Линия электропередачи – это в основном физическая среда, через которую осуществляется передача и распределение электрической энергии, она состоит из: проводников, опорных конструкций, изоляторов, регулировочной арматуры между изоляторами и опорными конструкциями, а также ограждающих тросов (используется в линии высокого напряжения, для защиты их от атмосферных разрядов); Чрезвычайно важно изучить электрические характеристики проводников линий, к ним относятся параметры импеданса и адмиттанса, первый складывается из сопротивления и индуктивности, равномерно распределенных по линии и представляется как элемент в ряду. Второй состоит из сопротивления и проводимости и в этом случае представлен как параллельный элемент,

Мы благодарим профессионалов Алиду Каролин Бустиллос Рамирес и Виктора Хесуса Переса Лисбоа за их вклад.

1.1.1 КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

По назначению линии электропередач можно разделить на:

а) Линии передачи.

Это те, которые используются для передачи электроэнергии на большие расстояния при уровне напряжения выше 34 500 В. Они представляют собой связующее звено между генерирующими установками и распределительными сетями. Для построения этих линий используются почти исключительно неизолированные металлические проводники, которые получаются путем укладки металлических нитей (проволок) вокруг центральной нити.

б) распределительные линии.

Это те, которые идут от подстанций к центрам потребления, таким как предприятия, дома и общественное освещение, используемые уровни напряжения ниже 34 500 В. Провода среднего напряжения по-прежнему оголены, но в низковольтных изолированных проводах используются для большей безопасности в городских районах.

1.1.2 КОМПОНЕНТЫ АВИАКОМПАНИИ

ВЛ состоят как из токопроводящего элемента, обычно медных или алюминиевых тросов, так и из их опорных элементов, высоковольтных опор и изоляторов.

а) Водители:

При строительстве воздушных линий электропередачи почти исключительно применяют витые проводники, представляющие собой кабели, состоящие из проволок, чередующихся слоев, намотанных в противоположных направлениях. Такое шахматное расположение слоев предотвращает раскручивание и делает внешний радиус одного слоя совпадающим с внутренним радиусом следующего. Плетение обеспечивает гибкость с большими поперечными сечениями

Многожильный проводник может быть изготовлен из проволоки из одного и того же металла или из разных металлов, в зависимости от желаемых механических и электрических характеристик. Если нити одного диаметра, то формирование подчиняется следующему закону:

пх = 3с2 + 3с + ¹

где: nh = количество потоков; с = количество слоев

Поэтому часто встречаются образования из 7, 19, 37, 61, 91 нити, соответственно от 1 до 5 слоев.

Металлы, используемые при строительстве воздушных линий, должны иметь три основные характеристики: низкое электрическое сопротивление, высокое механическое сопротивление, чтобы обеспечить устойчивость к постоянным или случайным усилиям, и низкую стоимость.

Металлы, удовлетворяющие этим условиям, относительно немногочисленны, а именно: медь, алюминий, алюминиевый сплав и комбинация металлов (алюминиевая сталь).В каждом конкретном случае удобно исследовать наиболее выгодный металл, принимая во внимание общие наблюдения, что следить.

Медь

Тип меди, используемой в производстве проводников, представляет собой электролитическую медь высокой чистоты. Получают электролитически, путем рафинирования: медный электрод выступает в качестве катода, а медный электрод с примесями — в качестве анода; Электролитическая медь осаждается на катоде. Характеристики электролитической меди почти полностью совпадают с характеристиками чистой меди, так как минимальное содержание меди должно быть 99,9%.

• Отожженная медь . Отожженная медь, также называемая мягкой медью, имеет прочность на разрыв от 22 до 28 [кг/мм ² ]. Медь, отожженная при температуре 20ºC, была принята в качестве стандартной меди для коммерческих операций во всем мире. Отожженная медь пластична, гибка и используется, прежде всего, для изготовления электрических проводников, которые не должны подвергаться большим механическим воздействиям.
• Полутвердая медь . Он имеет прочность на разрыв от 28 до 34 [кг. /мм ² ] и не такой пластичный или ковкий, как отожженная медь.
• твердая медь . Тяжело обработанная медь при наступлении холода приобретает твердость и механическую стойкость, хотя и за счет своей пластичности и ковкости. Твердая медь имеет прочность на разрыв от 35 до 47 [кг/мм ² ] и ее хорошие механические свойства используются для проводников внешних электрических линий, где они должны подвергаться высоким механическим нагрузкам; Этот тип меди не нашел широкого применения во внутренних установках, потому что с ним сложнее обращаться, чем с отожженной медью.

Медные сплавы

Те, которые умеренно растворимы в твердом растворе меди, такие ткани, как марганец, никель, цинк, олово, алюминий и др., вообще упрочняют медь и снижают ее пластичность, но улучшают ее прокатное состояние и механическую работу.

В целом можно сказать, что медные сплавы улучшают некоторые механические или термические свойства чистой меди, за исключением электрических свойств. Используемые медные сплавы:

• латуни

Латуни представляют собой сплавы меди и цинка с содержанием последнего металла не более 50%, так как от этого процента сплавы становятся хрупкими. Электропроводность относительно низкая, поэтому его использование не так широко распространено.

• бронзы

Бронзы – это сплавы меди и олова. Но в настоящее время сплавы перестали быть бинарными, чтобы стать тройными, вводя в дополнение к меди и олову третий элемент, такой как фосфор, кремний, марганец, цинк, кадмий, алюминий; по третьему элементу – название бронзы, например: фосфористая бронза, кремнистая бронза и т. д.

Когда кондуктор назначается авиакомпаниям, он должен соответствовать механическим требованиям, которым он будет подвергаться после прокладки. Они являются результатом действия собственного веса и внешних механических агентов (ветер, лед и др.). Следовательно, необходимо знать его полную разрушающую нагрузку. Для того чтобы максимально повысить удельную прочность на растяжение, материал должен находиться в чистом виде, то есть его основной металлографической характеристикой будут мелкие зерна. Это, как и логично, влечет за собой уменьшение его электропроводности, которая уменьшается тем больше, чем выше степень полученной твердости. На практике определены только крайние состояния, поэтому используются два типа меди:

 Несмотря на более низкое электрическое сопротивление и превосходные механические способности, медь перестала применяться при строительстве воздушных линий, особенно это заметно при высоком и сверхвысоком напряжении.

Алюминий

Алюминий — материал, зарекомендовавший себя как проводник для авиалиний, благодаря своей более низкой стоимости и легкости по сравнению с медью при том же значении сопротивления. Также преимуществом является то, что алюминиевый проводник имеет больший диаметр, чем медный проводник с таким же сопротивлением. При большем диаметре линии электрического потока, исходящие из проводника, при одном и том же напряжении находятся дальше друг от друга на его поверхности. Это означает, что существует более низкий градиент напряжения на поверхности проводника и меньшая тенденция к ионизации воздуха вокруг проводника. Ионизация или электрические разряды из-за пробоя диэлектрика воздуха вызывают нежелательное явление, называемое эффектом короны.

Провода на алюминиевой основе, используемые при строительстве воздушных линий, бывают следующих видов:

Однородный проводник из чистого алюминия (AAC)

Алюминий является, после меди, промышленным металлом с самой высокой электропроводностью. Это очень быстро снижается при наличии в металле примесей, поэтому для изготовления проводников используют металлы с титром не менее 99,7%, что также обеспечивает стойкость и защиту от коррозии. Алюминиевые жилы 1350 классифицируются следующим образом:

• Класс AA : Проводники, обычно используемые в воздушных линиях электропередачи.
• Класс A : Проводники должны быть покрыты атмосферостойкими материалами и неизолированные проводники с высокой гибкостью.
• Класс B : Проводники должны быть изолированы различными материалами и проводниками, которые требуют большей гибкости.
• Класс C : водители, которым требуется максимальная гибкость.

Однородный проводник из алюминиевого сплава (AAAC )

Разработаны специальные сплавы для электрических проводников. Они содержат небольшое количество кремния и магния (примерно 0,5 0,6 %), а благодаря сочетанию термической и механической обработки приобретают разрывную нагрузку, вдвое превышающую разрывную нагрузку алюминия (что делает их сравнимыми с алюминием со стальным сердечником), теряя всего 15 %. проводимости (по чистому металлу).

Обычно используется для первичного и вторичного распределения электроэнергии. Он имеет высокое соотношение прочности и веса.Алюминиевый сплав кабеля AAAC обеспечивает большую устойчивость к коррозии, чем кабель ACSR. Одним из самых известных алюминиевых сплавов является ARVIDAL.

Смешанная алюминиевая жила со стальным сердечником (ACSR)

Эти кабели состоят из сердечника из оцинкованной стали, покрытого одним или несколькими слоями проволоки из чистого алюминия. Стальной сердечник лишь задает механическое сопротивление кабелю и не учитывается при электрическом расчете жилы.

На рис. 1.4 показано поперечное сечение кабеля, армированного сталью и алюминием (ACSR). Показанный проводник имеет 7 стальных проволок, образующих центральный сердечник, вокруг которого расположены два слоя алюминиевых проволок. Во внешних слоях 24 алюминиевые нити. Многожильный провод обозначен как 24 A1/7 St или просто 24/7. Различная прочность на растяжение, допустимый ток и размеры проводников достигаются за счет использования различных комбинаций стали и алюминия. Другие типы ASCR:

ACSR/AW — алюминиевый проводник с армированием из алюминированной стали: проводник ACSR/AW обладает теми же прочностными характеристиками, что и ACSR, но максимальный ток, который может нести кабель, и его коррозионная стойкость выше благодаря алюминированию стального сердечника. Обеспечивает большую защиту в местах с агрессивными условиями окружающей среды.

ACSR/TW – алюминиевый проводник со стальным армированием: конструкции, которые будут использоваться, должны быть тщательно оценены из-за большого веса этого проводника.

ACSR/AE — алюминиевый проводник со стальным армированием. Как следует из названия, ACSR/AE ( расширенный воздухом) ACSR — это проводник, диаметр которого увеличен или «расширен» за счет воздушных промежутков между внешними слоями алюминия и стальным сердечником.

Проводники с сердечником из алюминиевого сплава (ACAR)

ACAR имеет высокопрочный алюминиевый центральный сердечник, окруженный слоями алюминиевых электрических проводников.

Независимо от электрических и механических характеристик, которые приводят к выбору того или иного типа проводника, никогда нельзя упускать из виду основные принципы использования алюминиевых проводников:

1) Алюминиевые жилы всегда применяют в виде многопроволочных жил, поскольку они обеспечивают защиту ВЛ от вибрации.

2) Под воздействием погодных условий быстро покрываются защитным слоем нерастворимого оксида, предохраняющим водителя от действия внешних агентов. Несмотря на это, следует обращать внимание, когда в атмосфере находятся взвешенные вещества, участки печей для обжига извести, цементных заводов и т. д. требуют выбора подходящего сплава.

3) Некоторые природные грунты по-разному воздействуют на алюминий, поэтому не рекомендуется использовать его для заземления опор, по крайней мере, когда игнорируются реакции, которые может вызвать грунт.

4) Морской воздух оказывает очень медленное агрессивное воздействие на алюминий, в любом случае, многочисленные линии, построенные вблизи моря, показали оптимальное поведение, в этих случаях необходимо усилить меры предосторожности в отношении правильного выбора сплава и его хорошего качества. Состояние поверхности, как правило, атака будет тем медленнее, чем меньше дефектов поверхности. Поверхностные дефекты являются отправной точкой для локальных атак, которые могут привести к значительным повреждениям.Если нет надрезов или заусенцев (которые могут быть вызваны трением при сборке), провода будут менее чувствительны к внешним воздействиям.

5) Алюминий электроотрицателен по отношению к большинству металлов, применяемых при строительстве линий, и по этой причине в соединениях нужно соблюдать особую осторожность.

6) Температура плавления алюминия 660 градусов С (в то время как медь плавится при 1083 градусах С), поэтому алюминиевые проводники более чувствительны к электрической дуге.

В свою очередь, проводники из алюминиевого сплава имеют ряд преимуществ перед проводниками из алюминиевой стали, а именно:

Более высокая твердость поверхности, которая объясняет меньшую вероятность поверхностного повреждения во время укладки, высоко ценится в линиях очень высокого напряжения, поскольку, как следствие, будет меньше потерь из-за коронного эффекта и меньше радиоэлектрических помех. Меньше вес, поэтому он более экономичен.

            Недостатком, который следует отметить для алюминиевого сплава, является то, что, поскольку его механические характеристики являются результатом термообработки, кабель чувствителен к высоким температурам (предел 120 градусов не должен превышаться), поэтому при проверку секции на перегрузки по току и особое внимание уделите влиянию короткого замыкания.

 В заключение, проводник является компонентом, который оправдывает существование линии, поэтому вся работа делается для его поддержки, а затем утверждение, что его правильный выбор является наиболее важным решением на этапе проектирования линии.

Кроме того, нельзя забывать о соблюдении температурных пределов при рабочем токе, а при максимальной нагрузке короткого замыкания не должна достигаться такая температура, которая вызывает недопустимое снижение механического сопротивления проводника. В следующей таблице показаны физические и электрические характеристики меди и алюминия.

Характеристики	Алюминий 99,5%	Медь
Плотность при 20ºC	2,7	8,90
температура плавления или начала плавления ºC	658	1083
Коэффициент линейного расширения от 20 до 100ºC	23.10-6	16,4.10-6
Удельная теплоемкость кал/г ºC при 20ºC	0,28	0,09
Теплопроводность кал.см/см2.сек.ºC при 20ºC	0,52	0,92
Удельное электрическое сопротивление Ом.см2/мА при 20ºC	0,0285	0,017
Модуль упругости кг/мм2	6900	11 200

Таблица 1.1 Характеристики меди и алюминия

		Алюминий	Медь
ОДИНАКОВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ	Список разделов	1,64	1
Соотношение диаметров	1,28	1
Соотношение весов	0,50	1
Соотношение нагрузок при разрыве	0,78	1
РАВНЫЙ НАГРЕВ	Список разделов	1405	1
Соотношение весов	0,424	1
ЖЕ РАЗДЕЛ	Связь проводимостей	0,61	1
Соотношение весов	0,30	1

Таблица 1.2 Соотношение характеристик между медью и алюминием

б) Изоляторы:

Они служат опорой и опорой проводникам, в то же время они изолируют их от земли. Наиболее широко используемым материалом для изоляторов является фарфор, хотя также используются закаленное стекло и синтетические материалы.

С электрической точки зрения изоляторы должны иметь большое сопротивление поверхностным токам утечки и быть достаточно толстыми, чтобы избежать перфорации перед лицом сильного градиента напряжения, который они должны выдерживать. Для повышения устойчивости к контакту они отлиты в расклешенной форме.

С механической точки зрения они должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать нагрузки, вызванные весом проводников. Существует 2 основных типа:

Фиксированные изоляторы :

Крепится к опоре с помощью фиксированного фитинга и поэтому обычно не может изменить положение после монтажа.

Крепится к опоре с помощью фиксированного фитинга и поэтому обычно не может изменить положение после монтажа.

струнные изоляторы

Состоят из переменного количества элементов в зависимости от рабочего напряжения; образуя подвижную цепь вокруг места ее крепления к опоре. Этот тип изолятора чаще всего используется в сетях среднего и высокого напряжения.

Существуют различные типы струнных изоляторов, которые подробно описаны ниже:

Колпачок-стержень , этот изолятор состоит из колпака из фарфора или закаленного стекла, в форме диска и с некоторыми неровностями в нижней части. Чугунный или стальной колпак врезан в верхнюю часть раструба, а в его нижней части, в достаточно маленьком отверстии, вварен стержень, припаянный к изолятору. На рис. 1.8 показано расположение изоляторов в подвесной цепи или в швартовной цепи.

Колокол (диски ), этот элемент состоит из цилиндрического фарфорового сердечника диаметром от 60 до 85 мм и снабжен двумя широкими юбками. Колпаковые изоляторы соединяются между собой небольшим цилиндрическим стержнем, оканчивающимся двумя шаровыми шарнирами (рис. 1.9). Существенное различие между колпаком-изолятором и колпачковым элементом состоит в том, что первый строго невосприимчив к сверлению в процессе эксплуатации, а второй при определенных обстоятельствах может быть просверлен перед оконтуриванием, особенно при одновременном воздействии механического воздействия. напряжения и электрические воздействия.

Изолятор крепится к стойке с помощью креплений, различные типы креплений показаны на рисунке 1.11.

в) Опорные конструкции

Они должны держать проводники достаточно высоко над землей и на расстоянии друг от друга. В самой высокой части башни размещены оголенные проводники, называемые ограждениями, которые служат для экранирования линии и перехвата молнии до того, как она достигнет активных проводников, расположенных ниже. Они не проводят ток, поэтому обычно изготавливаются из стали и соединены с землей в каждой башне. Башни прочно заземлены, при этом особое внимание уделяется обеспечению низкого сопротивления заземления.

 Конструкции линии можно классифицировать в зависимости от ее функции, способа сопротивления усилиям и строительных материалов.

По своему назначению конструкции делятся на:

Подвесные конструкции .

Проводники подвешены с помощью изолирующих цепей, свисающих с кронштейнов опор. Они выдерживают вертикальные нагрузки всех проводников (в том числе и ограждающих тросов), а также действие поперечного ветра на линию, как на проводники, так и на саму опору. Они не рассчитаны на выдерживание боковых усилий из-за натяжения проводников, поэтому их устанавливают на прямых участках.

удерживающие конструкции

Они предназначены для мест, где линия должна поддерживать боковые усилия, результат изменения направления или концов линии, в основном различают три типа:

Терминал.

Расположение проводников перпендикулярно кронштейнам, размеры мачты рассчитаны на то, чтобы в основном выдерживать натяжение всех проводников с одной стороны, и в целом это самая тяжелая конструкция на линии.

· Угловой.

 Он располагается в вершинах, когда происходит изменение направления линии, самая главная нагрузка, которую он несет, это тяговая составляющая (за счет угла) всех проводников.

Относительно усилий можно сказать, что конструкции линии в нормальных условиях в основном сопротивляются трем видам усилий:

Вертикальные нагрузки от собственного веса, проводников, изоляторов.

Поперечные нагрузки от ветра на конструкции и проводники.

Продольные нагрузки из-за натяжения проводников.

Материалы, обычно используемые для изготовления конструкции: дерево, бетон, сталь, а в труднодоступных местах в некоторых случаях используется алюминий.

1.1.3 ИЗОЛИРОВАННЫЕ ПРОВОДНИКИ

Изолированные кабели в основном состоят из одного или нескольких проводников, изолированных материалом, обернутым вокруг проводников; Кроме того, в зависимости от типа кабеля и напряжения, на которое он рассчитан, существуют и другие элементы, основное назначение которых состоит в том, чтобы наилучшим образом использовать изоляционные качества и сохранить эти качества. Эти кабели можно разделить на монополярные и трехполюсные.

В общем случае в кабеле можно выделить следующие составные части:

а) Проводник: он может быть изготовлен из меди или алюминия и иметь одну из следующих форм: сплошную, компактную или концентрическую.

б) Полупроводниковая крышка

Полупроводниковая оболочка, расположенная непосредственно на проводнике, предназначена для выравнивания электрического градиента на поверхности проводника, устранения искажений электрического поля из-за выступов, образованных проводами внешнего слоя. Использование полупроводниковых материалов связано с тем, что таким образом снижается интенсивность электрических зарядов, которые могут производить ионизацию, по сравнению с тем, что было бы, если бы использовались металлические покрытия.

Полупроводниковое покрытие может состоять из бумажной ленты, пропитанной коллоидным углеродом, намотанной непосредственно на проводник. Такое расположение используется, например, в кабелях с изоляцией из пропитанной бумаги. В кабелях с оголенной изоляцией современной конструкции полупроводниковая оболочка наносится методом экструзии из подходящего полупроводникового материала.

c) Изолятор может быть:

• Пропитанная бумага была одним из первых материалов, используемых для изоляции кабелей для передачи электрической энергии, и продолжает оставаться лучшей изоляцией для кабелей высокого напряжения. Его основные характеристики следующие: высокая диэлектрическая прочность, низкие диэлектрические потери, высокая стойкость к частичным разрядам (ионизации), хорошие тепловые характеристики.

Существенным его недостатком является то, что он очень гигроскопичен, а поглощение влаги значительно ухудшает его диэлектрические свойства, поэтому бумажная изоляция в процессе изготовления кабеля должна быть идеально высушена и защищена герметической оболочкой.

Для изготовления этого вида изоляции бумажные ленты наматываются на проводник по спирали в наложенных друг на друга слоях до получения необходимой толщины изоляции; затем изоляция высушивается и дегазируется путем нагревания и воздействия на нее высокого вакуума и пропитывается минеральным маслом. Это минеральное масло для пропитки смешивают с растительной смолой, чтобы увеличить его вязкость и, таким образом, предотвратить миграцию изоляционного масла под действием силы тяжести в самые нижние части установки. В кабелях на более высокие напряжения изоляция удерживается под давлением различными способами.

• Термопласты: это синтетические органические материалы, полученные путем полимеризации. Он становится пластичным при повышении температуры, что позволяет наносить его методом горячей экструзии на жилы, затвердевая впоследствии при пропускании кабеля через ванну с холодной водой. Наиболее часто используемыми термопластами для изоляции электрических кабелей являются поливинилхлорид (ПВХ) и полиэтилен. ПВХ, смешанный с другим веществом, широко используется в качестве изоляции, особенно в низковольтных кабелях, из-за его низкой стоимости, его большей устойчивости к ионизации по сравнению с другими синтетическими органическими изоляционными материалами, а также из-за того, что его можно получить с помощью соответствующих смесей, рабочие температуры варьируются от от 60ºC до 150ºC. Недостатком является высокая диэлектрическая проницаемость и, следовательно, высокие электрические потери, что ограничивает его использование при более высоких напряжениях. В настоящее время кабель с ПВХ изоляцией выпускается на напряжение до 23000В.
• Полиэтилен, полученный полимеризацией газообразного этилена, обладает прекрасными характеристиками электрического изолятора: диэлектрическая прочность сравнима с диэлектрической прочностью пропитанной бумаги и меньшими диэлектрическими потерями. Они также имеют более высокую теплопроводность, чем пропитанная бумага, что способствует рассеиванию тепла. Недостатком полиэтилена является то, что возможно ухудшение изоляции из-за частичных разрядов, вызванных ионизацией, его температура плавления довольно низкая, порядка 110°С, что ограничивает рабочую температуру кабелей с полиэтиленовой изоляцией до 75°С. полиэтилен с поперечной цепью был разработан для улучшения тепловых характеристик.
• Thermofix: Изоляция, относящаяся к термореактивным материалам, состоит из материалов, которые характеризуются тем, что в процессе вулканизации их пластичность исчезает, а их эластичность и механическая прочность повышаются. Они обычно наносятся методом экструзии и подвергаются процессу вулканизации с повышением температуры до требуемых значений. Наиболее часто используются натуральный каучук и синтетические каучуки, известные под общим названием эластомеры, а в последнее время — некоторые производные полиэтилена.

 г) Экран: Он состоит из проводящего слоя, помещенного на изоляцию и соединенного с землей, основной целью которого является создание эквипотенциальной поверхности для получения радиального электрического поля в диэлектрике. Экран также служит для защиты кабеля от потенциалов, наведенных внешними электрическими полями, и для защиты персонала благодаря эффективному соединению с землей. Это можно сделать с помощью металлизированной бумажной ленты или немагнитной металлической ленты (медной или алюминиевой) толщиной порядка 0,8 мм, намотанной на изоляцию. В высоковольтных кабелях, в которых электрические градиенты, прикладываемые к изоляции, невелики, контроль за распределением электрического поля не требуется и поэтому можно обойтись без металлического экрана;

 д) Крышка, предназначенная для защиты кабеля от внешних воздействий: влажности, тепла, химических реагентов, механических воздействий при прокладке. Он может быть металлическим (свинец), термопластичным (ПВХ), эластомерным (неопрен) или текстильным (джут, пропитанный асфальтом), в зависимости от применения кабеля. В кабелях, используемых в распределительных сетях, также все покрыто стальной лентой для механической защиты (стальной обвязкой), в этом случае кабель называется «бронированным».