Для выполнения электрических сетей применяются неизолированные (голые) и изолированные провода, кабели, токопроводы.
Голые провода не имеют изолирующих покровов. Их можно прокладывать только в условиях, исключающих случайные прикосновения к ним людей. Прикосновение проводящим предметом к одному или нескольким проводам приведет к замыканию. Наибольшее распространение голые провода получили на воздушных линиях, расположенных на открытом воздухе. Провода подвешиваются к опорам при помощи изоляторов и арматуры.
Большинство сетей напряжением до 1 кВ внутри помещений выполняются изолированными проводами, т.е. проводами, имеющими изолирующие, а иногда защитные покровы.
Кабелем называют многопроволочный провод или несколько скрученных вместе изолированных проводов при помещении в общую герметическую оболочку. Силовые кабели предназначены для прокладки в земле, под водой, на открытом воздухе и внутри помещений.
Токопроводом называют устройство, предназначенное для канализации электроэнергии при открытой прокладке в производственных и электротехнических помещениях, по опорным конструкциям, колоннам и фермам зданий. К токопроводам относятся шинные магистрали различного исполнения, которые называются шинопроводами.
Материалами для токоведущих частей проводов и кабелей являются медь, алюминий, их сплавы и сталь.
4.4. Воздушные линии
4.4.1. Общие сведения
Воздушной линией электропередачи (ВЛ или ВЛЭП) называют устройство для передачи электроэнергии по проводам.
Воздушные линии состоят из трех элементов: проводов, изоляторов и опор. Расстояние между двумя соседними опорами называют длиной пролета, или пролетом линии ℓ (рис. 4.2).
Провода к опорам подвешиваются свободно, и под влиянием собственной массы провод в пролете провисает по цепной линии. Расстояние от точки подвеса до низшей точки провода называют стрелой провеса f. Наименьшее расстояние от низшей точки провода до земли называется габаритом приближения провода к земле h. Габарит должен обеспечивать безопасность движения людей и транспорта, он зависит от условий местности, напряжения линии и т. п. Для ненаселенной местности габарит h = 5... 7 м, для населенной - h = 6... 8 м.
Высота опоры при горизонтальном расположении проводов определяется габаритом h и максимальной стрелой провеса f. При креплении проводов на гирляндах изоляторов высота опоры увеличивается еще на длину гирлянды λ.
Длину пролета линии ℓ обычно определяют из экономических соображений. С увеличением длины пролета возрастает стрела провеса, а следовательно, и высота опор, что увеличивает их стоимость.
Рис. 4.2. Пролёт линии на опорах с подвесными изоляторами
Вместе с тем с увеличением длины пролета уменьшается число опор и снижается стоимость изоляции линии. Для линий напряжением до 1 кВ длина пролета обычно составляет 30..75 м, для линий напряжением 110 кВ - 150..200 м при высоте опор с горизонтальным расположением проводов13…14 м, для линий напряжением 220..500 кВ длина пролета составляет 400..450 м при высоте опор 25... 30 м.
Над проводами воздушных линий для защиты их от атмосферных перенапряжений подвешиваются грозозащитные тросы. Обычно используют тросы из сталеалюминиевых проводов.
Провода воздушных линий
Провода воздушных линий чаще всего неизолированные (голые). Разнообразные условия работы ВЛЭП определяют необходимость иметь разные конструкции проводов.
Основными конструкциями являются: однопроволочные провода из одного металла; многопроволочные провода из одного металла; многопроволочные провода из двух металлов; пустотелые провода; биметаллические провода.
Желание повысить механическую прочность привело к изготовлению алюминиевых проводов со стальным сердечником, называемых сталеалюминевыми. Сердечник провода выполняется из одной или нескольких свитых стальных оцинкованных проволок. Алюминиевые проволоки, покрывающие стальной сердечник одним, двумя или тремя повивами, являются токоведущей частью провода. Электропроводность стального сердечника мала и потому не учитывается.
Для удобства записей провода обозначаются марками: М - медь, А - алюминий, Ал - алдрей, С - сталь, Б - бронза.
Сталеалюминевые провода изготавливаются следующих марок: АС, имеющие отношение сечений алюминия и стали 5,5...6; АСО (облегченной конструкции), имеющие отношение сечений алюминия и стали 7,5...8; АСУ (усиленной конструкции), имеющие отношение сечений алюминия и стали около 4,5. Наиболее целесообразно применение проводов АСО.
Для обозначения провода рядом с маркой дается номинальное сечение провода, например, А-50 обозначает алюминиевый провод с сечением 50 мм2. Номинальным сечением называется округленная величина фактического сечения провода. Цифра при марке сталеалюминевого провода, например АС-150, дает только номинальное сечение алюминиевой части провода.
Принята следующая шкала номинальных сечений неизолированных проводов: 4, 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240, 300, 400, 500, 600, 700 мм2.
4.4.3. Изоляторы воздушных линий
Применяются следующие типы изоляторов: фарфоровые штыревые типа ШС-6, ШС-10 - для линий напряжением 6... 10 кВ; фарфоровые штыревые типа Ш-20, ШД-35 - для линий напряжением 20...35 кВ; подвесные фарфоровые или стеклянные изоляторы ПФ и ПС для линий напряжением 35 кВ и выше.
Изоляторы типа ШД и ШС крепятся к опорам на крюках и штырях. При напряжении 110 кВ и выше применяются только подвесные изоляторы, которые собираются в гирлянды (рис. 4.3.).
Гирлянды подвесных изоляторов бывают поддерживающие и натяжные. Поддерживающие изоляторы располагаются вертикально на промежуточных опорах, натяжные гирлянды используются на анкерных опорах и находятся почти в горизонтальном положении. На ответственных участках ЛЭП применяют сдвоенные гирлянды.
Число изоляторов в гирлянде зависит от напряжения ЛЭП, эффективной и нормированной длины пути утечки и материала опоры (требуемого уровня изоляции). На деревянных и железобетонных опорах при напряжении 35 кВ берется два подвесных изолятора в гирлянде, при напряжении 110 кВ - шесть изоляторов, при напряжении 220 кВ - двенадцать изоляторов.
На воздушных линиях напряжением выше 220 кВ для защиты гирлянд от повреждений при возникновении дуги короткого замыкания применяются защитные рога и кольца.
4.4.4. Опоры воздушных линий
Воздушные ЛЭП прокладываются на деревянных, металлических и железобетонных опорах.
По назначению опоры бывают промежуточными, анкерными, угловыми и концевыми.
Опоры могут быть одноцепными и двухцепными, с тросом и без троса.
Рис. 4.3. Гирлянда подвесных изоляторов: 1 – изолятор; 2 – зажим для крепления провода; 3 – провод.
Р
Анкерная Промежуточная
опора 1 опора
Рис.4.4. Схема воздушной лини
Наиболее распространенными на линиях являются промежуточные опоры. В равнинных местностях число этих опор составляет 80...90% от общего числа опор (рис. 4.5) при нормальных режимах работы, когда все провода целы, на промежуточные опоры усилий, действующих вдоль линии, нет. Опора (рис. 4.5) воспринимает вертикальные силы - массу проводов, изоляторов, льда и самой опоры и горизонтальные силы - давление ветра на провода и опору.
Рис. 4.5. Промежуточная металлическая опора для двухцепной линии напряжением 110 кВ
При обрыве провода промежуточная опора должна принять продольную силу неуравновешенного тяжения по проводу, оборвавшемуся по одному из пролетов.
Анкерные опоры устанавливаются через определенное число пролётов (через каждые 3...5 км линии) имеют жесткое закрепление проводов и рассчитываются на обрыв всех проводов. Провода линий с подвесными изоляторами крепятся на анкерных опорах натяжными гирляндами, провода одной и той же фазы смежных с опорой пролетов соединены петлями проводов. В точках поворота линии устанавливаются угловые опоры.
На линиях напряжением 220 кВ и выше применяют расщепление проводов - подвешивают несколько проводов в фазе. Этим достигается уменьшение напряженности электрического поля около проводов и ослабление ионизации воздуха (короны). Расстояние между проводами расщепленной фазы составляет около 40 см. Для фиксирования вдоль линии устанавливают специальные распорки между проводами расщепленной фазы.
Кабельные линии
Кабель - готовое заводское изделие, состоящее из изолированных токоведущих жил, заключенных в защитную герметичную оболочку, которая может быть защищена от механических повреждений броней. Силовые кабели выпускаются на напряжение до 110 кВ включительно.
Силовые кабели на напряжение до 35 кВ имеют от одной до четырёх медных или алюминиевых жил сечениями 1...2000 мм2. Жилы сечением до 16 мм2 - однопроволочные, свыше – многопроволочные. По форме сечения жилы одножильных кабелей круглые, а многожильных - сегментные или секторные (рис. 3.7). Преимущественно применяются кабели с алюминиевыми жилами. Кабели с медными жилами применяются редко: для перемещающихся механизмов, во взрывоопасных помещениях.
Изоляция жил выполняется из кабельной бумаги, пропитанной канифольным составом, резины, поливинилхлорида и полиэтилена, сшитого полиэтилена.
Кабели с бумажной изоляцией, предназначенные для прокладки на вертикальных и крутонаклонных трассах, имеют обеднённую пропитку.
Защитная герметичная оболочка кабеля предохраняет изоляцию от вредного действия влаги, газов, кислот и механических повреждений. Оболочки делаются из свинца, алюминия, резины и поливинилхлорида.
В кабелях напряжением выше 1 кВ для повышения электрической прочности между изолированными жилами и оболочкой прокладывается слой поясной изоляции.
Броня кабеля выполняется из стальных лент или стальных оцинкованных проволок. Поверх брони накладывают покровы из кабельной пряжи (джута), пропитанной битумом и покрытой меловым составом. При прокладке кабеля в помещениях, каналах тоннелях джутовый покров во избежание возможного пожара снимают.
4.5.1. Способы прокладки кабелей напряжением 6... 10 кВ
Кабельные прокладки требуют меньших площадей по сравнению с воздушными и могут применяться при любых природных и атмосферных условиях.
Трасса кабельных линий выбирается кратчайшая с учётом наиболее дешёвого обеспечения их защиты от механических повреждений, коррозии, вибрации, перегрева и от повреждений при возникновении электрической дуги в соседнем кабеле.
Прокладка кабелем может осуществляться несколькими способами: в траншеях, каналах, туннелях, блоках, эстакадах.
Внутри кабельных сооружений и производственных помещений предусматривают прокладку кабелей на стальных конструкциях различного исполнения (рис. 4.6); на настенных конструкциях, лотках, в коробах, укреплённых на стенах. Прокладка кабелей в траншее показана на рис. 4.7.
Рис. 4.6. Конструктивное выполнение кабельных прокладок
