УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ПРОВОДОВ И АППАРАТОВ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НА ОПОРЕ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ 6÷35 кВ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к устройствам крепления проводов на опорах воздушных линий электропередачи классов напряжения 6÷35 кВ.
Воздушные линии классов напряжения 6÷35 кВ представляют собой распределительные сети среднего напряжения и являются наиболее распространенными в электроэнергетическом хозяйстве. Развитие распределительных сетей, заключающееся в модернизации старых и строительстве новых сетей данного класса, выдвигает достаточно жесткие требования повышенной механической и электрической прочности линии, повышенной заводской готовности устройства для крепления проводов к сборке с целью сокращения затрат при монтаже, повышенной грозоупорности линии для снижения числа отключений при эксплуатации линии в грозовой период.
Известно устройство для закрепления проводов на опоре воздушной линии электропередачи (патент РФ №2356149, кл. H02G 7/20, 2009 г.), выполненное в виде моноблока полностью заводского изготовления, готового к монтажу, с веерообразным расположением изоляторов фазных проводов. Применены линейные опорные стержневые изоляторы с повышенным изоляционным промежутком для повышения электрической прочности линии, например, при воздействии рабочего напряжения в условиях загрязнения и увлажнения изолятора.
Недостатком данной известной конструкции является ограниченность ее применяемости из-за не оптимального расположения изоляторов крайних фаз при восприятии механической нагрузки от веса проводов. Веерообразное расположение изоляторов обуславливает расположение изоляторов крайних фаз близкое к горизонтальному. В силу этого нагрузка от веса проводов воздействует на изолятор как изгибающая сила. Для опорных изоляторов изгибающая сила является наиболее критичной в плане механической прочности, поэтому изоляторы и маркируются номинальной разрушающей силой на изгиб, относительно которой должен быть обеспечен коэффициент запаса не менее 2,5 при всех максимальных расчетных номинальных воздействиях изгибающих сил («Правила устройств электроустановок», ПУЭ, седьмое издание, 2003 г.). В силу изложенного, для нормальной эксплуатации опорных изоляторов изгибающая сила должна быть минимизирована. Для воздушных линий с повышенным сечением проводов и, соответственно, весом, в условиях гололеда при динамическом воздействии сил веса при действии ветровой нагрузки для обеспечения требуемого запаса механической прочности изоляторов потребуется выбрать массивные изоляторы существенно повышенной механической прочности на изгиб, а также необходимо усилить конструкцию данного устройство для закрепления проводов на опоре воздушной линии электропередач, что вызовет увеличение веса, в силу чего применение его станет не эффективным и не приемлемым. К тому же, постоянное воздействие достаточно значительной статической и с динамической составляющей изгибающей силы на изолятор снижает его длительную прочность и, соответственно, надежность работы изолятора. Альтернативным решением может быть уменьшение величины пролета воздушной линии, что ведет к увеличенным затратам на строительство этой линии и также является не приемлемым. Отмеченными факторами восприятия ограниченной весовой нагрузки изоляторами и обуславливается ограниченность применения известной конструкции устройства для закрепления проводов на опоре воздушной линии электропередач. Кроме того, в данном устройстве для закрепления проводов на опоре воздушной линии электропередач не предусмотрена установка аппаратов защиты от перенапряжений, что снижает грозоупорность воздушной линии.
Известно (см. заметку: «УЗПН - новое устройство для грозозащиты ВЛ 6÷10 кВ» в журнале «Энерго - Info», №4 (27), апрель 2009 г.) устройство для закрепления проводов воздушной линии, принятое за прототип, выполненное в виде горизонтальной траверсы с вертикальным расположением изоляторов на траверсе в горизонтальном ряду, оснащаемое устройствами (аппаратами) защиты от перенапряжений в виде ограничителей перенапряжений нелинейных, одним концом закрепляемых на траверсе, а ко второму концу присоединен электрод искрового промежутка. Второй электрод искрового промежутка закрепляется на проводе воздушной линии в процессе монтажа. Вертикальное расположение изоляторов исключает изгибающее воздействие на них сил веса проводов.
Недостатком прототипа является сложность монтажа и наладки в части подключения устройства (аппарата) защиты от перенапряжений и настройки по месту (на опоре) требуемого размера искрового промежутка. Конструкция не является моноблочной полностью заводского изготовления. Кроме того, представленные конструктивные решения воздушной линии также не рассчитаны для применения в линиях с высокими механическими нагрузками (штыревое крепление изоляторов на траверсе-угольнике не обладают высокой механической прочностью для применения в высоконагруженных воздушных линиях).
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение области применения моноблочной конструкции полностью заводского изготовления устройства для закрепления проводов для применения в воздушных линиях электропередач с повышенным сечением проводов, в том числе и в районах с повышенной категорией по гололеду и ветру, без существенного увеличения веса за счет повышения механической прочности траверсы и установки изоляторов фазных проводов в положение, исключающее воздействие изгибающих сил на изолятор. Задачей также является включение в моноблочную конструкцию устройства для закрепления проводов аппаратов защиты от перенапряжений, оснащенных настроенными искровыми промежутками, не требующих наладочных работ на монтаже.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для закрепления проводов и аппаратов защиты от перенапряжений на опоре воздушной линии 6÷35 кВ, содержащем металлическую горизонтальную траверсу, изоляторы для каждого фазного провода, аппараты защиты от перенапряжений в виде ограничителей перенапряжений нелинейных с искровым промежутком, ограничители перенапряжений нелинейные имеют жестко присоединенные к ним линейные изоляторы, на которых собраны, отрегулированы и закреплены искровые промежутки, собранные таким образом аппараты защиты от перенапряжений закреплены в горизонтальной плоскости на металлической траверсе, выполненной в виде отрезка стальной прямоугольной трубы, изоляторы фазных проводов установлены на траверсе в вертикальной плоскости, а к нижней части металлической траверсы жестко присоединено устройство крепления к опоре воздушной линии в виде фланца для болтового крепления к ответному фланцу опоры.
В качестве изоляторов для фазных проводов применены линейные опорные стержневые полимерные изоляторы с повышенным изоляционным расстоянием.
В качестве изоляторов для фазных проводов применены линейные опорные стержневые фарфоровые изоляторы с повышенным изоляционным расстоянием.
Сущность полезной модели поясняется фигурами: на фиг.1 изображено устройство для закрепления проводов и аппаратов защиты от перенапряжений на промежуточной опоре воздушной линии; на фиг.2 изображен разрез А-А (фиг.1) по месту установки центрального изолятора и аппарата защиты от перенапряжений; на фиг.3 изображен разрез Б-Б (фиг.1) по месту установки крайнего изолятора и аппарата защиты от перенапряжений; на фиг.4 изображено устройство для закрепления проводов и аппаратов защиты от перенапряжений на анкерно-угловой опоре воздушной линии.
На траверсе 1, выполненной из стальной прямоугольной трубы, расположены линейные опорные стержневые изоляторы 2 фазных проводов 3. По торцам стальной прямоугольной трубы вварены стальные заглушки для предотвращения скапливания влаги внутри трубы. Изоляторы 2 применены с повышенным изоляционным расстоянием и установлены на траверсе 1 в вертикальной плоскости. Аппарат защиты от перенапряжений содержит ограничитель перенапряжений нелинейный 4, к которому жестко присоединен линейный изолятор 5. На концах линейного изолятора 5 закреплены электроды 6 (показаны схематично в виде роговых электродов), образующие искровой промежуток L. Аппараты защиты от перенапряжений устанавливаются на траверсе 1 в горизонтальной плоскости, например, с помощью резьбовых соединений. К нижней плоскости металлической прямоугольной трубы траверсы 1 приварен фланец 7, имеющий отверстия 8 для крепления к ответному фланцу опоры воздушной линии (на рисунках не показанной). Аппараты защиты от перенапряжений соединяются с фазными проводами с помощью зажимов 10 и проводников 11.
На фиг.1 и 4 представлены варианты полной грозозащиты воздушной линии, когда на одной опоре устанавливается на каждой фазе свой аппарат защиты от перенапряжений. В этом случае комбинаций горизонтального расположения аппаратов для защиты от перенапряжений относительно траверсы 1 может быть несколько, например, комбинируя расположение аппаратов по обе стороны траверсы, или устанавливая некоторые аппараты перпендикулярно воздушной линии в резьбовое соединение, выполненное на вваренной в торец прямоугольной трубы заглушке траверсы 1. Для промежуточной опоры для обеспечения удобства и однотипности присоединения аппаратов защиты от перенапряжений всех фаз для средней фазы аппарат предпочтительно крепить, например, к угольнику 9, приваренному к фланцу 7 траверсы 1, как это показано на фиг.1. На анкерно-угловой опоре (фиг.4) аппарат защиты от перенапряжений для крайней фазы со стороны внутреннего угла поворота воздушной линии предпочтительно устанавливать в торце заглушки стальной прямоугольной трубы. Во всех этих случаях обеспечиваются требуемые расстояния между частями линии под напряжением и между частями под напряжением и заземленными конструкциями, а также отсутствие перекрестных соединений.
Для линий класса напряжений 6÷35 кВ более характерна распределенная защита, когда один аппарат защиты от перенапряжений устанавливается на одной опоре на одной фазе, на второй опоре - на второй фазе, и так далее. В этом случае для расположения аппарата защиты от перенапряжений в горизонтальной плоскости и присоединения его к воздушной линии достаточно использовать одну наиболее подходящую позицию из представленных на фиг.1 и 4. Критериев, по сути, два, это соблюдение требуемых межфазных расстояний и требуемых расстояний от элементов под напряжением до заземленных частей (требуемые минимальные расстояния приводятся в ПУЭ).
Описываемое устройство для закрепления проводов и аппаратов защиты от перенапряжений рассчитано также для применения в воздушных линиях электропередач с повышенным сечением проводов, в том числе и в районах с повышенной категорией по гололеду и ветру. Возможность широкого применения определяется следующими факторами:
1. Траверса выполняется из стальной прямоугольной трубы, которая при минимальных весовых параметрах обладает повышенной прочностью и жесткостью при изгибе и кручении. В частности, при аварийном режиме, связанном с обрывом проводов крайних фаз, труба подвергается воздействию повышенного крутящего момента от одностороннего тяжения проводов, а в силу своей геометрии поперечного сечения (замкнутый профиль) траверса выдерживает воздействие значений крутящего момента при минимуме веса намного больше, чем не замкнутые профили, например, угольник, или швеллер, близких по массе. Обеспечивается при этом запас прочности при воздействии изгибающих сил от веса проводов с гололедом, от действия сил натяжения в анкерно-угловых опорах, а также в аварийном режиме при обрыве провода.
2. Восприятие воздействия сил веса проводов, в том числе и при гололеде, за счет сжатия вертикально расположенных изоляторов, является менее напряженным режимом, чем восприятие этих сил за счет изгиба изоляторов. При этом остается запас механической прочности по изгибу для восприятия горизонтальной ветровой нагрузки, которая, как показывает практика и расчеты, значительно меньше (в 3÷5 раз) сил веса проводов с гололедом. Изолятор в этих условиях имеет достаточный запас механической прочности при изгибе при установке их на анкерно-угловой опоре (фиг.4). Кроме того, при данном расположении изоляторов запас механической прочности при изгибе при аварийном режиме при обрыве провода обеспечивается менее габаритными и меньшими по весу изоляторами, что крайне важно для моноблочной конструкции полного заводского изготовления.
3. Повышенная механическая прочность траверсы, выполненная с минимальным весом, позволяет применить ее для высоконагруженных воздушных линий (по весу проводов, гололеду и ветру) в моноблочной конструкции. Для таких воздушных линий характерно применение металлических опор, как наиболее прочных из ряда применяемых (деревянных, железобетонных), и в данном случае наиболее простое сочленение траверсы с опорой - фланцевое на болтах. Приварка фланца к нижней плоскости траверсы решает проблему соединения с опорой и не усложняет конструкцию траверсы.
4. Повышенная электрическая прочность воздушной линии обеспечивается применением изоляторов с повышенным изоляционным расстоянием.
5. Грозозащита воздушной линии обеспечивается установкой на траверсе в горизонтальной плоскости аппаратов защиты от перенапряжений с заранее в заводских условиях отрегулированным искровым промежутком L, расположенном на изоляторе 5, жестко закрепленном на ограничителе перенапряжений нелинейном (поз.4).
В совокупности траверса 1 с приваренным фланцем 7 в заводских условиях оснащается изоляторами 2 и аппаратами защиты от перенапряжений с проводниками 11 и зажимами 10. На монтаже конструкция для закрепления проводов и аппаратов защиты от перенапряжений устанавливается на опоре воздушной линии 6÷35 кВ при помощи фланцевого соединения. На изоляторах 2 закрепляются провода 3 одним из известных способов, например, спиральной вязкой. Затем на проводах воздушной линии устанавливаются зажимы 10, подгоняются по длине и закрепляются в зажимах провода 11. На этом установка устройства для закрепления проводов и аппаратов защиты от перенапряжений на опоре воздушной линии завершена.
Таким образом, применение моноблочной конструкции расширено в область тяжелонагруженных (по весу проводов, гололеду и ветру) линий электропередач. При этом решается задача установки аппаратов защиты от перенапряжений и обеспечения грозоупорности линии.