Fils et câbles des lignes électriques aériennes

Sur lignes aériennes puissance de transmission tension supérieure à 1000 V, des fils et câbles nus sont utilisés. Étant à l'extérieur, ils sont exposés à l'atmosphère (vent, glace, changements de température) et aux impuretés nocives de l'air ambiant (gaz soufrés des usines chimiques, sel marin) et doivent donc avoir une résistance mécanique suffisante et résister à la corrosion (rouille).

À l'heure actuelle, les conducteurs en acier-aluminium ont trouvé la plus grande application dans les lignes aériennes.

Auparavant, des fils de cuivre étaient utilisés sur les lignes aériennes, et maintenant l'aluminium, l'acier-aluminium et l'acier sont utilisés, et dans certains cas, des fils d'alliages d'aluminium spéciaux - eldrium, etc. Les câbles de protection contre la foudre sont généralement en acier.

Ils se distinguent par leur conception :

a) conducteurs multiconducteurs d'un métal, composés (selon la section du conducteur) de 7; 19 et 37 fils séparés torsadés ensemble (Fig. 1, b);

b) fils monofilaires constitués d'un fil solide (Fig. 1, a);

c) conducteurs toronnés de deux métaux — acier et aluminium ou acier et bronze.Les conducteurs en acier-aluminium de conception conventionnelle (classe AC) sont constitués d'une âme en acier galvanisé (fil unique ou torsadé de 7 ou 19 fils), autour de laquelle se trouve une partie en aluminium, composée de 6, 24 fils ou plus (Fig. 1 , °C).

Riz. 1. Construction de fils de lignes aériennes: a - fils à un seul fil; b - conducteurs toronnés ; c — fils d'acier-aluminium.

Les données de conception structurelle des conducteurs nus en aluminium et en acier-aluminium sont dans GOST 839-80.

Voir également: Structures en fils nus pour lignes électriques aériennes

Le choix des conduites d'air implique la prise en compte de plusieurs facteurs, dont l'un des plus importants est le chauffage prolongé avec du courant électrique. L'échauffement des fils limite la capacité de transmission de la ligne aérienne, entraîne la corrosion des fils, leur perte de résistance mécanique, l'augmentation de la flèche, etc. La température des conducteurs dépend de la charge actuelle et des conditions météorologiques du tracé de la ligne aérienne.

La capacité de charge des câbles est grandement affectée par les conditions météorologiques - vitesse du vent, température ambiante et rayonnement solaire, qui varient considérablement tout au long de l'année.

On dit qu'un changement de la vitesse du vent a un impact plus important qu'un changement de la température de l'air. Un vent faible d'une vitesse de 0,6 m / s augmente le débit des fils de 140% par rapport aux conditions d'air statique, tandis qu'une augmentation de la température ambiante de 10 ° C le réduit de 10 à 15%.

Fils de cuivre

Mes fils, constitués de fils de cuivre trés serrés, ont une faible résistance (r = 18,0 Ohm x mm2/km) et une bonne résistance mécanique : résistance à la traction maximale sp = 36 ... 40 kgf/mm2, résistent avec succès aux influences atmosphériques et à la corrosion par des agents nocifs. impuretés dans l'air.

Les fils de cuivre sont marqués de la lettre M avec l'ajout de la section nominale du fil. Donc, fil de cuivre d'une section nominale de 50 mm2 marqué par M - 50.

Actuellement, le cuivre est un matériau rare et cher, c'est pourquoi il n'est pratiquement pas utilisé comme conducteur pour les lignes électriques aériennes.Pour économiser le cuivre, les conducteurs en cuivre, en bronze et en acier-bronze ont été abandonnés dans les années 1960.

Fils d'aluminium

Les fils en aluminium se distinguent des fils en cuivre par une masse beaucoup plus faible, une résistance spécifique légèrement plus élevée (r = 28,7 ... 28,8 Ohm x mm2/km) et une résistance mécanique moindre : sp = 15,6 kgf / mm2 — pour les conducteurs de classe AT et sp = 16 … 18 kgf / mm2 de fil Atp.

Les fils d'aluminium sont principalement utilisés dans les réseaux locaux. La faible résistance mécanique de ces fils ne permet pas une haute tension. Pour éviter les grosses flèches et sécuriser le nécessaire PUE la taille minimale de la ligne au sol, il faut réduire la distance entre les supports et cela augmente le coût de la ligne.

Afin d'augmenter la résistance mécanique des fils d'aluminium, ceux-ci sont constitués de fils multibrins tréfilés. Bien tolérants aux influences atmosphériques, les fils d'aluminium ne résistent pas à l'impact des impuretés nocives de l'air.

Par conséquent, pour les lignes aériennes construites à proximité des bords de mer, des lacs salés et des usines chimiques, les conducteurs en aluminium de marque AKP protégés contre la corrosion (aluminium résistant à la corrosion, avec remplissage de l'espace entre les conducteurs avec de la graisse neutre) sont recommandés. Les conducteurs en aluminium sont marqués de la lettre A avec l'ajout de la section nominale du conducteur.

Fils d'acier

Les fils d'acier ont une résistance mécanique élevée : résistance maximale à la rupture sp = 55... 70 kgf/mm2... Les fils d'acier sont monofilaires ou multifilaires.

La résistance électrique des fils d'acier est beaucoup plus élevée que celle de l'aluminium et, dans les réseaux à courant alternatif, elle dépend de la quantité de courant circulant dans le fil. Les fils d'acier sont utilisés dans les réseaux locaux avec une tension allant jusqu'à 10 kV lors de la transmission d'une puissance relativement faible, lorsque la construction de lignes avec des fils d'aluminium est moins rentable.

Un inconvénient important des fils et câbles en acier est leur sensibilité à la corrosion. Pour réduire la corrosion, les fils sont galvanisés. Il existe deux marques de fil d'acier toronné : PS (fil d'acier) et PMS (fil d'acier au cuivre). Les fils PS ont une addition de cuivre allant jusqu'à 0,2% et les fils PSO sont fabriqués avec un diamètre de 3; 3,5 ; 5 millimètres. Les câbles de protection contre la foudre à câbles multifilaires en acier sont produits dans les nuances S-35, S-50 et S-70.

Fils acier-aluminium

Les conducteurs acier-aluminium ont la même résistance que les conducteurs aluminium de même section, car dans les calculs électriques des conducteurs acier-aluminium, la conductivité de la partie acier n'est pas prise en compte du fait de son insignifiance par rapport à la conductivité de la partie en aluminium des conducteurs.

Les fils d'acier de construction constituent l'intérieur du fil d'acier et d'aluminium et les fils d'aluminium constituent l'extérieur. L'acier est conçu pour augmenter la résistance mécanique, l'aluminium est une pièce conductrice.

Avec les fils acier-aluminium, des contraintes internes supplémentaires se produisent dans la partie aluminium du fil, en raison des différents coefficients de dilatation thermique de l'aluminium et de l'acier.

La limitation obligatoire de la tension des fils à la température annuelle moyenne pour tous les conducteurs est nécessaire pour éviter une usure rapide des conducteurs par fatigue due aux vibrations.

Il a été établi expérimentalement que l'aluminium commence à perdre ses propriétés de résistance à des températures supérieures à 65 ° C. Compte tenu de cela, lors du choix de la température de fonctionnement maximale des fils acier-aluminium, il est recommandé de prévoir une réduction de la résistance de l'aluminium de 12 — 15 % (soit 7 — 8 % de perte de résistance du fil dans son ensemble) ) tout au long de leur durée de vie, ce qui correspond approximativement à un fonctionnement continu du fil pendant 50 ans à une température de 90 °C. Il convient de noter que la perte totale de résistance mécanique due aux surcharges d'urgence à court terme des fils ne dépasse pas 1%.

Les marques suivantes de fils acier-aluminium (GOST 839-80) sont produites:

AC - fil composé d'une âme - fils d'acier galvanisé et d'une ou plusieurs couches extérieures de fils d'aluminium. Le fil est destiné à être posé sur terre, sauf dans les zones où l'air est pollué par des composés chimiques nocifs;

ENQUÊTE, ASKP — similaire au fil de marque AC, mais avec le noyau en acier (C) ou le fil entier (P) rempli de graisse qui contrecarre l'apparition de la corrosion du fil. Conçu pour la pose le long de la côte des mers, des lacs salés et dans les zones industrielles à air pollué ;

ASK - identique au fil ASK, mais avec un noyau en acier isolé avec une gaine en plastique. Dans le marquage du fil, après la lettre A, il peut y avoir la lettre P, qui indique que le fil a une résistance mécanique accrue (par exemple, APSK).

Les fils acier-aluminium de toutes les marques sont produits avec un rapport différent de la section transversale de la partie aluminium du fil à la section transversale de l'âme en acier: entre 6,0 ... 6,16 - pour le fonctionnement du fil en milieu conditions de charge mécanique ; 4,29 ... 4,39 - résistance accrue ; 0,65 … 1,46 — résistance particulièrement renforcée : 7,71 … 8,03 — construction légère et 12,22 … 18,09 — particulièrement légère.

Les fils légers sont utilisés sur les lignes nouvellement construites et reconstruites dans les zones où l'épaisseur du mur de glace ne dépasse pas 20 mm. Les conducteurs renforcés en acier-aluminium sont recommandés pour une utilisation dans les zones où l'épaisseur de la paroi de glace est supérieure à 20 mm. Des fils solides spéciaux sont utilisés pour la mise en œuvre de longues distances dans les traversées d'espaces aquatiques et d'ouvrages d'art.

Pour une caractérisation plus complète des conducteurs acier-aluminium, la section nominale du conducteur et la section de l'âme en acier sont renseignées dans la désignation de la marque du fil, par exemple : AC-150/24 ou ASKS-150 /34.

Fils Aldrei

Les fils Aldry ont à peu près la même résistance électrique que les fils d'aluminium, mais ont une plus grande résistance mécanique. L'Aldry est un alliage d'aluminium avec des quantités mineures de fer (« 0,2 %), de magnésium (» 0,7 %) et de silicium (« 0,8 % ») ; en termes de résistance à la corrosion, il est égal à l'aluminium. L'inconvénient des fils Aldrey est leur faible résistance aux vibrations.

Emplacement des fils de lignes aériennes

Les conducteurs sur les supports des lignes aériennes peuvent être placés de différentes manières : sur des lignes à un seul circuit — en triangle ou horizontalement ; sur des lignes à double chaîne — arbre inversé ou hexagone (en forme de «tonneau»).

La disposition des fils en triangle (Fig. 2, a) est utilisée sur les lignes avec une tension allant jusqu'à 20 kV, y compris sur les lignes avec une tension de 35 ... 330 kV avec des supports en métal et en béton armé.

La disposition horizontale des fils (Fig. 2, b) sera utilisée sur les lignes 35 ... 220 kV avec des supports en bois. Cette disposition des fils est la meilleure du point de vue des conditions de travail, car elle permet l'utilisation de supports inférieurs et exclut l'enchevêtrement des fils lors de la descente sur glace et de la danse du fil.

Sur les lignes à deux valeurs, les fils sont placés soit avec un arbre inversé (Fig. 2, c), ce qui est pratique pour les conditions d'installation, mais augmente la masse des supports et nécessite la suspension de deux câbles de protection ou d'un hexagone ( Fig. 2, G).

Cette dernière méthode est préférable.Il est recommandé pour une utilisation sur des lignes à deux valeurs avec une tension de 35 ... 330 kV.

Toutes ces options se caractérisent par une disposition asymétrique des fils les uns par rapport aux autres, ce qui entraîne une différence dans les paramètres électriques des phases. Pour l'équation de ces paramètres, on utilise la transposition des fils, c'est-à-dire l'emplacement mutuel des conducteurs les uns par rapport aux autres sur différents tronçons de la ligne est modifié successivement sur les supports. Dans ce cas, le conducteur de chaque phase passe un tiers de la longueur de la ligne à un endroit, le deuxième à l'autre et le troisième à la troisième (Fig. 3.).

Riz. 2. Disposition des fils et câbles de protection sur les supports : a — avec un triangle ; b-horizontale ; c - arbre inversé; d - hexagone (baril).

Riz. 3… Schéma de transposition de ligne monofilaire.

Le calcul de la partie mécanique de la ligne aérienne est effectué en fonction de la répétabilité de la vitesse du vent et de l'épaisseur du mur de glace sur les câbles, ce qui répond aux exigences de fiabilité et de capitalisation d'une certaine classe de lignes aériennes.

Les lignes aériennes de différentes classes, lorsqu'elles traversent le même terrain, en particulier sur un itinéraire commun, doivent être conçues pour différentes charges de vent et de glace.

Câbles de protection contre la foudre des lignes électriques aériennes

Des câbles de protection contre la foudre sont suspendus au-dessus des fils pour les protéger des surtensions atmosphériques. Sur les lignes dont la tension est inférieure à 220 kV, les câbles ne sont suspendus qu'aux abords des sous-stations. Cela réduit la probabilité de chevauchement des fils à proximité de la sous-station. Sur les lignes d'une tension de 220 kV et plus, les câbles sont suspendus sur toute la ligne. Des cordes en acier sont généralement utilisées.

Auparavant, les câbles des lignes de toutes les tensions nominales étaient fermement mis à la terre sur chaque support. L'expérience d'exploitation montre que des courants apparaissent dans les circuits fermés du système de mise à la terre — câbles — supports. Ils sont apparus à la suite de l'action des champs électromagnétiques induits dans les câbles par induction électromagnétique. Dans le même temps, dans un certain nombre de cas, des pertes de puissance importantes se produisent dans des câbles mis à la terre de manière répétée, en particulier dans les lignes à très haute tension.

Des études ont montré qu'en suspendant des câbles à conductivité accrue (acier-aluminium) sur des isolateurs, les câbles peuvent être utilisés comme fils de communication et comme conducteurs de courant pour alimenter des consommateurs de faible puissance.

Afin de fournir un niveau adéquat de protection contre la foudre aux lignes, les câbles doivent être reliés à la terre par des éclateurs.