Классификация электрических сетей

Также используются следующие классификации:

Сверхвысокое напряжение.

750 кВ и выше (1150 кВ, 1500 кВ). Линии установлены на высоких, тяжелых арочных столбах, и на каждой фазе используется три проводника, расположенных в виде треугольника. Количество изоляторов – не менее 20, чтобы ограничить коронный разряд и блокировать возможность возникновения дуги.

Сверхвысокие напряжения.

750 кВ, 500 кВ, 330 кВ. Линии устанавливаются на высоких дугообразных столбах большой прочности, с двумя проводами на фазу. Количество изоляторов не менее 14, также для уменьшения коронного разряда, блокирующего возможность возникновения дуги.

Высокое напряжение (ВН).

220 кВ, 150 кВ, 110 кВ. На линиях электропередач используются высоковольтные столбы с повышенной прочностью на излом, с тяжелой изоляцией между проводами, изготовленные из изоляторов 10-40 (2х20), установленных на траверсах. При напряжении 150 кВ используется восемь или девять изоляторов, при 110 кВ – шесть. Молниезащитные тросы подвешены по всей длине линии.

Среднее первое напряжение (CH-1).

35 кВ. На таких линиях электропередачи используются опоры, изготовленные из материалов с повышенной прочностью на разрыв, между проводами прокладывается тяжелая изоляция из специальных изоляторов, установленных на траверсах. Стальные грозозащитные тросы устанавливаются только на тех участках линии, где существует высокий риск грозы (например, на возвышенностях).

Второе среднее напряжение (SN-2).

20 кВ, 10 кВ, 6 кВ, 1 кВ. Линии электропередач для этого типа сетей размещаются на одиночных опорах с большими размерами, чем для сетей до 20 кВ. Размер изоляторов и расстояние между кабелями также увеличиваются.

Низкое напряжение (НН).

0,38 кВ, 0,22 кВ, 0,11 кВ и ниже. Это либо бытовые или промышленные кабели местного значения, либо линии электропередач на отдельных столбах, зарытых в землю. В таких линиях часто используется неизолированный кабель ЛЭП или даже медный кабель ВВГнг, подвешенный к несущему тросу.

Также используются следующие классификации:

Системообразующие сети напряжением 330 кВ и выше Системообразующие сети выполняют функции взаимосвязанной электроэнергетической системы.

Классификация электрических сетей

Электрические сети классифицируются по ряду показателей, характеризующих как сеть в целом, так и отдельные линии электропередачи (ЛЭП).

Текущий режим работы

Различают сети переменного тока и сети постоянного тока.

Трехфазный переменный ток с частотой 50 Гц имеет ряд преимуществ перед постоянным током:

способность преобразовывать одно напряжение в другое в широком диапазоне;

способность передавать большую мощность на большие расстояния, что достигается путем. Это достигается путем преобразования напряжения генератора в более высокое напряжение для передачи энергии по линии и обратного преобразования высокого напряжения в низкое в точке потребления. При таком способе передачи электроэнергии потери в сети меньше, так как они зависят от тока в сети, а ток при той же мощности тем меньше, чем выше напряжение;

Для трехфазного переменного тока конструкция асинхронных двигателей проста и надежна (без коллектора). Конструкция синхронного генератора также проще, чем генератора постоянного тока (нет коллектора и т.д.);

Трансформаторная подстанция

Недостатками переменного тока являются:

Необходимость генерировать реактивную мощность, которая в основном нужна для создания магнитных полей трансформаторов и электродвигателей. Для выработки реактивной мощности не используется топливо (на тепловых электростанциях) или вода (на гидроэлектростанциях), но реактивный ток (ток намагничивания), протекающий через линии и обмотки трансформаторов, бесполезно перегружает их (с точки зрения использования линий для передачи активной мощности), вызывая потери активной мощности в них и ограничивая передаваемую активную мощность. Соотношение реактивной и активной мощности определяет коэффициент мощности установки (чем ниже коэффициент мощности, тем хуже используется электрическая сеть);

Для повышения коэффициента мощности часто используются конденсаторные батареи или синхронные компенсаторы, что делает установки переменного тока более дорогими;

Передача очень большой мощности на большие расстояния ограничена стабильностью параллельной работы энергосистем, между которыми передается мощность.

К преимуществам постоянного тока относятся:

Отсутствие реактивной составляющей тока (возможно полное использование линии);

Удобное и плавное управление скоростью двигателей постоянного тока в большом диапазоне;

Высокий начальный крутящий момент двигателей серии, широко используется в электрической тяге и кранах;

Возможность электролиза и т.д.

Основными недостатками постоянного тока являются:

Невозможность преобразования одного напряжения в другое с помощью обычного постоянного тока;

невозможность создания высоковольтных генераторов постоянного тока (HVDC) для передачи энергии на относительно большие расстояния;

Трудности, связанные с генерацией постоянного тока высокой частоты: для этого постоянный ток высокой частоты должен быть выпрямлен, а затем преобразован в трехфазный ток в точке потребления. Основное применение – в трехфазных сетях переменного тока. В случае большого количества однофазных потребителей от трехфазной сети делаются однофазные ответвления. Преимуществами трехфазной системы переменного тока являются:

Использование трехфазной системы для создания вращающегося магнитного поля позволяет создавать простые электродвигатели;

Потери мощности в трехфазной системе меньше, чем в однофазной. Доказательство этого приведено в таблице 1.

Таблица 1: Сравнение трехфазной (трехпроводной) системы с однофазной (двухпроводной) системой

Сравнение трехфазной системы с однофазной системой

Как видно из таблицы (строки 5 и 6), dP1=2dP3 и dQ1=2dQ3т.е. потери мощности в однофазной системе при той же мощности S и напряжении U в два раза выше. Однако однофазная система имеет два провода, а трехфазная – три.

Для того чтобы расход металла был одинаковым, площадь поперечного сечения трехфазной линии должна быть уменьшена в 1,5 раза по сравнению с однофазной линией. Сопротивление будет одинаковым, т.е. R3=1,5R1. Подставив это значение в выражение для dP3получаем dP3 = (1,5S2/U2)R1, т.е. Потери активной мощности в однофазной линии в 2/1,5=1,33 раза больше, чем в трехфазной.

Использование постоянного тока

Сети постоянного тока используются для питания промышленных установок (электролизеры, электропечи и т.д.) и городского электротранспорта (трамваи, троллейбусы, подземные железные дороги). Подробнее читайте здесь: Где и как используется постоянный ток

Электрификация железных дорог осуществляется с использованием как постоянного, так и переменного тока.

Постоянный ток также используется для передачи электроэнергии на большие расстояния, поскольку использование переменного тока для этих целей сопряжено с трудностями в обеспечении стабильной параллельной работы генераторов на электростанциях. Однако постоянный ток используется только линией электропередачи, которая преобразует переменный ток в постоянный на стороне подачи и меняет постоянный ток на переменный на стороне приема.

Постоянный ток может использоваться при передаче переменного тока для соединения двух электрических систем в виде вставки постоянного тока – передачи постоянного тока нулевой длины, когда две электрические системы соединяются через выпрямительно-преобразовательный блок. В этом случае отклонения частоты в каждой электрической системе практически не влияют на передаваемую мощность.

В настоящее время исследуется и развивается передача импульсного тока, при которой энергия передается одновременно переменным и постоянным током по общей линии передачи. Это предполагает наложение на все три фазы линии переменного тока определенного постоянного напряжения относительно земли, генерируемого преобразователями на концах линии.

Этот метод передачи электроэнергии позволяет лучше использовать изоляцию линии электропередачи и увеличивает ее пропускную способность по сравнению с передачей переменного тока и облегчает отбор энергии из линии по сравнению с передачей постоянного тока.

Электрические сети

Напряжение

По напряжению электрические сети делятся на сети до 1 кВ и сети выше 1 кВ.

Каждая система передачи характеризуется номинальным напряжением, при котором обеспечивается нормальная и наиболее экономичная работа оборудования.

Различают номинальные напряжения генераторов, трансформаторов, сетей и электрических нагрузок. Номинальное напряжение сети совпадает с номинальным напряжением электрических нагрузок, а номинальное напряжение генератора на 5 % выше номинального напряжения сети для компенсации потерь в напряжении сети.

Номинальное напряжение трансформатора устанавливается для первичной и вторичной обмоток в режиме холостого хода. Поскольку первичная обмотка трансформатора является потребителем энергии, предполагается, что для повышающего трансформатора его номинальное напряжение равно номинальному напряжению генератора, а для понижающего трансформатора его номинальное напряжение равно напряжению сети.

Вторичное напряжение повышающего трансформатора под нагрузкой должно быть на 5 % выше номинального напряжения сети. Поскольку трансформатор сам теряет напряжение под нагрузкой, номинальное напряжение (т.е. напряжение холостого хода) вторичной обмотки трансформатора принимается на 10% выше номинального напряжения сети.

В таблице 2 приведены номинальные фазные напряжения трехфазной сети при частоте 50 Гц. Электрические сети делятся на низковольтные (220-660 В), средневольтные (6-35 кВ), высоковольтные (110-220 кВ), сверхвысоковольтные (330-750 кВ) и ультравысоковольтные (1000 кВ и более).

Таблица 2: Стандартные напряжения, кВ, согласно ГОСТ 29322-92

Стандартные напряжения

На транспорте и в промышленности используются следующие напряжения постоянного тока: для контактной сети, питающей трамваи и троллейбусы – 600В, вагоны метро – 825В, для электрифицированных железных дорог – 3300В и 1650В, открытые горные работы обслуживаются троллейбусами и электровозами, питающимися от контактной сети 600В, 825В, 1650В и 3300В, подземный промышленный транспорт использует напряжение 275В. Напряжение сети для дуговых печей составляет 75 В, а для электролизных установок – 220-850 В.

Опора воздушной линии

По конструкции и расположению

С точки зрения строительства различают воздушные линии, кабельные сети и воздушные линии электропередачи.

Сети, в зависимости от их расположения, делятся на внешние и внутренние.

Внешние сети состоят из голых (неизолированных) проводов и кабелей (подземных, подводных), а внутренние сети – из кабелей, изолированных и голых проводов, шин.

По характеру потребления

По характеру потребления различают городские железные дороги, промышленные железные дороги, сельские железные дороги, электрифицированные железные дороги, основные нефте- и газопроводы и электрические системы.

По назначению

Многообразие и сложность электрических сетей привели к отсутствию единой классификации и использованию различных терминов при классификации сетей в зависимости от их назначения, роли и функции в энергосистеме.

Электрические сети делятся на системные и распределительные.

Магистральная сеть Термин “магистральная сеть” относится к электрической сети, которая соединяет электростанции, управляет ими как единым объектом управления и одновременно поставляет электроэнергию на электростанции. Распределительная сеть Электрическая распределительная сеть – это электрическая сеть, которая обеспечивает распределение электроэнергии от источника питания.

ГОСТ 24291-90 также делит электрические сети на системные и распределительные. Кроме того, различают городские, промышленные и сельские сети.

Силовой трансформатор на подстанции

Задачей распределительных сетей является дальнейшее распределение электроэнергии от подстанций магистральной сети (частично также от шин распределительного напряжения электростанций) к центральным пунктам городских, промышленных и сельских сетей.

Первая ступень общественной распределительной сети – сеть 330 (220) кВ, вторая ступень – сеть 110 кВ, а затем электроэнергия распределяется по питающим сетям индивидуальных потребителей.

В зависимости от функции различают магистральные, фидерные и распределительные сети.

Сети, образующие систему с напряжением 330 кВ и выше Эти сети функционируют как соединения между системами электроснабжения.

Фидерные сети предназначены для передачи электроэнергии от подстанций магистральных сетей и частично шин 110 (220) кВ электростанции к центральным пунктам распределительных сетей – районным подстанциям. Фидерные сети нормально закрыты. Раньше напряжение в этих сетях составляло 110 (220) кВ, в последнее время, как правило, 330 кВ.

Распределительные сети предназначены для передачи электроэнергии на короткие расстояния от низковольтных шин районных подстанций к городским, промышленным и сельским потребителям. Такие распределительные сети обычно имеют открытую или разомкнутую схему. Ранее такие сети были на 35 кВ и ниже, а теперь на 110 (220) кВ.

Электрические сети также делятся на местные и районные, а также на фидерные и распределительные. Местные сети – это сети с напряжением 35 кВ и ниже, а районные сети – это сети с напряжением 110 кВ и выше.

Линия подачи это линия, ведущая от центрального пункта к распределительному пункту или непосредственно к подстанции, без разделения по длине.

Распределительная линия это линия, к которой по всей ее длине подключено несколько трансформаторных подстанций или сборных шин для питания электроустановок потребителя.

Сети также делятся на местные и районные, в соответствии с их назначением в системе электроснабжения.

Местно это сети с низкой плотностью нагрузки, до 35 кВ включительно. К ним относятся городские, промышленные и сельские сети. Местные сети также включают небольшие глубокие шины 110 кВ.

Районные электрические сети это крупные территориальные сети напряжением 110 кВ и выше. Районные сети передают электроэнергию от электростанций к местам потребления и распределяют ее между районными и крупными промышленными и транспортными подстанциями, питающими местные сети.

Районные сети включают в себя магистральные электрические сети, магистральные линии электропередачи внутри- и межсетевого взаимодействия.

Основные сети Электростанции соединены между собой и с районными центрами потребления (районными подстанциями). Они выполнены в сложных многоконтурных схемах.

Магистральные линии передачи Внутрисистемные соединительные линии электроэнергии обеспечивают подключение отдельных электростанций к основной сети энергосистемы и подключение удаленных крупных потребителей к центральным пунктам. Обычно это воздушные линии 110-330 кВ и выше значительной протяженности.

В системе электроснабжения различают питающие сети, распределительные сети и магистральные сети.

Сети снабжения это сети, по которым энергия поступает на подстанции и распределительные подстанции, Распределительные сети – Сети, к которым непосредственно подключены потребители или трансформаторные подстанции (обычно до 10 кВ, хотя разветвленные сети с более высоким напряжением часто называют распределительными, если к ним подключено большое количество потребительских станций). Основными сетями являются Сеть высшего напряжения – это место, где в электрической системе выполняются самые мощные соединения.

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это поможет нашему сайту сильно вырасти!

К электрической изоляции высоковольтных кабелей предъявляются высокие требования с точки зрения электрической прочности, высокой надежности и длительного срока службы (35 лет и более). Напряженность электрического поля в изоляции таких кабелей составляет от 7 до 15 кВ/мм, что является самым высоким показателем по сравнению с напряженностью поля в любом электрическом аппарате и устройстве. Напряженность электрического поля является одним из основных параметров, обеспечивающих допустимые конструктивные размеры (диаметры) кабелей. Высокие напряженности рабочего электрического поля создают серьезные научно-технические проблемы в обеспечении высокого срока службы кабелей. Эти проблемы были успешно решены для двух типов электрической изоляции кабелей: пропитанной бумагой, заполненной маслом под избыточным давлением (OIF) и сшитым полиэтиленом (PE), с использованием соответствующих технологий для обеспечения чистоты и требуемого качества изоляции.

2 Информация о строительстве линий электропередач

Электрические сети делятся на закрытые и открытые. Примеры сетей с различными конфигурациями показаны на рисунке 1.

Примеры сетей с различными конфигурациями

Рисунок 1. Примеры сетей с различными конфигурациями: a – открытый контур; b – простой замкнутый контур; c – сложный замкнутый контур

Открытая сеть В последнем случае сеть без петель (за исключением петель, образованных различными фазами и нейтральной линией) называется открытой сетью. В сети этого типа нагрузка может подаваться только с одного конца.

Закрытая система это сеть, которая содержит хотя бы одну цепь. В этом случае некоторые нагрузки подаются с двух или более концов. Эти сети в свою очередь делятся на простые замкнутые сети, которые содержат только один контур, и сложные замкнутые сети, которые содержат два или более контуров.

Воздушные линии состоят из следующих компонентов: проводов, кабелей, опор, изоляторов и линейной арматуры.

Проводники используются для передачи электроэнергии. Они могут быть изолированными (для воздушных и надземных линий) и неизолированными.

Кабели воздушных линий размещаются на верхушках столбов и служат для защиты линии от прямых ударов молнии.

Опоры воздушных линий используются для поддержки проводов и кабелей. Опоры делятся на анкерные, промежуточные, прямые и угловые. Существуют также специальные типы полюсов: переходные, транспозиционные и разветвленные полюса. Опоры изготавливаются из дерева (до 110 кВ), металла (35 кВ и выше) и железобетона (до 500 кВ).

Изоляторы используются для крепления проводников к опорам и для изоляции проводников от опор. Изоляторы делятся на стержневые (используются до 35 кВ) и подвесные (35 кВ и выше). Подвесные изоляторы объединены в пряди. Количество изоляторов в струне зависит от класса напряжения и типа опор.

Аксессуары для линии включают зажимы, соединители, демпферы, демпфирующие петли и распорки. Для крепления проводников к изоляторам используются зажимы. Коннекторы используются для подвешивания гирлянд на столбах, для соединения многопролетных гирлянд между собой, а также для соединения проводов и кабелей. Распорки используются для крепления разделенных фазных проводов друг к другу.

Основными типами опор для воздушных линий являются анкерные и промежуточные опоры. Опоры этих двух основных групп отличаются способом подвески кабелей. На промежуточных опорах проводники подвешиваются с помощью опорных 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 воздушных линий для поддержки проводника в анкерном пролете. Промежуточную опору дешевле и проще построить, чем анкерную, потому что она не подвергается воздействию сил вдоль линии из-за натяжения одного и того же кабеля с обеих сторон, когда кабели не оборваны. На опоры пролетов приходится 80 … 90 % от общего числа опор.

Схема крепления воздушной линии и ступенчатого перехода

Рисунок 2. Схема бухты Анкоридж для воздушной линии и железнодорожного перехода

Анкерные скобы предназначены для жесткого крепления кабелей в критических точках ВЛ: на пересечениях инженерных сооружений (например, железнодорожных линий, линий ВЛ 330…500 кВ, автомобильных дорог с проезжей частью шириной более 15 м и т.д.) и на концах ВЛ. Анкерные опоры на прямых участках воздушных линий с проводами, подвешенными по обе стороны от опоры, выполняют ту же функцию, что и промежуточные опоры в нормальных условиях. Однако анкерные опоры спроектированы таким образом, чтобы выдерживать одностороннее напряжение кабеля и провода в случае обрыва кабеля или провода в соседнем пролете. Анкерные опоры гораздо сложнее и дороже промежуточных, поэтому их количество на линию должно быть минимальным.

В местах поворота линии устанавливаются опоры под прямым углом. Прямой угол – это угол α в проекции прямой (рис. 3), прибавленный к 180° к внутреннему углу β прямой. Балки углового кронштейна располагаются вдоль биссектрисы угла β.

Угол поворота воздушной линии

Рисунок 3. Угол поворота воздушной линии1 – лапки; 2 – крестовина; 3 – шарнир

Угловые опоры могут быть анкерного или промежуточного типа. В дополнение к нагрузкам, воспринимаемым промежуточными опорами, угловые опоры также испытывают нагрузки от боковых составляющих натяжения кабелей и проводов. Угловые опоры анкерного типа в основном используются для углов наклона линии до 20°.

На воздушных линиях используются специальные опоры следующих типов: ступенчатые опоры для изменения порядка расположения проводов на опорах; ответвительные опоры для создания ответвлений от основной линии; переходные опоры для пересечения рек, оврагов и т.д.

Транспозиция используется на линиях 110 кВ и выше длиной более 100 км, чтобы емкость и индуктивность всех трех фаз цепи воздушной линии были одинаковыми. При этом расположение проводов относительно друг друга на столбах на разных участках линии последовательно меняется: провод каждой фазы проходит в одном месте на протяжении трети длины линии, во втором месте в другом месте, а в третьем месте в третьем месте. Этот тройной перенос проводов называется циклом транспозиции (Рисунок 4).

Цикл транспозиции проводников воздушной линии

Рисунок 4. Цикл транспозиции одон-цепной линии

Наиболее распространенные варианты расположения молниезащитных проводов и линий на столбах показаны на рисунке 5. 5. Расположение проводов в виде треугольника (Рис. 5, а) используется на ВЛ 10 кВ и однопутных ВЛ 35…330 кВ с металлическими и железобетонными опорами. Горизонтальное расположение проводников (рис. 5, б) используется на ВЛ 35…220 кВ с деревянными опорами и на ВЛ 330 кВ. Такое расположение позволяет использовать более низкие опоры и снижает вероятность запутывания проводников из-за образования льда и пляски проводников. Поэтому в районах, покрытых льдом, предпочтительнее горизонтальное расположение.

На двухпутных воздушных линиях предпочтительна конфигурация “перевернутая елочка”, в зависимости от условий строительства (рис. 5), в), но это увеличивает вес столбов и требует подвески двух защитных тросов. Наиболее экономичными являются двухпутные воздушные линии 35…330 кВ на стальных и железобетонных опорах с бочкообразным расположением проводов (рис. 5, г).

Деревянные опоры используются на воздушных линиях до 35 кВ включительно. Преимуществом этих столбов является их низкая стоимость (в районах с лесными ресурсами) и простота строительства. Недостатком является то, что древесина подвержена гниению, особенно в месте контакта с почвой. Эффективной мерой против гниения является пропитка специальным антисептиком.

Размещение кабелей и проводов на столбах

Рисунок 5. Размещение кабелей и проводов на столбахa – треугольная; b – горизонтальная; c – перевернутая елочка; d – бочка

Металлические (стальные) столбы, используемые на линиях электропередачи 35 кВ и выше, требуют покраски для защиты от коррозии в процессе эксплуатации. Металлические опоры устанавливаются на железобетонные фундаменты. Конструктивно эти опоры можно разделить на две основные схемы – портальные (рис. 6), а, б) и башенные или одноколонковые (рис. 6, в, г), а по способу крепления к фундаменту к свободностоящим опорам (рис. 6, г) и опоры колонн (рис. 6, a-c).

Независимо от конструкции и расположения, металлические опоры выполнены в виде пространственных решетчатых структур. Анкерные опоры отличаются от промежуточных опор увеличением свеса балки и усилением конструкции корпуса опоры. На воздушных линиях 500 кВ провода обычно прокладываются горизонтально. Промежуточные башни 500 кВ могут быть портальными, свободностоящими или подвесными. Наиболее распространенной конструкцией опоры 500 кВ является портал на креплениях (рис. 6), а). Для линий 750 кВ используются как порталы со стяжными балками, так и V-образные порталы типа Nabel с разъемными стяжками. Основными промежуточными опорами для линий 1 150 кВ являются V-образные опоры на оттяжках с горизонтальным расположением проводов (рис. 6, б).

Металлические столбы

Рис. 6. Металлические опорыa – одноцепная промежуточная опора 500 кВ на раскосах; b – V-образная промежуточная опора 1150 кВ; c – косвенная опора ВЛ постоянного тока 1500 кВ; d – отдельно стоящая опора ВЛ 110 кВ

Кабельные линии являются наиболее защищенной формой передачи энергии, но и самой дорогой.

Кабельные линии прокладываются в земляных траншеях, специальных кабельных сооружениях, эстакадах, галереях, в открытом пространстве вдоль стен зданий и сооружений, в трубах, внутри цехов промышленных предприятий, а также в водопропускных трубах – подземных сооружениях, предназначенных для прокладки кабелей совместно с линиями связи и другими линиями.

Каждый тип специального устройства для прокладки кабеля характеризуется максимальным количеством силовых кабелей, которые можно в нем проложить. Траншея – 6 кабелей, канал – 24, блок – 20, туннель – 72, эстакада – 24, галерея – 56.

В редких случаях предпочтение отдается одному типу прокладки кабеля. Обычно используется смешанная прокладка, когда, в зависимости от конкретных условий, уместно сочетание различных методов прокладки кабеля.

В зависимости от уровня напряжения и предполагаемого использования кабели имеют различную конструкцию. В цепях 220/380 В, которые в основном используются в трехфазных системах с заземленной нейтральной точкой, кабели в основном изготавливаются в четырехжильном исполнении (три фазных проводника и один нейтральный проводник для подключения к заземленной нейтральной точке – рис. 7. 7), хотя выпускаются и трехжильные кабели. Пластмассы, в основном на основе поливинилхлорида (ПВХ), используются в качестве электрической изоляции проводников и защитных оболочек кабелей. Форма проводников обычно секторизована, так как это позволяет создать компактную и, следовательно, экономичную конструкцию кабеля. Однако силовые кабели этого типа выпускаются и с круглыми жилами. Материал сердечника – медь.

Пример типичной конструкции кабеля до 1 кВ

Рисунок 7. Пример типичной конструкции кабеля на напряжение до 1 кВ.

Силовые кабели среднего напряжения используются в распределительных сетях с изолированной нейтралью на напряжение 6, 10, 20 и 35 кВ. Основное напряжение в распределительных сетях в России и странах СНГ составляет 10 кВ. Кабели среднего напряжения имеют пропитанную бумажную изоляцию и пластмассовую изоляцию. Силовые кабели с пропитанной бумажной изоляцией на напряжение 6 и 10 кВ производятся в виде трехжильных кабелей. Бумага, пропитанная маслом и канифолью, используется в качестве фазной и многожильной изоляции. Эти кабели изготавливаются с медными и алюминиевыми жилами секторной формы. Для защиты гигроскопичной изоляции в конструкции кабеля предусмотрена металлическая оболочка из свинца или алюминия. Металлические оболочки покрыты защитными оболочками для защиты от механических повреждений и коррозии.

Высоковольтные энергетические кабели. К этому классу относятся кабели на напряжение 110, (150), 220, (380) и 500 кВ с учетом номинальных напряжений систем электропередачи, принятых в России и странах СНГ. В отдельных случаях используются напряжения 150 и 380 кВ.

К электрической изоляции высоковольтных кабелей предъявляются высокие требования по электрической прочности, высокой надежности в течение длительного срока службы (35 лет и более). Напряженность электрического поля в изоляции таких кабелей составляет от 7 до 15 кВ/мм, что является самым высоким показателем по сравнению с напряженностью поля в любом электрическом аппарате и устройстве. Напряженность электрического поля является одним из основных параметров, обеспечивающих допустимые конструктивные размеры (диаметры) кабелей. Высокие напряженности рабочего электрического поля создают серьезные научно-технические проблемы в обеспечении длительного срока службы кабелей. Эти проблемы были успешно решены для двух типов изоляции электрических кабелей: кабелей с бумажной пропиткой, работающих под избыточным давлением масла (маслонаполненные кабели – OIF) и сшитого полиэтилена (PE) с использованием соответствующих технологий для обеспечения чистоты и требуемого качества изоляции.

При разработке и технологии изготовления ЛИК были приняты меры для обеспечения надежной работы изоляции при высоких напряженностях электрического поля:

  • Во время работы изоляция кабеля находится под постоянным избыточным давлением изоляционного масла, что предотвращает образование неполных разрядов в структуре изоляции;
  • Технология производства кабеля предусматривает тщательную термовакуумную обработку изоляции и масла для обеспечения минимальных диэлектрических потерь в изоляции, что определяет высокий срок службы кабеля.

На рисунке 8 показана конструкция МНК высокого давления в стальной трубе.

Высоковольтные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена имеют ряд существенных эксплуатационных преимуществ перед кабелями MNC:

  • они не требуют долива масла и систем сигнализации давления, что снижает затраты на техническое обслуживание и инвестиции в кабельные линии;
  • они могут быть проложены без ограничения перепадов уровней вдоль трассы;
  • Сокращение трудоемких монтажных работ при строительстве кабельных линий;
  • безопасны для окружающей среды (нет утечки масла в землю, что наблюдается при эксплуатации ЛОК);
  • имеют повышенную нагрузочную способность и устойчивость к току короткого замыкания благодаря более высокому термическому сопротивлению изоляции из сшитого полиэтилена по сравнению с пропитанной бумагой.

Конструкция маслонаполненного кабеля высокого давления в стальной трубе

Рисунок 8. Конструкция маслонаполненного кабеля высокого давления в стальной трубе: 1 – бумажная изоляция, пропитанная маслом; 2 – стальная трубка; 3 – экран из медной ленты; 4 – медный скользящий провод; 5 – токопроводящая жила; 6 – антикоррозийное покрытие

Рисунок 9. Конструкция высоковольтного кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена: 1 – токопроводящая жила; 2 – экран над токопроводящей жилой; 3 – изоляция; 4 – экран над изоляцией; 5, 7 – герметизирующая лента; 6 – оболочка кабеля; 8 – защитная оболочка

Напряженность электрического поля в пластмассовой изоляции находится на том же уровне, что и в бумажной изоляции, и составляет от 6 до 15 кВ/мм в зависимости от номинального напряжения кабелей. Типичная конструкция высоковольтного кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена показана на рисунке 9.

Поскольку в большинстве стран СНГ основным поставщиком электроэнергии в дома являются местные тепловые электростанции (угольные, нефтяные или газовые ТЭЦ), необходимо рассмотреть процесс генерации на их примере.

Генерация и передача электроэнергии

Для начала нам нужно поговорить о том, как вырабатывается энергия. За последние 150 лет человечество добилось больших успехов в разработке способов получения электроэнергии. В настоящее время используются невозобновляемые источники, такие как сжигание угля и газа, и возобновляемые источники, такие как движение воды и ветра.

Лучшие умы планеты работают над совершенствованием технологий возобновляемых источников энергии, другими словами, чистых источников. Ведь потребление энергии растет с каждым годом, и электростанциям приходится сжигать все больше угля и газа, тем самым истощая природные ресурсы и нанося вред окружающей среде. Совсем другое дело – ветряная турбина или гидроэлектростанция, для которых ветер и вода никогда не иссякнут. Однако их эффективность все еще очень низка.

Типы электростанций

Поскольку основными поставщиками электроэнергии в большинстве стран СНГ являются местные тепловые электростанции (ТЭЦ, работающие на угле, нефти или газе), необходимо рассмотреть процесс производства электроэнергии именно на их примере.

Диаграмма производства электроэнергии за счет сжигания ископаемого топлива на тепловых электростанциях

Как можно видеть, процесс происходит следующим образом:

  1. Уголь и воздух подаются в топку.
  2. Тепло от печи нагревает воду и превращает ее в пар.
  3. Пар под давлением подается в турбину.
  4. Сильный поток пара заставляет турбину вращаться.
  5. Вместе с турбиной начинает вращаться ротор генератора, который уже преобразует механическое движение в электрическую энергию.

Конечный смысл работы любой электростанции, независимо от того, на каком источнике она основана, заключается во вращении турбины. На тепловых электростанциях турбину вращает пар, на гидроэлектростанциях – вода, а в ветряных турбинах – ветер.

Из-за затрат невозможно построить электростанцию в каждом городе. На самом деле, большинство электростанций обеспечивают электроэнергией один крупный мегаполис и сотни близлежащих деревень, поселков и городов.

Добытая энергия проходит десятки и даже сотни километров, прежде чем достигнет населенного пункта. Стоит описать, как электричество обычно перемещается по проводам.

После выхода из генератора станции электроэнергия поступает в трансформатор, который повышает напряжение до 1 150 кВ. Почему это происходит? Чем выше напряжение, тем меньше энергии теряется при прохождении тока по кабелю. Однако более важными являются затраты на передачу электроэнергии. Чем выше напряжение, тем меньшее сечение кабеля требуется. Чем тоньше кабель, тем меньше в нем токопроводящего металла. Чем меньше металла, тем он дешевле.

Высоковольтные линии электропередач

Однако существует также определенный эффект рассеивания электричества. Когда ток проходит сто километров, он неизбежно теряет часть своей силы. Снижение эффективности также зависит от силы сопротивления металла в кабеле.

Дополнительная информация. Ученые рассматривают возможность исключения проводов из цепи передачи электроэнергии. Для этого они планируют использовать хорошо известную технологию Wi-Fi.

На данном этапе стоит поговорить о сетях, используемых для передачи электроэнергии. От электростанции до конечного потребителя электроэнергия проходит не только через повышающий трансформатор и высоковольтные линии. Если посмотреть на современный город сверху, то можно увидеть целый клубок проводов, образующих единую сеть.

Чтобы попасть к потребителю, электроэнергия из высоковольтной линии возвращается в трансформатор, но на этот раз напряжение снижается. Затем она поступает в распределительную сеть и направляется на промышленные предприятия, которые имеют собственную подстанцию для получения необходимого напряжения, на муниципальные подстанции, которые поставляют электроэнергию по сетевым кабелям, и на районные подстанции.

Городская подстанция

От районных подстанций электроэнергия передается по линиям электропередач в частные дома, многоквартирные дома и объекты инфраструктуры. В жилых районах большинство кабелей от районных электростанций проходят под землей, откуда они выходят к главному распределительному щиту, который затем распределяет электричество к каждой розетке и лампочке в доме.

Энергетический ящик в высотном здании

Специальные термины для линий электропередач всегда всплывают в разговорах между профессионалами. Человеку, не знакомому с такой терминологией, трудно понять их. Поэтому мы предлагаем расшифровать эти термины.

Заключение

Все многообразие линий электропередачи сводится к разделению на два основных типа: воздушные и кабельные. Оба они широко используются сегодня, поэтому нет необходимости отделять одно от другого и отдавать предпочтение одному перед другим. Конечно, строительство воздушных линий связано с большими инвестициями, так как трасса предполагает установку в основном металлических опор, довольно сложных по конструкции. При этом учитывается, в какой сети, под каким напряжением будет проложена линия.

Материалом для привязки алюминиевых проводов к изолятору служит алюминиевая проволока, в то время как стальные провода изготавливаются из низкоуглеродистой стали. При прокладке кабелей обычно используется одинарная прокладка, в то время как двойная прокладка применяется в населенных пунктах и для более тяжелых грузов. Перед связыванием подготовьте проволоку достаточной длины (не менее 300 мм).

Справочник электрика

Давайте кратко рассмотрим систему электроснабжения, которая представляет собой совокупность электрооборудования, используемого для передачи, преобразования, распределения и потребления электроэнергии. Эта глава расширит кругозор тех, кто хочет научиться грамотно пользоваться бытовой электрической системой.

Подача электрической энергии следует стандартным шаблонам. Например, на рис. 1.4 показана радиальная схема одной линии, используемой для передачи электроэнергии от понижающей подстанции на электростанции к потребителю 380 В.

От электростанций напряжение от 110 кВ до 750 кВ передается по линиям электропередачи (ЛЭП) на главные или районные трансформаторные подстанции, где напряжение снижается до 6-35 кВ. С распределительных станций это напряжение передается по воздушным или кабельным линиям электропередачи на подстанции, расположенные вблизи потребителей электроэнергии. На подстанции напряжение снижается до 380 В, и электроэнергия направляется по воздушным или кабельным линиям непосредственно к потребителю в дом. Линии имеют четвертый (нейтральный) провод 0, который позволяет получить фазное напряжение 220 В, а также обеспечивает защиту электрической системы.
Такая схема позволяет передавать электроэнергию потребителю с минимально возможными потерями. Таким образом, электроэнергия преобразуется из одного напряжения в другое на пути от электростанции к потребителям. Упрощенный пример преобразования для небольшой части энергосистемы показан на рисунке 1.5. Зачем использовать высокое напряжение? Расчеты сложны, но ответ прост. Снижение тепловых потерь при передаче на большие расстояния.

Потери зависят от величины протекающего тока и диаметра проводника, а не от приложенного напряжения.

Например:
Предположим, что одна линия необходима для передачи 30 МВт от электростанции в город, расположенный на расстоянии 100 км. Поскольку проводники линии имеют электрическое сопротивление, ток нагревает их. Это тепло рассеивается и не может быть использовано. Энергия, используемая для отопления, является потерей.

Свести потери к нулю не представляется возможным. Однако необходимо их уменьшить. По этой причине допустимые потери должны быть ограничены, т.е. провода линии и напряжение должны быть выбраны таким образом, чтобы потери не превышали, например, 10% от полезной мощности, передаваемой по линии. В нашем примере это будет 0,1-30 МВт = 3 МВт.

Например:
При отсутствии трансформации, т.е. передачи тока 220 В, сечение проводов должно быть увеличено примерно до 10 м2, чтобы снизить потери до указанного значения. Диаметр такого “троса” превышает 3 м, а вес в пролете – сотни тонн.
Использование трансформации, т.е. “преобразования”, является еще одним способом снижения потерь – это снижение тока в сети путем повышения напряжения в сети и последующего его понижения вблизи нагрузок. Этот метод очень эффективен, поскольку потери пропорциональны квадрату тока. Фактически, если напряжение уменьшается вдвое, ток уменьшается вдвое, а потери уменьшаются в 4 раза. Если напряжение увеличивается в 100 раз, потери уменьшаются в 100 раз до второй силы, или в 10 000 раз.

Например:
Чтобы проиллюстрировать эффективность повышения напряжения, укажем, что трехфазная линия электропередачи переменного тока напряжением 500 кВ передает 1000 МВт на расстояние 1000 км.

Линии электропередач

Электрические сети предназначены для передачи и распределения электроэнергии. Они состоят из набора подстанций и линий различного напряжения. На электростанциях строятся подстанции с повышающими трансформаторами, а высоковольтные линии электропередач передают электроэнергию на большие расстояния. В местах потребления строятся понижающие трансформаторные подстанции.

Основная электросеть обычно состоит из подземных или воздушных высоковольтных линий. Линии, идущие от трансформаторной подстанции к распределительной станции и от распределительной станции к пунктам распределения энергии и к групповым ящикам, называются магистральными. Фидерная сеть обычно состоит из низковольтных подземных кабельных линий.

По принципу построения сети делятся на открытые и закрытые. Открытая сеть состоит из линий, идущих к клиентам или группам клиентов, которые снабжаются с одного конца. Открытая сеть имеет некоторые недостатки, заключающиеся в том, что при возникновении неисправности в любой точке сети прекращается подача электроэнергии всем потребителям, находящимся ниже неисправного участка.

Замкнутая сеть может иметь один, два или более источников питания. Несмотря на множество преимуществ, закрытые сети пока не получили широкого распространения. Сети могут быть проложены снаружи или внутри зданий.

Методы прокладки проводов для линий электропередач

Каждому напряжению соответствует определенный способ подключения. Это связано с тем, что чем выше напряжение, тем сложнее изолировать проводники. Например, в квартирах, где напряжение составляет 220 вольт, проводка выполняется проводами с резиновой или пластиковой изоляцией. Эти провода просты и дешевы.

Несравненно более сложным является подземный кабель, рассчитанный на несколько киловольт, проложенный под землей между трансформаторами. Он должен не только отвечать повышенным требованиям к изоляции, но и обладать повышенной механической прочностью и коррозионной стойкостью.

Для прямой поставки электроэнергии потребителям используются следующие решения:

♦ воздушные или кабельные линии электропередачи 6 (10) кВ для питания подстанций и высоковольтных потребителей;
♦ Кабельные линии 380/220 В для прямого питания низковольтных потребителей. Воздушные линии электропередачи используются для передачи напряжения в десятки и сотни киловольт на большие расстояния. Проводники поднимаются высоко над землей, а в качестве изоляции используется воздух. Расстояния между проводниками рассчитываются в зависимости от передаваемого напряжения. На рисунке 1.6 в одном масштабе показаны опоры для ВЛ 500, 220, 110, 35 и 10 кВ. Обратите внимание, что размер и сложность структуры увеличивается с ростом рабочего напряжения!

Например:
Высота столба ВЛ 500 кВ равна высоте семиэтажного дома. Высота проводников составляет 27 м, расстояние между проводниками – 10,5 м, длина изоляторов – более 5 м. Высота опор в местах пересечения рек достигает 70 метров. Давайте подробнее рассмотрим варианты проектирования линий электропередач.

Воздушные линии
Определение.
Воздушная линия – это устройство, используемое для передачи или распределения электроэнергии с помощью проводов, размещенных на открытом воздухе и прикрепленных с помощью траверс (опор), изоляторов и арматуры к столбам или инженерным сооружениям.

Согласно правилам устройства электроустановок, воздушные линии делятся на две группы напряжения: до 1000 В и выше 1000 В. Каждая группа линий имеет технические требования к их установке.

Воздушные линии электропередач Линии 10 (6) кВ чаще всего используются в сельской местности и небольших городах. Это объясняется их более низкой стоимостью по сравнению с кабельными линиями, меньшей плотностью застройки и т.д.

Это объясняется тем, что они дешевле и менее затратны, чем кабели, из-за меньшей плотности застройки и т.д. Воздушные линии и сети прокладываются с использованием различных типов проводов и кабелей. Основным требованием к проводам воздушных линий является Низкое электрическое сопротивление. Кроме того, материал, из которого изготовлены кабели, должен характеризоваться соответствующей механической прочностью и устойчивостью к воздействию влаги и химических веществ, содержащихся в воздухе.

В настоящее время наиболее часто используемыми материалами являются алюминиевые и стальные тросыЭто позволяет экономить дефицитные цветные металлы (медь) и снижает стоимость кабелей. Медные кабели используются в специальных линиях. Алюминий имеет низкую механическую прочность, что приводит к большему прогибу и, следовательно, к большей высоте опоры или меньшему пролету. Стальные тросы используются для передачи небольшой мощности на короткие расстояния.

Для изоляции провода изолированы и закреплены на опорах ЛЭП с помощью линейные изоляторыПомимо электрической прочности, они также должны обладать достаточной механической прочностью. В зависимости от способа крепления к столбу различают штыревые изоляторы (крепятся на крюках или штырях) и подвесные изоляторы (объединены в фестон и крепятся к столбу с помощью специальной арматуры).

Прутковые изоляторы используются на линиях электропередачи с напряжением до 35 кВ. Они маркируются буквами, указывающими на конструкцию и назначение изолятора, и цифрами, обозначающими рабочее напряжение. Вставные изоляторы TF, SHS, SHF используются в воздушных линиях 400 В. Буквы в рукавах служат для обозначения следующего: Т – телеграфный; Ф – фарфор; С – стекло; TS – булавочное стекло; SF – Фарфоровый стержневой изолятор.

Для подвески относительно легких проводников используются штыревые изоляторы, а в зависимости от условий трассы применяются различные типы крепления проводников. Проводники в промежуточных опорах обычно крепятся к головке стержневых изоляторов, а проводники в угловых и анкерных опорах крепятся к шейке изолятора. В угловых опорах проводник располагается на внешней стороне изолятора по отношению к углу линии.

Подвесные изоляторы используются на воздушных линиях напряжением 35 кВ и выше. Они состоят из фарфоровой или стеклянной пластины (изоляционная часть), колпачка из ковкого чугуна и стержня. Конструкция колпачка и головки стержня обеспечивает сферическое сочленение изоляторов при установке цепей. Гирлянды монтируются и подвешиваются на столбах, обеспечивая тем самым необходимую изоляцию для проводов. Количество изоляторов в гирлянде зависит от напряжения сети и типа изолятора.

Алюминиевая проволока используется в качестве связующего материала в алюминиевых проводах, а проволока из низкоуглеродистой стали – в стальных проводах. При обвязке кабелей обычно используется одинарная обвязка, в то время как двойная обвязка применяется в населенных пунктах и для более тяжелых грузов. Убедитесь, что у вас достаточно проволоки (минимум 300 мм) перед завязыванием.

Закрепление головы состоит из двух стяжных проводов разной длины. Эти провода крепятся к горловине изолятора путем скручивания их вместе. Концы более короткой проволоки обматываются вокруг проволоки и затягиваются вокруг нее четыре или пять раз. Концы второй более длинной проволоки скрещиваются с проволокой четыре или пять раз на головке изолятора.

Чтобы сделать боковую стяжку, возьмите один провод, положите его на шейку изолятора и оберните его вокруг шейки и провода так, чтобы один конец проходил над проводом и загибался вниз, а другой – вверх. Два конца проволоки выводятся вперед и снова обматываются вокруг шейки изолятора с проволокой, меняя их местами по отношению к проволоке.

Затем проволока плотно притягивается к горловине изолятора, а концы вязальной проволоки обматываются вокруг проволоки с противоположных сторон изолятора шесть-восемь раз. Для предотвращения повреждения алюминиевых проводов место связывания иногда покрывают алюминиевой лентой. Не допускается изгибать провод на изоляторе, туго натягивая вязальную проволоку.

Стяжные провода Завяжите проволоку вручную, используя плоскогубцы для завязывания проволоки. Обратите особое внимание на затяжку стяжной проволоки и расположение концов (они не должны выступать). Изоляторы штыревого типа крепятся к опорам на стальных крюках или штырях. Крюки прикручиваются непосредственно к деревянным опорам, а штыри крепятся к металлическим, железобетонным или деревянным балкам. Переходные полиэтиленовые колпачки используются для фиксации изоляторов на крюках и штырях. Нагретый колпачок плотно прижимается к столбу до упора, а затем на него навинчивается изолятор.

Провода подвешиваются на железобетонных или деревянных столбах с помощью подвесных или штыревых изоляторов. В воздушных линиях используются неизолированные провода. Исключение составляют вводы в здания – изолированные провода, протянутые от столба ЛЭП к изоляторам, установленным на крюках непосредственно на здании.

Внимание!
Наименьшая допустимая высота нижнего крюка на вышке (от земли): для ВЛ напряжением до 1000 В допустимая высота нижнего крюка для промежуточных вышек 7 м, для промежуточных вышек 8,5 м; для ВЛ напряжением 1000 В допустимая высота нижнего крюка для промежуточных вышек 8,5 м, для угловых вышек (анкерных) 8,35 м.

Наименьшие допустимые сечения воздушных проводов линий электропередачи выше 1000 В, выбранные по условиям механической прочности с учетом возможной толщины обледенения, приведены в таблице 1.1.

Минимально допустимые значения для проводов воздушных линий электропередач выше 1000 В
Таблица 1.1

Заземляющие устройства должны быть установлены на воздушных линиях электропередачи напряжением до 1000 В. Расстояние между ними определяется количеством часов молний в году:

♦ до 40 часов – не более 200 м;
♦ более 40 часов – не более 100 м.

Сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 30 Ом.

Допустимые расстояния нижних проводов воздушных линий электропередачи до 1000 В и до 10 кВ и их опор от объектов представлены в таблице 1.2.

Читайте далее:
Сохранить статью?