Fili e cavi di linee elettriche aeree

SU linee aeree potenza di trasmissione tensione superiore a 1000 V, vengono utilizzati fili e cavi scoperti. Essendo all'aperto, sono esposti all'atmosfera (vento, ghiaccio, sbalzi di temperatura) e alle impurità nocive dell'aria circostante (gas solforati di impianti chimici, sale marino) e quindi devono avere una sufficiente resistenza meccanica ed essere resistenti alla corrosione (ruggine).

Attualmente, i conduttori in acciaio-alluminio hanno trovato la massima applicazione nelle linee aeree.

In precedenza, i fili di rame venivano utilizzati sulle linee aeree e ora vengono utilizzati alluminio, acciaio-alluminio e acciaio e, in alcuni casi, fili di speciali leghe di alluminio - eldrium, ecc. I cavi di protezione contro i fulmini sono generalmente realizzati in acciaio.

Si distinguono per design:

a) conduttori multipolari di un metallo, costituiti (a seconda della sezione trasversale del conduttore) da 7; 19 e 37 fili separati intrecciati insieme (Fig. 1, b);

b) fili a filo singolo costituiti da un filo pieno (Fig. 1, a);

c) conduttori a trefoli di due metalli: acciaio e alluminio o acciaio e bronzo.I conduttori in acciaio-alluminio di progettazione convenzionale (classe AC) sono costituiti da un'anima in acciaio zincato (filo singolo o intrecciato di 7 o 19 fili), attorno alla quale è posizionata una parte in alluminio, composta da 6, 24 o più fili (Fig. 1 , °C).

Riso. 1. Costruzione di cavi di linee aeree: a — cavi unifilari; b - conduttori incagliati; c - fili di acciaio-alluminio.

I dati di progettazione strutturale dei conduttori in alluminio nudo e acciaio-alluminio sono in GOST 839-80.

Guarda anche: Strutture a filo nudo per linee elettriche aeree

La selezione delle linee aeree comporta la considerazione di diversi fattori, tra i quali uno dei più significativi è il riscaldamento prolungato con corrente elettrica. Il riscaldamento dei fili limita la capacità di trasmissione della linea aerea, porta alla corrosione dei fili, alla loro perdita di resistenza meccanica, all'aumento dell'abbassamento, ecc. La temperatura dei conduttori dipende dal carico di corrente e dalle condizioni atmosferiche del percorso della linea aerea.

La capacità di carico dei cavi è fortemente influenzata dalle condizioni meteorologiche: velocità del vento, temperatura ambiente e radiazione solare, che variano notevolmente durante l'anno.

Si dice che un cambiamento nella velocità del vento abbia un impatto maggiore di un cambiamento nella temperatura dell'aria. Un vento debole con una velocità di 0,6 m/s aumenta la portata dei fili del 140% rispetto a condizioni di aria statica, mentre un aumento della temperatura ambiente di 10°C la riduce del 10-15%.

Fili di rame

I miei fili, realizzati in filo di rame strettamente trafilato, hanno una bassa resistenza (r = 18,0 Ohm x mm2/ km) e una buona resistenza meccanica: massima resistenza alla trazione sp = 36 ... 40 kgf / mm2, resistono con successo agli influssi atmosferici e alla corrosione da dannosi impurità nell'aria.

I fili di rame sono contrassegnati dalla lettera M con l'aggiunta della sezione nominale del filo. Quindi, filo di rame con una sezione nominale di 50 mm2 contrassegnato con M — 50.

Attualmente il rame è un materiale scarso e costoso, motivo per cui non viene praticamente utilizzato come conduttore per le linee elettriche aeree: per risparmiare rame, rame, bronzo e acciaio-bronzo i conduttori sono stati interrotti negli anni '60.

Fili di alluminio

I fili di alluminio differiscono dai fili di rame con massa molto inferiore, resistenza specifica leggermente superiore (r = 28,7 ... 28,8 Ohm x mm2/ km) e minore resistenza meccanica: sp = 15,6 kgf / mm2 — per conduttori di classe AT e sp = 16…18 kgf/mm2 di filo Atp.

I fili di alluminio sono utilizzati principalmente nelle reti locali. La bassa resistenza meccanica di questi fili non consente l'alta tensione. Per evitare grandi frecce e garantire il necessario PUE la dimensione minima della linea al suolo, è necessario ridurre la distanza tra gli appoggi e questo aumenta il costo della linea.

Per aumentare la resistenza meccanica dei fili di alluminio, sono realizzati con fili a più trefoli trafilati. Ben tolleranti alle influenze atmosferiche, i fili di alluminio non resistono all'impatto delle impurità nocive dell'aria.

Pertanto, per linee aeree costruite vicino a spiagge, laghi salati e impianti chimici, si consigliano conduttori in alluminio a marchio AKP protetti contro la corrosione (alluminio resistente alla corrosione, con riempimento dello spazio tra i conduttori con grasso neutro). I conduttori in alluminio sono contrassegnati dalla lettera A con l'aggiunta della sezione nominale del conduttore.

Fili d'acciaio

I fili di acciaio hanno un'elevata resistenza meccanica: massima resistenza alla rottura sp = 55 ... 70 kgf / mm2... I fili di acciaio sono a filo singolo o multifilo.

La resistenza elettrica dei fili di acciaio è molto superiore a quella dell'alluminio e nelle reti CA dipende dalla quantità di corrente che scorre attraverso il filo. I fili di acciaio vengono utilizzati nelle reti locali con una tensione fino a 10 kV quando si trasmette una potenza relativamente bassa, quando la costruzione di linee con fili di alluminio è meno redditizia.

Uno svantaggio significativo dei fili e dei cavi di acciaio è la loro suscettibilità alla corrosione. Per ridurre la corrosione, i fili sono zincati. Sono disponibili due marche di filo d'acciaio intrecciato: PS (filo d'acciaio) e PMS (filo d'acciaio di rame). I fili PS hanno un'aggiunta di rame fino allo 0,2% e i fili PSO sono realizzati con un diametro di 3; 3,5; 5mm. I cavi multifilari in acciaio per la protezione contro i fulmini sono prodotti nei gradi S-35, S-50 e S-70.

Fili di acciaio-alluminio

I conduttori in acciaio-alluminio hanno la stessa resistenza dei conduttori in alluminio della stessa sezione, perché nei calcoli elettrici dei conduttori in acciaio-alluminio, la conducibilità della parte in acciaio non viene presa in considerazione a causa della sua insignificanza rispetto alla conduttività del parte in alluminio dei conduttori.

I fili di acciaio strutturale costituiscono l'interno del filo di alluminio in acciaio e i fili di alluminio costituiscono l'esterno. L'acciaio è progettato per aumentare la resistenza meccanica, l'alluminio è una parte conduttiva.

Con i fili in acciaio-alluminio, nella parte in alluminio del filo si verificano sollecitazioni interne aggiuntive, dovute ai diversi coefficienti di dilatazione termica di alluminio e acciaio.

La limitazione obbligatoria della sollecitazione del filo alla temperatura media annuale per tutti i conduttori è necessaria per prevenire la rapida usura da fatica dei conduttori dovuta alle vibrazioni.

È stato sperimentalmente stabilito che l'alluminio inizia a perdere le sue proprietà di resistenza a temperature superiori a 65 ° C. Tenendo conto di ciò, quando si sceglie la temperatura massima di esercizio dei fili di acciaio-alluminio, si consiglia di pianificare una riduzione della resistenza dell'alluminio di 12 — 15 % (che corrisponde al 7 — 8% di perdita di resistenza del filo nel suo insieme) ) per tutta la loro vita utile, che corrisponde approssimativamente al funzionamento continuo del filo per 50 anni a una temperatura di 90 ° C. Va notato che la perdita totale di resistenza meccanica dovuta a sovraccarichi di emergenza di breve durata dei fili non superi l'1%.

Vengono prodotti i seguenti marchi di fili in acciaio-alluminio (GOST 839-80):

CA - filo costituito da un'anima - fili di acciaio zincato e uno o più strati esterni di fili di alluminio. Il filo è destinato alla posa a terra, tranne che in zone con aria inquinata da composti chimici nocivi;

INQUIRY, ASKP — simile al filo di marca AC, ma con l'anima in acciaio (C) o l'intero filo (P) riempito di grasso che contrasta il verificarsi della corrosione del filo. Progettato per la posa lungo le coste di mari, laghi salati e in zone industriali con aria inquinata;

ASK — come il filo ASK, ma con un'anima in acciaio isolata con una guaina in plastica. Nella marcatura del filo, dopo la lettera A, potrebbe esserci la lettera P, che indica che il filo ha una maggiore resistenza meccanica (ad esempio APSK).

I fili in acciaio-alluminio di tutte le marche sono prodotti con un diverso rapporto tra la sezione trasversale della parte in alluminio del filo e la sezione trasversale dell'anima in acciaio: entro 6,0 ... 6,16 - per il funzionamento del filo nel mezzo condizioni di carico meccanico; 4.29 ... 4.39 - forza migliorata; 0,65 … 1,46 — forza particolarmente rinforzata: 7,71 … 8,03 — costruzione leggera e 12,22 … 18,09 — particolarmente leggera.

I fili leggeri vengono utilizzati su linee di nuova costruzione e ricostruite in aree in cui lo spessore della parete di ghiaccio non supera i 20 mm. I conduttori rinforzati in acciaio-alluminio sono consigliati per l'uso in aree con spessore della parete di ghiaccio superiore a 20 mm. Speciali fili resistenti vengono utilizzati per l'implementazione di lunghe distanze negli incroci attraverso spazi d'acqua e strutture ingegneristiche.

Per una caratterizzazione più completa dei conduttori in acciaio-alluminio, la sezione nominale del conduttore e la sezione dell'anima in acciaio sono inserite nella designazione del marchio del filo, ad esempio: AC-150/24 o ASKS-150 /34.

Fili Aldrei

I fili Aldry hanno all'incirca la stessa resistenza elettrica dei fili in alluminio, ma hanno una maggiore resistenza meccanica. Aldry è una lega di alluminio con quantità minori di ferro («0,2%), magnesio (» 0,7%) e silicio («0,8%); in termini di resistenza alla corrosione, è uguale all'alluminio. Lo svantaggio dei fili Aldrey è la loro bassa resistenza alle vibrazioni.

Posizione dei cavi della linea aerea

I conduttori sui supporti delle linee aeree possono essere posizionati in diversi modi: su linee a circuito singolo - a triangolo o orizzontalmente; su linee con una doppia catena - albero inverso o esagono (a forma di «barile»).

La disposizione dei fili in un triangolo (Fig. 2, a) viene utilizzata su linee con una tensione fino a 20 kV, anche su linee con una tensione di 35 ... 330 kV con supporti in metallo e cemento armato.

La disposizione orizzontale dei fili (Fig. 2, b) verrà utilizzata sulle linee 35 ... 220 kV con supporti in legno. Questa disposizione dei fili è la migliore dal punto di vista delle condizioni di lavoro, in quanto consente l'utilizzo di supporti inferiori ed esclude l'aggrovigliamento dei fili durante la discesa sul ghiaccio e la danza dei fili.

Sulle linee con due valori, i fili vengono posizionati o con un albero inverso (Fig. 2, c), che è conveniente per le condizioni di installazione, ma aumenta la massa dei supporti e richiede la sospensione di due cavi di protezione o un esagono ( Figura 2, G).

Quest'ultimo metodo è preferibile.Si consiglia l'uso su linee a due valori con una tensione di 35 ... 330 kV.

Tutte queste opzioni sono caratterizzate da una disposizione asimmetrica dei fili l'uno rispetto all'altro, che porta a una differenza nei parametri elettrici delle fasi. Per l'equazione di questi parametri viene utilizzata la trasposizione dei fili, ad es. la posizione reciproca dei conduttori l'uno rispetto all'altro su diverse sezioni della linea viene modificata successivamente sui supporti. In questo caso, il conduttore di ciascuna fase passa un terzo della lunghezza della linea in un punto, il secondo nell'altro e il terzo nel terzo (Fig. 3.).

Riso. 2. Disposizione di fili e cavi protettivi sui supporti: a - con un triangolo; b — orizzontale; c - albero inverso; d - esagono (barile).

Riso. 3… Schema di trasposizione linea unifilare.

Il calcolo della parte meccanica della linea aerea viene effettuato sulla base della ripetibilità della velocità del vento e dello spessore della parete di ghiaccio sui fili, che soddisfa i requisiti di affidabilità e capitalizzazione di una certa classe di linee aeree.

Le linee aeree di classi diverse, quando attraversano lo stesso terreno, specialmente su un percorso comune, devono essere progettate per carichi di vento e ghiaccio diversi.

Cavi di protezione contro i fulmini delle linee elettriche aeree

I cavi di protezione contro i fulmini sono sospesi sopra i fili per proteggerli dalle sovratensioni atmosferiche. Sulle linee con una tensione inferiore a 220 kV, i cavi sono appesi solo agli accessi alle sottostazioni. Ciò riduce la probabilità di cavi sovrapposti vicino alla sottostazione. Sulle linee con una tensione di 220 kV e oltre, i cavi sono sospesi lungo l'intera linea. Di solito vengono utilizzate funi d'acciaio.

In precedenza, i cavi delle linee di tutte le tensioni nominali erano saldamente messi a terra su ciascun supporto. L'esperienza operativa mostra che le correnti compaiono nei circuiti chiusi del sistema di messa a terra - cavi - supporti. Sono sorti a seguito dell'azione dell'EMF indotta nei cavi dall'induzione elettromagnetica. Allo stesso tempo, in un certo numero di casi si verificano perdite di potenza significative nei cavi ripetutamente messi a terra, specialmente nelle linee ad altissima tensione.

Gli studi hanno dimostrato che sospendendo cavi con maggiore conduttività (acciaio-alluminio) su isolatori, i cavi possono essere utilizzati come fili di comunicazione e come conduttori di corrente per alimentare utenze a bassa potenza.

Per fornire un adeguato livello di protezione contro i fulmini alle linee, i cavi devono essere collegati a terra tramite spinterometri.