في بداية القرن العشرين ، عمل المخترع البارز من أصل صربي ، نيكولا تسلا ، على خيار لاسلكي لنقل الطاقة ، ولكن حتى بعد قرن من الزمان لم تحصل هذه التطورات على تطبيقات صناعية واسعة النطاق. لا تزال الطريقة الرئيسية لتوصيل الطاقة للمستهلك هي خطوط الكهرباء والكابلات العلوية.
خطوط الطاقة: الغرض والأنواع
ربما يكون خط الطاقة هو المكون الأساسي للشبكات الكهربائية ، والذي يعد جزءًا من نظام معدات الطاقة والأجهزة ، والغرض الرئيسي منها هو نقل الطاقة الكهربائية من المصانع التي تنتجها (محطات الطاقة) ، وتحويل وتوزيع (محطات الطاقة الفرعية) للمستهلكين. في الحالات العامة ، هذا هو اسم جميع الخطوط الكهربائية التي تقع خارج المنشآت الكهربائية المدرجة.
ملاحظة تاريخية: تم بناء أول خط نقل للطاقة (DC ، 2 كيلو فولت) في ألمانيا وفقًا لمشروع العالم الفرنسي F. Depreux في عام 1882. كان طولها حوالي 57 كم وربط مدينتي ميونيخ وميسباخ.
بواسطة طريقة التثبيت والترتيب ، يتم فصل خطوط الطاقة الكهربائية والكابلات. في السنوات الأخيرة ، خاصة بالنسبة لتزويد المدن الكبرى بالطاقة ، تم بناء خطوط معزولة بالغاز. يتم استخدامها لنقل السعات العالية في ظروف التنمية الكثيفة للغاية لإنقاذ المنطقة التي تشغلها خطوط الكهرباء وضمان المعايير والمتطلبات البيئية.
تجد الخطوط الكبلية تطبيقًا حيث يكون ترتيب الهواء صعبًا أو مستحيلًا بواسطة معلمات فنية أو جمالية. نظرًا لرخص المقارنة ، وتحسين الصيانة (في المتوسط ، يكون وقت التخلص من حادث أو عطل أقل 12 مرة) والإنتاجية العالية ، وخطوط الطاقة العلوية هي الأكثر طلبًا.
تعريف. التصنيف العام
خط الحمل الكهربائي (VLEP) - مجموعة من الأجهزة الموجودة في الهواء الطلق ومصممة لنقل الكهرباء. هيكل الخطوط العلوية يشمل الأسلاك ، يعبر مع العوازل ، ويدعم. لأن هذا الأخير ، في بعض الحالات ، يمكن استخدام العناصر الهيكلية للجسور والجسور والمباني وغيرها من الهياكل. في بناء وتشغيل خطوط وشبكات الطاقة العلوية ، يتم أيضًا استخدام العديد من التجهيزات الإضافية (الحماية من الصواعق ، وأجهزة التأريض) ، والمعدات الإضافية ذات الصلة (الاتصالات عالية التردد والألياف الضوئية ، وإقلاع القدرة الوسيطة) ومكونات تمييز المكونات.
حسب طبيعة الطاقة المرسلة ، يتم تقسيم الخطوط العامة إلى شبكات AC و DC. هذا الأخير ، بسبب بعض الصعوبات التقنية وعدم الكفاءة ، لم يحصل على توزيع واسع ويستخدم فقط لإمداد الطاقة للمستهلكين المتخصصين: محركات التيار المباشر ، ومحلات التحليل الكهربائي ، وشبكات الاتصال بالمدينة (المركبات المكهربة).
وفقًا للجهد المقدر ، يتم تقسيم خطوط الطاقة العلوية عادة إلى فئتين كبيرتين:
- الجهد المنخفض ، والجهد يصل إلى 1 كيلو فولت. تحدد معايير الولاية أربع قيم رمزية: 40 و 220 و 380 و 660 فولت.
- الجهد العالي ، أكثر من 1 كيلو فولت. يتم تعريف اثني عشر قيمة اسمية هنا: الجهد المتوسط - من 3 إلى 35 كيلو فولت ، عالي - من 110 إلى 220 كيلو فولت ، عالي جدًا - 330 و 500 و 700 كيلو فولت وعالي جدًا - فوق 1 ميجا فولت.
ملحوظة: جميع الأرقام الواردة تتوافق مع جهد الطور البيني (الخطي) لشبكة ثلاثية الطور (لا تحتوي أنظمة الطور السادس والثاني عشر على توزيع صناعي خطير).
من GOELRO إلى UES
يصف التصنيف التالي البنية التحتية والوظائف لخطوط الطاقة الكهربائية.
وفقًا لتغطية الشبكة ، هناك:
- طويل جدًا (جهد يزيد عن 500 كيلو فولت) ، مصمم لربط أنظمة الطاقة الإقليمية ؛
- جذع (220 ، 330 كيلو فولت) ، يخدم لتشكيلها (اتصال محطات توليد الطاقة مع مرافق التوزيع) ؛
- التوزيع (35 - 150 كيلو فولت) ، والغرض الرئيسي منه هو توفير الكهرباء لكبار المستهلكين (المنشآت الصناعية والمجمع الزراعي والمستوطنات الكبيرة) ؛
- العرض أو العرض (أقل من 20 كيلو فولت) ، وتوفير إمدادات الطاقة للمستهلكين الآخرين (في المناطق الحضرية والصناعية والزراعية).
تعتبر خطوط الطاقة العامة مهمة في تشكيل نظام الطاقة الموحد للبلد ، والذي تم وضع أساسه أثناء تنفيذ خطة GOELRO (كهربة الدولة لروسيا) لجمهورية الشباب السوفيتي قبل حوالي قرن من الزمان لضمان مستوى عالٍ من موثوقية إمدادات الطاقة ، وتحملها للخطأ.
وفقًا للهيكل والتكوين الطوبولوجيين ، يمكن أن تكون خطوط الطاقة عالية الجهد مفتوحة (نصف قطرية) ، مغلقة ، مع طاقة احتياطية (تحتوي على مصدرين أو أكثر).
من خلال عدد الدوائر المتوازية التي تمر عبر مسار واحد ، تقسم الخطوط إلى دائرة مفردة ومزدوجة ومتعددة (تعني الدائرة مجموعة كاملة من الأسلاك لشبكة ثلاثية الطور). إذا كانت الدوائر تحتوي على قيم مختلفة للجهد الاسمي ، فإن هذا الخط العالي الجهد يسمى مجتمعة. يمكن تثبيت سلاسل على دعم واحد ، وعلى مختلفة. بطبيعة الحال ، في الحالة الأولى ، تزداد كتلة الدعم وأبعاده وتعقيده ، لكن منطقة الحماية في الخط تتناقص ، مما يؤدي في المناطق المكتظة بالسكان في بعض الأحيان إلى دور حاسم في إعداد المشروع.
بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام فصل الخطوط العامة والشبكات ، استنادًا إلى أداء العناصر المحايدة (المعزولة ، المرتكزة على أساس متين ، وما إلى ذلك) ووضع التشغيل (قياسي ، الطوارئ ، التثبيت).
منطقة الأمان
لضمان السلامة والأداء الطبيعي وسهولة الصيانة وإصلاح الخطوط ذات الجهد العالي ، وكذلك لمنع الإصابات والوفيات ، يتم إدخال مناطق ذات وضع استخدام خاص على طول الطرق. وبالتالي ، فإن المنطقة الأمنية لخطوط الطاقة العلوية هي قطعة أرض ومجال جوي فوقها ، محاطة بين طائرات عمودية على مسافة معينة من الأسلاك الخارجية. في المناطق الأمنية يحظر عمل معدات الرفع ، وبناء المباني والهياكل. يتم تحديد الحد الأدنى للمسافة من خط الطاقة العلوية بواسطة الجهد المقنن.
| تصميم الجهد ، كيلو فولت | المسافة ، م |
| ما يصل الى 1 | 2 |
| من 1 إلى 20 | 10 (للأسلاك المعزولة - 5) |
| 35 | 15 |
| 110 | 20 |
| 150; 220 | 25 |
| 330؛ 500؛ 400 (DCV) | 30 |
| 750 (ACV و DCV) | 40 |
| 1150 | 55 |
عند عبور المسطحات المائية غير الصالحة للملاحة ، تتوافق المنطقة الواقية لخطوط نقل الطاقة الكهربائية العلوية مع مسافات مماثلة ، وبالنسبة للمياه الصالحة للملاحة يزيد حجمها إلى 100 متر. بالإضافة إلى ذلك ، تحدد المبادئ التوجيهية أصغر إزالة الأسلاك من سطح الأرض والمباني الصناعية والسكنية ، والأشجار. يحظر وضع خطوط الجهد العالي فوق أسطح المباني (باستثناء الإنتاج ، في حالات خاصة) ، على أراضي مؤسسات الأطفال والملاعب الثقافية والترفيهية والأرضيات التجارية.
أبراج خط نقل الطاقة
الدعامات - هياكل مصنوعة من الخشب أو الخرسانة المسلحة أو المعادن أو المواد المركبة لتوفير المسافة المطلوبة من الأسلاك وكابلات الحماية من الصواعق من سطح الأرض. إن أكثر الخيارات المتعلقة بالميزانية - الرفوف الخشبية ، المستخدمة على نطاق واسع في القرن الماضي في بناء خطوط الجهد العالي - يتم إيقاف تشغيلها بشكل تدريجي ، ولا يتم تثبيت أخرى جديدة تقريبًا. تشمل العناصر الرئيسية لدعم خطوط الطاقة العلوية ما يلي:
- أسس المؤسسة
- رف،
- الدعامات،
- علامات التمدد.
وتنقسم التصاميم إلى مرساة والمتوسطة. المجموعة الأولى في بداية ونهاية الخط ، عند تغيير اتجاه الطريق. فئة خاصة من دعامات المرساة هي انتقالية ، وتستخدم عند التقاطعات لخطوط الطاقة ذات الجهد العالي مع الشرايين المائية والجسور والأجسام المشابهة. هذه هي الهياكل الأكثر ضخمة وتحميلها بشكل كبير. في الحالات الصعبة ، يمكن أن يصل ارتفاعها إلى 300 متر!
إن قوة وأبعاد إنشاء الدعامات الوسيطة ، المستخدمة فقط في المقاطع المستقيمة من المسارات ، ليست مثيرة للإعجاب. حسب الغرض ، يتم تقسيمها إلى تبديل (يستخدم لتغيير موقع أسلاك الطور) ، عبر ، فرع ، خفضت وزادت. منذ عام 1976 ، تم توحيد جميع الدعمات بشكل صارم ، ولكن في الوقت الحاضر هناك عملية الابتعاد عن الاستخدام الشامل للمنتجات النموذجية. يحاولون تكييف كل مسار قدر الإمكان مع ظروف الراحة والمناظر الطبيعية والمناخ.
أسلاك لخطوط الطاقة العلوية
الشرط الرئيسي لأسلاك VLEP هو قوة ميكانيكية عالية. وهي مقسمة إلى فئتين - غير معزولة ومعزولة. يمكن صنعها في شكل موصلات متعددة الأسلاك و سلك واحد. هذا الأخير ، الذي يتكون من نواة واحدة أو الصلب الأساسية ، وتستخدم فقط لبناء طرق الجهد المنخفض.
يمكن أن تصنع الأسلاك التي تقطعت بها السبل لخطوط الطاقة العلوية من الصلب ، والسبائك القائمة على الألومنيوم أو المعدن النقي ، والنحاس (وهذا الأخير ، بسبب التكلفة العالية ، على الطرق الطويلة ، لا يستخدم عملياً). تصنع الموصلات الأكثر شيوعًا من الألمنيوم (الحرف "A" موجود في التصنيف) أو سبائك الصلب والألومنيوم (درجة AC أو ACS (معززة)). هيكليا ، فهي أسلاك الفولاذ الملتوية التي الجرح الموصلات. الصلب ، للحماية ضد التآكل ، المجلفن.
يتم اختيار القسم وفقًا للقدرة المرسلة لانخفاض الجهد المسموح به ، والخصائص الميكانيكية. المقاطع العرضية القياسية من الأسلاك المنتجة في روسيا هي 6 و 10 و 16 و 25 و 35 و 50 و 70 و 95 و 120 و 240. يمكن الحصول على فكرة عن الحد الأدنى من المقاطع العرضية من الأسلاك المستخدمة لبناء خطوط النفقات العامة من الجدول أدناه.
| المواد الأساسية | خطوط أكثر من 1 كيلو فولت ، مم2 | خطوط تصل إلى 1 كيلو فولت ، مم2 | فروع إلى المدخلات (طول يصل إلى 10 م / أكثر من 10 م) ، مم2 |
| نحاس | 25 | 2,5 | |
| صلب | 25 | 25 | 4/4 |
| الألومنيوم | 356 | 16 | 6 / 10 |
يتم تنفيذ الفروع في كثير من الأحيان مع الأسلاك المعزولة (العلامات التجارية أبريل ، AVT). المنتجات لديها طلاء العزل مانعة لتسرب الماء وكابل تحمل الصلب. يتم تثبيت الوصلات السلكية في الفواصل في المناطق غير الخاضعة للضغط الميكانيكي. تقسم بالضغط (باستخدام الأجهزة والمواد المناسبة) أو باللحام (مع كتل النمل الأبيض أو جهاز خاص).
في السنوات الأخيرة ، يتم استخدام الأسلاك المعزولة ذاتية الدعم بشكل متزايد في بناء الخطوط العامة. بالنسبة لخطوط الجهد العالي ذات الجهد المنخفض ، تنتج الصناعة SIP-1 و -2 و -4 وخطوط 10-35 كيلو فولت ، SIP-3.
على الطرق ذات الفولتية التي تزيد عن 330 كيلو فولت ، لمنع تصريف الاكليل ، يتم استخدام مرحلة الانقسام - يتم استبدال سلك واحد من مقطع عرضي كبير بعدة أسلاك أصغر ، مرتبطة ببعضها البعض. مع زيادة الجهد الاسمي ، يزيد عددهم من 2 إلى 8.
التعزيز الخطي
وتشمل التجهيزات VLEP traverses ، عوازل ، المشابك والتعليق ، الديكورات والأقواس ، السحابات (الأقواس ، المشابك ، الأجهزة).
تتمثل الوظيفة الرئيسية للحركة في ربط الأسلاك بطريقة توفر المسافة اللازمة بين المراحل المقابلة. المنتجات هي هياكل معدنية خاصة مصنوعة من الزوايا ، والشرائط ، والمسامير ، وما إلى ذلك مع سطح مطلي أو المجلفن. هناك ما يقرب من عشرين من أحجام وأنواع traverses ، وزنها من 10 إلى 50 كجم (المعينة TM-1 ... TM22).
يتم استخدام عوازل للإغلاق موثوقة وآمنة من الأسلاك.وهي مقسمة إلى مجموعات ، اعتمادًا على مادة التصنيع (البورسلين والزجاج المقسى والبوليمرات) والغرض الوظيفي (الدعم ، التمريري ، التمهيدي) وطرق التعلق بالمرور (الدبوس والقضيب والتعليق). مصنوعة عوازل تحت الجهد معين ، والتي يجب الإشارة إليها في علامات أبجدية رقمية. المتطلبات الرئيسية لهذا النوع من التجهيزات عند تثبيت خطوط الطاقة العلوية هي القوة الميكانيكية والكهربائية ، ومقاومة الحرارة.
لتقليل اهتزاز الخط ومنع انقطاع الأسلاك السلكية ، يتم استخدام أجهزة التخميد الخاصة أو حلقات التخميد.
المواصفات الفنية والحماية
عند تصميم وتثبيت خطوط الطاقة العلوية ، يتم أخذ الخصائص المهمة التالية في الاعتبار:
- طول الفترة الوسيطة (المسافة بين محاور الرفوف المجاورة).
- المسافة بين موصلات الطور والأدنى هي من سطح الأرض (بعد الخط).
- طول سلسلة العوازل وفقًا للجهد المقنن.
- الارتفاع الكامل للدعامات.
يمكنك الحصول على فكرة عن المعالم الرئيسية لخطوط الطاقة العلوية التي تبلغ 10 كيلو فولت وما فوق من الجدول.
| 10 كيلو فولت | 35 كيلو فولت | 110 كيلو فولت | 220 كيلو فولت | 330 كيلو فولت | 500 كيلو فولت | 750 كيلو فولت | |
| سبان ، م | ما يصل إلى 150 | 150- 200 | 170-250 | 250-350 | 300-400 | 350-450 | 350-540 |
| المسافة بين الطور ، م | 1,0 | 3,0 | 4,0 | 6,6 | 9 | 12 | 17,5 |
| خط البعد ، م | 6 | 6,5 | 7 | 7,5 | 7,6-8 | 15,5 | 23 |
| طول الطوق ، م | - | 0,7-1,1 | 1,4-1,7 | 2,3-2,7 | 3,1-3,6 | 4,6-5,1 | 6,8-7,9 |
| ارتفاع الدعم ، م | 13-14 | 10-21 | 13-31 | 22-41 | 25-43 | 27-32 | 38-41 |
لمنع الضرر الذي يلحق بالخطوط العلوية ولمنع الإغلاق في حالات الطوارئ أثناء العاصفة الرعدية ، يتم إطلاق قضيب البرق من الصلب أو الصلب المصنوع من الألمنيوم مع مقطع عرضي يتراوح قطره بين 50 و 70 مم عبر أسلاك الطور2التأريض على القطبين. غالبًا ما يكون مجوفًا ، ويتم استخدام هذه المساحة لتنظيم قنوات الاتصال عالية التردد.
يتم توفير الحماية ضد زيادة التيار الناتجة عن الصواعق بواسطة مانعات الصمام. في حالة حدوث دفعة صاعقة مستحثة على الأسلاك ، يحدث انهيار فجوة الشرارة ، نتيجة لذلك يتدفق التصريف إلى دعم له أرضية محتملة دون إتلاف العزل. يتم تقليل مقاومة الدعم باستخدام أجهزة التأريض الخاصة.
التحضير والتركيب
تتكون العملية التكنولوجية لبناء خط الطاقة العالي الجهد من الأعمال التحضيرية والبناء والتركيب وبدء التشغيل. الأولى تشمل شراء المعدات والمواد ، والخرسانة المسلحة والهياكل المعدنية ، ودراسة المشروع ، وإعداد المسار والاعتصام ، وتطوير PER (خطة لإنتاج الأعمال الكهربائية).
تشمل أعمال البناء حفر الحفر وتركيب الدعامات وتجميعها وتوزيع مجموعات التعزيز والتأريض على طول الطريق. يبدأ التثبيت المباشر لخطوط الطاقة العلوية بتدوير الأسلاك والكابلات وإجراء الاتصالات. ثم ينبغي رفعها على الدعامات ، وتمديدها ، ورؤيتها بواسطة أسهم التبلد (أكبر مسافة بين السلك والخط المستقيم الذي يربط نقاط التعلق به بالدعامات). في الختام ، يتم ربط الأسلاك والكابلات على العوازل.
بالإضافة إلى تدابير السلامة العامة ، فإن العمل على خطوط الطاقة الكهربائية ينطوي على الامتثال للقواعد التالية:
- وقف كل العمل عند الاقتراب من جبهة عاصفة رعدية.
- ضمان حماية الأفراد من آثار الإمكانات الكهربائية التي تحدثها الأسلاك (التقليل والتأريض).
- حظر العمل الليلي (باستثناء تركيب التقاطعات مع الجسور والسكك الحديدية) والجليد والضباب بسرعة رياح تزيد عن 15 م / ث.
قبل بدء التشغيل ، تحقق من أبعاد الخطوط والخط وقياس انخفاض الجهد في الموصلات ومقاومة أجهزة التأريض.
خدمة وإصلاح
وفقًا لأنظمة العمل ، تخضع جميع الخطوط العامة التي تزيد عن 1 كيلو فولت كل ستة أشهر للتفتيش من قبل موظفي الصيانة والموظفين الفنيين والهندسيين - مرة واحدة سنويًا ، بسبب الأعطال التالية:
- رمي الأجسام الغريبة على الأسلاك ؛
- فواصل أو احتراق أسلاك الطور الفردي ، أو انتهاك تعديل سهام الترهل (يجب ألا يتجاوز التصميم بأكثر من 5٪) ؛
- تلف أو تداخل عوازل ، سلاسل ، صواعق.
- تدمير الدعامات
- الانتهاكات في المنطقة الأمنية (تخزين الأشياء الأجنبية ، والعثور على المعدات الضخمة ، وتضييق عرض المقاصة ، بسبب نمو الأشجار والشجيرات).
يتم إجراء عمليات تفتيش غير عادية للطريق أثناء تكوين الجليد ، أثناء انسكاب الأنهار ، والحرائق الطبيعية والتي من صنع الإنسان ، وكذلك بعد الإغلاق التلقائي. يتم إجراء عمليات التفتيش مع زيادة الدعم حسب الحاجة (مرة واحدة على الأقل في 6 سنوات).
في حالة حدوث انتهاك لسلامة جزء من الأسلاك السلكية (ما يصل إلى 17 ٪ من إجمالي المقطع العرضي) ، يتم إصلاح المنطقة التالفة عن طريق تطبيق كم إصلاح أو ضمادة. في حالة حدوث أضرار كبيرة ، يتم قطع السلك وإعادة توصيله بمشبك خاص.
أثناء الإصلاح الحالي للمجرى الهوائي ، يتم تقويم الدعامات المتهالكة والدعامات ، ويتم فحص ضيق جميع الوصلات الملولبة ، وتتم استعادة طبقة الطلاء الواقية على الهياكل المعدنية والترقيم والعلامات والملصقات. قياس مقاومة أجهزة التأريض.
إصلاح خطوط الكهرباء العلوية يعني أداء جميع الإصلاحات الجارية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إجراء سحب كامل للأسلاك مع قياس لمقاومة الانتقال للوصلات وإجراء أحداث اختبار ما بعد الإصلاح.
