Вопрос 9. Характеристика оборудования ЛЭП и ПС

Характеристика оборудования ЛЭП и ПС.

Линия электропередачи (ЛЭП) — один из компонентов электрической сети, система энергетического оборудования, предназначенная для передачиэлектроэнергии.

посредством электрического тока. Также электрическая линия в составе такой системы, выходящая за пределы электростанции или подстанции.

Различают воздушные и кабельные линии электропередачи.

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

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

Состав ВЛ. 1) Провода. 2) Траверсы. 3) Изоляторы. 4) Арматура. 5) Опоры. 6) Грозозащитные тросы. 7) Разрядники. 8) Заземление. 9) Секционирующие устройства. 10) Волоконно-оптические линии связи (в виде отдельных самонесущих кабелей, либо встроенные в грозозащитный трос, силовой провод). 11) Вспомогательное оборудование для нужд эксплуатации (аппаратура высокочастотной связи, ёмкостного отбора мощности и др.). 12) Элементы маркировки высоковольтных проводов и опор ЛЭП для обеспечения безопасности полетов судов гражданской авиации. Опоры маркируются сочетанием красок определенных цветов, провода — авиационными шарами для обозначения в дневное время. Для обозначения в дневное и ночное время суток применяются огни светового ограждения. Для светомаркировки проводов в ночное время используются сигнальные лампы Бализор

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

§ 1)ВЛ переменного тока. 2) ВЛ постоянного тока В основном, ВЛ служат для передачи переменного тока и лишь в отдельных случаях (напр., для связи энергосистем, питания контактной сети и др.) используют линии постоянного тока.

Для ВЛ переменного тока принята следующая шкала классов напряжений: переменное — 0.4, 6, 10, (20), 35, 110, 150, 220, 330, 400 (Выборгская ПС — Финляндия), 500, 750 и 1150 кВ; постоянное — 150, 400 и 800 кВ.

По назначению

• § сверхдальние ВЛ напряжением 500 кВ и выше (предназначены для связи отдельных энергосистем)
• § магистральные ВЛ напряжением 220 и 330 кВ (предназначены для передачи энергии от мощных электростанций, а также для связи энергосистем и объединения электростанций внутри энергосистем — к примеру, соединяют электростанции с распределительными пунктами)
• § распределительные ВЛ напряжением 35, 110 и 150 кВ (предназначены для электроснабжения предприятий и населённых пунктов крупных районов — соединяют распределительные пункты с потребителями)
• § ВЛ 20 кВ и ниже, подводящие электроэнергию к потребителям

По напряжению

• § ВЛ до 1000 В (ВЛ низшего класса напряжений)
• § ВЛ выше 1000 В
• § ВЛ 1—35 кВ (ВЛ среднего класса напряжений)
• § ВЛ 110—220 кВ (ВЛ высокого класса напряжений)
• § ВЛ 330—500 кВ (ВЛ сверхвысокого класса напряжений)
• § ВЛ 750 кВ и выше (ВЛ ультравысокого класса напряжений)

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

По режиму работы нейтралей в электроустановках

• § Трехфазные сети с незаземленными (изолированными) нейтралями (нейтраль не присоединена к заземляющему устройству или присоединена к нему через аппараты с большим сопротивлением). В России такой режим нейтрали используется в сетях напряжением 3−35 кВ с малыми токами однофазных замыканий на землю.
• § Трехфазные сети с резонансно-заземлёнными (компенсированными) нейтралями (нейтральная шина присоединена к заземлению через индуктивность). В России используется в сетях напряжением 3−35 кВ с большими токами однофазных замыканий на землю.
• § Трехфазные сети с эффективно-заземленными нейтралями (сети высокого и сверхвысокого напряжения, нейтрали которых соединены с землей 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 соответствие 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 б 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.

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 крепежными деталями, а для маслонаполненных линий, кроме того, с подпитывающими аппаратами и системой сигнализации давления масла.

По классификации кабельные линии аналогичны воздушным линиям.

Кабельные линии делят по условиям прохождения

• § 1)Подземные. 2) По сооружениям, 3) Подводные, 4) К кабельным сооружениям относятся
• § Кабельный туннель — 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 заглубленное 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, снабженное скобами или лестницей для передвижения вдоль него людей (проходные шахты) или съемной 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 съемными 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 съемной 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 протяженное 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 протяженное проходное кабельное сооружение.

По типу изоляции

Основная статья: Кабель

Изоляция кабельных линий делится на два основных типа:

1)жидкостная. 2) кабельным нефтяным маслом. 3) твёрдая. 4) бумажно-масляная поливинилхлоридная (ПВХ). 5) резино-бумажная (RIP). 6) сшитый полиэтилен (XLPE). 7) этилен-пропиленовая резина (EPR).

Здесь не указана изоляция газообразными веществами и некоторые виды жидкостной и твёрдой изоляции из-за их относительно редкого применения в момент написания статьи.

Высокотемпературные сверхпроводники

HTS кабель.

Технология высокотемпературной суперпроводимости (HTS), разработанная Sumitomo Electric, применяется в демонстрационной системе силовой сети, запущенной в эксплуатацию в июле 2006 в США (Лонг-Айленд). При напряжении в 138кВ передается мощность в 574МВА на длину 600 метров.

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). Эти потери зависят во многом от погодных условий (в сухую погоду потери меньше, а в дождь, изморось или снег эти потери возрастают) и расщепления провода в фазах линии.

Потери на корону для линий различных напряжений имеют свои значения (для линии ВЛ 500 кВ среднегодовые потери на корону составляют около ДР=9−11 кВт/км).

Так как коронный разряд зависит от напряжённости на поверхности провода, то для уменьшения этой напряжённости в воздушных линиях сверхвысокого напряжения применяют расщепление фаз. То есть вместо одного провода применяют два и более проводов в фазе. Располагаются эти провода на равном расстоянии друг от друга. Получается эквивалентный радиус расщеплённой фазы, этим уменьшается напряжённость на отдельном проводе, что в свою очередь уменьшает потери на корону.

Потери в ЛЭП переменного тока

Важной величиной, влияющей на экономичность ЛЭП переменного тока, является величина, характеризующая соотношение между активной и реактивной мощностями в линии — cosц. Активная мощность — часть суммарной энергии, прошедшей по проводам и переданной в нагрузку; реактивная мощность — это энергия, отразившаяся от нагрузки или искажённая нагрузкой (например, ток непропорционален напряжению или сдвинут от него по фазе). В радиотехнике аналогом этого явления служат стоячие волны, а вместо cosц применяется КСВ.

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, провод работает как антенна.

Электрическая подстанция.

Электримческая подстамнция — электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электрической энергии, состоящая из трансформаторов или других преобразователей электрической энергии, устройств управления, распределительных и вспомогательных устройств.

Устройство

Основные элементы электроподстанций:

• § Силовые трансформаторы, автотрансформаторы.
• § Вводные конструкции для воздушных и кабельных линий электропередачи.
• § Открытые (ОРУ) и закрытые (ЗРУ) распределительные устройства, включая:
• § Системы и секции шин;
• § Силовые выключатели;
• § Разъединители;
• § Измерительное оборудование (измерительные трансформаторы тока и напряжения, измерительные приборы);
• § Оборудование ВЧ-связи между подстанциями (конденсаторы связи, фильтры присоединения);
• § Токоограничивающие, регулирующие устройства (конденсаторные батареи, реакторы, фазовращатели и пр.).
• § Преобразователи частоты, рода тока (выпрямители).
• § Система питания собственных нужд подстанции:
• § Трансформаторы собственных нужд;
• § Щит переменного тока;
• § Аккумуляторные батареи;
• § Щит постоянного (оперативного) тока;
• § Дизельные генераторы и другие аварийные источники энергии (на крупных и особо важных подстанциях).
• § Системы защиты и автоматики:
• § Устройства релейной защиты и противоаварийной автоматики для силовых линий, трансформаторов, шин.
• § Автоматическая система управления.
• § Система телемеханического управления.
• § Система технического и коммерческого учёта электроэнергии.
• § Система технологической связи энергосистемы и внутренней связи подстанции.
• § Система заземления, включая заземлители и контур заземления.
• § Молниезащитные сооружения.
• § Вспомогательные системы:
• § Система вентиляции, кондиционирования, обогрева.
• § Система автоматического пожаротушения.
• § Система освещения территории.
• § Система охранно-пожарной сигнализации, управления доступом.
• § Система технологического и охранного видеонаблюдения.
• § Устройства плавки гололёда на воздушных линиях.
• § Системы аварийного сбора масла.
• § Системы питания маслонаполненных кабелей.
• § Бытовая, ливневая канализация, водопровод.
• § Бытовые помещения, склады, мастерские и пр.

Классификация подстанций

Функционально подстанции делятся на:

• § Трансформаторные подстанции — подстанции, предназначенные для преобразования электрической энергии одного напряжения в энергию другого напряжения при помощи трансформаторов.
• § Преобразовательные подстанции — подстанции, предназначенные для преобразования рода тока или его частоты.

Электрическое распределительное устройство, не входящее в состав подстанции, называется распределительным пунктом. Преобразовательная подстанция, предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный и последующего преобразования постоянного тока в переменный исходной или иной частоты называется вставкой постоянного тока.

По значению в системе электроснабжения:

Главные понизительные подстанции (ГПП); Подстанции глубокого ввода (ПГВ);

Тяговые подстанции для нужд электрического транспорта, часто такие подстанции бывают трансформаторно-преобразовательными для питания тяговой сети постоянным током; Комплектные трансформаторные подстанции 10 (6)/0,4 кВ (КТП). Последние называются цеховыми подстанциями в промышленных сетях, городскими — в городских сетях.

В зависимости от места и способа присоединения подстанции к электрической сети нормативные документы не устанавливают классификации подстанций по месту и способу присоединения к электрической сети. Однако ряд источников даёт классификацию исходя из применяющихся типов конфигурации сети и возможных схем присоединения подстанций^.

• § Тупиковые — питаемые по одной или двум радиальным линиям
• § Ответвительные — присоединяемые к одной или двум проходящим линиям на ответвлениях
• § Проходные — присоединяемые к сети путём захода одной линии с двухсторонним питанием
• § Узловые — присоединяемые к сети не менее чем тремя питающими линиями

Ответвительные и проходные подстанции объединяют понятием промежуточные, которое определяет размещение подстанции между двумя центрами питания или узловыми подстанциями. Проходные и узловые подстанции, через шины которых осуществляются перетоки мощности между узлами сети, называют транзитными.

Также используется термин «опорная подстанция», который как правило обозначает подстанцию более высокого класса напряжения по отношению к рассматриваемой подстанции или сети.

В связи с тем, что ГОСТ 24 291–90 определяет опорную подстанцию как «подстанцию, с которой дистанционно управляются другие подстанции электрической сети и контролируется их работа», для указанного выше значения целесообразнее использовать термин «центр питания».

По месту размещения подстанции делятся на:

• § Открытые — оборудование которой расположено на открытом воздухе.
• § Закрытые — подстанции, оборудование которых расположено в здании.

Электроподстанции могут располагаться на открытых площадках, в закрытых помещениях (ЗТП — закрытая трансформаторная подстанция), под землёй и на опорах (МТП — мачтовая трансформаторная подстанция), в специальных помещениях зданий-потребителей. Встроенные подстанции — типичная черта больших зданий и небоскрёбов.

Подстанция, в которой стоят повышающие трансформаторы, повышает электрическое напряжение при соответствующем снижении значения силы тока, в то время как понижающая подстанция уменьшает выходное напряжение при пропорциональном увеличении силы тока.

Необходимость в повышении передаваемого напряжения возникает в целях многократной экономии металла, используемого в проводах ЛЭП, и уменьшения потерь на активном сопротивлении. Действительно, необходимая площадь сечения проводов определяется только силой проходящего тока и отсутствием возникновения коронного разряда. Также уменьшение силы проходящего тока влечёт за собой уменьшение потери энергии, которая находится в прямой квадратичной зависимости от значения силы тока. С другой стороны, чтобы избежать высоковольтного электрического пробоя, применяются специальные меры: используются специальные изоляторы, провода разносятся на достаточное расстояние и т. д. Основная же причина повышения напряжения состоит в том, что чем выше напряжение, тем большую мощность и на большее расстояние можно передать по линии электропередачи.