются пропитке, особенно наружные слои, поэтому их можно пропитывать только водорастворимыми антисептиками в стальных цилиндрах под избыточным давлением до 0,9 МПа. Для этой цели рекомендуется доналит разных марок. При пропитке древесины ее влажность может быть 30÷80 %. Пропитанные детали не следует обрабатывать. В крайнем случае, дополнительно пропитывают затесанное место или просверленное отверстие.

Природные изоляционные свойства древесины позволяют снизить число изоляторов и отказаться от грозозащитного троса. Кроме того, при необходимости, допускается совместная подвеска силовых линий 0,4- 10 кВ и уличного освещения.

По конструкции различают цельностоечные и составные деревянные опоры из стоек и приставок – «пасынков», которые бывают железобетонные или деревянные, рис. 14. Иногда для пасынков используют списанные железнодорожные шпалы или отрезки рельсов. Для цельностоечных опор (рис. 14, а, б) применяют длинномерную антисептированную древесину высокого качества, что ограничивает их применение.

Для цельностоечных опор используют стойки длиной 9,5 и 11 м, а для составных – 9,5; 7,5 и 6,5 м в сочетании с железобетонными приставками длиной 3,25 и 4,25 м или деревянными приставками длиной 3,5 и 4,5 м.

Составные опоры с железобетонным «пасынком» сочетают в себе преимущества железобетонных и деревянных опор: грозоустойчивость и сопротивляемость гниению в месте касания с грунтом. Большинство промежуточных опор выполняют одностоечными. Анкерные и конечные опоры выполняют А-образными.

Рисунок 14 – Эскизы основных видов деревянных опор: а – промежуточная 0,4 – 10 кВ; б – промежуточная 0,4 – 35 кВ; в – угловая промежуточная 6 – 35 кВ; г – промежуточная 35 кВ; д – промежуточная свободностоящая 35-220 кВ: 1 – пасынок (приставка); 2 – стойка; 3 – траверса; 4 – раскосы; 5 – ригель; 6 – подтраверсный брус

Для напряжения 110 кВ и выше опоры промежуточного типа выполняют П-образными, а анкерного – АП-образными. За рубежом при изготовлении анкерных, концевых и других сложных опор применяют оттяжки из стального троса. В Украине они не используются.

При прохождении ВЛЭП по местам, где возможны низовые пожары, следует применять опоры только с железобетонными приставками-пасынками. Бандажи для сопряжения пасынков с опорой выполняют из мягкой стальной оцинкованной проволоки диаметром не менее 4 мм. Допускается применение неоцинкованной проволоки, покрытой асфальтовым лаком, диаметром 5÷6 мм.

Число витков бандажа зависит от диаметра проволоки и, если нет специальных указаний в проекте, должно быть равно: 12 витков – при диаметре проволоки 4 мм; 10 витков – при 5 мм и 8 – при 6 мм. Все витки бандажа должны быть равномерно натянуты и плотно прилегать друг к другу. Концы бандажной проволоки необходимо забивать в дерево на глубину 20–25 мм. Взамен проволочных бандажей допускается применять специальные стяжные хомуты, механическая прочность которых должна быть проверена расчетом. Каждый бандаж (хомут) должен соединять не более двух деталей опоры.

Для опор ВЛЭП используют древесину не ниже 3-го сорта. При оценке древесины учитывают ее прочность, природные пороки (сучки, трещины, гниль и пр.), горючесть, гигроскопичность, учитывают уменьшение прочности при повышенной влажности и размеров при сушке.

3.3.2. Железобетонные опоры для ВЛЭП

Железобетонные опоры выполняются разных типов: одностоечные, свободностоящие, без оттяжек или с оттяжками, портальные свободностоящие и портальные на оттяжках. Опора состоит из стойки (ствола), выполненной из центрифугированного или вибрированного железобетона, траверсы, грозозащитного троса с заземлителем на каждой опоре (для молниезащиты линии). С помощью заземляющего штыря трос связан с заземлителем (проводник в виде трубы, забитой в землю рядом с опорой) и служит для защиты линий от прямых ударов молнии.

Железобетонные опоры, по сравнению с металлическими, долговечнее и дешевле в эксплуатации. Основное их преимущество — уменьшение расхода стали на 40-75 %, а недостаток — большая масса. По месту изготовления железобетонные опоры делят:

• а) на бетонируемые на месте установки (применяют за рубежом);
• б) заводского изготовления.

Промежуточные опоры ВЛЭП от 6 до 220 кВ – одностоечные. Это свободностоящие железобетонные стойки с закрепленными на них стальными траверсами. На некоторых опорах дополнительно устанавливают тросостойку для крепления грозозащитного троса. Закрепление опор в грунте осуществляется путем установки их в цилиндрический котлован глубиной 2,5 м (иногда 3,5 м) с последующим заполнением «пазух» гравийно-песчаной смесью. Для увеличения прочности заделки опор в слабых грунтах устанавливают ригели, прикрепленные к стойкам с помощью полухомутов. Для предотвращения контакта стойки с грунтовыми водами выполняют гидроизоляцию нижней части стойки на высоту 3,2 м. Для предупреждения попадания воды внутрь стойки используют бетонную крышку, и которая увеличивает площадь опоры нижнего торца стойки. Крепление траверсы к стволу стойки железобетонной опоры выполняют с помощью сквозных болтов, пропущенных через специальные отверстия в стойке, или с помощью стальных хомутов, охватывающих ствол и имеющих цапфы для крепления на них концов поясов траверс. Металлические траверсы предварительно подвергают горячей оцинковке, чтобы они при эксплуатации длительно не требовали специального ухода и наблюдения.

Тросостойки имеют сварную конструкцию и крепятся к стойке хомутами. На тросостойках опор ВЛЭП 35 и 110 кВ предусмотрена возможность установки конструкции для подвески грозозащитного троса через изолятор. Для присоединения заземления выше гидроизоляционного слоя на стойке выпускается стальной пруток диаметром 12 мм, приваренный к каркасу арматуры.

Для ВЛЭП 220–330 кВ используют свободностоящие опоры со стальными траверсами. Для их закрепления в слабых грунтах устанавливают или большее числа ригелей, или внутренние крестовые металлические связки. Устройство крестовых связей экономичнее установки ригелей, они уменьшают изгибающие моменты на уровне заделки опоры в грунт. Железобетонные опоры ВЛЭП напряжением до 1 кВ имеют коническую форму и прямоугольное или круглое сечение, рис. 15. Они снабжены жестким металлическим каркасом из арматурной стали, повышающим механическую прочность опоры. К арматуре каркаса железобетонных опор приварен вывод для соединения нулевого провода линии с заземленной нейтралью.

Рисунок 15 – Формы железобетонных опор ВЛЭП Железобетонную опору устанавливают в блочных фундаментах или

непосредственно в земле с подкладкой под нее железобетонной плиты. Работы по оснастке опор (установка траверс, штырей и изоляторов) выполняют до их подъема и установки, что значительно облегчает труд монтажников.

Эскизы некоторых видов железобетонных опор приведены на рис. 16.

а                                                                                               б

в                                                                 г

Рисунок 16 – Эскизы железобетонных опор: а – одностоечная промежуточная опора и анкерная опора с подкосом, которую ставят на углах поворота ЛЭП от 20 до 90 градусов 6–10 кВ; б – промежуточные одностоечные опоры 35–220 кВ; в – одностоечные свободностоящие опоры 35–220 кВ; г – одностоечная железобетонная опора с подкосом35–220 кВ:

1 – опора (стойка); 2,3 – консоль; 4 – гирлянды подвесных изоляторов 5 – консоль для узла крепления гирлянды подвесных изоляторов для верхнего провода; 6 – подкос; 7 – фундамент; 8 – стяжка, которая связывает стойку (1) и подкос (6) и формирует силовой треугольник опоры; 9 – стяжка опоры и подкоса

W – преобладающее направление ветра; PП – направление тяжения проводов; PТ – направление тяжения грозозащитного троса

3.3.3. Металлические (стальные) опоры для ВЛЭП

(рис. 17) применяются при напряжении 35 кВ и выше. Опоры делают из стального углового проката (в основном применяют равносторонний уголок); высокие переходные опоры могут быть изготовлены из стальных труб.

Рисунок 17 – Эскиз металлической опоры ВЛЭП 220-330 кВ: 1 – стойка (ствол) опоры; 2 – фундамент сборный железобетонный или монолитный; 3 – раскосы; 4 – пояс опоры; 5 – траверса (тяга и пояс траверсы); 6 – гирлянда изоляторов натяжная или подвесная в зависимости от назначения опоры; 7 — провод; 8 – тросостойка; 9 – трос грозозащитный; 10 – заземлитель; 11 – заземляющий стержень

По конструкции стальные опоры могут быть двух видов:

1. башенные или одностоечные, которые по способу закрепления разделяют на свободностоящие и с оттяжками;
2. портальные свободностоящие и с оттяжками.

Промежуточные стальные опоры башенного типа с односторонним расположением проводов используют для сокращения ширины просеки при прохождении лесных массивов.

К преимуществам стальных опор относятся:

• возможность создания конструкций, рассчитанных на большие механические нагрузки, и подвешивания большого числа проводов на значительной высоте;
• относительно малая масса и высокая механическая прочность;
• простота заводского изготовления и технологичность сборки на трассах.

К недостаткам стальных опор следует отнести их подверженность коррозии. Поэтому для защиты от коррозии сварные секции и детали опор на заводе окрашивают 1÷2 раза (согласно требованиям заказчика). Более надежную защиту опор от коррозии обеспечивает горячее оцинкование их элементов.

Современным вариантом стальных опор являются многогранные конические металлические опоры, изготовленные из стального листа. Высота таких опор достигает 40 м, толщина стенок – от 3 до 12 мм, диаметр площадки, занимаемой опорами, – до 2 м. Опоры устанавливают или непосредственно в пробуренную скважину, или крепят на фланцах к железобетонному фундаменту.

В аварийном режиме многогранная стальная опора выдерживает нагрузки в 2–3 раза больше, чем железобетонная опора.

Эти преимущества позволяют использовать их для ВЛЭП всех напряжений, в тяжелых климатических условиях, а также применять в качестве анкерных и угловых опор ВЛЭП от 110 до 500 кВ с железобетонными промежуточными опорами. Элементы стальных опор соединяют болтами или с помощью сварки.

Эскизы основных видов стальных опор приведены на рис. 18.

а                                           б                                        в                                          г                                         д

Рисунок 18 – Эскизы основных видов стальных опор ВЛЭП напряжением 220 кВ (размеры в мм): а, г – промежуточные узкобазовые опоры типа «рюмка»; б – промежуточная широкобазовая опора типа «рюмка»; в – промежуточная широкобазовая опора стержневого типа на тросовых растяжках; г – специальная промежуточная широкобазовая береговая опора стержневого типа

В болтовых конструкциях опор минимальное расстояние от центра болта до края элемента стойки должно быть не менее 1,25 диаметра отверстия для болта. Основным недостатком болтовых опор является увеличение (в 1,5 – 2 раза) трудозатрат на их сборку на трассе и увеличение в 2,5 – 3 раза расхода болтов.

При установке в фундаменты с целью плотной посадки пят опоры на фундаменты допускается установка между «пятой» опоры и верхней плоскостью фундамента до четырех прокладок общей толщиной 40 мм. На рис. 19 представлены некоторые варианты стальных опор высокого напряжения.

а                                                                                                                       б

Рисунок 19 – Промежуточные металлические опоры ВЛЭП 750 кВ на оттяжках (а) и без них (б)

4. Правила формирования трассы установки опор ВЛЭП

4.1. Вырубка просек для ВЛЭП. Охранные зоны ВЛЭП

Для обеспечения нормальной работы ВЛЭП, проходящих по лесным массивам, для исключения повреждения и отключения ВЛЭП при падении деревьев на провода, вырубаются деревья на полосе определенной ширины, которая называется просекой. Рекомендованная ширина вырубки просек приведена в табл. 4. Выбирая конструкцию ВЛЭП, необходимо стремиться к максимально возможному сохранению лесных массивов и зеленых насаждений.

Для выполнения работ по рубке просеки необходимо получить разрешение об отводе лесной полосы под вырубку в соответствии с проектом и порубочные билеты от соответствующих лесничеств. Просека должна быть прорублена на всю проектную ширину. Поваленный лес должен быть очищен от сучьев, раскряжеван и уложен в штабеля с обеих сторон границ просеки, а трасса сооружаемой ВЛЭП должна быть очищена от порубочных остатков.

Таблица 4 – Ширина просек при прохождении ВЛЭП в лесных массивах

Прохождение ВЛЭП	Установленная ширина
В насаждениях высотой не более 4 м
1) В зоне низкорослых насаждений высотой до 4 м	Не менее расстояния между крайними проводами ВЛЭП плюс 6 м (по 3 м в каждую сторону от крайних проводов). При этом расстояния крайних проводов при наибольшем их отклонении до кроны деревьев должны быть не меньше: 2 м для ВЛЭП до 20 кВ; 3 м для ВЛЭП 35-110 кВ; 4 м для ВЛЭП 150-220 кВ; 5 м для ВЛЭП 330-500 кВ
2) На территории фруктовых садов с насаждениями не более 4 м	Вырубка просеки необязательна. Расстояния от проводов при максимальном их отклонении до кроны деревьев должны быть такими же, что и для низкорослых насаждений высотой до 4 м
В насаждениях высотой более 4 м
1) Для всех ВЛЭП 330– 500 кВ, а также для радиальных, одноцепных и двухцепных ВЛЭП-220 кВ, служащих единственным источником питания	Не менее расстояния между крайними проводами ВЛЭП плюс расстояние, равное двум средним высотам деревьев (по одной высоте дерева в каждую сторону от крайних проводов). Отдельные высокие деревья на краю просеки ВЛЭП должны вырубаться
2) Для остальных ВЛЭП 220 кВ и ниже, отключение которых не вызывает прекращения питания потребителей	Ширина просеки равна расстоянию между крайними проводами плюс расстояние от крайних проводов при их максимальном отклонении: 2 м для ВЛЭП до 20 кВ; 3 м для ВЛЭП 35-110 кВ, 4 м для ВЛЭП 150-220 кВ, 5 м для ВЛЭП 330-500 кВ
3) На косогорах, в глубоких долинах и оврагах	Ширина просеки прорубается с учетом высоты деревьев. Если расстояние по вертикали от верхушки дерева до проводов ВЛЭП более 8 м, то просека прорубается только под ВЛЭП шириной, равной расстоянию между крайними проводами плюс о 2 м в каждую сторону
4) В парках, заповедниках, в лесах, вокруг населенных пунктов, в ценных лесных массивах, в защитных полосах вдоль железных и шоссейных дорог, запретных полосах вдоль рек и озер	Ширина просеки устанавливается организацией, в ведении которой находятся насаждения. При этом расстояния от проводов при их наибольшем отклонении до кроны деревьев должны быть теми же, что и для низких насаждений высотой до 4 м

В местах сооружения фундаментов должны быть выкорчеваны пни. До начала работ по устройству просеки необходимо убрать сухостойные, зависшие и ветровальные деревья, рис. 20.

Рисунок 20 – Просеки для ВЛЭП

Для предупреждения несчастных случаев и охраны линий электропередачи (воздушных и кабельных) вдоль них устанавливают охранные зоны в соответствии с «Правилами установления охранных зон объектов электросетевого хозяйства и особых условий использования земельных участков, расположенных в границах таких зон».

Охранные зоны устанавливают вдоль ВЛЭП и вдоль их переходов через водоемы. Охранная зона ВЛЭП — земельный участок и воздушное пространство (на высоту опор), ограниченное условными вертикальными плоскостями, отстоящими по обе стороны от крайних проводов при их неотклоненном состоянии на расстоянии:

• для ВЛЭП напряжением до 1 кВ – 2 м (кроме линий с самонесущими проводами (СИП) или с изолированными проводами, проложенными по стенам зданий и по конструкциям);
• от 1 до 20 кВ – 10 м (5 м – для линий с СИП или с изолированными проводами при размещении в границах населенных пунктов);
• 35 кВ – 15 м; 110 кВ – 20 м; 150, 220 кВ – 25 м;
• 300, 500, 400 кВ – 30 м;
• 750 кВ – 40 м.

4.2. Пересечения и сближения ВЛЭП между собой. Провесы проводов

Особое внимание при сооружении ВЛЭП должно уделяться соблюдению расстояний при пересечении и сближении линий между собой, с сооружениями, с линиями связи и сигнализации (ЛС), с линиями ретрансляционных сетей (РС), с дорогами, трубопроводами и т.д. ВЛЭП должны размещаться так, чтобы опоры не загораживали входы в здания и въезды во дворы, не затрудняли движение транспорта и пешеходов. В местах, где есть опасность наездов транспорта, опоры должны быть защищены, например, отбойными тумбами.

Для ВЛЭП напряжением до 1 кВ расстояние от нижней точки провеса до земли должно быть не менее 6 м. В труднодоступной местности это расстояние может быть уменьшено до 3,5 м, а в недоступной местности (склоны гор, скалы, утесы и т.п.) – до 1 м. При пересечении с непроезжей частью улицы расстояние от проводов до тротуаров и пешеходных дорожек можно уменьшить до 3,5 м. При любом напряжении при пересечении ВЛЭП судоходных водоемов расстояние до воды составляет 50 м.

Расчет расстояния нижней точки провисания проводов ВЛЭП до воды несудоходных рек рассчитывается так же, как и для суши,. При любом напряжении сетей запрещается выполнять действия, которые могут нарушить безопасную работу объектов электросетевого хозяйства: нельзя набрасывать на провода и опоры ВЛЭП посторонние предметы, подниматься на опоры, разводить огонь, размещать под ними свалки, работать ударными механизмами, сбрасывать на землю грузы массой свыше 5 т, а в зоне подземных кабельных линий электропередач — еще и сливать едкие и коррозионные вещества, горюче-смазочные материалы. Если напряжение ВЛЭП превышает 1 кВ, в зоне их прохождения также запрещается:

• размещать любые хранилища, в первую очередь, горюче — смазочных материалов;
• размещать детские и спортивные площадки, стадионы, рынки, загоны для скота, гаражи и стоянки всех видов машин и механизмов (за исключением принадлежащих физическим лицам);
• запускать летательные аппараты, включая воздушных змеев;
• осуществлять проход судов с поднятыми стрелами кранов;
• запрещен проезд машин и механизмов, имеющих общую высоту (с грузом или без груза) более 4,5 м;
• выполнять сельскохозяйственные работы с применением сельскохозяйственных машин и оборудования высотой более 4 м;
• осуществлять полив сельскохозяйственных культур высотой струи воды свыше 3 м.

В местах пересечения ВЛЭП с автомобильными дорогами должны стоять дорожные знаки, запрещающие проезд транспорта высотой более 4,5 м (с грузом или без груза), а при напряжении ВЛЭП 330 кВ и выше, кроме того, запрещена остановка транспорта.

В охранных зонах вдоль ВЛЭП, а также по периметру подстанций и РУ, если они расположены в лесных массивах или зеленых насаждениях, для безопасной эксплуатации электросетевого хозяйства сетевые организации прокладывают просеки и содержат их в пожаробезопасном состоянии. Должны быть вырублены и опилены деревья и кустарники, высота которых превышает 4 м, а также должны быть вырублены деревья, угрожающие падением на провода. Ориентировочные данные о наименьших расстояниях проводов ВЛЭП до земли, до зданий и проезжающих автомобилей приведены в табл. 5.

Таблица 5 — Наименьшие расстояния от проводов ВЛЭП до земли, зданий и сооружений, в метрах

Характеристика местности	При напряжении ВЛЭП, кВ
	до 35	110	150	220	330	500
Ненаселенная местность	6,0	6,0	6,5	7,0	7,5	8,0
Труднодоступная местность	5,0	5,0	5,5	6,0	6,5	7,0
Населенная местность:
до поверхности земли	7,0	7,0	7,5	8,0	8,0	8,0
до зданий или сооружений	3,0	4,0	4,0	5,0	6,0	–
Минимальное расстояние по горизонтали от проводов ВЛЭП до выступающих частей зданий и сооружений	2,0	4,0	5,0	6,0	20,0	30,0
Расстояние до токоведущих частей от наивысшей точки машины или груза при использовании высокогабаритной техники, не меньше	1,0	1,5	2,0	2,5	3,5	4,5

При сближении ВЛЭП 500 кВ (и более) между собой и с ВЛЭП более низких напряжений расстояние между ближайшими проводами должно быть не менее 50 м, (см. рис. 8).

В случае необходимости токонесущие провода ВЛЭП могут подвешиваться на общих опорах с изолированными проводами линий связи и сигнализации (ЛС) и линий ретрансляционных сетей (РС). Они должны располагаться над ними на расстоянии не менее 2 м. Иногда допускается располагать провода ВЛЭП напряжением 380/220 В под проводами ЛС. Расстояние по горизонтали от проводов ВЛЭП напряжением до 1 кВ до зданий при наибольшем их отклонении должно быть не менее: 1,5 м (до балконов, террас и окон), 1 м – до глухих стен. Прохождение ВЛЭП над зданиями не допускается, за исключением вводов в здания.

При пересечении ВЛЭП 330÷500 кВ между собой опоры пересекающей линии должны быть анкерными нормальной конструкции. Допускается пересечение ВЛЭП 330÷500 кВ с ВЛЭП 220 кВ и ниже выполнять на промежуточных опорах. Как правило, провода ВЛЭП более высокого напряжения должны быть расположены над проводами ВЛЭП более низкого напряжения.

5. Сборка и установка опор ВЛЭП

5.1. Общие требования

Все работы по сборке и установке опор производятся по проектам, разрабатываемым в соответствии со СНиП 12-01-2004. До начала работ должна быть подготовлена площадка, на которой будут выполняться работы, и завезены элементы опоры. Все площадки должны иметь заранее подготовленные подъезды для автотранспорта и строительной техники.

В процесс сборки и монтажа опор входят: выкладка железобетонных стоек и отдельных элементов стальных опор, сборка и установка опоры в проектное положение, ее проверка и закрепление. Выкладка опор и их элементов производится вдоль оси ВЛЭП. В отдельных случаях, исходя из рельефа местности и из условий подъема опоры, выкладка и сборка опоры производится поперек оси трассы ВЛЭП.

На косогорах выкладку и сборку опор необходимо производить вдоль оси ВЛЭП, траверсами в сторону подъема косогора. На участках пересечения ВЛЭП с автомобильными и железными дорогами, реками и оврагами опоры выкладывают вдоль оси линии, траверсами и тросостойкой в сторону пересекаемых объектов на расстоянии от центра установки опоры до пересечения не меньше 1,5 высоты опоры.

Это расстояние отсчитывается:

• при пересечении с автодорогами – от центра опоры до бровки кювета;
• при пересечении с железными дорогами – до проекции линий связи и линий автоблокировки, а при их отсутствии – до края основного земляного полотна-насыпи;
• при пересечении с оврагами – до их бровки;
• при пересечении с реками – до края воды;
• при пересечении с ЛС и с линиями ВЛЭП другого или такого же напряжения – до проекции их крайнего провода.

Если перед сборкой во время осмотра опоры обнаружатся повреждения, то запрещается начинать сборку до устранения повреждения и/или замены поврежденных элементов.

5.2. Правила установки опор

Деревянные опоры, которые имеют сравнительно небольшую массу и размеры, устанавливают краном соответствующей грузоподъемности или краном и трактором с применением падающей стрелы. Выравнивание стоек опор производят углублением котлована или подсыпкой щебня, если котлован вырыт глубже, чем требуется. В откопанный котлован подбивать грунт запрещается, так как он может осесть, что приведет к перекосу опоры. Установка опор на косогорах отличается от приведенных выше методов и производится в соответствии с проектом производства работ, составляемым для каждого конкретного случая.

Установка железобетонных опор производится, как правило, стреловыми кранами и кранами-установщиками опор. При необходимости подтягивания стоек используется трактор. Диаметр цилиндрического пробуренного котлована не должен превышать диаметр стойки более чем на 25 %. При большей разнице устанавливается верхний ригель. Ригели на промежуточных опорах располагаются вдоль оси ВЛЭП. Время между бурением котлована и установкой в него опоры не должно превышать одних суток.

При установке двухстоечных и портальных железобетонных опор производится последовательная установка двух стоек, затем проводится монтаж траверс, верхних концов крестовых связей между стойками и закрепление нижних концов связей. После подъема и установки краном свободностоящих опор в выкопанные котлованы, их временно закрепляют оттяжками, затем устанавливаются нижние и верхние ригели. Окончательное закрепление опор осуществляется засыпкой грунтом «пазух» котлована с послойным тромбованием. В зимнее время смесь для засыпки пазух защищают от промерзания матами из шлаковаты или других утеплителей.

Монтаж стальных опор в зависимости от назначения, типа, высоты, условий монтажа и массы производится методом подъема стреловым краном, методом наращивания элементов или методом комбинированного монтажа. Стальные опоры должны снабжаться паспортом завода – изготовителя. Опоры, поступающие в разобранном виде, должны быть снабжены маркировкой, соответствующей заводской схеме сборки опоры. Детали опоры должны иметь антикоррозионное покрытие и не иметь повреждений (погнутостей, скручивания и т.д.).

Опоры должны собираться около фундамента с одновременным креплением основания опоры к фундаменту шарнирами, с помощью которых производится подъем опоры. Выкладку опоры осуществляют на деревянные подкладки высотой не менее 30 см. Подкладки устанавливают под стыками опор. Сборку болтовых опор, если они поступили в разобранном виде, осуществляют двумя методами:

1. сначала собирают нижнюю плоскость стойки, начиная от фундамента, затем в обратном порядке (посекционно) собирают три остальные плоскости. После окончательной сборки стойки собирают траверсы и крепят их к опоре;
2. соединяют две боковые плоскости секций, затем их устанавливают «на ребро» и расчаливают, после этого между боковыми плоскостями устанавливают диафрагмы и собирают нижнюю и верхнюю обрешетки стойки. Затем на стойку крепят отдельно собранные траверсы и тросостойки.

Для ВЛЭП 500 кВ и выше при укрупненной сборке секций стальных промежуточных опор на оттяжках используют передвижное оборудование. В комплект входят грузоподъемное оборудование, кондукторы, кантователи, рольганги для подачи элементов секций на сборку и другое оборудование и инструменты.

5.3. Особенности монтажа ВЛЭП на тяжелых трассах и при переходах через реки

К тяжелым трассам относятся трассы, проходящие по местности со сложным рельефом, по косогорам; имеющие большие естественные препятствия и искусственные сооружения; в суровых климатических условиях; по населенной местности. Монтаж ВЛЭП на таких участках трассы производят по специальным проектам, в которых дополнительно с техническими задачами отражаются вопросы необходимого уровня квалификации рабочих, их доставки к месту работы, условия размещения и быта, правила завоза конструкций и материалов, оборудования, описывают применяемые средства механизации, условия, обеспечивающие техническое обслуживание и ремонты. Для выполнения каждого вида работ составляют технологические карты.

В водонасыщенных и слабых грунтах ВЛЭП устанавливают в сухое летнее время. Стены котлована делают с уклоном 1:1, фундаменты опор устанавливают в котлован сразу после его отрытия. В зимнее время котлован в таких грунтах отрывают с применением послойного промораживания. Промороженный грунт рыхлят, и бурильными машинами в нем бурят котлован. В слабых грунтах и на болотах с подстилающими грунтами целесообразно устраивать свайные фундаменты.

В грунтах с вкраплениями гравия или валунов, которые трудно поддаются механизированной разработке, земляные работы ведут вручную. Для уменьшения объемов ручных работ котлованы отрывают на небольшую глубину с малыми углами уклона, но при этом для компенсации недозаглубления при засыпке фундамента насыпают сверху банкетку. Удаление из котлована больших валунов производят после их дробления на части трактором с помощью сетки, сплетенной из стального каната. Закрепление опор на твердых скалах осуществляется анкерными болтами, закрепленными в специально пробуриваемых шпурах в скале. Бурение шпуров в скалах производится с помощью пневмоперфораторов.

Фундаменты крепят при помощи фундаментных болтов специального типа (скальные болты). Выравнивание площадок под опорные плиты осуществляется жидким раствором из песка мелкой фракции и цемента. Шпур полностью заливают цементным раствором. Нагружать скальные болты можно через 25÷30 дней после бетонирования.

Фундаменты переходных опор более сложные и отличаются конструкцией, размерами и прочностью. Под каждую «ногу» переходных опор устанавливают одинаковые фундаменты.

Фундаменты бывают железобетонные сборные; свайные с железобетонным ростверком; железобетонные монолитные; бетонные монолитные. Сборные железобетонные фундаменты, состоящие из двух – восьми типовых железобетонных подножников, объединяют сварными металлическими балками, укладываемыми под каждую «ногу» опоры.

На сложных рельефах, когда работа грузоподъемных кранов ограничена, подъем опор осуществляют в основном способом «падающей» стрелы. В качестве тягового механизма при подъеме опоры применяют тракторы, оснащенные специальными лебедками с тяговыми усилиями 80÷130 кН. Для увеличения тягового усилия трактор с лебедкой помещают в приямок. При установке опор на пересеченной местности трактор с лебедкой устанавливается на более высокой отметке, чем та, на которой расположена опора.

При установке опор встречаются сложные ситуации. В 70-е годы прошлого века, на юге Запорожской области, на левом берегу Каховского водохранилища была сооружена Запорожская ТЭС мощностью 3600 МВт. Необходимо было протянуть две линии электропередачи напряжением 330 кВ в Никопольский энергорайон, расположенный на другом берегу водохранилища. Переход линий через водные пространства такой протяженности ранее не осуществлялся. Для первого сооружаемого перехода (330 кВ) проектировщики выбрали воздушный вариант линии (кабельный подводный вариант был нерентабелен, дороже и сложнее в строительстве и эксплуатации). Длина между крайними переходными опорами составила 5,15 км, а непосредственно над водой – 4,6 км. Переход был выполнен двухцепными линиями, благодаря чему по одному переходу над водой проходит сразу две линии – Л243 и Л244.

На переходе установлены 7 переходных опор анкерного типа высотой 90 и 100 м, из которых пять установлены в акватории водохранилища. Переход принят по схеме К-7А-К (К – концевая опора, А – анкерная). Длины пролетов между опорами ВЛЭП 330 кВ равны 810÷920 м. Масса стометровой опоры равна 290 тонн, а девяностометровой – 260 тонн. Двухцепные опоры башенного типа были выполнены из оцинкованного углового проката. Опоры оборудованы лестницами, площадками и огражденными трапами на траверсах, причем на опору можно беспрепятственно подняться – лестницы спускаются прямо к земле, в отличие от большинства других переходов, где лесенки обычно не доходят до земли на 2 – 3 м, чтобы уменьшить соблазн «туристов» залезть на мачту.

Наибольшую сложность представляло сооружение фундаментов опор в воде. Монтаж переходных опор на акватории – сложная задача, требующая специального обустройства фундаментной площадки временными причалами, грузоподъемными механизмами. Поэтому впервые в практике строительства ВЛЭП (как в нашей стране, так и за рубежом) было принято решение о сооружении перехода наплавным методом: в особом котловане-доке были сооружены плавающие фундаменты и на них смонтированы переходные опоры.

Наплавные фундаменты были выполнены пустотелыми, из тонкостенных железобетонных элементов и, по сути, представляли собой огромные поплавки. Для обеспечения их плавучести фундамент был собран из водонепроницаемого днища, наружного борта и внутренних переборок, разделяющих внутреннюю часть фундамента на 8 изолированных друг от друга балластных отсеков, а также отсека для размещения оборудования и центрального распределительного отсека. Такое исполнение обеспечило непотопляемость фундамента и точность его балластировки, а также достаточную устойчивость при буксировке суднами.

После окончания строительства фундаментов и монтажа на них переходных опор котлован заполнили водой до уровня Каховского водохранилища. При открытых кингстонах одновременно происходило заполнение водой всех внутренних отсеков фундаментов. После этого была разобрана перемычка, разделяющая котлован-док и Каховское водохранилище. Затем поочередно, при закрытых кингстонах, из каждого отсека фундамента мощными насосами откачивали воду и после его всплытия буксировали к месту установки на трассе перехода.

Буксировка опор по водохранилищу и работы по их установке производились с помощью 5 буксирных теплоходов – 2 головных (мощностью по 883 кВт); 2 боковых (мощностью по 220 кВт) и 1 заднего (тормозного, мощностью 442 кВт). Все 5 систем «фундамент + опора» была доставлены к месту назначения за 12 дней, затем отсеки фундаментов снова затапливали, в результате чего они «садились» на нужное место на дне водохранилища. Переход ВЛЭП 330 кВ (Л243/244) был введен в эксплуатацию в 1977 г. В 1984 г. аналогичным наплавным методом, тем же составом строительно-монтажных организаций был сооружен одноцепной переход линии 750 кВ «Запорожская АЭС – ПС-750 кВ Днепровская» по схеме К-2П-А-3П-К (П переходная опора), что обеспечило передачу электроэнергии от ЗАЭС. Створ перехода от ЗАЭС был выбран параллельно уже существующему переходу ВЛЭП-330 кВ от ЗаТЭС, на расстоянии 350 м.

При строительстве перехода ВЛЭП-750 кВ через Каховское водохранилище использовали опыт проектирования и строительства перехода линии 330 кВ. Из пяти переходных опор три были установлены на акватории водохранилища. Опоры оцинкованные, переходные промежуточные опоры высотой 126 м весом 375 тонн каждая, анкерная опора высотой 100 м весила 350 т. Длины переходных пролетов составляют 1215÷1350 м. Монтаж проводов был выполнен при помощи раскаточных барж и буксиров без опускания на дно водохранилища во избежание повреждений. Состояние переходов всех линий постоянно контролируют, периодически изучают, отправляя на места специалистов, в том числе для изучения подводной части фундаментов.

Переходы ВЛЭП через Каховское «море», пожалуй, можно отнести к числу самых интересных конструкций, используемых для передачи электроэнергии в мировом масштабе, рис. 21.

5.4. Подготовка (раскатка) проводов ВЛЭП для крепления на опорах

Раскатку проводов проводят в направлении от более высокой отметки к низкой после подписания акта, подтверждающего окончание работ по установке и выверке опор, ликвидации недоделок на опорах и оттяжках. Главная задача при раскатке проводов – обеспечить сохранность проводов и оцинковки троса.

Концевые опоры 330 кВ                                      Верхушка переходной опоры 330кВ

Наплавные фундаменты опор 330 кВ                     Общий вид переходов ВЛЭП

Береговая переходная  опора 330 кВ                Береговая переходная опора 750 кВ

Концевые опоры 330 кВ                                              Переход 330 и 750 кВ

Рисунок 21 – Переход ВЛЭП через Каховское «море»

Вывозимые на трассу барабаны с проводом должны быть с одинаковыми или близкими строительными длинами. Развозку барабанов с проводом и грозозащитным тросом производят в соответствии с картой развозки, где указано место установки барабана и направление раскатки. Раскатку производят с транспортеров, раскаточных тележек, саней или с неподвижных устройств, на которые устанавливают барабаны. Раскатку начинают от анкерной опоры на очень малой скорости, не допуская волочения проводов по земле. Оставшиеся на барабане 10– 15 витков разматывают вручную, в обратную сторону. При этом с каждой стороны для сращивания с проводом следующего барабана оставляют концы длиной 2÷3 м. При раскатке необходимо добиваться синхронности работы раскаточного устройства и скорости движения трактора. Раскатку проводов и канатов волочением можно применять только в тех случаях, когда исключается возможность их повреждения: по травяному покрову, по гладкому льду, по неглубокому снегу. Во время раскатки ведут наблюдение за правильностью сматывания провода с барабана и за появлением повреждений проводов и троса. Повреждения помечают и устраняют до подъема на опоры.

Допускается одновременно раскатывать сразу несколько кабелей. Расщепленные провода в одной фазе раскатывают одновременно с раскаточных тележек, на которых устанавливают два или три барабана. Порядок производства работ при такой раскатке тот же, что и при раскатке одного провода. На отдельных участках, где трактор не может пройти, раскатку проводят с применением вспомогательного троса, которым протягивают провода и канаты вручную или трактором с лебедкой, установленным за пределами препятствия. Для этого конец провода, сходящий с барабана, прикрепляют к тяговому канату трактора и вытягивают.

Барабаны с проводом (тросом) располагают у последней опоры, ограничивающей препятствие, и производят раскатку вручную по всей длине препятствия. Затем провод (трос) укладывают в монтажные ролики и поднимают на опоры. При переходе через автомобильные дороги с интенсивным движением раскатку проводов ВЛЭП проводят по слою защиты.

Переход через электрифицированную железную дорогу производится в период прекращения движения поездов и, как правило, при отключении проводов линий связи и автоблокировки. Напряжение с железнодорожных контактных проводов на время монтажа должно быть снято. Сращивание проводов ВЛЭП и грозозащитных тросов при переходе через железную дорогу не допускается.

6. Провода и изоляторы ВЛЭП

6.1. Марки, сечения, характеристики поводов для ВЛЭП

Материалы проводов и тросов должны иметь высокую электрическую проводимость, обладать достаточной механической прочностью, выдерживать атмосферные воздействия. Диаметр и материал для провода ВЛЭП подбираются под проектную нагрузку каждой линии. Наиболее часто используют сталеалюминиевые повода (марка АС). Провода из одной проволоки, называемые однопроволочными (площадь сечения от 1 до 10 мм2), имеют небольшую прочность, их применяют только для ВЛЭП напряжением до 1 кВ. Многопроволочные провода, свитые из нескольких проволок, более гибкие и прочные, выпускают сечением до 500 мм2, и применяют для ВЛЭП всех напряжений. К классу многопроволочных проводов относятся и самонесущие изолированные провода (СИП).

Обычно многопроволочные провода изготовляют из круглых проволок, причем в центре помещают несколько проволок одинакового диаметра, рис. 22. Длина скрученной проволоки больше длины, измеренной по его оси, что вызывает увеличение фактической массы провода на 1–2 % по сравнению с расчетной, получаемой умножением сечения провода на длину и плотность материала. Во всех расчетах принимается фактическая масса провода, указанная в соответствующих стандартах.

 

СИП — 3

Рисунок 22 – Виды проводов для ВЛЭП

Следует помнить, что провода из алюминия подвержены коррозии, особенно на морских побережьях, а стальные провода разрушаются даже при нормальных атмосферных условиях. Внутреннее межпроволочное пространство может заполняться нейтральной смазкой, повышающей стойкость к нагреву, или быть без нее.

По условиям механической прочности для ВЛЭП напряжением до 1 кВ применяют однопроволочные и многопроволочные провода различных сечений: алюминиевые А – не менее 16 мм2; сталеалюминиевые АС и биметаллические ПСТ – не менее 10 мм2; стальные многопроволочные ПС – 25 мм2. Сечение многопроволочных проводов для ВЛЭП напряжением до 35 кВ определяют по условиям механической прочности, а для ВЛЭП напряжением 110 кВ и выше – по величине потерь «на корону».

«Корона» возникает при атмосферном давлении из-за появления разрядного тока между проводами при ионизации воздуха. Ионизация возникает при предельном значения напряженности электрического поля (для воздуха около 30 кВ/см). Коронный разряд сопровождается характерным потрескиванием, образованием озона и окислов азота, фиолетовым свечением («короной») вблизи поверхности проводов. Электромагнитные излучения от «короны» ухудшают работу высокочастотных систем защиты и связи, создают помехи радиоприему, искажают синусоидальную форму напряжения в сети, вызывают коррозию проводов, приводят к ухудшению работы высокочастотных установок. С «короной» борются конструктивными методами: на ВЛЭП при напряжении 330 кВ и выше применяют расщепление проводов на дополнительные линии:

• при напряжении 330 кВ провод расщепляют на две линии и монтируют параллельно;
• при напряжении 500 кВ – на три и размещают по вершинам равностороннего треугольника;
• при напряжении 750 и 1150 кВ применяют расщепление на 4÷8 потоков и провода располагают по углам равносторонних многоугольников.

Марки неизолированных проводов, используемых для ВЛЭП, обозначают буквой и цифрой:

1. буква обозначает материал: М (медь); А (алюминий); АС (сталеалюминевый); ПС (стальной многопроволочный); АТ (алюминиевый, твердый, неотожженный); AM (алюминиевый, мягкий, отожженный); ПСТ (стальной оцинкованный); сплавы АН, АЖ; АС, АСХС (стальной сердечник и алюминиевые проволоки);
2. цифра обозначает сечение в мм2 (или диаметр в мм).

Например, А50 обозначает алюминиевый провод, сечение которого равно 50 мм2, АС50/8 – сталеалюминевый провод сечением алюминиевой части 50 мм2 и стального сердечника 8 мм2 (в электрических расчетах учитывается проводимость только алюминиевой части провода); ПСТЗ,5, ПСТ4, ПСТ5 – однопроволочные стальные провода, где цифры соответствуют диаметру провода в мм.

Стальные тросы, применяемые на ВЛЭП для грозозащиты, изготовляют из оцинкованной проволоки сечением не менее 25 мм2. На ВЛЭП напряжением 35 кВ применяют тросы сечением 35 мм2, для 110 кВ – 50 мм2, для 220 кВ и выше – 70 мм2. ВЛЭП с неизолированными проводами постепенно вытесняются линиями с СИП-ами. СИП изготавливают из медных или алюминиевых жил, покрытых резиной с защитным слоем из диэлектрических волокнистых материалов либо полихлорвиниловыми пластикатами без дополнительной внешней защиты.

6.2. Способы соединения проводов ВЛЭП

Выбор способа соединения проводов ВЛЭП определяется их материалом, конструкцией и сечением, районом гололедности, номинальным напряжением, механическими нагрузками. Провода ВЛЭП бывают много- и однопроволочные, монометаллические (алюминиевые, медные) и биметаллические (сталеалюминевые, сталебронзовые, сталемедные).

Многопроволочные алюминиевые, медные и сталеалюминевые провода состоят из нескольких повивов проволок одного диаметра: в центре сечения располагается одна проволока – первый повив, вокруг нее концентрически располагают шесть проволок второго повива, затем проволоки третьего повива и т. д. (см. рис.5.22) При этом число проволок в каждом повиве увеличивается на шесть по сравнению с предыдущим. У биметаллических проводов однопроволочный центральный стальной провод обеспечивает необходимую механическую прочность. На него сверху приваривают «рубашку» из цветного металла (меди, алюминия), по которой идет ток.

Биметаллическая сталемедная проволока в качестве проводов на ВЛЭП 0,4 кВ применяется в условиях загрязненной атмосферы. Согласно ПУЭ, на ВЛЭП до 1 кВ сечение биметаллических проводов по условиям механической прочности должно быть не менее 10 мм2. Перед соединением («сращиванием») необходимо подготовить провода и арматуру: очистить их от грязи, удалить оксид алюминия, наложить смазку из технического вазелина на соединяемые концы. Подготовка должна производиться очень быстро, так как алюминий окисляется в течение 2 – 3 сек.

Провода ВЛЭП соединяют различными способами:

• скруткой;
• бандажированием;
• с помощью овального соединителя (гильзы) с опрессованием и сваркой концов проводов в петле;
• сваркой встык и последующим прессованием проводов вместе с шунтом в двух соединительных гильзах;
• сваркой встык и прессованием проводов с шунтом в овальной соединительной гильзе;
• внахлест с прессованием в соединительной гильзе;
• болтовым сжимом (рис. 23).

Рисунок 23 – Способы соединения проводов ВЛЭП: а – скруткой; б – бандажированием; в – прессованием в гильзе и сваркой в петле; г – сваркой встык и прессованием провода в двух соединительных гильзах; д – прессованием провода вместе с шунтом; е – прессование внахлест в соединительной гильзе; ж – болтовым сжимом

Соединение проводов методом скручивания. Подготовленные концы проводов с двух сторон внахлест вводят в овальный соединительный зажим. На выступающие концы накладывают бандажи и устанавливают зажим, который проворачивают не менее четырех раз. Допускается соединение методом скручивания с последующей сваркой выпущенных концов в пролетах сталеалюминевых проводов при сечении до 185 мм2, а при сечении 240 мм² и выше – в шлейфах анкерных опор сваркой концов проводов с последующим прессованием алюминиевых корпусов зажимами при помощи гидравлических прессов.

Соединение проводов прессованием выполняют поэтапно. Перед прессованием выпрямляют концы проводов и накладывают первый бандаж из проволоки. Концы проводов обрезают. Затем накладывают второй бандаж на расстоянии 115 мм от концов для АС (185/24÷330/43) и на расстоянии 125 мм для АС 330/66; АС 400/18; АС 400/22. На расстоянии 5 мм от второго бандажа удаляют алюминиевые (медные) жилы, не допуская при этом повреждения стального сердечника. Освобожденный конец стального сердечника промывают бензином и на него надевают стальной зажим. Второй конец провода вводят в зажим с другой стороны так, чтобы проволока проходила внутри зажима и выходила с другой стороны на 10–15 мм. Соединенный участок опрессовывают от середины к концам, перекрывая предыдущий сжим не менее чем на 5 мм.

Соединения проводов в шлейфах выполняют петлевыми переходными зажимами или сваривают термитным патроном. При этом концы проводов прессуют зажимами, а зажимы соединяют болтами. При переходе от одной марки провода к другой в шлейфах анкерных опор устанавливают петлевые переходные прессующие зажимы. «Лапки» зажима прессуют специальным приспособлением. Соединение грозозащитных тросов осуществляют с помощью соединительных зажимов.

Соединение взрывом применяется для соединения сталеалюминевых проводов АС240–АС500, АС70/72, а также при соединении стальных канатов грозозащитных тросов С50 и С70 с использованием соединительных, шлейфовых, натяжных, ответвительных и ремонтных зажимов. Соединение и опрессование стального сердечника и алюминиевой оболочки провода осуществляют за один раз. Соединение взрывом может выполняться и на высоте, но только при наличии у рабочего разрешения на право производства взрывных работ.

Соединение проводов сваркой термитными патронами применяют при соединении в шлейфах анкерных опор. Термитные патроны выпускаются двух типов: ПАС и ПА. Патроны ПАС состоят из стальной трубки, в которой запрессована термитная шашка, и алюминиевого вкладыша. Сбоку на шашку наносят красную метку. Патроны ПА состоят из трубки с термитной шашкой и с вертикальным отверстием, трубка при помощи колпачков или втулок надевается на свариваемые провода. Соединение сваркой производят в соответствии с «Типовой инструкцией по сварке неизолированных проводов с помощью термитных патронов».

Прессование натяжными зажимами типа НАС. Перед прессованием концы соединяемых проводов промывают бензином, протирают и наносят защитную смазку. Перед установкой зажима провод зачищают металлической щеткой до блеска. Места прессования перекрывают зажимом не менее чем на 5 мм.

В пролетах ВЛЭП, пересекающих инженерные сооружения, допускается одно соединение на пролет.

В соответствии с ГОСТ 839-80 срок службы проводов должен быть не менее:

• для проводов марок А, АС — 45 лет;
• для проводов марок АКП, АН, АНКП, АЖ, АЖКП, АСКП – 25 лет;
• для проводов марок АСКС, АСК — 10 лет.

В последние десятилетия все большее применение для ВЛЭП находят СИП-ы,. Они применяются при строительстве ВЛЭП до 1 кВ и 6÷110 кВ при температуре эксплуатации от -45 °C до +50 °C во всех климатических районах. Провод СИП состоит из трех алюминиевых изолированных фазных проводников, скрученных вокруг гибкого изолированного несущего нулевого троса. Нулевой стальной трос, как и все фазные проводники, изолирован полиэтиленом.

Первые СИП были разработаны в Скандинавии в начале 80-х годов 20-го века. В Норвегии и Швеции такой провод на напряжение 6–20 кВ известен под маркой BLX, в Финляндии – как PAS или как Pirelli SAX (ранее Nokia), а теперь SAX-W. В результате применения СИП-ов аварийность ВЛЭП была значительно снижена. Такие линии практически не требуют обслуживания и более безопасные. Так, например, в Финляндии среднее время отключения ВЛЭП с СИП-ами напряжением 6-35 кВ по всей территории, включая даже отдаленные северные районы, составляло всего 2 часа 15 мин за весь год.

В СССР СИПы начали выпускать с 1997 года. Они отличаются от скандинавских более широким диапазоном сечений, гидрофобным слоем между жилой и изоляцией. Жилы СИП выполняются из алюминиевого сплава высокой прочности или из сталеалюминия, изоляция – из силанольно-сшитого полиэтилена. Температурные характеристики такой изоляции: +90 ºС в долговременном режиме, +130 ºС в режиме длительной перегрузки (до 8 часов в сутки) и +250 ºС в режиме короткого замыкания (КЗ). Изоляционный слой имеет толщину около 2,5 мм, и его можно считать только защитным. В изоляцию добавляют около 2 % сажи для достижения стойкости полиэтилена к ультрафиолетовому излучению. Несмотря на то, что изоляция выдерживает на пробой 60 кВ, провод подвешивают по фазам на отдельные изоляторы. При схлестывании проводов или падении на линию дерева, изоляция выдерживает рабочее напряжение, и линия продолжает работать.

Преимущества СИП:

• возможно применение действующих опор, которые ранее использовались для проводов без изоляции, новые опоры выполняют меньшей высоты;
• высокая надежность и бесперебойность энергообеспечения потребителей, они пожаробезопасны, т.к. не боятся схлестывания; при случайных перекрытиях КЗ между проводами не возникнет; у них малая вероятность замыкания на землю, отсутствует гололедообразование. Сокращены эксплуатационные расходы за счет уменьшения объемов аварийно-восстановительных работ;
• высокая механическая прочность проводов и, соответственно, малая вероятность их обрыва;
• уменьшается расстояние между проводами на опорах и в пролете, необходима меньшая ширина просеки;
• упрощаются и уменьшаются сроки монтажных работ, сокращаются трудозатраты при строительстве линий;
• исключено воровство проводов, т.к. они не подлежат вторичной переработке;
• сравнительно небольшая стоимость линии – СИП-ы только на 35 % дороже «голых», но из-за значительного сокращения эксплуатационных расходов реальное сокращение доходит до 80 %, и СИП-ы быстро окупаются.

Недостатком СИП является необходимость их защиты от грозовых перенапряжений. При возникновении грозового перенапряжения пробивается воздушный промежуток, по поверхности линии формируется дуга, она подпитывается сетью и горит достаточно долго. Изоляция не дает дуге двигаться, и она горит на проводе в месте пробоя, провод пережигается и обрывается. В сетях среднего напряжения такой пробой не регистрируется релейной защитой, и линия не отключается. Для «голых» проводов грозовые перенапряжения не так страшны, т.к. основание дуги со стороны провода не «стоит» на месте, постоянно перемещается по нему. Необходимость защиты СИП от грозовых перенапряжений требует дополнительных затрат, но они быстро окупаются. Существуют различные способы защиты СИП от грозовых перенапряжений, например, защита искровым промежутком или использование ограничителей перенапряжения.

В настоящее время для защиты ВЛЭП среднего напряжения (6- 20 кВ) от грозовых перенапряжений применяют специальные устройства – длинно-искровые разрядники петлевого типа РДИП, которые должны устанавливаться на всем протяжении ВЛЭП, на подходах к подстанции и кабельным вставкам. Они позволяют исключить перекрытие изоляции на линии и убрать негативные последствия индуктированных грозовых перенапряжений, рис. 24. Длинно-искровые разрядники не подвержены разрушающему воздействию молний и возникающих токов от дуговых замыканий, как нелинейные ограничители перенапряжений или трубчатые и вентильные разрядники, поскольку эти токи протекают вне конструкции разрядника.

Рисунок 24 – Длинно-искровой петлевой разрядник

На проводе ВЛЭП, напротив металлической трубки разрядника, закрепляется универсальный зажим для создания необходимого искрового промежутка. Универсальный зажим крепит изолированную петлю разрядника к проводу. Зажим изготовлен из стали, покрыт защитным слоем цинка и имеет конструкцию, обеспечивающую надежное крепление к элементам арматуры ВЛЭП. Конструкция зажима позволяет устанавливать его как на неизолированные, так и на защищенные провода (СИП), зажим для которых имеет прокусывающие зубцы. Разрядники защищают провода от пережогов, изоляцию ВЛЭП – от грозовых перенапряжений, ВЛЭП и установленное на них оборудование – от грозовых отключений и повреждений, электрические сети – от дуговых замыканий.

В Украине для реконструкции существующих и строительства новых ВЛЭП на напряжение до 1 кВ используют СИП «Торсада» производства компании «Алкатель» (Франция) и СИП1÷СИП5 производства завода «Южкабель» (г. Харьков).

6.3. Виды и характеристики изоляторов ВЛЭП

Изоляторы предназначены для отделения (изоляции) токоведущих частей друг от друга и от элементов конструкции, для крепления проводов и грозозащитных тросов на ВЛЭП, на РУ электростанций и подстанций постоянного и переменного тока. Для изоляторов используют материалы, обладающие высокими диэлектрическими свойствами. Их изготавливают из фарфора (керамики), стекла и полимерных материалов, рис. 25.

Рисунок 25 – Изоляторы для крепления проводов ВЛЭП

Изоляторы для крепления проводов на ВЛЭП выбирают с учетом расчетных нагрузок от тяжения проводов, района гололедности, давления ветра на провода и т.д.

На линиях напряжением 0,4–10 кВ применяют штыревые и подвесные изоляторы, разработанные в 70–80-х годах 20-го века. Штыревые изоляторы применяются при напряжении 0,4–10 кВ, при напряжении 10–35 кВ применяются как штыревые, так и подвесные изоляторы. В современных подвесных и штыревых изоляторах используют новые полимерные материалы и новые способы монтажа ВЛЭП.

Для ВЛЭП напряжением до 1 кВ применяют изоляторы ТФ (телефонный фарфоровый), РФО (радиотрансляционный фарфоровый ответвительный) и ШФН (штыревой фарфоровый низковольтный); для ВЛЭП напряжением 6 кВ – Ш-6 и Ш-10 (штыревые), а в местах анкерных креплений – П (подвесные). Способы крепления проводов на штыревых изоляторах показаны на рис. 26.

Рисунок 26 – Способы крепления проводов ВЛЭП напряжением до 1 кВ на изоляторах: а – вязкой на головке; б – вязкой «на шейке»; в – заглушкой; г – двойное крепление

В некоторых случаях необходимо к проводам ВЛЭП присоединять кабели. Чаще всего это бывает в населенной местности или при пересечении с различными сооружениями. Кабель при присоединении к ВЛЭП до высоты не менее 2 м от земли защищают от механических повреждений металлической трубой, которую после установки тщательно уплотняют во избежание попадания влаги (рис. 27).

Минимальное расстояние от земли до концевой муфты, в которой соединяют кабель и токонесущую жилу ВЛЭП, составляет 3 м при напряжении до 1 кВ, а при напряжении 6÷10 кВ – 4,5 м.

При длине кабельной вставки в линию ВЛЭП менее 1,5 км защиту от грозовых перенапряжений выполняют трубчатыми или вентильными разрядниками. Зажим разрядника, металлическую оболочку кабеля и корпус кабельной муфты соединяют между собой и заземляют.

Разрядник крепят хомутом на штыре изолятора, см. рис. 24. На ВЛЭП высокого напряжения используются гирлянды, состоящие из последовательно соединенных шарнирным способом (стержень в пазу «шапки» изоляторов). Они фиксируются в гирлянде специальным замком во избежание самопроизвольного расцепления гирлянды, рис. 28.

Изоляторы из закаленного стекла, в отличие от фарфоровых, не требуют проверки на электрическую прочность перед монтажом.

Рисунок 27 – Вывод кабеля на опору для присоединения к ВЛЭП напряжением 10 кВ: 1 – концевая муфта; 2 – силовой кабель; 3 – стальная труба; 4 – разрядник

а

б

Рисунок 28 – Гирлянды изоляторов ВЛЭП: а – многоцепная изолирующая подвеска–гирлянда стеклянных изоляторов 275 кВ и элемент опоры, (Ланкашир, Великобритания); б – изоляторы стеклянные, 110/400 кВ, длина 1 м, (Львов, Украина)

При наличии дефекта стеклянный изолятор рассыпается на мелкие части, но его остаток сохраняет несущую способность, равную не менее 75 % номинальной электромеханической прочности изолятора.

Полимерные изоляторы – комбинированная конструкция, состоящая из высокопрочных стеклопластиковых стержней с полимерным защитным покрытием, «тарелок» и металлических наконечников. Стеклопластиковый стержень защищается от внешних воздействий защитной оболочкой, стойкой к ультрафиолетовому излучению и к химическим воздействиям. Полимерные изоляторы значительно легче, чем «гирлянды» изоляторов из стекла и фарфора.

Основные характеристики изоляторов:

• допустимые значения механических и электромеханических разрушающих сил;
• соотношение длины пути утечки изолятора (в мм) и строительной высоты изолятора (в мм).

Механическая разрушающая сила – наименьшее значение силы, приложенной к изолятору, при которой он разрушается. Электромеханическая разрушающая сила – наименьшее значение разрушающей силы, приложенной к изолятору, величина которой определяется разностью электрических потенциалов. Длина пути утечки изолятора – это кратчайшее расстояние или сумма кратчайших расстояний по контуру наружной изоляционной поверхности между частями, имеющими разные электрические потенциалы. От длины пути утечки зависит надежность работы изолятора при загрязнении и увлажнении. На рис. 29 показано, как по количеству изоляторов определить напряжение ВЛЭП.

Рисунок 29 – Пример определения напряжения ВЛЭП по числу изоляторов в гирлянде

Эксплуатационные характеристики изоляторов зависят от аэродинамических характеристик изолирующих элементов («тарелок»). Так, хорошее обтекание изолятора способствует уменьшению их загрязнения, т.е. самоочистка гирлянды ветром и дождем осуществляется лучше и, как следствие, лучше сохраняются изоляционные качества.

6.4. Заземляющие устройства ВЛЭП

Заземляющие устройства обеспечивают электробезопасность линий. Они предназначены для отвода в землю импульсных токов, возникающих при прямом ударе молнии в опоры или в грозозащитные тросы, а также для снижения напряжения на проводах линии, которое может увеличиться из-за конденсаторного эффекта «земля-линия». При неполной загрузке линий электропередачи активным током из-за снижения энергопотребления этот эффект усиливается, в линиях наводятся значительные реактивные токи. Перегрузка ВЛЭП реактивной энергией является настолько значительной проблемой, что в некоторых энергетических кампаниях ставят вопрос о снижении напряжения высоковольтных ЛЭП, т.к. избыточная реактивная энергия пропорциональна c·U², где с – емкость системы «земля-линия»; U – напряжение ВЛЭП.

К заземляющему устройству подключают трубчатые и вентильные разрядники, ограничители перенапряжений, длинно-искровые и мультикамерные разрядники и т.д. (см. рис. 24).

Заземлители могут быть искусственные и естественные: арматура, стойки опор, железобетонные фундаменты ВЛЭП. Если сопротивление фундаментов большое, то вместе с ними применяют искусственные заземлители, которые выполняют в виде горизонтальных «лучей» из круглой стали диаметром 10–16 мм или вертикально вбитых в землю стержней из труб или уголкового профиля.

Заземление опор выполняется при наличии на ВЛЭП средств молниезащиты. Главным средством молниезащиты ВЛЭП является грозозащитный трос. На стальных и железобетонных опорах соединение грозозащитных тросов с заземляющими устройствами всегда осуществляется с использованием металла опор. Заземленная опора служит для уменьшения вероятности обратных перекрытий от протекания тока по заземлителю из-за напряжения, возникающего от удара молнии в опору или трос. В итоге на ВЛЭП подлежат заземлению:

• опоры, имеющие грозозащитный трос или другие устройства грозозащиты;
• железобетонные и стальные опоры ВЛЭП напряжением 0,4÷35 кВ;
• опоры, на которых установлены силовые или измерительные трансформаторы, разъединители и другие аппараты;
• стальные и железобетонные опоры ВЛЭП 110 – 500 кВ без специальных систем молниезащиты, если это необходимо для обеспечения надежной работы систем релейной защиты и автоматики.

Для использования естественной электрической проводимости нижней части железобетонных опор и фундаментов засыпку котлованов желательно производить вынутым или очищенным грунтом. Углубленные заземлители в виде колец или прямоугольников укладываются на дно котлованов под фундаменты, лучше – один контур на весь котлован. Глубинные заземлители устанавливают на глубине, где они могут достичь хорошо проводящих слоев грунта.

Искусственные заземлители выполняют из стального прута диаметром 12÷16 мм, а в агрессивных грунтах – диаметром 18÷20 мм. В скальных грунтах допускается их прокладка в разработанном слое или по поверхности с бетонированием, а при прокладке в мерзлых грунтах – просто по поверхности.

Когда проводимость поверхностных слоев грунта достаточно высокая и когда в каменистых и скальных грунтах невозможно забить вертикальные заземлители, можно применять горизонтальные протяженные заземлители. Протяженные лучевые заземлители прокладываются параллельно поверхности земли на глубине от 0,5÷1 м.

На участках с очень высоким удельным сопротивлением грунта эффективно применение непрерывных горизонтальных заземлителей, соединяющих несколько опор (так называемые противовесы).

Вертикальные заземлители, в зависимости от характеристик грунта, выполняются длиной от 2,5 до 20 м, их устанавливают методом вдавливания или ввинчивания, рис. 30. Прутки заземлителей соединяют сваркой внахлест по всему периметру, при этом длина нахлеста должна быть не менее шести диаметров прутка.

а                                                                                                                                        б

Рисунок 30 – Установка заземлителей: а – соединение круглого вертикального заземлителя с мощным ЭП; б – план установки вертикального и горизонтального заземлителей

Наиболее экономичны вертикальные заземлители из круглой стали, имеющие хорошую проводимость и легко достигающие проводящие слои грунта. Это происходит из-за того, что при одинаковой глубине введения потери металла от коррозии у заземлителей круглого сечения меньше, чем у заземлителей другого сечения, поскольку при одинаковой длине площадь поверхности у круглых стержней меньше.