Воздушные линии электро передач

                                     1. Введение

Застройка городов обуславливает  необходимость соответствующего развития распределительных электрических  сетей, которые являются важнейшим  элементом системы электроснабжения любого населенного пункта. Электричество – очень важная составляющая современной жизни. В каждый дом ведут электрические сети, представляющие собой единую систему проводов различного конструктивного исполнения. Электроснабжение, служит для обеспечения электроэнергией всех отраслей хозяйства: промышленности, сельского хозяйства, транспорта, городского хозяйства и т. д. История российской, да и пожалуй, мировой электроэнергетики, берет начало в 1891 году, когда выдающийся ученый Михаил Осипович Доливо-Добровольский осуществил практическую передачу электроэнергии мощностью около 220 кВт на расстояние 175 км. В то время мировое производство электроэнергии составляло 9 миллиардов киловатт.  С тех пор динамика мирового производства электроэнергии в год выросла в 2210,5 раз, при этом крупнейшими в мире странами-производителями электроэнергии являются вырабатывающие по 20 % от мирового производства США, Китай и уступающие им в 4 раза Япония, Россия, Индия.  Первые электрические компании состояли в серьёзной конкуренции с газовыми: электрическое освещение превосходило газовое по ряду технических параметров, но было в то время существенно дороже. Решающим фактором стала возможность передачи энергии на большие расстояния - передача переменного тока реализовывалась проще и дешевле, что обусловило его победу в этой «войне»: в настоящее время переменный ток используется почти повсеместно. В настоящее время существует огромное количество разновидностей кабельных линий. Если в городе, конкретном микрорайоне, поселке, промышленном объекте нет своей электростанции, то для организации электроснабжения их следует подключить к энергетическим сетям, чтобы обеспечить дальнейшее распределение электроэнергии.

Такие присоединения выполняются  при помощи линий электропередач – выходящих за пределы определенных электростанций линии электрической  сети, системы энергетического оборудования. Для обеспечения эффективного электроснабжения используются воздушные и кабельные  линии электропередач.

Повышению надежности работы электрооборудования  в процессе эксплуатации в значительной степени способствует правильная организация  и своевременнее проведение технического обслуживания (ТО) в полном объеме. Основной задачей технического обслуживания является поддержание электрооборудования  в работоспособном состоянии. Работы по ТО проводят на месте установки  электрооборудования.

Проведение технического обслуживания позволяет своевременно обнаруживать и устранять неисправности, возникающие  в процессе эксплуатации электрооборудования, или причины, которые могут вызвать  неисправности. Таким образом, в  своей основе техническое обслуживание является профилактическим мероприятием, направленным на обеспечение работоспособности  электрооборудования и предупреждение возникновения и развития неисправностей. При обнаружении во время проведения технического обслуживания неисправностей, устранение которых требует разборки электрооборудования или применения специального оборудования, решается вопрос о необходимости проведения ремонта (текущего или капитального).

Некачественное и несвоевременное  проведение технического обслуживания снижает работоспособность электрооборудования, увеличивает расходы на проведение ремонтов и повышает себестоимость  продукции, выпускаемой с помощью  электрифицированных машин и  установок.

При техническом  обслуживании электротехнический персонал сталкивается с необходимостью поиска неисправностей для определения  причин отказов и восстановления работоспособности электрооборудования.

Поиск неисправностей сравнительно простого по конструкции электрооборудования  не вызывает особых трудностей. Для  выявления причин неисправности  сложного электрооборудования и  сложных электрических схем рекомендуется  составлять алгоритмы поиска, в которых  указывается наиболее рациональная последовательность выполнения операций. Эта последовательность обеспечивает минимальные затраты времени  и средств для проведения поиска.

Линия электропередачи (ЛЭП) — один из компонентов электрической сети, система энергетического оборудования, предназначенная для передачи электроэнергии посредством электрического тока. Также  электрическая линия в составе  такой системы, выходящая за пределы  электростанции или подстанции.

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).

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

Цели и Задачи курсовой работы

Целью моей курсовой является изучение в полном объеме материала  по данной мне теме, изучения всех тонкостей  обслуживания и ремонта кабельных линий, а именно: техническое обслуживание и ремонт опор, траверс ВЛ-6кВ.

Задачей является применение теоретических знаний при практической работе на подобных кабельных линиях, соблюдение правил и техники безопасности, выбор оборудование, а так же расчёт  выбранного мной оборудования.

                                                 2. Общая часть

2.1. Устройство и назначение воздушной линии электропередачи.

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

Воздушные линии состоят из следующих  элементов: опор, изоляторов, проводов. Элементы воздушной линии должны обладать достаточной механической прочностью, поэтому для воздушных линий производят кроме электрических и механические, расчеты которые определяют материал и сечение проводов, типы изоляторов, расстояние между проводами, типы опор, расстояние между опорами и т.д.

Воздушные линии по напряжениям  разделяют на группы: до 1000В включительно, выше 1000В до 35кВ, 110 — 330кВ, 500кВ и выше.

Для каждой группы воздушных линий  Правила устройства электроустановок предусматривают различные требования в части расчетных условий  и конструкции. Каждой воздушной  линии при приемке в эксплуатацию присваивают номер или условное обозначение. На каждую ВЛ заводят паспорт, в котором указывают ее схему, длину, технические характеристики (напряжение, сечение и материал проводов, типы опор) и эксплуатационные данные (даты ремонтов, состояние опор и т. д.).

2.1.1. Основные элементы ВЛ.                                                                                            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— пролет, 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 провиса — 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. Габарит должен обеспечивать безопасность движения людей и транспорта. Он зависит от условий местности и напряжения линии. 

2.1.2. Опоры.

Опора воздушной линии  электропередачи — сооружение для  удержания проводов и при наличии — грозозащитных тросов  воздушной  линии электропередачи и оптоволоконных линий связи на заданном расстоянии от поверхности земли и друг от друга.

Опоры ЛЭП предназначены для сооружений линий электропередач при расчётной  температуре наружного воздуха  до –65 °C и являются одним из главных  конструктивных элементов ЛЭП, отвечающим за крепление и подвеску электрических  проводов на определённом уровне.

По исполнению опоры бывают трех видов: деревянные, железобетонные, металлические.                                                                                                         

Железобетонные  опоры изготовляют из бетона и арматурной стали. В процессе изготовления металлическая арматура обволакивается бетоном, образуя монолитный железобетонный элемент, хорошо воспринимающий растягивающие и изгибающие усилия. Слой бетона надежно защищает стальные элементы от коррозии. Возможность совместной работы этих материалов объясняется тем, что они имеют близкие по значению коэффициенты температурного расширения.                                                      Срок службы железобетонных и металлических оцинкованных или периодически окрашиваемых опор достигает 50 лет и более. Стоимость металлических и железобетонных опор, значительно превышает стоимость деревянных опор. Выбор того или иного материала для опор обусловливается экономическими соображениями, а также наличием соответствующего материала в районе сооружения линии.                                                    Металлические опоры — выполняют из стали специальных марок.   Отдельные элементы соединяют сваркой или болтами. Для предотвращения окисления и коррозии поверхность металлических опор оцинковывают или периодически окрашивают специальными красками.                                             Деревянные опоры— пропитывается высокотехнологичным антисептиком семейства ССА - "Ултан". Деревоопоры изготавливаются согласно ГОСТ 9463-88 и ГОСТ 2708-75. Способ пропитки - в соответствии с требованиями ГОСТ 20022.6-93, ГОСТ 20022.0-93, обработка антисептиком происходит в специальных автоклавах при очередном воздействии вакуума и высокого давления (вакуум-давление-вакуум). Такая технология пропитки обеспечивает глубокое проникновение антисептика в древесину. После внедрения в структуру древесины компоненты антисептика превращаются в нерастворимые соединения, которые в течение длительного срока защищают опору от вредного воздействия окружающей среды и продлевает срок службы (40-50 лет).

Преимущества деревянных опор:                                                                        Деревянные опоры дешевле металлических в несколько раз, железобетонных - на 40%.

Транспортировка и установка их намного дешевле, так как дерево намного легче металла или  железобетона. Один лесовоз за рейс способен перевезти 60 деревянных столбов.

Деревянные опоры ЛЭП незаменимы в сейсмических зонах.

Они устойчивы на изгиб, поэтому  легко переносят ледовые и  ветровые нагрузки.

Эффект "домино" отсутствует, так  как провода легко удерживают дерево, значит, соседние столбы не заваливаются. Естественно, сокращается количество аварийных отключений.

Дерево - прекрасный диэлектрик, даже в случае нарушения изолятора  можно не бояться случайного прикосновения  к столбу. По этой же причине на линиях с деревянными столбами  расходуется меньше изоляторов, чем на железобетонных или металлических опорах.

Деревянные  столбы ЛЭП служат в среднем 45 лет, в то время как их бетонный собрат - 25-35 лет.

По назначению опоры бывают:                                                               

Промежуточные опоры - устанавливаются на прямых участках трассы ВЛ. Предназначены только для поддержания проводов и тросов, рассчитаны на нагрузки от натяжения проводов вдоль линии. Обычно составляют 80—90% всех опор ВЛ.                                                                                                Угловые опоры - устанавливаются на углах поворота трассы ВЛ. При нормальных условиях воспринимают равнодействующую силу натяжения проводов и тросов смежных пролётов, направленную по биссектрисе угла, дополняющего угол поворота линии на 180°. При небольших углах поворота (до 15—30°), где нагрузки невелики, используют угловые промежуточные опоры. Если углы поворота больше, то применяют угловые анкерные опоры, имеющие более жёсткую конструкцию и анкерное крепление проводов.                                                                                        

Анкерные опоры - устанавливаются на прямых участках трассы для перехода через инженерные сооружения или естественные преграды, воспринимают продольную нагрузку натяжения проводов и тросов. Их конструкция отличается жесткостью и прочностью.                                                                                                                      Анкерные угловые опоры -  устанавливаются на углах поворота трассы ВЛ.  При нормальных условиях воспринимают равнодействующую сил натяжения проводов и тросов смежных пролётов, направленную по биссектрисе угла, дополняющего угол поворота линии на 180°. При небольших углах поворота (до 15—30°), где нагрузки невелики, используют угловые промежуточные опоры. Если углы поворота больше, то применяют угловые анкерные опоры, имеющие более жёсткую конструкцию и анкерное крепление проводов.                                                                                         Анкерные концевые опоры - устанавливаются в конце или начале линии. При нормальных условиях работы ВЛ они воспринимают нагрузку от одностороннего натяжения проводов и тросов.

(рис.1)

Опоры воздушных линий:

а и 6 — промежуточные, в — угловая с подкосом,

г — угловая с проволочной оттяжкой.

(рис. 2)

Анкерная опора воздушной линии

напряжением 6 — 10кВ.

2.1.3. Изоляторы.                                                                                                            

Изолятор - электротехническое устройство, предназначенное для электрической изоляции и механического крепления электроустановок или их отдельных частей, находящихся под разными электрическими потенциалами.                                                                                             Изоляционная часть - часть изолятора, состоящая из электроизоляционного материала.                                                                                                                                                                                                                   На ВЛ 6-10кВ применяются подвесные и штыревые изоляторы.                         Крепление проводов к штыревым изоляторам следует производить проволочными вязками или специальными зажимами.                                                                      Крепление проводов к подвесным изоляторам следует производить при помощи поддерживающих или натяжных зажимов.                                                                       Подвесные изоляторы относятся к линейным изоляторам и используются на опорах воздушных линий электропередач для изоляции и подвешивания кабелей и проводов. Эти изоляторы обладают более высокими механическими характеристиками чем штыревые. Конструкция подвесных изоляторов позволяет собирать из отдельных изоляторов гирлянды необходимой длины и зависящие от напряжения линии. Основным материалом изготовления для изоляторов является закаленное слабощелочное стекло. Стеклянные изделия представляют собой более

надежный вид электротехнических устройств. Несмотря на материал изготовления — стекло. Они намного прочнее механически, нежели фарфоровые изоляторы. К достоинствам стеклянных изоляторов относится и то, что в случае электрического пробоя или разрушающего механического, термического воздействия, закаленное стекло изолятора не растрескивается, а рассыпается. Это облегчает нахождение не только места повреждения на линии, но и самого поврежденного изолятора в гирлянде и тем самым позволяет отказаться от трудоемких профилактических замеров на линиях.

        Подвесные изоляторы ВЛ:

  а) ПФ70–В, ПФ160-А, ПФ210-А.

  б) ПФГ70-Б.

  в) ПС70-Д, ПС120-А, ПС160-Б, ПС300-Б.

  г) ПСГ70-А и ПСГ120-А.

(рис.3)

Штыревыми изоляторы - называются так по своей конструкции: изолирующие части устанавливаются на специальный стандартный штырь, а крепление выполняется специальными колпачками. Основное отличие от других видов изоляторов заключается в том, что изделие имеет одну цельную деталь, а не несколько сборных. Провода устанавливаются на шейку или в желоб устройства.

Основными материалами, из которых в настоящее время  изготавливаются штыревые изолирующие  устройства, являются:

электротехнический  фарфор, стекло и полимеры.

Изолятор  состоит из: шапки, изолирующей детали, стержня, замка или шплинта.                                                        (рис.4)

а) — штыревой для линий напряжением 400 В; 
б)— штыревой для линий напряжением 6 (10) кВ; 
в)— штыревой для линий напряжением 20 (35) кВ; 
г)— подвесной для линий напряжением 35 кВ в загрязненных районах.

2.1.4. Арматура                                                                                                    

Арматура — специальные типовые детали, предназначенные для соединения проводов, соединения изоляторов в гирлянды, крепления к ним проводов, подвески гирлянд на опорах линий электропередачи  и других функций. По значению арматура делится на: натяжные и поддерживающие зажимы, специальные детали, соединители, дистанционные распорки, гасители вибрации, защитные кольца, и рога.                                                             

(рис.5)

Линейная  арматура воздушных линий:

А)– поддерживающий зажим

Б) – болтовой натяжной зажим

в )– прессуемый натяжной зажим 

г) – поддерживающая гирлянда изоляторов

д) – дистанционная распорка

е) – овальный соединитель 

ж) – прессуемый соединитель.

2.1.5.Устройство кабеля

Кабель — готовое заводское изделие, состоящее из изолированных токоведущих жил, заключённых в защитную герметичную оболочку, которая может быть защищена от механических повреждений броней.

(рис.6)  Конструкция кабеля

1) токопроводящие жилы.

2 и 4) жильная и поясная бумажная изоляция.

3) бумажный заполнитель.

5) защитная алюминиевая  оболочка.

6) защитный покров оболочки (подушка).

7) броня из двух стальных  лент.

8) наружный защитный покров.

Форма сечения жилы может  быть круглой, сегментной и секторной. Стандартом предусмотрены следующие  сечения токопроводящих жил силовых  кабелей: 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400; 500; 625 и 800 мм2.

Медные и алюминиевые  токопроводящие жилы изготовляют однопроволочными и многопроволочными. Однопроволочные жилы из меди изготовляют сечением до 50 мм2, из алюминия до 240 мм2.

Изоляцию жил кабелей  выполняют из резины, пластмассы и  пропитанной кабельной бумаги.

Силовые кабели предназначены для передачи электроэнергии, используемой для питания электрических установок. Силовые кабели состоят из следующих основных элементов: токопроводящих жил, изоляции, оболочек и защитных покровов. Кроме основных элементов в конструкцию кабеля могут входить экраны, жилы защитного заземления и заполнители. Силовые кабели различают по следующим признакам: По роду металла токопроводящих жил — кабели с алюминиевыми и медными жилами. По роду материалов, которыми изолируют токопроводящие жилы — кабели с бумажной, пластмассовой и резиновой изоляцией.

По роду защиты изоляции жил кабелей от влияния внешней среды — кабели в металлической, пластмассовой и резиновой оболочке.

По способу защиты от механических повреждений — бронированные и небронированные.

По количеству жил — одно-, двух-, трех-, четырех-, и пятижильные.

Каждая конструкция кабелей имеет свои обозначения и марку.

Марка кабеля составляется из начальных букв слов, описывающих конструкцию кабеля.

Кабельные линии прокладывают в земляных траншеях, специальных кабельных сооружениях, на эстакадах, в галереях, открыто по стенам зданий и сооружений, в трубах, во внутрицеховых помещениях промышленных предприятий, а так же коллекторах (подземных сооружениях, предназначенных для прокладки в них кабелей совместно с линиями связи и другими коммуникациями).

Наиболее дешевый способ канализации электроэнергии — размещение кабелей в траншее. Такой способ не требует большого объема строительных работ и создает хорошие условия для охлаждения кабелей.

Недостаток этого способа — возможность механических повреждений кабелей во время различных раскопок, проводимых при эксплуатации сооружений. В траншеях кабели прокладывают на глубине не менее 0.7 метра на трассах, не загруженных другими подземными и надземными коммуникациями. В одной траншее размещают не более шести кабелей на напряжение 6-10 кВ. Или двух кабелей на напряжение 35 кВ.

Кроме того, рядом с ними допускается прокладка не более одного пучка из четырех контрольных кабелей.

Открыто по стенам сооружений и зданий кабели прокладывают в тех случаях, когда строительные конструкции выполнены из несгораемых материалов, а в помещениях нет пожароопасных и взрывоопасных зон.

Кабельная эстакада – это надземное или наземное открытое горизонтальное или наклонное протяженное кабельное сооружение.

Различают: проходные и непроходные эстакады.

Изготавливают их из железобетона или стального проката.

Расстояние между опорами – 12 м.

На проходных эстакадах должны быть устроены лестничные входы, расстояние между которыми – около 150 м. В полу эстакад сооружают монтажные проемы. При небольшом количестве кабелей прокладка осуществляется по технологическим эстакадам. Этот способ прокладки, несмотря на высокую стоимость, удобен и находит все большее применение.

 3.1.Климатические условия и нагрузки.

При расчете ВЛ и их элементов должны учитываться климатические условия - ветровое давление, толщина стенки гололеда, температура воздуха, степень агрессивного воздействия окружающей среды, интенсивность грозовой деятельности, пляска проводов и тросов, вибрация.                                                                            Определение расчетных условий по ветру и гололеду должно производиться на основании соответствующих карт климатического районирования территории РФ , с уточнением при необходимости их параметров в сторону увеличения или уменьшения по региональным картам и материалам многолетних наблюдений гидрометеорологических станций и метеопостов за скоростью ветра, массой, размерами и видом гололедно - изморозевых отложений. В малоизученных районах для этой цели могут организовываться специальные обследования и наблюдения. К малоизученным районам относятся горная местность и районы, где на 100 км трассы ВЛ для характеристики климатических условий имеется только одна репрезентативная метеорологическая станция.                                                                         При отсутствии региональных карт значения климатических параметров уточняются путем обработки соответствующих данных многолетних наблюдений согласно методическим указаниям (МУ) по расчету климатических нагрузок на ВЛ и построению региональных карт с повторяемостью 1 раз в 25 лет. Основой для районирования по ветровому давлению служат значения максимальных скоростей ветра с 10-минутным интервалом осреднения скоростей на высоте 10 м с повторяемостью 1 раз в 25 лет. Районирование по гололеду производится по максимальной толщине стенки отложения гололеда цилиндрической формы при плотности 0,9 г/см3 на проводе диаметром 10 мм, расположенном на высоте 10 м над поверхностью земли, повторяемостью 1 раз в 25 лет.

Температура воздуха определяется на основании данных метеорологических  станций с учетом положений строительных норм и правил и указаний настоящих Правил. Интенсивность грозовой деятельности должна определяться по картам районирования территории РФ по числу грозовых часов в году, региональным картам с уточнением при необходимости по данным метеостанций о среднегодовой продолжительности гроз.                                                                                                                                         Степень агрессивного воздействия окружающей среды определяется с учетом положений СНиПов и государственных стандартов, содержащих требования к применению элементов ВЛ, гл. 1.9 и указаний настоящей главы. Определение районов по частоте повторяемости и интенсивности пляски проводов и тросов должно производиться по карте районирования территории РФ с уточнением по данным эксплуатации.                                                                                                            По частоте повторяемости и интенсивности пляски проводов и тросов территория РФ делится на районы с умеренной пляской проводов (частота повторяемости пляски 1 раз в 5 лет и менее) и с частой и интенсивной пляской проводов (частота повторяемости более 1 раза в 5 лет).                                                                                             При определении климатических условий должно быть учтено влияние на интенсивность гололедообразования и на скорость ветра особенностей микрорельефа местности (небольшие холмы и котловины, высокие насыпи, овраги, балки и т.п.), а в горных районах - особенностей микро- и мезорельефа местности (гребни, склоны, платообразные участки, днища долин, межгорные долины и т.п.). Значения максимальных ветровых давлений и толщин стенок гололеда для ВЛ определяются на высоте 10 м над поверхностью земли с повторяемостью 1 раз в 25 лет (нормативные значения).

Климатические условия  и нагрузки по району нефтедобычи.

Нормативная ветровая нагрузка на провода  w = wKlKwCxWF

Kl - коэффициент, учитывающий влияние длины пролета на ветровую нагрузку.              Kw - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте в. зависимости от типа местности                                                                                                       Cx - коэффициент лобового сопротивления.                                                                                     W - нормативное ветровое давление.                                                                                                  F - площадь продольного диаметрального сечения провода, м2 (при гололеде с учетом условной толщины стенки гололеда).

- угол между направлением  ветра и осью ВЛ.                                                  Нормативная линейная гололедная  нагрузка на 1 м провода   г= KiKdbз(d+KiKdbз)                                                                                                                                         где Ki, Kd - коэффициенты, учитывающие изменение толщины стенки гололеда по высоте и в зависимости от диаметра провода                                                                            bэ - толщина стенки гололеда                                                                                                         d - диаметр провода                                                                                                                              р- плотность льда                                                                                                                                 g - ускорение свободного падения.

Нормативная средняя составляющая ветровой нагрузки на опору  c=KwWCxA                      Kw - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте в зависимости от типа местности.                                                                                            W - нормативное ветровое давление:                                                                                  Cx - аэродинамический коэффициент, определяемый в зависимости от вида конструкции, согласно строительным нормам и правилам;                                                      А - площадь проекции, ограниченная контуром конструкции, ее части или элемента с наветренной стороны на плоскость перпендикулярно ветровому потоку.