Ли́ния электропереда́чи (ЛЭП), протяжённое сооружение из проводов, кабелей, опор, изоляторов и вспомогательных устройств, предназначенное для передачи или распределения электрической энергии от электростанций к подстанциям и потребителям, а также для связи смежных энергосистем. По конструктивному исполнению различают воздушные линии (ВЛ), провода которых подвешены над землёй или над водой, и подземные (подводные) ЛЭП, в которых используются главным образом силовые кабели. Генераторы на электростанциях преобразуют механическую энергию турбин в электрическую, которая поступает в трансформаторы повышающей подстанции, далее по ЛЭП транспортируется к приёмным подстанциям. На приёмных подстанциях электроэнергия трансформируется с каскадным снижением напряжения и поступает отдельным потребителям. Воздушные ЛЭП вместе с трансформаторными подстанциями образуют электрические сети, охватывающие обширные территории, что позволяет обеспечивать электроэнергией множество потребителей от ограниченного числа электростанций.

Классификация ЛЭП

Классификация ЛЭП базируется на ряде признаков, первым из которых является род тока. Различают: линии постоянного тока (применяются ограниченно, т. к. электропередача постоянного тока связана главным образом с техническими трудностями создания эффективных недорогих устройств для преобразования переменного тока в постоянный – в начале линии, и постоянного тока в переменный – в конце линии), трёхфазного переменного (по протяжённости ВЛ получили наибольшее распространение в мире), ЛЭП многофазного переменного тока (шести- и двенадцатифазные; не получили широкого распространения). Одной из основных характеристик ЛЭП является её пропускная способность, т. е. та наибольшая мощность, которую можно передать по ЛЭП с учётом ограничивающих факторов. Мощность, передаваемая по ЛЭП переменного трёхфазного тока, связана с её протяжённостью, напряжением и токовой нагрузкой. По номинальному напряжению ЛЭП подразделяются на низковольтные (до 1 кВ) и высоковольтные (свыше 1 кВ), среди которых выделяют линии среднего (3–35 кВ), высокого (110–220 кВ), сверхвысокого (330–750 кВ) и ультравысокого (свыше 1000 кВ) напряжений. Освоение высших уровней напряжения обусловлено необходимостью передачи растущих потоков электроэнергии на увеличивающиеся расстояния и стремлением снизить потери от нагрева проводов ВЛ, которые пропорциональны квадрату тока (например, ток увеличится в 2 раза, потери возрастут в 4 раза). По количеству параллельных цепей, прокладываемых по общей трассе, ВЛ бывают одноцепные (ВЛ переменного тока, имеющая один комплект, т. е. три фазных провода), двухцепные (ВЛ с двумя комплектами фазных проводов) и многоцепные (ВЛ, имеющие более двух комплектов фазных проводов). По топологическим характеристикам различают радиальные (мощность поступает от единственного источника), магистральные (отходит несколько ответвлений) и ответвления (линии, присоединённые одним концом к другим ЛЭП в её промежуточной точке). По функциональному назначению ЛЭП бывают распределительные (линии местных электрических сетей), питающие (линии сетей районного значения, которые осуществляют электроснабжение центров питания распределительных сетей), а также системообразующие и межсистемные, которые непосредственно соединяют разные энергосистемы и предназначены для взаимного обмена мощностью как в нормальном, так и в аварийном режиме.

Конструкция ЛЭП

Конструкция ЛЭП включает провода, изоляторы, опоры. Провода воздушных ЛЭП должны обладать хорошей электрической проводимостью, механической прочностью, стойкостью против атмосферных и химических воздействий. Основным проводником электрической энергии ЛЭП в России служат алюминиевые провода; за рубежом широкое применение получили алюминиевые сплавы, обладающие повышенной механической прочностью (алдрей, альмелек, акрон), а также высокотемпературные сплавы с цирконием (рабочая температура до 150–210 °C). Провода (неизолированные) изготавливаются скруткой из нескольких слоёв (повивов) круглых или фасонных проволок; применяются преимущественно упрочнённые (т. н. сталеалюминиевые) с сердечниками, свитыми из проволок канатной стали. На ЛЭП номинального напряжения до 220 кВ используются только одиночные провода в каждой из трёх фаз. В ЛЭП напряжением 330 кВ и выше для устранения появления протяжённого коронного разряда на проводах (вызывает дополнительные потери электрической энергии) применяют расщеплённые фазы (вместо одного фазного провода большого сечения подвешивается несколько скреплённых между собой проводов меньшего сечения). Минимальное число проводов в расщеплённой фазе увеличивается соответственно росту номинального напряжения ЛЭП: 330 кВ – 2; 500 кВ – 3; 750 кВ – 4; 1150 кВ – 8. Увеличение количества проводов в фазе свыше минимальной позволяет пропорционально увеличить пропускную способность ЛЭП (т. е. наибольшую возможную активную мощность). За рубежом и в России на вновь сооружаемых ЛЭП до 35–110 кВ широко применяются самонесущие изолированные провода, что позволяет уменьшить междуфазные расстояния на опорах, сократить ширину вырубаемых просек в лесных массивах.

Электрическая изоляция обеспечивается либо гирляндами подвесных тарельчатых изоляторов из закалённого стекла, соединяемых механически в цепочки, либо стержневыми полимерными изоляторами, основу которых составляет стеклопластиковый стержень, герметично защищённый ребристой оболочкой, изготовленной из кремнийорганической резины. Преимуществами полимерной изоляции являются: малый вес; удобства хранения, транспортировки и монтажа; повышенная стойкость к разрушениям и др. Крепление проводов к изоляции и изоляции к опорам осуществляется применением узлов и изделий арматуры воздушных линий (зажимы проводов, серьги, скобы и др.).

Для поддержания проводов на безопасном расстоянии от земной (водной) поверхности используются изоляционные подвески и опоры (деревянные, железобетонные и металлические), а также иные несущие конструкции и естественного образования (скалы, кронштейны и стойки на других инженерных сооружениях). Деревянные опоры (для ЛЭП до 220 кВ включительно) в России изготовляются из брёвен (сосна, лиственница), стандартные длины которых ограничены наибольшим размером 16 м. За рубежом (США, Канада) разработаны конструкции опор, состоящие из длинных клеёных деревянных элементов, что делает возможным применение деревянных опор при номинальных напряжениях до 500 кВ включительно. В конструкциях железобетонных опор (до 500 кВ включительно) стойками являются длинномерные (до 26 м) конические и цилиндрические трубы с внутренней предварительно напряжённой арматурой и центрифугированным уплотнением бетона. Поперечные элементы таких опор (траверсы) изготовляются из горячекатаных стальных уголков. Для производства металлических опор (для всех напряжений) используются углеродистые и низколегированные стали, конструкционные алюминиевые сплавы преимущественно типа авиалей (системы Al – Mg – Si). Наибольшее распространение алюминиевые опоры получили в США и Канаде. Конструктивные схемы металлических опор очень разнообразны: одностоечные и портальные, как свободностоящие, так и удерживаемые в нормальном пространственном положении с помощью растяжек, прикреплённых к погружённым в грунт анкерным плитам. Стойки и траверсы металлических опор могут иметь конструкцию в виде 4- или 3-гранного обелиска, стороны которого представляют собой соединённые плоские решётчатые фермы. В России получают всё большее применение конические многогранные стальные опоры, изготавливаемые способом изгиба листовой заготовки на специальном мощном прессе с компьютерным управлением. Все металлические опоры устанавливаются на фундаменты в отличие от деревянных и железобетонных опор. Широко используются железобетонные грибовидные подложники нескольких модификаций, имеющие опорную плиту и стойку с выпущенными анкерными болтами для закрепления «башмака» опоры. Недостатками таких фундаментов являются большой вес и необходимость выкапывания глубокого котлована для установки, его обратной засыпки и последующего уплотнения грунта. Этих недостатков лишены свайные фундаменты, для которых могут применяться железобетонные призматические сваи, заглубляемые в грунт способом вибровдавливания, и стальные винтовые сваи. Фундаменты стальных многогранных опор за рубежом (США) изготавливаются способом бетонирования в котловане на месте установки опоры с применением опалубки и арматуры. В России находят применение железобетонные трубчатые фундаменты большого диаметра и грибовидные подложники, устанавливаемые по кругу.

Технические характеристики и защита ЛЭП

Важнейшие характеристики воздушных ЛЭП: $\mathcal{l}$ – длина пролёта линии (расстояние между соседними опорами); $\mathcal{d}$ – расстояние между соседними проводами (фазами) линии; $\mathcal{λ}$ – длина гирлянды изоляторов; H – полная высота опоры; $\mathcal{h}$ – наименьшее (габаритное) допустимое расстояние от низшей точки провода до земли. Основные конструктивные параметры воздушных ЛЭП 35–750 кВ, спроектированных до 2010 г. с применением унифицированных одноцепных и двухцепных промежуточных опор, приведены в таблице.

Основные конструктивные параметры воздушных ЛЭП

Для уменьшения количества аварийных отключений, обусловленных атмосферным электричеством при грозах, ЛЭП оснащаются молниезащитными тросами, закрепляемыми на опорах выше проводов и предназначенными для устранения прямых попаданий молнии в провода; представляют собой стальные оцинкованные многопроволочные канаты или специально усиленные сталеалюминиевые провода небольших сечений с целью обеспечения работы высокочастотных каналов диспетчерской связи. Разработаны и применяются новейшие конструкции молниезащитных тросов с вмонтированными в их трубчатый сердечник оптико-волоконными пучками, обеспечивающими многоканальную связь. В районах с часто повторяющимися и сильными гололёдными отложениями возможны аварии из-за пробоев воздушных промежутков при сближении провисших тросов и проводов, если отсутствует своевременное плавление осадка; в таких случаях применяют молниезащиту ЛЭП.

Проектирование ЛЭП выполняется с учётом требований ограничения радиопомех для приёмников радио- и телепередач и требований снижения влияния электромагнитного поля на людей и животных, находящихся под проводами действующих линий. Подземная ЛЭП состоит из одного или нескольких кабелей, стопорных, соединительных и концевых муфт (заделок) и крепёжных деталей, а ЛЭП, содержащая маслонаполненный или газонаполненный кабель, снабжается также подпитывающей системой и сигнализацией давления масла (газа). Протяжённость кабельных линий значительно меньше, т. к. их стоимость на порядок выше ВЛ, хотя ширина отчуждаемой под их трассу территории существенно меньше (последнее является решающим в тех случаях, когда трасса линии проходит по городским территориям, где стоимость земли, как правило, высока и сооружение ВЛ нецелесообразно по экологическим и архитектурно-планировочным требованиям).

Историческая справка

Одна из первых опытных ЛЭП постоянного тока протяжённостью 57 км при напряжении 1,5–2 кВ сооружена между городами Мисбах и Мюнхен в 1882 г. французским учёным М. Депре. В 1891 г. впервые в мире осуществлена электропередача трёхфазным переменным током при напряжении 8,5 кВ на 170 км от ГЭС Lauffen до г. Франкфурт-на-Майне, спроектированная и построенная М. О. Доливо-Добровольским. Первые кабельные линии (подземные, радиус действия 1 км, напряжение 2 кВ) в России появились в конце 1870-x гг.; электроэнергия, поступавшая в кабельную сеть, использовалась главным образом для освещения частных домов. В 1897 г. пущены в эксплуатацию на Ленских золотых приисках электростанция трёхфазного тока и ЛЭП напряжением 10 кВ, длиной 13 км; в 1914 г. Р. Э. Классон построил ЛЭП «Электропередача» Богородск – Москва напряжением 70 кВ; в 1922 г. пущена в эксплуатацию ЛЭП напряжением 110 кВ Каширская ГРЭС – Москва. В 1927–1929 гг. сооружена двухцепная кольцевая сеть напряжением 110 кВ вокруг Москвы; в 1933 г. построена первая в СССР ЛЭП напряжением 220 кВ Нижнесвирская ГЭС – Ленинград; в 1950 г. пущена в эксплуатацию опытно-промышленная ЛЭП постоянного тока Кашира – Москва напряжением 200 кВ, длиной 120 км. В 1952 г. в Швеции вступила в действие первая в мире ЛЭП напряжением 380 кВ, протяжённостью 960 км; в 1956 г. введена в эксплуатацию Южная цепь двухцепной ЛЭП Куйбышев (Самара) – Москва напряжением 400 кВ, протяжённостью 812 км; в 1959 г. введены в эксплуатацию первые в мире ЛЭП напряжением 500 кВ Куйбышев – Урал и Волгоград – Москва; в 1964 г. закончились работы по полному переводу ЛЭП Куйбышев – Москва на напряжение 500 кВ и началось формирование системообразующей сети 500 кВ в Европейской части страны. В 1967 г. началась эксплуатация первой в СССР и второй в мире (после Канады) опытно-промышленной ЛЭП напряжением 750 кВ Конаково – Москва; в 1972–1977 гг. строительство и поэтапный ввод в эксплуатацию трансукраинской магистрали напряжением 750 кВ Донбасс – Днепр – Винница – Западная Украина; в 1975 г. включение в работу ЛЭП Ленинградская АЭС – Конаково напряжением 750 кВ, протяжённостью 525 км; в 1985–1988 гг. осуществлён поэтапный ввод в эксплуатацию участков первой в мире ЛЭП Экибастуз – Кокчетав – Кустанай напряжением 1150 кВ, протяжённостью 900 км, Кустанай – Челябинск (500 кВ, 321 км) и Экибастуз – Барнаул (500 кВ, 697 км).

В России общая протяжённость эксплуатируемых ЛЭП напряжением 35–1150 кВ составила около 3 млн км (2010).