ПРОВОД КОНСТРУКЦИИ GTACSR ПОВЫШАЕТ ПРОПУСКНУЮ СПОСОБНОСТЬ ВЛ

Применение провода GTACSR – альтернатива традиционной реконструкции воздушных линий, при которой для повышения пропускной способности ВЛ увеличивают число и сечение проводов в фазе, что в итоге вынуждает менять опоры. Оценить экономическую эффективность использования GTACSR и техническую надежность такого решения позволят пилотные проекты, осуществленные в Испании и Италии. Перспективной технологии посвящена статья Сергея Соколова, основанная на материалах последней конференции CIRED (Турин, 6–9 июня, 2005).

Сергей Соколов, к.т.н., «Новости ЭлектроТехники»

Рис.1. Структура провода типа GTACSR Рис.2. Испытания прессуемых зажимов Рис.3. Картина распределения тепла поддерживающего зажима GTACSR провода Рис.4. Натяжной зажим для пилотного проекта Рис.5. Смонтированный натяжной зажим и GTACSR провод (ACSR – обычный провод)

Увеличение нагрузки обуславливает рост мощности, передаваемой по воздушным линиям (ВЛ). Это в свою очередь влечет за собой необходимость реконструкции тех линий, загрузка которых близка к предельной. Любой из вариантов реконструкции (замена проводов на провода большего сечения, увеличение числа проводов того же сечения в фазе, повышение номинального напряжения линии) требует установки новых опор, рассчитанных на больший вес провода и изоляторов, большие провесы и гололедно-ветровые нагрузки. То есть фактически речь идет о сооружении новой линии. В энергоснабжающих компаниях Iberdrola S.A. (Испания) и ENEL Distribuzione S.p.A. (Италия) проблему реконструкции ВЛ решают посредством применения проводов конструкции GTACSR, что позволяет эксплуатировать линии при более высоких рабочих температурах и соответственно повысить передаваемую мощность без затрат на новое строительство. Конструкция, характеристики, монтаж Впервые провода GTACSR были разработаны в Японии в 60-х годах прошлого века, когда появились алюминиевые сплавы, стойкие к высоким температурам [1]. GTACSR («Gapped» TAL alloy Aluminium Conductor Steel Reinforced) – это провод с зазором (gap в пер. с англ. зазор), имеющий конструкцию, которая показана на рис. 1. Алюминиевые проводники внутреннего слоя, ближайшего к сердечнику, имеют трапецеидальное сечение. Внутренний слой изготовлен таким образом, что между ним и стальным сердечником есть зазор, заполненный смазкой, стойкой к воздействию температуры. Такая конструкция обеспечивает скольжение алюминиевых слоев относительно стального сердечника, за счет чего GTACSR провод можно натянуть, только зафиксировав стальной сердечник и исключив механическое натяжение алюминиевого слоя. Это решение гарантирует малое (определяемое только линейным коэффициентом расширения стали) удлинение (провисание) провода вследствие роста температуры. Соответственно GTACSR провода увеличивают передаваемые мощности. С другой стороны, для этих конструкций необходима специальная процедура натяжения провода, более сложная по сравнению с натяжением обычных сталеалюминиевых проводов. Основное различие между технологиями монтажа GTACSR и обычных проводов заключается в монтаже зажимов. В случае применения GTACSR провода алюминиевые слои должны быть расплетены для крепления провода на анкерных опорах. После крепления и натяжения провод оставляют на 24 часа для выравнивания (скольжением) проводящих слоев относительно натянутого стального сердечника, затем провод подтягивают. Максимальная рабочая температура GTACSR проводов составляет 150 OС. При такой температуре передаваемая мощность может быть увеличена в 2 раза. Это не предел: для проводов типа ZTACIR с усиленным сердечником из сталеникелевого сплава INVAR допустимая температура достигает 210 OС, а передаваемая мощность в 2,5–3 раза выше, чем на линиях с обычными сталеалюминиевыми проводами при той же конструкции опор (высоте, точке подвеса). Однако стоимость проводов типа ZTACIR на сегодняшний день в 5 раз превышает стоимость обычного провода, а GTACSR провод дороже обычного провода только в 2,5 раза [1]. Пилотные проекты Испанская энергоснабжающая компания Iberdrola провела исследования на типовом пролете ВЛ перед началом использования GTACSR проводов. Эта работа подтвердила поведение GTACSR проводов при различных токовых, механических (натяжение, провес), температурных условиях. Программа исследований была разработана японской компанией-производителем GTACSR проводов под контролем энергоснабжающей компании Iberdrola. В мае 2004 г. Iberdrola впервые выполнила монтаж GTACSR проводов на одной из ВЛ в Испании. В качестве опытной была взята линия 30 кВ Ortuella-Santurtzi (рис. 5). Целями пилотного проекта стали разработка арматуры для крепления провода и технологии его натяжения, а также подтверждение малого провеса провода.

Итальянская сетевая компания ENEL Distribuzione S.p.A. совместно с испытательным центром CESI S.p.A. также предварительно выполнила лабораторные исследования проводов GTACSR и арматуры для их монтажа.
В начале 2005 г. ENEL Distribuzione S.p.A. ввела в эксплуатацию экспериментальную ВЛ 150 кВ длиной 50 км с проводами GTACSR в окрестностях города Lazio.

Разработка арматуры (поддерживающих, соединительных и натяжных зажимов) оказалась достаточно сложной задачей. Как правило, зажимы выполняются прессуемыми и имеют проводящую часть из алюминия.
Правильный расчет теплового режима зажимов важен для того, чтобы избежать отжига и уменьшения силы сжатия проводящей части зажима и провода. Ослабление зажима вследствие отжига вызывает увеличение переходного сопротивления, еще большее тепловыделение и возможное разрушение зажима. Испытательный центр CESI S.p.A. выполнил тепловые испытания прессуемых натяжных и соединительных зажимов (рис. 2).
Фирма Industrias Arruti разработала зажимы для испанского проекта. Требования к зажимам, как уже было сказано, определяются высокой температурой и малым провесом (более сильным натяжением) проводов, который достигается за счет приложения всей механической нагрузки к стальному сердечнику провода. В обычном проводе эту нагрузку несут как стальной сердечник, так и алюминиевая часть провода (пропорция нагрузки определяется типом провода). На алюминиевую часть провода, как правило, приходится от 30 до 50% механической нагрузки. Таким образом, стальной сердечник, используемый в GTACSR проводе, выдерживает механическую нагрузку примерно на 40% больше, чем сердечник обычного провода. Зажимы фирмы Industrias Arruti (рис. 4) конструктивно подобны обычным зажимам. Единственное различие – увеличение сечения зажима, что позволяет снизить плотность тока в нем и улучшить теплоотвод.
Еще один аспект, который был тщательно исследован, – это использование полимерных изоляторов при применении GTACSR проводов. На рис. 3 представлены выполненные тепловизором изображения поддерживающих зажимов и мест крепления их к изоляторам.
Исследования показали, что с точки зрения безопасности нагрев полимерных изоляторов в месте крепления допустим даже при температуре GTACSR провода выше 200 OС. Тепло от провода отводится в основном окружающим воздухом (конвекция), и только малая часть тепла отводится проводимостью через металлическую арматуру (благодаря проводимости).
Кроме этого, GTACSR провода были испытаны на разрыв, вибрацию и ее гашение.
На GTACSR провода пока нет международных стандартов, поэтому на основании выполненных исследований были подготовлены черновые варианты спецификаций и требований к этим проводам и арматуре для их крепления.

В случае замены обычного сталеалюминиевого провода 22,8 мм (европейский стандарт) обычным проводом 31,5 мм большего сечения (585 мм2) стоимость реконструкции составит порядка100 000 евро/км [1]. Это связано с необходимостью замены или модификации опор. Реконструкция той же линии с применением GTACSR провода обойдется всего в 25 000 евро/км (опоры менять не потребуется).
С другой стороны, у проводов GTACSR более высокие потери по сравнению с обычными проводами. Разница в стоимости по потерям составит порядка 5000 евро/км в год.
Исходя из роста нагрузки на 4% в год и ставки дисконтирования 6%, повышенные капиталовложения при реконструкции с применением обычного провода будут покрыты затратами на дополнительные потери только через 10–15 лет [1]. Если предполагается, что нагрузка будет расти в меньшем объеме, то этот срок еще более возрастет.
Реконструкция с заменой опор достаточно длительна и требует привлечения сторонней строительно-монтажной фирмы, а реконструкцию GTACSR проводом энергоснабжающая компания может выполнить своими силами.
В то же время протекание повышенного тока ведет к большему падению напряжения на линии, а значительные повреждения проводящих слоев GTACSR (разрывы провода) могут потребовать замены всего анкерного пролета.
В России в настоящий момент технико-экономическое сравнение линий с GTACSR проводом с обычными линиями пока не проводилось.

1. Grimaldi R., Pirovano G. Uprating 150 kV overhead lines with new heat-resistant conductors // 18th International Conference on Electricity Distribution CIRED 2005. – Turin, 6–9 June.
2. Mazon A.J., Zamora I., Criado R., Alonso C., Medina R., Albizu I. Pilot installation of GTACSR conductors in the Spanish power system // 18th International Conference on Electricity Distribution CIRED 2005. – Turin, 6–9 June.