Основные элементы воздушных линий электропередач (ВЛ): провода, изоляторы, линейная арматура, опоры и фундаменты. На воздушных линиях переменного трехфазного тока подвешивают не менее трех проводов, составляющих одну цепь, на ВЛ постоянного тока — не менее двух проводов.
По количеству цепей ВЛ делят на одно-, двух- и многоцепные. Количество цепей определяется схемой электроснабжения и необходимостью ее резервирования. Если по схеме электроснабжения требуются две цепи, то эти цепи могут быть подвешены на двух отдельных одноцепных ВЛ с одноцепными опорами или на одной двухцепной ВЛ с двухцепными опорами. Расстояние / между соседними опорами называют пролетом, а расстояние между опорами анкерного типа — анкерным участком.
Провода, подвешиваемые на изоляторах (у — длина гирлянды) к опорам, провисают по цепной линии. Расстояние от точки подвеса до низшей точки провода называют стрелой провеса, определяющей приближение провода к земле. Для населенной местности h до поверхности земли составляет 7м — для 35 и 110 кВ и 8 м — для 220 кВ, h до зданий или сооружений соответственно: 3 м — для 35 кВ; 4м — для 110 кВ и 5 м — для 220 кВ. Длина пролета / определяется экономическими соображениями: обычно 30—75 м для 1 кВ, 150-Н200 м — 110 кВ и до 400 м - для 220 кВ.
В зависимости от способа подвески проводов опоры делят на: а) промежуточные, провода закреплены в поддерживающих зажимах; б) анкерного типа — для натяжения проводов, провода закреплены в натяжных зажимах; в) угловые (на углах поворота ВЛ с подвеской проводов в поддерживающих зажимах), могут быть промежуточные, ответвительные и угловые, концевые, анкерные угловые. Укрупненно же опоры ВЛ выше 1 кВ подразделяют на два вида: анкерные — полностью воспринимающие тяжение проводов и тросов в смежных пролетах, и промежуточные — не воспринимающие тяжение или воспринимающие частично. На ВЛ применяют деревянные, стальные и железобетонные опоры.
Деревянные опоры ВЛ все еще распространены в странах, располагающих лесными запасами Достоинства дерева как материала для опор: небольшой удельный вес, высокая механическая прочность, хорошие электроизоляционные свойства, природный круглый сортамент, обеспечивающий простые конструкции.
Для ВЛ напряжением 20 и 35 кВ, на которых применяют штыревые изоляторы, целесообразно использование одностоечных «свечеобразных» опор с треугольным расположением проводов.
Стойку опоры выполняют составной: верхнюю часть (собственно стойку) — из бревен длиной 6,5-8,5 м, а нижнюю (так называемый пасынок) — из железобетона сечением 20x20 см, длиной 4,25 и 6,25 м или из бревна длиной 4,5-6,5 м. Составные опоры с железобетонным «пасынком» сочетают в себе преимущества железобетонных и деревянных опор: грозоустойчивость и сопротивляемость гниению в месте касания с грунтом. Соединение стойки с «пасынком» выполняют проволочными бандажами из стальной проволоки диаметром 4—6 мм, натягиваемой при помощи скрутки или натяжным болтом.
Анкерные и промежуточные угловые опоры для BЛ 6—10 кВ выполняют в виде А-образной конструкции с составными стойками.
Стальные опоры широко применяют на ВЛ напряжением 35 кВ и выше. По конструктивному исполнению стальные опоры могут быть двух видов: 1) башенные или одностоечные портальные, которые по способу закрепления разделяют на свободностоящие и на опоры на оттяжках.
Достоинство стальных опор — высокая прочность, недостаток — подверженность коррозии, что требует при эксплуатации проведения периодической окраски или нанесения антикоррозийного покрытия. Опоры делают из стального углового проката (в основном применяют равнобокий уголок); высокие переходные опоры могут быть изготовлены из стальных труб. Для узлов соединения элементов используют стальной лист различной толщины. Независимо от конструктивного исполнения стальные опоры выполняют в виде пространственных решетчатых конструкций.
Железобетонные опоры по сравнению с металлическими более долговечны и экономичны в эксплуатации, так как требуют меньше ухода и ремонта (они более энергозатраты). Основное преимущество — уменьшение расхода стали на 40-75 %, недостаток — большая масса. По способу изготовления железобетонные опоры делят на: а) бетонируемые на месте установки (большей частью такие опоры применяют за рубежом); б) заводского изготовления.
Крепление траверс к стволу стойки железобетонной опоры выполняют с помощью болтов, пропущенных через специальные отверстия в стойке, или с помощью стальных хомутов, охватывающих ствол и имеющих цапфы для крепления на них концов поясов траверс. Металлические траверсы предварительно подвергают горячей оцинковке, и поэтому они при эксплуатации долгое время не требуют специального ухода и наблюдения.
Провода воздушных линий выполняют неизолированными, состоящими из одной или нескольких свитых проволок. Провода из одной проволоки, называемые однопроволочными (от 1 до 10 мм2), имеют меньшую прочность, их применяют только на ВЛ напряжением до 1 кВ. Многопроволочные провода, свитые из нескольких проволок, применяют на ВЛ всех напряжений (самонесущие изолированные провода).
Материалы проводов и тросов должны иметь высокую электрическую проводимость, обладать достаточной прочностью, выдерживать атмосферные воздействия (в этом отношении наибольшая стойкость у медных и бронзовых проводов; провода из алюминия подвержены коррозии, особенно на морских побережьях, стальные провода разрушаются даже в нормальных атмосферных условиях).
Для ВЛ применяют однопроволочные стальные провода диаметром 3,5; 4 и 5 мм и медные до 10 мм (нижний предел ограничен из-за недостаточной механической прочности, верхний — из-за того, что изгибы однопроволочного провода большего диаметра могут вызвать в его внешних слоях остаточные деформации, снижающие механическую прочность).
Многопроволочные провода, скрученные из нескольких проволок, более гибкие и могут иметь любое сечение (от 1,0 до 500 мм2). Диаметры отдельных проволок и их количество подбирают так, чтобы сумма поперечных сечений отдельных проволок соответствовала требуемому общему сечению провода. Как правило, многопроволочные провода изготовляют из круглых проволок, причем в центре помещают одну или несколько проволок одинакового диаметра. Длина скрученной проволоки, естественно, несколько больше длины провода, измеренной по его оси. Это обстоятельство вызывает увеличение фактической массы провода на 1-2 % по сравнению с теоретической, получаемой при умножении сечения провода на длину и плотность. Во всех расчетах принимается фактическая масса провода, указанная в соответствующих стандартах.
Марки неизолированных проводов обозначают: буквами М, А, АС, ПС — материал провода; цифрами сечение в квадратных миллиметрах. Алюминиевая проволока А может быть марки АТ (твердой неотожженной) или AM (отожженной мягкой) сплавов АН, АЖ; АС, АСХС — из стального сердечника и алюминиевых проволок; ПС — из стальных проволок; ПСТ — из стальной оцинкованной проволоки. Например, А50 обозначает алюминиевый провод, сечение которого равно 50 мм2, АС50/8 — сталеалюминевый провод сечением алюминиевой части 50 мм2, стального сердечника 8 мм2 (в электрических расчетах учитывается проводимость только алюминиевой части провода); ПСТЗ,5, ПСТ4, ПСТ5 — однопроволочные стальные провода, где цифры соответствуют диаметру провода в миллиметрах.
Стальные тросы (сечение не менее 25 мм2), применяемые на BJI в качестве грозозащитных, изготовляют из оцинкованной проволоки. На ВЛ напряжением 35 кВ применяют тросы сечением 35 мм2, для 110 кВ — 50 мм2, для 220 кВ и выше — 70 мм2.
Сечение многопроволочных проводов различных марок для ВЛ напряжением до 35 кВ определяют по условиям механической прочности, а для ВЛ напряжением 110 кВ и выше — на основании потерь на корону. На ВЛ при пересечении различных инженерных сооружений (линий связи, железных и шоссейных дорог и т. д.) необходимо обеспечивать более высокую надежность. Поэтому минимальные сечения проводов в пролетах пересечений должны быть увеличены.