Электричество в наше время это основной вид энергии используемый повсюду. Повсеместное использование её стало возможным благодаря электрическим сетям , которые объединяют источники и потребителей электроэнергии. Линии электропередачи или сокращённо ЛЭП выполняют функцию транспортировки электричества. Они прокладываются либо над поверхностью земли и именуются «воздушными», либо заглубляются в землю и или под воду и именуются «кабельными».
Воздушные линии электропередачи, несмотря на их сложную инфраструктуру получаются более дешёвыми по сравнению с кабельными линиями. Сам по себе высоковольтный кабель является дорогим и сложным изделием. По этой причине этими кабелями прокладываются только некоторые участки на трассе воздушной ЛЭП в тех местах, где невозможно установить опоры с проводами, например через морские проливы, широкие реки и т.п. Кабелями прокладываются электрические сети в населённых пунктах, где сооружение опор также невозможно из-за городской инфраструктуры.
ЛЭП, несмотря на большую протяжённость это всё те же электрические цепи, для которых закон Ома применим так же, как и для остальных. Поэтому экономичность ЛЭП напрямую связана с увеличением напряжения в ней. Сила тока уменьшается, а вместе с ней и потери становятся меньше. По этой причине, чем дальше от электростанции расположены потребители, тем более высоковольтной должна быть ЛЭП. Современные сверхдальние ЛЭП передают электрическую энергию с напряжениями в миллионы вольт.
Но увеличение напряжения с целью уменьшения потерь имеет ограничения. Причиной их является коронный разряд. Это явление проявляется, вызывая ощутимые потери энергии, начиная с напряжений выше 100 киловольт. Жужжание и потрескивание высоковольтных проводов является следствием коронного разряда на них. По этой причине, с целью уменьшения потерь на коронный разряд, начиная с 220 киловольт, применяется два провода и более для каждой фазы воздушной ЛЭП.
Протяжённость линий электропередачи и рабочее напряжение их являются взаимосвязанными.
- С напряжениями от 500 киловольт работают сверхдальние ЛЭП.
- 220 и 330 киловольт это напряжения для магистральных линий электропередачи.
- 150, 110, и 35 киловольт это напряжения распределительных ЛЭП.
- Напряжения 20 киловольт и менее характерны для местных электросетей, по которым снабжаются электроэнергией конечные потребители.
Опоры для проводов
Кроме проводов в состав линий электропередачи в качестве главных конструктивных элементов входят опоры. Их назначение это удерживание проводов. В каждой ЛЭП есть несколько разновидностей опор, что показано на изображении ниже:
Анкерные опоры воспринимают большие нагрузки и поэтому имеют прочную жёсткую конструкцию, которая может быть весьма разнообразной. Все опоры соприкасаются со слабым или сырым грунтом через бетонный фундамент. В прочном грунте делаются скважины, в которые непосредственно погружаются опоры ЛЭП. Примеры конструкций металлических анкерных опор показаны на изображении далее:
Опоры также могут быть изготовлены с применением бетона или древесины. Деревянные опоры хотя и менее долговечные, но в полтора раза более дешёвые в сравнении с металлическими и бетонными конструкциями. Особенно оправдано их применение в регионах с сильными морозами и большими запасами древесины. Наиболее широкое распространение деревянные опоры получили в электросетях с напряжением до 1000 Вольт. Конструкция таких опор показана на изображении далее:
Провода линий электропередачи
Провода современных ЛЭП в основном изготовлены из алюминиевой проволоки. Для местных линий электропередачи применяются провода из чистого алюминия. Ограничением является длина пролёта между опорами в 100 – 120 метров. Для более протяжённых пролётов применяются провода из алюминия и стали. Такой провод имеет внутри стальной трос, охваченный алюминиевыми жилами. Трос воспринимает механическую нагрузку, алюминий – электрическую.
Полностью стальные провода применяются только на непротяжённых участках, где необходима максимальная прочность при минимальном весе провода. Все линии электропередачи с напряжением выше 35 киловольт снабжены стальным тросом для защиты от удара молний. Провода из меди и бронзы в настоящее время применяются только в ЛЭП специального назначения. Медная и алюминиевая проволока используется для изготовления полых трубчатых проводов. Это делается для уменьшения потерь в коронном разряде и для уменьшения радиопомех. Изображения проводов различной конструкции показаны далее:
Провод для линий электропередачи выбирается с учётом условий работы и возникающих при этом механических нагрузок. В тёплое время года это ветер, который раскачивает провода и увеличивает нагрузку на разрыв. Зимой к ветру добавляется гололёд. Слой льда на проводах своим весом существенно увеличивает нагрузку на них. Тем более что понижение температуры приводит к уменьшению длины проводов и усиливает внутренне напряжение в их материале.
Изоляторы и арматура
Для безопасного соединения проводов с опорами используются изоляторы. Материалом для них служит либо электротехнический фарфор, либо закалённое стекло, либо полимер, как показано на изображении ниже:
Стеклянные изоляторы при одних и тех же условиях получаются меньше и легче, чем фарфоровые. Конструктивно изоляторы разделяют на штыревые и подвесные. Штыревая конструкция для ЛЭП с напряжением выше 35 киловольт не применяется. Механические нагрузки, воспринимаемые подвесными изоляторами больше, нежели у штыревых изоляторов. По этой причине подвесная конструкция может применяться и на более низких напряжениях вместо штыревых изоляторов.
Подвесной изолятор состоит из отдельных чашек, соединённых в гирлянду. Число чашек зависит от напряжения ЛЭП. Для соединения чашек в гирлянду и всех остальных креплений проводов и изоляторов применяется специальная арматура. Надёжность, прочность и долговечность в условиях открытой среды определяют такие материалы для изготовления арматуры как сталь и чугун. При необходимости получения повышенной стойкости к коррозии выполняется покрытие деталей цинком.
К арматуре относятся различные зажимы, распорки, гасители вибрации, сцепные соединители, промежуточные звенья изоляторов, коромысла. Общее представление об арматуре даёт изображение ниже:
Защитные приспособления
Ещё одним компонентом устройства линий электропередачи являются конструкции защищающие оборудование, присоединённое к ЛЭП от атмосферных и коммутационных перенапряжений. От ударов молний защитой являются трос, протянутый выше всех проводов линии электропередачи и молниеотводы, которые обычно устанавливаются вблизи подстанций. Защитные промежутки располагаются на опорах ЛЭП. Пример такого промежутка показан на изображении слева. Вблизи подстанций устанавливаются трубчатые разрядники, в которых внутри есть искровой промежуток. Если он пробивается и при этом возникает дуга питаемая током короткого замыкания, выделяется газ, который гасит эту дугу.
Все технические и организационные нюансы по устройству линий электропередачи регулируются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Какие – либо отступления от этих правил категорически запрещаются и могут рассматриваться как преступление той или иной тяжести в зависимости от последствий оного.
6 октября в Калининградской области представили самые высокие стилизованные линии электропередач в России. Аналогов конструкции, выполненной в виде якорей, в стране нет. Объект высотой 112 метров установлен в месте активного судоходства, на берегах реки Преголи.
Опоры - это часть линии электропередачи, которая строится для технологического присоединения Прегольской ТЭС (440 МВт) с существующей подстанцией 330 киловольт «Северная». Работы выполняются в рамках программы развития и реконструкции электросетевого комплекса до 2020 года.
Опоры по индивидуальному проекту изготовил «Опытный завод «Гидромонтаж», монтажом занималась компания «Сетьстрой».
Одним из первых судов, которое прошло под линиями электропередачи между опорами, стал один из крупнейших парусных судов - четырехмачтовый барк «Крузенштерн», высота мачт которого составляет около 55 метров.
«Мы заявились в Книгу рекордов России, потому что это самые высокие стилизованные на территории РФ высоковольтные опоры. Это не просто металлосооружения, это действующая линия электропередачи 330 киловольт. Не сама цель была построить якорь, это следствие нашей работы по надежному и безопасному энергоснабжению потребителей области», - сказал на презентации председатель совета директоров «Янтарьэнерго» (входит в ПАО «Россети»)
Он добавил, что заявка уже отправлена и в Интеррекорд. После того, как в Калининград приедут эмиссары, произведут замеры, новый уникальный инженерный проект - стилизованные опоры в виде якоря - сможет претендовать на мировой рекорд.
Высота опоры сопоставима с высотой 36-этажного дома или длиной футбольного поля и составляет 112 метров, каждая из двух опор состоит из пяти ярусов, ширина якорей более 16 метров. Вес опоры 450 тонн, она способна выдержать ветер силой до 36 метров в секунду. По всей высоте опор установлено сигнальное освещение, что делает их заметными в темное время суток для кораблей и самолетов. Надежность конструкции обеспечивают почти 270 свай, забитых на глубину 24 метра.
Расстояние между опорами над рекой Преголя, в месте активного судоходства, около 500 метров, высоту подвеса линий более 60 метров выбрали для того, чтобы обеспечить прохождение самых крупногабаритных судов, таких как парусники «Крузенштерн» и «Седов», чтобы команде барков, портом приписки которых является Калининград, не приходилось складывать мачты.
Проект разработан заводом «Гидромонтаж», единственным предприятием в России, которое специализируется на создании нетиповых ЛЭП. На этом же предприятии были изготовлены декоративные опоры ЛЭП в виде снежного барса и лыжников - символов Олимпиады-2014 в Сочи, а также первая стилизованная опора ЛЭП «Янтарьэнерго» в виде волка Забиваки, установленная в рамках подготовки к ЧМ-2018.
Как рассказали в «Янтарьэнерго», самые высокие в России опоры ЛЭП в виде якоря - часть масштабного проекта: для присоединения построенной, но еще не введенной полностью в эксплуатацию новой Прегольской ТЭС от подстанции Северная построена новая линия электропередачи протяженностью 65 километров. Энергетический мост из 254 опор позволит создать кольцо вокруг областного центра. Часть линий проходит над рекой Преголя, в местах активного судоходства, где и построены уникальные опоры.
На электростанциях вырабатывается электроэнергия. Доставить ее потребителю можно только с помощью проводов и кабелей. Для транспорта электроэнергии служат ЛЭП. Линия электропередачи – это расшифровка аббревиатуры ЛЭП. В энергетике существует разграничение понятий, что считать ЛЕП. На подстанциях высоковольтное оборудование тоже связывается проводами. Но это не ЛЭП. Так называются только дальние линии, отходящие с подстанции, начиная от линейного ввода.
Все линии делятся на воздушные и кабельные. Встречаются кабельно-воздушные (КВЛ). Одновременно по проводам идет передача высокочастотного сигнала для ВЧ-связи, работы защит, аппаратуры СДТУ, с помощью которой осуществляется диспетчерское управление электросетями.
Воздушные ЛЭП
Линии, состоящие из проводов, опор и вспомогательного оборудования, проходящие по воздуху над землей, – это воздушные линии электропередач. Они еще называются ВЛЭП или ВЛ. Участки ВЛ могут проходить по конструкциям мостов, путепроводов.
Основные элементы ВЛ:
- Провода. Их изготавливают из меди, алюминия, бывают комбинированные варианты. Иногда их скручивают из нескольких жил. Провода различаются параметрами сечения;
- Опоры. Существующие виды: металлические, железобетонные и деревянные. Последние два типа применяются для ВЛ 6-10 кВ. Металлические опоры делятся на анкерные и промежуточные. Анкерные –ставятся на участках, где сконцентрирована наибольшая механическая нагрузка (при переходах через водоемы, изменении направления) и через определенное расстояние. Промежуточные – применяют на прямых местах трассы;
- Гирлянды изоляторов. Бывают стеклянные, фарфоровые. Служат для изоляции проводов от тела опоры. Провода из соседних пролетов соединяются шлейфами;
- Заземляющий контур, грозотрос, разрядники служат для защиты от перенапряжений, возникающих в атмосфере;
- Гасители вибрации. Используются в конструкции ВЛ высокого напряжения. Для увеличения эксплуатационного срока ЛЭП необходимо поглощать механические вибрации проводов.
Строить и эксплуатировать ВЛ должен специально обученный персонал на основе ПТЭ (правил технической эксплуатации), ПУЭ (правил устройства электроустановок) и ПОТ (правил по охране труда).
Род тока
Классификация ВЛ в зависимости от рода тока:
- ЛЭП постоянного тока. Такие ЛЕП позволяют снизить потери при передаче электроэнергии из-за отсутствия реактивной мощности (емкостной и индуктивной составляющей). Поэтому их применение оправдано при транспортировке электроэнергии между системами на большие дистанции. Но ВЛ дороже в постройке из-за необходимости установки дополнительного оборудования (выпрямителей, инверторов). В развитых странах их широко используют, а в РФ построено всего несколько линий постоянного тока напряжением 400 кВ. Однако именно на постоянном токе работает часть российской контактной сети железнодорожного транспорта напряжением 3кВ;
- ЛЭП переменного тока. Практически все ВЛ, образующие энергосистему РФ, работают на переменном токе.
Класс напряжения
Напряжение ВЛ переменного тока условно подразделяется на:
- Ультравысокое – 750, 1150 кВ;
- Сверхвысокое – 330, 400, 500 кВ;
- Высокое – 110, 150, 220 кВ;
- Среднее – 6, 10, 20, 35 кВ;
- Низкое – до 1000 В;
- Напряжение 27 кВ переменного тока используется для питания частично контактной сети железнодорожного транспорта.
В распределительных сетях такое деление не применяется.
Важно! К каждому классу напряжения применяются определенные правила устройства ВЛ, требования к конструктивному исполнению и безопасной эксплуатации.
Предназначение ЛЭП определяет их другую классификацию:
- ВЛ 500 кВ и большего напряжения используются для соединения отдельных частей энергосистемы, разных энергосистем и являются сверхдальними;
- В качестве магистральных ЛЕП служат линии 220, 330 кВ, связывающие крупные питающие центры. Они также могут быть межсистемными;
- ВЛ 35, 110, 150 кВ связывают менее значимые питающие центры в границах территориальных районов электросетей, используются для межрайонных связей. Относятся к распределительным ВЛ;
- ЛЭП до 6-10 кВ подводят напряжение к распределительным пунктам и далее по низковольтным линиям непосредственно к потребителям.
Установленный режим работы нейтралей
От заземления нейтралей зависит работа защит ВЛ, обеспечивающих отключение оборудования при коротких замыканиях. Всего существует три режима работы:
- С изолированной нейтралью. Используются в сетях до 35 кВ. Средняя точка трансформаторов не соединяется с заземляющим устройством. Такие ВЛ не будут отключаться защитами при однофазных КЗ (обрыв и падение одного провода на землю). Для компенсации емкостных токов оставшихся фаз применяются дугогасящие реакторы;
- С эффективно заземленной нейтралью. Режим практически реализуется частичным заземлением нейтрали (не на всех подстанциях сети) и гарантирует отключение однофазных и других видов КЗ на высоковольтных линиях электропередачи. Применяется для сетей 110 кВ;
- С глухозаземленной нейтралью. Применяется во всех сетях до 1000 В, а также 220 кВ и выше.
Важно! В сетях с изолированной нейтралью провод ВЛ может находиться на земле под напряжением. Приближаться к любым лежащим проводам запрещается.
Состояние ЛЭП и электрооборудования
Характеристика ЛЭП по состоянию, в котором она находится:
- В работе – когда ВЛ замкнута с обеих сторон выключателями, и по ней протекает ток нагрузки;
- В резерве;
- В ремонте;
- В консервации.
Ремонты ВЛ могут быть аварийные, текущие, капитальные. Когда линию реконструируют, то заменяют полностью или частично провода в пролетах, грозотросы, сами опоры.
Охранная зона ЛЭП
Границы охранной зоны устанавливаются для каждого класса напряжения линии. Это необходимо для исключения каких-либо действий, угрожающих стабильной работе ЛЭП или способных ее повредить.
Пределы охранных зон для ВЛ (отсчитываются от вертикального профиля линии по обе стороны):
- до 1000 В – 2 м;
- 20 кВ – 10 м;
- 35 кВ – 15 м;
- 110 кВ – 20 м;
- 220 кВ – 25 м;
- 550 кВ – 30 м;
- 750 кВ – 40 м;
- 1150 кВ – 55 м.
В этих границах, кроме продолжительного пребывания людей, запрещается:
- Высаживать деревья, кустарники, другие растения, в том числе разрабатывать огороды;
- Устраивать импровизированные свалки;
- Проводить земляные работы;
- Затруднять подход, проезд к ВЛ путем возведения заборов и других построек.
Важно! Все строительные работы в охранной зоне ВЛ и в непосредственной близости от нее необходимо согласовывать с ответственными лицами предприятия, обслуживающего линию.
Кабельные линии
КЛ, что расшифровывается как кабельные линии, служат также для транспорта электроэнергии. Представляют собой силовые кабели, проложенные в земле, подземных и наземных сооружениях, под водой. Для их соединения используются муфты.
Кабельные линии электропередач имеют следующие преимущества:
- защищены от влияния погодного фактора (грозовых разрядов, сильных ветров);
- не боятся падений деревьев;
- имеют низкую опасность для людей и животных;
- занимают меньшую территорию.
По классу напряжения кабельные линии электропередач подразделяются так же, как и воздушные.
Виды изоляции кабелей
- Резиновая. Изготавливается на основе натуральных и синтетических материалов. Такие кабели отличаются гибкостью, но имеют низкий эксплуатационный срок;
- Полиэтиленовая. Применяется для КЛ, прокладываемых в агрессивных средах. Невулканизированный полиэтилен боится высоких температур;
- ПВХ. Отличается низкой стоимостью и высокой эластичностью. Кабели с ПВХ широко используются для КЛ всех классов напряжения;
- Бумажная. Для силовых кабелей требуется пропитка такой изоляции особенным составом. В настоящее время применяется редко;
- Фторопластовая. Самая устойчивая к любым повреждениям;
- Маслонаполненные кабели. Требуют аппаратуры для поддержания давления масла, обладают высокой пожароопасностью. Сейчас не производятся. Существующие КЛ демонтируются, заменяются кабелями с более современными и надежными видами изоляции.
Виды кабельных сооружений
Для прокладки КЛ используются различные виды сооружений , где кабели, каждый из которых снабжается идентификационной биркой, находятся в открытом доступе для обслуживания:
- Каналы. Это короба, сооруженные из железобетонных плит, верхняя крышка которых снимается. Находятся они, как правило, на поверхности земли;
- Тоннели, выстраиваемые под землей. Размеры их таковы, что там свободно может передвигаться человек. Кабели уложены по боковым стенкам;
- Кабельный этаж возводят на подстанциях. Представляет собой помещение, часто полуподвального типа, по периметру которого проложены кабели;
- Эстакада. Сооружение открытого типа, находящееся непосредственно на земле, фундаменте или опорах, по дну которого проходят кабели с муфтами;
- Галерея. То же, что и эстакада, только закрытая полностью или с нескольких сторон;
- Двойной пол. Пространство под полом, закрытое плитами, которые можно снимать для проведения работ. Используется для низковольтных кабелей, в основном, в помещениях релейных залов подстанций;
- Кабельный блок. Подземные трубы или каналы, где размещаются кабели, для прокладки которых используются камеры с входом через надземный люк. Такая камера называется кабельным колодцем.
Многообразие применяемых ЛЭП позволяет передавать электроэнергию на любые расстояния и по природным ландшафтам разнообразной сложности. При проектировании каждой линии учитывается ее назначение, протекающие токи нагрузки, стоимость оборудования для строительства и эксплуатации.
Видео
В восьмидесятые годы строительство ЛЭП-750 кВ приобрело массовый характер. На повестке дня стоял вопрос освоения новых, ранее не существоваших в мире классов напряжения -1150 кВ переменного и 1500 кВ постоянного тока, названных ультравысокими.
Строительство линий электропередачи ультравысокого напряжения открывало захватывающие перспективы - возможность быстро, с минимальными потерями перебрасывать электроэнергию и мощность на тысячи километров из энергоизбыточных регионов страны в энергодефицитные.
Первым в мире «широтным» линиям электропередачи предстояло связать воедино пять объединённых энергосистем Советского Союза – Сибири, Казахстана, Урала, Волги, Центра. Электропередача Сибирь – Казахстан – Урал строилась и вводилась в эксплуатацию поэтапно.
24 марта 1977 года ЦК КПСС и Совмин СССР приняли Постановление №243 "О создании Экибастузского топливно-энергетического комплекса и строительства линии электропередачи постоянного тока напряжением 1500 кВ Экибастуз-Центр". Этим постановлением было предусмотрено эффективнее развивать топливно-энергетический комплекс, реализовать энергетическую программу СССР, где Казахстану предусматривалась в ближайшие годы одна из ключевых ролей в советской энергетике. В то время Казахстан занимал третье место среди республик СССР по производству электроэнергии.
Учитывая несметные запасы угля и масштабы его добычи, было принято решение о строительстве в Экибастузе крупных тепловых электростанций в непосредственной близости от разрезов, чтобы сократить до минимума расходы на транспортировку угля. С вводом в эксплуатацию энергоблоков на строящихся ГРЭС Казахстан не только полностью обеспечивал электроэнергией народное хозяйство республики, но и имел возможность передавать электроэнергию в другие регионы бывшего Советского Союза.
Для этих целей и было принято решение строительства электролиний 500 кВ и уникальной линии электропередачи сверхвысокого напряжения 1150 киловольт переменного тока Экибастуз-Урал протяженностью 900 км с подстанциями в Экибастузе, Кокчетаве, Кустанае и участок Кустанай - Челябинск протяженностью 300 км, с временным использованием его на напряжение 500 кВ.
Технико-экономическое обоснование электропередачи 1150 осуществлялось отделением дальних передач института "Энергосетьпроект". Разработка проектно-сметной документации производилась этим же институтом.
Генеральным подрядчиком по строительству электропередачи были по ВН-1150 кВ - трест "Спецсетьстрой". По строительству объектов ПС 1150 кВ Экибастузская - трест "Экибастузэнергострой". По строительству подстанций в Кокчетаве, Кустанае и Челябинске - трест "Южуралэнергострой".
Разработкой оборудования для уникальной электропередачи занимались десятки научных центров и институтов. К примеру, автотрансформаторы АОДЦТ-66700 разрабатывал и изготавливал НПО "Запорожтрансформатор". Реакторы шунтирующие РОДЦ-300000/1150 - Московский завод "Электросила", воздушные выключатели ВНВ-1150 разработал НПО "Уралэлектротяжмаш". Полый провод для ошиновки оборудования ОРУ-1150 изготовил Московский электротехнический завод АН СССР в содружестве с институтами, энергетиками и работниками других отраслей промышленности. Для электропередачи были созданы новые классы контактных и изоляционных материалов, аппаратуры релейной защиты, автоматики и связи, рассчитанной на безотказную и длительную работу узлов и агрегатов при сверхвысоких нагрузках.
Строительство ВЛ-1150 кВ осуществлялось несколькими передвижными мехколоннами и опережало строительство подстанций. Строительство первой из четырех подстанций началось генподрядчиком СУЭПК, начальник Ю.А. Казанцев Для повышения индустриализации и сокращения сроков строительства проектными институтами были приняты усовершенствованные конструкции со сборкой отдельных узлов на сборочных площадках.
Имеющаяся на то время практика подстанционного строительства на объектах ПС-1150 кВ была неприемлема, так как маслонаполненное электротехническое оборудование, монтируемое на площадке, весило более 500 тонн. Металлоконструкции линейных и ячейковых порталов весили до 30 тонн и монтировались на высоте 40 и более метров при значительных габаритах.
Подрядчиками для их монтажа применялась на тот период передовая мобильная грузоподъемная техника, краны "Като", "Днепр", "Январец", ДЭК-50, автовышки "Магирус-Бронто-33", АГП-22 и др.
Используя вышеназванную технику в стесненных условиях площадки, строителям и монтажникам приходилось проявлять смекалку для организации безаварийной работы механизмов.
При большой концентрации механизмов на площадках строительства была удачно применена кольцевая схема временного электроснабжения, исключающая отключение и повреждение линий при передвижении механизмов.
Для координации вышеназванных мероприятий в Экибастузе работала группа рабочего проектирования Одесского филиала института "Оргэнергострой" (возглавлял ее В.Х. Ким), которая разрабатывала проекты производства работ на технологические процессы монтажа строительных конструкций и оборудования.
Большой объем работ по монтажу металлоконструкций ОРУ-500 кВ и ОРУ-1150 кВ был выполнен участком под руководством А.В. Музыка треста "Электросредазмонтаж". Монтаж всего маслонаполненного оборудования и его ревизию выполнил
участок во главе с М.Е. Семеновым этого же треста.
Строительные и монтажные работы по укладке кабельных лотков и каналов, монтажу стоек УСО, устройство дорог и переездов выполнило СУЭПК (начальник участка В.И. Веселов).
По своему техническому оснащению первенец казахстанской энергетики сверхвысокого напряжения ПС-1150 кВ являлась уникальным сооружением, которому не было аналогов в мире. Само оборудование на ПС-1150 кВ считалось технически сложным для эксплуатации и требовало от эксплуатирующего персонала особых знаний и особого отношения к своей работе. Именно такими качествами обладали Ю.Н. Пакулин, начальник подстанции, Л.Р. Беседин, заместитель начальника ПС, Г.И. Пилюгин, мастер по ремонту воздушных выключателей. Оперативно-диспетчерский персонал - Н.И. Токманцеца, И.П. Долгов, Е.Н. обко, А.В. Аксиньин. Ведущие инженеры группы релейной защиты и автоматики А.Н. Юхно, И.Т. Финк, К. Ергалиев - электрослесарь по ревизии и наладке маслонаполненного оборудования и др. Бесперебойной работой подрядных организаций, занятых в круглосуточном режиме, руководил штаб стройки во главе с главным инженером треста "Экибастузэнергострой" М. Барковским.
В предпусковой период в течение продолжительного времени на площадке ПС-1150 кВ практически жила группа ведущих специалистов объединения во главе с главным инженером ПО "Дальние электропередачи" О.А. Никитиным. После четырехлетней напряженной работы многих подрядных, пусконаладочных и шефских заводских организаций, участвующих в создании уникальной подстанции, в последних числах июля 1985 года впервые в мировой практике было подано напряжение на уникальное оборудование подстанции Экибастузская 1150 кВ, предназначенное для передачи электроэнергии по линии Экибастуз-Урал до подстанции в Кокчетаве. Началось промышленное испытание первой очереди крупнейшего энергомоста.
Впервые в мировой практике промышленного потребления получена электроэнергия переменного тока сверхвысокого напряжения 1150 кВ.
В честь такого события был проведен митинг на территории ПС-1150 кВ с участием общественности города.
На снимке запечатлен момент передачи символичного ключа от строителей эксплуатационникам. Фото Б.КИРИЧЕК, участника строительства электропередачи переменного тока 1150 кВ Экибастуз-Урал.
Так в 1987 году был сдан участок этой линии от Экибастуза до Чебаркуля протяжённостью 432 километра на уровне напряжения 1150 кВ. Ни одна другая линия в мире не способна работать под столь высоким напряжением. Участок должен был выдавать мощность от двух построенных Экибастузских ГРЭС на подстанцию 1150 кВ в Чебаркуле. Диспетчерское наименование: Костанайская-Челябинская. Пропускная способность линии достигала 5500 МВт.
Проложенная от Экибастуза через Кокчетаев и Кустанай вплоть до Челябинска, ЛЭП-1150 соединила энергосистемы Казахстана и России. Средняя высота опор линии составляет 45 метров. Вес проводников приблизительно 50 тонн.
Уникальная высоковольтная линия электропередачи «Сибирь-Центр» проектного напряжения 1150 кВ обошлась стране в 1,3 трлн. рублей. Одновременно с ней шло строительство линии электропередачи постоянного тока 1500 кВ Экибастуз – Центр.
На территории Казахстана ЛЭП-1150 кВ Экибастуз-Кокчетав-Кустанай работала на номинальном напряжении 1150 кВ с 1988 по 1991 годы.
Завершение строительства «широтных» ЛЭП 1150 и 1500 кВ планировалось в 1995 году, однако из-за распада СССР проект остался неоконченным. Большая часть линии оказалась «за границей», так как приблизительно 1400 из 1900 км линии «Барнаул-Экибастуз-Кокчетав-Кустанай-Челябинск» находится в Казахстане.
«Линию построили, но использовать ее, окупив затраченные деньги, так и не пришлось. Сначала во время распада СССР перестали работать обе электростанции в Экибастузе, их продали американцам фактически как металлолом. Потом и линию демонтировали на участке, проходящем по Казахстану. А участок от Петропавловска до Чебаркуля эксплуатируется на напряжении 500 киловольт и практически незагружен. Но опоры-рюмки стоят».Заместитель управляющего Челябэнерго Владимир Михайлович Козлов
В 2012 Олег Дерипаска заявил о намерении En+ возродить проект строительства энергомоста Сибирь - Казахстан - Урал на основе сверхвысоковольтной ЛЭП.
Содержание:
Один из столпов современной цивилизации – это электроснабжение. Ключевую роль в нем выполняют линии электропередачи – ЛЭП. Независимо от удаленности генерирующих мощностей от конечных потребителей, нужны протяженные проводники, которые их соединяют. Далее расскажем более детально о том, что из себя представляют эти проводники, именуемые как ЛЭП.
Какими бывают воздушные ЛЭП
Провода, прикрепленные к опорам, – это и есть воздушные ЛЭП. Сегодня освоены два способа передачи электроэнергии на большие расстояния. Они основаны на переменном и постоянном напряжениях. Передача электроэнергии при постоянном напряжении пока еще менее распространена в сравнении с переменным напряжением. Это объясняется тем, что постоянный ток сам по себе не генерируется, а получается из переменного тока.
По этой причине необходимы дополнительные электрические машины. А они стали появляться относительно недавно, поскольку в их основе используются мощные полупроводниковые приборы. Такие полупроводники появились лишь 20–30 лет тому назад, то есть примерно в 90-е годы ХХ века. Следовательно, до этого времени уже были построены в большом количестве ЛЭП переменного тока. Отличия линий электропередачи показаны далее на схематическом изображении.
Наибольшие потери вызывает активное сопротивление материала проводов. При этом не имеет значения, какой ток – постоянный или переменный. Для их преодоления напряжение в начале передачи повышается как можно больше. Уже преодолен уровень в один миллион вольт. Генератор Г питает ЛЭП переменного тока через трансформатор Т1. А в конце передачи напряжение понижается. ЛЭП питает нагрузку Н через трансформатор Т2. Трансформатор является самым простым и надежным инструментом преобразования напряжений.
У читателя, мало знакомого с электроснабжением, скорее всего, появится вопрос о смысле передачи электроэнергии на постоянном токе. А причины чисто экономические – передача электроэнергии на постоянном токе именно в самой ЛЭП дает большую экономию:
- Генератор вырабатывает трехфазное напряжение. Следовательно, три провода для электроснабжения на переменном токе нужны всегда. А на постоянном токе всю мощность трех фаз можно передать по двум проводам. А при использовании земли как проводника – по одному проводу. Следовательно, экономия лишь на материалах получается трехкратной в пользу ЛЭП на постоянном токе.
- Электрические сети переменного тока при объединении в одну общую систему должны иметь одинаковую фазировку (синхронизацию). Это значит, что мгновенное значение напряжения в соединяемых электросетях должно быть одинаковым. Иначе между соединяемыми фазами электросетей будет разность потенциалов. Как следствие соединения без фазировки – авария, сопоставимая с коротким замыканием. Для электросетей постоянного тока вообще не характерна. Для них имеет значение лишь действующее напряжение на момент соединения.
- Для электрических цепей, работающих на переменном токе, характерен импеданс, который связан с индуктивностью и емкостью. Импеданс имеется также и у ЛЭП переменного тока. Чем протяженнее линия, тем больше импеданс и потери, с ним связанные. Для электрических цепей постоянного тока понятия импеданса не существует, как и потерь, связанных с изменением направления движения электрического тока.
- Как уже упоминалось в п. 2, для стабильности в энергосистеме нужна синхронизация генераторов. Но чем больше система, работающая на переменном токе, и, соответственно, число электрогенераторов, тем сложнее их синхронизировать. А для энергосистем постоянного тока любое число генераторов будет нормально работать.
Из-за того, что сегодня нет достаточно мощных полупроводниковых или иных систем для преобразования напряжения, достаточно эффективного и надежного, большинство ЛЭП по-прежнему работает на переменном токе. По этой причине далее остановимся только на них.
Еще один пункт в классификации линий электропередачи – это их назначение. В связи с этим линии разделяются на
- сверхдальние,
- магистральные,
- распределительные.
Их конструкция принципиально отличается из-за разных величин напряжения. Так, в сверхдальних ЛЭП, являющихся системообразующими, применяются самые высокие напряжения, которые только существуют на нынешнем этапе развития техники. Величина в 500 кВ для них является минимальной. Это объясняется значительным удалением друг от друга мощных электростанций, каждая из которых – это основа отдельной энергосистемы.
Внутри нее существует своя распределительная сеть, задача которой – обеспечение больших групп конечных потребителей. Они присоединены к распределительным подстанциям с напряжением 220 или 330 кВ на высокой стороне. Эти подстанции являются конечными потребителями для магистральных ЛЭП. Поскольку энергетический поток уже вплотную приблизился к поселениям, напряжение необходимо уменьшить.
Распределение электроэнергии выполняют ЛЭП, напряжение которых 20 и 35 кВ для жилого сектора, а также 110 и 150 кВ – для мощных промышленных объектов. Следующий пункт классификации линий электропередачи – по классу напряжения. По этому признаку ЛЭП можно опознать визуально. Для каждого класса напряжения характерны соответствующие изоляторы. Их конструкция – это своего рода удостоверение линии электропередачи. Изоляторы изготавливаются увеличением числа керамических чашек соответственно увеличению напряжения. А его классы в киловольтах (включая напряжения между фазами, принятые для стран СНГ) такие:
- 1 (380 В);
- 35 (6, 10, 20);
- 110…220;
- 330…750 (500);
- 750 (1150).
Помимо изоляторов, отличительными признаками являются провода. С увеличением напряжения все больше проявляется эффект электрического коронного разряда. Это явление отбирает энергию и уменьшает эффективность электроснабжения. Поэтому для ослабления коронного разряда с увеличением напряжения, начиная с 220 кВ, используются параллельные провода – по одному на каждые примерно 100 кВ. Некоторые из воздушных линий (ВЛ) разных классов напряжения показаны далее на изображениях:
Опоры ЛЭП и другие заметные элементы
Для того чтобы провод надежно удерживался, применяются опоры. В простейшем случае это деревянные столбы. Но такая конструкция применима лишь к линиям до 35 кВ. А с увеличением ценности древесины в этом классе напряжений все больше используются опоры из железобетона. По мере увеличения напряжения провода необходимо поднимать выше, а расстояние между фазами делать больше. В сравнении опоры выглядят так:
В общем, опоры – это отдельная тема, которая довольно-таки обширна. По этой причине в детали темы опор линий электропередачи здесь углубляться не будем. Но чтобы кратко и емко показать читателю ее основу, продемонстрируем изображение:
В заключение информации о воздушных ЛЭП упомянем те дополнительные элементы, которые встречаются на опорах и хорошо заметны. Это
- системы защиты от молнии,
- а также реакторы.
Кроме перечисленных элементов, в линиях электропередачи применяется еще несколько. Но оставим их за рамками статьи и перейдем к кабелям.
Кабельные линии
Воздух – это изолятор. На этом его свойстве основаны воздушные линии. Но существуют и другие более эффективные материалы-изоляторы. Их применение позволяет намного уменьшить расстояния между фазными проводниками. Но цена такого кабеля получается настолько велика, что не может быть и речи о его использовании вместо воздушных ЛЭП. По этой причине кабели прокладывают там, где есть трудности с воздушными линиями.
