สายไฟและสายเคเบิลของสายไฟเหนือศีรษะ

บน สายการบิน ระบบส่งกำลัง แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า 1,000 V ใช้สายไฟและสายเคเบิลเปลือย เมื่ออยู่กลางแจ้งจะสัมผัสกับบรรยากาศ (ลม น้ำแข็ง การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ) และสิ่งสกปรกที่เป็นอันตรายจากอากาศโดยรอบ (ก๊าซกำมะถันจากโรงงานเคมี เกลือทะเล) ดังนั้นจึงต้องมีความแข็งแรงเชิงกลเพียงพอและทนทานต่อการกัดกร่อน (สนิม)

ในปัจจุบันพบว่าตัวนำที่ทำจากเหล็กและอะลูมิเนียมมีการใช้งานมากที่สุดในสายเหนือศีรษะ

ก่อนหน้านี้ ลวดทองแดงถูกใช้บนสายไฟเหนือศีรษะ และตอนนี้ใช้อะลูมิเนียม เหล็ก-อะลูมิเนียม และเหล็กกล้า และในบางกรณี ลวดที่ทำจากโลหะผสมอะลูมิเนียมพิเศษ เช่น เอลเดรียม เป็นต้น สายป้องกันฟ้าผ่ามักทำจากเหล็ก

โดดเด่นด้วยการออกแบบ:

a) ตัวนำแบบหลายแกนของโลหะหนึ่งชิ้นประกอบด้วย (ขึ้นอยู่กับส่วนตัดขวางของตัวนำ) 7; 19 และ 37 แยกสายบิดเข้าด้วยกัน (รูปที่ 1, b);

b) สายเดี่ยวประกอบด้วยลวดทึบหนึ่งเส้น (รูปที่ 1, a);

ค) ตัวนำตีเกลียวของโลหะสองชนิด — เหล็กกับอะลูมิเนียม หรือเหล็กกับทองสัมฤทธิ์ตัวนำเหล็กอลูมิเนียมของการออกแบบทั่วไป (คลาส AC) ประกอบด้วยแกนเหล็กชุบสังกะสี (สายเดี่ยวหรือบิด 7 หรือ 19 เส้น) ซึ่งมีชิ้นส่วนอลูมิเนียมประกอบด้วยสายไฟ 6, 24 หรือมากกว่า (รูปที่ 1 , °ซ).

ข้าว. 1. การสร้างสายไฟเหนือศีรษะ: a — สายเดี่ยว; b - ตัวนำที่ควั่น; ค — สายเหล็กอลูมิเนียม

ข้อมูลการออกแบบโครงสร้างของตัวนำอลูมิเนียมเปลือยและเหล็กอะลูมิเนียมอยู่ใน GOST 839-80

ดูสิ่งนี้ด้วย: โครงสร้างสายเปลือยสำหรับสายไฟเหนือศีรษะ

การเลือกสายการบินเกี่ยวข้องกับการพิจารณาปัจจัยหลายประการ ซึ่งหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดคือการให้ความร้อนเป็นเวลานานด้วยกระแสไฟฟ้า ความร้อนของสายไฟจะจำกัดความสามารถในการส่งของสายไฟเหนือศีรษะ นำไปสู่การสึกกร่อนของสายไฟ การสูญเสียความแข็งแรงเชิงกล การเพิ่มขึ้นของการหย่อน เป็นต้น อุณหภูมิของตัวนำขึ้นอยู่กับโหลดปัจจุบันและสภาพอากาศของเส้นทางเหนือศีรษะ

ความสามารถในการรับน้ำหนักของสายไฟได้รับผลกระทบอย่างมากจากสภาพอากาศ เช่น ความเร็วลม อุณหภูมิแวดล้อม และการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ ซึ่งจะแตกต่างกันอย่างมากตลอดทั้งปี

กล่าวกันว่าการเปลี่ยนแปลงของความเร็วลมมีผลกระทบมากกว่าการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอากาศ ลมอ่อนด้วยความเร็ว 0.6 m / s เพิ่มปริมาณงานของสายไฟ 140% เมื่อเทียบกับสภาพอากาศคงที่ ในขณะที่อุณหภูมิแวดล้อมที่เพิ่มขึ้น 10 ° C จะลดลง 10-15%

สายทองแดง

สายไฟของฉันทำจากลวดทองแดงที่ดึงแน่น มีความต้านทานต่ำ (r = 18.0 Ohm x mm2/ km) และมีความแข็งแรงเชิงกลที่ดี: ความต้านทานแรงดึงสูงสุด sp = 36 ... 40 kgf / mm2 ต้านทานอิทธิพลของบรรยากาศและการกัดกร่อนจากอันตรายได้สำเร็จ สิ่งสกปรกในอากาศ

ลวดทองแดงถูกทำเครื่องหมายด้วยตัวอักษร M โดยเพิ่มส่วนตัดขวางเล็กน้อยของลวด ดังนั้น ลวดทองแดงที่มีหน้าตัดขนาด 50 mm2 มีเครื่องหมาย M — 50

ปัจจุบัน ทองแดงเป็นวัสดุที่หายากและมีราคาแพงซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงไม่ใช้เป็นตัวนำสำหรับสายไฟเหนือศีรษะ เพื่อช่วยประหยัดทองแดง ตัวนำทองแดง ทองแดงและทองแดงเหล็กจึงถูกยกเลิกในปี 1960

สายอลูมิเนียม

สายอะลูมิเนียมแตกต่างจากสายทองแดงที่มีมวลน้อยกว่ามาก มีความต้านทานจำเพาะสูงกว่าเล็กน้อย (r = 28.7 ... 28.8 โอห์ม x มม.2/ กม.) และความแข็งแรงเชิงกลน้อยกว่า: sp = 15.6 kgf / mm2 — สำหรับตัวนำของคลาส AT ตัวนำและ sp = 16 … 18 kgf / mm2 ของสาย Atp

สายอลูมิเนียมส่วนใหญ่จะใช้ในเครือข่ายท้องถิ่น ความแข็งแรงเชิงกลต่ำของสายเหล่านี้ไม่อนุญาตให้ใช้ไฟฟ้าแรงสูง เพื่อหลีกเลี่ยงลูกศรขนาดใหญ่และรักษาความปลอดภัยที่จำเป็น ปู ขนาดต่ำสุดของเส้นกับพื้นจำเป็นต้องลดระยะห่างระหว่างส่วนรองรับและทำให้ต้นทุนของเส้นเพิ่มขึ้น

เพื่อเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลของสายอลูมิเนียม พวกเขาทำจากสายดึงแข็งหลายเส้น ทนต่ออิทธิพลของบรรยากาศได้ดี ลวดอะลูมิเนียมไม่ทนต่อผลกระทบของสิ่งสกปรกที่เป็นอันตรายในอากาศ

ดังนั้น สำหรับสายไฟเหนือศีรษะที่สร้างขึ้นใกล้ชายฝั่งทะเล ทะเลสาบน้ำเค็ม และโรงงานเคมี ขอแนะนำให้ใช้ตัวนำอะลูมิเนียมยี่ห้อ AKP ที่ป้องกันการกัดกร่อน (อะลูมิเนียมทนทานต่อการกัดกร่อน พร้อมเติมช่องว่างระหว่างตัวนำด้วยจาระบีที่เป็นกลาง) ตัวนำอลูมิเนียมถูกทำเครื่องหมายด้วยตัวอักษร A โดยเพิ่มส่วนตัดขวางของตัวนำ

สายเหล็ก

ลวดเหล็กมีความแข็งแรงทางกลสูง: ความต้านทานการแตกหักสูงสุด sp = 55 ... 70 kgf / mm2... ลวดเหล็กเป็นลวดเส้นเดียวหรือหลายเส้น

ความต้านทานไฟฟ้าของลวดเหล็กนั้นสูงกว่าของอะลูมิเนียมมาก และในเครือข่ายไฟฟ้ากระแสสลับนั้นขึ้นอยู่กับปริมาณของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านลวด ลวดเหล็กใช้ในเครือข่ายท้องถิ่นที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 10 kV เมื่อส่งพลังงานที่ค่อนข้างต่ำเมื่อการสร้างเส้นด้วยลวดอลูมิเนียมมีกำไรน้อยกว่า

ข้อเสียที่สำคัญของลวดเหล็กและสายเคเบิลคือความไวต่อการกัดกร่อน เพื่อลดการกัดกร่อน สายไฟจะชุบกัลวาไนซ์ มีลวดเหล็กตีเกลียวอยู่ 2 ยี่ห้อ ได้แก่ PS (ลวดเหล็ก) และ PMS (ลวดเหล็กทองแดง) สาย PS มีการเติมทองแดงมากถึง 0.2% และสาย PSO ทำด้วยเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 3.5; 5 มม. สายเคเบิลป้องกันฟ้าผ่าของสายเคเบิลเหล็กหลายสายผลิตในเกรด S-35, S-50 และ S-70

สายเหล็ก-อลูมิเนียม

ตัวนำเหล็ก-อะลูมิเนียมมีความต้านทานเท่ากันกับตัวนำอะลูมิเนียมที่มีหน้าตัดเดียวกัน เนื่องจากในการคำนวณทางไฟฟ้าของตัวนำเหล็ก-อะลูมิเนียม จะไม่คำนึงถึงการนำไฟฟ้าของชิ้นส่วนเหล็กเนื่องจากไม่มีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับการนำไฟฟ้าของ ส่วนอลูมิเนียมของตัวนำ

ลวดเหล็กโครงสร้างทำขึ้นภายในของลวดเหล็กอลูมิเนียมและลวดอลูมิเนียมทำขึ้นที่ด้านนอก เหล็กถูกออกแบบมาเพื่อเพิ่มความแข็งแรงทางกล อลูมิเนียมเป็นส่วนที่เป็นตัวนำไฟฟ้า

สำหรับลวดเหล็กกล้า-อะลูมิเนียม ความเค้นภายในเพิ่มเติมจะเกิดขึ้นในส่วนที่เป็นอะลูมิเนียมของลวด เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของอะลูมิเนียมและเหล็กกล้าต่างกัน

การจำกัดความเค้นของลวดบังคับที่อุณหภูมิเฉลี่ยทั้งปีสำหรับตัวนำทั้งหมดเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อป้องกันการสึกหรออย่างรวดเร็วของตัวนำเนื่องจากการสั่นสะเทือน

จากการทดลองพบว่าอลูมิเนียมเริ่มสูญเสียคุณสมบัติความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงกว่า 65 องศาเซลเซียส โดยคำนึงถึงสิ่งนี้ เมื่อเลือกอุณหภูมิการทำงานสูงสุดของลวดเหล็กกล้า-อะลูมิเนียม ขอแนะนำให้วางแผนลดความแข็งแรงของอะลูมิเนียมลง 12 — 15 % (ซึ่งเท่ากับ 7 — 8% ของการสูญเสียความแข็งแรงของเส้นลวดโดยรวม) ) ตลอดอายุการใช้งาน ซึ่งโดยประมาณสอดคล้องกับการทำงานต่อเนื่องของลวดเป็นเวลา 50 ปีที่อุณหภูมิ 90 องศาเซลเซียส ควรสังเกต ว่าการสูญเสียความแข็งแรงเชิงกลทั้งหมดเนื่องจากการเกินพิกัดฉุกเฉินในระยะสั้นของสายไฟไม่เกิน 1%

สายเหล็กอลูมิเนียมยี่ห้อต่อไปนี้ (GOST 839-80) ผลิตขึ้น:

AC - ลวดประกอบด้วยแกน - ลวดเหล็กชุบสังกะสีและลวดอลูมิเนียมชั้นนอกหนึ่งชั้นหรือมากกว่า สายไฟมีไว้สำหรับวางบนบก ยกเว้นในบริเวณที่มีอากาศเสียซึ่งมีสารเคมีอันตราย

สอบถาม, ASKP — คล้ายกับลวดยี่ห้อ AC แต่แกนเหล็ก (C) หรือลวดทั้งหมด (P) เต็มไปด้วยจาระบีที่ป้องกันการกัดกร่อนของลวด ออกแบบมาสำหรับวางตามแนวชายฝั่งทะเล ทะเลสาบน้ำเค็ม และในเขตอุตสาหกรรมที่มีอากาศเสีย

ASK — เหมือนกับลวด ASK แต่มีแกนเหล็กหุ้มฉนวนด้วยปลอกพลาสติก ในการทำเครื่องหมายลวดหลังจากตัวอักษร A อาจมีตัวอักษร P ซึ่งแสดงว่าลวดมีความแข็งแรงเชิงกลเพิ่มขึ้น (เช่น APSK)

ลวดเหล็กอลูมิเนียมทุกยี่ห้อผลิตขึ้นโดยมีอัตราส่วนส่วนตัดขวางของชิ้นส่วนอลูมิเนียมของลวดต่อส่วนตัดขวางของแกนเหล็กแตกต่างกัน: ภายใน 6.0 ... 6.16 - สำหรับการทำงานของลวดขนาดกลาง สภาพโหลดทางกล 4.29 ... 4.39 — เพิ่มความแข็งแกร่ง; 0.65 … 1.46 — เสริมความแข็งแรงเป็นพิเศษ: 7.71 … 8.03 — โครงสร้างเบา และ 12.22 … 18.09 — เบาเป็นพิเศษ

สายไฟที่ใช้กับเส้นที่สร้างขึ้นใหม่และสร้างขึ้นใหม่ในพื้นที่ที่ความหนาของผนังน้ำแข็งไม่เกิน 20 มม. ขอแนะนำให้ใช้ตัวนำเหล็ก-อะลูมิเนียมเสริมแรงสำหรับใช้ในพื้นที่ที่มีความหนาของผนังน้ำแข็งมากกว่า 20 มม. สายไฟที่แข็งแรงพิเศษใช้สำหรับการดำเนินการในระยะทางไกลในการข้ามผ่านพื้นที่น้ำและโครงสร้างทางวิศวกรรม

สำหรับการระบุลักษณะที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นของตัวนำเหล็ก-อะลูมิเนียม ให้ป้อนส่วนตัดขวางของตัวนำและส่วนตัดขวางของแกนเหล็กในการกำหนดยี่ห้อลวด เช่น AC-150/24 หรือ ASKS-150 /34.

สายไฟ Aldrei

สายไฟ Aldry มีความต้านทานไฟฟ้าพอๆ กับสายไฟอะลูมิเนียม แต่มีความแข็งแรงเชิงกลมากกว่า Aldry เป็นโลหะผสมอะลูมิเนียมที่มีธาตุเหล็กเล็กน้อย («0.2%) แมกนีเซียม (» 0.7%) และซิลิกอน («0.8%); ในด้านความทนทานต่อการกัดกร่อนเท่ากับอะลูมิเนียม ข้อเสียของสาย Aldrey คือความต้านทานต่อการสั่นสะเทือนต่ำ

ตำแหน่งของสายไฟเหนือศีรษะ

ตัวนำบนส่วนรองรับของเส้นเหนือศีรษะสามารถวางได้หลายวิธี: บนเส้นวงจรเดียว - ในรูปสามเหลี่ยมหรือแนวนอน ในบรรทัดที่มีโซ่คู่ - ต้นไม้ย้อนกลับหรือรูปหกเหลี่ยม (ในรูปของ «บาร์เรล»)

การจัดเรียงสายไฟในรูปสามเหลี่ยม (รูปที่ 2, a) ใช้กับสายที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 20 kV รวมถึงสายที่มีแรงดันไฟฟ้า 35 ... 330 kV พร้อมรองรับโลหะและคอนกรีตเสริมเหล็ก

การจัดเรียงสายไฟในแนวนอน (รูปที่ 2, b) จะใช้กับสาย 35 ... 220 kV พร้อมฐานไม้ การจัดเรียงสายไฟนี้ดีที่สุดจากมุมมองของสภาพการทำงาน เนื่องจากช่วยให้สามารถใช้การรองรับที่ต่ำกว่าและไม่รวมการพันกันของสายไฟระหว่างการเคลื่อนตัวของน้ำแข็งและการเต้นรำของสายไฟ

ในบรรทัดที่มีค่าสองค่าสายไฟจะถูกวางด้วยทรีย้อนกลับ (รูปที่ 2, c) ซึ่งสะดวกสำหรับเงื่อนไขการติดตั้ง แต่เพิ่มมวลของการรองรับและต้องมีการระงับสายเคเบิลป้องกันสองเส้นหรือหกเหลี่ยม ( รูปที่ 2, G)

วิธีหลังจะดีกว่าขอแนะนำให้ใช้กับสายสองค่าที่มีแรงดันไฟฟ้า 35 ... 330 kV

ตัวเลือกทั้งหมดเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะด้วยการจัดเรียงสายไฟแบบอสมมาตรที่สัมพันธ์กันซึ่งนำไปสู่ความแตกต่างในพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าของเฟส สำหรับสมการของพารามิเตอร์เหล่านี้จะใช้การขนย้ายสายไฟเช่น ตำแหน่งร่วมกันของตัวนำที่สัมพันธ์กันในส่วนต่าง ๆ ของเส้นจะเปลี่ยนไปตามส่วนรองรับ ในกรณีนี้ ตัวนำของแต่ละเฟสผ่านหนึ่งในสามของความยาวของเส้นในที่เดียว อันที่สองในอีกอันหนึ่ง และอันที่สามในอันที่สาม (รูปที่ 3)

ข้าว. 2. การจัดเรียงสายไฟและสายป้องกันบนส่วนรองรับ: a - มีรูปสามเหลี่ยม; ข — แนวนอน; ค — ต้นไม้ย้อนกลับ; d — หกเหลี่ยม (บาร์เรล)

ข้าว. 3… โครงร่างการขนย้ายสายเดี่ยว

การคำนวณชิ้นส่วนเชิงกลของสายเหนือศีรษะนั้นดำเนินการตามความสามารถในการทำซ้ำของความเร็วลมและความหนาของกำแพงน้ำแข็งบนสายไฟซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดสำหรับความน่าเชื่อถือและการใช้อักษรตัวพิมพ์ใหญ่ของสายเหนือศีรษะบางประเภท

เส้นค่าโสหุ้ยของประเภทต่างๆ เมื่อข้ามภูมิประเทศเดียวกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งบนเส้นทางทั่วไป จะต้องออกแบบมาสำหรับแรงลมและน้ำแข็งที่แตกต่างกัน

สายป้องกันฟ้าผ่าของสายไฟเหนือศีรษะ

สายป้องกันฟ้าผ่าถูกแขวนไว้เหนือสายเพื่อป้องกันไฟกระชากจากชั้นบรรยากาศ ในสายที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 220 kV สายเคเบิลจะแขวนที่ทางเข้าสถานีย่อยเท่านั้น สิ่งนี้จะลดโอกาสของการทับซ้อนของสายไฟใกล้กับสถานีย่อย ในสายไฟที่มีแรงดันไฟฟ้า 220 kV ขึ้นไป สายไฟจะถูกแขวนไว้ตลอดทั้งเส้น มักใช้เชือกเหล็ก

ก่อนหน้านี้สายเคเบิลของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดทั้งหมดจะถูกต่อลงดินอย่างแน่นหนาในแต่ละส่วนรองรับ ประสบการณ์การใช้งานแสดงให้เห็นว่ากระแสปรากฏในวงจรปิดของระบบสายดิน - สายเคเบิล - รองรับ เกิดขึ้นจากการกระทำของ EMF ที่เหนี่ยวนำในสายเคเบิลโดยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ในขณะเดียวกัน ในหลายกรณี การสูญเสียพลังงานอย่างมีนัยสำคัญเกิดขึ้นในสายเคเบิลที่มีสายดินซ้ำๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสายไฟฟ้าแรงสูงพิเศษ

จากการศึกษาพบว่าการแขวนสายเคเบิลที่มีค่าการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้น (เหล็ก-อะลูมิเนียม) บนฉนวน สายเคเบิลสามารถใช้เป็นสายสื่อสารและเป็นตัวนำกระแสไฟฟ้าเพื่อจ่ายให้กับผู้บริโภคที่ใช้พลังงานต่ำ

เพื่อให้การป้องกันฟ้าผ่าในระดับที่เพียงพอ สายเคเบิลต้องต่อลงดินผ่านช่องว่างประกายไฟ