Основные понятия и определения
В 1991 г. электротехники и электроэнергетики всего мира отметили столетие начала эры передачи электроэнергии на дальние расстояния. Оно было положено созданием в Германии воздушной линии (ВЛ) трехфазного переменного тока 28,3 кВ от ГЭС Лауфен до г. Франкфурт-на-Майне протяженностью 170 км, что по тем временам было действительно выдающимся достижением.
Примечательно, что в том же году в Лондоне была сооружена первая силовая однофазная кабельная линия (КЛ) 10 кВ длиной 12 км, рассчитанная на передачу мощности 3,2 МВт, с понижающей подстанцией 10/2,4 кВ, от которой питалась распределительная сеть [9.2]. Эту линию можно рассматривать как прообраз современных глубоких вводов электроэнергии на территории городов и промышленных зон.
Таким образом, практически одновременно возникли и затем продолжали развиваться в течение вот уже более 110 лет два направления в развитии техники передачи больших количеств электроэнергии (ЭЭ) на расстояние:
- линии открытого типа (воздушные);
- линии закрытого типа (кабельные).
В наиболее общем плане линия электропередачи (ЛЭП) определяется как «электрическая линия, выходящая за пределы электростанции или подстанции и предназначенная для передачи электрической энергии на расстояние» (ГОСТ 19431-84). Это определение конкретизируется в (ГОСТ 24291-90), где ЛЭП характеризуется как «электроустановка, состоящая из проводов, кабелей, изолирующих элементов и несущих конструкций, предназначенная для передачи электрической энергии между двумя пунктами энергосистемы с возможным промежуточным отбором».
Таблица 9.1 Классификация линий электропередачи
| Признак | Тип линии | Разновидности |
| Род тока | Постоянного тока | — |
| Трехфазного переменного тока | — | |
| Многофазного переменного тока | Шестифазная | |
| Двенадцатифазная | ||
| Номинальное напряжение | Низковольтная (до 1 кВ) | — |
| Высоковольтная (свыше 1 кВ) | СН (3—35 кВ) | |
| ВН(110—220 кВ) | ||
| СВН (330—750 кВ) | ||
| УВН (свыше 1000 кВ) | ||
| Конструктивное выполнение | Воздушная | — |
| Кабельная | — | |
| Число цепей | Одноцепная | — |
| Двухцепная | — | |
| Многоцепная | — | |
| Топологические характеристики | Радиальная | — |
| Магистральная | — | |
| Ответвление | — | |
| Функциональное назначение | Распределительная | — |
| Питающая | — | |
| Межсистемная связь | — |
В последнем определении отражается лишь один из признаков классификации ЛЭП, а именно их конструктивное исполнение. Однако для характеристики всей совокупности их разновидностей этого явно недостаточно. Современная классификация базируется на ряде признаков, которые представлены в табл. 9.1.
На первом месте здесь стоит род тока. В соответствии с этим признаком различаются линии постоянного тока, а также трехфазного и многофазного переменного тока. Линии постоянного тока конкурируют с остальными лишь при достаточно большой протяженности и передаваемой мощности, поскольку в общей стоимости электропередачи значительную долю составляют затраты на сооружение концевых преобразовательных подстанций. Эта категория ЛЭП рассматривается в 11 разделе. Наибольшее распространение в мире получили линии трехфазного переменного тока, причем по протяженности среди них лидируют именно воздушные линии. Линии многофазного переменного тока (шести- и двенадцатифазные) в настоящее время относятся к категории нетрадиционных.
Наиболее важным признаком, определяющим различие конструктивных и электрических характеристик ЛЭП, является номинальное напряжение Uном. К категории низковольтных относятся линии с номинальным напряжением менее 1 кВ. Линии с Uном > 1 кВ принадлежат к разряду высоковольтных, и среди них выделяются линии среднего напряжения (СН) с Uном = 3—35 кВ, высокого напряжения (ВН) с Uном = 110—220 кВ, сверхвысокого напряжения (СВН) с Uном = 330—750 кВ и ультравысокого напряжения (УВН) с Uном > 1000 кВ.
По конструктивному исполнению различают воздушные и кабельные линии. В соответствии с (ГОСТ 24291-90) воздушная линия — это «линия электропередачи, провода которой поддерживаются над землей с помощью опор, изоляторов и арматуры». В свою очередь, кабельная линия определяется как линия электропередачи, выполненная одним или несколькими кабелями, уложенными непосредственно в землю или проложенными в кабельных сооружениях (коллекторах, туннелях, каналах, блоках и т. п.). Такие линии описаны в 10 разделе.
По количеству параллельных цепей (nц), прокладываемых по общей трассе, различают одноцепные (nц = 1), двухцепные (nц = 2) и многоцепные (nц > 2) линии. По ГОСТ 24291-90 одноцепная воздушная линия переменного тока определяется как линия, имеющая один комплект фазных проводов, а двухцепная ВЛ — два комплекта. Соответственно многоцепной ВЛ называется линия, имеющая более двух комплектов фазных проводов. Эти комплекты могут иметь одинаковые или различные номинальные напряжения. В последнем случае линия называется комбинированной.
Одноцепные воздушные линии сооружаются на одноцепных опорах, тогда как двухцепные могут сооружаться либо с подвеской каждой цепи на отдельных опорах, либо с их подвеской на общей (двухцепной) опоре. В последнем случае, очевидно, сокращается полоса отчуждения территории под трассу линии, но возрастают вертикальные габариты и масса опоры (см. раздел 9.4). Первое обстоятельство, как правило, является решающим, если линия проходит в густонаселенных районах, где обычно стоимость земли достаточно высока. По этой же причине в ряде стран мира используются и многоцепные опоры с подвеской цепей одного номинального напряжения (обычно с nц = 4) либо разных напряжений
По топологическим (схемным) характеристикам различают радиальные и магистральные линии. Радиальной считается линия, в которую мощность поступает только с одной стороны, т.е. от единственного источника питания. Магистральная линия определяется ГОСТ как линия, от которой отходит несколько ответвлений. Под ответвлением понимается линия, присоединенная одним концом к другой ЛЭП в ее промежуточной точке.
Последний признак классификации — функциональное назначение. Здесь выделяются распределительные и питающие линии, а также линии межсистемной связи. Деление линий на распределительные и питающие достаточно условно, ибо и те, и другие служат для обеспечения электрической энергией пунктов потребления. Обычно к распределительным относят линии местных электрических сетей, а к питающим — линии сетей районного значения, которые осуществляют электроснабжение центров питания распределительных сетей. Линии межсистемной связи непосредственно соединяют разные энергосистемы и предназначены для взаимного обмена мощностью как в нормальных режимах, так и при авариях.
Процесс электрификации, создания и объединения энергосистем в Единую энергосистему сопровождался постепенным увеличением номинального напряжения ЛЭП с целью повышения их пропускной способности. В этом процессе на территории бывшего СССР исторически сложились две системы номинальных напряжений. Первая, наиболее распространенная, включает в себя следующий ряд значений Uном: 35—110—220—500—1150 кВ, а вторая — 35—150—330—750 кВ. К моменту распада СССР на территории России находилось в эксплуатации более 600 тыс. км ВЛ 35—1150 кВ. В последующий период рост протяженности продолжался, хотя и менее интенсивно. Соответствующие данные представлены в табл. 9.2.
Таблица 9.2 Динамика изменения протяженности ВЛ за 1990—1999 гг.
| Uном, кB | Протяженность ВЛ, тыс. км | |||||
| 1990 г. | 1995 г. | 1996 г. | 1997 г. | 1998 г. | 1999 г. | |
| 194,9 | 219,4 | 225,0 | 228,0 | 230,0 | 233,0 | |
| 278,0 | 289,9 | 290,8 | 290,8 | 292,6 | 292,1 | |
| 2,6 | 2,6 | 2,6 | 2,6 | 2,6 | 2,6 | |
| 96,1 | 99,8 | 100,8 | 101,3 | 102,1 | 102,1 | |
| 9,5 | 9,9 | 9,9 | 9,5 | 9,6 | 9,7 | |
| 33,5 | 37,3 | 36,7 | 36,5 | 36,4 | 36,8 | |
| 2,2 | 2,7 | 2,8 | 2,8 | 2,8 | 2,6 | |
| 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 1,0 | 1,0 | |
| Всего | 617,3 | 662,1 | 669,1 | 672,0 | 677,1 | 679,9 |
Наряду с типовыми конструктивными решениями, которые в основном будут рассматриваться далее, современная техника передачи электроэнергии по линиям открытого типа располагает и рядом нетрадиционных оригинальных предложений, направленных на увеличение пропускной способности и уменьшение полосы отчуждения под трассу линии, на более полное удовлетворение требованиям технической эстетики и снижение отрицательного воздействия электромагнитных полей ВЛ СВН и особенно УВН на окружающую среду, а также на повышение экономичности процесса передачи электроэнергии.