Если перед съездом с Горьковского шоссе на Электрогорск остановиться на обочине, то откроется вид на три опоры, символизирующие три этапа развития российской энергосистемы:
1) Этап возникновения локальных энергосистем, 10-е – 20-е годы – опора слева, стальная решётчатая анкерно-угловая опора, «классонка» (немецкого типа) С15. Год строительства – 1913, ВЛ 35 кВ Классон – Большие дворы.
Вообще, центром строительства Московской энергосистемы стоит считать не Москву, а именно Электрогорск (изначально – посёлок Электропередача) – именно здесь строилась первая тепловая электростанция (сейчас – Электрогорская ГРЭС (ГРЭС-3 имени Классона)), изначально работавшая на торфе, предназначенная для работы не на местную нагрузку (как например московские ГЭС-1 и ГЭС-2 (в данном случае Г – не гидро-, а государственная), располагающиеся на Болотном острове в Москве), а для передачи электроэнергии удалённым потребителям.
2) Этап неунифицированных опор и роста энергосистемы за счёт роста и объединения локальных энергосистем, с 20-х годов по 60-е – опора посередине, стальная решётчатая анкерно-угловая опора американского типа УМ102;
3) Этап унифицированных опор и массового расширения энергосистемы, с начала 60-х годов – опора справа, стальная решётчатая анкерно-угловая опора У220-2+9;
Для понимания разницы между унифицированными и неунифицированными опорами: например, анкерные опоры 110 кВ ленинградского типа, устанавливавшиеся в 50-х годах насчитывали пять основных типов опор – АЛБ, УТЛБ, УШЛБ, УДЛБ и КЛБ, а в самом массовом советском типовом проекте 3078тм, принятом в 1973 году, их всех заменяла ровно одна опора – У110 (кроме поворота на 90 градусов, который этот типовой в принципе не предусматривал, что правда не мешало проектировщикам применять её и в таких случаях).
Именно появление воздушных линий электропередачи позволило в конце XIX-го – начале ХХ-го века перейти к формированию энергосистем, сначала локальных (для России – примерно в пределах существующих энергосистем), а потом и объединённых, для более крупных регионов, ну и в конце - единых энергосистем и суперэнергосистем.
Кабельные линии даже сейчас могут конкурировать с воздушными только в особых условиях: либо ограниченности места (центры крупных городов), либо технической невозможности прокладки ВЛ (подводные ЛЭП). При этом, КЛ переменного тока (уже в начале ХХ-го века в общем победившему постоянный ток в роли главного способа передачи электроэнергии) принципиально ограничены по протяжённости (несколькими десятками километров) наличием реактивной мощности. У воздушных линий электропередачи тоже есть ограничения, связанные с волновыми свойствами электромагнитных волн, но в данном случае речь идёт о полутора тысячах километров.
В России, как уже говорилось выше, первые высоковольтные ВЛ появились ещё до революции: сначала 30(35) кВ, потом 70, практически сразу заменённые на 110 кВ. При этом, основные элементы ВЛ, хотя и достаточно сильно изменились, функционально остались теми же самыми. К ним относятся:
1) несущие конструкции. Абсолютное большинство из них – опоры, некие конструкции, позволяющие приподнять подвешиваемые элементы над землёй на безопасную высоту;
2) подвешиваемые элементы. Это собственно проводники – различные провода (как неизолированные, так и изолированные), молниезащита проводов – грозозащитные тросы, и волоконно-оптические кабели (ВОК), либо совмещённые с проводами (ОКФП) или тросами (ОКГТ), либо независимые (ОКСН и ОКНН);
3) элементы крепления подвешиваемых элементов к несущим конструкциям – подвески различных видов или штыревые изоляторы.
Вкратце рассмотрим основные категории внутри каждого элемента ВЛ.
Несущие конструкции. Опоры, как уже говорилось, это не единственный способ подвески провода. Провода могут подвешиваться к каким-либо инженерным сооружениям (например, мостам), зданиям или естественному рельефу (например, горам или скалам).
Но, тем не менее, именно опоры составляют абсолютное большинство несущих конструкций ВЛ. Они подразделяются по следующим классам:
1) по материалу:
1.1) металлические (абсолютное большинство – стальные, но также применяются и алюминиевые). В свою очередь, они делятся на:
А. решётчатые (большинство);
Б. многогранные;
В. опоры из гнутого профиля – фактическая смесь решётчатых и многогранных.
1.2) деревянные;
1.3) железобетонные;
1.4) композитные.
2) по функционалу:
А. анкерные. Эти опоры воспринимают все виды нагрузок, действующих на провода, как поперечные (весовую и ветровую), так и продольную (собственно, тяжение в проводе). Не вдаваясь в конструктив, данные опоры можно отличить по подвескам – гирлянды изоляторов (которые называют натяжными) на них висят с большим отклонением от вертикали (см. фото выше);
Б. промежуточные. А вот эти опоры воспринимают только поперечные нагрузки (вес и ветер). За счёт этого промежуточная опора, как правило, значительно легче анкерной.
Хотя, на самом деле, в обычных (неидеальных) условиях промежуточная опора воспринимает и продольные тяжения. А при аварии она прямо обязана удерживать оставшиеся провода (хотя и со значительно меньшим тяжением).
Отличить промежуточную опору достаточно просто – на ней как раз гирлянды изоляторов (которые называют поддерживающими) висят практически вертикально.
Исключение: особые подкласс промежуточный опор – угловые промежуточные, устанавливаемые на небольших углах поворота трассы ВЛ. Гирлянды на таких опорах отклоняются от вертикали достаточно сильно, но не в створ трассы, как натяжные, а по биссектрисе угла между участками трассы.
В. специальные – переходные, транспозиционные, отпаечные, опоры – переходные пункты.
3) по способу закрепления:
А. свободностоящие;
Б. на оттяжках.
До появления унифицированных опор (начало 60-х годов, серия 3852тм) было разработано несколько последовательных типовых серий опор: классонки, американки, порталы, рюмки, крымки, ленинградки.
Собственно, одной из задач унификации была ликвидация этого хоть и красивого, но плохо подходящего для реально массового применения, зоопарка.
Проводов сейчас применяется целая куча – компактированные, высокотемпературные, с разнообразными сердечниками - но в большинстве случаев на линиях висит старый добрый сталеалюминиевый провод.
По количеству проводов в фазе можно предположить номинальное напряжение ВЛ: один – до 220 кВ (включительно), два – 330 кВ, три – 500 кВ, пять – 750 кВ, восемь – 1150 кВ. Но обольщаться не стоит, на переходах через крупные реки расщепление обычно понижают, а в городах, по тем или иным причинам, могут и повысить.
Так, в Москве можно увидеть ВЛ с двумя проводами в фазе, хотя ближайшая ВЛ 330 кВ находится в Конаково Тверской области. Это ВЛ 220 кВ, иногда в виде шинного моста, а иногда и просто линия. Ну а ВЛ 500 кВ с расщеплением на четыре провода – явление рядовое.
Крепление проводов к несущим конструкциям осуществляется с помощью многочисленных железяк (объединённых общим названием – линейная арматура) и изоляторов. Расписывать все элементы линейной арматуры – это тема для отдельной и немаленькой статьи, а вот изоляторы делятся более просто:
1) по типу крепления:
А. штыревые (характерны для ВЛ до 35 кВ, абсолютно доминируют на ВЛ 0,4 кВ и преобладают на ВЛ 6-10 кВ);
Б. подвесные.
2) по материалу:
А. фарфоровые – преобладают в качестве штыревых изоляторов, но встречаются и подвесные. Обычно белого или коричневого цвета (старые изоляторы бывают и зелёные, и даже красные);
Б. стеклянные – основные подвесные изоляторы на высоковольтных ВЛ;
В. полимерные – достаточно редкое ещё явление на ВЛ, хотя в той же Москве их полно.
Помимо всего этого, на линиях дополнительно может висеть ещё много чего:
1) на проводах/тросах/ВОЛС – гасители вибрации, индикаторы короткого замыкания, различные указатели габарита (шары, бализоры);
2) на опорах – птицезащитные устройства, заградительные огни, ограничители перенапряжений, измерительные устройства, банальные муфты и барабаны ВОЛС.
Такое вот кратенькое описание воздушных линий электропередачи…