Материал проводов. Медь обладает высокой проводимостью и достаточной механической прочностью, хорошо противостоит воздействию атмосферных явлений и большинства химически активных примесей, находящихся в воздухе. Медные провода изготовляют из медной неотожженной проволоки диаметром 2,5—4 мм.

Алюминий уступает меди по проводимости и механической прочности. Однако, хотя проводимость алюминия меньше проводимости меди в 1,6 раза, для передачи на одно и то же расстояние одинаковой мощности при одинаковых напряжениях и потерях в линии алюминиевые провода будут весить примерно в 2 раза меньше медных (хотя их сечение должно быть в 1,6 раза больше), так как плотность алюминия в 3,3 раза меньше плотности меди. В то же время алюминий достаточно устойчив к действию химически активных веществ, за исключением щелочей, соляной кислоты и солей, содержащихся в морской воде.

Относительно высокая электрическая проводимость, неоольшая плотность и низкая стоимость обусловили широкое применение алюминия для изготовления проводов воздушных линий электропередачи. Однако малая механическая прочность алюминия приводит к увеличению стрел провеса и соответственно увеличению высоты опор или уменьшению длины пролета. Поэтому чисто алюминиевые провода используют в линиях местного значения напряжением до 35 кВ, где длина пролетов не превышает 100—120 м.

Сталь имеет сравнительно малую электрическую проводимость и большую механическую прочность. Стальные провода применяют при передаче небольших мощностей электроэнергии на короткие расстояния (в колхозах, небольших городах, линиях автоблокировки на железных дорогах и др.), на переходах линий электропередачи через большие реки, ущелья, а также используют в качестве грозозащитных тросов и для изготовления стальных сердечников комбинированных проводов. Изготовляют стальные провода из проволоки с временным сопротивлением на разрыв 65—70 кгс/мм2. Проволока для изготовления стальных сердечников комбинированных проводов и грозозащитных тросов имеет еще большее временное сопротивление— 120 кгс/мм2.

Бронза — сплав меди и олова с добавками в небольших количествах фосфора, кремния и других веществ. Бронзовые провода, как и медные, хорошо противостоят атмосферным и химическим воздействиям.

Конструкция проводов. Для линий электропередачи применяют неизолированные однопроволочные, многопроволочные (из одного металла или комбинированные из двух металлов), а также пустотелые, или полые, провода.

Однопроволочные медные провода изготовляют сечением от 4 до 10 мм2, стальные—сечением от 10 до 28 мм2 (диаметром 3,5—6мм), а биметаллические — из стальной проволоки, покрытой слоем меди или алюминия, — сечением от 10 до 25 мм2.

Многопроволочные провода из одного металла изготовляют скруткой отдельных проволок в определенном порядке. Как правило, провод имеет одну центральную проволоку и последующие повивы (ряды) проволок. В первый повив укладывается обычно шесть проволок, а в каждый последующий — на шесть проволок больше. Таким образом, провод с одним повивом имеет семь проволок, с двумя — девятнадцать и т. д.

Чтобы провод не раскручивался, каждый последующий повив делают в направлении, противоположном предыдущему: один повив левой скрутки, а другой правой.

Многопроволочные комбинированные провода из двух металлов имеют сердечник из стальных проволок большой механической прочности, на который накладывают повнвы проволок из металла с хорошей проводимостью. Наибольшее распространение получили комбинированные сталеалюминиевые провода. Сердечники этих проводов состоят из одной, семи и более стальных проволок. Стальной сердечник восполняет недостаточную механическую прочность алюминия, что позволяет применять сталеалюминиевые провода на линиях электропередачи с большими пролетами. В СССР изготовляют сталеалюминиевые провода с различным соотношением площадей сечений алюминиевой и стальной части провода: для проводов нормальной прочности — 6:1, для усиленных ~4: 1 и для особо усиленных — 1,5: 1. Провода с облегченными сердечниками имеют соотношение около 8: 1, а особо облегченные — 12-18 : 1.

Для больших переходов длиной около 1 км и больше применяют сталебронзовые провода, имеющие значительно большую механическую прочность, чем сталеалюминиевые (за счет большей примерно в 3,5 раза прочности на разрыв бронзы по сравнению с алюминием).

Многопроволочные провода (из одного металла и комбинированные) гораздо надежнее в эксплуатации, чем однопроволочные, так как обрыв одной из проволок не приводит к резкому снижению общей механической прочности провода. Кроме того, они лучше противостоят вибрации, а также имеют большую гибкость, чем одно-проволочные провода таких же сечений, что обеспечивает их лучшую сохранность.

Рис. 1. Конструкции неизолированных проводов:
а — однопроволочного, б — одно-проволочного биметаллического, в — многопроволочного, г — многопроволочного комбинированного, д — полого

Полые проводе изготовляют из алюминиевых и лед-пых проволок специального профиля, скрученных в гибкую трубу и применяют, когда необходимо увеличить наружный диаметр провода, не увеличивая площади его сечения (например, для снижения уровня радиопомех и потерь энергии на корону).

Для увеличения срока службы алюминиевые и стале-алюминиевые провода защищают антикоррозионной нейтральной смазкой. Кроме того, стальной сердечник иногда покрывают поверх смазки двумя лентами из полиэти-лентерефталатной пленки.

В целях унификации и уменьшения стоимости проводов их конструкция и площадь поперечного сечения стандартизованы.

Маркировка проводов. В маркировку многопроволочных проводов входят буквы и числа, указывающие материал и площадь поперечного сечения (мм2). Например, медный провод сечением 120 мм2 обозначают М-120, алюминиевый сечением 95 мм2.— А-95, стальной сечением 25 мм2 — ПС-25. Однопроволочные медные провода обозначают так же, как многопроволочные, а стальные — буквами ПСО (провод стальной оцинкованный) и цифрами, указывающими диаметр провода в миллиметрах (например, ПСО-4). В обозначение комбинированных проводов входит несколько букв и чисел, указывающих материал и площадь сечения сердечника и повивов (например, АС-70/11 — сталеалюминиевый провод со стальным сердечником площадью 11 мм2 и алюминиевыми повивами площадью 70 мм2). Если межпроволочное пространство всего провода защищено нейтральной смазкой, в обозначение провода добавляются буквы КП (например, АСКП-120/19), а если смазкой защищен только стальной сердечник, добавляются буквы КС (АСКС-150/19). Провод с сердечником, покрытым пленкой, обозначают АСК (например, АСК-185/24).

В обозначение полого провода входит первая буква названия материала, из которого он сделан, буква П (полый) и число, указывающее сечение провода в квадратных миллиметрах (например, АП-500 — алюминиевый провод полый сечением 500 мм2).

Грозозащитные тросы с временным сопротивлением 120 кгс/мм2 обозначают буквой С и числом, указывающим площадь его сечения в квадратных миллиметрах (например, С-70).

Условия работы проводов. Выбор марки и сечения проводов для конкретной линии электропередачи зависит не только от передаваемой мощности, но и в значительной степени от механических нагрузок, ожидаемых при эксплуатации. Кроме постоянных нагрузок, действующих на фундаменты, опоры, провода, изоляторы и арматуру, линии электропередачи подвержены воздействию переменных нагрузок, возникающих при изменении температуры окружающего воздуха, появлении гололеда, ветра, а также вибрации и «пляски» проводов. Степень воздействия этих факторов зависит от климатических и географических условий района, по которому проходит трасса линии электропередачи.

Изменение температуры воздуха вызывает увеличение или уменьшение длины провода, соответственно изменяется стрела провеса и тяжение провода. При положительных температурах длина провода увеличивается, при этом тяжение его снижается и напряжение материала уменьшается. Наоборот, при отрицательных температурах длина провода уменьшается, при этом тяжение провода увеличивается и напряжение материала возрастает.

Гололед, вызывающий дополнительную нагрузку на провода, образуется при температуре воздуха от 0 до —5 °С, когда капли переохлажденной воды из воздуха, соприкасаясь с проводами, покрывают их и, намерзая, образуют слой льда, крепко сцепленный с проводом и обычно имеющий большую толщину с наветренной стороны. Кроме того, в морозную погоду или при температуре воздуха около —5 °С на проводах может образоваться изморозь. Нагрузки от гололеда и изморози складываются из массы льда на проводах и нагрузки, создаваемой давлением ветра на площадь гололедно-изморозе-вого цилиндра, и существенным образом влияют на работу проводов.

Ветровая нагрузка на провод зависит от скорости ветра, направления его относительно трассы линии электропередачи, а также площади поверхности, на которую направлено действие ветра. Чем больше диаметр провода, тем больше давление ветра на него. В то же время давление на провода будет наибольшим, если ветер будет направлен поперек трассы.

Скорость ветра зависит от многих причин: на побережье морей и озер скорость ветра больше, чем на суше, в лесу она падает, а на высоте больше, чем у поверхности земли, и т. д. Особенно опасен ветер при гололеде, так как диаметр провода увеличивается за счет слоя осевшего льда или мокрого снега. В таких случаях ветровая нагрузка может быть значительной даже при небольшом ветре.

Вибрация проводов возникает при ровном, непорывистом ветре, дующем со скоростью не менее 0,5 м/с, и наиболее интенсивна при скорости ветра 3— 5 м/с. При этом в воздухе, обтекающем провод, образуются завихрения, которые отрываются с подветренной стороны провода попеременно сверху и снизу. Срывам воздуха сопутствуют небольшие толчки провода (импульсы). При совпадении (резонансе) частоты импульсов с одной из собственных частот натянутого провода провод начинает вибрировать, т. е. колебаться в вертикальной плоскости. Такие колебания имеют волны длиной до 20 м с амплитудой, доходящей до 2—3 диаметров провода.

Частота вибрации зависит от скорости ветра, длины пролета, диаметра провода и тяжения. Поэтому особенно сильная вибрация проводов наблюдается на линиях с большой длиной пролетов, на высоких опорах, в открытой местности, на больших переходах. Кроме того, чем сильнее натянут провод, тем больше он подвержен вибрации. Расположение проводов на опоре существенно влияет на возникновение вибрации. Так, при двух проводах в фазе и их горизонтальном расположении один провод как бы загораживает второй и уровень их вибрации ниже, чем у одиночных.

При вибрации провод повреждается в местах выхода из зажима, так как в этом месте он многократно изгибается, что приводит к излому проволок. Вибрация проводов может привести также к ослаблению болтовых соединений опор. Для уменьшения амплитуды колебаний проводов при вибрации устанавливают фестоны и гасители вибрации (демпферы). Хорошо подобранные гасители снижают амплитуду вибрации провода до 0,1 — 0,2 мм.

«Пляска» проводов возникает иногда в районах, подверженных гололеду, при сильном и порывистом ветре и представляет собой колебания провода с большой амплитудой (до 8—12 м) и незначительной частотой. Длина волны при «пляске» достигает нескольких сотен метров. Особенно сильно подвержены «пляске» провода, покрытые неравномерным слоем гололеда, так как подъемная сила, создаваемая порывами ветра, в этом случае увеличивается. Удары, возникающие при «пляске» проводов, разрушают арматуру и могут разорвать гирлянду изоляторов или привести к поломке опоры. Надежных мер, предотвращающих «пляску» проводов, пока не найдено.

Требования к соединению проводов. В процессе монтажа концы проводов должны быть соединены между собой для создания непрерывной электрической цепи.

Рис. 2. Соединение концов проводов в пролете:
а — методом скручивания овального соединителя, б — методом обжатия двух овальных соединителей и сваркой; 1 — провод, 2 — овальный соединитель, 3 — место термитной сварки проводов, 4 — дополнительный кусок провода

Соединение проводов должно иметь хороший электрический контакт и необходимую механическую прочность. Согласно ПУЭ механическая прочность соединения должна составлять не менее 90% прочности целых проводов или тросов, а электрическое сопротивление смонтированного соединения не должно превышать 120% сопротивления соединяемого провода такой же длины. Кроме того, контактное соединение не должно менять своих характеристик при одновременном воздействии механических нагрузок и нагрева.

Соединение проводов в пролетах разрешается выполнять только так называемыми холодными способами с применением специальных зажимов, так как при горячей обработке провод подвергается местному отжигу, что резко снижает его механическую прочность. Соединение проводов в пролетах выполняют обжатием, скручиванием или опрессовкон специальных соединительных зажимов, в которые предварительно вводят концы соединяемых проводов . Однако со временем электрическое сопротивление такого соединения увеличивается.

Поэтому иногда концы проводов дополнительно сваривают с помощью термитных патронов, что обеспечивает неизменное электрическое сопротивление соединения. Правила устройства электроустановок разрешают выполнять не более одного соединения провода в пролете. В переходных пролетах соединение проводов выполнять не разрешается.

В петлях анкерных опор, где провода не подвергаются значительным механическим нагрузкам, соединения выполняют термитной сваркой без соединительного зажима или при помощи укороченных соединителей. Если необходимо иметь в анкерной петле разъемное соединение, применяют болтовые зажимы. Провода из различных металлов или разных сечений разрешается соединять только в петлях анкерных опор; выполнять такие соединения в пролете не разрешается.

Присоединение алюминиевых или сталеалюминиевых проводов линий электропередачи к аппаратам трансформаторных подстанций, имеющим медные выводы, производят специальными алюминиевыми наконечниками с наваренной переходной медной пластинкой.

Расположение проводов ка опоре. Количество проводов на опорах может быть разным. Одноцепные опоры ВЛ напряжением выше 1000 В рассчитываются на подвеску трех фазных проводов, т. е. одной цепи. На двух-цепных опорах подвешивают две параллельно идущие цепи, т. е. шесть проводов. Сооружают также линии с расщепленными фазами, на которых вместо одного фазного провода подвешивают несколько проводов, скрепленных между собой.

Опоры ВЛ до 1000 В, как правило, позволяют подвешивать несколько цепей. На В Л до 1000 В с глухозазем-ленной нейтралью в дополнение к фазным проводам подвешивают нулевой провод, соединяющий нейтраль трансформатора или генератора с нейтралью токоприемников. Кроме того, на одних и тех же опорах могут быть подвешены провода линий разного напряжения и назначения.