ЛИ́НИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДА́ЧИ
-
Рубрика: Технологии и техника
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ЛИ́НИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДА́ЧИ (ЛЭП), протяжённое сооружение из проводов, кабелей, опор, изоляторов и вспомогат. устройств, предназначенное для передачи или распределения электрич. энергии от электростанций к подстанциям и потребителям, а также для связи смежных энергосистем. По конструктивному исполнению различают возд. линии (ВЛ), провода которых подвешены над землёй или над водой, и подземные (подводные) ЛЭП, в которых используются гл. обр. силовые кабели (см. Кабель электрический). Генераторы на электростанциях преобразуют механич. 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 отд. 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
базируется на ряде признаков, первым из которых является род тока. Различают: линии постоянного тока (применяются ограниченно, т. к. электропередача постоянного тока связана гл. обр. с технич. 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 осн. 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 (св. 1 кВ), среди которых выделяют линии среднего (3–35кВ), высокого (110–220 кВ), сверхвысокого (330–750 кВ) и ультравысокого (св. 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 (напр., 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 неск. ответвлений) и ответвления (линии, присоединённые одним концом к др. ЛЭП в её промежуточной точке). По функциональному назначению ЛЭП бывают распределительные (линии местных электрич. сетей), питающие (линии сетей районного значения, которые осуществляют электроснабжение центров питания распределит. 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
включает провода, изоляторы, опоры (рис.). Провода воздушных ЛЭП должны обладать хорошей электрич. проводимостью, механич. прочностью, стойкостью против атмосферных и химич. воздействий. Осн. проводником электрич. энергии ЛЭП в России служат алюминиевые провода; за рубежом широкое применение получили алюминиевые сплавы, обладающие повышенной механич. прочностью (алдрей, альмелек, акрон), а также высокотемпературные сплавы c цирконием (рабочая темп-ра до 150–210 °C). Провода (неизолированные) изготавливаются скруткой из нескольких слоёв (повивов) круглых или фасонных проволок; применяются преим. 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 дополнит. потери электрич. энергии) применяют расщеплённые фазы (вместо одного фазного провода большого сечения подвешивается неск. скреплённых между собой проводов меньшего сечения). Миним. 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 изолиров. провода, что позволяет уменьшить междуфазные расстояния на опорах, сократить ширину вырубаемых просек в лесных массивах.
Электрич. 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 кремнийорганич. 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 возд. линий (зажимы проводов, серьги, скобы и др.).
Для поддержания проводов на безопасном расстоянии от земной (водной) поверхности используются изоляционные подвески и опоры (дерев., жел.-бетон. и металлические), а также иные несущие конструкции и естеств. образования (скалы, кронштейны и стойки на др. инж. сооружениях). Дерев. 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 дерев. элементов, что делает возможным применение дерев. опор при номинальных напряжениях до 500 кВ включительно. В конструкциях жел.-бетон. опор (до 500 кВ включительно) стойками являются длинномерные (до 26 м) конич. и цилиндрич. трубы с внутр. предварительно напряжённой арматурой и центрифугированным уплотнением бетона. Поперечные элементы таких опор (траверсы) изготовляются из горячекатаных стальных уголков. Для произ-ва металлич. опор (для всех напряжений) используются углеродистые и низколегированные стали, конструкционные алюминиевые сплавы преим. типа авиалей (системы Al – Mg – Si). Наибольшее распространение алюминиевые опоры получили в США и Канаде. Конструктивные схемы металлич. 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 металлич. 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 конич. многогранные стальные опоры, изготавливаемые способом изгиба листовой заготовки на спец. мощном прессе с компьютерным управлением. Все металлич. опоры устанавливаются на фундаменты в отличие от дерев. и жел.-бетон. опор. Широко используются жел.-бетон. 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 жел.-бетон. призматич. 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 жел.-бетон. трубчатые фундаменты большого диаметра и грибовидные подложники, устанавливаемые по кругу.
Технические характеристики и защита ЛЭП
Важнейшие характеристики воздушных ЛЭП: $l$ – длина пролёта линии (расстояние между соседними опорами); $d$ – расстояние между соседними проводами (фазами) линии; $λ$ – длина гирлянды изоляторов; $H$ – полная высота опоры; $h$ – наименьшее (габаритное) допустимое расстояние от низшей точки провода до земли. Осн. конструктивные параметры воздушных ЛЭП 35–750 кВ, спроектированных до 2010 с применением унифицир. одноцепных и двухцепных промежуточных опор, приведены в таблице.
Основные конструктивные параметры воздушных ЛЭП
| Номинальное напряжение, кВ | ||||||
| 35 | 110 | 220 | 330 | 500 | 750 | |
| Пролёт l, м | 150-200 | 170-250 | 250-350 | 300-400 | 350-450 | 350-540 |
| Расстояние d, м | 3,0 | 4,0 | 6,5 | 9,0 | 12,0 | 17,5 |
| Длина гирлянды X, м | 0,7-1,0 | 1,3-1,6 | 2,2-2,7 | 3,0-3,5 | 4,5-4,9 | 6,7-7,9 |
| Высота опоры Н, м | 10-21 | 13-31 | 22-41 | 25-43 | 27-32 | 38-41 |
| Габарит линии h, м | 6-7 | 6-7 | 7-8 | 7,5-8 | 8-15,5 | 12-23 |
| Число проводов в фазе* | 1 | 1 | 1 | 2 | 3 | 4-5 |
| Диапазон сечений проводников, мм2 | 50-185 | 70-240 | 240-400 | 240-400 | 300-500 | 240-600 |
| *В зарубежных странах приняты иные значения: 380 кВ - 4 (Германия, Франция, Швеция), 500 кВ -4 и 6 (Китай, компактные опоры). | ||||||
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 спец. 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 возд. 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 гор. 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 франц. учёным М. Депре. В 1891 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 кон. 1870-x гг.; электроэнергия, поступавшая в кабельную сеть, использовалась гл. обр. для освещения частных домов. В 1897 пущены в эксплуатацию на Ленских золотых приисках электростанция трёхфазного тока и ЛЭП напряжением 10 кВ, длиной 13 км; в 1914 Р. Э. Классон построил ЛЭП «Электропередача» Богородск – Москва напряжением 70 кВ; в 1922 пущена в эксплуатацию ЛЭП напряжением 110 кВ Каширская ГРЭС – Москва. В 1927–29 сооружена двухцепная кольцевая сеть напряжением 110 кВ вокруг Москвы; в 1933 построена первая в СССР ЛЭП напряжением 220 кВ Нижнесвирская ГЭС – Ленинград; в 1950 пущена в эксплуатацию опытно-пром. ЛЭП постоянного тока Кашира – Москва напряжением 200 кВ, длиной 120 км. В 1952 в Швеции вступила в действие первая в мире ЛЭП напряжением 380кВ, протяжённостью 960 км; в 1956 введена в эксплуатацию Юж. цепь двухцепной ЛЭП Куйбышев (Самара) – Москва напряжением 400 кВ, протяжённостью 812 км; в 1959 введены в эксплуатацию первые в мире ЛЭП напряжением 500 кВ Куйбышев – Урал и Волгоград – Москва; в 1964 закончились работы по полному переводу ЛЭП Куйбышев – Москва на напряжение 500 кВ и началось формирование системообразующей сети 500 кВ в Европ. части страны. В 1967 началась эксплуатация первой в СССР и второй в мире (после Канады) опытно-пром. ЛЭП напряжением 750 кВ Конаково – Москва; в 1972–77 строительство и поэтапный ввод в эксплуатацию трансукраинской магистрали напряжением 750 кВ Донбасс – Днепр – Винница – Западная Украина; в 1975 включение в работу ЛЭП Ленинградская АЭС – Конаково напряжением 750 кВ, протяжённостью 525 км; в 1985–88 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 ок. 3 млн. км (2010).

