Классификация и устройство ВЛЭП

 
Рис. 1. Схема потока строительства ВЛ, механизированного с помощью самоходных машин: 
а — расчистка просеки; б — вывозка и разгрузка опор на пикетах ВЛ; е — бурение котлованов; г — установка опор; д — монтаж проводов; е — готовая линия; стрелки показывают направление строительного потока по трассе

К участку прокладывают автодорогу. Организуют открытые стоянки автомобилей, гусеничных машин и ремонтируемой  техники; полигон укрупнительной сборки опор, пункт заправки и хранения горюче-смазочных материалов, очистную сточных вод; спортплощадку. 
Строительство ВЛ идет наиболее успешно тогда, когда работу и строительных и транспортных организаций ведут сообща, т.е. направляют на достижение конечной цели - ввод в эксплуатацию готового объекта. Однако в реальной действительности иногда участники строительства действуют разобщенно и не заинтересованы в общем народнохозяйственном эффекте. Так бывает, если транспортные организации выполняют лишь свой план перевозок по договорам и неохотно откликаются на неожиданно изменяющиеся заявки на перевозки при задержках и неувязках, возникающих при проектировании и снабжении (или при поставках с заводов) не по вине строителей. Поэтому нецелесообразно (по мнению автора) отрывать транспорт от линейных строительных организаций. Там, где транспорт входит в состав мехколонн, упрощается материально-техническое обеспечение, ускоряется и удешевляется строительство. 
Эффективная технология перевозки грузов и такелажно-монтажных работ на строительстве ВЛ в значительной мере основывается на применении специальных машин, совмещенных с прицепными и навесными грузоподъемными устройствами, лебедками и другими механизмами вместо обычных грузоподъемных кранов. Это относится и к средствам механизации, используемым для выполнения ремонтно-эксплуатационных работ при эксплуатации ВЛ, но осуществляющие такие работы предприятия электрических сетей оснащаются и специализированными машинами, например универсальными машинами на базе автомобилей и тракторов, позволяющими выполнять весь комплекс работ по текущим и плановым ремонтам; автоцистернами с насосной установкой и телескопической вышкой для очистки (обмыва) изоляторов под напряжением без отключения линии; автовышками, имеющими изолирующие конструкции, позволяющими выполнять осмотры, замеры и ремонты под напряжением на опорах и проводах эксплуатируемых линий. 
Самолеты и вертолеты, оборудованные аэросъемочными, инфракрасными, такелажными и другими устройствами, используют как при проектировании (для выбора трассы линии), так и при строительстве (для доставки людей и грузов) и эксплуатации (для наблюдения за состоянием действующих линий и обнаружения повреждений или мест с повышенной температурой).

Строительно-монтажных работ при  эксплуатации выполняется сравнительно мало, поэтому дорогие строительно-монтажные  серийные машины (опоровозы, установщики опор и другие мощные высокопроизводительные машины) загружены не полностью и часто оказываются нерентабельными. Поэтому в эксплуатационных организациях вместо таких машин применяют легкие и недорогие приспособления, временно навешиваемые на транспортные средства или размещаемые в прицепах, включая и ручные машины, позволяющие выполнить, например, ремонт или замену единичных опор значительно дешевле (хотя и с небольшим увеличением трудозатрат), чем при перегоне мощной специальной машины с удаленной базы механизации. 
Универсальная ремонтная машина (рис. 2) снабжена рядом устройств, позволяющих механизировать ремонтные работы в сетях 0,4-20 кВ. Монтажная вышка позволяет поднимать на высоту до 10 м рабочего с инструментом (массой до 100 кг) для замены изоляторов, ремонта проводов и др. Для бурения котлованов под опоры имеется бурильная установка, а для извлечения из грунта дефектных приставок - гидродомкрат. С помощью грузоподъемной стрелы обеспечивают демонтаж негодных и монтаж новых опор. Расширенная кабина создает удобство быстрой перевозки ремонтной бригады.  
 
Рис. 2. Специальная эксплуатационная ремонтная сетевая машина (МРС): 
1 — стрела в транспортном положении (на ее концах: слева — грузоподъемная подвеска, справа — бур для устройства котлованов под опоры ВЛ); 2 — поворотная платформа с креслом машиниста и рычагами управления; 3 — прицеп; 4 — монтажная люлька; 5 — дополнительная кабина на 3 чел.

Машина может комплектоваться  одноосным прицепом для доставки к месту работ дополнительных механизмов: передвижной электростанции для питания электроэнергией  электроинструментов; насоса для водоотлива; сварочного генератора для сварочных  работ и др. 
Специальные машины (передвижные установки) для очистки изоляторов непрерывной струей воды, выполняющей обмыв без отключения линии (под напряжением), созданы как для BЛ напряжением 35-110 кВ (рис. 3), так и для ВЛ 220-500 кВ. 
В первом случае обмывочную установку удалось скомпоновать на одном автомобильном шасси (ЗИЛ-131), на котором установлены: цистерна на 2,5 м воды; телескопическая вышка для подъема рабочего, рукава для воды и струенаправляющего аппарата на высоту до 9,5 м; насос для подачи воды под напором, достаточным для быстрой очистки загрязненных изоляторов; барабаны для размотки рукава и гибкого проводника заземляющего устройства; гидроприводная система; аутригеры и др. 
 
Рис. 3. Передвижная установка УМ-110 для обмывки изоляторов на действующей ВЛ: 2 – подача воды (внизу ее — водяной насос); 3 — барабан с намотаным рукавом для воды;

Аналогичная установка для  линий 220-500 кВ (УМ-500) размещена на двух машинах. На серийной автомобильной вышке ТВ-26Е, обеспечивающей подъем рабочего на высоту до 26 м, в кузове смонтированы два барабана для рукавов подачи воды и один - для заземляющего проводника, присоединяемого к заземлителю ближайшей к машине опоры BЛ. На рабочей площадке вышки установлены (аналогично машине для ВЛ 35-110 кВ) струенаправляющий аппарат и защитный экран. Управляет аппаратом с помощью двух рычагов рабочий, находящийся на рабочей площадке вышки (в «корзине»). 
Вторая машина этой установки представляет собой дооборудованную серийную автоцистерну ЦР-7АПС (вместимостью 7 м3), на которой установлены насосный агрегат и барабан с заземляющим проводником, присоединяемый к тому же заземлителю, что и первая машина. 
Время обмыва трех гирлянд изоляторов промежуточной опоры с помощью установки УМ-500 не превышает 30 мин. По сравнению со стоимостью долгого, трудоемкого и малопроизводительного процесса ручной очистки изоляторов, требующего отключения линии, экономический эффект определен в сумме 80 тыс. руб. в год. Оборудование, навешенное на автомобилях повышенной проходимости, можно после выполнения работ демонтировать и хранить до срока следующего обмыва, а автомобили использовать в этот период по своему прямому назначению. 
Предприятия Минэнерго СССР, осуществляющие эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт электрических сетей, комплектуют автомобилями, специальными машинами и механизмами, тракторами и прицепами в соответствии с временными нормативами комплектации этими средствами механизации. Кроме того, иногда используют авиацию не только для доставки грузов и людей, но и для аэрофотосъемки, обеспечивающей возможность оперативного обнаружения слабых мест на ВЛ, например нагретых мест соединения проводов, пробитых изоляторов и др., а также проверки состояния элементов опор ВЛ и оценки многих факторов, могущих привести к разрушению ВЛ. Это предотвращает внеплановые отключения и дает экономический эффект по сравнению с обходами.

4. Основные типы и конструкции проводов для ВЛЭП

Провода для воздушных линий электропередачи

Для воздушных линий электропередачи  на напряжение 35—1150 кВ применяются неизолированные алюминиевые и сталеалюминиевые провода. Основные конструкции этих проводов показаны на рис. 10.10. Алюминиевые и сталеалюминиевые провода являются многопроволочными, причем алюминиевые проволоки определяют электрические характеристики провода, а стальной сердечник обеспечивает механические характеристики. Многопроволочный сердечник состоит из стальных оцинкованных проволок и покрывается слоем нейтральной смазки.

Чем больше наружный диаметр  провода, тем выше потери на коронный разряд. Поэтому для напряжений, превышающих 220 кВ, приходится выбирать провода большего сечения по сравнению с оптимальным, что несколько ухудшает экономические показатели ЛЭП. Для уменьшения потерь при передаче электроэнергии в ЛЭП обычно используется расщепление фаз, которое не связано с изменением конструкции проводов.

При воздействии агрессивной  атмосферы или атмосферы с  повышенной влажностью возможна интенсивная  коррозия алюминиевых и стале-алюминиевых проводов, что приводит к выходу из строя ЛЭП за 4—8 лет. Поэтому для повышения срока службы проводов в таких условиях эксплуатации на поверхность стального сердечника и по повивам алюминиевой проволоки наносится специальная защитная смазка, обычно на основе углеродных материалов.

Кроме алюминиевых и сталеалюминиевых проводов в ЛЭП используются также провода из сплавов алюминия, которые при достаточно высокой электрической проводимости имеют высокие механические характеристики, позволяющие в ряде сплавов отказаться от применения стального сердечника и уменьшить массу проводов.

Алюминиевые сплавы на основе Al-Mg-Si достаточно широко применяются за рубежом для изготовления проводов для воздушных ЛЭП. Химический состав сплавов и их свойства в стандартах разных стран различаются незначительно. За базовые сплавы принимаются обычно сплавы по стандарту США, имеющие цифровое обозначение 6101 и 6201. В отечественной практике используются провода из упрочненного сплава сечением до 185 мм² двух модификаций: провода из нетермообработанного сплава с пониженным уровнем прочностных характеристик и провода из термообработанного сплава, разрывная прочность и электрическое сопротивление которых соответствуют требованиям стандарта Международной электротехнической комиссии. Однако применение их в отечественной практике ограничено. В то же время сравнение характеристик сталеалюминиевых проводов и проводов из алюминиевого сплава свидетельствует в пользу последних. Так, если сравнивать сталеалюминиевые провода с номинальным сечением по алюминию 525 мм² и заменяющего его аналога — провода из упрочненного алюминиевого сплава сечением 585 мм², то провод из сплава алюминия имеет массу на 20 % меньше, разрывное усиление на 18 % выше и электрическое сопротивление на 5 % ниже. При этом экономическая эффективность достигается за счет увеличения длины пролетов и уменьшения количества опор на ЛЭП.

Самонесущие изолированные провода (СИП) применяются для воздушных распределительных сетей низкого и среднего напряжения взамен неизолированных алюминиевых и сталеалюминиевых проводов. Базовая конструкция провода на низкое напряжение: пучок скрученных изолированных светостабилизированным сшитым ПЭ фазных проводников с несущим нулевым проводом и проводом меньшего сечения для уличного освещения (рис. 10.11). Несущий нулевой провод выполняется из алюминиевого сплава на базе Al-Mg-Si с разрывной прочностью на единицу сечения не менее 295 МПа (для сравнения — разрывная прочность алюминия около 165 МПа). Провод подвешивается на опорах ЛЭП. СИП на напряжения 10—20 кВ имеет токопроводящую жилу из алюминиевого сплава и изоляцию из светостабилизированного сшитого ПЭ.

Эксплуатационные преимущества изолированных самонесущих проводов по сравнению с неизолированными:

• повышенная надежность в эксплуатации за счет значительно меньшей вероятности короткого замыкания (проводники фаз изолированы);
• стойкость к атмосферным воздействиям (гололед, ветровые нагрузки);
• снижение индуктивного сопротивления в 3,5 раза, что позволяет сократить потери электроэнергии и увеличивает токи нагрузки;
• защита зеленых насаждений (не требуется вырубки деревьев и кустарников по трассе прокладки).

5. Основные типы и конструкции опор для ВЛЭП

Опоры воздушных  линий 

Основными типами опор ВЛ являются анкерные и промежуточные. Опоры этих двух основных групп различаются способом подвески проводов. На промежуточных опорах провода подвешиваются с помощью поддерживающих гирлянд изоляторов (рис.2.1). Расстояние между промежуточными опорами называется промежуточным пролетом или просто пролетом, а расстояние между анкерными опорами - анкерным пролетом. Промежуточные опоры устанавливаются на прямых участках ВЛ для поддержания провода в анкерном пролете. Промежуточная опора дешевле и проще в изготовлении, чем анкерная, так как благодаря одинаковому тяжению проводов по обеим сторонам она при необорванных проводах, т. е. в нормальном режиме, не испытывает усилий вдоль линии. Промежуточные опоры составляют 80-90 % общего числа опор ВЛ. 

Анкерные опоры  предназначены для жесткого закрепления проводов в особо ответственных точках ВЛ: на пересечениях инженерных сооружений (например, железных дорог, ВЛ 330—500 кВ, автомобильных дорог шириной проезжей части более 15 м и т.д.) и на концах ВЛ. Анкерные опоры на прямых участках трассы ВЛ при подвеске проводов с обеих сторон от опоры в нормальных режимах выполняют те же функции, что и промежуточные опоры. Но анкерные опоры рассчитываются на восприятие односторонних тяжений по проводам и тросам при обрыве проводов или тросов в примыкающем пролете. Анкерные опоры значительно сложнее и дороже промежуточных, и поэтому число их на каждой линии должно быть минимальным.

Угловые опоры  устанавливают в точках поворота линии. Углом поворота линии называется угол a в плане линии (рис.2.4), дополнительный до 180⁰ к внутреннему углу b линии. Траверсы угловой опоры устанавливают по биссектрисе угла b.