Сооружение линий электропередачи - Провода и тросы высоковольтных линий электропередач

Глава сорок вторая
ПРОВОДА И ТРОСЫ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПРОВОДАМИ ТРОСАМ

Провода линий подвергаются действию ветра, гололеда, дождя, колебаниям температуры. На провода разрушающе действуют различные химические агенты, находящиеся в воздухе: кислород, озон, сернистые газы и т. п., что необходимо учитывать при прохождении трассы линии вблизи химических заводов.
Дополнительные нагрузки при неблагоприятных метеорологических условиях (гололед, ветер и др.) вызывают в проводах и тросах большие механические напряжения.
Исходя из вышеизложенного, к проводам предъявляются требования, главнейшие из которых:

1. хорошее противодействие влияниям атмосферных условий;
2. большая механическая прочность;
3. высокая электрическая проводимость;
4. экономическая целесообразность материала провода и его конструкции.

МАТЕРИАЛЫ ПРОВОДОВ И ИХ СВОЙСТВА

1. Медь. Удельный вес 8,89, удельное сопротивление медной проволоки — 0,018 ом мм²/м. Временное сопротивление на разрыв — 38-39 кГ/мм². На воздухе медь покрывается темным налетом окиси, который предохраняет ее от дальнейшего окисления. Температура плавления 1 083° С.

Для проводов применяется твердотянутая медь.
Достоинствами медных проводов являются: высокая проводимость, малая вероятность перегорания от дуги вследствие высокой температуры плавления, устойчивость в отношении атмосферных влияний, удобство монтажа и надежность в эксплуатации.
К недостаткам относятся: высокий удельный вес при сравнительно небольшом временном сопротивлении, нестойкость в атмосфере, загрязненной парами серы, азотной кислоты или хлора.
б)   Алюминий. Удельный вес 2,7. Удельное сопротивление 0,0295
Временное сопротивление на разрыв — 16—17 кГ/мм². Температура плавления 658° С.
Алюминий покрывается на воздухе оксидной, непроводящей пленкой, предохраняющей провод от дальнейшего окисления. Ввиду меньшей проводимости алюминия по сравнению с медью, для проводов одинаковой проводимости сечение провода из алюминия должно составлять 1,63 сечения медного провода, а диаметр алюминиевого провода — 1,26 медного.
Вес провода из алюминия при условии одинаковой проводимости получается равным 0,5 веса медного провода.
Алюминий разрушают щелочи. Для проводов употребляется твердотянутый алюминий с содержанием не менее 99% чистого металла.
Линии с проводом из алюминия имеют большие стрелы провеса, вследствие чего подвергаются более сильному раскачиванию проводов от ветра, чем линии с медными проводами. Для алюминиевых проводов приходится устанавливать более высокие опоры и с более длинными траверзами. Поэтому линии с алюминиевыми проводами рационально строить только с пролетами до 100—120 м, т. е. в сетях местного значения с напряжением до 35 кВ.
К достоинствам алюминиевых проводов надо отнести их легкость. К недостаткам — мягкость, вследствие чего они легко подвергаются механическим повреждениям, и быстрое разрушение на участках, где воздух загрязнен уносами с химзаводов, из котельных установок и т. п.
в)   Бронза. Удельный вес 8,89. Удельное сопротивление 0,019— 0,092. Временное сопротивление на разрыв 46—80 кГ/мм². Температура плавления 900° С. Бронза представляет собой сплав меди с оловом, в который для повышения прочности добавляется фосфор, кремний и др.
В зависимости от состава бронзы меняются ее механические и электрические свойства, причем уменьшение количества меди ведет к увеличению временного сопротивления на разрыв н понижению электрической проводимости.
Бронзовые провода допускают большие тяжения по сравнению с медными и алюминиевыми, что дает возможность уменьшать стрелы провеса и, следовательно, снизить высоту опор.
Они применяются при больших пролетах (500—1 000 м и больше) на переходах через широкие реки, ущелья и т. п.
К достоинству бронзы относится ее механическая прочность при удовлетворительной проводимости, стойкость в атмосфере, загрязненной газами химических заводов.
К недостаткам — высокая стоимость.
г)  Алюминиевые сплавы. Удельный вес 2,7. Удельное сопротивление 0,033. Временное сопротивление на разрыв 27—32 кГ/мм². Сплавы эти содержат до 97—98% алюминия и 2—3% хрома, магния, цинка, марганца, меди и других металлов. Вследствие легкости и высокого временного сопротивления провода этих сплавов подвешиваются с меньшими стрелами провеса, чем алюминиевые, что уменьшает высоту н количество опор на линиях. Благодаря большому диаметру уменьшаются потери на корону, что особенно существенно для линий 220 кВ.
д)  Сталь (железо). Удельный вес 7,95. Удельное сопротивление 0,18—0,2. Временное сопротивление на разрыв — 60—130 кГ/мм². Стальные провода применяются: при передаче небольших мощностей (сельская электрификация) на больших переходах. В последнем случае используют стальные тросы, что дает возможность снизить высоту опор за счет уменьшения стрелы провеса. Сталь в тросах выбирается с временным сопротивлением разрыву в 100—150 кГ/мм².
Достоинством стальных проводов является их дешевизна и большая механическая прочность, а недостатком — малая проводимость. Стальные провода и тросы, применяемые на линиях, должны быть оцинкованными.

КОНСТРУКЦИИ ПРОВОДОВ И ИХ СВОЙСТВА

1. Одножильные провода допускаются нормами только из меди, стали и бронзы, сечением не меньше 10 мм² для линий классов II и III.
2. Многожильные провода. Наиболее распространенной конструкцией в настоящее время является многожильный провод (фиг. 191). Провода свиваются из твердотянутой проволоки одинакового диаметра для меди, бронзы и стали — от 1 до 3 мм, а для алюминия от 2 до 5 мм. Нормально при простой свивке вокруг центральной жилы концентрически навивается проволока в один или несколько слоев, причем в первом слое укладываются тесть проволок, и в каждом последующем на шесть проволок больше, чем в предыдущем. 

Фиг. 191. Поперечное сечение многожильного провода АСУ-400/93.
Следовательно, при одном повиве число проволок будет равно 7, при двух — 19 и т. д. Число жил в многожильном проводе может быть определено из уравнения

где п — число повивов.
Сумма поперечных сечений (площадей) отдельных жил составляет общее сечение провода.
Конструкция проводов для воздушных линий оценивается шагом скрутки.
Шаг свивки или скрутки представляет собой отношение длины по оси провода, на которой навиваемая проволока делает полный оборот, к внешнему диаметру данного слоя провода.
Для проводов воздушных линий шаг скрутки выбирается равным 16—20, а для стальных сердечников комбинированных проводов — от 16 до 27.
Нормальная скрутка двух смежных повивов делается обязательно в различных направлениях.
Вследствие неравномерного распределения усилия между всеми проволоками временное сопротивление скрученного провода составляет около 90—95% от суммы временных сопротивлений отдельных проволок.
Временное сопротивление проволоки на разрыв зависит от обработки. Чем больше проволока подвергается холодной обработке в период волочения, тем выше ее временное сопротивление. При многожильных проводах употребляются проволоки малых сечений, подвергшихся длительной обработке волочением, обладающие значительным временным сопротивлением.
Многожильные провода являются более гибкими, чем одножильные провода того же сечения, и потому лучше противостоят вибрациям.

1. Комбинированные провода. Преимущества многожильных проводов сохраняют и комбинированные провода.

Внутренние повивы этих проводов воспринимают основную механическую нагрузку и делаются из стали, а внешние повивы, токопроводящая часть, выполняются из хорошо проводящих металлов или. сплавов.
Среди конструкций комбинированных проводов широкое распространение получили сталеалюминиевые провода.
В табл. 111 представлены основные данные для сталеалюминиевых проводов.
Таблица 111
Характеристика сталеалюминевых проводов

1. Биметаллические провода. Биметаллический провод состоит из стального сердечника, покрытого слоем меди. Соотношение между сечениями меди и стали может колебаться в этих проводах от 1 : 1 до 9 : 1, в зависимости от назначения провода.

Эти провода выполняются одножильными и многожильными.

1. Провода из алюминиевого сплава. В практике сетевого строительства распространены применяемые главным образом для линий 220 кВ провода из специальных алюминиевых сплавов. Эти провода, имея вес меньше сталеалюминевых проводов, обладают высокими механическими и электрическими характеристиками, не уступая сталеалюминевым проводам соответствующих сечений.
2. Полые провода. При передаче электроэнергии напряжениями 220 кВ и выше, если недостаточен диаметр провода (для 220 кВ менее 25 мм), потери на корону достигают ощутимых размеров.

Применение полых проводов дает возможность получить необходимый из соображений короны диаметр провода при рабочем сечении, соответствующем передаваемой мощности.
Наиболее рациональной конструкцией полого провода в настоящее время признана конструкция «в замок».
Этот провод состоит из нескольких жил фасонного сечения, образующих один повив и соединенных «шпунтовкой» в замок без поддерживающего каркаса (фиг. 192).
Благодаря свободному перемещению отдельных проволок в замке полый провод обладает достаточной гибкостью.

Фиг. 192. Полый провод в "замок".
Фиг. 193. Полый провод с внутренним каркасом.
Используются и другие, менее распространенные конструкции полого провода, как, например, изображенная на фиг. 193, где вокруг винтообразного сердечника (каркаса), имеющего в сечении форму двутаврика, навиваются проволоки прямоугольного сечения.

1. Защитные тросы выполняются многожильными, из хорошо оцинкованных высокосортных стальных проволок. В тех случаях, когда от тросов требуется высокая электрическая проводимость, они выполняются из бронзы или из комбинированных проводов.

Отдельные проволоки многожильных проводов и тросов сращиваются на заводе сваркой или спайкой, причем расстояние между местами сращивания различных проволок не должно быть менее 3 м, а одной и той же проволоки — 15 м.
Места сварки стальной проволоки покрываются антикоррозийным составом.
Подробно технические требования к конструкциям медных, алюминиевых, сталеалюминевых и стальных проводов и тросов, выпускаемых в СССР, изложены в ГОСТ 839-41, которыми и следует руководствоваться.

СРАВНЕНИЕ ПРОВОДОВ РАЗЛИЧНЫХ МАРОК

Проф. А. А. Глазуновым приводится сравнение стрел провеса проводов разных марок при пролете в 200 м и нагрузках от гололеда с ветром при —5° С при приблизительно одинаковых электрических сопротивлениях (см. таблицу).

Это сравнение дает ясную картину ограниченности применения алюминия, равноценности меди и сталеалюминия и благоприятных перспектив в будущем для алюминиевых сплавов.

ЗАКАЗ И ХРАНЕНИЕ ПРОВОДОВ

Заказывая нестандартные провода, в каждом отдельном случае необходимо договариваться с заводом-изготовителем, причем необходимо обуславливать материал, конструкцию, сечение и желательные свойства провода, а также строительную длину и допуски.
Во всех остальных, особо не оговоренных требованиях провод должен отвечать условиям ГОСТ.
Каждый барабан с проводом должен иметь надпись со следующими данными: наименование завода-изготовителя, марки провода, заводского номера барабана, длины провода в м, вес его вместе с барабаном (брутто), чистый вес провода (нетто), клеймо заводского отдела технического контроля (ОТК) и стрелку, указывающую направление перекатывания барабана.
Хранение проводов и тросов на базах организуется так, чтобы избежать возможности умышленного или нечаянного повреждения их. Барабаны с проводом зашиваются досками и расстанавливаются в правильные ряды на сухих площадках или на специальных подкладках, чтобы нижняя часть барабана при весенних оттепелях во избежание коррозии проводов не оказалась погруженной в воду.
Против непроизвольного отката с места барабаны закрепляются клиньями.
Прокладки, при установке барабанов непосредственно на трассе для обеспечения удобного подъема барабана на раскаточный станок, выпускаются вдоль оси барабана не более чем на 100 мм.