§ 7. КОНСТРУКТИВНОЕ ВЫПОЛНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ. МАРКИ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДОВ И КАБЕЛЕЙ
Электрические сети выполняют воздушными или кабельными линиями электропередач (ЛЭП). Главными элементами воздушной ЛЭП являются: неизолированные провода, опоры, изоляторы, линейная арматура и грозозащитные тросы. В настоящее время применяют алюминиевые, сталеалюминиевые провода. По конструкции провода могут быть однопроволочными, многопроволочными из одного металла и многопроволочными из двух металлов, например алюминия и стали. Применявшиеся ранее медные провода сейчас прокладывают только для питания особо ответственных потребителей.
Медные провода, изготовленные из твердотянутой медной проволоки, имеют малое удельное сопротивление (р = 18 Ом-мм3/км) и хорошую механическую прочность, успешно противостоят атмосферным воздействиям и коррозии от вредных примесей в воздухе.
Алюминиевые провода по сравнению с медными имеют меньшие массу и механическую прочность и большее удельное сопротивление (р = 28,7—28,8 Ом-мм2/км). Алюминий хорошо переносит атмосферные воздействия, но вредные Примеси в воздухе действуют на него отрицательно. Для повышения механической прочности изготавливают многопроволочные провода из твердотянутых проволок.
Стальные провода обладают большой механической прочностью, но имеют высокое удельное сопротивление и подвержены коррозии, для уменьшения которой их можно оцинковывать.
Сталеалюминиевые провода имеют удельное сопротивление, равное сопротивлению алюминиевых проводов, а в сравнении с эквивалентными по проводимости и прочности медными проводами легче последних.
Основные марки проводов: медных — М, алюминиевых — А, сталеалюминиевых АС, стальных — ПС. Цифры после букв обозначают номинальное сечение провода в квадратных миллиметрах, например, М-50, АС-120.
Грозозащитные тросы, как правило, применяют из стали.
Длительно допустимые токовые нагрузки вне помещений на провода приведены в табл. 25.
Расположение проводов на опорах может быть различным (рис. 61): на одноцепных линиях — треугольником (а) или горизонтально (б); на двухцепных линиях — обратной елкой (в) или шестиугольником в виде бочки (г). Грозозащитные тросы устанавливают на верхних точках опор.
При любом варианте провода располагаются несимметрично, что приводит к неодинаковым величинам реактивных сопротивлений и проводимостей. Чтобы получить одинаковые емкости и индуктивности всех трех фаз ЛЭП, на протяженных ЛЭП последовательно меняют на опорах взаимное расположение проводов по отношению друг к другу на разных участках ЛЭП, т. е. применяют так называемую транспозицию проводов.
Опоры выполняют из дерева, стали и железобетона. Основные виды опор: анкерные и промежуточные. Первые устанавливают для жесткого закрепления проводов на концах линии или прямых ее участков, на пересечениях особо важных инженерных сооружений и больших водоемов. Анкерные опоры должны выдерживать одностороннее тяжение двух проводов. Промежуточные опоры служат для поддержания провода на прямых участках ЛЭП между соседними анкерными опорами. У этих опор тяжение проводов на эти опоры не передается.
Деревянные опоры делают из сосны, лиственницы. Достоинства — просты в изготовлении, дешевы. Недостаток — малый срок службы.
Для металлических опор используют сталь. Они требуют больших затрат металла и нуждаются в регулярной окраске для защиты от коррозии.
Рис. 61. Варианты расположения проводов на опорах
Таблица 25
Железобетонные опоры изготавливают из арматуры, ненапряженной или предварительно напряженной, покрытой вибро- или центрифугированным бетоном. Такие опоры требуют меньше металла, не подвержены коррозии, долговечнее деревянных, а поэтому и получили в настоящее время широкое применение на ЛЭП напряжением до 500 кВ включительно.
Изоляторы воздушных линий изготавливают из фарфора или закаленного стекла. Эти материалы обладают высокой механической и электрической прочностью, стойкостью к атмосферным воздействиям. Фарфоровые изоляторы тяжелее стеклянных и хуже переносят ударные нагрузки. При различных повреждениях фарфор растрескивается, что трудно обнаружить визуально, а закаленное стекло рассыпается. На воздушных ЛЭП применяют изоляторы двух типов: штыревые и подвесные. Первые применяют для ЛЭТТ напряжением до 35 кВ, вторые — для ЛЭП любых напряжений. Подвесные изоляторы собирают в гирлянды, которые на промежуточных опорах называются поддерживающими, а на анкерных — натяжными. Количество изоляторов в гирлянде зависит от рабочего напряжения ЛЭП, степени загрязненности атмосферы, материала опор и типа применяемых изоляторов. Например, на ЛЭП-35 количество изоляторов в гирлянде равно трем, на ЛЭП-110 б—8, а на ЛЭП-220 в поддерживающей гирлянде устанавливают 10—14 изоляторов с диаметров чашки от 255 до 350 мм.
Крепление проводов и тросов к изоляторам выполняют натяжными или поддерживающими зажимами. Лучшими натяжными зажимами считают зажимы, не требующие в местах присоединения разреза провода. Поддерживающие зажимы делятся на глухие, когда провод остается в зажиме, и выпадающие, когда провод выскальзывает из зажима.
При эксплуатации воздушных ЛЭП необходимо учитывать и принимать соответствующие меры против следующих явлений: гололеда, вибрации и пляски проводов, грозовых поражений, набросов, разрывов гирлянд и соединений проводов, загнивания и возгорания деревянных опор.
Гололедные образования удаляют механическим путем или плавят электрическим током. Вибрацию проводов устраняют установкой гасителей вибрации, подвешиваемых вблизи от линейной арматуры. Гаситель состоит из двух чугунных грузов, соединенных стальным тросом. Он имеет частоту собственных колебаний во много раз меньшую, чем у провода, и способен удержать последний от вибрации. Для защиты от грозовых поражений применяют грозозащитные тросы, стержневые молниеотводы и разрядники. Загнивание деревянных опор предупреждают пропиткой древесины антисептиками. Возгорание деревянных опор может происходить из-за слабых контактов между болтами крепления и древесиной, загрязнения изоляторов.
Главными элементами кабельной ЛЭП являются: кабель; соединительные, концевые и стопорные муфты; подпитывающие аппараты и система сигнализации давления масла для маслонаполненных кабелей; кабельные сооружений.
Таблица 26
Примечание. В числителе даны нагрузки на алюминиевые, а в знаменателе На медные жилы.
К основным элементам силового кабеля любого напряжения относятся: токопроводящие жилы; изоляция или изолирующие оболочки, отделяющие жилы друг от друга и от земли; защитная оболочка, предохраняющая изоляцию от вредных воздействий влаги, кислот и механических повреждений.
Для кабельных ЛЭП применяют силовые кабели с медными или алюминиевыми жилами в свинцовой, алюминиевой или поливинилхлоридной оболочке для прокладки в земле, воде или по воздуху. Токопроводящие жилы сечением до 16 мм2 выполняют однопроволочными, а свыше 16 мм2 — многопроволочными. По числу жил выпускают одно-, двух, трех- и четырехжильные кабели. У последних четвертая жила является нулевой и выполняется меньшим сечением, чем сечение силовых жил. По форме сечения жилы бывают круглыми, сегментными и секторными. Одножильные кабели и кабели с отдельно освинцованными жилами имеют круглую форму жил. Секторная и сегментная форма жил уменьшает наружный диаметр кабеля, сокращает затраты на изоляцию и защитные оболочки.
Изоляцию жил выполняют кабельной бумагой толщиной 0,08— 0,17 мм. Изоляцию жил кабелей напряжением до 35 кВ включительно пропитывают минеральным маслом с канифолью, а маслонаполненных кабелей на напряжение 110—220 кВ — маловязким минеральным маслом с высокой электрической прочностью.
Допустимые токовые нагрузки на кабели приведены в табл. 26.
Рис. 62. Конструкция бронированного кабеля:
1 — сечение кабеля с круглыми проволоками; II — сечение кабеля со стальными лентами
На рис. 62 показана конструкция бронированного кабеля, который состоит из трех токопроводящих жил 8, свитых из медных или алюминиевых проволок. Каждая жила покрыта слоем фазной изоляции 7 из пропитанной маслоканифолиевым составом кабельной бумаги, которая при напряжении 6 кВ и сечении жил от 10 до 240 мм2 имеет толщину полного слоя 2 мм. Пространство между жилами заполнено жгутами из сульфатной бумаги 6. Поверх жил наложена поясная изоляция 5, имеющая ту же структуру, что и фазная изоляция. Для защиты от коррозии на поясную изоляцию надета защитная оболочка 4 из свинца или алюминия, которая покрыта пропитанной битумным составом кабельной пряжей 3. Для защиты от механических повреждений кабель покрыт стальной броней 2, также защищенной от коррозии наружным слоем кабельной пряжи 1. Броня может быть выполнена из двух стальных лент, стальных оцинкованных проволок круглого или плоского сечения.
Отечественной промышленностью выпускаются кабели отрезками длиной от 200 до 600 м в зависимости от сечения. Для соединения отрезков кабелей применяют муфты, основное назначение которых состоит в герметизации кабелей в местах соединений и оконцеваний. Для кабелей напряжением до 1000 В применяют эпоксидные или чугунные муфты; при напряжениях 6— 10 кВ — эпоксидные или свинцовые трехфазные, а при напряжении 35 кВ — однофазные муфты.
Силовые кабели прокладывают: в земляных траншеях на мягкой подушке толщиной 100 мм из слоя просеянной земли или песка с последующей засыпкой таким же слоем грунта и покрытием кирпичом или плитами от механических повреждений; в асбоцементных или бетонных трубах; в коллекторах, туннелях, в кабельных каналах.
Преимущества кабельных ЛЭП: неподверженность атмосферным воздействиям; скрытность трассы и недоступность для посторонних лиц. Недостатки; по сравнению с воздушными ЛЭП они более трудоемки в сооружении, требуют больше времени на отыскание и ликвидацию повреждений, больших затрат цветных металлов.
Элементы условных обозначений марок кабелей расшифровываются следующим образом; А — алюминиевая жила; АА — алюминиевая жила и алюминиевый антикоррозионный наружный покров; Б — броня из стальных лент, поверх которых наложен негорючий покров из стеклопряжи и негорючего состава; В — обедненно-пропитанная бумажная изоляция; Г — отсутствие наружного покрова; В (п) — в подушке под броней заложен выпрессованный шланг из поливинилхлорида; л (2л) — в подушке под броней имеется слой (два слоя) из пластмассовых лент; К или П — броня из стальных оцинкованных проволок круглого или плоского сечения; О — отдельные металлические оболочки поверх каждой фазы; С — свинцовая оболочка; Ц — бумажная изоляция, пропитанная нестекающим составом, содержащим церезин; Шв (Шп) — выпрессованный наружный шланг из поливинилхлорида (полиэтилена).
Если кабель имеет медные жилы, то это в обозначении не указывается.
