Fios e cabos de linhas elétricas aéreas

Sobre linhas de ar transmissão de energia tensão acima de 1000 V, são usados ​​fios e cabos desencapados. Estando ao ar livre, eles estão expostos à atmosfera (vento, gelo, mudanças de temperatura) e impurezas nocivas do ar circundante (gases sulfurosos de fábricas químicas, sal marinho) e, portanto, devem ter resistência mecânica suficiente e ser resistentes à corrosão (ferrugem).

Atualmente, os condutores de aço-alumínio têm encontrado a maior aplicação em linhas aéreas.

Anteriormente, os fios de cobre eram usados ​​\u200b\u200bnas linhas aéreas, e agora são usados ​​\u200b\u200balumínio, aço-alumínio e aço e, em alguns casos, fios de ligas especiais de alumínio - eldrium, etc. Os cabos de proteção contra raios são geralmente feitos de aço.

Eles se distinguem pelo design:

a) condutores multicore de um metal, consistindo (dependendo da seção transversal do condutor) de 7; 19 e 37 fios separados torcidos juntos (Fig. 1, b);

b) fios de fio único constituídos por um fio sólido (Fig. 1, a);

c) condutores trançados de dois metais — aço e alumínio ou aço e bronze.Condutores de aço-alumínio de design convencional (classe AC) consistem em um núcleo de aço galvanizado (fio único ou trançado de 7 ou 19 fios), ao redor do qual está localizada uma peça de alumínio, composta por 6, 24 ou mais fios (Fig. 1 ,°C).

Arroz. 1. Construção de fios de linhas aéreas: a — fios de fio único; b — condutores trançados; c — fios de aço-alumínio.

Os dados de projeto estrutural de condutores de alumínio nu e aço-alumínio estão em GOST 839-80.

Veja também: Estruturas de fios nus para linhas elétricas aéreas

A seleção de linhas de ar envolve a consideração de vários fatores, entre os quais um dos mais significativos é o aquecimento prolongado com corrente elétrica. O aquecimento dos fios limita a capacidade de transmissão da linha aérea, leva à corrosão dos fios, perda de resistência mecânica, aumento da flecha, etc. A temperatura dos condutores depende da carga atual e das condições meteorológicas do percurso da linha aérea.

A capacidade de carga dos fios é muito afetada pelas condições climáticas – velocidade do vento, temperatura ambiente e radiação solar, que variam amplamente ao longo do ano.

Diz-se que uma mudança na velocidade do vento tem um impacto maior do que uma mudança na temperatura do ar. Um vento fraco com velocidade de 0,6 m / s aumenta a produtividade dos fios em 140% em comparação com as condições de ar estático, enquanto um aumento na temperatura ambiente em 10 ° C reduz em 10-15%.

Fios de cobre

Meus fios, feitos de fios de cobre bem estirados, têm baixa resistência (r = 18,0 Ohm x mm2/ km) e boa resistência mecânica: resistência à tração máxima sp = 36 ... 40 kgf / mm2, resistem com sucesso às influências atmosféricas e à corrosão de produtos nocivos impurezas no ar.

Os fios de cobre são marcados com a letra M com a adição da seção transversal nominal do fio. Portanto, fio de cobre com seção transversal nominal de 50 mm2 marcado com M - 50.

Atualmente, o cobre é um material escasso e caro, por isso praticamente não é usado como condutores de linhas aéreas de energia. Para economizar, os condutores de cobre, cobre, bronze e aço-bronze foram descontinuados na década de 1960.

fios de alumínio

Os fios de alumínio diferem dos fios de cobre com massa muito menor, resistência específica ligeiramente maior (r = 28,7 ... 28,8 Ohm x mm2/ km) e menos resistência mecânica: sp = 15,6 kgf / mm2 — para condutores de classe AT condutores e sp = 16 … 18 kgf / mm2 de fio Atp.

Fios de alumínio são usados ​​principalmente em redes locais. A baixa resistência mecânica desses fios não permite alta tensão. Para evitar flechas grandes e garantir o necessário PUE o tamanho mínimo da linha ao solo, é necessário reduzir a distância entre os apoios e isso aumenta o custo da linha.

A fim de aumentar a resistência mecânica dos fios de alumínio, eles são feitos de fios rígidos e multitrançados. Bem tolerantes às influências atmosféricas, os fios de alumínio não resistem ao impacto das impurezas nocivas do ar.

Portanto, para linhas aéreas construídas próximas a praias, lagos salgados e indústrias químicas, são recomendados condutores de alumínio da marca AKP protegidos contra corrosão (alumínio resistente à corrosão, com preenchimento do espaço entre os condutores com graxa neutra). Os condutores de alumínio são marcados com a letra A com a adição da seção transversal nominal do condutor.

fios de aço

Os fios de aço possuem alta resistência mecânica: resistência máxima à ruptura sp = 55 ... 70 kgf / mm2... Os fios de aço são monofios ou multifios.

A resistência elétrica dos fios de aço é muito maior que a do alumínio e, nas redes CA, depende da quantidade de corrente que flui pelo fio. Os fios de aço são utilizados em redes locais com tensão de até 10 kV na transmissão de potência relativamente baixa, quando a construção de linhas com fios de alumínio é menos lucrativa.

Uma desvantagem significativa dos fios e cabos de aço é sua suscetibilidade à corrosão. Para reduzir a corrosão, os fios são galvanizados. Existem duas marcas de fio de aço trançado disponíveis: PS (fio de aço) e PMS (fio de aço de cobre). Os fios PS têm adição de cobre de até 0,2% e os fios PSO são feitos com diâmetro de 3; 3,5; 5 mm. Os cabos multifios de aço para proteção contra raios são produzidos nas classes S-35, S-50 e S-70.

Fios de aço-alumínio

Os condutores de aço-alumínio têm a mesma resistência que os condutores de alumínio da mesma seção transversal, porque nos cálculos elétricos dos condutores de aço-alumínio, a condutividade da peça de aço não é levada em consideração devido à sua insignificância em comparação com a condutividade do parte de alumínio dos condutores.

Fios de aço estruturais constituem o interior do fio de aço e alumínio, e os fios de alumínio constituem o exterior. O aço é projetado para aumentar a resistência mecânica, o alumínio é uma parte condutora.

Com fios de aço-alumínio, ocorrem tensões internas adicionais na parte de alumínio do fio, devido aos diferentes coeficientes de dilatação térmica do alumínio e do aço.

A limitação obrigatória da tensão do fio na temperatura média anual para todos os condutores é necessária para evitar o rápido desgaste por fadiga dos condutores devido à vibração.

Foi estabelecido experimentalmente que o alumínio começa a perder suas propriedades de resistência em temperaturas acima de 65 ° C. Levando isso em consideração, ao escolher a temperatura máxima de operação dos fios de aço-alumínio, recomenda-se planejar uma redução na resistência do alumínio em 12 — 15 % (que é 7 — 8% de perda de resistência do fio como um todo) ) ao longo de sua vida útil, o que corresponde aproximadamente à operação contínua do fio por 50 anos a uma temperatura de 90 ° C. Deve-se observar que a perda total de resistência mecânica devido a sobrecargas de emergência de curto prazo dos fios não exceda 1%.

As seguintes marcas de fios de aço-alumínio (GOST 839-80) são produzidas:

AC - fio constituído por um núcleo - fios de aço galvanizado e uma ou mais camadas externas de fios de alumínio. O fio destina-se a ser colocado em terra, exceto em áreas com ar poluído com compostos químicos nocivos;

INQUIRY, ASKP — semelhante ao fio da marca AC, mas com o núcleo de aço (C) ou fio inteiro (P) preenchido com graxa que neutraliza a ocorrência de corrosão do fio. Projetado para assentamento ao longo da costa de mares, lagos salgados e em áreas industriais com ar poluído;

ASK — o mesmo que o fio ASK, mas com um núcleo de aço isolado com uma bainha de plástico. Na marcação do fio, após a letra A, pode estar a letra P, que indica que o fio possui maior resistência mecânica (por exemplo, APSK).

Os fios de aço-alumínio de todas as marcas são produzidos com uma proporção diferente da seção transversal da parte de alumínio do fio para a seção transversal do núcleo de aço: dentro de 6,0 ... 6,16 - para operação do fio em meio condições de carga mecânica; 4,29 ... 4,39 — força aprimorada; 0,65 … 1,46 — resistência particularmente reforçada: 7,71 … 8,03 — construção leve e 12,22 … 18,09 — particularmente leve.

Fios de luz são usados ​​em linhas recém-construídas e reconstruídas em áreas onde a espessura da parede de gelo não excede 20 mm. Condutores de aço-alumínio reforçados são recomendados para uso em áreas com espessura de parede de gelo maior que 20 mm. Arames fortes especiais são utilizados para a execução de longas distâncias em travessias de espaços aquáticos e obras de engenharia.

Para uma caracterização mais completa dos condutores de aço-alumínio, a seção transversal nominal do condutor e a seção transversal do núcleo de aço são inseridas na designação da marca do fio, por exemplo: AC-150/24 ou ASKS-150 /34.

fios Aldrei

Os fios Aldry têm aproximadamente a mesma resistência elétrica que os fios de alumínio, mas têm maior resistência mecânica. Aldry é uma liga de alumínio com menores quantidades de ferro («0,2%), magnésio (»0,7%) e silício («0,8%); em termos de resistência à corrosão, é igual ao alumínio. A desvantagem dos fios Aldrey é sua baixa resistência à vibração.

Localização dos fios da linha aérea

Os condutores nos suportes das linhas aéreas podem ser colocados de diferentes maneiras: em linhas de circuito único - em triângulo ou horizontalmente; em linhas com cadeia dupla — árvore reversa ou hexágono (em forma de «barril»).

A disposição dos fios em triângulo (Fig. 2, a) é utilizada em linhas com tensão de até 20 kV, inclusive em linhas com tensão de 35 ... 330 kV com suportes de metal e concreto armado.

A disposição horizontal dos fios (Fig. 2, b) será utilizada nas linhas 35 ... 220 kV com suportes de madeira. Este arranjo de fios é o melhor do ponto de vista das condições de trabalho, pois permite o uso de suportes inferiores e exclui o emaranhamento dos fios durante a descida do gelo e a dança dos fios.

Nas linhas com dois valores, os fios são colocados com uma árvore reversa (Fig. 2, c), o que é conveniente para as condições de instalação, mas aumenta a massa dos suportes e requer a suspensão de dois cabos de proteção ou um hexágono ( Fig. 2, G).

O último método é preferível.É recomendado para uso em linhas de dois valores com tensão de 35 ... 330 kV.

Todas essas opções são caracterizadas por uma disposição assimétrica dos fios entre si, o que leva a uma diferença nos parâmetros elétricos das fases. Para a equação desses parâmetros, utiliza-se a transposição de fios, ou seja, a localização mútua dos condutores entre si em diferentes seções da linha é alterada sucessivamente nos suportes. Nesse caso, o condutor de cada fase passa um terço do comprimento da linha em um local, o segundo em outro e o terceiro em terceiro (Fig. 3.).

Arroz. 2. Disposição dos fios e cabos de proteção nos suportes: a — com triângulo; b — horizontais; c — árvore reversa; d — hexágono (barril).

Arroz. 3… Esquema de transposição de linha fio único.

O cálculo da parte mecânica da linha aérea é realizado com base na repetibilidade da velocidade do vento e na espessura da parede de gelo nos fios, que atende aos requisitos de confiabilidade e capitalização de uma determinada classe de linhas aéreas.

Linhas aéreas de classes diferentes, ao cruzar o mesmo terreno, especialmente em uma rota comum, devem ser projetadas para diferentes cargas de vento e gelo.

Cabos de proteção contra raios de linhas elétricas aéreas

Os cabos de proteção contra raios são suspensos acima dos fios para protegê-los de surtos atmosféricos. Nas linhas com tensão abaixo de 220 kV, os cabos são pendurados apenas nas proximidades das subestações. Isso reduz a probabilidade de fios sobrepostos perto da subestação. Nas linhas com tensão igual ou superior a 220 kV, os cabos são suspensos ao longo de toda a linha. Cordas de aço são geralmente usadas.

Anteriormente, os cabos das linhas de todas as tensões nominais eram aterrados firmemente em cada suporte. A experiência operacional mostra que as correntes aparecem nos circuitos fechados do sistema de aterramento — cabos — suportes. Surgiram como resultado da ação dos CEM induzidos nos cabos por indução eletromagnética. Ao mesmo tempo, em vários casos, perdas significativas de energia ocorrem em cabos repetidamente aterrados, especialmente em linhas de ultra-alta tensão.

Estudos têm mostrado que, ao suspender cabos com condutividade aumentada (aço-alumínio) em isoladores, os cabos podem ser usados ​​como fios de comunicação e como condutores de corrente para alimentar consumidores de baixa potência.

Para fornecer um nível adequado de proteção contra raios às linhas, os cabos devem ser conectados ao solo através de centelhadores.