Развитие кабельных и воздушных линий

На заре развития электроэнергетики многие конструкции и схемы заимствовались из области неэнергетических применений электричества. Особенно много дала в этом отношении телеграфная техника. В связи с развитием телеграфа родилась и получила начальное развитие кабельная техника.

В первые годы строительства силовых электросетей наиболее естественной казалась подземная проводка, которая лучше защищена от механических повреждений и не портит внешнего вида улиц.

Решающую роль в развитии кабельной техники сыграло применение пропитанной бумажной изоляции.

Недостатки кабелей с поясной изоляцией привели к созданию кабеля с экранированными жилами (1913 г.). Такие 3-х жильные кабели на напряжение, равное 60 кВ, начали изготовляться в 1918 - 1919 гг.

Другим вариантом 3-х жильного кабеля высокого напряжения является изобретенный в 1924 г. (СССР) кабель с отдельно освинцованными жилами. Он был более гибок и надежен в эксплуатации. Такой кабель на напряжение 33 кВ был проложен в 1924 г. в Ленинграде (Ленинградское кабельное кольцо) [1].

Борьба за повышение напряжения на кабельных линиях привела к созданию маслонаполненных кабелей, изобретенных в 1919 г. и выпускавшихся с 1923 г. В СССР маслонаполненный кабель на напряжение в ПО кВ был проложен в 1931 г. вблизи г.Ленинграда.

В 1926 - 28 гг. стали появляться газонаполненные кабели, а затем с 1930 г. - маслостатические: три экранированные жилы находятся в стальной трубе, которая заполняется маслом под давлением 15 атмосфер.

Прогрессивным направлением в развитии кабельной техники явилось постепенное расширение перехода от свинцовых оболочек к более дешевым алюминиевым. В настоящее время уже более 80% силовых кабелей выпускается с алюминиевыми оболочками. Резко расширен выпуск кабелей с пластмассовой оболочкой.

В настоящее время кабельные линии прокладываются главным образом в городах и поселках городского типа и на территории промышленных предприятий, т.е. там, где это необходимо по технико-экономическим соображениям (высокая концентрация мощных нагрузок), а также по соображениям безопасности и эстетики.

Маслонаполненные кабели среднего давления (на напряжение 110-220 кВ) используются для глубоких вводов энергии в центры городов и крупных промышленных предприятий.

Кабель высокого давления (на напряжение ПО - 500 кВ) широко применяется для устройства переходов через водные пространства, а также на мощных ГЭС для передачи энергии от повышающих трансформаторов к открытым распределительным устройствам, размещенным на берегах рек.

Одной из важнейших задач, решаемых в настоящее время, являются разработка конструкций и освоение производства кабелей на напряжение 750 кВ (переменного тока) и 1500 кВ (постоянного тока).

Для электропередачи большой протяженности преимущественное применение получили воздушные линии.

Исторически сложилась основная схема передачи и распределения электрической энергии : от районной электростанции идут одна или несколько цепей линии электропередачи, затем от приемной подстанции - питающие провода, наконец, от трансформаторных пунктов снабжается энергией разветвленная местная сеть. Со временем появились различные модификации основной схемы электроснабжения : замыкании линий в кольцо; перенесение подстанций внутрь цехов промышленных предприятий и т.п.

Особенно удачным оказалось сооружение колец линий высокого напряжения вокруг крупных промышленных городов. Эти кольца играют роль сборных шин, на которые по рабочим линиям вливается энергия от районных электростанций.

Такое кольцо воздушных линий, в частности, создано вокруг Москвы. По его примеру строились кольца для некоторых зарубежных городов.

Широкое применение получил ввод линий высокого напряжения в центры промышленных городов - "глубокий ввод", что значительно снизило потери в электросети крупного города. Одним из первых в мировой практике был глубокий ввод линии Шатура - Москва (1925 г.), которая вошла в самый центр города, к Кремлю [1].

Известно, что основными элементами воздушных линий являются провода, изоляторы и опоры. Это так называемая механическая часть линий передачи вначале целиком была заимствована у телеграфных линий. Опоры выполнялись в виде деревянных столбов, провода были сначала стальными, а изоляторы - штыревыми (стеклянными, а затем фарфоровыми).

Постепенно в 80 - 90-х гг. прошлого столетия стальные провода стали вытесняться медными. Начавшееся в конце прошлого века производство электролитической меди позволило в несколько раз снизить ее стоимость, хотя и до сегодняшнего дня медь считается дефицитным и дорогостоящим материалом. В течение первых десятилетий XX века медь заняла место основного проводникового материала в электротехнике.

Новый этап в развитии механической части линии был связан с переходом к алюминиевым и сталеалюминиевым проводам (центральная стальная жила придает проводу необходимую механическую прочность).

С ростом напряжения изменялась конструкция изоляторов. Уже на рубеже 80 - 90 гг. XIX века применение простых штыревых колоколообразных изоляторов оказалось недостаточным. Для усиления изоляции на штыревых изоляторах стали делать кольцеобразный желоб, заполнявшийся маслом. Так возникли фарфоровые изоляторы. В 1898 г. в Германии получили распространение изоляторы с длинными и тонкими фарфоровыми юбками, названный штыревым изолятором типа "дельта". Он применяется для напряжения до 70 кВ. Позднее на основе теоретических исследований был разработан изолятор типа "фарадоид", поверхность которого очерчивалась по силовым линиям электрического поля.

Повысить напряжение электропередачи выше 60 - 70 кВ удалось после изобретения в 1906 г. подвесных изоляторов, получивших повсеместное распространение для напряжения 35 кВ.

Много внимания уделялось способам подвески проводов. Для уменьшения нагрузки на промежуточные опоры при обрыве провода были разработаны выпускающие зажимы (до войны). Для линий напряжением 330 - 500 кВ были использованы зажимы с ограниченной прочностью заделки, которые позволяют проводу при обрыве проскальзывать, но не выпускают его на землю.

Большое многообразие конструкций характерно для развития опор линий передач. До начала текущего столетия строились исключительно деревянные опоры с горизонтальными траверсами.

В СССР с первых лет электрификации широко применялись деревянные опоры. Были выполнены всесторонние исследования их механической прочности и разработаны весьма удачные конструкции деревянных опор. Основным типом опоры линий 110 и 35 кВ стала деревянная П-образная опора.

В СССР также как и в США, имели место попытки применения деревянных опор даже для линий 220 кВ. Тем не менее все же основным для линий 220 кВ и выше стало применение металлических опор [2].

Прогрессивным направлением в развитии конструкций опор явилось их изготовление из железобетона. В СССР первые железобетонные опоры были разработаны еще в 1933 г., но только в 50-х годах, когда получила большое развитие индустрия железобетонных изделий, этот тип опор стал весьма распространен.

Вопросы для самопроверки

1) Что предложил Рэне Тюри, реализовавший идею Фонтена?

2) Какой ученый показал, что возможности переменного тока для целей электропередачи ограничены и в чем его основные заслуги в электроэнергетике?

3) Перечислите недостатки электропередачи постоянным током.

4) Каким током в настоящее время осуществляется передача электрической энергии на большие расстояния?

5) Кто изобрел в 1906 году подвесные изоляторы?

6) Какую проблему решают путем применения статических конденсаторов и синхронных компенсаторов?

7) На базе какой техники получила развитие кабельная техника?

8) В чем различие воздушных и кабельных линий электропередачи?

9) Какое сооружение колец линий высокого напряжения является особенно удачным и почему?

10) Как выглядит изолятор типа «дельта» изобретенный в Германии в 1898 году?

11) Перечислите основные элементы воздушных линий.

12) Из каких материалов изготавливались опоры линий электропередач раньше и, из каких материалов изготавливаются сейчас?