Как определить напряжение ЛЭП по внешнему виду и количеству изоляторов?

Классификация ВЛ

Специалисты по электротехнике хорошо разбираются не только в обслуживаемых ими электроустановках, но и в мерах безопасности, которые необходимо соблюдать при выполнении работ и нахождении в непосредственной близости от трассы ВЛ. Однако, если понятия электробезопасности при эксплуатации электроустановок вам чужды, любая попытка ловить рыбу под опорами ВЛ или производить погрузочно-разгрузочные работы в защищаемой зоне может закончиться неудачей.

Именно для предотвращения поражения электрическим током все свои действия необходимо проводить в безопасной зоне. Чтобы определить это пространство или зону линии электропередач, вы должны иметь хотя бы элементарное представление о существующих вариантах.

Все линии электропередач можно разделить на несколько категорий в зависимости от значения номинального напряжения:

• Низковольтные — это линии электропередач, используемые для подачи напряжения до 1 кВ, чаще всего на 0,23 и 0,4 кВ;
• Среднее напряжение — номиналом 6 и 10 кВ применяется, как правило, в распределительных сетях для электроснабжения объектов на расстоянии до 10 км, на 35 кВ для расчетной мощности, передачи электроэнергии между ними;
• Высоковольтные – это линии электропередач электрических сетей между городами, трансформаторные подстанции на 110, 154, 220 кВ;
• Сверхвысокие – в них на большие расстояния передается напряжение с номинальным значением 330 и 500 кВ;
• Сверхвысокие – используются для перетока от электростанции к распределительным узлам, передающим напряжение номинальным значением 750 или 1150 кВ.

В целях безопасности для каждого вида кабеля дано расстояние вдоль ВЛ, как постоянно, так и при проведении каких-либо работ. Эти значения регламентируются разделом 1.3.3 «Правил охраны труда при работах в электроустановках», которые приведены в таблице ниже:

Таблица: Допустимые расстояния до токоведущих частей, находящихся под напряжением

Соблюдение вышеуказанных минимальных расстояний является обязательным, так как несоблюдение их приведет к разрушению воздушного зазора. Также есть зона безопасности с высоковольтными линиями электропередач, где запрещено строительство домов, размещение технических средств и постоянное присутствие человека.

ЕЭС на основе ЛЭП-1150 ⇧

Стоимость строительства ЛЭП-1150 ⇧

Фактически речь может идти только о передаче электроэнергии между соседними регионами и распределении энергии по всей территории самого региона, как правило, из областного центра. Переброска электроэнергии из Смоленска во Владивосток, конечно, возможна, но для этого необходимо построить дорогие ЛЭП-1150.

• Стоимость таких линий в 2009 году оценивалась в 40 миллионов рублей за 1 километр.
• Инфляция с 2009 по 2021 год составила 100%. То есть в ценах 2020 года это около 80 миллионов рублей за километр.
• Строительство такой линии обошлось бы почти в триллион рублей (800 миллиардов)! Такова сметная стоимость МГ «Сила Сибири», которая впоследствии увеличилась до 1 100 млрд рублей.

Сравнительная мощность ЛЭП-1150 ⇧

Но это не все! Из таблицы видно, что по такой линии можно передать всего 5,3 ГВт мощности. При этом общая установленная мощность в России составляет 246 ГВт. Это почти в 50 раз больше!

Стоимость построения действенно единой системы электрификации страны

И это только одно направление восток-запад. В восточной части страны необходимости в других направлениях нет (Магадан, Петропавловск-Камчатский и Якутск не учитываются), а вот в европейской части понадобится много веток, а длина ЛЭП будет быть удвоенной или даже тройной! В общем, как сказал Райкин в своем знаменитом монологе — большие деньги добились! Вот только в этом случае УЭС действительно будет единым, примерно как электроснабжение в квартирах – мощность, установленную для квартиры, можно взять из любой розетки. При этом значительных потерь все же не избежать.

В России испытали самую длинную в мире сверхпроводящую кабельную линию

ПАО «ФСК ЕЭС
ФСК ЕЭС завершила основные испытания самой длинной в мире кабельной линии на основе высокотемпературных сверхпроводников. Ожидается, что эта линия протяженностью 2,5 км соединит две электростанции в Санкт-Петербурге в 2021 году, говорится в пресс-релизе компании.

Обычно высоковольтные линии используются для передачи электроэнергии от электростанций на большие расстояния. Неизбежные потери электроэнергии происходят как сами по себе, так и на подстанциях, повышающих напряжение для подачи в ЛЭП и понижающих для конечных потребителей энергии.

В качестве решения этой проблемы инженеры предлагают использовать сверхпроводящие линии, но экономически целесообразно их использование стало относительно недавно — после открытия высокотемпературных сверхпроводников с критической температурой выше точки кипения азота. Дело в том, что сверхпроводники с более низкой критической температурой необходимо охлаждать жидким гелием. Но стоимость получения гелия превышает выгоды от использования сверхпроводящей линии.

Настоящие сверхпроводящие линии передачи уже существуют, но все они достаточно короткие. Самый длинный из них был запущен в 2014 году в Германии. Она имеет длину один километр и напряжение 10 киловольт и стала заменой обычной линии напряжением 110 киловольт.

В 2010 году российская компания ФСК ЕЭС приступила к разработке сверхпроводящей линии электропередач. Теперь она объявила о завершении основных испытаний крупнейшей в мире сверхпроводящей кабельной линии протяженностью 2,5 километра. В его основе лежит высокотемпературный сверхпроводник 10+x с критической температурой 108 кельвинов (-165 градусов Цельсия).

Благодаря этой температуре проводник можно охладить до сверхпроводящего состояния жидким азотом. Для этого над изоляционным слоем в кабеле имеются две трубки, между которыми циркулирует жидкий азот. Система охлаждения кабеля длиной 2,5 км потребляет 250 киловатт электроэнергии.

Структура кабеля

Линия рассчитана на 2500 ампер и напряжение 20 киловольт. Ожидается, что он будет введен в реальную эксплуатацию в 2021 году. Он соединит две подстанции 330 кВ в Санкт-Петербурге.

Сверхпроводимость — довольно сложное явление, вопрос о причинах которого до сих пор полностью не решен. О механизмах, которые предлагает современная физика для объяснения сверхпроводимости, вы можете прочитать в нашем материале «Температура ниже критической».

Определение напряжения ЛЭП

Конечно, большинство кабельных линий электропередач скрыты, а находящиеся на открытом воздухе не всегда можно различить визуально.

А вот ВЛ можно определить по:

• Тип опор, используемых в линиях электропередач;
• Внешний вид и количество изоляторов;
• Провода;
• Размер зоны безопасности;
• Надписи на опорах (Т — 35кВ, С — 110кВ, Д — 220кВ).

Надпись на опоре

Поэтому далее будем оценивать систему определения величины напряжения ЛЭП по важнейшим визуальным критериям.

По количеству проводов

В зависимости от количества проводов все линии электропередач подразделяются следующим образом:

• Для напряжения 0,23 и 0,4 кВ количество проводов будет соответственно 2 и 4, в некоторых случаях имеется дополнительный грозозащитный провод;
• Для напряжения ВЛ 6 — 10 кВ применяют 3 провода;
• В линиях от 35 до 220 кВ допускается установка по одной линии на каждую фазу, кроме них могут устанавливаться линии молниезащиты. Часто на опорах ЛЭП прокладывают одновременно две линии, т.е. 6 проводов.
• При напряжении 330 кВ и выше фаза выполняется не одним, а несколькими проводами, для минимизации потерь уже используется расщепление фазных проводов.

По внешнему виду опор

Кроме того, многое можно сказать о натяжении линий электропередач по типу установленных опор. Как указано в таблице выше, для каждого класса напряжения имеется приемлемое минимальное безопасное расстояние. Поэтому чем он больше, тем выше размещаются провода. Следовательно, размеры и конструкция опоры должны обеспечивать допустимые расстояния при прогибе.

На сегодняшний день опоры делятся по материалу, из которого они изготовлены:

• три;
• металл;
• армированный бетон.

По конструкции это:

• стеллажи;
• мачта;
• портал.

Внешнему виду и числу изоляторов

Чем выше напряжение в ЛЭП, тем большей электрической прочностью должны обладать изоляторы. Следовательно, сопротивление электрическому току увеличивается за счет увеличения длины тока утечки, чем выше напряжение, тем крупнее сам изолятор, тем больше ребер размещено на рубашке, кроме этого ребра могут быть усилены большим количеством колец .

Еще одним приемом повышения диэлектрической стойкости ЛЭП по отношению к опоре является сборка из нескольких последовательно соединенных изоляторов — гирлянда ВЛ.

Чем больше гирлянд изоляторов, тем большую разность потенциалов они выдерживают, но не следует путать с параллельно установленными изоляторами, они предназначены для повышения надежности в местах пересечения ЛЭП с дорогами, другими линиями, коммуникациями и сооружениями.

Региональная разница тарифов ⇧

Но, может быть, я пытаюсь со своими теориями «таскать диван по земному шару». Как говорится, критерием истины является социальная практика. На практике оказывается, что:

• В Иркутске, который является энергоизбыточным, тариф для населения составляет 1,1 рубля за кВтч.
• В Красноярске, что от него всего 800 километров, тариф уже 2,5 рубля за кВтч (есть ГЭС).
• В Новосибирске, что еще в 600 километрах от Красноярска, тариф составляет 2,68 рубля за кВтч. Также есть собственная ГЭС и ТЭЦ.
• В Краснодаре тариф 5 рублей за кВтч.

Разница в 500% между разными регионами говорит сама за себя — ЕЭК не существует!

Фото примеры внешнего вида

Для сравнения приведенной выше информации с ее практической реализацией необходимо проанализировать функции каждого класса напряжения. Для лучшего понимания того, как неопытному обывателю можно за мгновение определить величину напряжения в ЛЭП, рассмотрим самые распространенные примеры.

ВЛ-0.4 кВ

Это линии минимального напряжения, передающие мощность на бытовые нагрузки, опоры выполняются из железобетонных или деревянных конструкций. Изоляторы, как правило, палочки фарфоровые или стеклянные, по одной на каждой консоли, количество проводов 2 или 4, размер зоны безопасности 10м.

ВЛ-0,4кВ

ВЛ-10 кВ

Эти линии мало чем отличаются от слаботочных, как правило имеют 3 провода, их также размещают на железобетонных стойках, значительно реже на деревянных. Зона безопасности для ЛЭП 6, 10кВ тоже 10м, изоляторы немного крупнее, имеют более выраженную юбку и ребра.

ВЛ-10кВ

ВЛ-35 кВ

линии переменного тока 35 кВ монтируются на металлических или железобетонных конструкциях, снабженных крупными штыревыми или подвесными изоляторами (виток от 3 до 5 шт.). Их можно разделить на несколько линий — три или шесть проводов на опоре, зона безопасности 15м.

ВЛ-35кВ

Читайте также: Схема подключения контактора 220в: подключение электромагнитного пускателя через кнопку старт-стоп

ВЛ-110 кВ

Конструкция опоры для ЛЭП 110 кВ идентична предыдущей, но для подвески проводов используется венок из 6-9 изоляторов. Зона безопасности 20м.

ВЛ-110кВ

ВЛ-220 кВ

На каждую фазу ЛЭП выделяется только один провод, но он значительно толще, чем на напряжении 110кВ, допустимый сближение не менее 25м. В венке чаще всего 10 или 14 изоляторов, но в некоторых ситуациях встречаются конструкции из двух венков по 20 шт.

ВЛ-220кВ

ВЛ-330 кВ

Линии электропередач напряжением 330 кВ уже используют расщепление для передачи разрешенной мощности, поэтому в каждой фазе две линии. В венце от 16 до 20 изоляторов, зона безопасности 30м.

ВЛ-330кВ

ВЛ-500 кВ

Такие высоковольтные линии электропередач разделены на 3 провода на каждую фазу, более 20 штук установлены гирляндами. Зона безопасности также составляет 30 м.

ВЛ-500кВ

ВЛ-750 кВ

Здесь используются только металлические опоры, в каждой фазе используется от 4 до 5 разъемных жил в форме квадрата или пятиугольника. Также имеется более 20 изоляторов, а разрешенный подход ограничен площадью 40 м.

ВЛ-750кВ

Плюс и минус

Сегодня во всем мире возрастает интерес к линиям постоянного тока (ЛЭП), которые в ряде случаев имеют значительные технические и экономические преимущества перед линиями переменного тока той же мощности.

переход на постоянный ток выгоден по многим причинам. Снижается стоимость строительства самих линий – замена трех фаз на два столба позволяет резко снизить стоимость проводов или кабелей. У ВЛ опоры проще и легче по конструкции, а трасса ЛЭП уже. Также значительно сократился расход строительных материалов. Однако подстанции ЛЭП сложнее и дороже подстанций ЛЭП переменного тока, так как содержат много дополнительного оборудования.

Это мощные преобразовательные установки со своими системами регулирования, защиты, сигнализации, охлаждения и т д. Кроме того, на подстанциях должны быть синхронные компенсаторы или мощные конденсаторные батареи для компенсации реактивной мощности, потребляемой самими преобразователями. Там же установлены фильтры высших гармоник, уравнительные реакторы и другое оборудование.

Точка невозврата

Существует понятие критической длины линии. Это длина, для которой общая стоимость решений переменного и постоянного тока (подстанции плюс линия) одинакова. При длине линии больше критической экономически выгоднее строить ЛЭП. По данным Всероссийского электротехнического института (ВЭИ) критическая длина воздушной линии в зависимости от передаваемой мощности и конкретных географических условий составляет 600-800 км, кабельной — 30-50 км.

В некоторых случаях постоянный ток является единственным вариантом. Например, если вы хотите подключить две системы переменного тока, которые работают асинхронно или имеют разные частоты (50 и 60 Гц). В таких случаях используются вставки постоянного тока.

Также отметим, что мощность и длина линии переменного тока ограничены эффектами статической и динамической неустойчивости, а мощность и длина линии передачи ПП ограничены только параметрами преобразовательного оборудования. Более того, постоянный ток облегчает работу системного оператора: мощность, передаваемую по линии передачи постоянного тока, можно регулировать очень быстро и практически от нуля до максимума.

Линии передачи постоянного тока также снижают вероятность серьезных сбоев системы и облегчают восстановление сети после аварии. Если при повреждении провода одной фазы полностью отключается линия переменного тока, то при повреждении провода одного из полюсов ЛЭП половина мощности может передаваться по проводу на другой полюс . Земля заменяет поврежденный провод. Такой режим, действующий лишь ограниченный период, обычно позволяет экономить энергоснабжение потребителей первой категории.

Поле для внедрения

В современных городах, где возможности строительства новых ВЛ ограничены, применяют «глубокие вводы» на кабелях постоянного тока. Подводные кабельные линии, работающие на постоянном токе, могут иметь длину до 500 км. Такие решения для переменного тока в принципе невозможны из-за повышенной реактивной составляющей в кабельной линии.

Безусловно, перспективы использования ЛЭП зависят от общей конфигурации энергосистемы. В 1960-е годы ситуация в Советском Союзе была такова, что важнейшие энергоресурсы страны находились за Уралом, а центры электрической нагрузки располагались в европейской части страны. Необходимо было передавать большие силы на большие расстояния. В то время уже были отработаны методы разработки и технологии строительства классических ЛЭП с высоковольтными ртутными и тиристорными преобразователями напряжения.

В середине 1960-х годов в СССР была разработана госпрограмма, конечной целью которой было создание сверхмощной (6 ГВт) линии постоянного тока Экибастуз — Центр напряжением 1500 кВ (±750 кВ относительно земля). В проекте линии протяженностью 2400 км (она должна была стать самой большой в мире) предполагалось использовать на начальном этапе преобразования напряжения высоковольтные ртутные вентили.

Подобные ртутные вентили использовались для преобразования постоянного напряжения в переменное

В 1966 году вышло постановление Совета Министров СССР о проведении НИОКР в области создания сверхдлинных линий постоянного тока. Всесоюзный электротехнический институт был назначен головным предприятием по разработке комплексного электрооборудования для ЛЭП напряжением 1500 кВ. В то время ВЭИ занимал лидирующие позиции в стране и мире по выпуску высокопроизводительных ртутных клапанов и электронных вакуумных установок.

Но уже в 1970 году в связи с бурным развитием полупроводниковой преобразовательной техники было принято решение прекратить разработку новых мощных ртутных ламп и в дальнейшем сосредоточиться на тиристорных блоках питания.

Наращивая напряжение

С 1970 по 1980 г в стране разрабатывались комплексы электротехнического оборудования для линий электропередач сверхвысокого напряжения переменного тока напряжением 1150 кВ и постоянного тока напряжением 1500 кВ (±750 кВ). Практическая реализация проектов была начата 30 апреля 1981 года совместным постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 412. Этим постановлением Министерству энергетики и электрификации СССР было поручено построить и введен в эксплуатацию в 1981-1990 гг.

ЛЭП переменного тока напряжением 1150 кВ Экибастуз – Кокчетав – Кустанай – Челябинск (1272 км), Сургут – Урал (500 км), Итат – Новокузнецк (272 км), Новокузнецк – Западная Сибирь – Экибастуз (950 км), а также уже упомянутый Kraftlinjen PT Ekibastuz — Center. Цель — передача электроэнергии от Экибастузской ГРЭС в энергосистему центра для покрытия дефицита мощности в районе. Кроме того, стояла задача построить линии переменного тока напряжением 500 кВ (с подстанциями) общей протяженностью ок. 2 тыс км, необходимых для выдачи электрической энергии от подстанций напряжением 1150 и 1500 кВ.

Проект ЛЭП Экибастуз — Сентер разрабатывался тремя организациями: Энергосетьпроект (генеральный проектировщик), ВЭИ (разработчик электрооборудования) и НИИ ДК (разработчик технических требований на оборудование).

По проекту выпрямительная подстанция располагалась в Экибастузе, преобразовательная – в Тамбове. Для ЛЭП Экибастуз — Центр уникальные высоковольтные тиристорные вентили, однофазные двухобмоточные трансформаторы мощностью 320 МВА на классы напряжения ±400 и ±750 кВ, линейные реакторы на класс напряжения ±750 кВ, серии унифицированных разрядников, аппаратуры для систем управления, регулирования, защиты и автоматики линий электропередачи и другого электротехнического оборудования.

Опора ЛЭП ПТ Экибастуз — Центр установлен для пересечения Волги

Ввод в эксплуатацию линии постоянного тока, отложенный на 1992-1995 годы, не состоялся из-за распада Советского Союза. В 1991 году была построена воздушная линия электропередачи протяженностью почти 1000 км, на подстанциях начался монтаж электрооборудования, но вскоре все работы были остановлены. Электрооборудование было демонтировано, линии электропередач разобраны и проданы на металлолом.

О грандиозном советском проекте сегодня напоминают лишь сохранившиеся местами отдельные сооружения. Например, в Вольском районе (Саратовская область) на гигантских 124-метровых опорах, установленных для пересечения Волги, проходят провода 500-киловольтной линии переменного тока Балаковская АЭС — Курдюм — Фролово.

По оценкам специалистов ВЭИ, созданное в СССР электрооборудование для линий постоянного тока 1500 кВ превосходило зарубежные разработки примерно на 20 лет. Первая ЛЭП этого класса (±800 кВ) была введена в эксплуатацию в Китае только в 2010 году.

Зачем строили ЕЭС

Зачем тогда строили ЕЭС? Формальное объяснение – формирование единого рынка электроэнергии, когда любая электростанция может продавать электроэнергию в любой уголок страны. С экономической точки зрения это абсолютно правильный подход. С точки зрения физики — совершенная глупость.

Чубайсу не хватило технических знаний, чтобы это понять, или их было достаточно, но надо было рубить экономику. Но у него хватило ума порекомендовать Путина (как говорится) на место Ельцина. И за это ему можно многое простить.

ЛЭП-1150 вместо Силы Сибири

В заключение попробуем оценить, не дешевле ли было построить «Силу Сибири» вместо МГП”.

Общая стоимость ЛЭП

При равномерном экспорте в 38 млрд куб м в год получается /365/24, т е. 4,3 млн куб м в час. Это соответствует 4,14*107 кВтч по энергии. Таким образом, энергетическая мощность «Силы Сибири» составляет 40 ГВт. Следовательно, для передачи такой мощности потребуется 8 ЛЭП-1150 протяженностью 2159 километров. При вышеуказанных затратах в 80 млн рублей на километр получается 1,4 трлн рублей, что дороже силы Сибири!

Стоимость строительства электростанции

Но это не все. Производство электроэнергии в мире устроено таким образом, что любое производство стоит 1 доллар за 1 Вт установленной мощности.

Примечание: именно по этой причине провалился Прохоров со своим е-мо(е)биллом. На борту автомобиля предполагалось разместить генератор мощностью 50 кВт, что сразу добавило к цене автомобиля 50 000 долларов.

Таким образом, требовалось еще и строительство электростанции ориентировочной стоимостью 40 миллиардов долларов или 2,5 триллиона рублей! Стоимость проекта утроится!

Потери

И это еще не все. Для выработки такого количества электроэнергии потребовалось бы в 3 раза больше газа, так как 2/3 энергии ушло бы на тепло и запасы месторождения истощались бы в 3 раза быстрее и скважин понадобилось бы в 3 раза больше, из-за этого это был недавний скандал, раздутый Lenta.ru.

Сравнение стоимости электричества и газа

Вы не поверите, но это еще не все!

Оптовая цена газа колеблется в пределах 50-500 долларов за 1000 кубометров, или 0,05-0,5 доллара за кубометр, или 3,5-35 рублей.

Около 3 кВтч можно получить из 1 кубометра газа, оптовая цена которого составляет около 4 копеек или около 2,5 рубля. (Путин говорит, что продаем излишки по 3,5, ходят слухи, что по оптовым ценам, которые доходят до 50 коп.)