Расположение проводов на опорах. Транспозиция проводов

Опоры и фундаменты на воздушные линии электропередач напряжением 35-110 кВ имеют значительный удельный вес как в части материалоёмкости, так и в стоимостном отношении. Достаточно сказать, что стоимость смонтированных опорных конструкций на этих воздушных линиях составляет, как правило, 60-70 % полной стоимости сооружения воздушных линий электропередач. Для линий, расположенных на промышленных предприятиях и непосредственно прилегающих к ним территориях, этот процент может быть ещё выше.

Опоры воздушной линии предназначены для поддержания проводов линий на определённом расстоянии от земли, обеспечивающем безопасность людей и надёжную работу линии.

Опоры воздушных линий электропередач делятся на анкерные и промежуточные. Опоры этих двух групп различаются способом подвески проводов.

Анкерные опоры полностью воспринимают тяжение проводов и тросов в смежных с опорой пролётах, т.е. служат для натяжения проводов. На этих опорах провода подвешиваются с помощью подвесных гирлянд. Опоры анкерного типа могут быть нормальной и облегчённой конструкции. Анкерные опоры значительно сложнее и дороже промежуточных и поэтому число их на каждой линии должно быть минимальным.

Промежуточные опоры не воспринимают тяжение проводов или воспринимают его частично. На промежуточных опорах провода подвешиваются с помощью поддерживающих гирлянд изоляторов, рис. 1.

Рис. 1. Схема анкерного пролёта воздушной линии и пролёта пересечения с железной дорогой

На базе анкерных опор могут выполняться концевые и транспозиционные опоры. Промежуточные и анкерные опоры могут быть прямыми и угловыми .

Концевые анкерные опоры, устанавливаемые при выходе линии с электростанции или на подходах к подстанции, находятся в наихудших условиях. Эти опоры испытывают одностороннее тяжение всех проводов со стороны линии, так как тяжение со стороны портала подстанции незначительно.

Промежуточные прямые опоры устанавливаются на прямых участках воздушных линий электропередач для поддержания проводов. Промежуточная опора дешевле и проще в изготовлении, чем анкерная, так как в нормальном режиме не испытывает усилий вдоль линии. Промежуточные опоры составляют не менее 80-90 % общего числа опор воздушных линий.

Угловые опоры устанавливаются в точках поворота линии. При углах поворота линии до 20 о применяют угловые опоры анкерного типа. При углах поворота линии электропередачи более 20 о – промежуточные угловые опоры.

На воздушных линиях электропередач 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 протяжённостью более 100 км для того, чтобы сделать ёмкость и индуктивность всех трёх фаз цепи воздушных линий электропередач одинаковыми. При этом последовательно меняют на опорах взаимное расположение проводов по отношению друг к другу. Однако такое тройное перемещение проводов называют циклом транспозиции. Линия делится на три участка (шага), на которых каждый из трёх проводов занимает все три возможных положения, рис. 2.

Рис. 2.

В зависимости от количества подвешиваемых на опорах цепей опоры могут быть одноцепные и двухцепные . Провода располагаются на одноцепных линиях горизонтально или треугольником, на двухцепных опорах – обратной ёлкой или шестиугольником. Наиболее часто встречающиеся расположения проводов на опорах схематически изображены на рис. 3.

Рис. 3. :

а – расположение по вершинам треугольника; б - горизонтальное расположение; в – расположение обратной ёлкой

Там же указано и возможное расположение грозозащитных тросов. Расположение проводов по вершинам треугольника (рис. 3,а) широко распространено на линиях до 20-35 кВ и на линиях с металлическими и железобетонными опорами напряжением 35-330 кВ.

Горизонтальное расположение проводов применяют на линиях 35 кВ и 110 кВ на деревянных опорах и на линиях более высокого напряжения на других опорах. Для двухцепных опор более удобно с точки зрения монтажа расположение проводов по типу «обратная ёлка», но увеличивает массу опор и требует подвески двух защитных тросов.

Деревянные опоры широко применялись на воздушных линиях электропередач до 110 кВ включительно. Наиболее распространены сосновые опоры и несколько меньше опоры из лиственницы. Достоинства этих опор – малая стоимость (при наличии местной древесины) и простота изготовления. Основной недостаток – гниение древесины, особенно интенсивное в месте соприкосновения опоры с почвой.

Выполняются из стали специальных марок для линий 35 кВ и выше, требуют большого количества металла. Отдельные элементы соединяют сваркой или болтами. Для предотвращения окисления и коррозии поверхность металлических опор оцинковывают или периодически окрашивают специальными красками. Однако они обладают высокой механической прочностью и большим сроком службы. Устанавливают металлические опоры на железобетонных фундаментах. Эти опоры по конструктивному решению тела опоры могут быть отнесены к двум основным схемам – башенным или одностоечным , рис. 4, и портальным , рис. 5.а, по способу закрепления на фундаментах – к свободностоящим опорам, рис. 4 и 6, и опорам на оттяжках , рис. 5.а, б, в.

На металлических опорах высотой 50 м и более должны быть установлены лестницы с ограждениями, доходящими по вершины опоры. При этом на каждой секции опор должны быть выполнены площадки с ограждениями.

Рис. 4. :

1 – провода; 2 – изоляторы; 3 – грозозащитный трос; 4 – тросостойка; 5 – траверсы опоры; 6 – стойка опоры; 7 – фундамент опоры

Рис. 5. :

а) – промежуточная одноцепная на оттяжках 500 кВ; б) – промежуточная V -образная 1150 кВ; в) – промежуточная опора ВЛ постоянного тока 1500 кВ; г) – элементы пространственных решетчатых конструкций

Рис. 6. :

а) – промежуточная 220 кВ; б) – анкерная угловая 110 кВ

Железобетонные опоры выполняются для линий всех напряжений до 500 кВ. Для обеспечения необходимой плотности бетона применяют виброуплотнение и центрифугирование. Виброуплотнение производится различными вибраторами. Центрифугирование обеспечивает очень хорошее уплотнение бетона и требует специальных машин – цинтрифуг. На воздушных линиях электропередач 110 кВ и выше стойки опор и траверсы портальных опор – центрифугированные трубы, конические или цилиндрические. Железобетонные опоры долговечнее деревянных, отсутствует коррозия деталей, просты в эксплуатации и поэтому получили широкое распространение. Они имеют меньшую стоимость, но обладают большей массой и относительной хрупкостью поверхности бетона, рис. 7.

Рис. 7.

опоры : а) – со штыревыми изоляторами 6-10 кВ; б) – 35 кВ;

в) – 110 кВ; г) – 220 кВ

Траверсы одностоечных железобетонных опор – металлические оцинкованные.

Срок службы железобетонных и металлических оцинкованных или периодически окрашиваемых опор велик и достигает 50 лет и более.

Cтраница 1

Транспозиция фаз осуществляется обычно на опоре, редко в пролете. В качестве транспозиционной опоры используют, как правило, унифицированную анкерно-угловую опору, иногда промежуточную.  

Транспозиция фаз линий электропередачи выполняется для снижения несимметрии напряжений и токов в электрической системе при нормальных режимах работы электропередачи и для ограничения мешающих влияний линий электропередачи на низкочастотные каналы связи.  

Транспозиция фаз линий электропередачи выполняется для снижения несимметрии напряжений и токов в электрической системе при нормальных режимах работы электропередачи и для ограничения мешающих влияний линий электропередачи на низкочастотные каналы связи. Транспозиция фаз предусматривается для В Л НО кв и выше длиной более 100 км. Длины циклов транспозиции выбираются в соответствии с конкретными условиями, но не более 300 км. На участках между ближайшими подстанциями целесообразно выполнять целое число циклов транспозиции, чтобы снизить по возможности несимметрию токов и напряжений на каждой из подстанций электрической системы. На (ВЛ с заходами на промежуточные подстанции при длине участков между подстанциями не более 100 км транспозиция проводов выполняется путем скрутки фаз у подстанций, в концевом пролете, на одной из опор В Л на подходе к подстанции. В сетях с компенсированной нейтралью (35 кв и ниже) рекомендуется выравнивание несимметрии емкостных токов выполнять путем изменения расположения фаз на опорах, отходящих от подстанции ВЛ. При наличии на участке линии двух параллельных цепей целесообразно выполнять на каждой из них транспозицию по одинаковой схеме и с одинаковым числом полных циклов. Взаимная транспозиция цепей усложняет эксплуатацию и обычно не требуется.  

Чтобы избежать этого, прибегают к транспозиции фаз.  

Аналогичное решение применяют на линейных опорах для транспозиции фаз проводов воздушных линий. Одностоечные порталы позволяют сократить затраты материалов на несущие конструкции.  

При длине КЛ несколько километров необходимо производить транспозицию фаз одножильных кабелей для уменьшения наведенного напряжения в параллельных линиях связи.  

При длине кабельной линии в несколько километров производится транспозиция фаз одножильных кабелей для уменьшения наведенного напряжения в параллельных линиях связи.  

В электрических сетях до 35 кВ рекомендуется производить транспозицию фаз на подстанциях так, чтобы суммарные длины участков с различным чередованием фаз были примерно равны.  

При длине кабельной линии несколько километров необходимо производить транспозицию фаз одножильных кабелей для уменьшения наведенного напряжения в параллельных линиях связи.  

Собственная емкость фазного провода с при условии, что применена транспозиция фаз, должна вычисляться с обязательным учетом влияния земли в силу значительного расстояния между фазами разомкнутой линии, которое может заметно превышать высоту подвеса проводов над землей.  

При большой длине кабельной линии (несколько километров) производится транспозиция фаз одножильных кабелей, благодаря чему уменьшается наведенное напряжение в параллельных линиях связи. Каждый кабель подпитывается маслом от отдельной группы баков, соединенных через коллектор. Для наблюдения за исправностью кабелей производится контроль за давлением масла в нем, который осуществляется при помощи электрических сигнальных манометров, показывающих давление в аппаратах подпитки, присоединенных к концевым муфтам. Схема сигнализации предусматривает световой и звуковой сигналы на пульте управления при отклонении давления в кабеле от нормированного.  

Основными элементами ВЛ являются: опоры, провода, изоляторы, линейная арматура, грозозащитные тросы.

Для ВЛ используются металлические, железобетонные и деревянные опоры.

Для изготовления металлических опор применяют углеродистую и низколегированную стали. Для защиты от коррозии опоры оцинковывают или покрывают антикоррозийными лаками и красками. Такие опоры устанавливаются на ВЛ напряжением 35, 110, 220, 330 и 500 кВ (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Двухцепная ВЛ-35 на металлических опорах

Железобетонные опоры из центрифугированного бетона кольцеобразного сечения применяют для линий напряжением 35, 110, 220 кВ. Железобетонные опоры из вибробетона прямоугольного или квадратного сечения применяют для линий напряжением 0,4, 6, 10 кВ (рис. 3.2).

Для деревянных опор используется лиственница зимней рубки, сосна, ель, пихта. Деревянные опоры с железобетонными приставками применяют для ВЛ 0,4, 6, 10, 35 и 110 кВ. Для защиты от гниения деревянные опоры пропитывают антисептиком, что увеличивает срок службы древесины в 3 раза.

Рис. 3.2. Сечения железобетонных опор:

а – центрифугированные; б – из вибробетона

По назначению опоры делятся на промежуточные (рис. 3.3) и анкерные (рис. 3.4). Промежуточные опоры устанавливают на прямых участках трассы и предназначены только для поддержания проводов на изоляторах. Они не воспринимают усилий вдоль воздушной линии. Анкерные опоры рассчитаны на одностороннее тяжение проводов в пролетах. Анкерные опоры устанавливают через каждые 3-5 км ВЛ. Если не устанавливать анкерные опоры, то в случае обрыва проводов в пролете все промежуточные опоры начнут падение друг за другом и вся ВЛ на несколько километров упадет. При наличии анкерной опоры падение опор на ней прекратится.

Рис. 3.3. Деревянные промежуточные опоры:

а – для линий 6, 10 кВ; б – для линий 35, 110 кВ; 1 – стойки; 2 – приставка (пасынок); 3 – бандаж; 4 – траверсы

Рис. 3.4. Анкерные опоры:

а – для ВЛ 35, 110 кВ; б – для ВЛ 6, 10 кВ

На анкерных опорах провода закрепляют жестко. Угловые опоры устанавливают в точках изменения направления ВЛ. При незначительных углах поворота (до 20°) эти опоры могут изготавливаться как промежуточные, при углах поворота от 20° до 90° их выполняют по типу анкерных опор. Концевые опоры устанавливают в конце линии перед подстанциями или вводами.

В линиях напряжением 6, 10, 35 кВ концевые и угловые опоры выполняются А-образными или АП-образными.

Воздушные линии могут быть одноцепные и двухцепные. Одноцепная ВЛ содержит на опоре одну цепь из трех проводов трехфазной сети, а двухцепная содержит две цепи.

Рис. 3.5. Транспозиция проводов ВЛ 110, 220 кВ:

1 , 2 – транспозиционные опоры

Транспозиционные анкерные опоры с дополнительными изоляторами осуществляют транспозицию проводов (рис. 3.5) на ВЛ напряжением 110, 220 кВ и выше. Транспозиция проводов необходима для выравнивания индуктивностей и емкостей и падения напряжения во всех фазах ВЛ при длине более 100 км таким образом, чтобы на одной трети длины каждая фаза занимала среднее положение.

Характеристики пролета ВЛ

Основные характеристики пролета: длина, габарит, стрела провеса (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Характеристика пролета ВЛ:

а – при одинаковом уровне подвеса проводов; б – при разных уровнях;

– длина пролета; – габарит; – стрела провеса; – высота опоры

Длина пролета – расстояние между опорами; габарит – наименьшее расстояние от нижней точки провода до земли (воды, сооружения). Стрела провеса – расстояние от нижней точки провода до прямой, соединяющей точки подвеса. Зимой стрела провеса уменьшается, летом увеличивается.

Размеры ВЛ зависят от номинального напряжения (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Размеры элементов конструкции ВЛ разных напряжений

Требования ПУЭ при сооружении ВЛ

Требования ПУЭ к ВЛ изложены на семидесяти шести страницах. Ниже приведены для примера только некоторые из них.

1. Наименьшие расстояния от проводов до земли (габарит) для ВЛ различных напряжений (табл. 3.2).

Таблица 3.2

*К населенной местности относятся города, поселки, дачные поселения, к ненаселенной – поля, пашни и т.п.

2. Нельзя строить ВЛ над стадионом, школой, детским садом, рынком.

3. Сечение проводов для ВЛ 6, 10 кВ марки АС необходимо принимать не менее 50 мм 2 .

4. В населенной местности для ВЛ 6, 10 кВ должна быть двойная привязка проводов к изоляторам.

Если при строительстве ВЛ будут допущены нарушения требований ПУЭ, то инспектор Ростехнадзора не даст разрешение на эксплуатацию данной ВЛ и потребует устранить нарушения.

Провода для воздушных линий электропередач

Для воздушных линий (ВЛ) электропередач используют голые многопроволочные алюминиевые (А) и сталеалюминевые (АС) провода. Например, провод А-50 содержит 7 алюминиевых проволок диаметром по 3 мм каждая. Площадь поперечного сечения одной проволоки мм 2 . суммарная площадь семи проволок мм 2 .

Расшифровка провода А-50: А – алюминиевый, 50 – площадь поперечного сечения провода, мм 2 . Провод А-50 выдерживает на разрыв силу кгс, масса 1 км составляет кг, сопротивление 1 км Ом. Провода марки А изготавливаются сечением от 16 до 800 мм 2 . Технические данные этих проводов представлены в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Технические данные голых алюминиевых проводов марки А

Провод АС-50/8 алюминиевый со стальным сердечником содержит 6 алюминиевых проволок диаметром по 3,2 мм и одну стальную проволоку диаметром 3,2 мм. Площадь поперечного сечения алюминиевой проволоки мм 2 . Суммарная площадь шести алюминиевых проволок мм 2 .

Площадь стальной проволоки мм 2 .

Расшифровка провода АС-50/8: А – алюминиевый, С – стальной, 50 – суммарная площадь поперечного сечения алюминиевых проволок, мм 2 , 8 – площадь сечения стального сердечника, мм 2 .

Провод АС-50/8 выдерживает на разрыв кгс, масса 1 км кг, сопротивление 1 км Ом. Провода марки АС изготавливаются сечением от 10 до 1000 мм 2 . Технические данные этих проводов представлены в табл. 3.4.

Таблица 3.4

Технические данные голых сталеалюминевых проводов марки АС

При переходе ВЛ через железную дорогу, водные преграды, инженерные сооружения применяются усиленные провода марки АС. Например, провод АС-95/16 содержит одну стальную проволоку диаметром 4,5 мм площадью 16 мм 2 . Разрывное усилие кгс (3,4 тс), кг.

Провод АС-95/141 содержит стальной сердечник из 37 проволок диаметром по 2,2 мм каждая. Суммарная площадь поперечного сечения стального сердечника 141 мм 2 . Разрывное усилие кгс (18,5 тс), что в 5,4 раза больше чем у провода АС-95/16 с такой же площадью алюминиевых проволок. Масса 1 км провода АС-95/141 кг, в 3,5 раза тяжелее провода АС-95/16.

Провода марки АС прочнее проводов марки А примерно в 1,5 раза, но они при этом во столько же раз и тяжелее.

В электрических расчетах проводимость стального сердечника не учитывают, так как его проводимость составляет всего 4% от алюминиевого. Удельное сопротивление алюминия при 20ºС Ом·мм 2 /м, т.е. сопротивление 1 м провода сечением 1 мм 2 Ом. Удельное сопротивление железа (стали) Ом·мм 2 /м. Сопротивление железа в 3,57 раз больше, чем у алюминия (0,100/0,028=3,57). В проводе АС-50/8 площадь стального сердечника в 6,25 раз меньше, чем у алюминия (50/8 = 6,25). Сопротивление стального сердечника в 22,3 раза больше, чем алюминиевого (6,25·3,57 = 22,3), т.е. проводимость составляет 4% (1·100/22,3 = 4,4%).

Сталеалюминевые провода изготавливают с различным соотношением площадей сечений алюминиевой и стальной частей: для проводов нормальной прочности 6:1; для усиленных 4:1; для особо усиленных 1,5:1.

Провода с облегченными сердечниками имеют соотношение 8:1, особо облегченные (12-18):1.

Для увеличения продолжительности работы алюминиевых и сталеалюминевых проводов в течение всего срока службы (40 лет) их покрывают антикоррозионной защитной электросетевой смазкой ЗЭС.

Если в проводе марки А межпроволочные пазы заполнены антикоррозионной смазкой, то шифр обозначения провода АКП.

Если в проводе АС сердечник заполнен антикоррозионной смазкой, то шифр обозначения АСКС, при заполнении всего провода – АСКП.

Если в проводе АС сердечник обмотан полиэтиленовой пленкой, то шифр обозначения АСК.

ВЛ-35 кВ и выше выполняются сталеалюминевыми проводами облегченной конструкции (АСО) при толщине стенки гололеда до 20 мм и усиленной (АСУ) при толщине свыше 20 мм.

Провода из меди маркируются буквой М, например, М-50, где 50 – суммарная площадь поперечного сечения проволок.

Для грозозащитных тросов используют стальные оцинкованные многопроволочные провода марки ПС, например, ПС-25 (П – провод, С – стальной многопроволочный, 25 – суммарная площадь поперечного сечения проволок, табл. 3.5).

Таблица 3.5

Стальные оцинкованные провода марки ПС

Стальные однопроволочные провода марки ПСО изготавливаются с диаметрами 3,5, 4, 5 мм и обозначаются, например, ПСО-5 (П – провод, С – стальной, О – однопроволочный, 5 – диаметр, мм).

Строительная длина – это количество провода на барабане без разрыва. Например, длина провода А-35 на барабане 4000 м (4 км).

Провода марки АЖ представляют собой сплав алюминия с магнием и кремнием ().

Провода марки АС применяются для системообразующих и распределительных ВЛ напряжением 35, 110, 220 кВ и выше, где необходима повышенная прочность при воздействии ветровых нагрузках и гололеде.

Для внутри карьерных распределительных ВЛ-6(10) кВ рекомендуется принимать провод марки А. Он легче, мягче, с ним удобнее работать, легче монтировать. Провод А-120 кг/км в 1,6 раза легче провода АС-120/27 кг/км.

Самонесущие изолированные провода

Самонесущие изолированные провода (СИП) изготавливаются многопроволочными из алюминиевой проволоки и покрываются изоляцией из полиэтилена (LД, РЕ, ХLРЕ). Номинальное напряжение марки СИП-1 и СИП-2 до 1000 В, СИП-3 – 20 кВ.

Пример сечений: 1х16+1х25; 3х35+1х50; 4х16+1х25.

Провода СИП-3 одножильные сечением 50, 70, 95, 120, 150 мм 2 .

Достоинства СИП:

1. Алюминиевые провода не разрушаются коррозией.

2. СИП можно прокладывать по стенам зданий.

3. СИП безопаснее, снижается вероятность коротких замыканий.

4. СИП интенсивно внедряется в городских электрических сетях, заменяя голые провода марки А и АС.

Изоляторы

Изоляторы предназначены для изоляции проводов ВЛ от опор и для крепления их к опорам. Традиционный материалы для изготовления изоляторов – фарфор и стекло. Новый материал – полимеры. На рис. 3.7 показана гирлянда изоляторов из фарфора для ВЛ-110 и полимерный изолятор взамен данной гирлянды.

Изолятор состоит из изоляционного элемента и металлической арматуры для крепления изоляторов к опоре.

На ВЛ 0,4, 6, 10 кВ следует применять штыревые изоляторы, на ВЛ 35 кВ штыревые и подвесные, на ВЛ 110, 220 кВ и выше только подвесные. Подвесные изоляторы собирают в гирлянды из отдельных изоляторов при помощи специальной сцепной арматуры.

Рис. 3.7. Гирлянда изоляторов из фарфора и полимерный стержень

Число изоляторов в гирлянде в зависимости от напряжения ВЛ:

6, 10 кВ – 1 изолятор;

35 кВ – 3 изолятора;

110 кВ – 7 изоляторов;

220 кВ – 14 изоляторов.

Поддерживающие гирлянды располагаются вертикально на промежуточных опорах. Натяжные гирлянды располагаются почти горизонтально на анкерных опорах.

Изоляторы из стекла предпочтительнее фарфоровых. Во-первых, они прочнее фарфоровых и, во-вторых, легче отыскивать трещины и утечки тока.

Гасители вибраций

Для проводов характерны вибрация и пляска. Вибрация возникает при слабом ветре и представляет собой периодические колебания в вертикальной плоскости с частотой 5-50 Гц и с амплитудой до трех диаметров провода. Под ее действием возникают динамические переменные усилия, приводящие к разрыву проволочек в местах крепления.

Пляска возникает под действием порывистого ветра (5-20 м/с) на провода, покрытые гололедом. Частота колебаний составляет 0,2-0,4 Гц, амплитуда колебаний до 5 м. Это приводит к схлестыванию проводов и поломке опор.

Для защиты проводов от колебаний в вертикальной плоскости используются гасители вибраций. При сечении проводов А35 – А95, АС25 – АС70 шпилевого типа. При сечениях А120 и АС95 и более в виде стального троса с двумя чугунными грузами (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Гаситель вибрации проводов

Масса льда в 6,4 раза больше массы самого провода (1775/276=6,4).

Территория России по гололедности разбита на 5 районов (табл. 3.6).

Таблица 3.6

Иркутская область относится ко II району.

Изобретение относится к области железных дорог, электрифицированных на переменном токе, и направлено на обеспечение нормального функционирования высоковольтных линий с изолированной нейтралью в условиях интенсивного воздействия электромагнитного поля контактной сети железной дороги. Устройство транспозиционной геометрии проводов воздушной высоковольтной линии содержит: опоры линии, кронштейны для крепления в ряд двух изоляторов по углам основания условного пространственного равностороннего треугольника, стороны которого увеличены в минимально допустимый размер сближения. Для симметрирования погонных электрических параметров линии применена шестишаговая транспозиция проводов - фаз в цикле с поворотом проводов - фаз на 60° на каждой опоре и вращением проводов по всей длине линии. Геометрическое расположение проводов на опорах по углам условного пространственного равностороннего треугольника выполнено с помощью чередующихся по высоте и разных по длине кронштейнов с подвесными изоляторами, на которых крепятся провода - фазы. Технический результат заключается в снижении электромагнитного воздействия контактной сети железной дороги на функционирование высоковольтных линий с изолированной нейтралью. 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2460654

Изобретение относится к аппаратуре, обеспечивающей нормальное функционирование высоковольтных линий с изолированной нейтралью, а также линий, использующих систему два - провода заземленный провод (ДПЗП патент от 10.11.2006 г. № 2286891) в условиях интенсивного воздействия электромагнитного поля контактной сети железной дороги. Снижение несимметрии треугольника питающих напряжений потребителей систем с изолированной нейтралью и ДПЗП от электромагнитного влияния контактной сети зависит от геометрии расположения проводов на опорах. Задача заключается в том, чтобы влияющее электромагнитное поле оказывало одинаковое воздействие на все три провода. Тогда уровни наведенных напряжений как от магнитной, так и от электрической составляющих, в точках подключения потребителей, будут одинаковы, и разности потенциалов по фазам линии от влияний будут стремиться к нулю. Соответственно, на самом потребителе будет только напряжение питания. Поставленную цель можно достигнуть, создав одинаковое расстояние от каждого из проводов линии до эквивалента влияния контактной сети. Под эквивалентом влияния контактной сети следует понимать геометрическую расположенность всех токоведущих элементов (контактный провод, несущий трос, струнки и т.д.) и, кроме того, такую же геометрию от параллельного - второго пути. Вся эта геометрия трех проводов должна сводиться в условную геометрическую точку. Если все три провода будут параллельно разнесены в пространстве, то такая задача конструктивно не решаема. Однако если свести три провода в единую геометрическую точку влияния, то можно получить положительный результат. Транспозиция проводов ВЛ обеспечивает выравнивание индуктивностей и емкостей отдельных фаз, уменьшение влияния на соседние параллельные воздушные линии, тем самым обеспечивая качественную передачу электроэнергии к потребителю. Транспозиция заключается во взаимном обмене местами проводов различных фаз на протяжении всей линии. Для этого вся длина линии делится на части, число которых кратно трем, и каждая фаза, переходя с одного участка на другой, меняется местами с другими фазами, что описано в учебнике: «Электроснабжение нетяговых потребителей железных дорог». Ратнер М.П., Могилевский Е.Л. - М.: Транспорт, 1985 г. Устройство принято в качестве прототипа. В прототипе применяют длину шага транспозиции 3 км. Три шага транспозиции (при каждом шаге смещение проводов на 120°) обеспечивает через 360° полное перекрещивание проводов, что составляет цикл транспозиции.

Транспозиция проводов выполняется на специальной транспозиционной опоре или в пролете (промежуток между опорами), подходящий к транспозиционной опоре. Если транспозиция выполняется в пролете, то в месте крепления проводов на опоре, для защиты их от перехлеста, необходимо в два раза увеличить минимально допустимое расстояние между проводами. В остальных пролетах линии (3 км) провода идут параллельно друг другу до следующего шага транспозиции. Между шагами транспозиции электрические параметры несимметричны. К основным погонным электрическим параметрам линии, влияющим на качества передачи электроэнергии, относятся погонная индуктивность, погонная емкость, погонная проводимость и коэффициент распространения.

Погонная индуктивность линий обусловлена магнитным потоком, пронизывающим рамку, образованная проводами цепи, а также магнитным потоком внутри проводов цепи.

Из этого следует, что внешняя индуктивность не зависит от частоты и определяется геометрическими параметрами самой и влияющей линий. Если шаг транспозиции достаточно значителен и составляет 3 км, а цикл 9 км, то на протяжении 9 км происходит постоянное значительное изменение внешней индуктивности по длине всей линии, а косое сближение дополнительно вносит несимметрию электрических погонных параметров. Разброс параметров внешней индуктивности по длине линии отрицательным образом сказывается на качестве электроэнергии у потребителей, подключенных к одной и той же линии.

Симметрирование погонных электрических параметров, в основном, выполняется в кабелях связи, а также силовых кабелях электропитания, которых принимаем в качестве аналога ( Теория передачи сигналов электросвязи . Ю.С.Шинаков, Ю.М.Колодяжный - М.; Радио и связь, 1989). Симметричная кабельная цепь представляет собой жилы, скрученные в звездную четверку по всей длине кабеля. Благодаря скрутке в звездную четверку, каждый из проводов имеет одинаковую емкость по отношению к земле и к любому другому проводу другой цепи. Погонная индуктивность в кабельных линиях по отношению к воздушным линиям значительно меньше за счет уменьшения внешней индуктивности.

В симметричных кабельных линиях основным преимуществом является симметричность погонных электрических параметров. Кроме того, для более точной подгонки этих параметров применяют еще индивидуальное трехэтапное симметрирование. Однако существенным недостатком кабельных линий, из-за малого расстояния между жилами, является большая погонная емкость по отношению к воздушным линиям. Этот недостаток влияет на переходные коммутационные процессы и, тем самым, ограничивает длину непрерывных кабельных линий (длина силовых непрерывных кабельных линий не более 60 км).

Предлагаемое устройство транспозиционной геометрии проводов для снижения электромагнитного воздействия максимально использует все преимущества как воздушных, так и кабельных линий. То есть предлагаемое устройство использует симметрию погонных электрических параметров кабелей, но с малой погонной емкостью, которой обладают воздушные проводные линии.

Цель изобретения - создание устройства транспозиционной геометрии проводов воздушной высоковольтной линии электроснабжения с повышенной симметрией погонных электрических параметров линии находящейся в условиях интенсивного воздействия электромагнитного поля контактной сети железных дорог, электрифицированных на переменном токе.

Погонное равенство всех электрических параметров проводов - фаз линии достигается путем применения транспозиции трех проводов на каждом межпролетном пространстве по всей длине линии, с применением не трехшаговой межпролетной транспозиции с поворотом на 120° (требующей двукратного увеличения допустимого безопасного расстояния между проводами и имеющей на основании этого расстояние между шагами 3 км), а шестишагового поворота на 60° на каждой опоре. Шестишаговый поворот проводов на 60° по окружности на каждой опоре (показанный на расчетной схеме фиг.1 и пространственной схеме фиг.2), который увеличивает расстояние между проводами в опорных точках по отношению к середине пролета лишь на коэффициент 1.15, позволяя использовать стандартизированные конструкции кронштейнов и опор, тем самым сохраняя нормируемые габариты и разгружая опору до стандартных значений нагрузки, а также позволяя выполнять транспозиционный шаг на каждом пролете без пропусков. Эта транспозиционная геометрия проводов дает возможность применить ее не только для напряжений 6 (10) кВ, но и с более высокими значениями напряжений 27,35 кВ и даже выше. Применение расположения проводов на опорах по углам условного пространственного равностороннего треугольника (см. пунктиром фиг.1) позволяет получить высокий уровень симметрирования погонных электрических параметров линии.

В устройстве имеются: опоры линии - 1; кронштейны для крепления двух изоляторов в ряд по углам основания условного пространственного равностороннего треугольника, стороны которого увеличены в 1.15D - нормированного минимально допустимого размера сближения - 2; кронштейны для крепления одного изолятора на третьем угле условного пространственного равностороннего треугольника - 3; подвесные гирлянды изоляторов - 4; провода - фазы высоковольтной трехфазной линии - 5, 6 и 7; эквивалент влияющей контактной сети - 8.

Устройство работает следующим образом. Электромагнитное поле контактной сети 8 облучает своими магнитной и электрической составляющими провода - фазы 5, 6 и 7.

Эти провода 5, 6 и 7 за счет своего постоянного вращения вдоль всей длины линии имеют одинаковые погонные электрические параметры. Соответственно, они получают одинаковое воздействие от обоих составляющих электромагнитного поля контактной сети 8. За счет соразмерности расстояния до эквивалента контактной сети 8 обеспечивается равенство наведенных электрических величин на всех трех проводах 5, 6, 7. В результате на подключенных к этой линии потребителях взаимно уничтожаются магнитная и электрическая составляющие электромагнитного поля контактной сети 8. Выполненный на каждой опоре 1 условный пространственный равносторонний треугольник с увеличенными сторонами в 1.15 (для невозможности перехлеста проводов), образованный с помощью чередующихся по высоте и разных по длине кронштейнов 2 и 3 с подвесными изоляторами 4, на которых крепятся провода - фазы 5, 6 и 7, дополнительно сближает равенство погонных электрических параметров линии.

Предлагаемое устройство транспозиционной геометрии проводов воздушной высоковольтной линии электроснабжения с повышенной симметрией погонных электрических параметров линии находящейся в условиях интенсивного воздействия электромагнитного поля контактной сети железных дорог, электрифицированных на переменном токе, обеспечивает высокое качество поставляемой электроэнергии потребителям и снимает конструктивный предел использования для более высоких напряжений.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство транспозиционной геометрии проводов воздушной высоковольтной линии электроснабжения с повышенной симметрией погонных электрических параметров линии, находящейся в условиях интенсивного воздействия электромагнитного поля контактной сети железных дорог, электрифицированных на переменном токе, содержащее: контактную сеть переменного тока, излучающую электромагнитное поле и высоковольтную линию с транспозицией проводов, находящуюся в зоне этого электромагнитного поля, отличающееся тем, что для симметрирования погонных электрических параметров линии применяется шестишаговая транспозиция проводов - фаз в цикле с их поворотом на 60° (на каждой опоре), их вращением (по всей длине линии) и их геометрическим расположением на опорах по углам условного пространственного равностороннего треугольника, выполненного с помощью чередующихся по высоте и разных по длине кронштейнов с подвесными изоляторами, на которых крепятся провода - фазы.

Расположение проводов на опорахТранспозиция проводов

Количество проводов на ВЛ

Расположение проводов на опорах ВЛ (ГТ – грозозащитный трос)

Транспозиция трехфазной линии

Пример транспозиции на опорах, ее полный цикл

Выполнение транспозиции проводов с полевой стороны

Узел транспозиции

Схема проводов и опор при транспозиции

Основные правила транспозиции