Высокотемпературные провода: повышение пропускной способности ВЛ

Повышение пропускной способности ВЛ:анализ технических решений

_______________________________________________________________________
Аннотация
Рассмотрены провода повышенной пропускной способности: высокотемпературные
провода классической конструкции производства Lumpi-Berndorf, Австрия; высокотемпера-
турные провода с зазором производства J-Power Systems, Япония; компактные провода
AERO-Z производства компании Nexans, Бельгия. Приведены специфические особенности
каждого типа проводов. Представлено сравнение технических характеристик и экономиче-
ских показателей проводов повышенной пропускной способности и некоторых проводов
АС.
Ключевые слова: высокотемпературные провода; компактные провода
_______________________________________________________________________
1. Введение
Известно, что в последние годы многие регионы и города России сталкива-
ются с проблемой ограниченной пропускной способности ЛЭП. По данным ОАО
«ФСК ЕЭС» список регионов пиковых нагрузок включает 16 областей, в числе кото-
рых Московская, Ленинградская, Нижегородская, Архангельская, Волгоградская об-
ласти, Краснодарский и Пермский край, республика Коми, Карелия, Тува, Дагестан
и другие. Уже сегодня энергопотребление этих районов в несколько раз превыша-
ет величины, заложенные в Энергетической стратегии РФ до 2020 года, и потреб-
ление энергии в них постоянно растёт. Значительное увеличение спроса на элек-
троэнергию за последние 10 лет требует постоянного расширения или обновления
распределительных сетей энергоснабжающих предприятий.
2. Актуальность проблемы
Для удовлетворения быстрорастущих потребностей электросетевые компа-
нии вынуждены постоянно модифицировать существующие сети, применяя следу-
ющие классические методы:
- строительство дополнительных ВЛ;
- замена проводов на большие поперечные сечения;
- повышение напряжения;
- расщепление фазы.
Указанные методы хотя и применяются в настоящее время, однако имеют
ряд существенных недостатков. Так, например, строительство дополнительных ВЛ
требует значительных капиталовложений, временных затрат и получения разреше-
ний на строительство. Второе направление оказывается не всегда возможным, по-
скольку сталеалюминиевый провод большего сечения обладает и повышенной
массой, что при заданных стрелах провеса, ветровых и гололёдных воздействиях
создаёт повышенные нагрузки на элементы опор, на которые старые опоры часто
не рассчитаны, и возникает необходимость в установке дополнительных опор ЛЭП.
Однако установка новых опор может обернуться серьёзными проблемами в густо-
населённых районах, районах частных земель, в национальных парках, заповедни-
ках и других зонах с запретом на строительство. Третье и четвертое направления
почти всегда приводят к тем же проблемам, что и второе — возникает необходи-
мость перестраивать всю линию.
Отсюда появляется актуальная необходимость повышения передаваемой
мощности воздушных линий, по возможности, избегая строительства новых линий,
полной перестройки существующих линий, подвески новых цепей и т.д.
3. Новые пути повышения пропускной способности воздушных линий и
современные тенденции
В настоящее время существуют решения, не имеющие недостатков вы-
шеописанных методов. Эти решения обеспечивают увеличение пропускной способ-
ности имеющихся линий за счёт применения специальных проводов. Такая поста-
новка задачи привлекательна как с технической, так и с экономической точки зре-
ния.
На сегодняшний день, выдвигаются следующие требования к современным
проводам:
- максимально высокая электропроводность;
- максимально высокая механическая прочность;
- небольшая погонная масса;
- устойчивость к высоким температурам;
- малые температурные удлинения;
- устойчивость к старению и ветровым воздействиям.
Условия выполнения вышеописанных требований являются конкурирующи-
ми, поскольку, например, наилучшая прочность обеспечивается сталью, а наилуч-
шая электропроводность и малая масса алюминием. Для получения необходимой
температурной устойчивости рассматривалось применение дисперсионно-твердею-
щих материалов, циркониевых сплавов, композитных и других материалов, а также
получением и внедрением волокон оксида алюминия.
4. Мировые фирмы – изготовители современных проводов ВЛ
На мировом рынке в сфере производства классических и специальных типов
проводов выступают несколько десятков компаний. На сегодняшний день актуаль-
ные в России поставщики уже определились:
- Nexans, Бельгия;
- Lumpi-Berndorf, Австрия;
- J-Power Systems, Япония.
4.1. Провода AERO-Z, Nexans, Бельгия
4.1.1. Конструктивные особенности
Одним из путей решения проблемы повышения пропускной способности яв-
ляется применение так называемых компактных проводов типа АERO-Z. В таблице
1 приведены сравнительные характеристики сталеалюминиевого провода АС
240/56, AERO-Z 346-2Z и AERO-Z 366-2Z.
Таблица 1
Марка Диаметр,
мм
Сечение,
мм2
Сопротивление,
Ом/км
Рарывное
усилие, кг
Масса,
кг/км
Аэро
сопр.
АС 240/56 22,4 241/56,3
(100%) 0,12182 9778 1106 0,95
AERO-Z 346-2Z 22,4 345,65
(143%) 0,0974 11132 958 0,8
AERO-Z 366-2Z 23,1 366,13
(151%) 0,0919 11617 1014 0,8
Основная особенность провода АERO-Z заключается в форме проволок токо-
проводящих слоев – их сечение напоминает букву «Z» (см. рисунок 1а).
a) AERO-Z б) провод АС
Рисунок 1. Поперечное сечение проводов
4.1.2. Принципы и эффективность
Верхний повив провода AERO-Z практически идеально гладкий (см. рисунок
1), имеет незначительные винтовые канавки, возникающие между верхними кром-
ками Z-образных проволок. За счёт этого конструкция провода AERO-Z получается
более компактной по сравнению с проводом АС и при том же диаметре имеет
большее сечение алюминия. За счет того, что вместо стального сердечника ис-
пользуются алюминиевые проволки, провод имеет меньшую массу (см. табл.1). Та-
кие особенности влекут за собой меньшие механические напряжения в опорах в
случаях применения проводов равного диаметра или позволяют увеличить полез-
ное электропроводящее сечение при равных механических напряжениях в опорах
(см. табл.1).
Относительно большая контактная поверхность между двумя Z-образными
проволоками одного слоя обеспечивает эффективную защиту от просачивания
консистентной смазки изнутри провода. В этой связи, внутренняя защита оказыва-
ется лучше, чем у традиционных проводов АС, в которых со временем наблюдается
вытеснение защитной смазки наружу под действием циклов нагрузки.
При обрыве проволоки внешнего повива провода AERO-Z остаются на месте
под действием механических рабочих напряжений. Данное свойство сохраняется
до тех пор, пока не происходит обрыв пяти смежных проволок.
Увеличенное самозатухание провода несколько уменьшает проблемы пляс-
ки. Вероятность появления пляски значительно ниже, и, если она возникает, её
амплитуда будет значительно меньше. Хотя по этому вопросу достоверных экспе-
риментальных данных не опубликовано
Провод AERO-Z имеет повышенную крутильную жесткость, а поэтому лучше
противостоит снегу и обледенению. Обледенение происходит одностороннее и
поэтому растет быстрее, а увеличение массы гололеда с одной стороны приводит к
его скорейшему отрыву.
4.1.3. Недостатки
Стоимость за километр провода AERO-Z примерно в шесть раз выше по срав-
нению с проводом АС. В проводе AERO-Z не допускается длительного повышения
температур свыше 80 0С.
4.2. Провода TACSR/ACS и (Z)TACSR/HICIN компании «Lumpi-Berndorf»,
Австрия
Увеличение пропускной способности проводов TACSR/ACS и (Z)TACSR/HACIN
обеспечивается их большей рабочей температурой. Эти провода устойчивы к высо-
кой температуре, могут в нормальных условиях продолжительное время нести бо-
лее высокую токовую нагрузку, чем традиционные сталеалюминиевые провода.
4.2.1. Конструктивные особенности.
Провода по конструкции напоминают классические провода АС: стальной
сердечник и токопроводящие повивы (см. рисунок 2).
Рисунок 2. Структура провода TACSR/ACS “Lumpi-Berndorf”, Австрия
Отличия в конструкции состоят в использованных материалах. Токопроводя-
щие повивы высокотемпературных проводов сделаны из специального термостой-
кого алюминия ТАL, либо сверхтермостойкого сплава ZTAL.
4.2.2. Принципы и эффективность
Оба сплава ТАL и ZTAL состоят из чистого алюминия с добавкой циркония, с
той разницей, что сплав ZTAL имеет большее количество циркония.
Таблица 2
Режим
Материал токопроводящего слоя
Al TAL ZТАL
Рабочая температура, 0С 80 150 210
Краткосрочный (до 30 мин) нагрев, 0С ? 110 ? 180 240
Температура при КЗ < 1 сек, 0С 160 220 280
Разрывное усилие, кгс/мм2 16-18 16-18 16-18
Модуль упругости, кгс/мм2 6000 6000 6000
Коэф. Линейного расширения, 1/0С 2.3х10-5 2.3 х10-5 2.3 х10-5
Добавка циркония повышает температуру рекристаллизации основного
компонента – алюминия, и, кроме того, уменьшает размер зерен при рекристалли-
зации. В результате, токопроводящие проволоки сохраняют все механические и

Еще записи на эту же тему:



Страницы: 1 2

4 коммент. к “Высокотемпературные провода: повышение пропускной способности ВЛ”

  • Александр Васильевич Глушков | 28 Декабрь, 2011, 11:31

    Актуальный вопрос, рассматриваем возможности применения современных компактных изолированных проводов,
    Глушков Александр Васильевич
    Заместитель начальника Департамента
    Технического развития и регулирования
    ОАО «Холдинг МРСК» д.т.н.
    Тел.:+7(495) 710-57-12
    Тел.:+7 (985) 130-80-47
    E-mail:glushkov-av@holding-mrsk.ru

  • Сергей Ржевский | 29 Июнь, 2012, 22:26

     Авторам анализа технических решений о высокотемпературных проводах:
    Замечательный анализ — в мерках  20 века. В 21 веке перечень требований к проводам пополнился (к сожалению и нормы в этом вопросе также уже устарели) важнейшим параметром: «погонной статической  изгибной жесткости»? ,без знания которого в условиях  высокой активности гололедно-ветровых циклонов в России  из-за близости к Северному Ледовитому океану совершенствование воздушных ЛЭП (ВЛ) до уровня умных ВЛ практически не  возможно. Подробности см. на сайте «umynaja-vl.ru». Там же указан второй сайт:  пляска-вл.рф.  См. 12 проблем создания умных ВЛ на моем
    первом сайте  Мой аккаунт публичен и его можно публиковать.открыто.
    С уважением Ржевский Сергей Семенович. 29 Июня 2012 г

  • Сергей Ржевский | 29 Июнь, 2012, 22:32

     В названии моего сайта, по-видимому по моей вине, — опечатка, прошу исправить: вместо 
    umynaja-vl.ru следует так — umnaja-vl.ru 
    С уважением Сергей Ржевский

  • Сергей Ржевский | 18 Июль, 2012, 20:24

    Статья очень актуальна и интересная. К сожалению она не учитывает  важное : 
    Основное ограничение для полноценного использования стали и алюминия проводов ныне в любом проводе – это разрывную прочность натяжения  алюминия   (16-17)g  Н/мм2 сечения провода (где  g =9.81 м/c2 – ускорение  гравитации). У стали – 120-160. 
    Сталь (да и сам алюминий) сегодня всегда  не доиспользуется в проводе!  И, если гололед вовремя не расплавить растяжение провода растет, алюминий приобретает необратимую деформацию  (вытяжка), часть его жил рвется, а сталь  перегревается и может перегореть (схлест, обжиг проводов – массовая  для России беда при гололеде, пляске проводов и подскоках практически во всех регионах). 
     Как быть? Ведь надо повышать температурный режим, увеличивать натяжения проводов, а их температура ограничена у стали  по натяжению алюминия? Это серьезная проблема, решение которой дает только композитная   конструкция расщепленной фазы (или провода). Сталь надо отодвигать от алюминия в фазе и это даст эффект повышения использования, как стали, так и алюминия. См. статью  Ржевского С.С. Мероприятия  по защите ВЛ от пляски проводов в климатических условиях России. Электрические станции, 2011,№4,стр. 33-39. А также мой сайт http://umnaja-vl.ru/. 
    За рубежом этой проблемы нет – там слабый гололед и малые порывы ветра в странах у теплого Гольфстрима! Лишь в горных районах там он, хотя и редко, но может быть такой же, как в России. Между тем обсуждение этого отличия наших климатических условий в электроэнергетике России  в литературе не обсуждается, а используется пока лишь в атомной промышленности.  
    С уважением Ржевский Сергей Семенович, мой аккаунт публичен и открыт для всех на сайте: E-mail: neotron20051@rambler.ru  18 июля 2012 г.

Оставить комментарий (Зарегистрируйтесь и пишите коментарии без CAPTCHи !)

 
© 2008-2017 EnergyFuture.RU Профессионально об энергетике. All rights reserved. Перепечатка материалов разрешается при условии установки активной гиперссылки на EnergyFuture.RU.