Линии электропередачи (ЛЭП) — что это, история развития, классификация, устройство

Линия электропередачи — ключевой элемент электрической сети, предназначенный для передачи электроэнергии от источников генерации к конечным потребителям. В данной статье подробно рассматривается история развития линий электропередачи, их устройство, классификация по условиям прохождения, напряжению и назначению.

В этой статье мы подробно разберем историю развития передачи электроэнергии, виды линий электропередач по расположению, назначению, напряжению, подробное устройство воздушной ЛЭП с фото.

Что такое линия электропередачи (ЛЭП)?

Линия электропередачи (ЛЭП) — это комплекс инженерных сооружений и электрооборудования, предназначенный для передачи и распределения электрической энергии на расстояние от мест ее производства (электростанций) к центрам потребления (подстанциям, промышленным предприятиям, городам и поселкам).

Являясь ключевым элементом энергетической системы, ЛЭП обеспечивает надежное, эффективное и экономически целесообразное перемещение больших объемов электроэнергии на значительные расстояния.

Передача электроэнергии осуществляется в виде переменного или постоянного тока, при этом выбор типа и уровня напряжения зависит от расстояния, требуемой мощности, условий эксплуатации и экономической эффективности.

История передачи электроэнергии — развитие ЛЭП

Эволюция передачи электроэнергии тесно связана с развитием электротехники, промышленности и городской инфраструктуры, а также с формированием современных энергосистем, способных покрывать потребности промышленных центров и многомиллионных мегаполисов.

Первая полноценная передача электричества на большие расстояния стала возможна после изобретения электрического телеграфа в начале XIX века. Сеть телеграфной связи, по сути, стала первой полноценной слаботочной электрической системой.

Параллельно в течение XIX века, с развитием практических систем генерации и потребления электрического тока (например, внедрения первых источников освещения), все более актуальной становится задача передачи энергии на большие расстояния.

В 1882 году в Нью-Йорке была построена одна из первых коммерческих централизованных электрических станций — станция Перл-стрит. Динамо-машина электростанции вырабатывала 100кВт мощности, чего было достаточно для одновременной работы более 1000 ламп накаливания. Передача энергии предусматривалась постоянным током при напряжении 110В.

Но у этой системы были ограничения. Низковольтная передача постоянного тока на большие расстояния имела значительные потери — передача на дистанцию более 2км не имело смысла. Т.е. для электроснабжения удаленных потребителей требовалось строить новые электростанции. Это делало систему экономически нецелесообразной для масштабного распространения, электрификации городов и регионов.

Следующий ключевой этап в истории ЛЭП связан с внедрением систем переменного тока, предложенных Николой Теслой и активно продвигаемых компанией Джорджа Вестингауза.

Переменный ток позволял использовать трансформаторы для преобразования напряжения, что давало принципиальное преимущество:

• высокое напряжение — для передачи на большие расстояния;
• низкое напряжение — для потребителей.

Победой «войны токов» стала успешная реализация в 1896 году линии переменного тока на Ниагарской ГЭС, передававшей энергию через воздушные ЛЭП на расстояние более 40 км в город Баффало. Это было невозможным для систем постоянного тока того времени. Проект стал символическим триумфом переменного тока и определил направление развития глобальной энергетики.

Рисунок 1. Линия электропередачи до Ниагарской ГЭС

В первой половине XX века происходило активное формирование региональных энергосетей. Возрастала мощность электростанций, что требовало перехода на более высокие напряжения. Появились первые магистральные ЛЭП на напряжении 110кВ, затем 220кВ.

Стали внедряться стандарты на:

• расстояния между проводами;
• типы опор;
• изоляцию;
• аппаратуру защиты.

После 1950-х годов энергосистемы начали объединяться в крупные региональные комплексы, что требовало увеличения пропускной способности линий. Появились ЛЭП на 330–500-750кВ.

В 1985 году была построена уникальная ЛЭП с передачей напряжением 1150кВ «Экибастуз — Кокшетау — Урал», одна из самых мощных в мире по сей день.

Разновидности ЛЭП по условиям прохождения

Воздушные линии электропередачи

Воздушные линии электропередачи — разновидность ЛЭП, в которых токопроводящие провода находятся в подвешенном состоянии и размещаются на специальных опорах. Такие линии широко применяются во всех сферах и распространены повсеместно — от местных распределительных сетей до магистральных передач сверхвысокого напряжения.

Конструктивно такие линии в базовом виде включают, собственно, провода, опоры и линейные изоляторы для электрической изоляции проводов и предотвращение утечки тока на опору. Сами провода остаются открытыми, а изоляция между ними и поверхностью обеспечивается воздушным промежутком.

Благодаря открытому размещению воздушные линии легко поддаются визуальному контролю, ремонту и модернизации. Их строительство обходится значительно дешевле, чем прокладка кабельных трасс, особенно на высоких и сверхвысоких напряжениях — 110кВ, 330кВ, 500кВ и выше.

В то же время они подвержены воздействию погодных и климатических факторов (температурных колебаний, обмерзания, ветра, гроз, осадков ...), что требует применения соответствующих специальных конструктивных решений для повышения надежности — усиленных опор, противоледного оборудования, грозозащитных тросов и других элементов. Помимо этого, воздушные ЛЭП имеют требования к охранным зонам (в т.ч. из-за звукового шума) и оказывают визуальное влияние на ландшафт.

Тем не менее именно в силу экономических соображений этот тип ЛЭП формирует магистральный скелет национальных и межгосударственных энергосистем, и обеспечивает большую часть энергетической инфраструктуры, в целом.

Подземные линии электропередачи

Подземные линии электропередачи (также называются кабельными) прокладываются в грунте, коллекторах или кабельных тоннелях, и используются там, где размещение воздушных линий невозможно или нежелательно.

Проводники, применяемые в воздушных и подземных линиях электропередачи, отличаются по конструкции, материалам и эксплуатационным требованиям, поскольку работают в разных средах и сталкиваются с принципиально различными нагрузками.

Для воздушных ЛЭП характерно использование неизолированных токопроводящих жил, подвешенных на опорах при помощи изоляторов. Электрическая безопасность обеспечивается не слоем изоляции, а расстоянием до земли и между отдельными элементами конструкции. В условиях свободного обдува проводники эффективно охлаждаются естественным воздушным потоком, что позволяет передавать значительные мощности при сравнительно небольшой массе материалов.

Проводники для подземных линий электропередачи представляют собой уже не провода, а полноценные электрические кабели, включающие одну или несколько жил с усиленной изоляцией, которая может включать дополнительные слои с экранированием и броней.

В отличие от воздушных линий, подземные кабели требуют полной электрической изоляции по всей длине, поскольку находятся во влажной и химически активной среде, а также подвергаются механическому давлению грунта. Подземные линии лишены естественного охлаждения, поэтому при сопоставимых нагрузках требуют увеличенного сечения или специальных теплопроводящих оболочек. В результате одинаковая передаваемая мощность в подземных сетях обходится дороже.

Однако благодаря скрытому размещению подземные линии не нарушают городской ландшафт и не создают визуального или акустического воздействия, что особенно важно в плотной городской застройке и рекреационных зонах.

Подводные линии электропередачи

Подводные ЛЭП обеспечивают передачу энергии через значительные водные барьеры, по дну водоемов, морей и океанов, где альтернативные варианты, оказываются невозможными или нецелесообразными.

Несмотря на то, что они схожи с подземными линиями, представляют собой наиболее технологически сложный тип линий. В отличие от подземных линий, где кабель работает в относительно стабильной среде грунта, подводные линии постоянно контактируют с водой (нередко соленой), оказываются под воздействием движений масс воды и изменяющимся давлением.

Соответственно такие кабели требуют максимальной защиты не только от воды и раздавливающих нагрузок, но от абразивного воздействия грунта и возможных контактов с якорями, рыболовным оборудованием.

Поэтому базовая конструкция подводного кабеля строится вокруг обязательной многослойной защиты с влагостойкой изоляцией, металлической броней и дополнительными внешними оболочками, предотвращающими коррозию.

Монтаж и ремонт подводных кабелей — наиболее трудоемкая и дорогостоящая работа в энергетике. Она связана с привлечением специализированных судов и сложных геолого-геодезических исследований. При прокладке по дну морей используются многотонные кабелеукладчики, а сам процесс требует детального учета морских течений, рельефа, возможной сейсмической активности и воздействия флоры и фауны.

Устройство воздушной линии электропередач

Конструкция воздушной линии включает множество взаимосвязанных элементов, каждый из которых выполняет определенную функцию и обеспечивает надежную и безопасную работу всей системы электроснабжения.

Надежность работы линии определяется совокупностью ее элементов: проводами, изоляторами, опорами, арматурой и защитными устройствами, каждое из которых выполняет строгое функциональное назначение.

Рисунок 3. Основные элементы воздушной линии электропередачи

При проектировании воздушной линии учитываются механические нагрузки, климатические факторы, уровень напряжения, условия рельефа и требования безопасности, что определяет конструкцию ее основных узлов.

Провода

Для воздушных линий применяются преимущественно неизолированные провода, которые изготавливаются из алюминия, меди и их сплавов. Наиболее распространенными являются сталеалюминиевые провода (АС), состоящие из стального сердечника, обеспечивающего механическую прочность, и алюминиевых проволок, обеспечивающих хорошую электропроводность. Стальной сердечник воспринимает механические нагрузки от собственного веса провода, ветрового давления и гололедных отложений, в то время как алюминиевые жилы служат для передачи электрического тока.

Помимо сталеалюминиевых проводов, используются также алюминиевые провода (А), которые применяются на линиях с небольшими пролетами и нагрузками, медные провода (М), обладающие высокой проводимостью, но применяемые реже из-за высокой стоимости, а также провода из алюминиевых сплавов (АЖ), которые обеспечивают повышенную механическую прочность при сохранении хорошей электропроводности.

Сечение проводов выбирается исходя из передаваемой мощности, допустимого нагрева при протекании тока, механической прочности и экономической целесообразности. Для высоковольтных линий напряжением 330 кВ и выше часто применяется расщепление фазы на несколько проводов, что позволяет снизить напряженность электрического поля вблизи проводов, уменьшить потери на коронный разряд и улучшить условия теплоотдачи. Количество проводов в расщепленной фазе может составлять от 2 до 8 в зависимости от класса напряжения и передаваемой мощности.

Почему ЛЭП «трещит» или «гудит»? Когда напряжение на проводе достигает большого значения (обычно от 110 кВ и выше), электрическое поле вокруг него становится настолько сильным, что начинает ионизировать молекулы воздуха. В результате возникают небольшие электрические разряды, производящие шум. Влажность усиливает эффект — капли воды и неровности на поверхности увеличивают локальное электрическое поле, и разряды становятся ярче и громче.

Опоры

Опоры воздушных линий электропередачи представляют собой несущие конструкции, предназначенные для поддержания проводов и грозозащитных тросов на необходимой высоте над поверхностью земли и обеспечения требуемых расстояний между проводами. Опоры воспринимают нагрузки от проводов, тросов, изоляторов и арматуры, ветра, гололедных отложений и других внешних воздействий, передавая их через фундаменты в грунт.

По материалу изготовления опоры подразделяются на деревянные, железобетонные, металлические и композитные.

Деревянные опоры применяются преимущественно на линиях электропередачи напряжением до 35 кВ, имеют относительно невысокую стоимость, просты в изготовлении и монтаже, однако обладают ограниченным сроком службы и требуют периодического обслуживания.

Железобетонные опоры широко применяются на линиях электропередачи напряжением от 35 до 500 кВ и изготавливаются из предварительно напряженного железобетона. Конструкция железобетонных опор может быть цельной — в виде конической или цилиндрической стойки — или составной из отдельных унифицированных элементов. Железобетонные опоры обладают высокой долговечностью, стойкостью к атмосферным воздействиям и огнестойкостью, имеют меньшую стоимость эксплуатации по сравнению с деревянными, но отличаются большой массой, что затрудняет транспортировку и монтаж.

Металлические опоры используются на линиях электропередачи всех классов напряжения, но чаще на высоковольтных и сверхвысоковольтных линиях напряжением 110 кВ и выше. Металлические опоры выполняются из стальных прокатных профилей — уголков, швеллеров, труб — и собираются на болтовых или сварных соединениях. По конструкции металлические опоры подразделяются на решетчатые, состоящие из отдельных элементов, соединенных в ферму, и трубчатые, выполненные из стальных труб. Металлические опоры обладают высокой прочностью, возможностью использования на линиях любого напряжения, относительной легкостью при больших габаритах, но требуют защиты от коррозии посредством окраски или оцинковки.

По назначению опоры воздушных линий подразделяются на промежуточные, анкерные, угловые, концевые и специальные.

Рисунок 4. Виды опор линий электропередач

Промежуточные опоры составляют основную массу опор на линии и предназначены для поддержания проводов в пролетах на прямолинейных участках трассы. Они воспринимают вертикальные нагрузки от собственного веса проводов, гололеда и ветровое давление, но не рассчитаны на восприятие продольных усилий от тяжения проводов.

Анкерные опоры (или переходные) отличаются от промежуточных опор способом крепления проводов и воспринимаемыми нагрузками. На анкерных опорах провода закрепляются натяжными гирляндами изоляторов, которые воспринимают полное усилие проводов с обеих сторон опоры. В отличие от промежуточных опор, где провода поддерживаются и могут свободно перемещаться в продольном направлении, анкерные опоры жестко фиксируют провода, создавая точки закрепления линии.

Рисунок 5. Виды линий электропередачи по расположению

Угловые опоры устанавливаются в местах изменения направления трассы линии и воспринимают нагрузку от равнодействующей тяжений проводов, направленной по биссектрисе угла поворота. В зависимости от величины угла поворота применяются угловые промежуточные опоры с поддерживающими гирляндами для малых углов или угловые анкерные опоры с натяжными гирляндами для больших углов.

Концевые опоры устанавливаются в начале и конце линии электропередачи, а также в местах захода линии на подстанции, и воспринимают одностороннее тяжение всех проводов и тросов.

Изоляторы

Изоляторы являются важнейшими элементами воздушных линий электропередачи, обеспечивающими электрическую изоляцию токоведущих проводов от заземленных конструкций опор. Одновременно изоляторы выполняют механическую функцию, удерживая провода в заданном положении и передавая механические нагрузки от проводов на опоры.

Рисунок 6. Виды изоляторов ЛЭП

Изоляторы изготавливаются из диэлектрических материалов, обладающих высокой электрической и механической прочностью, стойкостью к атмосферным воздействиям. Основными материалами для производства изоляторов служат фарфор, закаленное стекло и полимерные композиции. Фарфоровые изоляторы обладают высокой механической прочностью и длительным сроком службы, стеклянные изоляторы имеют преимущество в виде визуального контроля целостности диэлектрика, а полимерные изоляторы отличаются малым весом.

По конструктивному исполнению изоляторы подразделяются на штыревые (стержневые) и подвесные.

Штыревые изоляторы применяются на линиях напряжением до 35 кВ включительно и устанавливаются на штыри или крюки, закрепленные на траверсах опор. Провод укладывается в канавку на головке изолятора и закрепляется вязкой из мягкой проволоки. Конструкция штыревых изоляторов включает изоляционное тело с ребрами (юбками), увеличивающими путь утечки тока по поверхности, и металлическую арматуру для крепления к опоре.

Подвесные изоляторы используются на линиях электропередачи напряжением 35 кВ и выше и собираются в гирлянды, количество элементов в которых определяется классом напряжения линии. Каждый подвесной изолятор состоит из фарфоровой или стеклянной изоляционной детали и металлической арматуры — шапки и стержня, посредством которых изоляторы соединяются в гирлянду. Основными типами подвесных изоляторов являются тарельчатые изоляторы, имеющие форму тарелки с широкими ребрами, и стержневые изоляторы, представляющие собой цельный стержень из фарфора или полимера с оребрением.

Траверсы

Траверсы представляют собой конструктивные элементы опор, предназначенные для крепления изоляторов с проводами и обеспечения необходимых расстояний между фазами линии электропередачи. Траверсы воспринимают нагрузки от проводов и передают их на стойки опор, являясь важным связующим звеном в конструкции воздушной линии.

Рисунок 7. Траверса линии электропередачи

Конструкция траверс зависит от типа опоры, класса напряжения линии и количества подвешиваемых проводов. Траверсы изготавливаются из различных материалов: стали (для металлических опор), железобетона (для железобетонных опор) или дерева (для деревянных опор). Стальные траверсы выполняются из прокатных профилей — уголков, швеллеров, труб — и соединяются со стойками опор болтовыми или сварными соединениями.

По конструктивному исполнению траверсы подразделяются на прямые, треугольные, тоннельные.

Прямые траверсы представляют собой горизонтальные балки, консольно выступающие от стойки опоры, и применяются преимущественно на промежуточных опорах линий средних и высоких напряжений.

Треугольные траверсы имеют раскосную конструкцию с подкосами, обеспечивающими повышенную жесткость, и используются на анкерных и угловых опорах.

Тоннельные траверсы представляют собой пространственные конструкции, охватывающие опору с нескольких сторон, и применяются на мощных линиях электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения.

Длина и количество траверс на опоре определяются конфигурацией подвески проводов. На одноцепных опорах обычно устанавливается одна или несколько траверс в зависимости от расположения фаз — горизонтального, треугольного или вертикального. На двухцепных опорах, предназначенных для размещения двух независимых цепей линии электропередачи, количество траверс увеличивается соответственно.

Важным параметром траверс является обеспечение необходимых габаритов безопасности между проводами разных фаз, между проводами и элементами опоры, а также между проводами и землей. Эти расстояния регламентируются нормативными документами и зависят от класса напряжения линии, максимального отклонения проводов при ветре и других эксплуатационных факторов.

Заземление

Заземление представляет собой преднамеренное электрическое соединение металлических частей опор, грозозащитных тросов, арматуры и других элементов линии с землей посредством заземляющих устройств.

Рисунок 8. Заземление опоры ЛЭП

Основными функциями заземления являются создание низкоомного пути для стекания токов молнии в землю при ударе молнии в опору или грозозащитный трос, обеспечение условий для надежной работы релейной защиты при коротких замыканиях на землю, ограничение напряжений прикосновения и шага в местах установки опор до безопасных значений.

Разрядники

Разрядники являются элементами защиты линий электропередачи от грозовых и коммутационных перенапряжений. Разрядники устанавливаются в определенных точках линии и при возникновении перенапряжения ограничивают его амплитуду, отводя импульсный ток в землю и предотвращая перекрытие изоляции.

Рисунок 9. Разрядник линии электропередачи

Наиболее распространенным типом разрядников, применяемых на воздушных линиях, являются ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН), также называемые вентильными разрядниками или варисторными разрядниками. ОПН состоят из последовательно соединенных нелинейных резисторов на основе оксида цинка, обладающих свойством резко снижать сопротивление при превышении определенного уровня напряжения и возвращаться в высокоомное состояние после прохождения импульса перенапряжения.

Трубчатые разрядники представляют собой более простую конструкцию, состоящую из изоляционной трубки из фибры или другого материала с искровыми промежутками внутри. При перенапряжении происходит пробой искровых промежутков, дуга, возникающая внутри трубки, создает избыточное давление газов, которое способствует гашению дуги и разрыву цепи тока. Трубчатые разрядники применяются реже ОПН, в основном на линиях среднего напряжения и в качестве защиты изоляторов.

Грозозащитные тросы

Грозозащитные тросы представляют собой проводники, подвешиваемые над фазными проводами воздушной линии и предназначенные для защиты линии от прямых ударов молнии. Тросы принимают на себя удары молнии и отводят токи молнии в землю через опоры.

Рисунок 10. Грозозащитный трос над ЛЭП

Наиболее часто применяются однопроволочные тросы из одной проволоки большого диаметра и многопроволочные тросы, свитые из отдельных проволок. На линиях электропередачи высокого напряжения все чаще используются сталеалюминиевые тросы (АС) конструкции, аналогичной фазным проводам.

Положение тросов выбирается таким образом, чтобы зона защиты, создаваемая тросами, полностью охватывала фазные провода с учетом их максимального отклонения при ветре.

Арматура

Арматура линий электропередачи объединяет разнообразные металлические детали и приспособления, предназначенные для крепления проводов и грозозащитных тросов к изоляторам и опорам, соединения элементов конструкций, защиты проводов и изоляторов от механических повреждений, гашения вибрации.

Секционирующие устройства

Секционирующие устройства на воздушных линиях электропередачи предназначены для разделения линии на отдельные участки, обеспечения возможности отключения поврежденных участков при авариях, повышения гибкости схемы электроснабжения и улучшения показателей надежности. К секционирующим устройствам относятся разъединители, отделители, короткозамыкатели и реклоузеры.

Разъединители представляют собой коммутационные аппараты, предназначенные для отключения и включения участков линии при отсутствии тока нагрузки. Разъединители не имеют дугогасительных устройств и не предназначены для отключения токов нагрузки или токов короткого замыкания. Они устанавливаются на опорах линий для создания видимого разрыва цепи при проведении ремонтных работ или эксплуатационных переключений.

Отделители и короткозамыкатели составляют комплект автоматических устройств для отключения поврежденных ответвлений от магистральной линии. Отделитель представляет собой разъединитель с автоматическим приводом, срабатывающим при отключении линии выключателем. Короткозамыкатель автоматически замыкает фазы поврежденного участка на землю, создавая устойчивое короткое замыкание и обеспечивая срабатывание защиты.

Реклоузеры (автоматические повторные включатели) представляют собой современные многофункциональные устройства, для автоматического отключения поврежденного участка линии, при возникновении короткого замыкания или перегрузки, и последующего автоматического повторного включение после устранения повреждения.

Рисунок 11. Реклоузер (автоматический пункт секционирования)

Виды ЛЭП по напряжению

Низковольтные линии (1кВ и менее)

Низковольтные воздушные линии электропередачи напряжением до 1 кВ составляют завершающее звено в системе передачи и распределения электрической энергии.

Стандартное напряжение низковольтных линий в большинстве стран составляет 380/220 В для трехфазных четырехпроводных сетей переменного тока частотой 50 Гц. В некоторых странах применяются иные стандарты напряжения — 240/415 В в Великобритании и ряде стран Содружества, 277/480 В или 120/208 В в США и Канаде. В сельских районах некоторых стран до сих пор эксплуатируются линии постоянного тока напряжением 220 В или 110 В, построенные в прошлом веке, хотя их доля неуклонно сокращается.

Для прокладки линий чаще всего применяются деревянные пропитанные опоры высотой 7-11 метров, железобетонные конические или цилиндрические стойки высотой 8-11 метров, реже металлические трубчатые или решетчатые опоры. А в целом, выбор типа опор определяется местными условиями, доступностью материалов и экономическими соображениями.

Средневольтные линии (6кВ – 35кВ)

Средневольтные линии напряжением от 6 до 35 кВ являются основой распределительных электрических сетей и обеспечивают электроснабжение подавляющего большинства потребителей через промежуточную трансформацию.

В категорию средневольтных линий входят линии напряжением 6, 10, 20 и 35 кВ. Напряжения 6 и 10 кВ являются основными для городских и промышленных распределительных сетей. Напряжение 20 кВ получило распространение в некоторых европейских странах и применяется для модернизации существующих сетей 10 кВ с целью увеличения пропускной способности без изменения трасс линий. Напряжение 35 кВ используется преимущественно в сельских районах для передачи электроэнергии на расстояния 50-100 километров от питающих подстанций 110/35 кВ до районных и сельских подстанций 35/10 кВ.

Обычно для линий 6-10 кВ применяются деревянные пропитанные опоры высотой 9.5-11 метров, железобетонные конические стойки высотой 9.5-11 метров, металлические трубчатые опоры. Для линий 35 кВ используются преимущественно железобетонные опоры высотой 12-14 метров или металлические решетчатые опоры.

Высоковольтные линии (110кВ – 220кВ)

В категорию высоковольтных линий входят линии напряжением 110 и 220 кВ, они формируют основу распределительных и питающих сетей региональных энергосистем, обеспечивая передачу электроэнергии от электростанций и узловых подстанций энергосистемы к районным подстанциям, от которых осуществляется дальнейшее распределение к потребителям.

Напряжение 110 кВ является базовым для питающих сетей большинства региональных энергосистем и обеспечивает оптимальное соотношение пропускной способности и стоимости сооружения линий для расстояний передачи 50-150 километров. На них используются железобетонные опоры высотой 14-18 метров или металлические решетчатые опоры высотой 18-30 метров в зависимости от категории опоры и местных условий.

Напряжение 220 кВ применяется в энергосистемах с крупными электростанциями и промышленными центрами для передачи мощности 200-400 МВт на расстояния 150-300 километров. Для них применяются преимущественно металлические решетчатые опоры высотой 25-40 метров.

Сверхвысоковольтные линии (330кВ и выше)

Сверхвысоковольтные воздушные линии электропередачи напряжением от 330 кВ образуют основу магистральных и межсистемных связей региональных и объединенных энергосистем, обеспечивая передачу больших потоков электрической энергии на значительные расстояния и связь крупных электростанций с центрами потребления.

Конструкция сверхвысоковольтных линий характеризуется применением мощных металлических решетчатых опор высотой от 30 до 50 метров, обеспечивающих необходимые габаритные размеры и механическую прочность. Опоры выполняются преимущественно свободностоящими одностоечными конструкциями пирамидальной или призматической формы или портальными двухстоечными конструкциями.

Виды ЛЭП по назначению

Местные линии электропередачи

Местные воздушные линии электропередачи представляют собой низший уровень в иерархии электрических сетей и предназначены для непосредственного электроснабжения конечных потребителей — жилых домов, небольших предприятий, объектов коммунально-бытового назначения, сельскохозяйственных потребителей. Местные линии осуществляют завершающий этап в цепочке передачи электроэнергии от генерирующих источников к точкам потребления.

Класс напряжения местных линий обычно составляет 0,4 кВ (380/220 В) для сетей низкого напряжения или 6-10 кВ для распределительных сетей среднего напряжения, питающих трансформаторные подстанции.

Протяженность местных линий обычно невелика и составляет от нескольких сотен метров до нескольких километров. Линии прокладываются от трансформаторных подстанций до потребителей, образуя разветвленную сеть с множественными ответвлениями и отпайками.

Распределительные линии электропередачи

Распределительные воздушные линии электропередачи занимают промежуточное положение в структуре электрических сетей и предназначены для передачи электроэнергии от центров питания — крупных подстанций энергосистемы — к распределительным подстанциям, от которых осуществляется питание местных сетей и непосредственно крупных потребителей. Распределительные линии формируют основу региональных электрических сетей и обеспечивают электроснабжение городов, промышленных районов, сельских территорий.

Класс напряжения распределительных линий составляет преимущественно 35, 110 и частично 220 кВ. Напряжение 35 кВ традиционно применяется в сельских районах и для электроснабжения средних промышленных предприятий. Напряжение 110 кВ является основным уровнем для распределительных сетей городов и промышленных центров, обеспечивая передачу значительных мощностей на расстояния до 100-150 километров. Линии 220 кВ в распределительных сетях используются в крупных промышленных районах и для связи мощных узловых подстанций.

Протяженность распределительных линий варьируется от десятков до сотен километров. Линии образуют разветвленную сеть с множественными узлами — подстанциями, в которых происходит трансформация напряжения и распределение электроэнергии по различным направлениям. Конфигурация распределительных сетей может быть радиальной, кольцевой или смешанной, обеспечивающей различные уровни надежности электроснабжения.

Магистральные линии электропередачи

Магистральные воздушные линии электропередачи предназначены для передачи больших потоков электрической энергии от крупных электростанций к центрам нагрузки — промышленным районам, крупным городам, а также для связи отдельных энергосистем в единую энергетическую систему. Магистральные линии образуют опорную электрическую сеть региональных энергосистем и обеспечивают перераспределение генерируемой мощности между различными районами с учетом неравномерности нагрузки и наличия генерирующих мощностей.

Класс напряжения магистральных линий составляет преимущественно 220, 330 и 500 кВ. Напряжение 220 кВ является базовым для магистральных сетей большинства региональных энергосистем и обеспечивает передачу мощности до 400-500 МВт на расстояния 200-300 километров с приемлемыми потерями электроэнергии. Напряжение 330 кВ применяется в энергосистемах с крупными электростанциями и промышленными центрами, обеспечивая передачу мощности до 700-800 МВт. Напряжение 500 кВ используется для связи крупнейших энергоузлов и передачи мощности 1000-1500 МВт на расстояния до 500-700 километров.

Протяженность магистральных линий составляет обычно сотни километров, а в некоторых случаях превышает тысячу километров. Линии прокладываются по специально выбранным трассам с учетом рельефа местности, минимизации воздействия на окружающую среду, землепользования и перспектив развития территорий. Трассировка магистральных линий требует проведения комплексных изысканий, согласований с многочисленными заинтересованными сторонами и получения необходимых разрешений.

Дальнемагистральные и межсистемные линии электропередачи

Дальнемагистральные или межсистемные воздушные линии электропередачи представляют собой высший уровень в иерархии электрических сетей и предназначены для передачи особо больших потоков электрической энергии на значительные расстояния, связи крупнейших энергосистем в объединенные энергосистемы континентального масштаба, передачи электроэнергии от удаленных мощных электростанций — гидравлических, тепловых, атомных — к основным центрам потребления. Дальнемагистральные линии обеспечивают возможность использования энергетических ресурсов, расположенных на больших расстояниях от потребителей, и повышают надежность электроснабжения за счет взаимного резервирования мощностей различных энергосистем.

Класс напряжения дальнемагистральных линий составляет 500, 750 кВ и 1150 кВ переменного тока, а также высоковольтные линии постоянного тока напряжением 400-1000 кВ и выше. Напряжение 500 кВ применяется для передачи мощности 1000-1500 МВт на расстояния 500-800 километров и является основным для межсистемных связей в большинстве энергообъединений. Напряжение 750 кВ обеспечивает передачу мощности 2000-2500 МВт на расстояния до 1000-1200 километров и применяется для связи крупнейших энергоузлов. Напряжение 1150 кВ позволяет передавать мощность до 5000-6000 МВт на расстояния 1500-2000 километров, однако опыт эксплуатации линий этого класса напряжения ограничен несколькими реальными объектами.

При передаче электроэнергии по воздушным линиям часть мощности неизбежно теряется. Часть энергии уходит на нагрев проводов, часть — на токи утечки по изоляторам, а ещё часть расходуется из-за индуктивных и ёмкостных свойств самой линии, которая по сути ведёт себя как длинный электрический элемент. Чтобы уменьшить эти потери, электроэнергию передают на очень высоком напряжении: чем выше напряжение, тем меньше ток при той же мощности, а значит — меньше тепла выделяется в проводах. Именно поэтому магистральные ЛЭП работают на сотнях киловольт, обеспечивая передачу больших мощностей на большие расстояния с минимальными потерями.