Идельчик В.И. Электрические системы и сети

Подождите немного. Документ загружается.

Введение

близки, но не совпадают, так как в последнее время напря-

жение распределительных сетей может быть ПО кВ и даже

220 кВ. Эти сети нельзя различать только по напряжению.

Разделение электрических сетей на системообразующие,

питающие и распределительные будет использоваться'

в дальнейшем изложении как наиболее соответствующее

целям учебного процесса.

В.З. СИСТЕМА ОБОЗНАЧЕНИЙ

Электрические сети переменного тока — трехфазные.

Всюду, кроме гл. 11, будем рассматривать симметричную

сеть при симметричных и синусоидальных токах и напря-

Рис.

В.З. Пояснение к системе обозначений:

а. б —трехфазная и однофазная схемы замещения; в, г — векторные диаграммы

токов, мощностей и напряжений активно-индуктивного и активно-емкостного эле-

ментов сети

жениях. При этом можно рассматривать схему замещения

и параметры режима только одной фазы. На рис. В.З, а при-

ведена трехфазная схема замещения линии и приемника,

соединенного в звезду, а на рис. В.З, б — схема замещения

одной фазы. На рис. В.З, а, б Z

— комплексное сопротив-

ление одной фазы нагрузки. Из линии с сопротивлением

§в.з

Система обозначений

Zл к узлу нагрузки течет узловой ток /, равный фазному

току приемника, соединенного звездой. Комплексное фаз-

ное напряжение узла обозначим £/ф, а междуфазное (ли-

нейное) — U, причем

£/

= 1/^3

/Уф.

Напомним, что номи-

нальные напряжения электрических сетей — это междуфаз-

ные напряжения (см. § 6.5).

Междуфазное напряжение узла

U_=U'+jU",

(B.1)

где V — активная составляющая напряжения; V" — реак-

тивная составляющая напряжения.

Ток линии (или узла)

/ = /' + /7", (В.2)

где /' — активная составляющая тока; I" — реактивная со-

ставляющая тока.

Полная мощность одной фазы

5ф = С/

Л (ВЗ)

где^/*

— сопряженный комплекс тока.

С учетом (В.З) полная мощность трех фаз

S = 35

= 3£/

Г = УгЧ. Г

+ #» ^А)

где Р и Q — активная и реактивная мощности трех фаз.

Из (В.4) следует, что

р = у~з VI cos

, (В.5)

Q = y

3£//sin(p, (B.6)

где

ф —

угол между комплексами тока и напряжения (рис.

В.З).

Ток в узле определяется из (В.4):

/ = -4г- >-* • (В.7)

- уЗ

y3(U'-jU")

Из (В.7) квадрат модуля тока можно выразить так:

Л_ (В.8)

3f/3

Соответственно потери полной мощности в сопротивле-

22 Введение

нии линии 2

равны

Л5 = 3/

= -|^

. (В.9)

Индуктивный ток отстает от напряжения (рис. В.З, в),

его реактивная составляющая имеег знак минус. Емкост-

ный ток опережает напряжение, его реактивная составля-

ющая берется со знаком плюс (рис. В.З, г).

Сопротивление элемента сети будем обозначать так:

Z = r + jx,

(В.

10)

где г

—

активная составляющая; х

—

реактивная состав-

ляющая.

Проводимость элемента

Y = g-jb, (В 11)

где g

—

активная составляющая проводимости;

Ь —

реак-

тивная составляющая проводимости.

В выражениях

(В.

10)

и (В.11) х, b применяются со

знаком плюс для индуктивных элементов, со знаком ми-

нус

—

для емкостных.

Вопросы для самопроверки

Каковы основные этапы развития энергетики

в СССР?

Какие задачи ставят перед энергетикой XXVII съезд

КПСС и Энергетическая программа?

Как определить понятия энергетических и электро-

энергетических систем?

Каково назначение электрических сетей в энергоси-

стемах и как их классифицируют?

BOOKS.PROEKTANT.ORG

БИБЛИОТЕКА ЭЛЕКТРОННЫХ

КОПИЙ КНИГ

для проектировщиков

и технических специалистов

ГЛАВА ПЕРВАЯ

КОНСТРУКЦИИ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СЕТЕЙ

1.1.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ

ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Воздушные линии электропередачи (ВЛ) предназначе-

ны для передачи электроэнергии на расстояние по прово-

дам. Основными конструктивными элементами ВЛ являют-

ся провода, тросы, опоры, изоляторы и линейная арматура.

Провода служат для передачи электроэнергии. В верхней

части опор над проводами для защиты ВЛ от грозовых пе-

ренапряжений монтируют грозозащитные тросы.

Опоры поддерживают провода и тросы на определенной

высоте над уровнем земли или воды. Изоляторы изолиру-

ют провода от опоры. С помощью линейной арматуры про-

вода закрепляются на изоляторах, а изоляторы на опорах.

В некоторых случаях провода ВЛ с помощью изоляторов

и линейной арматуры прикрепляются к кронштейнам ин-

женерных сооружений.

Наибольшее распространение получили одно- и двух-

цепные ВЛ. Одна цепь трехфазной ВЛ состоит из прово-

дов разных фаз. Две цепи могут располагаться на одних

и тех же опорах.

На рис. 1.1 приведена металлическая опора одноцепной

линии. На работу конструктивной части ВЛ оказывают воз-

действие механические нагрузки от собственного веса про-

водов и тросов, от гололедных образований на проводах,

тросах и опорах, от давления ветра, а также из-за измене-

ний температуры воздуха. Из-за воздействия ветра возни-

кает вибрация проводов (колебания с высокой частотой

и незначительной амплитудой), а также пляска проводов

(колебания с малой частотой и большой амплитудой). Ука-

занные выше механические нагрузки, вибрации и пляска

24 Конструкции линий электрических

сетей

Гл. 1

проводов могут приводить к обрыву проводов, поломке

опор,

схлестыванию проводов либо сокращению их изоля-

ционных промежутков, что может привести к пробою или

перекрытию изоляции. На повреждаемость ВЛ влияет и за-

грязнение воздуха.

В гл. 8 рассмотрен расчет ВЛ на механическую проч-

ность, проводимый для того, чтобы ВЛ выдерживала дей-

ствующие на нее механические нагрузки.

1.2. ПРОВОДА ВЛ И ТРОСЫ

На ВЛ применяются неизолированные провода, т. е. без

изолирующих покровов. Наиболее распространены на ВЛ

провода алюминиевые, сталеалюминиевые, а также из

сплавов алюминия — АН, АЖ- Медные провода в настоя-

щее время не используются на ВЛ без специальных техни-

ко-экономических обоснований. Обычно не рекомендуется

применять на ВЛ стальные провода.

Грозозащитные тросы,

как правило, выполняются

из стали. В последние годы

грозозащитные тросы ис-

пользуются для организации

высокочастотных каналов

связи. Такие тросы выполня-

ются сталеалюминиевыми.

Конструкции и общий

вид неизолированных прово-

дов приведены на рис. 1.2, а.

Однопроволочный провод

(рис.

1.2, б) состоит из одной

круглой проволоки. Такие

провода дешевле многопро-

волочных, однако они менее

гибки и имеют меньшую ме-

ханическую прочность. Мно-

гопроволочные провода из

Рис.

1.1. Промежуточная металли-

ческая опора одноцепной линии:

1 — провода; 5 —изоляторы; 3 — грозо-

защитный трос; 4 — тросостойка; 5-—

траверсы опоры;

6—стойка

опоры; 7 —

фундамент опоры

1.2

Провода ВЛ и тросы

одного металла

(рис.

1.2,

в)

состоят

из

нескольких свитых

между собой проволок.

При

увеличении сечения растет чис-

ло проволок.

многопроволочных проводах

из

двух метал-

лов—

сталеалюминиевых проводах

(рис.

1:2, г)—внутрен-

ние проволоки (сердечник провода) выполняются

из

стали,

а верхние —

из

алюминия.

Рис.

1.2. Конструкции проводов ВЛ:

—

общий

вид

многопроволочного провода;

—

сечение однопроволочного прово-

да;

в, г

—

сечения многопроволочных проводов

из

одного

двух металлов;

—

се-

чение пустотелого провода

Стальной сердечник увеличивает механическую проч-

ность, алюминий же — токопроводящая часть провода.

По-

лые провода

(рис.

1.2,

д)

изготовляют

из

плоских проволок,

соединенных друг

другом

в паз, что

обеспечивает конст-

руктивную прочность провода.

таких проводов больший

по сравнению

со

сплошными диаметр, благодаря чему

по-

вышается напряжение появления коронирующего разряда

на проводах

значительно снижаются потери энергии

на

корону. Полые провода применяются

на ВЛ

редко,

они

26 Конструкции линий электрических

сетей

Гл. I

главным образом используются для ошиновки подстанций

330 кВ и выше. Для снижения потерь электроэнергии на

корону ВЛ при f/ном^ЗЗО кВ каждая фаза ВЛ расщепляет-

ся на несколько проводов.

Материал проводов должен иметь высокую электриче-

скую проводимость. На первом месте по проводимости сто-

ит медь, затем алюминий; сталь имеет значительно более

низкую проводимость. Провода и тросы должны быть вы-

полнены из металла, обладающего достаточной прочно-

стью.

По механической прочности на первом месте стоит

сталь. Материал проводов и тросов должен быть стойким

по отношению к коррозии и химическим воздействиям.

Медь при своих высоких качествах — хорошей проводи-

мости, большой механической прочности и коррозионной

стойкости — дорога и дефицитна. Поэтому в настоящее

время медные провода для выполнения ВЛ не применяют-

ся.

Их использование допускается в контактных сетях, се-

тях специальных производств (шахт, рудников и др.).

Алюминий — наиболее распространенный в природе ме-

талл. Его удельная проводимость составляет 65,5 % прово-

димости меди. Большая проводимость, легкость и распро-

страненность в природе алюминия привели к эффективно-

му использованию его в качестве токопроводящего

металла для проводов и кабелей. Основной недостаток

алюминия — относительно малая механическая прочность.

Алюминиевые однопроволочные провода вообще не выпус-

каются из-за их низкой прочности. Многопроволочные алю-

миниевые провода обычно применяют только в распредели-

тельных сетях напряжением до 35 кВ, а в сетях с более

высоким напряжением используются сталеалюминиевые

провода. В соответствии с ГОСТ 839—80 выпускаются алю-

миниевые провода марок А и АКП. Провод марки А состо-

ит из алюминиевых проволок одного диаметра (число про-

водок от 7 до 61), скрученных концентрическими повивами;

АКП — провод марки А, но его межпроволочное простран-

ство заполнено нейтральной смазкой повышенной термо-

стойкости, противодействующей появлению коррозии. Кор-

розионно-стойкий провод АКП применяется для ВЛ вблизи

морских побережий, соленых озер и химических пред-

приятий.

Провода из сплавов алюминия (АН — нетермообрабо-

танный, АЖ — термообработанный сплав) имеют большую

§ 1.3

Опоры ВЛ

механическую прочность и примерно такую же проводи-

мость, как и провода марки А.

Сталеалюминиевые провода наиболее широко применя-

ются на ВЛ. Проводимость стального сердечника не учи-

тывается, а за электрическое сопротивление принимается

только сопротивление алюминиевой части. В соответствии

с ГОСТ 839-80 выпускаются сталеалюминиевые провода

марок АС, АСКС, АСКП, АСК.

Провод марки АС состоит из стального сердечника и алю-

миниевых проволок. Провод предназначается для ВЛ при

прокладке их на суше, кроме районов с загрязненным вред-

ными химическими соединениями воздухом. Коррозионно-

стойкие провода АСКС, АСКП, АСК предназначены для

ВЛ, проходящих по побережьям морей, соленых озер

и в промышленных районах с загрязненным воздухом;

АСКС и АСКП —это провода марки АС, но межпроволоч-

ное пространство стального сердечника (С) или всего про-

вода (П) заполнено нейтральной смазкой повышенной тер-

мостойкости; АСК — провод марки АСКС, но стальной сер-

дечник изолирован двумя лентами полиэтиленовой пленки.

В обозначение марки провода вводится номинальное се-

чение алюминиевой части провода и сечение стального сер-

дечника, например АС 120/19 или АСКС 150/34.

1.3. ОПОРЫ ВЛ

Опоры ВЛ делятся на анкерные и

промежуточные.

Опо-

ры этих двух основных групп различаются способом под-

вески проводов. На промежуточных опорах провода подве-

шиваются с помощью поддерживающих гирлянд изолято-

ров (рис. 1.3). Опоры анкерного типа служат для

натяжения проводов, на этих опорах провода подвешива-

ются с помощью подвесных гирлянд. Расстояние между

промежуточными опорами называется промежуточным про-

летом или просто пролетом, а расстояние между анкерны-

ми опорами — анкерным пролетом.

Анкерные опоры предназначены для жесткого закрепле-

ния проводов в особо ответственных точках В

Л:

на пересе-

чениях особо важных инженерных сооружений (например,

железных дорог, ВЛ 330—500 кВ, автомобильных дорог

шириной проезжей части более 15 м и т. д.), на концах ВЛ

и на концах прямых ее участков. Анкерные опоры на пря-

28 Конструкции линий электрических

сетей

Гл. I

мых участках трассы ВЛ при подвеске проводов с обеих

сторон от опоры с одинаковыми тяжениями в нормальных

режимах работы ВЛ выполняют те же функции, что и про-

межуточные опоры. Но анкерные опоры рассчитываются

также и на восприятие значительных тяжений по проводам

Анкерные

опоры

Шлейф

Поддерживающие Натяжная

гирлянды -v. гирлянда,

Рис.

1.3. Схема анкерного пролета ВЛ и пролета пересечения с желез-

ной дорогой

и тросам при обрыве части из них в примыкающем пролете.

Анкерные опоры значительно сложнее и дороже промежу-

точных и поэтому число их на каждой линии должно быть

минимальным.

В наихудших условиях находятся концевые анкерные

опоры, устанавливаемые при выходе линии с электростан-

ции или на подходах к подстанции. Эти опоры испытывают

одностороннее тяжение всех проводов со стороны линии,

так как тяжение проводов со стороны портала подстанции

незначительно.

Промежуточные прямые опоры устанавливаются на

прямых участках ВЛ для поддержания провода в анкерном

пролете. Промежуточная опора дешевле и проще в изго-

товлении, чем анкерная, так как благодаря одинаковому

тяжению проводов по обеим сторонам она при необорван-

ных проводах, т. е. в нормальном режиме, не испытывает

усилий вдоль линии. Промежуточные опоры составляют не

менее 80—90 % общего числа опор ВЛ.

Угловые опоры устанавливают в точках поворота линии.

Углом поворота линии называется угол а в плане линии

§ 1.3 Опоры ВЛ 29

(рис.

1.4), дополнительный до 180° к внутреннему углу (3

линии. Траверсы угловой опоры устанавливают по биссект-

рисе угла р.

Угловые опоры могут быть анкерного и промежуточного

типа. Кроме нагрузок, воспринимаемых промежуточными

прямыми опорами, на промежуточные и анкерные угловые

Рис.

1.4. Угол пово-

рота ВЛ:

—

подножники опоры;

2 —

траверса; 3

—

петля

Рис.

5. Цикл транс-

позиции проводов од-

ноцепной линии

i ч/—; ч/—7

• sV*

опоры действуют также нагрузки от поперечных состав-

ляющих тяжения проводов и тросов. Чаще всего при углах

поворота линий до 20° применяют угловые опоры анкер-

ного типа (см. рис. 1.3). При углах поворота линии элек-

тропередачи более 20° вес промежуточных угловых опор

значительно возрастает. Поэтому в СССР промежуточные

угловые опоры применяются для углов поворота линий до

10—20° [12]. На ВЛ применяются специальные опоры сле-

дующих типов: транспозиционные

—

для изменения по-

рядка расположения проводов на опорах; ответвитель-

ные — для выполнения ответвлений от основной линии; пе-

реходные

—

для пересечения рек, ущелий и т. д.

Транспозицию применяют на линиях напряжением

ПО кВ и выше протяженностью более 100 км для того, что-

бы сделать емкость и индуктивность всех трех фаз цепи ВЛ

одинаковыми. При этом последовательно меняют на опорах

взаимное расположение проводов по отношению друг к дру-