Oпopa линии передачи на 380 kV

Проектирование

При проектировании магистральной линии передачи электроэнергии Урало-Кузнецкого комбината прежде всего обращает на себя внимание длина 3 000 km, в несколько раз превосходящая самые длинные существующие линии. При такой протяженности нельзя, конечно, руководствоваться одними и теми же исходными положениями для проектирования всей линии. Очевидно, что на указанной длине будут участки, сильно разнящиеся между собою как по характеру рельефа, так и по климатическим условиям. Детальных данных по этим вопросам, требующих в дальнейшем специальных изысканий, пока еще не имеется. Все же для механического проектирования можно с достаточной точностью установить следующие основные положения:

  1. Характер Западной Сибири, по которой в большей своей части и пройдет линия УКК, равнинный и, следовательно, продольный профиль линии должен быть спокойным, т. е. профиль линии не создает каких-либо препятствий к выбору величины пролета.
  2. Поскольку особых указаний о гололедности всего района не имеется, для данной линии можно вполне принять толщину стенки гололеда в 10 mm при скорости ветра 20 m/sec, т. е. величины, предписываемой нормами СССР.
  3. Максимальная скорость ветра для большей части района прохождения линии больше 20 m/sec, однако точная вели¬чина этой скорости неизвестна; принимая во внимание равнинный характер Сибири, а также большую высоту опор для линии УКК (порядка 25—30 м), чем для обычных линий, в качестве максимальной скорости можно принять скорость ветра в 30 m/sec; при этой скорости провода должны быть свободны от гололеда.
  4. Максимальная температура, мало разнящаяся от таковой для средних условий СССР, принята равной +40° С.
  5. Расчетная минимальная температура для линии в среднем принята равной—50°, т. е. ниже предписываемой нормами, так как в некоторых районах Западной Сибири температура опускается иногда даже до —60°, сохраняя, правда, это значение в течение коротких промежутков времени.
  6. Глубина промерзания грунта 2,5—2,7 м, что необходимо учесть при расчете глубины заложения оснований опор.

Примечание к пп. 2 и 3.

Расчетная температура как
при образовании на проводах гололеда, так и при наличии
ветра максимальной скорости принята равной — 5°.

Для установления исходных путей проектирования и выбора материала проводов были взяты провода имевшихся конструкций, близких к эквивалентному значению медного провода сечением 400 мм². Кроме обычно применяемых медных и сталь-алюминиевых проводов были рассмотрены меднокадмиевые провода, выгодные иногда при больших пролетах, а также провода из алдрея.

Расчет проводов был произведен в предположении загружения согласно приведенным выше климатическим условиям при следующих постоянных:

Из взятых проводов медные и медно-кадмиевые—полые, сталь-алюминиевые и провода из алдрея—витые из отдельных проволок, т. е. по конструкции близко подходящие к проводам нормальной свивки.

Анализ расчета проводов показал, что менее выгодными являются медно-кадмиевые и сталь-алюминиевые провода: медные провода несколько рентабельней сталь-алюминиевых, но значительно уступают проводам из алдрея, которые как по стреле провеса, так и тяжению дают наиболее благоприятное решение задачи. Эти данные намечают отчасти путь для выбора материала*провода. Приняв во внимание еще некоторые соображения монтажного и эксплуатационного характера, картина будет еще более определенной. Последнее относится, главным образом, к сталь-алюминиевому проводу, так как медно-кадмиевый провод, как самый невыгодный, отпадает. Отрицательными сторонами сталь-алюминиевого провода являются: а) трудность монтажа, как провода сечением порядка 1 000 mm2 с мягкой обивкой; б) наличие стальной оцинкованной жилы, которая может ржаветь и выводить провод из работы, особенно при резких колебаниях суточной температуры Западной Сибири; в) более сложная арматура, чем для других проводов.

Эти нежелательные качества явно говорят не в пользу сталь-алюминиевых проводов, и поэтому дальнейшие сравнительные подсчеты произведены для наиболее употребительных медных проводов и проводов из алдрея как наиболее выгодных указанных выше сечений.

В качестве расчетного пролета был взят пролет в 400 м. ИТТИ выше этой величины и без того достаточно высокой, без весьма детальной экспериментальной подготовки, вряд ли будет целесообразным. Во-первых, дальнейшее увеличение пролета повлечет за собой быстрое возрастание высоты опор, что нежелательно по электрическим условиям работы линии. Во-вторых, большая вероятность вибраций провода при увеличении расстояния между точками его подвеса также заставляет обратить внимание на эту сторону вопроса, может быть самую серьезную в работе всей линии.

Вопрос выбора типа зажима для подвески провода к гирлянде промежуточной опоры также является одним из основных моментов, предопределяющих характер всей линии и эксплуатации ее. Казалось бы, что наиболее простым и естественным решением здесь было бы применение выпускающих зажимов, стандартизованных уже в СССР с целью экономии материала опор для линии 35 kV и 110 kV при пролетах порядка 200 м. Однако для линии 380 kV с пролетом 400 мм и проводами с диаметром порядка 40 мм применение выпускающих зажимов может дать существенную экономию на материале опор только в том случае, если опоры будут определенного типа (например, трехстоечного), да и то при весьма малой выпускающей силе зажима; что касается опор обычной конструкции на три провода, расположенных горизонтально, при таком прикреплении траверсы, когда опора (конечно, жесткого типа) на кручение не рассчитывается, то вследствие наличия больших поперечных сил на провода и конструкцию опоры (порядка 4 000—4 500 kg), отнесенных к высоте траверсы, стойки опоры при учете только этих сил получают достаточно большие сечения. Увеличение продольной горизонтальной силы, в случае обрыва провода при глухих зажимах вызовет, конечно, увеличение сечений стержней траверсы, поясов и продольной решетки. Но это увеличение сечений не настолько существенное, чтобы оно оказалось решающим, так как устройство для троса и поперечная решетка опоры остаются постоянными при любом зажиме, в малой степени изменяется также и основание.

Приведенные соображения относительно выпускающих зажимов не являются, однако, причинами нецелесообразности их применения, они указывают только на меньшее значение их для рассматриваемой линии по сравнению с линиями, на которых применяются опоры гибкого типа. Основным моментом выбора для данной линии глухого зажима послужило отсутствие конструкции выпускающего зажима с амортизаторами вибраций провода, наличие которых при выбранном большом пролете предполагается весьма вероятным. Если же по опытным данным окажется целесообразным применение выпускающих зажимов обычной конструкции, или же будет сконструирован выпускающий зажим с амортизаторами, то возможно, что для большей части линии будет рентабельнее выпускающий зажим. Безоговорочное применение выпускающего зажима на всей линии может иметь место только после соответствующих подсчетов, показывающих его экономичность, при данных реальных местных условиях, так как его применение имеет и отрицательные стороны, как-то: увеличение числа анкерных опор, более сложная эксплуатация и необходимость из’ятия участка земли, по которой проходит линия, из общего пользования. Во всяком случае, для первоначальных расчетов правильнее остановиться на глухом зажиме.

Выбор материалов

При выборе материала опор параллельно с железными опорами были подсчитаны и деревянные опоры. Первые обычна считаются более надежными в механическом отношении, что правильно только отчасти, вернее, это дело традиции и небрежного отношения к дереву. Правда, работа железной конструкции несколько ближе отвечает расчетным данным, чем деревянной, но зато работа линии на деревянных опорах в электрическом отношении благодаря дополнительной изоляции дерева надежнее, чем линии на железных опорах, да и в конструктивном отношении введение сопряжений стержней на кольцевых шпонках ставит деревянные сооружения почти на один уровень с железными. Естественно, что при применении дерева, работающего без всякой защиты на открытом воздухе, т. е. в условиях весьма тяжелых, особенно серьезное внимание должно быть обращено на высококачественную пропитку, исключающую возможность загнивания дерева в узловых сопряжениях. Одновременно должен быть сохранен принцип обезличенной сборки пропитанных и просверленных стержней в поле на месте установки опоры без каких бы то ни было дополнительных пригонок.

Для ограждения деревянных опор от пожаров достаточно принятия тех же мер, что и для обычных линий, например, при прохождении через торфяные болота—засыпка основании привозным грунтом, при прохождении по лесу—достаточная ширина просеки и своевременное скашивание травы и т. п.

Что касается числа плановых выключений, то если деревянные конструкции потребуют выключений для замены сгнивших частей, по видимому, и железные опоры потребуют не меньшего числа включений для периодической окраски опор.

Для выявления расхода материалов и относительной стоимости были подсчитаны и деревянные и железные опоры по возможности однотипных конструкций.

При расчете опор, на что также необходимо указать, была принята над всей линией подвеска заземленного троса:

  • для деревянных опор сечения 50 мм² из тигельной стали с временным сопротивлением проволок порядка 130 kg/мм² и
  • для железнодорожных опор алдрея со стальным сердечником, общим сечением 245 мм².

В обоих случаях трос был рассчитан на те же атмосферные условия, что и провод при условии, что стрела провеса троса остается все время меньше
стрелы провеса провода или, в крайнем случае, равна ей.

Длина гирлянды почти во всех случаях принята равной 3,9 м. Расстояние между проводом и тросом по вершинам принято равным 9 м. Наименьшее расстояние между проводом и землей принято также равным 9 м. Глубина зарытия в грунт для всех опор принята равной 3 м.

Расчет опор

Расчет опор был произведен согласно .нормам’ на 2 схемы работы:

  1. Нормальный режим — провода не оборваны, покрыты гололедом со стенкой 10мм при температуре 5°, скорость ветра (поперек линии) равна 20м/сек.
  2. Аварийный режим — один из проводов оборван, скорость ветра (поперек линии) равна 30м/сек., температура — 5°, гололеда на проводах нет.

Основные допускаемые напряжения в стержнях опор принимались для нормального режима работы:

  • В железе (сталь №3) на растяжении, сжатие и изгиб — 1600 kg/cм²
  • В дереве на сжатии — 95 kg/cм²
  • В дереве на растяжении и изгиб — 110 kg/cм²

При аварийном режиме эти напряжения повышались на 20%.

Отношение расчетной длины к расчетному радиусу инерции ограничивалось для стержней: поясов 120, решеток—160, нерабочих стержней—200.

Конструкция опор

Рис. 1

На рис. 1 .проведена конструкция A-и П-образной опоры из окантованных с одной стороны бревен для медного провода. Этот тип широко применяется на линиях 110 kV с большими «пролетами, но для линии 380 kV , как видно из сводной таблицы, он является слишком тяжелым и обладает большим
недостатком—невозможностью применения обезличенной сборки.

Рис. 2 и Рис. 3

На рис.2 дан эскиз деревянной, а на рис. 3 эскиз железной опоры для медного провода сечением 400 mm. Каждая опора предназначается для подвески двух проводов и одного заземленного троса. Этот так называемый трехстоечный тип опор, примененный для 160-kV линий Днепростроя, особенно выгоден с точки зрения расхода материалов на опоры при прокладке одной двухцепной трехфазной линии.

Рис. 4

На рис. 4 и 5 даны эскизы также трехстоечного типа для провода из алдрея сечением 830 mm5 (эквивалентного 460 mm меди). Из сравнения с предыдущими опорами сразу видно, насколько применение провода из алдрея снижает размеры, а следовательно, и стоимость опор.

Рис. 5

На рис. 6 показан эскиз опоры для провода также из алдрея сечением 830 mm, но без заземленного троса, при применении выпускающего зажима с выпускающим усилием 500 kg; количество материала для опоры при этих условиях может быть значительно снижено, но, согласно приведенным выше соображениям, такая опора может считаться при настоящем положении с выпускающими зажимами чисто теоретической.

Обладая несомненными положительными качествами, опоры трех стоечного типа не могут, однако, считаться идеальным решением вопроса, так как при применении их для одно цепной линии преимущество их экономичности почти сводится к нулю вследствие неполного использования их (остается свободной одна консоль траверсы); в случае подвески двух цепей на трех опорах будет иметь место опора, на которой будут подвешены два провода разных цепей, что создает угрозу перерыва в подаче энергии в случае выхода из строя этой опоры; кроме того, даже при обрыве одного из проводов на этой опоре восстановление аварий будет более затруднительно, чем в том случае, если бы каждая цепь была проложена на отдельном ряде опор. Поэтому трех стоечный тип нельзя считать окончательным типом опор, необходимы дальнейшие проектные изыскания для определения типа опоры на три провода.

Рис. А1

Какие трансформаторы строить для напряжения 380 kV

Одно из таких решений дает деревянная опора (рис. 7),
подсчитанная для подвески 3 проводов из алдрея, сечением
830 mm2. Опора сконструирована таким образом, что затрата
материалов на нее меньше, чем на опоры трехстоечного типа
как при прокладке одной, так и двух цепей. Необходимо указать, что применение выпускающего зажима для этой опоры существенного облегчения ее не дает. В электрическом отношении эта опора более благоприятна из всех приведенных типов.

С конструктивной точки зрения предполагалось, что железные опоры будут собираться из углового железа посредством электрической сварки; наряду с бетонными массивными фундаментами для этих опор были рассчитаны легкие железобетонные фундаменты, удобные для изготовления в мастерской и перевозки на место установки в готовом виде.

Конструкция деревянных опор по эскизам рис. 2, 4 и 7 в основном такова: пояса вертикальных ферм состоят их трех брусков, образующих в
сечении уголок; стержни решеток состоят каждый из двух брусьев прямоу гольного сечения (или досок); соединения в узлах выполняются при помощи болтов и разрезных колец Тухшерера. Расчет этих конструкций аналогичен расчету металлических конструкций.

Результаты приближенных расчетов опор для пролета в 400 m сведены в таблице рис А1.

Стоимость опор

При исчислении стоимости опор данной таблицы условно принятые цены составляли: 1) пропитанное дерево за 1 м3— 65 руб., 2) железо в изделиях за 1 t—400 руб., 3) железо в опорах со сборкой в поле за 1 t—800 руб., 4) бетон за 1 ш3—80 руб.

Произведенные точные подсчеты для двух опор трехстоечного тина дали цифры, достаточно близкие к приближенным подсчетам. Так, для опоры по рис. 4 уточненные цифры составляют: дерева 24 м3 и железа 1,34 t, а для опоры по рис. 5—железа 4,68 t и бетона 12 м3.

Из приведенной таблицы видно, что наиболее выгодными будут опоры для провода из алдрея. Отсюда следует, что при одинаковой стоимости проводов из меди и из алрдея преимущество остается на стороне линий с проводами из алдрея, по ориентировочным же данным завода «Севкабель» провод из алдрея будет стоить дешевле эквивалентного ему по проводимости медного провода, что дает лишний плюс для линий с проводами из алдрея.

Из указанных в таблице цифр также явствует, что наиболее экономичным будет применение на линии УКК деревянных опор, так как и капитальные и эксплоатационные расходы будут меньше, чем при применении железных опор. Кроме того, при таком решении получается весьма значительная экономия железа, а электрическая надежность линии в работе повышается.

Рис. 7

Наиболее рентабельным будет применение опоры конструкции по рис. 7, так как в этом случае лучше используется материал и уменьшаются расходы и возможность прокладки каждой линии на отдельном ряде опор.

Проблема сооружения линии 380 kV является самой большой проблемой в области передачи электрической энергии во всем мире, она потребует для своего выполнения колоссальных затрат и всякая, даже относительная малая к самому сооружению экономия, которая может быть получена только после серьезного предварительного изучения, даст возможность сберечь весьма большие абсолютные суммы.

Роман Королёв

Конструктор-моделист, автор сайта.

Добавить комментарий

Закрыть меню