الأسلاك والكابلات لخطوط الكهرباء العلوية
على الخطوط الجوية نقل الطاقة الجهد فوق 1000 فولت ، يتم استخدام الأسلاك والكابلات العارية. عندما تكون في الهواء الطلق ، فإنها تتعرض للغلاف الجوي (الرياح والجليد والتغيرات في درجات الحرارة) والشوائب الضارة من الهواء المحيط (غازات الكبريت من المصانع الكيماوية وملح البحر) وبالتالي يجب أن تتمتع بقوة ميكانيكية كافية ومقاومة للتآكل (الصدأ).
في الوقت الحاضر ، وجدت موصلات الصلب والألمنيوم أكبر تطبيق في الخطوط الهوائية.
في السابق ، تم استخدام الأسلاك النحاسية في الخطوط العلوية ، والآن يتم استخدام الألومنيوم والصلب والألمنيوم والصلب ، وفي بعض الحالات ، الأسلاك من سبائك الألومنيوم الخاصة - eldrium ، إلخ. عادة ما تكون كابلات الحماية من الصواعق مصنوعة من الفولاذ.
تتميز بالتصميم:
أ) موصلات متعددة النواة من معدن واحد ، تتكون (حسب المقطع العرضي للموصل) من 7 ؛ 19 و 37 أسلاكًا منفصلة ملتوية معًا (الشكل 1 ، ب) ؛
ب) أسلاك أحادية الأسلاك تتكون من سلك صلب واحد (الشكل 1 ، أ) ؛
ج) موصلات مجدولة من معدنين - الصلب والألمنيوم أو الصلب والبرونز.تتكون الموصلات المصنوعة من الصلب والألومنيوم ذات التصميم التقليدي (فئة AC) من قلب فولاذي مجلفن (سلك أحادي أو ملتوي من 7 أو 19 سلكًا) ، يوجد حوله جزء من الألومنيوم ، ويتكون من 6 أو 24 أو أكثر من الأسلاك (الشكل 1). ، درجة مئوية).
أرز. 1. بناء أسلاك الخطوط الهوائية: أ - أسلاك أحادية الأسلاك. ب - الموصلات التي تقطعت بهم السبل. ج - أسلاك الفولاذ والألمنيوم.
بيانات التصميم الإنشائي للموصلات المصنوعة من الألمنيوم والصلب والألومنيوم موجودة في GOST 839-80.
أنظر أيضا: هياكل الأسلاك العارية لخطوط الطاقة الكهربائية العلوية
يتضمن اختيار خطوط الهواء النظر في عدة عوامل ، من أهمها التسخين المطول بالتيار الكهربائي. يحد تسخين الأسلاك من قدرة النقل للخط العلوي ، ويؤدي إلى تآكل الأسلاك ، وفقدانها القوة الميكانيكية ، وزيادة الترهل ، وما إلى ذلك. تعتمد درجة حرارة الموصلات على الحمل الحالي والظروف الجوية لمسار الخط العلوي.
تتأثر قدرة الأسلاك على التحمل بشكل كبير بالظروف الجوية - سرعة الرياح ودرجة الحرارة المحيطة والإشعاع الشمسي ، والتي تختلف بشكل كبير على مدار العام.
يقال إن التغير في سرعة الرياح له تأثير أكبر من التغير في درجة حرارة الهواء. تؤدي الرياح الضعيفة بسرعة 0.6 م / ث إلى زيادة إنتاجية الأسلاك بنسبة 140٪ مقارنة بظروف الهواء الساكن ، بينما تؤدي زيادة درجة الحرارة المحيطة بمقدار 10 درجات مئوية إلى تقليلها بنسبة 10-15٪.
سلك نحاس
تتمتع الأسلاك الخاصة بي ، المصنوعة من الأسلاك النحاسية المسحوبة بإحكام ، بمقاومة منخفضة (r = 18.0 أوم × مم 2 / كم) وقوة ميكانيكية جيدة: أقصى قوة شد sp = 36 ... 40 كجم / مم 2 ، تقاوم بنجاح التأثيرات الجوية والتآكل من العوامل الضارة الشوائب في الهواء.
يتم تمييز الأسلاك النحاسية بالحرف M مع إضافة المقطع العرضي الاسمي للسلك. لذلك ، فإن الأسلاك النحاسية ذات المقطع العرضي الاسمي 50 مم 2 مميزة بـ M - 50.
في الوقت الحالي ، يعتبر النحاس مادة نادرة وباهظة الثمن ، وهذا هو السبب في عدم استخدامه عمليًا كموصلات لخطوط الطاقة العلوية.لحفظ النحاس والنحاس والبرونز والموصلات الفولاذية والبرونزية ، توقفت في الستينيات.
أسلاك الألمنيوم
تختلف أسلاك الألمنيوم عن الأسلاك النحاسية ذات الكتلة الأقل بكثير ، ومقاومة محددة أعلى قليلاً (r = 28.7 ... 28.8 أوم × مم 2 / كم) وقوة ميكانيكية أقل: sp = 15.6 كجم / مم 2 - للموصلات من فئة AT و sp = 16… 18 kgf / mm2 من سلك ATp.
تستخدم أسلاك الألمنيوم بشكل رئيسي في الشبكات المحلية. القوة الميكانيكية المنخفضة لهذه الأسلاك لا تسمح بجهد عالي. لتجنب الأسهم الكبيرة وتأمين اللازم PUE الحد الأدنى لحجم الخط على الأرض ، من الضروري تقليل المسافة بين الدعامات وهذا يزيد من تكلفة الخط.
من أجل زيادة القوة الميكانيكية لأسلاك الألمنيوم ، فهي مصنوعة من أسلاك متعددة الخيوط ، ومسحوبة بشدة. لا تتحمل أسلاك الألمنيوم ، المتحملة جيدًا للتأثيرات الجوية ، تأثير الشوائب الضارة من الهواء.
لذلك ، بالنسبة للخطوط العلوية التي تم بناؤها بالقرب من شواطئ البحار وبحيرات الملح والمصانع الكيماوية ، يوصى باستخدام موصلات ألمنيوم ماركة AKP محمية ضد التآكل (الألمنيوم المقاوم للتآكل ، مع ملء الفراغ بين الموصلات بشحوم محايدة). يتم تمييز موصلات الألمنيوم بالحرف A مع إضافة المقطع العرضي الاسمي للموصل.
أسلاك فولاذية
تتمتع الأسلاك الفولاذية بقوة ميكانيكية عالية: أقصى قوة للكسر sp = 55 ... 70 kgf / mm2 ... الأسلاك الفولاذية أحادية الأسلاك أو متعددة الأسلاك.
المقاومة الكهربائية للأسلاك الفولاذية أعلى بكثير من مقاومة الألمنيوم ، وتعتمد في شبكات التيار المتردد على كمية التيار المتدفق عبر السلك. تستخدم الأسلاك الفولاذية في الشبكات المحلية بجهد يصل إلى 10 كيلو فولت عند نقل طاقة منخفضة نسبيًا ، عندما يكون إنشاء خطوط بأسلاك الألمنيوم أقل ربحية.
عيب كبير في الأسلاك والكابلات الفولاذية هو قابليتها للتآكل. لتقليل التآكل ، الأسلاك مجلفنة. هناك نوعان من أنواع الأسلاك الفولاذية المجدولة المتاحة: PS (سلك فولاذي) و PMS (سلك فولاذي نحاسي). تحتوي أسلاك PS على إضافة نحاسية تصل إلى 0.2٪ ، ويتم تصنيع أسلاك PSO بقطر 3 ؛ 3.5 ؛ 5 ملم. يتم إنتاج كابلات الحماية من الصواعق الفولاذية متعددة الأسلاك في الدرجات S-35 و S-50 و S-70.
أسلاك الفولاذ والألمنيوم
تتمتع الموصلات المصنوعة من الصلب والألومنيوم بنفس مقاومة موصلات الألمنيوم من نفس المقطع العرضي ، لأنه في الحسابات الكهربائية لموصلات الصلب والألمنيوم ، لا تؤخذ موصلية الجزء الفولاذي في الاعتبار بسبب عدم أهميتها مقارنة بموصلية الموصلات. جزء الألومنيوم من الموصلات.
تشكل الأسلاك الفولاذية الهيكلية الجزء الداخلي من أسلاك الألمنيوم الفولاذية ، وتشكل أسلاك الألمنيوم الخارج. تم تصميم الفولاذ لزيادة القوة الميكانيكية ، والألمنيوم جزء موصل.
مع أسلاك الفولاذ والألمنيوم ، تحدث ضغوط داخلية إضافية في جزء الألومنيوم من السلك ، بسبب اختلاف معاملات التمدد الحراري للألمنيوم والصلب.
يعد تحديد إجهاد السلك الإلزامي عند متوسط درجة الحرارة السنوية لجميع الموصلات أمرًا ضروريًا لمنع التآكل السريع للموصلات بسبب الاهتزاز.
ثبت تجريبياً أن الألمنيوم يبدأ في فقد خصائص قوته عند درجات حرارة أعلى من 65 درجة مئوية ، مع الأخذ في الاعتبار ، عند اختيار درجة حرارة التشغيل القصوى لأسلاك الفولاذ والألمنيوم ، يوصى بالتخطيط لتقليل قوة الألمنيوم بمقدار 12 - 15٪ (أي 7-8٪ فقد في قوة السلك ككل)) طوال فترة خدمتها ، وهو ما يتوافق تقريبًا مع التشغيل المستمر للسلك لمدة 50 عامًا عند درجة حرارة 90 درجة مئوية. أن الخسارة الكلية للقوة الميكانيكية بسبب الأحمال الزائدة الطارئة قصيرة المدى للأسلاك لا تتجاوز 1٪.
يتم إنتاج الماركات التالية من أسلاك الفولاذ والألومنيوم (GOST 839-80):
AC - سلك يتكون من قلب - أسلاك فولاذية مجلفنة وطبقة خارجية واحدة أو أكثر من أسلاك الألمنيوم. السلك مخصص للوضع على الأرض ، إلا في المناطق ذات الهواء الملوث بمركبات كيميائية ضارة ؛
INQUIRY ، ASKP - على غرار سلك العلامة التجارية AC ، ولكن مع قلب فولاذي (C) أو سلك كامل (P) مملوء بالشحم الذي يقاوم حدوث تآكل السلك. مصممة للتمدد على طول ساحل البحار والبحيرات المالحة وفي المناطق الصناعية ذات الهواء الملوث ؛
اسأل - مثل سلك ASK ، ولكن بقلب فولاذي معزول بغمد بلاستيكي. في تعليم السلك ، بعد الحرف A ، قد يكون هناك الحرف P ، مما يشير إلى أن السلك قد زاد من القوة الميكانيكية (على سبيل المثال ، APSK).
يتم إنتاج أسلاك الفولاذ والألومنيوم من جميع العلامات التجارية بنسب مختلفة من المقطع العرضي لجزء الألومنيوم من السلك إلى المقطع العرضي لقلب الصلب: في حدود 6.0 ... 6.16 - لتشغيل السلك في الوسط شروط الحمل الميكانيكي 4.29 ... 4.39 - قوة معززة ؛ 0.65 ... 1.46 - قوة معززة بشكل خاص: 7.71 ... 8.03 - بناء خفيف و 12.22 ... 18.09 - خفيف بشكل خاص.
تستخدم أسلاك الإضاءة في الخطوط التي تم بناؤها حديثًا وإعادة بنائها في المناطق التي لا يتجاوز سمك جدار الجليد فيها 20 مم. يوصى باستخدام موصلات من الصلب والألومنيوم المقوى للاستخدام في المناطق التي يزيد سمك جدار الجليد فيها عن 20 مم. تستخدم أسلاك قوية خاصة لتنفيذ مسافات طويلة في المعابر عبر المساحات المائية والهياكل الهندسية.
للحصول على توصيف أكثر اكتمالا للموصلات المصنوعة من الصلب والألومنيوم ، يتم إدخال المقطع العرضي الاسمي للموصل والمقطع العرضي للقلب الفولاذي في تسمية العلامة التجارية للأسلاك ، على سبيل المثال: AC-150/24 أو ASKS-150 / 34.
أسلاك الدرعي
تتمتع أسلاك Aldry بنفس المقاومة الكهربائية لأسلاك الألومنيوم ، ولكنها تتمتع بقوة ميكانيكية أكبر. الدري سبيكة ألمنيوم بكميات قليلة من الحديد («0.2٪) ، المغنيسيوم (» 0.7٪) والسيليكون («0.8٪) ؛ من حيث مقاومة التآكل ، فهي تساوي الألومنيوم. عيب أسلاك Aldrey هو انخفاض مقاومتها للاهتزاز.
موقع أسلاك الخطوط الهوائية
يمكن وضع الموصلات الموجودة على دعامات الخطوط العلوية بطرق مختلفة: على خطوط أحادية الدائرة - في مثلث أو أفقيًا ؛ على خطوط ذات سلسلة مزدوجة - شجرة عكسية أو مسدس (على شكل «برميل»).
يتم استخدام ترتيب الأسلاك في مثلث (الشكل 2 ، أ) على الخطوط بجهد يصل إلى 20 كيلوفولت ، بما في ذلك الخطوط بجهد 35 ... 330 كيلوفولت مع دعامات معدنية وخرسانة مسلحة.
سيتم استخدام الترتيب الأفقي للأسلاك (الشكل 2 ، ب) على الخطوط 35 ... 220 كيلو فولت مع دعامات خشبية. يعد ترتيب الأسلاك هذا هو الأفضل من وجهة نظر ظروف العمل ، حيث يسمح باستخدام الدعامات السفلية ويستبعد تشابك الأسلاك أثناء هبوط الجليد والرقص على الأسلاك.
على الأسطر ذات القيمتين ، يتم وضع الأسلاك إما بشجرة عكسية (الشكل 2 ، ج) ، وهي ملائمة لظروف التثبيت ، ولكنها تزيد من كتلة الدعامات وتتطلب تعليق كبلي حماية أو مسدس ( الشكل 2 ، ز).
الطريقة الأخيرة هي الأفضل.يوصى باستخدامه على خطوط ثنائية القيمة بجهد 35 ... 330 كيلوفولت.
تتميز كل هذه الخيارات بترتيب غير متماثل للأسلاك بالنسبة لبعضها البعض ، مما يؤدي إلى اختلاف في المعلمات الكهربائية للمراحل. لمعادلة هذه المعلمات ، يتم استخدام تبديل الأسلاك ، أي يتم تغيير الموقع المتبادل للموصلات بالنسبة لبعضها البعض في أقسام مختلفة من الخط على التوالي على الدعامات. في هذه الحالة ، يمر موصل كل مرحلة بثلث طول الخط في مكان واحد ، والثاني في الآخر والثالث في المركز الثالث (الشكل 3.).
أرز. 2. ترتيب الأسلاك والكابلات الواقية على الدعامات: أ - مع مثلث. ب - أفقي ج - شجرة عكسية د - مسدس (برميل).
أرز. 3 ... مخطط تبديل خط أحادي السلك.
يتم حساب الجزء الميكانيكي للخط العلوي بناءً على قابلية تكرار سرعة الرياح وسماكة الجدار الجليدي على الأسلاك ، والتي تلبي متطلبات الموثوقية والرسملة لفئة معينة من الخطوط العلوية.
يجب أن تكون الخطوط العلوية من فئات مختلفة ، عند عبور نفس التضاريس ، خاصة على طريق مشترك ، مصممة لأحمال مختلفة من الرياح والجليد.
كابلات الحماية من الصواعق لخطوط الطاقة الكهربائية العلوية
يتم تعليق كابلات الحماية من الصواعق فوق الأسلاك لحمايتها من موجات الارتفاع المفاجئ في الغلاف الجوي. في الخطوط ذات الجهد أقل من 220 كيلو فولت ، يتم تعليق الكابلات فقط عند الاقتراب من المحطات الفرعية. هذا يقلل من احتمالية تداخل الأسلاك بالقرب من المحطة الفرعية. على الخطوط بجهد 220 كيلو فولت وما فوق ، يتم تعليق الكابلات على طول الخط بأكمله. عادة ما تستخدم الحبال الفولاذية.
في السابق ، كانت كابلات خطوط جميع الفولتية المقدرة مؤرضة بإحكام على كل دعم. تظهر الخبرة التشغيلية أن التيارات تظهر في الدوائر المغلقة لنظام التأريض - الكابلات - الدعامات. لقد نشأت نتيجة لتأثير المجال الكهرومغناطيسي المستحث في الكابلات عن طريق الحث الكهرومغناطيسي. في الوقت نفسه ، في عدد من الحالات ، تحدث خسائر كبيرة في الطاقة في الكابلات المؤرضة بشكل متكرر ، خاصة في خطوط الجهد العالي جدًا.
أظهرت الدراسات أنه من خلال تعليق الكابلات ذات الموصلية المتزايدة (الصلب والألومنيوم) على العوازل ، يمكن استخدام الكابلات كأسلاك اتصال وكموصلات حالية لتزويد المستهلكين منخفضي الطاقة.
من أجل توفير مستوى مناسب من الحماية من الصواعق للخطوط ، يجب توصيل الكابلات بالأرض من خلال فجوات شرارة.