Сети различного класса напряжения
Класс напряжения представляет в общем случае численное значение напряжения, применяемое в электрических сетях при передаче энергии потребителям.
Необходимость введения такого понятия в физике была обусловлена повышением эффективности распределения электрической энергии и снижением потерь при ее передаче. Решение такой практической задачи привело к классификации линий электропередач по участкам.
Определение понятия и классификация классов напряжения
В зависимости от классификации электросетей, изменяться будут и классы напряжения. Модернизация электрических сетей энергетическими компаниями приводит к повышению класса напряжения. Это обусловлено стремлением сократить расходы и потери при транспортировке электрической энергии непосредственно к потребителю.
Передача электрической мощности (если напряжение при этом низкое) приводит к большим ее потерям из-за высоких значений протекающего тока. Формула $\Delta S=I^2R$ показывает потерю мощности в зависимости от протекающего тока и сопротивления линии. Снижению потерь способствует уменьшение протекающего тока: так, если уменьшить ток в 2 раза, потери мощности снизятся в 4 раза.
Формула полной электрической мощности записывается следующим образом:
Передача аналогичной мощности при пониженном токе потребует повышения напряжения во столько же раз. Большие мощности, таким образом, целесообразно передавать, если напряжение будет высоким. Строительство высоковольтных сетей, в то же время, сопровождается многими техническими трудностями. Более того, непосредственное потребление электрической энергии при высоком напряжении будет достаточно проблематичным для конечного потребителя.
Это способствовало разделению сетей на участки в соответствии с классом напряжения (т.е. уровнем). Трёхфазные сети, чья задача заключается в передаче больших мощностей, имеют такие классы напряжения:
Готовые работы на аналогичную тему
- свыше 750 кВ (1150 и 1500) (класс считается ультравысоким;
- ниже 750 кВ (500 кВ, 400 кВ) (это европейский стандарт, сам класс называется сверхвысоким);
- 330 кВ, 220 кВ, 150 кВ, 110 кВ – класс высокого напряжения;
- 35 кВ, 33 кВ, 20 кВ — класс среднего первого напряжения;
- 10 кВ, 6 кВ, 3 кВ – класс среднего второго напряжения;
- 24 кВ, 22 кВ, 18 кВ, 15,75 кВ (считается наиболее распространенным) – класс напряжения на выводах генераторов;
- 0,69 кВ (европейский промышленный стандарт), 0,4 кВ (основной стандарт), 0,23 кВ, 110 В (старый европейский стандарт) и ниже – класс низкого напряжения.
Классификация электрических сетей для классов напряжения
Классы напряжения классифицируют следующим образом:
- в зависимости от области применения и назначения;
- согласно масштабным признакам и размерам сети;
- по роду тока.
Согласно первому пункту, существуют сети:
- Общего назначения (снабжение электричеством в бытовом, промышленном, сельскохозяйственном и транспортном формате).
- Автономного электроснабжения (для мобильных и автономных объектов, таких как, суда, космические аппараты и др.).
- Технологических объектов (для производственных объектов, а также других инженерных сетей).
- Контактные (с целью передачи электроэнергии на транспортные средства, например, локомотивы или трамваи).
Согласно второму пункту, сети бывают:
- Магистральными (для связи отдельных регионов с центрами потребления, характеризуются высоким и сверхвысоким уровнями напряжения, а также большими потоками мощности).
- Региональными (питаются от магистральных сетей и ориентированы на обслуживание крупного потребителя (город, район и т.д.), характеризуются средним и высоким уровнями напряжения, потоки мощности при этом большие).
- Районными (питание осуществляется от региональных сетей, собственных источников питания обычно не имеют, ориентированы на обслуживание малого и среднего потребителя), характеризуются низким и средним уровнями напряжения, а также незначительными потоками мощности;
- Внутренними (их задача заключается в распределении электроэнергии на небольших пространствах (в пределах города или отдельно взятого района), иногда имеют собственный (резервный) источник питания, характеризуются незначительными потоками мощности и низким уровнем для напряжения).
- Сетями самого нижнего уровня (электрическая проводка), питают отдельное здание, цех или помещение, речь идет о малых потоках мощности и низком уровне (бытовом) напряжения.
Читайте также: Ryzen 5 3600 какое напряжение в биосе
Согласно третьему пункту, ток бывает:
- переменным трехфазным (передача тока идет по трем проводам со смещением фазы переменного тока в каждом из них на 120 градусов относительно других), каждый провод в нем считается фазой с определенным напряжением, выступающей в роли 4-го проводника;
- переменным однофазным (ток передается по двум проводам за счет бытовой электропроводки от подстанции или распределительного щита);
- постоянным током (для некоторых сетей автономного электроснабжения и ряда специальных сетей сверхвысокого напряжения).
Мощность трехфазного переменного тока выражается формулами:
Где $U$ и $I$ — это линейное напряжение и ток соответственно, а $\varphi$ — угол сдвига фаз между векторами напряжений и токов для одноименных фаз.
Конструкция ЛЭП для разных классов напряжения
Конструкция ЛЭП считается индивидуальной для каждого из классов напряжений. Низковольтные линии, например, размещают на одиночных столбах, вкопанных в грунт. Шаговое напряжение здесь окажется не очень большим при аварийной ситуации, а защита будет обеспечена местным заземленным громоотводом.
Линии до 20 кВ по конструкции мало отличаются от вышеописанных. При этом увеличиваются размеры столбов, изоляторы, а также расстояние между кабелями. Экономически неоправданным здесь считается использование молниезащитных тросов, поэтому они не используются.
Начиная с линий 35 кВ, конструкция усложняется, в особо опасных районах (защита от грозы) подвешивают молниезащитные стальные тросы, столбы ставят из материалов с повышенной прочностью на излом, между проводами создают мощную изоляцию за счет специальных изоляторов, закрепленных на траверсах.
На ЛЭП с классом напряжения 110 кВ молниезащитные тросы подвешивают уже по всей длине. Линии на 330 кВ имеют высокие и мощные арочные столбы, при этом количество изоляторов здесь увеличено с целью блокировки возникновения электрической дуги и снижения коронных разрядов.
Класс напряжения
Класс напряжения — это типовое значение линейного (междуфазного) напряжения в электрических сетях, которое является номинальным для различных групп оборудования: трансформаторов, линий, генераторов, реакторов и прочих. Класс напряжения определяет требуемый уровень электрической изоляции электрооборудования. Порядок класса напряжения определяет то, для каких целей и задач применяется это оборудование. В частности, низкие напряжения используются для распределения мощности между мелкими потребителями на малые расстояния, средние классы — для распределения мощности между средними потребителями и группами потребителей на умеренной дистанции, высокие и сверхвысокие классы — для распределения мощности между крупными потребителями и для передачи мощности на большие расстояния. Иными словами низкие и средние классы напряжения характерны для распределительных сетей, в то время как высокие и сверхвысокие классы — для системообразующих сетей, связывающих отдельные энергосистемы.
Необходимость применения различных классов напряжения
На заре электроэнергетики, когда идея объединенных энергосистем ещё не возникла, электрические сети использовались изолированно на отдельных предприятиях, аналогично тому, как до этого применялись механические передаточные системы. Каждое из предприятий стремилось построить свою собственную станцию и управлять её самостоятельно. Идею электростанции, как независимого объекта, имеющего своей целью исключительно выработку и продажу электроэнергии как товара, одним из первых предложил Сэмюэль Инсулл [1] . И если прежде низких классов напряжения, которые могли быть различны, было достаточно для нужд промышленности, поскольку задачи совместной работы предприятий не стояло, то теперь в новых реалиях возникло два ключевых вопроса: как передать мощность от электростанций сразу нескольким потребителям — проблема удаленности источников электроэнергии от районов потребления, и как обеспечить совместимость по напряжению всех используемых установок?
Читайте также: Реле напряжения 220 в для дома в щиток
Если второй вопрос разрешился с точки зрения электроэнергетики сравнительно просто: был введен стандарт на классы напряжения, что обеспечило их совместимость, то первый из них оказывается напротив крайне сложным, поскольку передача на большое расстояние создает сразу несколько инженерных проблем. Ниже приводятся основные их них:
Чем выше напряжение, тем меньше потери мощности. Данную закономерность хорошо описывает формула потерь в элементе сети по параметрам конца передачи:
где [math]\Delta\dot [/math] — потери мощности в передаче, МВА; [math]P[/math] , [math]Q[/math] — мощности в конце передачи, МВт и МВар; [math]V[/math] — модуль напряжения в конце передачи, кВ; [math]R[/math] , [math]X[/math] — активное и реактивное сопротивления передачи, Ом. Эта формула очевидно показывает, что при передаче одной мощности при увеличении напряжения потери мощности квадратично уменьшаются.
Чем выше напряжение, тем выше предел передаваемой мощности. Для любой передачи существует предел передаваемой активной мощности, определяемые статической устойчивостью, который в простейшем случае на основании уравнения угловой хараткеристки передачи определяется следующим выражением:
[math]\displaystyle P_ = \frac ,[/math]
где [math]U_1, U_2[/math] — напряжения по концам передачи, кВ; [math]X[/math] — реактивное сопротивление передачи, Ом; [math]P_ [/math] — предел передаваемой мощности мередачи, МВт. Нетрудно видеть, что с ростом напряжения предел передаваемой мощности квадратично растет.
Наиболее рациональный класс напряжения с точки зрения минимума потерь и капиталловложений определяется на этапе долгосрочного планирования режимов работы электрической сети.
Классификация классов напряжения
По уровню напряжения все классы напряжения условно разделяют на следующие группы:
- Ультравысокий класс напряжения — от 1000 кВ.
- Сверхвысокий класс напряжения — от 330 кВ до 750 кВ.
- Высокий класс напряжения — от 110 кВ до 220 кВ.
- Средний класс напряжения — от 1 кВ до 35 кВ.
- Низший класс напряжения — до 1 кВ.
Максимально допустимые рабочие напряжения превышают номинальные значения на 15 % [math](U_ >\le 220\text )[/math] , на 10 % [math](220 \lt U_ > \lt 500\text )[/math] и на 5 % [math](500 \le U_ >\text )[/math] . Шкалы номинальных напряжений генераторов и вторичных обмоток трансформаторов выбраны выше на 5—10 % номинальных напряжений потребителей, линий электропередачи, первичных обмоток трансформаторов с целью облегчения поддержания номинального напряжения у потребителей.
| Классы напряжения | ||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Класс напряжения, кВ | 0,22 | 0,38 | 0,66 | 3 | 6 | 10 | 13,8 | 15,75 | 18 | 20 | 35 | 110 | 150 | 220 | 330 | 500 | 750 | 1150 |
| Максимально допустимое рабочее напряжение, кВ | 0,253 | 0,437 | 0,759 | 3,6 | 6,9 | 11,5 | 15,87 | 18,11 | 20,7 | 23 | 40,5 | 126 | 172 | 252 | 363 | 525 | 787 | 1207,5 |
| Электрические сети, кВ | 0,22 | 0,38 | 0,66 | 3 | 6 | 10 | — | — | — | 20 | 35 | 110 | 150 | 220 | 330 | 500 | 750 | 1150 |
| Генератор, кВ | 0,23 | 0,4 | 0,69 | 3,15 | 6,3 | 10,5 | 13,8 | 15,75 | 18 | 20 | — | — | — | — | — | — | — | — |
| Первичная обмотка трансформатора, кВ | 0,22 | 0,38 | 0,66 | 3; 3,15 | 6; 6,3 | 10; 10,5 | 13,8 | 15,75 | 18 | 20 | 35 | 110; 115 | 150; 158 | 230 | 330 | 500 | 750 | 1150 |
| Вторичная обмотка трансформатора, кВ | 0,23 | 0,4 | 0,69 | 3,15; 3,3 | 6,3; 6,6 | 10,5; 11 | — | — | — | 22 | 36,75; 38,5 | 115; 121 | 158; 165 | 242 | 347 | 525 | 787 | — |
Комментарии к вопросу о классах напряжения
Учёт режима работы нейтрали
При расчетах коротких замыканий следует обращать особое внимание на класс напряжения, поскольку в зависимости от класса может быть различным режим работы нейтрали в сети. В частности, на низших и средних классах напряжения нейтраль в подавляющем большинстве случаев оказывается изолированной — это позволяет при адекватных затратах на повышенный уровень изоляции облегчить режим работы сети, а именно фактически исключить фактор однофазных замыканий, которые, являясь наиболее вероятными среди оных в сетях всех уровней, при изолированной нейтрали не представляют существенной угрозы и, что особенно важно, не приводят к нарушению электроснабжения потребителей [2] . Таким образом, для расчётчика класс напряжения должен в данной ситуации, как минимум, указать на необходимость уточнения состояния нейтрали и учет этого фактора в дальнейших расчётах.
Читайте также: Какое напряжение допускается для освещения смотровых канав мчс
Повышенное напряжение базисного узла
Во многих практических расчётах можно столкнуться с тем, что напряжение базисного узла задается повышенным и редко совпадает с номинальной величиной. В частности, для сетей 110 кВ величина составляет 115 (121) кВ, для сетей 220 кВ — 230 (242) кВ. Объяснений данному факту может быть несколько.
В первую очередь это может быть обусловлено тем, что в соответствии с указаниями по расчёту коротких замыканий при учете тока подпитки от внешней системы необходимо задавать напряжение этой системы выше номинала на 5 %. Эта мера направлена на намеренное завышение расчётного тока короткого замыкания, чтобы исключить неопределенность, связанную с составом оборудования и режимом внешней сети.
Второе объяснение менее убедительно по сравнению с первым, но имеет под собой вполне логичное основание. Как правило, базисный узел задается на шинах мощной электростанции района, либо на шинах подстанции высокого или сверхвысокого напряжения, связывающей район с внешней системой. Опыт расчётов подсказывает, что в большинстве случаев мощность именно вытекает из базисного узла, а не наоборот. В начале передачи, опять же как правило, напряжение выше, чем на приемном конце, а на электростанции напряжения в нормальном режиме выше, чем у потребителей. Таким образом, умышленное завышение напряжения базисного узла имеет своей целью отразить указанную физическую закономерность.
Цветовое обозначение классов напряжения
В отечественной практике расчётов и управления энергосистемами при графическом отображении электрических схем сетей и систем принято использовать унифицированное цветовое обозначение классов напряжений. При этом есть несколько стандартов и несколько вариантов цветовых схем классов напряжения, в частности внимания заслуживают прежде всего Стандарт СО ЕЭС и Стандарт ФСК ЕЭС. Таблицах ниже указаны общепринятые цветовые обозначения раздичных классов напряжения по этим стандартам [3] [4] .
| Цветовая схема согласно стандарту СО ЕЭС | ||
|---|---|---|
| Класс напряжения | Образец цвета | Цвет в системе RGB |
| 1150 кВ | 205:138:255 | |
| 750 кВ (800 кВ ППТ) | 065:065:240 | |
| 500 кВ | 184:000:000 | |
| 400 кВ (ЛЭП, цепи ППТ) | 135:253:194 | |
| 330 кВ | 000:204:000 | |
| 220 кВ | 204:204:000 | |
| 128:128:000 | ||
| 150 кВ | 170:150:000 | |
| 110 кВ | 070:153:204 | |
| 27 — 60 кВ | 194:090:090 | |
| 6 — 24 кВ | 164:100:164 | |
| Генераторное напряжение | 204:100:204 | |
| Без напряжения | 204:204:204 | |
| 150:150:150 | ||
| Заземлено | 255:153:000 | |
| Перегрузка | 255:000:000 | |
| Неизвестно | 140:140:140 | |
| Цветовая схема согласно стандарту ФСК ЕЭС | ||
|---|---|---|
| Класс напряжения | Образец цвета | Цвет в системе RGB |
| 1150 кВ | 205:138:255 | |
| 750 кВ (800 кВ ППТ) | 000:000:200 | |
| 500 кВ | 165:015:010 | |
| 400 кВ | 240:150:30 | |
| 330 кВ | 000:140:000 | |
| 220 кВ | 200:200:000 | |
| 150 кВ | 170:150:000 | |
| 110 кВ | 000:180:200 | |
| 35 кВ; 20 кВ | 130:100:050 | |
| 10 кВ | 100:000:100 | |
| 6 кВ | 200:150:100 | |
| до 1 кВ | 190:190:190 | |
| Генераторное напряжение | 230:070:230 | |
| Обесточено | 255:255:255 | |
| Заземлено, ремонт | 205:255:155 | |
Разница палитр, как не трудно заметить, не драматична и не препятствует использованию ни одной из них, но предагаемый стандартом ФСК вариант, подразумевает работу в программном комплексе с черным фоном, из-за чего обесточенные участки предлагается показывать белым цветом. Таким образом, ориентация на цветовую схему стандарта СО ЕЭС является более удобной для рядовых расчётов. Категорически соблюдать требования к классам напряжения необходимо только при сотрудничестве непосредственно с соответствующими организациями.
- Напряжение
- Реле
- Трансформатор
- Что такое рекуперация на электровозе
- Чем отличается электровоз от тепловоза
- Чем глушитель отличается от резонатора
- Стойки стабилизатора как определить неисправность
- Стабилизатор поперечной устойчивости как работает
Классы электрического напряжения
Электрическая сеть – совокупность электроустановок для передачи и распределения электроэнергии, включающая в себя подстанции, распределительные пункты, воздушные (ВЛ) и кабельные линии (КЛ) электропередачи, токопроводы.
По функциональному назначению сети подразделяются на системообразующие, питающие и распределительные.
Системообразующими называются сети, предназначенные для объединения электростанций и энергосистем на параллельную работу (сети 330 кВ и выше).
Питающие – сети, в которых электроэнергия передается от подстанций системообразующей сети или от шин 110…220 кВ крупных электростанций к центрам питания распределительных сетей на большие расстояния.
Распределительными называются сети, предназначенные для распределения электроэнергии между электроприемниками. К ним относятся городские и сельские электрические сети, а также сети промышленных предприятий. Центры питания таких сетей, как правило, расположены на небольшом расстоянии от большого количества электроприемников.
Конфигурация распределительных сетей
По конфигурации распределительные сети могут быть:
Читайте также: Осветительные приборы и установки, их классификация и характеристики
- Разомкнутыми (радиальными и магистральными);
- Замкнутыми.
По схеме мы видим, что радиальная схема больше по длине и на реализацию радиальной схемы требуется больше, проводников, коммутационного оборудования, опор, изоляторов и т.п. оборудования. Как следствие, радиальная схема РС дороже магистральной схемы. Но по той, же схеме, мы видим, что при выходе из строя любого промежуточного участка магистральной сети, обесточит следующие участки сети, что говорит о её меньшей надежности.
Примечание: На самом деле, на практике применяются комбинированные схемы распределительных сетей, называемые резервные распределительные сети.
Советуем изучить — Какие бывают виды и типы автоматических выключателей в электрических сетях
Номинальные напряжения электрических сетей
Для сетей переменного тока стандартный ряд номинальных напряжений: 220/127, 380/220, 660/380 В; 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ.
У напряжений до 1000 В в числителе указано линейное, а в знаменателе – фазное напряжение. Выше 1000 В указывается только линейное напряжение.
Системы напряжений 220/127 В, 3 кВ и 150 кВ при проектировании на перспективу не используются. Система 380/220 В применяется для питания большинства промышленных и бытовых потребителей. Напряжение 660/380 В используется в промышленности и при разработке полезных ископаемых.
Классы напряжений 6 и 10 кВ применяются для распределения электроэнергии на промышленных предприятиях, а также в сельскохозяйственных и городских сетях. Преимущественно используется напряжение 10 кВ. Напряжение 20 кВ имеет малое распространение; 35, 110 и 220 кВ – напряжения питающих сетей. Напряжения 330, 500, 750 и 1150 кВ используются для создания системообразующих сетей и для передачи электроэнергии на большие расстояния. Напряжения 330, 500 и 750 кВ применяются также для выдачи мощности на крупных ЭС.
В зависимости от номинального напряжения все сети подразделяются на сети низкого напряжения (до 1000 В), сети высокого напряжения (от 1000 В до 220 кВ включительно) и сети сверхвысокого напряжения (330 кВ и выше).
При увеличении номинального напряжения сети возрастает стоимость электрооборудования. С другой стороны, при снижении напряжения увеличиваются потери мощности и энергии, т. к. возрастает ток при той же передаваемой мощности.
Напряжение, при котором затраты имеют минимум, называется рациональным. Рациональное напряжение зависит от длины линий и передаваемой мощности.
Классификация электрических сетей по принципу построения
По принципу построения подразделяют электрические сети на замкнутые и разомкнутые.
Разомкнутая сеть – это совокупность разомкнутых линий получающих питание от одного общего источника питания ИП с одной стороны (рисунок ниже):
Читайте также: Как реализовывается управление освещением уличным
Ее главным недостатком можно назвать прекращения питания всех электроприемников участка, на котором произошло отключение при обрыве линии.
В замкнутой системе все наоборот — питание поступает от двух источников ИП и при обрыве магистрали в любом месте питание электроприемников не прекратится. Ниже показана простейшая схема замкнутой сети:
Например, в случае обрыва магистрали в точке К электроприемники 1,2,3,4 будут получать питание по верхней магистрали, а 5,6,7,8 по нижней. В зависимости от требований надежности электроснабжения замкнутые системы могут иметь один и более источников питания. Ниже показан пример схемы с двухсторонним питанием:
Сведения о конструкциях линий электропередач
По конфигурации электрические сети подразделяются на замкнутые и разомкнутые. Примеры сетей различной конфигурации показаны на рис. 1.
Рис. 1. Примеры сетей различной конфигурации: а – разомкнутая сеть; б – простая замкнутая сеть; в – сложнозамкнутая сеть
Разомкнутой называется сеть, которая не содержит замкнутых контуров (за исключением контуров, образуемых разными фазами, а также фазой и нулем). В таких сетях потребители могут получать питание только с одной стороны.
Замкнутой называется сеть, содержащая хотя бы один контур. При этом часть потребителей получает питание с двух и более сторон. Эти сети, в свою очередь, подразделяются на простые замкнутые, которые содержат только один контур, и сложнозамкнутые, содержащие два и более контура.
Воздушные линии включают в себя следующие конструктивные элементы: провода, тросы, опоры, изоляторы и линейную арматуру.
Провода предназначены для передачи электроэнергии. Они могут быть изолированными (для ВЛЗ и ВЛИ) и неизолированными.
Тросы воздушных линий располагаются в верхней части опор и служат для защиты линии от прямых ударов молнии.
Опоры ВЛ предназначены для поддержания проводов и тросов. Опоры подразделяют на анкерные, промежуточные, прямые и угловые. Также существуют специальные виды опор: переходные, транспозиционные и ответвительные. Опоры изготавливают из дерева (до 110 кВ), металлическими (35 кВ и выше) и железобетонными (до 500 кВ).
Изоляторы предназначены для крепления проводов к опорам и для изоляции проводов от опор. Изоляторы подразделяются на штыревые (используются до 35 кВ) и подвесные (35 кВ и выше). Подвесные изоляторы собирают в гирлянды. Число изоляторов в гирлянде зависит от класса напряжения и вида опор.
Читайте также: Поздравление с днем энергетика??50 различных пожеланий со смыслом
Линейная арматура включает в себя зажимы, сцепную арматуру, гасители вибраций и демпфирующие петли, а также распорки. Зажимы предназначены для крепления проводов к изоляторам. Сцепная арматура служит для подвески гирлянд на опорах, для соединения многоцепных гирлянд между собой и для соединения проводов и тросов. Распорки используются для фиксации расщепленных проводов фаз относительно друг друга.
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). 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, т. к. благодаря одинаковому тяжению проводов по обеим сторонам она при необорванных проводах не испытывает усилий вдоль линии. Промежуточные опоры составляют 80…90 % общего числа опор.
Рис. 2. Схема анкерного пролета ВЛ и пролета пересечения с железной дорогой
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 α в плане линии (рис. 3), дополненный до 180° к внутреннему углу β линии. Траверсы угловой опоры устанавливают по биссектрисе угла β.
Рис. 3. Угол поворота ВЛ: 1 – подножники опоры; 2 – траверса; 3 – петля
Угловые опоры могут быть анкерного и промежуточного типа. Кроме нагрузок, воспринимаемых промежуточными опорами, на угловые опоры действуют также нагрузки от поперечных составляющих тяжения проводов и тросов. Чаще всего при углах поворота линий до 20° применяют угловые опоры анкерного типа.
На ВЛ применяются специальные опоры следующих типов: транспозиционные – для изменения порядка расположения проводов на опорах; ответвительные – для выполнения ответвлений от основной линии; переходные – для пересечения рек, ущелий и т. д.
Транспозицию применяют на линиях напряжением 110 кВ и выше протяженностью более 100 км для того, чтобы сделать емкость и индуктивность всех трех фаз цепи ВЛ одинаковыми. При этом на опорах последовательно меняют взаимное расположение проводов по отношению друг к другу на разных участках линии: провод каждой фазы проходит одну треть длины линии на одном, вторую – на другом и третью – на третьем месте. Такое тройное перемещение проводов называют циклом транспозиции (рис. 4).
Рис. 4. Цикл транспозиции проводов одоноцепной линии
Наиболее распространенные расположения проводов и грозозащитных тросов на опорах изображены на рис. 5. Расположение проводов треугольником (рис. 5, а) применяют на ВЛ напряжением 10 кВ и на одноцепных ВЛ напряжением 35…330 кВ с металлическими и железобетонными опорами. Горизонтальное расположение проводов (рис. 5, б) используют на ВЛ напряжением 35…220 кВ с деревянными опорами и на ВЛ напряжением 330 кВ. Это расположение проводов позволяет применять более низкие опоры и уменьшает вероятность схлестывания проводов при образовании гололеда и пляске проводов. Поэтому горизонтальное расположение предпочтительнее в гололедных районах.
На двухцепных ВЛ расположение проводов обратной елкой удобнее по условиям монтажа (рис. 5, в), но увеличивает массу опор и требует подвески двух защитных тросов. Наиболее экономичны двухцепные ВЛ напряжением 35…330 кВ на стальных и железобетонных опорах с расположением проводов бочкой (рис. 5, г).
Деревянные опоры применяют на ВЛ напряжением до 35 кВ включительно. Достоинства этих опор – малая стоимость (в районах, располагающих лесными ресурсами) и простота изготовления. Недостаток – подверженность древесины гниению, особенно в месте соприкосновения с почвой. Эффективное средство против гниения – пропитка специальными антисептиками.
Рис. 5. Расположение проводов и тросов на опорах: а – по вершинам треугольника; б – горизонтальное; в – обратная елка; г – бочка
Металлические (стальные) опоры, применяемые на линиях электропередачи напряжением 35 кВ и выше, для защиты от коррозии в процессе эксплуатации требуют окраски. Устанавливают металлические опоры на железобетонных фундаментах. Эти опоры по конструктивному решению могут быть отнесены к двум основным схемам – портальным (рис. 6, а, б) и башенным или одностоечным (рис. 6, в, г), а по способу закрепления на фундаментах – к свободностоящим опорам (рис. 6, г) и опорам на оттяжках (рис. 6, а–в).
Независимо от конструктивного решения и схемы металлические опоры выполняются в виде пространственных решетчатых конструкций. Анкерные опоры отличаются от промежуточных увеличенными вылетами траверс и усиленной конструкцией тела опоры. На ВЛ напряжением 500 кВ, как правило, применяется горизонтальное расположение проводов. Промежуточные опоры напряжением 500 кВ могут быть портальными свободностоящими или на оттяжках. Наиболее распространенная конструкция опоры напряжением 500 кВ – портал на оттяжках (рис. 6, а). Для линии напряжением 750 кВ применяются как портальные опоры на оттяжках, так и V-образные опоры типа «Набла» с расщепленными оттяжками. Основным типом промежуточных опор для линий напряжением 1150 кВ являются V-образные опоры на оттяжках с горизонтальным расположением проводов (рис. 6, б).
Рис. 6. Металлические опоры: а – промежуточная одноцепная на оттяжках напряжением 500 кВ; б – промежуточная V-образная напряжением 1150 кВ; в – промежуточная опора ВЛ постоянного тока напряжением 1500 кВ; г – свободностоящая напряжением 110 кВ
Наиболее защищенным видом передачи электроэнергии, но к тому же дорогим является кабельная электропередача.
Кабельные линии прокладывают в земляных траншеях, специальных кабельных сооружениях, на эстакадах, в галереях, открыто по стенам зданий и сооружений, в трубах, во внутрицеховых помещениях промышленных предприятий, а также коллекторах – подземных сооружениях, предназначенных для прокладки в них кабелей совместно с линиями связи и другими коммуникациями.
Каждый вид специального сооружения для прокладки кабелей характеризуется максимальным количеством силовых кабелей, которые можно в нём проложить. Траншея – 6 кабелей, канал –24, блок – 20, туннель – 72, эстакада – 24, галерея – 56.
Редко отдаётся предпочтение какому-либо одному виду прокладки кабелей. Обычно применяют смешанную прокладку, когда в зависимости от конкретных условий является целесообразным комбинированное исполнение различных способов прокладки кабельных линий.
Кабели, в зависимости от уровня напряжения и предназначения, имеют различное конструктивныое исполнение. В цепях 220/380 В, которые преимущественно применяются в трехфазных системах с заземленной нейтралью, кабели изготовляются в основном в четырехжильном исполнении (три фазных проводника и один нулевой для соединения с заземленной нейтралью – рис. 7), хотя выпускаются и трехжильные кабели. В качестве электрической изоляции жил и защитных оболочек кабелей применяются пластмассы преимущественно на основе поливинилхлоридных (ПВХ) пластикатов. Форма токопроводящих жил чаще всего секторная, т. к. она позволяет получить компактную и соответственно экономичную конструкцию кабеля. Однако силовые кабели такого типа выпускаются и с круглыми жилами. Материал жил – медь.
Читайте также: Как устроена и как работает посудомоечная машина
Рис. 7. Пример типовой конструкции кабеля напряжением до 1 кВ
Силовые кабели среднего напряжения применяются в распределительных сетях с изолированной нейтралью на напряжения 6, 10, 20 и 35 кВ. Основным напряжением распределительных сетей энергосистем России и стран СНГ является напряжение 10 кВ. В качестве электрической изоляции кабелей среднего напряжения применяется бумажная пропитанная и пластмассовая изоляция. Силовые кабели с пропитанной бумажной изоляцией на напряжение 6 и 10 кВ изготовляются трехжильными. В качестве фазной и поясной изоляции применяется бумага, пропитанная маслоканифольным составом. Такие кабели выпускаются с медными и алюминиевыми жилами секторной формы. Для защиты гигроскопичной изоляции в конструкции кабеля предусмотрена металлическая оболочка из свинца или алюминия. Поверх металлических оболочек накладываются защитные покровы для механической и коррозионной защиты.
Силовые кабели высокого напряжения. К этому классу относятся кабели на напряжение 110, (150), 220, (380) и 500 кВ применительно к номинальным напряжениям систем электропередачи, принятых в России и странах СНГ. Напряжения 150 и 380 кВ используются в отдельных случаях.
К электрической изоляции кабелей высокого напряжения предъявляются высокие требования в части электрической прочности, высокой надежности в течение длительных сроков службы (35 и более лет). Напряженности электрического поля в изоляции таких кабелей составляют от 7 до 15 кВ/мм, т. е. являются наиболее высокими по сравнению с напряженностями поля в любых электротехнических аппаратах и устройствах. Напряженность электрического поля является одним из главных параметров, обеспечивающих приемлемые конструктивные размеры (диаметры) кабелей. Высокие рабочие напряженности электрического поля ставят серьезные научно-технические проблемы с точки зрения обеспечения высокого ресурса работы кабелей. Эти проблемы успешно решены для двух видов электрической изоляции кабелей: бумажно-пропитанной, работающей под избыточным давлением масла (маслонаполненные кабели – МНК), и из сшитого полиэтилена (ПЭ) с применением соответствующих технологий, обеспечивающих чистоту и требуемое качество изоляции.
В конструкциях и технологии изготовления МНК приняты меры для обеспечения надежной работы изоляции при высоких напряженностях электрического поля:
- изоляция кабеля в процессе эксплуатации находится под постоянным избыточным давлением изоляционного масла для предотвращения частичных разрядов в структуре изоляции;
- технология изготовления кабеля предусматривает тщательную термовакуумную обработку изоляции и масла для обеспечения минимальных диэлектрических потерь в изоляции, которые определяют высокий ресурс работы кабеля.
На рис. 8 приведена конструкция МНК высокого давления в стальной трубе.
Кабели высокого напряжения со сшитой ПЭ-изоляцией имеют ряд важных преимуществ в эксплуатации по сравнению с МНК:
- не требуют систем подпитки маслом и сигнализации давления, что снижает трудоемкость обслуживания и капитальные затраты на сооружение кабельных линий;
- позволяют осуществлять прокладку без ограничения разностей уровней на трассе;
- снижают трудоемкость монтажных работ при сооружении кабельных линий;
- экологически безопасны (отсутствует утечка масла в грунт, что наблюдается при эксплуатации МНК);
- имеют повышенную нагрузочную способность и стойкость к токам короткого замыкания за счет более высокой теплостойкости изоляции из сшитого ПЭ по сравнению с пропитанной бумагой.
Рис. 8. Конструкция маслонаполненного кабеля высокого давления в стальной трубе: 1 – бумажная изоляция, пропитанная маслом; 2 – стальная труба; 3 – экран из медной ленты; 4 – медная проволока скольжения; 5 – токопроводящая жила; 6 – антикоррозийное покрытие
Рис. 9. Конструкция кабеля высокого напряжения с изоляцией из сшитого ПЭ: 1 – токопроводящая жила; 2 – экран по токопроводящей жиле; 3 – изоляция; 4 – экран по изоляции; 5, 7 – водонабухающие ленты; 6 – проволочный экран; 8 – нагружная оболочка
Напряженность электрического поля в пластмассовой изоляции находится на уровне напряженности в бумажно-пропитанной изоляции и составляет от 6 до 15 кВ/мм, в зависимости от номинального напряжения кабелей. Типовая конструкция кабеля высокого напряжения с изоляцией из сшитого ПЭ показана на рис. 9.
Классификация электрических сетей по роду тока.
C переменным трехфазным током:
Передача тока осуществляется по трем проводникам со смещением фазы переменного тока в каждом из них на 120 град. относительно других.;
C переменным однофазным током:
Электроэнергия передается по двум проводникам через электропроводку бытового типа от подстанции или распределительного щита;
C постоянным током:
Для узкоспециализированных сетей (автономное электроснабжение, ряд специальных сетей сверхвысокого напряжения);
По каким внешним признакам определяют напряжение линии электропередач?
ВЛ используют для передачи электроэнергии на большие расстояния. Такой способ значительно дешевле транспортировки по подземным и наземным линиям. Для уменьшения потерь мощности используется передача электроэнергии на высоком напряжении. Рассмотрим, как определить напряжение линии по внешним признакам.
0,38-04 кВ
Низкий класс напряжения. Эти ВЛ на 0,38 кВ предназначены для передачи электроэнергии на небольшие расстояния в пределах маленького населенного пункта, городского микрорайона.
Низковольтные линии отличает тип опор, количество токоведущих элементов и вид изоляторов. Стойки таких ВЛ выполняют из железобетона и дерева. 4 провода закреплены на изоляторах штыревого типа из фарфора и стекла. Безопасное расстояние от токоведущих элементов составляет 0.6-1 м.
6-10 кВ
Средний класс. Используется для транспортировки электричества до трансформаторных подстанций, питающих конечных потребителей. Напряжение ВЛ составляет от 6-10 кВ до 35 кВ.
Линии 6-10 кВ сооружают для транспортировки электричества на незначительные расстояния. Причем в городских условиях применяют ВЛ на напряжение 6 кВ, в сельской местности на 10 кВ. Линии отличаются наличием высоких ЖБ-опор, более массивными штыревыми изоляторами из фарфора или стекла. На поворотных стойках провода фиксируют подвесными гирляндами из 2-3 изоляторов.
Линии среднего напряжения имеют 3 провода. Часто на одних и тех же стойках тянут ЛЭП 0,4 и 10 кВт. При этом токоведущие линии более высокого напряжения размещаются на широких траверсах вверху опоры. 4-х проводная линия 0,4 кВ расположена ниже.
35 кВ
Воздушные линии на 35 кВ прокладываются на высоких бетонных опорах. Для крепления голых проводов используются гирлянды, содержащие по 3-5 изоляторов.
Иногда применяют массивные штыревые изолирующие устройства. Как и на ЛЭП 6-10 кВ, количество проводов ВЛ составляет 3 шт. ЛЭП такого типа применяют для подачи электричества до узловых пригородных ТП или подстанций тупикового типа.
110 кВ
Высокий класс. Линии такого типа на напряжение 110-220 кВ служат для передачи электроэнергии между областями и округами.
Линии применяются для подачи электроэнергии к перераспределяющим подстанциям, объектам с высоковольтными электроприемниками. Для таких ВЛ применяются опоры из стали. Число проводов – 3 с каждой стороны стойки. Проводящие линии 110 кВ закреплены на подвесных изоляторах по 6-7 штук. Безопасное расстояние от проводов составляет 1 м.
220 кВ
ЛЭП сверхвысокого напряжения. Служат для передачи электричества на большие расстояния к объектам с высоковольтными потребителями. Напряжение линий такого типа — 330-500 кВ.
ВЛ данного типа сложно отличить от ЛЭП 110 кВ. Для них также применяются опоры из конструкционной стали на фундаментах или растяжках. Количество изоляторов составляет 8-9.
330 кВ
ЛЭП этого типа можно отличить по 2 проводам каждой фазы. Для их фиксации использует гирлянды изоляторов по 14 элементов и более. В остальном такие ЛЭП похожи на линии высокого класса.
500 кВ
На каждую фазу ЛЭП приходится по 3 провода. Охранная зона таких ВЛ равна 30 м. Провода крепятся наборными конструкциями из 20 изоляторов.
750-1150 кВ
ВЛ ультравысокого напряжения. Область применения таких ЛЭП от 750 до 1150 кВ аналогична ВЛ сверхвысокого напряжения.
Линии ультравысокого напряжения тянут по П или V-образным стальным опорам. Они имеют от 4 до 8 проводов на одной фазе и от 20 изоляторов на подвесной гирлянде.
Компания “Энергопоставшик” оказывает услуги проектирования, строительства и реконструкции ЛЭП до 35 кВ. Мы также принимаем заказы на поставку траверс для изоляторов и других металлоконструкций для низковольтных и высоковольтных линий различного класса. Звоните!
Звоните 8 863 268-16-02 и наши менеджеры ответят на все Ваши вопросы.