Воздушные линии электропередачи¶

Воздушная линия электропередачи (ВЛ, в обиходе — ЛЭП) — это электроустановка, предназначенная для передачи и распределения электрической энергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикреплённым с помощью изоляторов и линейной арматуры к опорам, а также к кронштейнам инженерных сооружений. Линии электропередачи являются ключевым элементом энергетических систем: они связывают электростанции с потребителями, соединяют между собой регионы и образуют магистральные и распределительные электрические сети. Передача электроэнергии по проводам на расстояние технически и экономически эффективна, поскольку позволяет концентрировать генерацию на крупных станциях и доставлять энергию туда, где она потребляется.

¶История

Первые опыты передачи электрической энергии на расстояние связаны с работами конца XIX века. В 1874 году русский инженер Фёдор Пироцкий провёл эксперимент по передаче электроэнергии по рельсам, а в 1876 году Павел Яблочков предложил систему «дробления электрической энергии», позволявшую питать несколько потребителей от одного источника. В 1880-х годах началось строительство первых линий постоянного тока небольшой протяжённости.

Перелом произошёл с внедрением переменного тока. В 1891 году на Всемирной электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне Михаил Доливо-Добровольский продемонстрировал передачу трёхфазного тока на расстояние около 175 км при напряжении 15 кВ с высоким по тем временам КПД. Этот опыт доказал преимущества переменного тока и трёхфазной системы, что определило развитие электропередачи на десятилетия вперёд. В России первая значительная линия электропередачи была построена в 1897 году для электроснабжения петербургских заводов.

В XX веке рост напряжений и дальности передачи шёл непрерывно: от 35 и 110 кВ к 220, 330, 500 и 750 кВ. В 1959 году в СССР была введена в эксплуатацию линия 500 кВ, а в 1967 году — уникальная линия 750 кВ. В 1980-х годах в СССР была построена линия электропередачи 1150 кВ переменного тока (Экибастуз — Кокчетав — Кустанай — Челябинск), рассчитанная на сверхдальнюю передачу, однако она так и не была выведена на полную мощность и впоследствии демонтирована.

¶Классификация

Линии электропередачи различают по нескольким признакам.

По роду тока выделяют линии переменного и постоянного тока. Переменный ток преобладает в распределительных и большинстве магистральных сетей. Линии и вставки постоянного тока применяют для сверхдальних передач, связи несинхронных энергосистем и подводных переходов.

По назначению различают:

сверхдальние — свыше 1000 км;
магистральные — от нескольких сотен до 1000 км, связывают крупные электростанции и энергосистемы;
распределительные — подводят энергию к потребителям.

По напряжению линии делят на низковольтные (до 1 кВ) и высоковольтные. Класс напряжения измеряется в киловольтах: распространены уровни 0,4; 6; 10; 35; 110; 220; 330; 500; 750 кВ. В России и ряде стран СНГ стандартизированы уровни 330, 500 и 750 кВ, тогда как в Западной Европе и США чаще применяют 380 и 500 кВ.

По конструкции опор различают воздушные линии на деревянных, железобетонных и металлических (стальных) опорах. Опоры бывают промежуточными, анкерными, угловыми и концевыми; отдельно выделяют транспозиционные, ответвительные и переходные опоры.

¶Устройство

Основные элементы воздушной линии:

провода — выполняются из алюминия, стали, меди и их сплавов; распространены сталеалюминиевые провода, а также провода с защитной оболочкой;
грозозащитные тросы — располагаются в верхней части опор и служат для защиты от прямых ударов молнии;
изоляторы — фарфоровые, стеклянные и полимерные, обеспечивают изоляцию проводов от опоры;
линейная арматура — зажимы, сцепная арматура, гасители вибрации, дистанционные распорки;
опоры — несущие конструкции, воспринимающие нагрузки от проводов, ветра, гололёда и температуры;
фундаменты — основания опор;
заземляющие устройства — для отвода токов молнии и аварийных токов.

Для компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения на линиях устанавливают шунтирующие реакторы, управляемые шунтирующие реакторы и устройства продольной компенсации. Вдоль трасс прокладывают провода связи и телемеханики, а также волоконно-оптические линии связи, встроенные в грозозащитный трос.

¶Применение и значение

Линии электропередачи образуют основу Единой энергетической системы России, обеспечивая параллельную работу электростанций и перетоки мощности между регионами. Магистральные линии 500 и 750 кВ связывают крупные ГЭС Сибири, тепловые и атомные станции с центральными районами страны. Распределительные сети 6–10 кВ и 0,4 кВ доводят энергию до промышленных предприятий, жилых домов и объектов инфраструктуры.

Передача электроэнергии на большие расстояния связана с потерями, которые растут пропорционально квадрату тока. Повышение напряжения при той же передаваемой мощности снижает ток и, следовательно, потери, поэтому дальние передачи выполняют при высоком напряжении.

¶Воздействие и безопасность

Трассы линий электропередачи занимают земельные участки, для которых устанавливаются охранные зоны. Вдоль ВЛ напряжением свыше 1 кВ создаются санитарно-защитные зоны, ограничивающие строительство и пребывание людей. Электрическое и магнитное поля промышленной частоты вблизи линий сверхвысокого напряжения являются предметом гигиенического нормирования.

Основные опасности при эксплуатации — поражение электрическим током, падение проводов, обрыв и схлёстывание проводов при гололёде и ветре. Для защиты применяют автоматику, релейную защиту, плавку гололёда и системы мониторинга. Значительное внимание уделяется также воздействию на птиц: для предотвращения их гибели на опоры устанавливают птицезащитные устройства.

¶Критика и проблемы

К основным проблемам воздушных линий относят отчуждение земель под трассы, визуальное воздействие на ландшафт, потери энергии и уязвимость к погодным аномалиям — гололёду, шквалам, грозам. В ряде случаев предпочтение отдают кабельным линиям, особенно в городах и при переходах через водные преграды, однако их стоимость существенно выше. Обсуждается также влияние электромагнитных полей на здоровье, хотя убедительных данных о вреде при соблюдении нормативов не получено.

Источники: Большая российская энциклопедия; Правила устройства электроустановок (ПУЭ); техническая литература по электроэнергетике и линиям электропередачи.