Башня электропередачи (также опора электропередачи , гидробашня или опора ) представляет собой высокую конструкцию , обычно решетчатую башню из стали, которая используется для поддержки воздушной линии электропередачи . В электрических сетях опоры электропередачи несут высоковольтные линии электропередачи, которые транспортируют большую часть электроэнергии от электростанций к электрическим подстанциям , от которых электроэнергия доставляется конечным потребителям; кроме того, опоры электропередач используются для поддержки линий электропередачи и распределения низкого напряжения , которые транспортируют электроэнергию от подстанций к потребителям электроэнергии.
Существует четыре категории опор электропередачи: (i) подвесная башня , (ii) тупиковая оконечная башня, (iii) натяжная башня и (iv) транспозиционная башня . [1] Высота опор ЛЭП обычно колеблется от 15 до 55 м (от 49 до 180 футов), [1] хотя, когда необходимы более длинные пролеты, например, для пересечения воды, иногда используются более высокие башни. Для смягчения последствий изменения климата необходимо больше передающих вышек , поэтому в 2020-х годах передающие башни стали политически важными. [2] [3]
Передающая башня — это название конструкции, используемой в промышленности в США и других англоязычных странах. [4] В Европе и Великобритании термины «электрическая опора» и «пилон» происходят от основной формы конструкции — обелиска с конической вершиной. [5] В Канаде используется термин «гидробашня» , поскольку гидроэлектроэнергия является основным источником электроэнергии в стране. [6] [7]
Трехфазные электроэнергетические системы применяются на высокое напряжение (66 или 69 кВ и выше) и сверхвысокое напряжение (110 или 115 кВ и выше; в современных системах чаще всего 138 или 230 кВ и выше). Линии передачи переменного тока . В некоторых европейских странах, например, в Германии, Испании или Чехии, решетчатые опоры меньшего размера также используются на линиях электропередачи среднего напряжения (выше 10 кВ). Опоры должны быть спроектированы так, чтобы нести три (или кратные трем) проводника. Башни обычно представляют собой стальные решетки или фермы (в Австралии, Канаде, Германии и Скандинавии в некоторых случаях используются деревянные конструкции ), а изоляторы представляют собой стеклянные или фарфоровые диски или композитные изоляторы из силиконового каучука или резинового материала EPDM , собранные в струны или длинные стержни, длина которых зависит от сетевого напряжения и условий окружающей среды.
Обычно один или два заземляющих провода , также называемые «защитными» проводами, размещаются сверху, чтобы перехватывать молнию и безвредно отводить ее на землю.
Опоры высокого и сверхвысокого напряжения обычно проектируются для проведения двух и более электрических цепей (за очень редким исключением – только одной цепи на напряжение 500 кВ и выше). [ нужна цитата ] Если линия построена с использованием вышек, предназначенных для передачи нескольких цепей, нет необходимости устанавливать все цепи во время строительства. Действительно, по экономическим соображениям некоторые линии электропередачи проектируются на три (или четыре) цепи, но изначально прокладываются только две (или три) цепи.
Некоторые цепи высокого напряжения часто возводятся на одной опоре с линиями 110 кВ. Распространено параллельное соединение линий 380 кВ, 220 кВ и 110 кВ на одних и тех же опорах. Иногда, особенно при цепях 110 кВ, по параллельной цепи проводят тяговые линии электрификации железных дорог .
Линии передачи высокого напряжения постоянного тока (HVDC) представляют собой монополярные или биполярные системы. В биполярных системах используется расположение проводников с одним проводником на каждой стороне башни. В некоторых схемах заземляющий проводник используется в качестве линии электродов или заземления. В этом случае его пришлось установить на пилонах с изоляторами, оснащенными ограничителями перенапряжения, чтобы предотвратить электрохимическую коррозию пилонов. Для однополюсной передачи постоянного тока высокого напряжения с заземлением можно использовать опоры только с одним проводником. Однако во многих случаях башни предназначены для последующего преобразования в двухполюсную систему. В этих случаях часто проводники с обеих сторон опоры устанавливают по механическим причинам. Пока не понадобится второй полюс, он либо используется в качестве электродной линии, либо подключается параллельно используемому полюсу. В последнем случае линию от преобразовательной подстанции до заземляющего электрода строят подземным кабелем, воздушной линией на отдельной полосе отвода или с использованием заземлителей.
Башни электродных линий используются в некоторых схемах HVDC для проведения линии электропередачи от преобразовательной подстанции к заземляющему электроду. Они аналогичны конструкциям, используемым для линий напряжением 10–30 кВ, но обычно несут только один или два проводника.
Опоры электропередачи переменного тока могут быть переоборудованы для полного или смешанного использования HVDC, чтобы повысить уровень передачи электроэнергии с меньшими затратами, чем строительство новой линии электропередачи. [8] [9]
Опоры, используемые для однофазных железнодорожных тяговых линий переменного тока , по конструкции аналогичны опорам, используемым для трехфазных линий 110 кВ. Для этих линий также часто используются стальные трубы или бетонные столбы. Однако системы тягового тока железных дорог представляют собой двухполюсные системы переменного тока, поэтому тяговые линии рассчитаны на два проводника (или кратных двум, обычно четыре, восемь или двенадцать). Обычно они располагаются на одном уровне, при этом каждый контур занимает половину траверсы. Для четырех тяговых цепей расположение проводников двухуровневое, для шести электрических цепей - трехуровневое.
Для разных стран характерны разные формы опор ЛЭП. Форма также зависит от напряжения и количества цепей.
Опоры «треугольник» являются наиболее распространенной конструкцией одноцепных линий из-за их устойчивости. Они имеют V-образное тело с горизонтальным рычагом наверху, образующим перевернутую дельту . В более крупных башнях Delta обычно используются два защитных троса.
Портальные пилоны широко используются в США, Ирландии, Скандинавии и Канаде. Они стоят на двух ногах с одной перекладиной, что придает им Н-образную форму. До 110 кВ их часто изготавливали из дерева, но на линиях более высокого напряжения используют стальные опоры.
Меньшие одноцепные пилоны могут иметь две небольшие траверсы с одной стороны и одну с другой.
Одноуровневые пилоны имеют только одну поперечину, несущую по три троса с каждой стороны. Иногда они имеют дополнительную траверсу для защитных тросов. Их часто используют вблизи аэропортов из-за небольшой высоты.
Дунайские пилоны или Донаумастен получили свое название от линии, построенной в 1927 году рядом с рекой Дунай . Это наиболее распространенный дизайн в странах Центральной Европы, таких как Германия или Польша. У них есть две поперечины: на верхнем рычаге по одному, а на нижнем — по два троса с каждой стороны. Иногда они имеют дополнительную траверсу для защитных тросов.
Тононные башни являются наиболее распространенной конструкцией, они имеют 3 горизонтальных уровня с одним тросом, расположенным очень близко к пилону с каждой стороны. В Соединенном Королевстве второй уровень часто (но не всегда) шире остальных, тогда как в Соединенных Штатах все траверсы имеют одинаковую ширину.
Башни в форме елки на 4 или даже 6 цепей распространены в Германии и имеют 3 траверсы, причем на самой высокой из них имеется по одному тросу, на второй - два троса, а на третьей - по три троса с каждой стороны. Кабели третьего плеча обычно несут цепи низкого высокого напряжения.
Опоры могут быть самонесущими и способными противостоять всем силам, возникающим из-за нагрузки на проводники, несбалансированных проводников, ветра и льда в любом направлении. Такие башни часто имеют примерно квадратные основания и обычно четыре точки контакта с землей.
Полугибкая опора спроектирована таким образом, что она может использовать воздушные заземляющие провода для передачи механической нагрузки на соседние конструкции, если обрыв фазового провода и конструкция подвергается несбалансированным нагрузкам. Этот тип полезен при сверхвысоком напряжении, когда фазные проводники объединены в пучок (два или более провода на фазу). Маловероятно, что все они сломаются одновременно, за исключением катастрофического крушения или шторма.
Мачта с оттяжками занимает очень небольшую площадь и опирается на натянутые растяжки, поддерживающие конструкцию и любую несбалансированную растягивающую нагрузку от проводников. Башня с оттяжками может быть выполнена V-образной формы, что позволяет снизить вес и стоимость. [10]
Столбы из трубчатой стали обычно собираются на заводе и после этого устанавливаются на полосе отвода. Из-за его долговечности и простоты изготовления и установки многие коммунальные предприятия в последние годы предпочитают использовать монополярные стальные или бетонные опоры вместо решетчатой стали для новых линий электропередачи и замены опор. [ нужна цитата ]
В Германии опоры из стальных труб также устанавливают преимущественно для линий среднего напряжения, кроме того, для линий электропередачи высокого напряжения или двух электрических цепей на рабочее напряжение до 110 кВ. Стальные трубчатые опоры также часто используются для линий 380 кВ во Франции и для линий 500 кВ в США .
В 2021 году первый Т-образный опора новой трубчатой Т-образной конструкции был установлен в Великобритании для новой линии электропередачи к атомной электростанции Хинкли-Пойнт C , по которой проходят две линии электропередачи высокого напряжения на 400 кВ. [11] [12] В конструкции используются электрические кабели, натянутые под траверсой на одном столбе, что снижает визуальное воздействие на окружающую среду по сравнению с решетчатыми опорами. Эти 36 Т-образных пилонов стали первой крупной реконструкцией Великобритании с 1927 года, спроектированной датской компанией Bystrup , победительницей конкурса 2011 года из более чем 250 заявок, проведенного Королевским институтом британских архитекторов и правительством Ее Величества . [13]
Y-образные пилоны — это новая концепция опор электропередачи. Обычно у них есть растяжки или опорная балка, помогающая поддерживать букву «Y» в башне. [14] [15]
Решетчатая башня представляет собой каркасную конструкцию из стальных или алюминиевых профилей. Решетчатые опоры применяются для линий электропередач всех напряжений и являются наиболее распространенным типом для линий электропередачи высокого напряжения. Решетчатые башни обычно изготавливаются из оцинкованной стали. Алюминий используется для снижения веса, например, в горных районах, где конструкции размещаются с помощью вертолета. Алюминий также используется в средах, вызывающих коррозию стали. Дополнительные затраты на материалы для алюминиевых башен будут компенсированы более низкой стоимостью установки. Конструкция алюминиевых решетчатых башен аналогична конструкции стальных, но должна учитывать более низкий модуль Юнга алюминия .
Решетчатую башню обычно собирают на месте ее возведения. Это делает возможным строительство очень высоких башен, до 100 м (328 футов) (а в особых случаях даже выше, как в случае перехода через Эльбу 1 и перехода через Эльбу 2 ). Сборку решетчатых стальных башен можно производить с помощью крана . Решетчатые стальные башни обычно изготавливаются из стальных балок углового профиля (Г-образных или Т-образных балок ). Для очень высоких башен часто используют фермы .
Дерево – это материал, использование которого при передаче высокого напряжения ограничено. Из-за ограниченной высоты имеющихся деревьев максимальная высота деревянных пилонов ограничена примерно 30 м (98 футов). Для изготовления решетчатого каркаса редко используется древесина. Вместо этого они используются для создания многополюсных конструкций, таких как конструкции H-образной и K-образной рамы. Напряжения, которые они несут, также ограничены, например, в других регионах, где деревянные конструкции выдерживают напряжение примерно до 30 кВ.
В таких странах, как Канада или США, деревянные башни выдерживают напряжение до 345 кВ; они могут быть дешевле, чем стальные конструкции, и использовать преимущества изолирующих свойств древесины при перенапряжении. [10] По состоянию на 2012 год [обновлять]линии 345 кВ на деревянных опорах все еще используются в США, и некоторые из них все еще строятся по этой технологии. [16] [17] Древесину также можно использовать для временных конструкций при строительстве постоянной замены.
Бетонные опоры в Германии обычно используются только для линий с рабочим напряжением ниже 30 кВ. В исключительных случаях бетонные опоры применяют и для линий 110 кВ, а также для сети общего пользования или сети тягового тока железных дорог . В Швейцарии для ВЛ 380 кВ используются бетонные опоры высотой до 59,5 метров (самый высокий в мире столб из сборного железобетона в Литтау ). Бетонные столбы также используются в Канаде и США.
Бетонные пилоны, которые не являются сборными, также используются для конструкций высотой более 60 метров. Одним из примеров является опора высотой 66 м (217 футов) линии электропередачи 380 кВ возле электростанции Reuter West в Берлине. Такие пилоны похожи на промышленные дымоходы. [ нужна цитата ] В Китае некоторые опоры для линий, пересекающих реки, были построены из бетона. Самый высокий из этих пилонов принадлежит пересечению линии электропередачи Янцзы в Нанкине и имеет высоту 257 м (843 фута).
Иногда (в частности, на стальных решетчатых башнях для самых высоких уровней напряжения) устанавливают передающие установки, а антенны монтируют сверху, над или под воздушным заземляющим проводом . Обычно эти установки предназначены для служб мобильной связи или радиосвязи энергоснабжающей компании, но иногда также и для других служб радиосвязи, таких как направленная радиосвязь. Так, на пилонах уже были установлены передающие антенны для маломощных FM-радио- и телевизионных передатчиков. На башне «Переправа через Эльбу 1» находится радиолокационная станция, принадлежащая Гамбургскому водному и навигационному управлению.
При пересечении широких долин необходимо соблюдать большое расстояние между проводниками, чтобы избежать коротких замыканий, вызванных столкновением токопроводящих кабелей во время грозы. Для этого иногда для каждого проводника используют отдельную мачту или вышку. Для пересечения широких рек и проливов с пологими берегами приходится строить очень высокие башни из-за необходимости большого просвета по высоте для судоходства. Такие вышки и проводники, которые они несут, должны быть оборудованы лампами и отражателями безопасности полета.
Двумя известными широкими речными переправами являются переправа через Эльбу 1 и переправа через Эльбу 2 . Последний имеет самые высокие мачты воздушной линии в Европе - 227 м (745 футов) в высоту. В Испании опоры воздушной линии, пересекающие испанскую бухту Кадис, имеют особенно интересную конструкцию. Главные переходные башни имеют высоту 158 м (518 футов) с одной траверсой на вершине усеченной каркасной конструкции. Самыми длинными пролетами воздушных линий являются пересечение норвежского пролета Согне-фьорда (4597 м (15 082 футов) между двумя мачтами) и пролета Америкалик в Гренландии (5 376 м (17 638 футов)). В Германии воздушная линия пересечения реки Эяхталь компании EnBW AG имеет самый длинный пролет в стране - 1444 м (4738 футов).
Для вывода ВЛ в крутые, глубокие долины иногда используются наклонные башни. Они используются на плотине Гувера , расположенной в Соединенных Штатах, для спуска по скалистым стенам Черного каньона в Колорадо . В Швейцарии пилон, наклоненный примерно на 20 градусов к вертикали, расположен недалеко от Сарганса , Санкт-Галлен . На двух опорах напряжением 380 кВ в Швейцарии используются сильно наклонные мачты, причем верхние 32 метра одной из них изогнуты на 18 градусов к вертикали.
Дымоходы электростанций иногда оборудуются поперечинами для крепления проводников отходящих линий. Из-за возможных проблем с коррозией дымовыми газами такие конструкции встречаются очень редко.
Новый тип пилонов, получивший название Wintrack pilons, будет использоваться в Нидерландах начиная с 2010 года. Пилоны были спроектированы как минималистская конструкция голландскими архитекторами Звартсом и Янсмой. Использование физических законов в конструкции позволило уменьшить магнитное поле. Также снижается визуальное воздействие на окружающий ландшафт. [18]
Два пилона в форме клоуна появляются в Венгрии, по обе стороны автомагистрали М5 , недалеко от Уйхартяна . [19]
Зал славы профессионального футбола в Кантоне, штат Огайо, США, и компания American Electric Power объединились для разработки, проектирования и установки башен в форме ворот , расположенных по обе стороны межштатной автомагистрали 77 рядом с залом в рамках модернизации энергетической инфраструктуры. [20]
Пилон Микки — это передающая башня в форме Микки Мауса на обочине межштатной автомагистрали 4 , недалеко от Мира Уолта Диснея в Орландо, Флорида .
Еще до того, как будут возведены опоры электропередачи, прототипы опор проходят испытания на испытательных станциях . Их можно собрать и установить различными способами:
Международная организация гражданской авиации выпускает рекомендации по разметке опор и подвешиваемых между ними проводников . В некоторых юрисдикциях эти рекомендации будут обязательными, например, что на определенных линиях электропередачи должны быть установлены маркеры для воздушных проводов через определенные промежутки времени, а на всех достаточно высоких опорах должны быть размещены сигнальные огни , [24] это особенно верно в отношении опор ЛЭП, находящихся в непосредственной близости. в аэропорты .
Опоры электропередач часто имеют идентификационную бирку, на которой указано название линии (либо конечные точки линии, либо внутреннее обозначение энергетической компании) и номер опоры. Это упрощает идентификацию места неисправности энергетической компании, владеющей башней.
Вышки передачи, как и другие вышки со стальной решеткой, в том числе вышки радиовещания или сотовой связи, отмечены знаками, которые препятствуют доступу общественности из-за опасности высокого напряжения. Часто это достигается с помощью знака, предупреждающего о высоком напряжении. В других случаях вся точка доступа к коридору передачи отмечена знаком. Знак, предупреждающий о высоком напряжении, может также содержать название компании, которая построила сооружения, а также приобрела и обозначила земли, на которых расположены сооружения электропередачи, а также участки линий или полосу отвода.
Башенные конструкции можно классифицировать по способу, которым они поддерживают линейные проводники. [25] Подвесные конструкции поддерживают проводник вертикально с помощью подвесных изоляторов. Натяжные конструкции противостоят чистому напряжению в проводниках, и проводники прикрепляются к конструкции через изоляторы натяжения. Тупиковые конструкции выдерживают полный вес проводника, а также все напряжения в нем, а также используют тензоизоляторы.
Конструкции подразделяются на касательную подвеску, угловую подвеску, касательную деформацию, угловую деформацию, касательную тупиковую часть и угловую тупиковую часть. [10] Если проводники расположены по прямой линии, используется касательная опора. Угловые опоры используются там, где линия должна изменить направление.
Обычно для каждой трехфазной цепи переменного тока требуется три проводника, хотя на опорах также используются однофазные цепи и цепи постоянного тока. Проводники могут быть расположены в одной плоскости или с помощью нескольких поперечин могут быть расположены примерно симметрично, треугольно, чтобы сбалансировать импедансы всех трех фаз. Если требуется пронести более одной цепи, а ширина полосы отвода не позволяет использовать несколько опор, на одной и той же вышке можно пронести две или три цепи с использованием нескольких уровней траверс. Часто несколько цепей имеют одинаковое напряжение, но на некоторых конструкциях можно обнаружить смешанные напряжения.
Изоляторы электрически изолируют токоведущую сторону кабелей передачи от конструкции башни и земли. Это либо стеклянные, либо фарфоровые диски, либо композитные изоляторы из силиконового каучука или резинового материала EPDM . Они собраны в струны или длинные стержни, длина которых зависит от напряжения сети и условий окружающей среды. При использовании дисков максимально увеличивается кратчайший электрический путь между концами, что снижает вероятность утечки во влажных условиях.
Демпферы Стокбриджа добавляются к линиям электропередачи в метре или двух от башни. Они состоят из короткого отрезка кабеля, закрепленного параллельно самой линии и утяжеленного на каждом конце. Размер и габариты тщательно спроектированы таким образом, чтобы демпфировать любое накопление механических колебаний строп, которые могут быть вызваны механическими вибрациями, которые, скорее всего, вызваны ветром. Без них может возникнуть стоячая волна, которая увеличится в размерах и разрушит линию или башню.
Иногда к концам изоляторов в местах, где могут возникать скачки напряжения, добавляются дугогасительные рупоры . Они могут быть вызваны либо ударами молнии, либо переключением. Они защищают изоляторы линий электропередач от повреждений из-за искрения. Их можно рассматривать как закругленные металлические трубы на обоих концах изолятора, которые обеспечивают путь к земле в экстремальных обстоятельствах, не повреждая изолятор.
Башни будут иметь определенный уровень физической безопасности, чтобы предотвратить подъем на них представителей общественности или лазающих животных. Это может быть защитное ограждение или перегородки, прикрепленные к опорным стойкам. В некоторых странах требуется, чтобы решетчатые стальные башни были оборудованы заграждением из колючей проволоки на высоте примерно 3 м (9,8 футов) над землей, чтобы предотвратить несанкционированное восхождение. Такие барьеры часто можно найти на вышках рядом с дорогами или в других местах с легким доступом для общественности, даже там, где это не требуется по закону. В Соединенном Королевстве все такие башни оснащены колючей проволокой.
Некоторые опоры ЛЭП, особенно напряжением выше 100 кВ, оснащены передающими антеннами. В большинстве случаев это антенны сотовых телефонов и примыкающие к ним антенны радиорелейных линий, но возможна также установка антенн радиорелейных систем энергетических компаний или антенн малых радиовещательных передатчиков в УКВ-/УВЧ-диапазоне. Северная башня Эльбеккройцунг 1 несет на высоте 30 метров радиолокационную станцию для наблюдения за движением судов на реке Эльбе. Башня 93 объекта 4101 , сетчатый фильтр в Хюрте к югу от Кельна, Германия, с 1977 по 2010 год служила общественной смотровой площадкой, на которую можно было попасть по лестнице.
Следующие башни электропередачи примечательны своей огромной высотой, необычным дизайном, необычной строительной площадкой или использованием в произведениях искусства. Жирным шрифтом обозначено сооружение, которое когда-то было самой высокой опорой электропередачи в мире.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )6.2.8...сферическая...диаметром не менее 60 см.
... 6.2.10 ... должен быть одного цвета.
... Рисунок 6-2 ... 6.3.13
