Поддръжка на високо напрежение. Как се поддържат електропроводите
Какво може да бъде по-често срещано от електропроводите? Кулите за пренос на енергия са една от най-често срещаните инженерни конструкции и те винаги са пред очите ни. Тази област обаче също има свои собствени технологични тънкости и дори възможности за технически прогрес. Въздушните електропроводи, които не са много забележими за нас, придобиват нов облик и нов дизайн.
Най-често си представяме опора на електропровода под формата на решетъчна структура. Преди около 30 години това беше единственият вариант и днес те продължават да се изграждат. На строителната площадка се донася комплект метални ъгли и стъпка по стъпка се завинтва опора от тези типични елементи. След това кранът идва и изправя конструкцията в изправено положение. Този процес отнема доста дълго време, което се отразява на времето за полагане на линиите, а самите тези опори с тъпи решетъчни силуети са много краткотрайни. Причината е лоша защита от корозия. Технологичното несъвършенство на такава опора се допълва от проста бетонна основа. Ако това се прави недобросъвестно, например, като се използва разтвор с неадекватно качество, тогава след известно време бетонът ще се напука, водата ще навлезе в пукнатините. Няколко цикъла на замръзване-размразяване и основата трябва да бъде преработена или сериозно ремонтирана.
Тръби вместо ъгли
Попитахме представителите на PJSC Rosseti за това каква алтернатива заменя традиционните подпори, изработени от черни метали. „В нашата компания, която е най-големият оператор на електроенергийни мрежи в Русия - казва специалист на тази организация, - от дълго време се опитваме да намерим решение на проблемите, свързани с решетъчните опори, а в края на 90-те години започнахме да преминаваме към фасетирани опори. Това са цилиндрични стълбове, направени от огънат профил, всъщност тръби, в напречно сечение, имащи формата на многоъгълник. Освен това започнахме да прилагаме нови методи за антикорозионна защита, главно метода на горещо поцинковане. Това е електрохимичен метод за нанасяне на защитно покритие върху метал. В агресивна среда цинковият слой става по-тънък, но носещата част на опората остава непокътната. "
Обикновено си представяме опорите на електрически въздушни линии по този начин. Класическият дизайн на решетката обаче постепенно отстъпва място на по-прогресивни опции - многостранни подпори и подпори от композитни материали. Освен по-голяма издръжливост, новите опори са и лесни за инсталиране. Не е необходимо да завинтвате повече ъгли: тръбните елементи на бъдещата опора просто се вкарват един в друг, след което връзката е фиксирана. Възможно е да се монтира такава конструкция осем до десет пъти по-бързо от сглобяването на решетка. Фондациите също са претърпели съответните трансформации. Вместо конвенционален бетон са използвани така наречените черупкови пилоти. Конструкцията е спусната в земята, към нея е прикрепен контра фланец, а самата опора вече е поставена върху нея. Очакваният експлоатационен живот на такива опори е до 70 години, т.е. приблизително два пъти по-дълъг от този на решетъчните подпори.
Защо жиците жужат
А жиците? Те висят високо над земята и отдалеч приличат на дебели монолитни кабели. Всъщност проводници с високо напрежение телени апартаменти. Често срещана и често използвана жица има стоманена сърцевина, която осигурява здравина на конструкцията и е заобиколена от алуминиеви проводници, така наречените външни слоеве, през които се предава текущото натоварване. Между стоманата и алуминия има грес. Това е необходимо, за да се намали триенето между стомана и алуминий - материали с различни коефициенти на топлинно разширение. Но тъй като алуминиевият проводник има кръгло напречно сечение, завоите не прилепват плътно един към друг, повърхността на проводника има подчертан релеф. Този недостатък има две последици. Първо, влагата прониква в процепите между завоите и измива мазнината. Триенето се увеличава и се създават условия за корозия. В резултат на това експлоатационният живот на такъв проводник е не повече от 12 години. За удължаване на експлоатационния живот понякога върху проводника се поставят ремонтни маншети, което също може да създаде проблеми (повече за това по-долу). В допълнение, този дизайн на проводника допринася за създаването на добре различим бръмчене в близост до въздушната линия. Това се дължи на факта, че променливо напрежение 50 Hz генерира променливо магнитно поле, което кара вибрационните нишки в жицата да вибрират, което ги кара да се сблъскват помежду си и ние чуваме характерно бръмчене. В страните от ЕС този шум се счита за акустично замърсяване и се разглежда. Сега такава борба започна с нас.„Сега искаме да заменим старите проводници с проводници от нов дизайн, който разработваме“, казва представител на PJSC Rosseti. - Това също са стоманено-алуминиеви проводници, но телта се използва там не с кръгло напречно сечение, а по-скоро на трапецовидна. Poviv се оказва плътен и повърхността на жицата е гладка, без пролуки. Влагата трудно може да влезе вътре, мазнината не се измива, сърцевината не ръждясва, а експлоатационният живот на такъв проводник наближава тридесет години. Проводи с подобен дизайн вече се използват в страни като Финландия и Австрия. В Русия също има линии с нови проводници - в района на Калуга. Това е линията Орбита-Спутник, дълга 37 км. Освен това там жиците имат не само гладка повърхност, но и различна сърцевина. Изработен е от фибростъкло, а не от стомана. Такъв проводник е по-лек, но по-опън от конвенционалната стомана-алуминий. "
Най-новото дизайнерско постижение в тази област обаче може да се счита за жица, създадена от американския концерн 3M. В тези проводници носещата способност се осигурява само от проводящи нишки. Няма сърцевина, но самите слоеве са подсилени с алуминиев оксид, което гарантира висока якост. Този проводник има отлична носеща способност и със стандартни опори, поради своята здравина и ниско тегло, той може да издържи на разстояния с дължина до 700 m (стандартни 250-300 m). Освен това проводникът е много устойчив на топлинни натоварвания, което го прави подходящ за използване в южните щати на САЩ и например в Италия. Въпреки това, проводникът от 3M има един съществен недостатък - цената е твърде висока.
Лед и струни
Въздушните електропроводи имат своите естествени врагове. Едно от тях е телено заледяване. Това бедствие е особено характерно за южните райони на Русия. При температура около нула капки дъжд падат върху жицата и замръзват върху нея. В горната част на жицата се оформя кристална капачка. Но това е само началото. Капачката под тежестта си постепенно завърта жицата, излагайки другата страна на замръзващата влага. Рано или късно около телта се образува леден съединител и ако теглото на съединителя надвиши 200 кг на метър, жицата ще се откъсне и някой ще остане без светлина. Компанията Rosseti има собствено ноу-хау за борба с леда. Участъкът на линията със замразени проводници е изключен от линията, но е свързан с източника постоянен ток... Когато се използва постоянен ток, омичното съпротивление на проводника може практически да бъде игнорирано и токовете могат да бъдат предадени, да речем, два пъти по-силни от изчислената стойност за променлив ток... Телта се загрява и ледът се топи. Кабелите падат ненужно тегло. Но ако на проводниците има съединители за ремонт, тогава възниква допълнително съпротивление и тогава проводникът може да изгори.Друг враг са вибрациите с висока и ниска честота. Разтегнат проводник за въздушна линия е струна, която вибрира с висока честота под въздействието на вятъра. Ако тази честота съвпада с естествената честота на проводника и амплитудите съвпадат, проводникът може да се счупи. За да се справят с този проблем, на линиите са инсталирани специални устройства - амортисьори за вибрации, които приличат на кабел с две тежести. Този дизайн, който има собствена честота на вибрации, изкривява амплитудите и намалява вибрациите.
Нискочестотните вибрации са свързани с такъв вреден ефект като „танцуващи проводници“. Когато се получи прекъсване на линията (например поради образувания лед), възникват вибрации на проводниците, които се движат на вълна по-нататък, след няколко разстояния. В резултат на това пет до седем опори, които съставляват разстоянието на анкера (разстоянието между две опори с твърда жична приставка), могат да се огънат или дори да паднат. Добре известно средство за справяне с „танците“ е установяването на междуфазни дистанционни елементи между съседни проводници. В присъствието на дистанционер, проводниците взаимно ще овлажнят вибрациите си. Друг вариант е да се използват опори, направени от композитни материали, по-специално фибростъкло, по линията. За разлика от металните опори, композитната има свойството на еластична деформация и лесно ще „възпроизведе“ вибрациите на проводниците, като се огъне надолу и след това възстанови вертикалното положение. Тази поддръжка може да предотврати каскадното намаляване на целия участък на линията.
Поддържа-уникален
Разбира се, има всякакви уникални случаи, свързани с полагането на въздушни линии. Например, когато инсталирате опори в напоена почва или в условия на вечно замръзване, конвенционалните купчини за фундамент няма да работят. След това се използват винтови купчини, които се завинтват в земята като винт, за да се постигне най-здравата основа. Специален случай е преминаването на електропроводи през широки водни бариери. Там се използват специални високи опори, които тежат десет пъти повече от обикновено и имат височина 250-270 м. Тъй като размахът може да бъде повече от два километра, се използва специална жица с подсилена сърцевина, която допълнително се поддържа от товарно въже. Така е уреден например преходът на електропроводна линия през Кама с обхват 2250 m.Отделна група опори са представени от конструкции, предназначени не само да държат проводници, но и да носят определена естетическа стойност, например скулптурни подпори. През 2006 г. компанията Rosseti инициира проект за разработване на стълбове с оригинален дизайн. Имаше интересна работа, но техните автори, дизайнери, често не могат да оценят осъществимостта и технологичността на инженерното изпълнение на тези проекти. Като цяло трябва да се каже, че стълбовете, в които е заложена художествената концепция, като например стълбове-фигури в Сочи, обикновено се инсталират не по инициатива на мрежови компании, а по поръчка на някаква трета търговска реклама правителствени организации... Например в Съединените щати популярна поддръжка под формата на буквата М, стилизирана като логото на веригата за бързо хранене McDonald's.
Подпори за въздушна линия са разделени на котва и междинен... Опорите на тези две основни групи се различават по начина на окачване на проводниците. На междинните опори проводниците са окачени посредством опорни изолатори. Анкерни опори се използват за опъване на проводниците; на тези опори проводниците се окачват с помощта на опънати гирлянди. Разстоянието между междинните опори се нарича междинен обхват или просто размах, а разстоянието между анкерните опори се нарича анкерен обхват.
Анкерни опори са предназначени за твърдо закрепване на проводници в особено критични точки на въздушни линии: на кръстовищата на особено важни инженерни конструкции ( железници, Въздушни линии 330-500 kV, магистрали с ширина на пътното платно над 15 m и др.), В краищата на въздушните линии и в краищата на правите му участъци. Анкерни опори на прави участъци от трасето на въздушната линия, когато окачените проводници от двете страни на опората с еднакви напрежения при нормални режими на работа на въздушните линии изпълняват същите функции като междинни опори... Но анкерните опори се изчисляват и за възприемане на значителни напрежения по проводниците и кабелите, когато някои от тях се счупят в съседния диапазон. Анкерните опори са много по-сложни и по-скъпи от междинните и следователно броят им на всеки ред трябва да е минимален. В най-лошите условия на изхода на линията от електроцентралата или на подстъпите към подстанцията има монтирани крайни опорни опори. Тези опори изпитват едностранно напрежение на всички проводници отстрани на линията, тъй като напрежението на проводниците от страната на портала на подстанцията е незначително.
Междинни опори инсталирани на прави участъци от въздушни линии за поддържане на проводника в анкерния диапазон. Междинната опора е по-евтина и по-лесна за производство от анкерната опора, тъй като поради еднакво напрежение на проводниците от двете страни тя е с нечупени проводници, т.е. в нормален режим не изпитва сили по линията. Междинните опори съставляват най-малко 80-90% от общия брой опори за въздушни линии.
Ъглови опори зададени в точките на въртене на линията. Ъгълът на въртене на линията е ъгълът в плана на линията, до 180 ° спрямо вътрешния ъгъл на линията. Траверсите на ъгловата опора са инсталирани по пресечната точка на вътрешния ъгъл на линията. Ъгловите опори могат да бъдат анкерни и междинни. Те са подложени на натоварвания от напречните компоненти на напрежението на проводниците и кабелите. Най-често при ъгли на въртене на линиите до 20 ° се използват ъглови опори от анкерния тип.
На въздушните линии се използват специални опори от следните типове: транспозиционен - за промяна на реда на проводниците на опорите; разклоняване - да изпълнява клонове от основната линия; преходен - за пресичане на реки, клисури и др. Транспонирането се използва на линии с напрежение 110 kV и повече с дължина над 100 km, за да се направи еднакъв капацитет и индуктивност и на трите фази на веригата на въздушната линия. В този случай взаимното разположение на проводниците един спрямо друг на различни участъци от линията се променя последователно на опорите. Проводникът на всяка фаза преминава една трета от дължината на линията на едно място, второто на другото и третото на третото място. Едно такова тройно движение на проводника се нарича цикъл на транспониране.
Най-често срещаното подреждане на проводници и мълниезащитни кабели върху опори: триъгълник, хоризонтал, обратно дърво и цев. Подреждане на проводници триъгълник използва се на едноконтурни въздушни линии 35-330 kV с метални и стоманобетонни опори. Хоризонтално разположението на проводниците се използва на въздушни линии 35-220 kV с дървени опори и на въздушни линии 330 kV, главно в заледени райони. Това подреждане на тел позволява използването на по-ниски опори и намалява вероятността от заплитане на тел по време на заледяване и танци на тел. На въздушни линии с двойна верига, разположението на проводниците задно дърво по-удобен по отношение на монтажа, но увеличава масата на опорите и изисква окачване на два защитни кабела. По-икономични и широко разпространени в Руската федерация на двуконтурни въздушни линии 35-330 kV стомана и стоманобетонни подпори с подреждане на тел барел.
Дървени подпори в Руската федерация те се използват широко по въздушни линии до 110 kV включително. Дървени стълбове също са разработени за въздушни линии 220 kV, но те не се използват широко. Предимството на тези подпори е ниската цена и лекотата на производство. Недостатъкът е податливостта на дървесината към гниене, особено в мястото на контакт с почвата. Ефективно средство за защита срещу гниене - импрегниране със специални антисептици.
Метални подпори (стомана), използвани на електропроводи с напрежение 35 kV и повече, са доста металоемки и изискват боядисване по време на работа, за да ги предпазят от корозия. Монтирайте метални подпори върху стоманобетонни основи. Според структурното решение на опорното тяло тези опори могат да бъдат отнесени към две основни схеми - кула или едноколонна и портал, а по метода на фиксиране върху основите - до свободно стоящ опори и опори на момчешки линии... Независимо от дизайна и оформлението, металните опори са направени под формата на пространствени решетъчни конструкции. Анкерните опори се различават от междинните по увеличени надвеси на траверси и подсилена структура на опорното тяло.
Стоманобетонни подпори по-трайни от дървото, те изискват по-малко метал от метал, лесни за поддръжка и следователно се използват широко на въздушни линии до 500 kV включително. При производството на стоманобетонни подпори за осигуряване на необходимата плътност на бетона се използват уплътняване на вибрации и центрофугиране. На въздушни линии 110 kV и по-горе стълбовете на опорите и напречната част на порталните опори са центрофугирани тръби, конични или цилиндрични. На въздушни линии 35 kV стелажите са центрофугирани или направени от вибриран бетон, а за въздушни линии повече ниско напрежение - само от вибриран бетон. Траверсите на едноколонните опори са поцинковани метали. Едноколонните опори 6-10 kV и 35-220 kV са както самостоятелни (междинни), така и оградени (ъглова котва). На въздушни линии 330-500 kV се използват портални опори, както свободно стоящи, така и на проводници. Проводникът на всяка фаза на въздушната линия 500 kV е разделен на три проводника.
Съчленена фиксирана опора
Съчленена фиксирана опора (Фиг. 7.2, а, опора А) е закрепването на края на гредата, при което лъч може да се върти, но не може да се движи нито в хоризонтална (лява или дясна), нито във вертикална (нагоре или надолу) посоки, тоест не може да се движи във всяка посока. В шарнирна неподвижна опора може да възникне реакция, която е удобно представена под формата на два компонента: вертикален () и хоризонтален ().
Съчленена фиксирана опора на конвенционално се изобразява с помощта на две пръчки. Долните им краища са шарнирно закрепени към "земята", а горните им краища са свързани един с друг и с гредата чрез шарнир.
Подвижна опора
Подвижна опора (Фиг. 7.2, b, опора B) е устройство, в което край гредите могат да се движат свободно в хоризонтална посока, могат да се въртят когато, но не могат да се движат във вертикална посока. Отстрани подвижна опора може да се получи само вертикална реакция (). Подвижната подвижна опора е изобразена с помощта на един прът, въртящо свързан както към земята, така и към гредата.
Твърдо прекратяване
Твърдо прекратяване - това е закрепване (фиг. 7.2, в), при което краят на гредата не може нито да се върти, нито да се движи. В терминацията може да възникне реактивен момент (моментът на твърдо прекратяване) и реакции. Лъч когато е твърдо фиксиран, той се показва вграден в частта на стената, която се излюпва.
Видове опори за въздушна линия
поддържа
2.4.50. На въздушни линии могат да се използват опори, изработени от различни материали. За въздушни линии трябва да се използват следните видове опори: 1) междинни, монтирани на прави участъци от трасето на въздушната линия. При нормална работа тези опори не трябва да възприемат усилия, насочени по въздушната линия; 2) котва, инсталирана за ограничаване на анкерния обхват, както и на места, където броят, марките и напречните сечения на въздушните линии се променят. Тези опори трябва да възприемат при нормални режими на работа силите от разликата в напрежението на проводниците, насочени по въздушната линия; 3) ъглова, инсталирана на места, където посоката на маршрута на въздушната линия се променя. Тези опори при нормални работни условия трябва да възприемат полученото натоварване от напрежението на проводниците на съседните участъци. Ъгловите опори могат да бъдат междинни и анкерни; 4) терминал, инсталиран в началото и в края на въздушната линия, както и на места, ограничаващи кабелните вложки. Те са анкерни опори и трябва да възприемат при нормални режими на работа на въздушната линия едностранно напрежение на всички проводници. Опорите, върху които са направени клоните от въздушната линия, се наричат \u200b\u200bразклонения; опорите, на които се извършва пресичането на въздушни линии с различни посоки или пресичането на въздушни линии с инженерни конструкции, са кръстосани. Тези опори могат да бъдат от всички посочени видове. 2.4.51. Поддържащите конструкции трябва да предоставят възможност за инсталиране:улични осветителни тела от всякакъв вид;
кабелни крайни ръкави;
защитни устройства;
устройства за секциониране и превключване;
шкафове и панели за свързване на електрически приемници.
2.4.52. Опорите, независимо от техния тип, могат да бъдат свободно стоящи, с подпори или скоби. Момчетата на опори могат да бъдат прикрепени към котви, монтирани в земята, или към каменни, тухлени, стоманобетонни и метални елементи на сгради и конструкции. Разделът на момчетата се определя чрез изчисление. Те могат да бъдат многожилни или кръгли стоманени. Напречното сечение на едножилните стоманени скоби трябва да бъде най-малко 25 mm 2. 2.4.53. Опорите на въздушни линии трябва да се изчисляват според първото и второто гранично състояние при нормална работа на въздушните линии за климатични условия според и Междинните опори трябва да бъдат проектирани за следните комбинации от товари:
Ъгловите опори (междинни и анкерни) трябва да бъдат проектирани за произтичащото напрежение от теглене на тел и натоварване от вятър върху проводниците и опорната конструкция. Анкерните опори трябва да бъдат проектирани за разликата в напрежението между проводниците на съседни участъци и напречното натоварване от налягането на вятъра със и без лед върху проводниците и структурата на опората. Най-малката стойност на разликата в напрежението трябва да се приема като 50% най-голямата стойност едностранно напрежение на всички проводници. Крайните опори трябва да бъдат проектирани за едностранно опъване на всички проводници. Опорните опори са проектирани за произтичащото напрежение от всички проводници. 2.4.54. Когато се монтират опори на наводнени участъци от трасето, където е възможна ерозия на почвата или пренасяне на лед, опорите трябва да бъдат подсилени (добавяне на земя, павета, инсталиране на банкети, инсталиране на ледорези).
В зависимост от метода на окачване на проводниците, опорите на въздушни линии (OHL) се разделят на две основни групи:
- междинни опори, върху които проводниците са фиксирани в поддържащи скоби,
- опори от тип анкер за опъване на проводници. На тези опори проводниците са фиксирани в скоби за опън.
Разстоянието между опорите на въздушни електропроводи (PTL) се нарича размах, а разстоянието между опорите от анкерния тип се нарича анкерирана секция (фиг. 1).
В съответствие с изискванията на PUE, пресичанията на някои инженерни конструкции, например обществени железници, трябва да се извършват върху опори от котва. Под ъглите на въртене на линията са монтирани ъглови опори, върху които проводниците могат да бъдат окачени в опорни или опъващи скоби. По този начин двете основни групи опори - междинни и анкерни - са разделени на видове със специално предназначение.
Междинните прави опори са монтирани на прави участъци от линията. На междинни опори с окачени изолатори проводниците са фиксирани в носещи вертикално гирлянди, на междинни опори с щифтови изолатори проводниците са закрепени с тел. И в двата случая междинните опори възприемат хоризонтални натоварвания от налягането на вятъра върху проводниците и върху опората, а вертикалните товари от теглото на проводниците, изолаторите и мъртвото тегло на опората.
При непрекъснати проводници и кабели междинните опори по правило не възприемат хоризонталното натоварване от напрежението на проводниците и кабелите по посока на линията и следователно могат да бъдат направени с по-лек дизайн от други видове опори, например крайни опори, които поемат напрежението на проводниците и кабелите. За да се осигури надеждна работа на линията, междинните опори трябва да издържат на някои натоварвания в посока на линията.
В ъгъла на линията са монтирани междинни ъглови опори с окачване на проводници в поддържащи струни. В допълнение към натоварванията, действащи върху междинни прави опори, междинните и анкерните ъглови опори също възприемат натоварвания от напречните компоненти на напрежението на проводниците и кабелите.
При ъгли на въртене на силовата линия повече от 20 °, теглото на междинните ъглови опори се увеличава значително. Поради това се използват междинни ъглови опори за ъгли до 10 - 20 °. При големи ъгли на въртене се монтират опорни ъглови опори.
Анкерни опори. На линии с окачени изолатори проводниците са фиксирани в скобите на опъващите струни. Тези гирлянди са като че ли продължение на жицата и предават нейното напрежение на опората. На линиите с щифтови изолатори проводниците са фиксирани върху анкерни опори с подсилени вискозни или специални скоби, които пренасят пълното напрежение на проводника към опората чрез щифтовите изолатори.
При инсталиране на анкерни опори на прави участъци от трасето и окачени проводници от двете страни на опората с едни и същи напрежения, хоризонталните надлъжни натоварвания от проводниците са балансирани и анкерната опора работи по същия начин като междинния, тоест отнема само хоризонтални напречни и вертикални товари.
Ако е необходимо, проводниците от едната и от другата страна на опората на котвата могат да бъдат изтеглени с различно напрежение, тогава опората на котвата ще възприеме разликата в напрежението на проводниците. В този случай, освен хоризонтални напречни и вертикални товари, опората ще бъде засегната и от хоризонтално надлъжно натоварване. При инсталиране на анкерни опори в ъглите (в точките на завиване на линията) опорите на анкерния ъгъл също възприемат натоварването от напречните компоненти на напрежението на проводниците и кабелите.
Крайните опори са инсталирани в краищата на линията. От тези опори се простират проводници, окачени на портали на подстанции. При окачване на проводници на линията до края на конструкцията на подстанцията, крайните опори възприемат пълното едностранно напрежение на проводниците и кабелите на въздушната линия.
В допълнение към изброените видове опори, по линиите се използват и специални опори: транспозиционни, които служат за промяна на реда на разположението на проводниците върху опорите, разклонени - за направа на разклонения от основната линия, поддържа големи пресичания над реки и водни пространства и т.н.
Основният тип опори на въздушни линии са междинни, броят на които обикновено е 85 -90% от общия брой опори.
По дизайн опорите могат да бъдат разделени на свободно стоящи и поддържани от момчета опори. Момчетата обикновено са направени от стоманени кабели. На въздушните линии се използват дървени, стоманени и стоманобетонни подпори. Разработени са и конструкции на опори от алуминиеви сплави.