Καλώδια και καλώδια εναέριων γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας

Επί αεροπορικές γραμμές μετάδοση ισχύος τάση πάνω από 1000 V, χρησιμοποιούνται γυμνά καλώδια και καλώδια. Όντας σε εξωτερικούς χώρους, εκτίθενται στην ατμόσφαιρα (άνεμος, πάγος, αλλαγές θερμοκρασίας) και επιβλαβείς ακαθαρσίες από τον περιβάλλοντα αέρα (αέρια θείου από χημικά εργοστάσια, θαλασσινό αλάτι) και επομένως πρέπει να έχουν επαρκή μηχανική αντοχή και να είναι ανθεκτικά στη διάβρωση (σκουριά).

Επί του παρόντος, οι αγωγοί χάλυβα-αλουμινίου έχουν βρει τη μεγαλύτερη εφαρμογή στις εναέριες γραμμές.

Προηγουμένως, σύρματα χαλκού χρησιμοποιούνταν σε εναέριες γραμμές και τώρα χρησιμοποιούνται αλουμίνιο, χάλυβας-αλουμίνιο και χάλυβας και σε ορισμένες περιπτώσεις σύρματα από ειδικά κράματα αλουμινίου - eldrium κ.λπ. Τα καλώδια αντικεραυνικής προστασίας είναι συνήθως κατασκευασμένα από χάλυβα.

Διακρίνονται από το σχεδιασμό:

α) αγωγοί πολλαπλών πυρήνων ενός μετάλλου, που αποτελούνται (ανάλογα με τη διατομή του αγωγού) από 7. 19 και 37 χωριστά σύρματα στριμμένα μεταξύ τους (Εικ. 1, β).

β) σύρματα μονού σύρματος που αποτελούνται από ένα συμπαγές σύρμα (Εικ. 1, α).

γ) κλώνοι αγωγοί δύο μετάλλων — χάλυβας και αλουμινίου ή χάλυβας και μπρούντζος.Οι αγωγοί χάλυβα-αλουμινίου συμβατικού σχεδιασμού (κατηγορία AC) αποτελούνται από έναν πυρήνα από γαλβανισμένο χάλυβα (μονόσυρμα ή στριμμένο με 7 ή 19 σύρματα), γύρω από τον οποίο βρίσκεται ένα τμήμα αλουμινίου, που αποτελείται από 6, 24 ή περισσότερα σύρματα (Εικ. 1 , °C).

Ρύζι. 1. Κατασκευή συρμάτων εναέριων γραμμών: α — μονοσύρματα καλώδια. β — λανθάνοντες αγωγοί. γ — σύρματα χάλυβα-αλουμινίου.

Τα δεδομένα δομικής σχεδίασης των γυμνών αγωγών αλουμινίου και χάλυβα-αλουμινίου βρίσκονται στο GOST 839-80.

Δείτε επίσης: Κατασκευές γυμνών καλωδίων για εναέριες γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας

Η επιλογή των αεροπορικών γραμμών περιλαμβάνει την εξέταση πολλών παραγόντων, μεταξύ των οποίων ένας από τους πιο σημαντικούς είναι η παρατεταμένη θέρμανση με ηλεκτρικό ρεύμα. Η θέρμανση των συρμάτων περιορίζει την ικανότητα μετάδοσης της εναέριας γραμμής, οδηγεί σε διάβρωση των συρμάτων, απώλεια μηχανικής αντοχής τους, αύξηση της πτώσης κ.λπ. Η θερμοκρασία των αγωγών εξαρτάται από το τρέχον φορτίο και τις καιρικές συνθήκες της διαδρομής της εναέριας γραμμής.

Η ικανότητα μεταφοράς φορτίου των συρμάτων επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τις καιρικές συνθήκες—ταχύτητα ανέμου, θερμοκρασία περιβάλλοντος και ηλιακή ακτινοβολία, οι οποίες ποικίλλουν ευρέως κατά τη διάρκεια του έτους.

Μια αλλαγή στην ταχύτητα του ανέμου λέγεται ότι έχει μεγαλύτερο αντίκτυπο από μια αλλαγή στη θερμοκρασία του αέρα. Ένας ασθενής άνεμος με ταχύτητα 0,6 m / s αυξάνει την απόδοση των συρμάτων κατά 140% σε σύγκριση με τις στατικές συνθήκες αέρα, ενώ μια αύξηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος κατά 10 ° C τη μειώνει κατά 10-15%.

Χάλκινα σύρματα

Τα καλώδια μου, κατασκευασμένα από σφιχτά τραβηγμένο σύρμα χαλκού, έχουν χαμηλή αντίσταση (r = 18,0 Ohm x mm2/ km) και καλή μηχανική αντοχή: μέγιστη αντοχή εφελκυσμού sp = 36 ... 40 kgf / mm2, αντιστέκονται επιτυχώς στις ατμοσφαιρικές επιδράσεις και στη διάβρωση από επιβλαβείς ακαθαρσίες στον αέρα.

Τα χάλκινα σύρματα σημειώνονται με το γράμμα M με την προσθήκη της ονομαστικής διατομής του σύρματος. Έτσι, σύρμα χαλκού με ονομαστική διατομή 50 mm2 σημειωμένη με M — 50.

Επί του παρόντος, ο χαλκός είναι ένα σπάνιο και ακριβό υλικό, γι' αυτό πρακτικά δεν χρησιμοποιείται ως αγωγοί για εναέριες γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας.

Σύρματα αλουμινίου

Τα καλώδια αλουμινίου διαφέρουν από τα χάλκινα σύρματα με πολύ μικρότερη μάζα, ελαφρώς υψηλότερη ειδική αντίσταση (r = 28,7 ... 28,8 Ohm x mm2/ km) και λιγότερη μηχανική αντοχή: sp = 15,6 kgf / mm2 — για αγωγούς αγωγών κατηγορίας ΑΤ και sp = 16 … 18 kgf / mm2 σύρματος Atp.

Τα καλώδια αλουμινίου χρησιμοποιούνται κυρίως σε τοπικά δίκτυα. Η χαμηλή μηχανική αντοχή αυτών των καλωδίων δεν επιτρέπει υψηλή τάση. Για να αποφύγετε τα μεγάλα βέλη και να ασφαλίσετε τα απαραίτητα PUE το ελάχιστο μέγεθος της γραμμής στο έδαφος, είναι απαραίτητο να μειωθεί η απόσταση μεταξύ των στηριγμάτων και αυτό αυξάνει το κόστος της γραμμής.

Προκειμένου να αυξηθεί η μηχανική αντοχή των συρμάτων αλουμινίου, είναι κατασκευασμένα από πολύκλωνα, σκληρά συρόμενα σύρματα. Καλά ανεκτικά στις ατμοσφαιρικές επιδράσεις, τα σύρματα αλουμινίου δεν αντέχουν την επίδραση επιβλαβών ακαθαρσιών από τον αέρα.

Επομένως, για εναέριες γραμμές που κατασκευάζονται κοντά σε ακτές, αλυκές και χημικά εργοστάσια, συνιστώνται αγωγοί αλουμινίου μάρκας AKP που προστατεύονται από τη διάβρωση (αντοχή στη διάβρωση αλουμινίου, με πλήρωση του χώρου μεταξύ των αγωγών με ουδέτερο γράσο). Οι αγωγοί αλουμινίου σημειώνονται με το γράμμα Α με την προσθήκη της ονομαστικής διατομής του αγωγού.

Χαλύβδινα σύρματα

Τα χαλύβδινα σύρματα έχουν υψηλή μηχανική αντοχή: μέγιστη αντοχή θραύσης sp = 55 ... 70 kgf / mm2... Τα χαλύβδινα σύρματα είναι μονοσύρματα ή πολλαπλά σύρματα.

Η ηλεκτρική αντίσταση των χαλύβδινων συρμάτων είναι πολύ υψηλότερη από αυτή του αλουμινίου και στα δίκτυα AC εξαρτάται από την ποσότητα του ρεύματος που διαρρέει το καλώδιο. Τα χαλύβδινα καλώδια χρησιμοποιούνται σε τοπικά δίκτυα με τάση έως 10 kV κατά τη μετάδοση σχετικά χαμηλής ισχύος, όταν η κατασκευή γραμμών με σύρματα αλουμινίου είναι λιγότερο κερδοφόρα.

Ένα σημαντικό μειονέκτημα των χαλύβδινων συρμάτων και καλωδίων είναι η ευαισθησία τους στη διάβρωση. Για τη μείωση της διάβρωσης, τα καλώδια είναι γαλβανισμένα. Υπάρχουν δύο μάρκες συρμάτινων συρμάτων από χάλυβα: PS (χαλύβδινο σύρμα) και PMS (χάλκινο σύρμα χάλυβα). Τα καλώδια PS έχουν προσθήκη χαλκού έως και 0,2%, και τα καλώδια PSO κατασκευάζονται με διάμετρο 3. 3.5; 5 χλστ. Τα καλώδια αντικεραυνικής προστασίας από χάλυβα πολλαπλών συρμάτων παράγονται σε ποιότητες S-35, S-50 και S-70.

Σύρματα χάλυβα-αλουμινίου

Οι αγωγοί χάλυβα-αλουμινίου έχουν την ίδια αντίσταση με τους αγωγούς αλουμινίου της ίδιας διατομής, διότι στους ηλεκτρικούς υπολογισμούς των αγωγών χάλυβα-αλουμινίου δεν λαμβάνεται υπόψη η αγωγιμότητα του χαλύβδινου τμήματος λόγω της ασημαντότητάς του σε σχέση με την αγωγιμότητα του τμήμα αλουμινίου των αγωγών.

Τα δομικά χαλύβδινα σύρματα αποτελούν το εσωτερικό του σύρματος αλουμινίου από χάλυβα και τα σύρματα αλουμινίου αποτελούν το εξωτερικό. Ο χάλυβας έχει σχεδιαστεί για να αυξάνει τη μηχανική αντοχή, το αλουμίνιο είναι ένα αγώγιμο μέρος.

Στα σύρματα χάλυβα-αλουμινίου, εμφανίζονται πρόσθετες εσωτερικές τάσεις στο αλουμινένιο τμήμα του σύρματος, λόγω των διαφορετικών συντελεστών θερμικής διαστολής αλουμινίου και χάλυβα.

Ο υποχρεωτικός περιορισμός της τάσης του σύρματος στη μέση ετήσια θερμοκρασία για όλους τους αγωγούς είναι απαραίτητος για να αποφευχθεί η γρήγορη φθορά των αγωγών λόγω κραδασμών.

Διαπιστώθηκε πειραματικά ότι το αλουμίνιο αρχίζει να χάνει τις ιδιότητες αντοχής του σε θερμοκρασίες πάνω από 65 ° C. Λαμβάνοντας αυτό υπόψη, κατά την επιλογή της μέγιστης θερμοκρασίας λειτουργίας των συρμάτων χάλυβα-αλουμινίου, συνιστάται να προγραμματιστεί μείωση της αντοχής του αλουμινίου κατά 12 — 15 % (που είναι 7 — 8% απώλεια αντοχής του σύρματος στο σύνολό του) ) καθ' όλη τη διάρκεια ζωής τους, που αντιστοιχεί περίπου σε συνεχή λειτουργία του σύρματος για 50 χρόνια σε θερμοκρασία 90 ° C. Πρέπει να σημειωθεί ότι η συνολική απώλεια μηχανικής αντοχής λόγω βραχυπρόθεσμων υπερφορτώσεων έκτακτης ανάγκης των συρμάτων δεν υπερβαίνει το 1%.

Παράγονται οι ακόλουθες μάρκες συρμάτων χάλυβα-αλουμινίου (GOST 839-80):

AC - σύρμα που αποτελείται από έναν πυρήνα - σύρματα από γαλβανισμένο χάλυβα και ένα ή περισσότερα εξωτερικά στρώματα συρμάτων αλουμινίου. Το σύρμα προορίζεται για τοποθέτηση στην ξηρά, εκτός από περιοχές με μολυσμένο αέρα με επιβλαβείς χημικές ενώσεις.

ΕΡΩΤΗΣΗ, ASKP — παρόμοιο με το καλώδιο μάρκας AC, αλλά με τον χαλύβδινο πυρήνα (C) ή ολόκληρο το σύρμα (P) γεμάτο με γράσο που εξουδετερώνει την εμφάνιση διάβρωσης του σύρματος. Σχεδιασμένο για τοποθέτηση κατά μήκος των ακτών των θαλασσών, των αλυκών και σε βιομηχανικές περιοχές με μολυσμένο αέρα.

ASK — ίδιο με το σύρμα ASK, αλλά με χαλύβδινο πυρήνα μονωμένο με πλαστικό περίβλημα. Στη σήμανση του σύρματος, μετά το γράμμα Α, μπορεί να υπάρχει το γράμμα P, το οποίο υποδηλώνει ότι το σύρμα έχει αυξημένη μηχανική αντοχή (για παράδειγμα, APSK).

Τα σύρματα χάλυβα-αλουμινίου όλων των εμπορικών σημάτων παράγονται με διαφορετική αναλογία της διατομής του τμήματος αλουμινίου του σύρματος προς τη διατομή του χαλύβδινου πυρήνα: εντός 6,0 ... 6,16 - για τη λειτουργία του σύρματος σε μέσο συνθήκες μηχανικού φορτίου. 4.29 ... 4.39 — ενισχυμένη αντοχή. 0,65 … 1,46 — ιδιαίτερα ενισχυμένη αντοχή: 7,71 … 8,03 — ελαφριά κατασκευή και 12,22 … 18,09 — ιδιαίτερα ελαφριά.

Τα ελαφρά καλώδια χρησιμοποιούνται σε νεόδμητες και ανακατασκευασμένες γραμμές σε περιοχές όπου το πάχος του τοίχου πάγου δεν υπερβαίνει τα 20 mm. Οι ενισχυμένοι αγωγοί χάλυβα-αλουμινίου συνιστώνται για χρήση σε χώρους με πάχος τοιχώματος πάγου μεγαλύτερο από 20 mm. Ειδικά ισχυρά σύρματα χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση μεγάλων αποστάσεων σε διασταυρώσεις μέσω υδάτινων χώρων και τεχνικών κατασκευών.

Για πληρέστερο χαρακτηρισμό των αγωγών χάλυβα-αλουμινίου, η ονομαστική διατομή του αγωγού και η διατομή του χαλύβδινου πυρήνα καταχωρούνται στην ονομασία της μάρκας σύρματος, για παράδειγμα: AC-150/24 ή ASKS-150 /34.

Καλώδια Aldrei

Τα καλώδια Aldry έχουν περίπου την ίδια ηλεκτρική αντίσταση με τα σύρματα αλουμινίου, αλλά έχουν μεγαλύτερη μηχανική αντοχή. Το Aldry είναι ένα κράμα αλουμινίου με μικρές ποσότητες σιδήρου («0,2%), μαγνησίου (» 0,7%) και πυριτίου («0,8%). όσον αφορά την αντοχή στη διάβρωση, είναι ίσο με το αλουμίνιο. Το μειονέκτημα των συρμάτων Aldrey είναι η χαμηλή αντοχή τους στους κραδασμούς.

Θέση καλωδίων εναέριας γραμμής

Οι αγωγοί στα στηρίγματα των εναέριων γραμμών μπορούν να τοποθετηθούν με διάφορους τρόπους: σε γραμμές μονού κυκλώματος — σε τρίγωνο ή οριζόντια. σε γραμμές με διπλή αλυσίδα — αντίστροφο δέντρο ή εξάγωνο (με τη μορφή «βαρελιού»).

Η διάταξη των συρμάτων σε τρίγωνο (Εικ. 2, α) χρησιμοποιείται σε γραμμές με τάση έως 20 kV, συμπεριλαμβανομένων των γραμμών με τάση 35 ... 330 kV με μεταλλικά και οπλισμένο σκυρόδεμα στηρίγματα.

Η οριζόντια διάταξη των συρμάτων (Εικ. 2, β) θα χρησιμοποιηθεί σε γραμμές 35 ... 220 kV με ξύλινα στηρίγματα. Αυτή η διάταξη των συρμάτων είναι η καλύτερη από την άποψη των συνθηκών εργασίας, καθώς επιτρέπει τη χρήση χαμηλότερων στηρίξεων και αποκλείει την εμπλοκή του σύρματος κατά την κάθοδο του πάγου και τον χορό των συρμάτων.

Σε γραμμές με δύο τιμές, τα καλώδια τοποθετούνται είτε με ένα αντίστροφο δέντρο (Εικ. 2, γ), το οποίο είναι βολικό για τις συνθήκες εγκατάστασης, αλλά αυξάνει τη μάζα των στηριγμάτων και απαιτεί την ανάρτηση δύο προστατευτικών καλωδίων ή ενός εξαγώνου ( Εικ. 2, G).

Η τελευταία μέθοδος είναι προτιμότερη.Συνιστάται για χρήση σε γραμμές δύο τιμών με τάση 35 ... 330 kV.

Όλες αυτές οι επιλογές χαρακτηρίζονται από μια ασύμμετρη διάταξη των συρμάτων μεταξύ τους, η οποία οδηγεί σε διαφορά στις ηλεκτρικές παραμέτρους των φάσεων. Για την εξίσωση αυτών των παραμέτρων, χρησιμοποιείται η μεταφορά συρμάτων, δηλ. η αμοιβαία θέση των αγωγών σε σχέση μεταξύ τους σε διαφορετικά τμήματα της γραμμής αλλάζει διαδοχικά στα στηρίγματα. Σε αυτή την περίπτωση, ο αγωγός κάθε φάσης περνά το ένα τρίτο του μήκους της γραμμής σε ένα μέρος, το δεύτερο στο άλλο και το τρίτο στην τρίτη θέση (Εικ. 3.).

Ρύζι. 2. Διάταξη συρμάτων και προστατευτικών καλωδίων στα στηρίγματα: α — με τρίγωνο. β — οριζόντια. γ — αντίστροφο δέντρο. δ — εξάγωνο (βαρέλι).

Ρύζι. 3… Σχέδιο μεταφοράς μονοσύρματος.

Ο υπολογισμός του μηχανικού τμήματος της εναέριας γραμμής πραγματοποιείται με βάση την επαναληψιμότητα της ταχύτητας του ανέμου και το πάχος του τοιχώματος πάγου στα καλώδια, το οποίο πληροί τις απαιτήσεις για αξιοπιστία και κεφαλαιοποίηση μιας συγκεκριμένης κατηγορίας εναέριων γραμμών.

Οι εναέριες γραμμές διαφορετικών κατηγοριών, όταν διασχίζουν το ίδιο έδαφος, ειδικά σε μια κοινή διαδρομή, πρέπει να σχεδιάζονται για διαφορετικά φορτία ανέμου και πάγου.

Καλώδια αντικεραυνικής προστασίας εναέριων γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας

Τα καλώδια αντικεραυνικής προστασίας κρέμονται πάνω από τα καλώδια για να τα προστατεύουν από τις ατμοσφαιρικές υπερτάσεις. Σε γραμμές με τάση κάτω των 220 kV, τα καλώδια αναρτώνται μόνο στις προσεγγίσεις των υποσταθμών. Αυτό μειώνει την πιθανότητα επικάλυψης καλωδίων κοντά στον υποσταθμό. Σε γραμμές με τάση 220 kV και άνω, τα καλώδια αιωρούνται σε όλη τη γραμμή. Συνήθως χρησιμοποιούνται ατσάλινα σχοινιά.

Προηγουμένως, τα καλώδια των γραμμών όλων των ονομαστικών τάσεων ήταν γειωμένα σφιχτά σε κάθε υποστήριξη. Η επιχειρησιακή εμπειρία δείχνει ότι εμφανίζονται ρεύματα στα κλειστά κυκλώματα του συστήματος γείωσης — καλώδια — στηρίγματα. Προέκυψαν ως αποτέλεσμα της δράσης του EMF που προκαλείται στα καλώδια με ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Ταυτόχρονα, σε ορισμένες περιπτώσεις σημειώνονται σημαντικές απώλειες ισχύος σε επανειλημμένα γειωμένα καλώδια, ειδικά σε γραμμές υπερυψηλής τάσης.

Μελέτες έχουν δείξει ότι αναρτώντας καλώδια με αυξημένη αγωγιμότητα (χάλυβας-αλουμίνιο) σε μονωτήρες, τα καλώδια μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως καλώδια επικοινωνίας και ως αγωγοί ρεύματος για την τροφοδοσία των καταναλωτών χαμηλής ισχύος.

Προκειμένου να παρέχεται επαρκές επίπεδο αντικεραυνικής προστασίας στις γραμμές, τα καλώδια πρέπει να συνδέονται με το έδαφος μέσω κενών σπινθήρα.