Drähte und Kabel von Freileitungen

An Luftleitungen Kraftübertragung Bei Spannungen über 1000 V werden blanke Drähte und Kabel verwendet. Im Freien sind sie der Atmosphäre (Wind, Eis, Temperaturschwankungen) und schädlichen Verunreinigungen aus der Umgebungsluft (Schwefelgase aus Chemiefabriken, Meersalz) ausgesetzt und müssen daher über eine ausreichende mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit (Rost) verfügen.

Die größte Anwendung finden derzeit Stahl-Aluminium-Leiter in Freileitungen.

Früher wurden Kupferdrähte für Freileitungen verwendet, jetzt werden Aluminium, Stahl-Aluminium und Stahl sowie in einigen Fällen Drähte aus speziellen Aluminiumlegierungen – Eldrium usw. – verwendet. Blitzschutzkabel bestehen in der Regel aus Stahl.

Sie zeichnen sich durch ihr Design aus:

a) mehradrige Leiter aus einem Metall, bestehend (abhängig vom Leiterquerschnitt) aus 7; 19 und 37 separate Drähte, die miteinander verdrillt sind (Abb. 1, b);

b) Einzeldrahtdrähte, bestehend aus einem massiven Draht (Abb. 1, a);

c) Litzenleiter aus zwei Metallen – Stahl und Aluminium oder Stahl und Bronze.Stahl-Aluminium-Leiter herkömmlicher Bauart (Klasse AC) bestehen aus einem verzinkten Stahlkern (eindrähtig oder verdrillt aus 7 oder 19 Drähten), um den sich ein Aluminiumteil, bestehend aus 6, 24 oder mehr Drähten, befindet (Abb. 1). , °C).

Reis. 1. Aufbau der Drähte von Freileitungen: a – Einzeldrähte; b – Litzenleiter; c – Stahl-Aluminium-Drähte.

Die strukturellen Konstruktionsdaten von blanken Aluminium- und Stahl-Aluminium-Leitern sind in GOST 839-80 enthalten.

Siehe auch: Blankdrahtkonstruktionen für Freileitungen

Bei der Auswahl der Luftleitungen müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden, von denen einer der wichtigsten die längere Erwärmung mit elektrischem Strom ist. Die Erwärmung der Drähte schränkt die Übertragungskapazität der Freileitung ein, führt zu Korrosion der Drähte, einem Verlust ihrer mechanischen Festigkeit, einem Anstieg des Durchhangs usw. Die Temperatur der Leiter hängt von der aktuellen Belastung und den Witterungsbedingungen der Freileitungsstrecke ab.

Die Tragfähigkeit von Drähten wird stark von den Wetterbedingungen beeinflusst – Windgeschwindigkeit, Umgebungstemperatur und Sonneneinstrahlung, die im Laufe des Jahres stark variieren.

Eine Änderung der Windgeschwindigkeit soll einen größeren Einfluss haben als eine Änderung der Lufttemperatur. Ein schwacher Wind mit einer Geschwindigkeit von 0,6 m/s erhöht den Leitungsdurchsatz um 140 % im Vergleich zu statischen Luftverhältnissen, während eine Erhöhung der Umgebungstemperatur um 10 °C ihn um 10-15 % reduziert.

Kupferkabel

Meine Drähte aus eng gezogenem Kupferdraht haben einen geringen Widerstand (r = 18,0 Ohm x mm2/km) und eine gute mechanische Festigkeit: maximale Zugfestigkeit sp = 36 ... 40 kgf/mm2, widerstehen erfolgreich atmosphärischen Einflüssen und Korrosion durch schädliche Verunreinigungen in der Luft.

Kupferdrähte sind mit dem Buchstaben M gekennzeichnet, zuzüglich des Nennquerschnitts des Drahtes. Also Kupferdraht mit einem Nennquerschnitt von 50 mm2, gekennzeichnet mit M — 50.

Derzeit ist Kupfer ein knappes und teures Material, weshalb es praktisch nicht als Leiter für Freileitungen verwendet wird. Um Kupfer zu sparen, wurden in den 1960er Jahren Kupfer-, Bronze- und Stahl-Bronze-Leiter abgeschafft.

Aluminiumdrähte

Aluminiumdrähte unterscheiden sich von Kupferdrähten durch eine viel geringere Masse, einen etwas höheren spezifischen Widerstand (r = 28,7 ... 28,8 Ohm x mm2/km) und eine geringere mechanische Festigkeit: sp = 15,6 kgf / mm2 – für Leiter der AT-Klasse und sp = 16 … 18 kgf / mm2 ATP-Draht.

Aluminiumdrähte werden hauptsächlich in lokalen Netzwerken verwendet. Die geringe mechanische Festigkeit dieser Drähte lässt keine Hochspannung zu. Um große Pfeile zu vermeiden und das Notwendige zu sichern PUE Aufgrund der Mindestgröße der Leitung zum Boden ist es notwendig, den Abstand zwischen den Stützen zu verringern, was die Kosten der Leitung erhöht.

Um die mechanische Festigkeit von Aluminiumdrähten zu erhöhen, werden diese aus mehrsträngigen, hartgezogenen Drähten hergestellt. Aluminiumdrähte sind gut tolerant gegenüber atmosphärischen Einflüssen und halten den Auswirkungen schädlicher Verunreinigungen aus der Luft nicht stand.

Daher werden für Freileitungen, die in der Nähe von Meeresküsten, Salzseen und Chemieanlagen gebaut werden, korrosionsgeschützte Aluminiumleiter der Marke AKP (korrosionsbeständiges Aluminium, mit Füllung des Raums zwischen den Leitern mit neutralem Fett) empfohlen. Aluminiumleiter sind mit dem Buchstaben A und dem Zusatz des Nennquerschnitts des Leiters gekennzeichnet.

Stahldrähte

Stahldrähte haben eine hohe mechanische Festigkeit: maximale Bruchfestigkeit sp = 55 ... 70 kgf / mm2... Stahldrähte sind eindrähtig oder mehrdrähtig.

Der elektrische Widerstand von Stahldrähten ist viel höher als der von Aluminium und hängt in Wechselstromnetzen von der Strommenge ab, die durch den Draht fließt. Stahldrähte werden in Ortsnetzen mit einer Spannung von bis zu 10 kV zur Übertragung relativ geringer Leistungen eingesetzt, wenn der Bau von Leitungen mit Aluminiumdrähten weniger rentabel ist.

Ein wesentlicher Nachteil von Stahldrähten und -kabeln ist ihre Korrosionsanfälligkeit. Um Korrosion zu reduzieren, sind die Drähte verzinkt. Es sind zwei Marken von Stahllitzen erhältlich: PS (Stahldraht) und PMS (Kupferstahldraht). PS-Drähte haben einen Kupferzusatz von bis zu 0,2 % und PSO-Drähte werden mit einem Durchmesser von 3; 3,5; 5 mm. Mehradrige Blitzschutzkabel aus Stahl werden in den Qualitäten S-35, S-50 und S-70 hergestellt.

Stahl-Aluminium-Drähte

Stahl-Aluminium-Leiter haben den gleichen Widerstand wie Aluminiumleiter gleichen Querschnitts, da bei den elektrischen Berechnungen von Stahl-Aluminium-Leitern die Leitfähigkeit des Stahlteils aufgrund ihrer Geringfügigkeit im Vergleich zur Leitfähigkeit des Teils nicht berücksichtigt wird Aluminiumteil der Leiter.

Baustahldrähte bilden die Innenseite des Stahl-Aluminium-Drahts und Aluminiumdrähte bilden die Außenseite. Stahl soll die mechanische Festigkeit erhöhen, Aluminium ist ein leitfähiges Teil.

Bei Stahl-Aluminium-Drähten treten aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Aluminium und Stahl zusätzliche innere Spannungen im Aluminiumteil des Drahtes auf.

Eine obligatorische Begrenzung der Drahtbeanspruchung bei der durchschnittlichen Jahrestemperatur für alle Leiter ist erforderlich, um einen schnellen Ermüdungsverschleiß der Leiter aufgrund von Vibrationen zu verhindern.

Es wurde experimentell festgestellt, dass Aluminium bei Temperaturen über 65 °C seine Festigkeitseigenschaften zu verlieren beginnt. Vor diesem Hintergrund wird empfohlen, bei der Wahl der maximalen Betriebstemperatur von Stahl-Aluminium-Drähten eine Verringerung der Festigkeit von Aluminium um 12 einzuplanen — 15 % (das entspricht 7 — 8 % Festigkeitsverlust des gesamten Drahtes) ) während ihrer gesamten Lebensdauer, was ungefähr einem Dauerbetrieb des Drahtes über 50 Jahre bei einer Temperatur von 90 °C entspricht. Dies ist zu beachten dass der Gesamtverlust der mechanischen Festigkeit durch kurzzeitige Notüberlastungen der Leitungen 1 % nicht überschreitet.

Die folgenden Marken von Stahl-Aluminium-Drähten (GOST 839-80) werden hergestellt:

Wechselstrom – Draht bestehend aus einem Kern – verzinkten Stahldrähten und einer oder mehreren Außenschichten aus Aluminiumdrähten. Der Draht ist für die Verlegung an Land bestimmt, außer in Gebieten mit verschmutzter Luft durch schädliche chemische Verbindungen;

ANFRAGE, ASKP – ähnlich wie AC-Markendraht, jedoch ist der Stahlkern (C) oder der gesamte Draht (P) mit Fett gefüllt, das dem Auftreten von Drahtkorrosion entgegenwirkt. Konzipiert für die Verlegung entlang der Küste von Meeren, Salzseen und in Industriegebieten mit verschmutzter Luft;

ASK – wie ASK-Draht, jedoch mit einem Stahlkern, der mit einem Kunststoffmantel isoliert ist. In der Kennzeichnung des Drahtes kann nach dem Buchstaben A der Buchstabe P stehen, der darauf hinweist, dass der Draht eine erhöhte mechanische Festigkeit aufweist (z. B. APSK).

Stahl-Aluminium-Drähte aller Marken werden mit einem unterschiedlichen Verhältnis des Querschnitts des Aluminiumteils des Drahtes zum Querschnitt des Stahlkerns hergestellt: innerhalb von 6,0 ... 6,16 - für den Betrieb des Drahtes in mittlerer Umgebung mechanische Belastungsbedingungen; 4,29 ... 4,39 – erhöhte Festigkeit; 0,65 … 1,46 – besonders verstärkte Festigkeit: 7,71 … 8,03 – leichte Konstruktion und 12,22 … 18,09 – besonders leicht.

Lichtdrähte werden auf neu gebauten und rekonstruierten Leitungen in Bereichen eingesetzt, in denen die Dicke der Eiswand 20 mm nicht überschreitet. Für den Einsatz in Bereichen mit einer Eiswandstärke von mehr als 20 mm werden verstärkte Stahl-Aluminium-Leiter empfohlen. Für die Durchführung großer Distanzen bei Durchquerungen von Gewässern und Ingenieurbauwerken werden besonders starke Drähte eingesetzt.

Zur umfassenderen Charakterisierung von Stahl-Aluminium-Leitern werden in der Bezeichnung der Drahtmarke der Nennquerschnitt des Leiters und der Querschnitt des Stahlkerns eingetragen, zum Beispiel: AC-150/24 oder ASKS-150 /34.

Aldrei-Drähte

Aldry-Drähte haben etwa den gleichen elektrischen Widerstand wie Aluminiumdrähte, weisen jedoch eine höhere mechanische Festigkeit auf. Aldry ist eine Aluminiumlegierung mit geringen Mengen an Eisen («0,2 %), Magnesium (» 0,7 %) und Silizium («0,8 %); In Bezug auf die Korrosionsbeständigkeit ist es Aluminium ebenbürtig. Der Nachteil von Aldrey-Drähten ist ihre geringe Vibrationsfestigkeit.

Lage der Oberleitungsdrähte

Die Leiter auf den Stützen von Freileitungen können auf unterschiedliche Weise platziert werden: auf Einkreisleitungen – im Dreieck oder horizontal; auf Linien mit einer Doppelkette – umgekehrter Baum oder Sechseck (in Form eines „Fasses“).

Die Anordnung der Drähte in einem Dreieck (Abb. 2, a) wird auf Leitungen mit einer Spannung von bis zu 20 kV verwendet, einschließlich auf Leitungen mit einer Spannung von 35 ... 330 kV mit Metall- und Stahlbetonstützen.

Die horizontale Anordnung der Drähte (Abb. 2, b) wird auf Leitungen 35 ... 220 kV mit Holzstützen verwendet. Diese Anordnung der Drähte ist aus Sicht der Arbeitsbedingungen die beste, da sie die Verwendung niedrigerer Stützen ermöglicht und ein Verheddern der Drähte beim Eisabstieg und beim Drahttanzen ausschließt.

Bei Leitungen mit zwei Werten werden die Drähte entweder mit einem umgekehrten Baum (Abb. 2, c) verlegt, was für die Installationsbedingungen günstig ist, aber die Masse der Stützen erhöht und die Aufhängung von zwei Schutzkabeln oder einem Sechseck erfordert ( Abb. 2, G).

Die letztere Methode ist vorzuziehen.Es wird für den Einsatz auf zweiwertigen Leitungen mit einer Spannung von 35 ... 330 kV empfohlen.

Alle diese Optionen zeichnen sich durch eine asymmetrische Anordnung der Drähte zueinander aus, was zu unterschiedlichen elektrischen Parametern der Phasen führt. Zur Gleichung dieser Parameter wird die Transposition von Drähten verwendet, d.h. Die gegenseitige Lage der Leiter zueinander auf verschiedenen Streckenabschnitten wird an den Stützen sukzessive verändert. In diesem Fall verläuft der Leiter jeder Phase an einer Stelle ein Drittel der Leitungslänge, an der anderen der zweite und an der dritten Stelle der dritte (Abb. 3).

Reis. 2. Anordnung der Drähte und Schutzkabel auf den Stützen: a – mit einem Dreieck; b – horizontal; c – umgekehrter Baum; d – Sechseck (Fass).

Reis. 3… Eindrahtleitungsumsetzungsschema.

Die Berechnung des mechanischen Teils der Freileitung erfolgt auf der Grundlage der Wiederholbarkeit der Windgeschwindigkeit und der Dicke der Eiswand auf den Drähten, was den Anforderungen an Zuverlässigkeit und Kapitalisierung einer bestimmten Klasse von Freileitungen entspricht.

Freileitungen verschiedener Klassen müssen beim Durchqueren desselben Geländes, insbesondere auf einer gemeinsamen Trasse, für unterschiedliche Wind- und Eislasten ausgelegt sein.

Blitzschutzkabel von Freileitungen

Über den Leitungen sind Blitzschutzkabel aufgehängt, um diese vor atmosphärischen Überspannungen zu schützen. Auf Leitungen mit einer Spannung unter 220 kV werden Kabel nur an den Zufahrten zu Umspannwerken aufgehängt. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit überlappender Leitungen in der Nähe des Umspannwerks. Bei Leitungen mit einer Spannung von 220 kV und mehr werden die Kabel entlang der gesamten Leitung aufgehängt. Üblicherweise werden Stahlseile verwendet.

Bisher wurden die Kabel von Leitungen aller Nennspannungen an jedem Träger fest geerdet. Betriebserfahrungen zeigen, dass in den geschlossenen Stromkreisen des Erdungssystems – Kabel – Stützen – Ströme auftreten. Sie entstanden durch die Wirkung der in den Kabeln durch elektromagnetische Induktion induzierten EMF. Gleichzeitig kommt es in mehrfach geerdeten Kabeln, insbesondere in Höchstspannungsleitungen, zum Teil zu erheblichen Leistungsverlusten.

Studien haben gezeigt, dass durch die Aufhängung von Kabeln mit erhöhter Leitfähigkeit (Stahl-Aluminium) an Isolatoren die Kabel als Kommunikationsleitungen und als Stromleiter zur Versorgung von Verbrauchern mit geringer Leistung genutzt werden können.

Um einen ausreichenden Blitzschutz der Leitungen zu gewährleisten, müssen die Leitungen über Funkenstrecken mit der Erde verbunden sein.