Марка • Оборудование

Дмитрий Зотов, ООО «ЭМ-КАБЕЛЬ», г. Саранск

ЭМ-КАБЕЛЬ:
ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.
Повышение передаваемой мощности

Открыть в формате PDF

В последние годы многие сетевые организации России сталкиваются с проблемой ограниченной пропускной способности ЛЭП.
Для удовлетворения растущих потребностей в электроэнергии, компании вынуждены постоянно модернизировать сети путем строительства дополнительных линий, замены существующих проводов на провода с большим поперечным сечением, повышения напряжения линии. Однако все эти решения имеют существенные недостатки.

Сегодня в российских электросетях существует настоятельная необходимость значительно повысить мощность, передаваемую по воздушным линиям.

В настоящее время на предприятии ООО «ЭМ-КАБЕЛЬ» разработаны несколько современных конструкций высоковольтных проводов, предназначенных для повышения пропускной способности существующих линий электропередачи. Провода могут применяться как при строительстве новых линий в сетях с пиковыми и сезонными нагрузками, так и при реконструкции старых, пропускная способность которых не обеспечивает растущий спрос потребителей.

Преимуществом данных проводов является то, что при равных массогабаритных и физико-механических параметрах они имеют пропускную способность в два раза выше относительно стандартных проводов АС.

ТЕРМОСТОЙКИЙ ПРОВОД АСПТ

АСПТ (рис. 1) с рабочей температурой 150 °С состоит из несущего сердечника, свитого из стальных проволок, плакированных алюминием, способного выдерживать высокие температуры и обладающего высокой коррозионной стойкостью, и токопроводящей части из сплава алюминия с цирконием, сохраняющего механическую прочность до температуры 210 °С.

Рис. 1. Конструкция термостойкого провода АСПТ

Увеличение пропускной способности (рис. 2) обеспечивает сплав алюминия с цирконием (Al-Zr). Известно, что алюминий рекристаллизуется и теряет механическую прочность при температуре выше 90 °С. Небольшие добавки циркония (до 0,4%) резко повышают прочность и температуру рекристаллизации (более чем на 100 °С) и незначительно снижают проводимость алюминия. При комнатной температуре механические свойства сплава алюминия с цирконием и чистого алюминия различаются мало, однако повышение температуры до 200 °С приводит к заметной разнице в свойствах этих материалов. Длительные нагревы проволоки из сплава алюминия с цирконием при 150 °С практически не приводят к снижению его прочности, за счет чего и происходит увеличение тока и передаваемой мощности в 2 раза.

Рис. 2. Пропускная способность провода АСПТ по сравнению с проводом АС

Применение в сердечнике провода стали, плакированной алюминием, продиктовано тем, что оцинкованная сталь имеет ограничение по нагреву. Согласно п. 1.3.22 и 1.3.35 ПУЭ допустимые длительные токи для неизолированных проводов, содержащих в конструкции оцинкованную сталь, приняты из расчета допустимой температуры их нагрева +70 °С при температуре воздуха +25 °С. Цинковое покрытие по отношению к стали является анодным покрытием до температуры +70 °С. При более высокой температуре электродный потенциал цинка сдвигается в положительную сторону и цинковое покрытие по отношению к стали становится уже катодным покрытием. Другими словами, до +70 °С цинк защищает сталь от коррозии, а свыше +70 °С, наоборот, сталь защищает цинк. Т.о., в связи с повышенной коррозией применение в высокотемпературных проводах оцинкованной стали недопустимо.

ПРОВОД С УМЕНЬШЕННОЙ СТРЕЛОЙ ПРОВЕСА АСПТз

АСПТз представляет собой стальной сердечник из проволок, плакированных алюминием повышенной коррозионной стойкости, и токопроводящей части из сплава алюминия с цирконием, способного длительное время выдерживать температуру 210 °С.

Расчетное тепловое расширение провода – это средняя величина между тепловым расширением стали и алюминия в зависимости от сечений стальной части провода и алюминиевой, которые отличаются в 3,5 раза. Уменьшить тепловое расширение провода можно, исключив растягивающее воздействие алюминия на стальной сердечник. Это позволяет сделать арочный повив из трапециевидных проволок, при котором стальной сердечник оказывается внутри полой трубки, частично заполненной термостойкой смазкой (рис. 3). Образованный при этом пустотелый зазор составляет 1,4 мм.

Рис. 3. Конструкция термостойкого провода АСПТз

На практике эффект снижения теплового расширения провода при применении конструкции провода с зазором продемонстрирован на рис. 4. График наглядно показывает, как отличается удлинение провода, скрученного по классической технологии, типа АС от провода с зазором АСПТз.

Рис. 4. Эффект снижения теплового расширения провода АСПТз по сравнению с проводом АС

Результаты подтверждаются испытаниями, проведенными в ООО «ИЦ ОПТИКЭНЕРГО». На фото 1 показаны два подвешенных провода, нагретых до температуры 210 °С. Слева – провод АС, справа – АСПТз. Измеренная разница стрел провеса составляет 1,8 метра в пролете длиной 50 м.

РЕШЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ВЛ 35 кВ

Согласно заданию на технико-экономическое обоснование вариантов увеличения пропускной способности ВЛ 35 кВ до 500 А без строительства новой ВЛ, было рассмотрено два варианта, предусматривающих максимальное использование существующих конструкций ВЛ 35 кВ.

Первый предусматривал замену существующих проводов на провода АС 185/24 ГОСТ 839-80. Во втором рассматривалось применение неизолированного провода из термостойкого алюминиевого сплава с сердечником из стальной, плакированной алюминием проволоки производства компании «ЭМ-КАБЕЛЬ» марки АСПТ 70/11 (технические характеристики проводов АС 185/24 и АСПТ 70/11 приведены в табл. 1)

Таблица 1. Технические характеристики проводов АС 185/24 и АСПТ 70/11

Провод АСПТ имеет значительные преимущества по сравнению с обычными проводами АС:

• обычный алюминий при температуре 90 °С отжигается и резко теряет прочность, сплав Al-Zr сохраняет свои свойства до 150 °С, с пиковыми нагрузками до 180 °С;
• практически полное отсутствие внешней коррозии стали сердечника;
• облегчение процесса плавки гололеда;
• небольшие стрелы провеса;
• аналогичная классическим проводам конструкция, что позволяет использовать все известные типы арматуры, предназначенной для работы с высокотемпературными проводами;
• повышение пропускной способности ЛЭП в 2 раза при том же сечении фазных проводов и, как следствие, уменьшение массы провода. Появляется возможность использовать существующие опоры ЛЭП без их замены или строительства новых трасс с увеличением расстояния между опорами, в том числе через реки, а также в условиях, когда строительство близстоящих опор затруднительно в связи с различными природными и ландшафтными условиями. При сооружении ЛЭП строительство опор составляет основную статью затрат.

Технико-экономическое сравнение вариантов 1 и 2 приведено в табл. 2.

Таблица 2. Технико-экономическое сравнение вариантов увеличения пропускной способности ВЛ 35 кВ путем замены проводов

Таким образом, экономический эффект (без учета затрат на работы по рекультивации земель, по очистке просеки от кустарника и мелколесья, по устройству проездов и подъездов, возможных лежневых дорог, на организацию проживания и проезда строителей) при выборе варианта применения провода типа АСПТ для увеличения пропускной способности ВЛ 35 кВ составляет 17 901,417 тыс. руб (8465,75 тыс. руб. против 26367,167 тыс. руб.).

ПРОВОД СО СНИЖЕННЫМИ ВЕТРО-ГОЛОЛЕДНЫМИ НАГРУЗКАМИ АСПТк

В последнее время у многих эксплуатационных организаций стало достаточно распространенным применение проводов из трапециевидных и Z-образных проволок с наружным и внутренним повивами (рис. 5) для придания проводу гладкой поверхности и уменьшения диаметра.

Рис. 5. Конструкция термостойкого провода АСПТк

По мнению производителей, это уменьшит объем снежного налета, оседающего на проводе, и позволит снизить ветро-гололедную нагрузку. Однако, как показывают исследования, данная конструкция не защитит от наледи, образование которой происходит одинаково как на проводах классической скрутки, так и на компактированных.

Можно с уверенностью утверждать, что снижению наледи при малых токах будет способствовать повышенная температура провода. Если рассмотреть линию, в которой максимально протекает ток 500 А, то она должна иметь провод АС 185/29 или АСПТк 70/11. Гололед будет образовываться на проводе, имеющем отрицательную температуру (около –3 °С) при плюсовой температуре окружающей среды (около +3 °С), когда на провод будет падать капля воды и кристаллизоваться после охлаждения от провода.

Если рассчитать ток, который должен протекать в проводе, чтобы влиять на образование наледи, мы увидим, что в проводе АС 185/29 он будет равен 179 А, а в проводе АСПТк 70/11 – 92 А. Из этого можно сделать вывод, что такая разница в токах значительно сократит вероятность образования наледи на проводах. Объем образованной наледи и нагрузка на траверсы также будут значительно снижены из-за разницы в диаметрах данных проводов. Диаметр провода АС 185/29 – 18,9 мм, диаметр провода АСПТк 70/11 – 11,4 мм.

ВЫВОД

Использование новых конструкций высоковольтных проводов типа АСПТ, АСПТз, АСПТк производства ООО «ЭМ-КАБЕЛЬ», входящего в ГК «Оптикэнерго», позволяет существенно увеличить пропускную способность и надежность существующих ЛЭП без существенных экономических затрат.

ООО «ЭМ-КАБЕЛЬ»
430006, г. Саранск,
ул. 2-я Промышленная, 10А
Тел./факс: +7 (8342) 33-31-36, 38-02-07
e-mail: sp@emcable.ru
www.emcable.ru