Ли́ния электропереда́чи (ЛЭП) — один из компонентов электрической сети , система энергетического оборудования, предназначенная для передачи электроэнергии посредством электрического тока . ^{[ источник не указан 1235 дней ]} Также электрическая линия в составе такой системы, выходящая за пределы электростанции или подстанции ^{[ неавторитетный источник ]} .

Различают воздушные и кабельные линии электропередачи. В последнее время приобретают популярность газоизолированные линии — ГИЛ.

По ЛЭП также передают информацию при помощи высокочастотных сигналов (по оценкам специалистов, в СНГ используется порядка 60 тысяч ВЧ-каналов по ЛЭП) и ВОЛС . Используются они для диспетчерского управления, передачи телеметрических данных, сигналов релейной защиты и противоаварийной автоматики .

Строительство ЛЭП — сложная задача, которая включает в себя проектирование, топографо-геодезические работы, монтаж, обслуживание и ремонт.

История

Получение энергии и её немедленное использование применялось человечеством издревле (напр. ветряные двигатели, совмещенные с мельничными жерновами; водяные колеса, совмещенные с механическим молотом; вертелы, вращаемые рабами или животными, совмещенные с кузнечными мехами). Данный подход не всегда удобен, так как местностей со стабильно дующими ветрами немного, количество запруд на реке ограничено, расположены они могут быть в неудобной труднопроходимой местности вдали от поселений и промышленных центров и т. п. Очевидным решением было получение энергии в одном месте с возможностью ее передачи к потребителю в другое.

В средние века и в эпоху промышленной революции предлагались проекты передачи механической мощности на большие расстояния с помощью длинных валов и пневматических труб, которые не были реализованы ввиду технических сложностей.

Открытия в области электричества сделали возможным генерацию различными способами электрической энергии и передачу её потребителю с помощью относительно простых, компактных, дешевых и лёгких в прокладке и монтаже электрокабелей с последующим преобразованием электрической энергии в любой другой необходимый вид энергии.

Воздушные линии электропередачи

Воздушная линия электропередачи (ВЛ) — устройство, предназначенное для передачи или распределения электрической энергии по проводам, находящимся на открытом воздухе и прикреплёнными с помощью траверс (кронштейнов), изоляторов и арматуры к опорам или другим сооружениям ( мостам , путепроводам ). ВЛи — воздушная линия, выполненная изолированными проводами ( СИП ).

Состав ВЛ

• Провода
• Изоляторы
• Арматура
• Опоры
• Грозозащитные тросы
• Разрядники
• Заземление
• Волоконно-оптические линии связи (в виде отдельных самонесущих кабелей, либо встроенные в грозозащитный трос, силовой провод)
• Вспомогательное оборудование для нужд эксплуатации (аппаратура высокочастотной связи , и др.)
• Элементы маркировки высоковольтных проводов и опор ЛЭП для обеспечения безопасности полётов воздушных судов . Опоры маркируются сочетанием красок определённых цветов, провода — авиационными шарами для обозначения в дневное время. Для обозначения в дневное и ночное время суток применяются огни светового ограждения - бализоры .

Документы, регулирующие ВЛ

Конструкция ВЛ, её проектирование и строительство регулируются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и Строительными нормами и правилами (СНиП).

Классификация ВЛ

По роду тока

• ВЛ переменного тока
• ВЛ постоянного тока

В основном, ВЛ служат для передачи переменного тока, и лишь в отдельных случаях (например, для связи энергосистем, питания контактной сети и другие) используются линии постоянного тока .

Линии постоянного тока имеют меньшие потери на ёмкостную и индуктивную составляющие. В СССР было построено несколько линий электропередачи постоянного тока, среди которых:

• Москва — Кашира ( Проект «Эльба» , 1951 год);
• Волгоград — Донбасс (1965 год);
• Экибастуз — Центр (незавершённая).

Широкого распространения такие линии не получили, главным образом, в связи с необходимостью возведения сложных концевых подстанций с большим количеством вспомогательной аппаратуры.

По назначению

• Дальние межсистемные ВЛ напряжением 500 кВ и выше (предназначены для связи отдельных энергосистем ).
• Магистральные ВЛ напряжением 220,330,500 кВ (предназначены для передачи энергии от электростанций , для внешнего электроснабжения крупнейших городов, а также для связи энергосистем и объединения электростанций внутри энергосистем — к примеру, соединяют электростанции с крупными узловыми подстанциями).
• Распределительные ВЛ напряжением 110,150 и 220 кВ (предназначены для электроснабжения крупных промышленных предприятий и населённых пунктов — соединяют узловые подстанции с подстанциями глубокого ввода городов).
• ВЛ напряжением 35 кВ применяются преимущественно для электроснабжения сельскохозяйственных (загородных) потребителей.
• ВЛ 20 кВ и ниже, подводящие электроэнергию к потребителям. Современная городская распределительная сеть выполняется, как правило, на напряжение 10 кВ.

По напряжению

• ВЛ до 1000 В (ВЛ низкого класса напряжений)
• ВЛ выше 1000 В
  • ВЛ 1-35 кВ (ВЛ среднего класса напряжений)
  • ВЛ 110—220 кВ (ВЛ высокого класса напряжений)
  • ВЛ 330—750 кВ (ВЛ сверхвысокого класса напряжений)
  • ВЛ выше 750 кВ (ВЛ ультравысокого класса напряжений)

Эти группы существенно различаются, в основном — требованиями в части расчётных условий и конструкций.

В сетях СНГ общего назначения переменного тока 50 Гц, согласно ГОСТ 721-77, должны использоваться следующие номинальные межфазные напряжения : 380 В; (6) , 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ. Также существуют сети, построенные по устаревшим стандартам с номинальными межфазными напряжениями: 220 вольт, 3, 15 и 150 киловольт. Номинальное напряжение для линий постоянного тока не регламентировано, чаще всего используются напряжения: 150, 400 ( Выборгская ПС — Финляндия ) и 800 кВ. В специальных сетях могут использоваться и другие классы напряжений, в основном это касается тяговых сетей железных дорог (27,5 кВ, 50 Гц переменного тока и 3,3 кВ постоянного тока), метрополитена (825 В постоянного тока), трамваев и троллейбусов (600 В постоянного тока).

Самой высоковольтной ЛЭП в мире являлась линия Экибастуз — Кокшетау , номинальное напряжение — 1150 кВ. Однако, в настоящее время линия эксплуатируется под вдвое меньшим напряжением — 500 кВ. В 1970-х годах в Советском Союзе в процессе подготовки к строительству передачи постоянного тока Экибастуз — Центр , прорабатывались детали проекта будущей электропередачи следующего класса напряжений 2000 кВ — 2200 кВ для транспорта энергии с электростанций КАТЭКа в европейскую часть страны, но последовавшие в стране события «похоронили» оба этих проекта.

По режиму работы нейтралей в электроустановках

• Трёхфазные сети с незаземлёнными ( изолированными ) нейтралями (нейтраль не присоединена к заземляющему устройству или присоединена к нему через аппараты с больши́м сопротивлением ). В СНГ такой режим нейтрали используется в сетях напряжением 3—35 кВ с малыми токами однофазных замыканий на землю.
• Трёхфазные сети с резонансно-заземлёнными ( компенсированными ) нейтралями (нейтральная шина присоединена к заземлению через индуктивность). В СНГ используется в сетях напряжением 3-35 кВ с малыми токами однофазных замыканий на землю.
• Трёхфазные сети с эффективно-заземлёнными нейтралями (сети высокого и сверхвысокого напряжения, нейтрали которых соединены с землёй непосредственно или через небольшое активное сопротивление). В России это сети напряжением 110, 150 и частично 220 кВ, в которых применяются трансформаторы (автотрансформаторы требуют обязательного глухого заземления нейтрали).
• Сети с глухозаземлённой нейтралью (нейтраль трансформатора или генератора присоединяется к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление). К ним относятся сети напряжением менее 1 кВ, а также сети напряжением 220 кВ и выше.

По режиму работы в зависимости от механического состояния

• ВЛ нормального режима работы (провода и тросы не оборваны).
• ВЛ аварийного режима работы (при полном или частичном обрыве проводов и тросов).
• ВЛ монтажного режима работы (во время монтажа опор, проводов и тросов).

Основные элементы ВЛ

• Трасса — положение оси ВЛ на земной поверхности.
• Пикеты (ПК) — отрезки, на которые разбита трасса, длина ПК зависит от номинального напряжения ВЛ и типа местности.
• Нулевой пикетный знак обозначает начало трассы.
• Центровой знак на трассе строящейся ВЛ обозначает центр расположения опоры.
• Производственный пикетаж — установка пикетных и центровых знаков на трассе в соответствии с ведомостью расстановки опор.
• Фундамент опоры — конструкция, заделанная в грунт или опирающаяся на него и передающая ему нагрузку от опоры, изоляторов, проводов (тросов) и от внешних воздействий (гололёда, ветра).
• Основание фундамента — грунт нижней части котлована , воспринимающий нагрузку.
• Пролёт (длина пролёта) — расстояние между центрами двух опор, на которых подвешены провода. Различают промежуточный пролёт (между двумя соседними промежуточными опорами) и анкерный пролёт (между анкерными опорами). Переходный пролёт — пролёт, пересекающий какое-либо сооружение или естественное препятствие (реку, овраг).
• Угол поворота линии — угол α между направлениями трассы ВЛ в смежных пролётах (до и после поворота).
• Стрела провеса — вертикальное расстояние между низшей точкой провода в пролёте и прямой, соединяющей точки его крепления на опорах.
• Габарит провода — вертикальное расстояние от провода в пролёте до пересекаемых трассой инженерных сооружений, поверхности земли или воды.
• Шлейф ( петля ) — отрезок провода, соединяющий на анкерной опоре натянутые провода соседних анкерных пролётов.

Монтаж воздушных линий электропередачи

Монтаж линий электропередачи осуществляется методом «под тяжением» . Это особенно актуально в случае сложного рельефа местности. При подборе оборудования для монтажа ЛЭП необходимо учитывать количество проводов в фазе, их диаметр и максимальное расстояние между опорами ЛЭП.

Кабельные линии электропередачи

Кабельная линия электропередачи (КЛ) — линия для передачи электроэнергии или отдельных её импульсов, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепёжными деталями, а для маслонаполненных линий, кроме того — с подпитывающими аппаратами и системой сигнализации давления масла.

Классификация

Кабельные линии классифицируют аналогично воздушным линиям. Кроме того, кабельные линии делят:

• по условиям прохождения:
  • подземные;
  • по сооружениям;
  • подводные.
• по типу изоляции:
  • жидкостная (пропитанная кабельным нефтяным маслом);
  • твёрдая:
    • бумажно-масляная;
    • поливинилхлоридная ( ПВХ );
    • резино-бумажная ( RIP );
    • сшитый полиэтилен (XLPE);
    • этилен-пропиленовая резина (EPR).

Здесь не указаны изоляция газообразными веществами и некоторые виды жидкостной и твёрдой изоляции из-за их относительно редкого применения в момент написания статьи ^{[ когда? ]} .

Кабельные сооружения

К кабельным сооружениям относятся:

• Кабельный тоннель — закрытое сооружение (коридор) с расположенными в нём опорными конструкциями для размещения на них кабелей и кабельных муфт, со свободным проходом по всей длине, позволяющим производить прокладку кабелей, ремонт и осмотр кабельных линий.
• Кабельный канал — непроходное сооружение, закрытое и частично или полностью заглублённое в грунт, пол, перекрытие и т. п. и предназначенное для размещения в нём кабелей, укладку, осмотр и ремонт которых возможно производить лишь при снятом перекрытии.
• Кабельная шахта — вертикальное кабельное сооружение (как правило, прямоугольного сечения), у которого высота в несколько раз больше стороны сечения, снабжённое скобами или лестницей для передвижения вдоль него людей (проходные шахты) или съёмной полностью или частично стенкой (непроходные шахты).
• Кабельный этаж — часть здания, ограниченная полом и перекрытием или покрытием, с расстоянием между полом и выступающими частями перекрытия или покрытия не менее 1,8 м.
• Двойной пол — полость, ограниченная стенами помещения, междуэтажным перекрытием и полом помещения со съёмными плитами (на всей или части площади).
• Кабельный блок — кабельное сооружение с трубами (каналами) для прокладки в них кабелей с относящимися к нему колодцами.
• Кабельная камера — подземное кабельное сооружение, закрываемое глухой съёмной бетонной плитой, предназначенное для укладки кабельных муфт или для протяжки кабелей в блоки. Камера, имеющая люк для входа в неё, называется кабельным колодцем .
• Кабельная эстакада — надземное или наземное открытое горизонтальное или наклонное протяжённое кабельное сооружение. Кабельная эстакада может быть проходной или непроходной.
• Кабельная галерея — надземное или наземное закрытое (полностью или частично, например, без боковых стен) горизонтальное или наклонное протяжённое проходное кабельное сооружение.

Пожарная безопасность

Температура внутри кабельных каналов (тоннелей) в летнее время должна быть не более чем на 10 °C выше температуры наружного воздуха.

При пожарах в кабельных помещениях в начальный период происходит медленное развитие горения и только спустя некоторое время скорость распространения горения существенно увеличивается. Практика свидетельствует, что при реальных пожарах в кабельных туннелях наблюдаются температуры до 600 °C и выше. Это объясняется тем, что в реальных условиях горят кабели, которые длительное время находятся под токовой нагрузкой и изоляция которых прогревается изнутри до температуры 80 °C и выше. Может возникнуть одновременное воспламенение кабелей в нескольких местах и на значительной длине. Связано это с тем, что кабель находится под нагрузкой и eгo изоляция нагревается до температуры, близкой к температуре самовоспламенения .

Кабель состоит из множества конструктивных элементов, для изготовления которых используют, например, материалы, имеющие низкую температуру воспламенения, материалы, склонные к тлению. В конструкцию кабеля и кабельных конструкций, как правило, входят металлические элементы. В случае пожара или токовой перегрузки происходит прогрев этих элементов до температуры порядка 500—600 ˚C, которая превышает температуру воспламенения (250—350 ˚C) многих полимерных материалов, входящих в конструкцию кабеля, в связи с чем возможно их повторное воспламенение от прогретых металлических элементов после прекращения подачи огнетушащего вещества. В связи с этим необходимо выбирать нормативные показатели подачи огнетушащих веществ, чтобы обеспечивать ликвидацию пламенного горения, а также исключить возможность повторного воспламенения .

Длительное время в кабельных помещениях применялись установки пенного тушения . Однако опыт эксплуатации выявил ряд недостатков:

• ограниченный сpoк хранения пенообразователя и недопустимость хранения их водных растворов;
• неустойчивость в работе;
• сложность наладки;
• необходимость специального ухода за устройством дозировки пенообразователя;
• быстрое разрушение пены при высокой (около 800 °C) температуре среды при пожаре.

Исследования показали, что распылённая вода обладает большей огнетушащей способностью по сравнению с воздушно-механической пеной, так как она хорошо смачивает и охлаждает горящие кабели и строительные конструкции .

Линейная скорость распространения пламени для кабельных сооружений (горение кабелей) составляет 1,1 м/мин .

Высокотемпературные сверхпроводники

ВТСП-провод

В проводах на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) использование сверхпроводимости позволяет передавать электрический ток без потерь, а также достичь высокой плотности токов. Большим недостатком ВТСП-проводов является необходимость в постоянном охлаждении, что ограничивает их применение на практике. Несмотря на сложности в производстве и эксплуатации ВТСП-проводов, делаются постоянные попытки применения их на практике. Например, в демонстрационной системе силовой сети, запущенной в эксплуатацию в июле 2006 года в США , при напряжении 138 кВ передаётся мощность в 574 МВА на расстояние 600 метров.

Первая коммерческая сверхпроводящая линия электропередачи была запущена в эксплуатацию фирмой American Superconductor на Лонг-Айленде в Нью-Йорке в конце июня 2008 года . Энергосистемы Южной Кореи собираются создать к 2015 году сверхпроводящие линии электропередачи общей длиной в 20 км .

Потери в ЛЭП

Потери электроэнергии в проводах зависят от силы тока , поэтому при передаче её на дальние расстояния напряжение многократно повышают (во столько же раз уменьшая силу тока) с помощью трансформатора , что при передаче той же мощности позволяет значительно снизить потери. Однако с ростом напряжения начинают происходить различные разрядные явления.

В воздушных линиях сверхвысокого напряжения присутствуют потери активной мощности на корону . Коронный разряд возникает, когда напряжённость электрического поля ${\displaystyle E}$ у поверхности провода превысит пороговую величину ${\displaystyle E_{k}}$ , которую можно вычислить по эмпирической формуле Пика:
${\displaystyle E_{k}=30{,}3\beta \left({1+{\frac {0{,}298}{\sqrt {r\beta }}}}\right)}$ кВ/см,
где ${\displaystyle r}$ — радиус провода в метрах, ${\displaystyle \beta }$ — отношение плотности воздуха к нормальной .

Напряжённость электрического поля прямо пропорциональна напряжению на проводе и обратно пропорциональна его радиусу, поэтому бороться с потерями на корону можно, увеличивая радиус проводов, а также (в меньшей степени) — применяя расщепление фаз, то есть используя в каждой фазе несколько проводов, удерживаемых специальными распорками на расстоянии 40-50 см. Потери на корону приблизительно пропорциональны произведению ${\displaystyle U(U-U_{\text{кр}})}$ .

Потери на корону резко возрастают с ростом напряжения, среднегодовые потери на ЛЭП напряжением 500 кВ составляют около 12 кВт/км, при напряжении 750 кВ — 37 кВт/км, при 1150 кВ — 80 кВт/км. Потери также резко возрастают при осадках, особенно изморози , и могут достигать 1200 кВт/км .

В прошлом потери в ЛЭП были очень высокими. Так, в конце XIX века потери на 56-километровой линии постоянного тока Крей — Париж составили 45 % . В современных линиях электропередач (по состоянию на 2020 год) потери составляют всего 2 — 3 % . Однако и эти потери пытаются сократить, используя высокотемпературные сверхпроводники . Впрочем, по состоянию на 2020 год линии электропередач на высокотемпературных сверхпроводниках отличаются высокой стоимостью и небольшой протяженностью (самая длинная такая линия построена в 2014 году в Германии и имеет длину всего 1 км) .

Потери в ЛЭП переменного тока

Важной величиной, влияющей на экономичность ЛЭП переменного тока, является величина, характеризующая соотношение между активной и реактивной мощностями в линии — cos φ . Активная мощность — часть полной мощности, прошедшей по проводам и переданной в нагрузку; Реактивная мощность — это мощность, которая генерируется линией, её зарядной мощностью (ёмкостью между линией и землёй), а также самим генератором, и потребляется реактивной нагрузкой (индуктивной нагрузкой). Потери активной мощности в линии зависят и от передаваемой реактивной мощности. Чем больше переток реактивной мощности, тем больше потери активной.

Потери в ЛЭП переменного тока из-за излучения

При длине ЛЭП переменного тока более нескольких тысяч километров наблюдается ещё один вид потерь — радиоизлучение . Так как такая длина уже сравнима с длиной электромагнитной волны частотой 50 Гц ( ${\displaystyle \lambda =c/\nu =}$ 6000 км, длина четвертьволнового вибратора ${\displaystyle \lambda /4=}$ 1500 км), провод работает как излучающая антенна . Это излучение сильно подавлено целым рядом факторов. И на расстоянии в четверть длины волны от ЛЭП фактически полностью отсутствует .

Натуральная мощность и пропускная способность ЛЭП

Натуральная мощность

ЛЭП обладает индуктивностью и ёмкостью. Ёмкостная мощность пропорциональна квадрату напряжения и не зависит от мощности, передаваемой по линии. Индуктивная же мощность линии пропорциональна квадрату тока, а значит и мощности линии. При определённой нагрузке индуктивная и ёмкостная мощности линии становятся равными, и они компенсируют друг друга. Линия становится «идеальной», потребляющей столько реактивной мощности, сколько её вырабатывает. Такая мощность называется натуральной мощностью. Она определяется только погонными индуктивностью и ёмкостью и не зависит от длины линии. По величине натуральной мощности можно ориентировочно судить о пропускной способности линии электропередачи. При передаче такой мощности на линии имеет место минимальные потери мощности, режим её работы является оптимальным. При расщеплении фаз, за счёт уменьшения индуктивного сопротивления и увеличения емкостной проводимости линии, натуральная мощность увеличивается. При увеличении расстояния между проводами натуральная мощность уменьшается, и наоборот, для повышения натуральной мощности необходимо уменьшать расстояние между проводами. Наибольшей натуральной мощностью обладают кабельные линии, имеющие большую ёмкостную проводимость и малую индуктивность .

Пропускная способность

Под пропускной способностью линии электропередачи понимается наибольшая активная мощность трёх фаз электропередачи, которую можно передать в длительном установившемся режиме с учётом режимно-технических ограничений. Наибольшая передаваемая активная мощность электропередачи ограничена условиями статической устойчивости генераторов электрических станций, передающей и приёмной части электроэнергетической системы и допустимой мощностью по нагреву проводов линии с допустимым током. Из практики эксплуатации электроэнергетических систем следует, что пропускная способность ЛЭП 500 кВ и выше обычно определяется фактором статической устойчивости, для ЛЭП 220—330 кВ ограничения могут наступать как по условию устойчивости, так и по допустимому нагреву, 110 кВ и ниже — только по нагреву.

Характеристика пропускной способности воздушных линий электропередачи

U ном , кВ	Длина линии, км	Предельная длина при кпд = 0,9, км	Число и площадь сечения проводов, мм2	Натуральная мощность Р нат , МВт	Пропускная способность
					По устойчивости		По нагреву
					МВт	в долях Р нат	МВт	в долях Р нат
10(6)		5	35				2,1
20		8	1??				7,5
35		20	1??				15
110		80	1??	30			50	1,67
220	150-250	400	1х300	120-135	350	2,9	280	2,3
330	200-300	700	2х300	350-360	800	2,3	760	2,2
500	300-400	1200	3х300	900	1350	1,5	1740	1,9
750	400-500	2200	5х300	2100	2500	1,2	4600	2,1
1150	400-500	3000	8х300	5300	4500	0,85	11000	2,1

См. также

• Провод линии электропередачи
• Линия электропередачи Экибастуз-Кокчетав
• Линия электропередачи Экибастуз-Центр
• ЛЭП постоянного тока Волгоград-Донбасс
• Линия электропередачи над Суэцким каналом
• Опора линии электропередачи
• Электромагнитная сверхчувствительность
• Система электроснабжения
• Электрификация железных дорог
• Контактная сеть

Литература

• Электромонтажные работы. В 11 кн. Кн. 8. Ч. 1. Воздушные линии электропередачи: Учеб. пособие для ПТУ / Магидин Ф. А.; Под ред. А. Н. Трифонова. — М.: Высшая школа, 1991. — 208 с. — ISBN 5-06-001074-0
• Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 648 с.: ил. ББК 31.277.1 Р63
• Проектирование электрической части станций и подстанций: Учеб. пособие / Петрова С. С.; Под ред. С. А. Мартынова. — Л.: ЛПИ им. М. И. Калинина, 1980. — 76 с. — УДК 621.311.2(0.75.8)
• Федоров А. А., Попов Ю. П. Эксплуатация электрооборудования промышленных предприятий. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 280 с.

Примечания

Ссылки