Ювелирное обозрение

Какие линии электропередач бывают

Сеть линий электропередач необходима для перемещения и распределения электрической энергии: от ее источников, между населенными пунктами и конечными объектами потребления. Данные линии отличаются большим разнообразием и разделяются:

• по типу размещения проводов – воздушные (расположенные на открытом воздухе) и кабельные (закрытые в изоляцию);
• по назначению – сверхдальние, магистральные, распределительные.

Воздушные и кабельные линии электропередач обладают определенной классификацией, которая зависят от потребителя, рода тока, мощности, используемых материалов.

Воздушные линии электропередач (ВЛ)

К ним относятся линии, которые прокладываются на открытом воздухе над землей с использованием различных опор. Разделение линий электропередач важно для их выбора и обслуживания.

• по роду перемещаемого тока – переменный и постоянный;
• по уровню напряжения – низковольтные (до 1000 В) и высоковольтные (более 1000 В) линии электропередач;
• по нейтрале – сети с глухозаземленной, изолированной, эффективно-заземленной нейтралью.

Переменный ток

Электрические линии, использующие для передачи переменный ток, внедряются российскими компаниями чаще всего. С их помощью происходит питание систем и перемещение энергии на различные расстояния.

Постоянный ток

Воздушные линии электропередач, обеспечивающие передачу постоянного тока, используются в России редко. Главная причина этого – высокая стоимость монтажа. Кроме опор, проводов и различных элементов для них требуется покупка дополнительного оборудования – выпрямителей и инверторов.

Поскольку большинство потребителей использует переменный ток, при обустройстве таких линий, приходится тратить дополнительный ресурс на преобразование энергии.

Устройство воздушных ЛЭП

Устройство воздушных линий электропередач включают в себя следующие элементы:

• Системы опоры или электрические столбы. Они размещаются на земле или других поверхностях и могут быть анкерными (принимают основную нагрузку), промежуточными (обычно используются для поддержания проводов в пролетах), угловыми (размещаются в местах, где линии проводов меняют направление).
• Провода. Имеют свои разновидности, могут быть выполнены из алюминия, меди.
• Траверсы. Они крепятся на опоры линий и служат основой для монтажа проводов.
• Изоляторы. С их помощью монтируются провода и изолируются друг от друга.
• Системы заземления. Наличие такой защиты необходимо в соответствии с нормами ПУЭ (правилами устройства электроустановок).
• Молниезащита. Ее использование обеспечивает защиту воздушной линии электропередач от напряжения, которое может возникнуть при попадании разряда.

Каждый элемент электрической сети играет важную роль, принимая на себя определенную нагрузку. В некоторых случаях в ней может использоваться дополнительное оборудование.

Кабельные линии электропередач

Кабельные линии электропередач под напряжением в отличие от воздушных не требуют большой свободной площади для размещения. Благодаря наличию изоляционный защиты они могут быть проложены: на территории различных предприятий, в населенных пунктах с плотной застройкой. Единственный недостаток в сравнении с ВЛ – более высокая стоимость монтажа.

Подземные и подводные

Закрытий способ позволяет размещать линии даже в самых сложных условиях – под землей и под водной поверхностью. Для их прокладки могут использоваться специальные тоннели или другие способы. При этом можно применять несколько кабелей, а также различные крепежные детали.

Около электрических сетей устанавливаются специальные охранные зоны. Согласно правилам ПУЭ они должны обеспечить безопасность и нормальные условия эксплуатации.

Прокладка по сооружениям

Прокладка высоковольтных линий электропередач с различным напряжением возможна внутри сооружений. К наиболее часто используемым конструкциям относятся:

• Тоннели. Они представляют собой отдельные помещения, внутри которых кабели располагаются по стенам или на специальных конструкциях. Такие пространства хорошо защищены и обеспечивают легкий доступ к монтажу и обслуживанию линий.
• Каналы. Это готовые конструкции из пластика, железобетонных плит и других материалов, внутри которых располагаются провода.
• Этаж или шахта. Помещения, специально приспособленные для размещения ЛЭП и возможности нахождения там человека.
• Эстакада. Они представляют собой открытые сооружения, которые прокладываются на земле, фундаменте, опорных конструкциях с прикрепленными внутри проводами. Закрытые эстакады называются галереями.
• Размещение в свободном пространстве зданий – зазоры, место под полом.
• Кабельные блок. Кабели прокладываются под землей в специальных трубах и выводятся на поверхность с помощью специальных пластиковых или бетонных колодцев.

Изоляция кабельных ЛЭП

Главным условием при выборе материалов для изоляции ЛЭП является то, что они не должны проводить ток. Обычно в устройстве кабельных линий электропередач используются следующие материалы:

• резина синтетического или природного происхождения (она отличается хорошей гибкостью, поэтому линии из такого материала легко прокладывать даже в труднодоступных местах);
• полиэтилен (достаточно устойчив к воздействию химической или другой агрессивной среды);
• ПВХ (главным преимуществом такой изоляции является доступность, хотя материал по стойкости и различным защитным свойствам уступает другим);
• фторопластовые (отличаются высокой устойчивостью к различным воздействиям);
• материалы на бумажной основе (малоустойчивы к химическим и природным воздействиям, даже при наличии пропитки защитным составом).

Кроме традиционных твердых материалов для таких линий могут применяться жидкостные изоляторы, а также специальные газы.

Классификация по назначению

Еще одной характеристикой, по которой происходит классификация линий электропередач с учетом напряжения, является их назначение. ВЛ принято делить на: сверхдальние, магистральные, распределительные. Они различаются в зависимости от мощности, типа получателя и отправителя энергии. Это могут быть крупные станции или потребители – заводы, населенные пункты.

Сверхдальние

Основным назначением данных линий является связь между различными энергетическими системами. Напряжение в данных воздушных линиях начинается от 500 кВ.

Магистральные

Данный формат ЛЭП предполагает напряжение в сети 220 и 330 кВ. Магистральные линии обеспечивают передачу энергии от электростанций до пунктов распределения. Также они могут использоваться для связи различных электростанций.

Распределительные

К виду распределительных линий относятся сети под напряжением 35, 110 и 150 кВ. С их помощью происходит перемещение электрической энергии от распределительных сетей к населенным пунктам, а также крупным предприятиям. Линии с напряжением менее 20 кВ используются, чтобы обеспечить поставку энергии конечным потребителям, в том числе для подключения электричества к участку.

Строительство и ремонт линий электропередач

Прокладка сетей высоковольтных кабельных линий электропередач и ВЛ – необходимый способ обеспечения энергией любых объектов. С их помощью осуществляется передача электроэнергии на любые расстояния.

Строительство сетей любого назначения представляет собой сложный процесс, который включает в себя несколько этапов:

• Обследование местности.
• Проектирование линий, составление сметы, технической документации.
• Подготовку территории, подбор и закупка материалов.
• Сборку опорных элементов или подготовка к установке кабеля.
• Монтаж или закладывание проводов, подвесных устройств, укрепление ЛЭП.
• Благоустройство территории и подготовка линии к запуску.
• Ввод в эксплуатацию, официальное оформление документации.

Для обеспечения эффективной работы линии требуется ее грамотное техническое обслуживание, своевременный ремонт и при необходимости реконструкция. Все подобные мероприятия должны проводиться в соответствии с ПУЭ (правилами технических установок).

Ремонт электрических линий делится на текущий и капитальный. Во время первого производится контроль за состоянием работы системы, выполняются работы по замене различных элементов. Капитальный ремонт предполагает проведение более серьезных работ, которые могут включать замену опор, перетяжку линий, замену целых участков. Все виды работ определяются в зависимости от состояния ЛЭП.

Монтаж и эксплуатация воздушных линий электропередачи

Классификация ВЛ.

Воздушные линии электропередачи различают по ряду критериев. Приведем общую классификацию.

ВЛ переменного тока

Рисунок. ВЛ переменного тока напряжением 750 кВ

Рисунок. ВЛ постоянного тока напряжением 800 кВ

В настоящее время передача электрической энергии осуществляется преимущественно на переменном токе. Это связано с тем, что подавляющее большинство источников электрической энергии вырабатывают переменное напряжение (исключением являются некоторые нетрадиционные источники электрической энергии, например, солнечные электростанции), а основными потребителями являются машины переменного тока.

В некоторых случаях передача электрической энергии на постоянном токе предпочтительнее. Схема организации передачи на постоянном токе приведена на рисунке ниже. Для уменьшения нагрузочных потерь в линии при передаче электроэнергии на постоянном токе, как и на переменном, с помощью трансформаторов увеличивают напряжение передачи. Кроме этого при организации передачи от источника к потребителю на постоянном токе необходимо преобразовать электрическую энергию из переменного тока в постоянный (с помощью выпрямителя) и обратно (с помощью инвертора).

а

б

Рисунок. Схемы организации передачи электрической энергии на переменном (а) и постоянном (б) токе: Г – генератор (источник энергии), Т1 – повышающий трансформатор, Т2 – понижающий трансформатор, В – выпрямитель, И – инвертор, Н – нагрузка (потребитель).

Преимущества передачи электроэнергии по ВЛ на постоянном токе следующие:

1. Строительство воздушной линии дешевле, так как передачу электроэнергии на постоянном токе можно осуществлять по одному (монополярная схема) или двум (биполярная схема) проводам.
2. Передачу электроэнергии можно осуществлять между несинхронизированными по частоте и фазе энергосистемами.
3. При передаче больших объемов электроэнергии на большие расстояния потери в ЛЭП постоянного тока становятся меньше чем при передаче на переменном токе.
4. Предел передаваемой мощности по условию устойчивости энергосистемы выше, чем у линий переменного тока.

Основной недостаток передачи электроэнергии на постоянном токе это необходимость применения преобразователей переменного тока в постоянный (выпрямителей) и обратно, постоянного в переменный (инверторов), и связанные с этим дополнительные капитальные затраты и дополнительные потери на преобразование электроэнергии.

ВЛ постоянного тока не получили в настоящее время широкого распространения, поэтому в дальнейшем мы будем рассматривать вопросы монтажа и эксплуатации ВЛ переменного тока.

II. По назначению

• Сверхдальние ВЛ напряжением 500 кВ и выше (предназначены для связи отдельных энергосистем).
• Магистральные ВЛ напряжением 220 и 330 кВ (предназначены для передачи энергии от мощных электростанций, а также для связи энергосистем и объединения электростанций внутри энергосистем — к примеру, соединяют электростанции с распределительными пунктами).
• Распределительные ВЛ напряжением 35 и 110 кВ (предназначены для электроснабжения предприятий и населённых пунктов крупных районов — соединяют распределительные пункты с потребителями)
• ВЛ 20 кВ и ниже, подводящие электроэнергию к потребителям.

III. По напряжению

1. ВЛ до 1000 В (низковольтные ВЛ).
2. ВЛ выше 1000 В (высоковольтные ВЛ):
3. ВЛ среднего класса напряжений (ВЛ 1-35 кВ)

Аббревиатура ЛЭП расшифровывается как линия электропередачи. Это один из основных компонентов электрической сети, предназначенный для передачи энергии между элементами. От обычных электрических линий ЛЭП отличаются тем, что они не входят в состав станции или подстанции. Основное назначение таких конструкций — передача тока от электростанций и его распределение между потребителями.

Типы и виды

ЛЭП можно разделить на две большие группы — воздушные и подземные. Они классифицируются по множеству признаков, начиная от предназначения и заканчивая параметрами тока. Различные типы устройств используются для разных целей. Они проводят электроэнергию к жилым домам, предприятиям, фонарям, магазинам, рекламным щитам и прочим сооружениям.

Различия по роду тока

В зависимости от рода тока, выделяют два вида линий передачи электроэнергии. Первый из них — это ЛЭП постоянного тока. Такие конструкции позволяют минимизировать потери при транспортировке энергии, потому эффективны для передачи тока на большие расстояния. Этот тип электроустановок очень распространён в европейских странах, но в Российской Федерации таких ЛЭП всего несколько штук. В частности, на постоянном токе работают некоторые элементы железных дорог.

Второй тип линий — это ЛЭП постоянного тока, в которых энергия не меняет своей величины и направления вне зависимости от времени. Именно они составляют основную массу подобных конструкций в РФ. Их легче строить и обслуживать, но потери при транспортировке тока ими бывают довольно большими — около 12 кВт/км за год на ЛЭП с напряжением 500 кВ.

Классификация по назначению

По предназначению ЛЭП делятся на несколько групп, характеризующих расстояние, на которое они эффективно передают ток. По этому признаку выделяют такие типы линий:

• Сверхдальние. Напряжение таких линий составляет 550 киловольт и более. Используются для передачи тока на очень большие расстояния. Обычно нужны для того, чтобы связывать различные энергосистемы или их части.
• Магистральные. ЛЭП с напряжением 220 или 330 кВ. Связывают между собой крупные энергетические центры или разные системы.
• Распределительные. К этой группе относятся линии с напряжением в 35, 110 и 150 кВ. Используются для соединения районов и небольших питающих центров в их границах.
• Подводящие электроэнергию к потребителям. Напряжение — 20 кВ или ниже, наиболее распространены варианты на 6 и 10 кВ. Эти линии подводят ток к распределительным пунктам, а затем и к потребителям.

Линии электропередач, находящие в городской черте, чаще всего относятся к последнему типу. Именно от них отходят кабеля, которые обеспечивают электричеством жилые дома и прочие городские здания.

Режим работы нейтралей

От режима нейтралей зависит безопасность ЛЭП, а также работа защитных механизмов, которые отключают оборудования при замыканиях и прочих поломках. По этому признаку все линии делятся на три типа:

• С изолированной нейтралью. Обычно это сети с низкой мощностью и напряжением до 30 кВ. В них трансформаторы не соединены с заземлителем, потому такие ЛЭП не отключаются при однофазных коротких замыканиях и разрыве провода.
• С эффективно заземлённой нейтралью. Обычно такая защита применяется в ЛЭП с напряжением в 110 кВ и выше. Часть такой электросети подключена к заземлителям, но не на всех участках. Это обеспечивает аварийное отключение электричества при коротких замыканиях.
• С глухозаземлённой нейтралью. Вся ЛЭП полностью заземлена, что обеспечивает максимальную защит от коротких замыканий. Применяется в сетях с мощностью менее 1000 В или более 220 кВ.

Провода сетей, в которых нейтраль просто изолирована, могут находиться под напряжением. Потому прикасаться к ним нельзя, особенно если они оборваны и лежат на земле.

Напряжение сети

Ещё один важный параметр ЛЭП — это напряжение сети. По этому признаку линии условно делятся на такие типы:

• с низким напряжением — до 1000 В;
• со средним — 6, 10, 20, 27 и 35 кВ;
• с высоким — 110, 150 и 220 кВ;
• со сверхвысоким — 330, 400 и 500 кВ;
• с ультравысоким — в 750 и 1150 кВ.

Встречается также классификация ЛЭП по аварийному состоянию. Рабочая линия должна быть замкнута с обеих сторон и пропускать ток нагрузки. Неработающая конструкция может находиться в резерве или консервации, а также просто быть сломанной и требовать ремонта.

Воздушные линии

Согласно устоявшемуся определению, воздушная линия электропередач — это устройство, предназначенное для передачи или распределение электроэнергии по проводам, находящимся в воздухе. Кабеля этой сети закреплены на опорах с помощью кронштейнов, изоляторов и арматуры. Отдельные участки воздушных линий (ВЛ) могут проходить по мостам или путепроводам. Состоят такие конструкции из следующих элементов:

• Провода. Прочные изолированные кабеля, изготовленные из меди, стали, алюминия или их сплавов-проводников. Могут состоять из нескольких жил. Отличаются друг от друга параметрами сечения, бывают изолированными и неизолированными. Провода для ВЛ обязательно должны быть прочными и устойчивыми к механическим воздействиям.
• Опоры. Изготавливают из металла, железобетонных блоков, дерева или композитных материалов. Обеспечивают необходимое расстояние между проводами и землёй. Состоят из фундамента, стойки, подкосов и растяжек. Особенности строения конструкций зависят от предназначения (некоторые из них перенаправляют ток, замыкают электросеть, служат в качестве проводников и так далее). Высота самых больших опор может достигать до 300 метров. Их стараются максимально адаптировать под местность, учитывая все особенности ландшафта.
• Траверсы. Особые элементы арматуры, задача которых — закрепить провода так, чтобы обеспечить соблюдение нужного расстояния между разноимёнными фазами. Бывают разных форм и размеров — всего насчитывается около 20 разновидностей весом от 10 до 50 кг. Определить тип можно по маркировке. Поверхность изделий окрашена или оцинкована.
• Изоляторы. Нужны для обеспечения надёжного и безопасного крепления проводов. Должны быть прочными и теплостойкими. Различаются по назначению и способу крепления к траверсам — точную модель можно узнать, посмотрев на маркировку. Изготавливаются из изолирующих материалов, таких как фарфор, стекло и различные полимеры.
• Другая арматура. К ней относятся зажимы, подвесы, крепёжный устройства, планки, распорки прочие детали. Они могут использоваться уменьшения вибрации линии, предотвращения изломов и каких-либо других целей.
• Изоляционные и защитные механизмы. Среди них можно выделить гирлянды изоляторов, заземляющие контуры, молниеотводы, вентильные разрядники, гасители вибрации и прочие структуры.

Согласно действующему регламенту, все ВЛ должны проходить техобслуживание раз в полгода и каждый год осматриваться электриками и инженерами. Иногда проводятся также внеочередные проверки сети — это происходит в связи с пожарами, наводнениями, сильными похолоданиями и прочими природными и техногенными авариями, а также после аварийного выключения. Во время осмотров происходит устранение таких проблем:

• наличие на проводах посторонних предметов;
• обрывы, перегорания или другие повреждения отдельных проводков;
• отклонения в регулировке стрел провеса на более чем 5% от проектных;
• механические повреждения или перекрытие изоляторов, разрядников, гирлянд и прочих функциональных элементов;
• поломки опор.

Кроме того, рабочие обязаны следить за соблюдением правил, относящихся к охранной зоне объекта. У обычных ЛЭП она ограничивается 2 метрами вокруг сооружения, но у высоковольтных линий может достигать 10—55. В охранной зоне запрещается высаживать деревья и кустарники, выбрасывать мусор, проводить земляные работы и возводить любые сооружения, ограничивающие доступ к ВЛ. Любое строительство в этой области необходимо согласовывать с ответственными лицами обслуживающего предприятия.

Кабельные системы электропередачи

Линий электропередачи бывают не только воздушными, но и кабельными. Они представляют собой силовые провода, проложенные в земле или под ней. Элементы таких сетей могут располагаться также под водой или в частях зданий и прочих сооружений. В сравнении с воздушными ЛЭП, наземные КЛ (расшифровка этой аббревиатуры — кабельные линии) отличаются следующими преимуществами:

• защита от погоды, ударов молнии, падений веток и деревьев, а также прочих негативных внешних воздействий;
• меньшая площадь, а также возможность более свободно сочетать линию с другими сооружениями;
• безопасность для людей и животных.

По условиям прохождения кабельные линии делятся на подземные, подводные и располагающиеся в строениях. Их классификация по назначению, напряжению и характеру тока идентичная таковой у ВЛ. Различают также несколько видов КЛ с разным типом изоляции. Среди них можно выделить:

• Резиновую. Отличается гибкостью и эластичностью. Довольно надёжна, но имеет низкий срок эксплуатации и требует постоянной замены.
• Из ПВХ. Вариант с низкой ценой, высокой эластичностью и неплохой надёжностью. Используется чаще всего.
• Полиэтиленовую. Применяется для линий, проложенных в агрессивных условиях и контактирующих с кислотами и щёлочами. Изоляция из невулканизированного полиэтилена разрушается от воздействия высоких температур.
• Бумажную. Используется редко. Бумагу пропитывают особым химическим составом, который придаёт ей изоляционные свойства.
• Фторопластовую. Надёжный и устойчивый к механическим, температурным и другим повреждениями тип изоляции.
• Масляную. Требует специальной аппаратуры, которая будет поддерживать нужное давление масла. Сейчас не производится и постепенно демонтируется, заменясь другими видами. Причиной отказа от такой изоляции является низкая надёжность и пожароопасность.

Для того чтобы проложить подземную линию электропередач, используются различные виды сооружений. Они необходимы чтобы провода можно было обслуживать и чинить в случае необходимости. Наиболее распространены такие виды конструкций:

• Туннели. Закрытые коридоры, в которых расположены заранее установленные конструкции, предназначенные для крепления кабелей. Эти туннели довольно просторные — по ним может свободно ходить взрослый человек. Это необходимо для обеспечения комфортных условия для ремонта, монтажа и технического обслуживания кабелей.
• Каналы. Конструкции, проведённые на небольшой глубине под землёй. Могут прокладываться как в почве, так и под напольным покрытием. Ходить и перемещаться по этим каналам, в отличие от туннелей, невозможно. Если к ним почему-то понадобится доступ, покрытие придётся снимать.
• Шахты. Вертикальные коридоры с прямоугольным сечением. Бывают разных размеров — самые большие снабжаются лестней, с помощью которой человек может попасть к проводам. Маленькие непроходные шахты тоже существуют — чтобы проводить ремонтные работы в них, необходимо снять одну из стенок.
• Кабельные этажи. Это небольшие технические комнаты со стандартной высотой в 1,8 м. Их верхняя и нижняя поверхность представляет собой плиты перекрытия.
• Блоки для кабеля. Сложная конструкция, состоящая из нескольких колодцев и труб прокладки.
• Камеры. Располагающиеся под землёй конструкции, накрытое плитой из железобетона. Обычно служит для соединения нескольких участков КЛ между собой.
• Эстакады и галереи. Горизонтальные наклонные сооружения. Бывают как проходными, так и непроходными, а также наземными или подземными. Различие между ними состоит в том, что эстакада — открытая конструкция, а галерея — закрытого.

Во время сооружения кабельных конструкций инженеры уделяют повышенное внимание пожарной безопасности. В частности, температура внутри них не должна сильно превышать таковую у окружающей среды — допустимое отклонение составляет 10 °C летом. Это связано с тем, что пожары на КЛ трудно тушить, и они очень быстро распространяются.