Электроснабжение

Материалами для  токоведущих частей проводов и кабелей  являются медь, алюминий, их сплавы и  сталь.

Медь - один из лучших проводников электрического тока, и поэтому необходимые технико-экономические показатели (потери электроэнергии) можно получить при меньших сечениях медных проводов, чем при проводах из других материалов. Твердотянутая медь при температуре +20°С имеет удельное сопротивление/ 18 Ом·мм2 в расчете на 1 км. Медные провода хорошо противостоят влиянию атмосферных условий и большинству химических реагентов, находящихся в воздухе.

Алюминий - худший проводник, чем медь. Его проводимость примерно в 1,6 раза меньше проводимости меди, однако проводимость алюминия все же достаточно высока, чтобы его можно было использовать в качестве токопроводящего материала для проводов и кабелей. Действию атмосферных явлений алюминий противостоит так же хорошо, как и медь.

Стальные провода  используются в тех случаях, когда требуется передать небольшую мощность и, следовательно, небольшое сечение, например, в сельских сетях. Стальные провода с большим сопротивлением на разрыв используются для устройства переходов воздушных линий через широкие реки, ущелья и т. п. при длине пролета более 1 км.

Активное и  реактивное сопротивление стальных проводов значительно выше, чем проводов из цветного металла, и поэтому область применения этих проводов ограничена. Существенный недостаток стальных проводов - их высокая коррозия. Для повышения коррозионной стойкости стальные провода изготовляют из оцинкованной проволоки.

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 I 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. 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.

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 ПО кВ - 150...200 м при высоте опор с горизонтальным расположением проводов 13... 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 сталеалюминевых проводов. При подвеске на изоляторах тросы могут быть использованы в качестве проводов связи.

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.

Однопроволочные провода, как показывает само название, выполняют из одной проволоки.

Многопроволочные  провода из одного металла состоят  из нескольких свитых между собой проволок. Провода имеют одну центральную проволоку, вокруг которой делаются следующие повивы (ряды) проволок. При одном повиве провод свит из 7 проволок, при двух пови-вах - из 19, при трех повивах - из 37 проволок. Скрутка смежных повивов производится в разных направлениях, что обеспечивает более круглую форму и позволяет получить более устойчивый против раскручивания провод.

Многопроволочные  провода имеют по сравнению с  однопроволочными ряд существенных преимуществ:

• большую гибкость, что обеспечивает большую сохранность и удобство монтажа;
• высокие сопротивления на разрыв могут быть получены только для проволок относительно небольшого диаметра. Однопроволочные провода с сечениями 25 мм2 и более имели бы пониженное сопротивления на разрыв.

Однопроволочные провода изготавливаются для сечений 4, 6, 10 мм2, многопроволочные - от 10 мм2.

Проволоки из цветного металла под действием химических реагентов воздуха быстро покрываются  тонким слоем окиси металла проводника и дальнейшему разрушению не поддаются. Электрический ток из-за плохой проводимости оксидной пленки «разбивается» на ряд параллельных токов, идущих по проволокам провода. Результатом этого явления и скрутки провода (длина проволок на 2...3% больше длины провода, измеренной по оси) является повышение активного сопротивления многопроволочного провода на2...3%.

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.

Механическую нагрузку (тяжение по проводу) воспринимают сталь и алюминий. В сталеалюминевых проводах с отношением сечения алюминия к сечению стали около 5...6 алюминиевые проволоки принимают 50...60 % полного тяжения по проводу, а остальное - стальной сердечник.

При необходимости сочетать малое активное сопротивление провода с очень большой механической прочностью применяют сталебронзовые и сталеалдреевые провода. Алдрей представляет собой сплав алюминия с незначительной долей (около 1,2%) магния и кремния.

Пустотелые медные и биметаллические (стальная проволока покрыта приваренным слоем меди) применяются редко.

Для удобства записей  провода обозначаются марками: М - медь, А - алюминий, Ал - ал-дрей, 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.

Применяются следующие  типы изоляторов воздушных линий:

• 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 ПО кВ и  выше применяются только подвесные  изоляторы, которые собираются в  гирлянды 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 металлических опорах берется на один-два изолятора больше.

На воздушных  линиях напряжением выше 220 кВ для защиты гирлянд от повреждений при возникновении дуги короткого замыкания применяются защитные рога и кольца.

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.

Наиболее распространенными  на линиях являются промежуточные опоры. В равнинных местностях число  этих опор составляет 80...90% от общего числа опор при нормальных режимах работы, когда все провода целы, на промежуточные опоры усилий, действующих вдоль линии, нет.

Опора воспринимает вертикальные силы - массу проводов, изоляторов, льда и самой опоры, и горизонтальные силы - давление ветра на провода и опору.

При обрыве провода промежуточная  опора должна принять продольную силу неуравновешенного тяжения по проводу, оборвавшемуся по одному из пролетов.

Анкерные опоры устанавливаются  через определенное число пролетов (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.

При подходах к подстанциям  устанавливаются концевые опоры, назначение которых принять тяжения, действующие по проводам линии. Концевые опоры являются ближайшими к подстанциям. Концевые опоры выполняются жесткими, провода на них крепятся, как и на анкерных опорах, натяжными гирляндами изоляторов. 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.

Расположение проводов по вершинам треугольника широко распространено на линиях напряжением до 35 кВ и на одноцепных линиях напряжением 110 кВ на металлических и железобетонных опорах. Горизонтальное расположение проводов применяют на линиях напряжением ПО кВ и выше с металлическими и железобетонными опорами. Для двухцепных опор более удобно с точки зрения эксплуатации расположение проводов по типу «обратная елка».

Проектирование  электрической сети городского жилого микрорайона, включая разработку конфигурации сети и схемы подстанции, является одной из основных задач развития энергетических систем города, обеспечивающих надёжное и качественное электроснабжение потребителей. Качественное проектирование является основой надёжного и экономичного функционирования электроэнергетической системы городского жилого микрорайона.

Задача проектирования электрической  сети городского жилого микрорайона относится к классу оптимизационных задач, однако не может быть строго решена оптимизационными методами в связи с большой сложностью задачи, обусловленной многокритериальностью, многопараметричностью и динамическим характером задачи, дискретностью и частичной неопределенностью исходных параметров.

В этих условиях проектирование электрической сети сводится к разработке конечного числа рациональных вариантов развития электрической сети, обеспечивающих надёжное и качественное электроснабжение городского жилого микрорайона электроэнергией в нормальных и послеаварийных режимах. Выбор наиболее рационального варианта производится по экономическому критерию. При этом все варианты предварительно доводятся до одного уровня качества и надёжности электроснабжения. Экологический, социальный и другие критерии при проектировании сети учитываются в виде ограничений. На стадии выбора конкурентно способных вариантов развития электрической сети городского жилого микрорайона решаются две основные задачи – определение рационального класса напряжения сети и выбор конфигурации сети.

Определение рационального  класса напряжения зависит от района, в котором ведётся проектирование, мощности присоединяемых узлов и их удалённости от источников электроэнергии.

Разработка  вариантов развития сети, связанная  с присоединением городского жилого микрорайона к сети 110кВ, выполнена при соблюдении следующих основных принципов выбора конфигурации сети:

• сеть должна быть как можно короче географически;
• электрический путь от источников к потребителю должен быть как можно короче;
• существующая сеть должна быть короче;
• каждый вариант развития сети должен удовлетворять требованиям надёжности;
• потребители I и II категории по надёжности электроснабжения должны получать питание от двух независимых источников (по двум или более линиям);
• в послеаварийных режимах (отключение линии, блока на станции) проектируемые и существующие линии не должны перегружаться (ток по линии не должен быть больше длительно допустимого тока по нагреву).