Безгололёдные композитные провода линий электропередачи

Page 1
background image

Page 2
background image

58

АНАЛИТИКА

СЕТИ  РОССИИ

58

в

о

з

д

у

ш

н

ы

е

 Л

Э

П

воздушные ЛЭП

Н

а

 

воздушных

 

ли

-

ниях

 

электропере

-

дачи

 

всех

 

классов

 

напряжений

 

приме

-

няются

 

традиционные

 

про

-

вода

 

марок

 

АС

 

и

 

А

выпол

-

ненные

 

в

 

виде

 

одного

 

или

 

нескольких

 

повивов

 

прово

-

лок

 [1]. 

Также

 

применяются

 

провода

 

линии

 

электропере

-

дачи

состоящие

 

из

 

стально

-

го

 

немагнитного

 

азотосодержащего

 

сердечника

 

с

 

алюминиевыми

 

повивами

 

из

 

проволок

 

раз

-

личного

 

диаметра

 [2], 

провода

содержащие

 

центральную

 

проволоку

поверх

 

которой

 

рас

-

положен

 

наружный

 

повив

 

алюминиевых

 

про

-

волок

 

с

 

диаметром

 

одной

 

из

 

проволок

 

больше

 

диаметра

 

остальных

 [3], 

сталеалюминиевый

 

провод

в

 

котором

 

наружный

 

повив

 

содержит

 

по

 

меньшей

 

мере

 

две

 

диаметрально

 

расположен

-

ные

 

стальные

 

проволоки

при

 

этом

 

указанные

 

проволоки

 

в

 

зажиме

 

расположены

 

в

 

строго

 

вер

-

тикальной

 

плоскости

 [4], 

провод

 

с

 

дополнитель

-

ной

 

навивкой

 

поверх

 

проволок

 [5].

Недостатком

 

указанных

 

конструкций

 

являет

-

ся

 

их

 

подверженность

 

гололёдообразованию

«

пляске

» 

проводов

Эти

 

опасные

 

режимы

 

при

-

водят

 

к

 

повреждению

 

опор

проводов

отдель

-

ных

 

конструктивных

 

элементов

схлёстыванию

 

и

 

перегоранию

 

проводов

 

и

 

существенно

 

снижа

-

ют

 

эксплуатационную

 

надёжность

 

линий

 

элек

-

тропередачи

.

Наиболее

 

перспективными

 

являются

 

ин

-

новационные

 

композитные

 

провода

повивы

 

проволок

 

которых

 

выполнены

 

из

 

алюминиево

-

циркониевых

 

и

 

других

 

сплавов

Номенклатура

 

зарубежных

 

и

 

отечественных

 

композитных

 

про

-

водов

 

разнообразна

 

и

 

насчитывает

 

более

 

двух

 

десятков

 

модификаций

Эти

 

провода

 

по

 

сравне

-

нию

 

с

 

традиционными

 

обладают

 

рядом

 

преиму

-

ществ

большей

 

пропускной

 

способностью

 

по

 

передаваемой

 

мощности

меньшими

 

стрелами

 

провеса

 

и

 

более

 

высокими

 

показателями

 

рабо

-

чей

 

температуры

 (

высокотемпературные

).

В

 

источниках

 [6, 7, 8] 

как

 

преиму

-

щество

 

указывается

что

 

на

 

композит

-

ных

 

проводах

 

происходит

 

некоторое

 

снижение

 

гололёдообразования

 

и

 

предотвращение

 «

пляски

» 

проводов

Однако

 

на

 

практике

 

это

 

далеко

 

не

 

так

Композитные

 

провода

 

АСП

-185 

были

 

проведены

 

в

 

гололёдный

 

сезон

 

2013/14 

года

 

на

 

двух

 

ВЛ

 110 

кВ

 

от

 

подстанций

 «

Аксаково

» 

и

 «

Шкапово

» 

в

 

сильно

 

гололёдном

 

районе

 

Бугуль

-

мино

-

Белебеевской

 

возвышенности

 

Башкирии

В

 

процессе

 

эксплуатации

 

установлено

что

 

го

-

лолёдные

 

отложения

 

на

 

этих

 

проводах

 

практи

-

чески

 

такие

 

же

как

 

и

 

на

 

стандартных

 

проводах

 

АС

Для

 

их

 

удаления

 

применялись

 

плавки

 

тока

-

ми

 

КЗ

При

 

наличии

 

односторонних

 

гололёдов

 

происходят

 «

пляски

» 

проводов

которые

 

устра

-

няются

 

также

 

плавкой

Удаление

 

гололёдов

 

ме

-

тодами

 

плавок

 — 

это

 

затратное

 

мероприятие

К

 

тому

 

же

 

при

 

ледяных

 

дождях

 

и

 

массовых

 

го

-

лолёдах

когда

 

на

 

большом

 

количестве

 

линий

 

происходят

 

обледенения

 

и

 

персонал

 

не

 

успева

-

ет

 

принять

 

действенных

 

ответных

 

мер

аварии

 

неизбежны

В

 

Западной

 

Европе

США

Канаде

 

и

 

др

., 

несмотря

 

на

 

длительное

 

применение

 

ком

-

позитных

 

проводов

масштабные

 

гололёдно

-

ве

-

тровые

 

аварии

 

происходят

 

ежегодно

.

И

 

существенным

 

недостатком

 

композитных

 

проводов

 

является

 

их

 

подверженность

 

голо

-

лёдным

 

отложениям

, «

пляске

» 

и

   

вибрации

 

проводов

Это

 

приводит

 

в

 

эксплуатационных

 

условиях

 

к

 

повреждению

 

проводов

опор

от

-

дельных

 

конструктивных

 

элементов

что

 

зна

-

чительно

 

снижает

 

надёжность

 

работы

 

линий

 

электропередачи

.

Рассмотрим

 

реализацию

 

трёх

 

эффектов

 

против

 

гололёда

, «

пляски

» 

и

 

вибрации

 

в

 

усо

-

вершенствованных

 

композитных

 

проводах

 

АСП

ж

конструкция

 

которых

 

запатентована

 [10].

Для

 

предотвращения

 

на

 

композитных

 

прово

-

дах

 

гололёдных

 

отложений

, «

пляски

» 

и

 

вибра

-

ции

 

в

 

наружном

 

повиве

состоящем

 

из

 

одного

 

или

 

нескольких

 

повивов

 

алюминиево

-

циркони

-

Безгололёдные 

композитные провода 

линий электропередачи

Владимир МАКСИМОВ, инженер, Уфа


Page 3
background image

59

 1 (28), 

январь

февраль

, 2015

59

евых

 

проволок

расположены

 

проволоки

 

с

 

б

ó

льшим

 

сопротивлением

 

и

 

увеличенным

 

диаметром

 

из

 

тер

-

мозакалённого

 

отдельными

 

участками

 

алюминиево

-

го

 

сплава

 

АЖ

 

в

 

количестве

 

не

 

более

 

половины

 

про

-

волок

 

наружного

 

повива

При

 

этом

 

сопротивление

 

этих

 

встроенных

 

проволок

 

больше

 

на

 

один

 

порядок

 

и

 

более

чем

 

сопротивление

 

алюминиево

-

цирконие

-

вых

 

проволок

.

Существо

 

конструкции

 

поясняется

 

чертежом

На

 

рисунке

 

изображено

 

сечение

 

провода

 

АСП

ж

который

 

содержит

 

алюминиево

-

циркониевые

 

проволоки

 1 

с

 

пониженным

 

сопротивлением

 

и

 

встроенные

 

проволо

-

ки

 2 

с

 

б

ó

льшим

 

на

 

один

 

порядок

 

и

 

более

 

сопротив

-

лением

 

и

 

увеличенным

 

диаметром

 

из

 

термозакалён

-

ного

 

отдельными

 

участками

 3 

алюминиевого

 

сплава

 

АЖ

Профилактические

 

токи

 

в

 

композитных

 

проводах

 

АСП

ж

изначально

 

препятствующие

 

образованию

 

го

-

лолёда

равны

 

или

 

близки

 

рабочим

 

токам

 

нагрузки

При

 

протекании

 

рабочих

 

токов

 

нагрузки

 

композитный

 

провод

 

АСП

ж

 

имеет

 

подогретую

 

поверхность

В

 

ре

-

зультате

 

этого

 

гололёдные

 

отложения

 

на

 

проводе

 

из

-

начально

 

не

 

образуются

в

 

связи

 

с

 

чем

 

предотвраща

-

ются

 

опасные

 

режимы

 

отложений

 

гололёда

, «

пляски

» 

и

 

вибрации

 

проводов

 

линий

 

электропередачи

.

В

 

композитном

 

проводе

 

АСП

ж

   

против

 

гололёда

«

пляски

» 

и

 

вибрации

 

реализовано

 

три

 

эффекта

.

Первый

 

эффект

 

нагрева

 

поверхности

 

проводов

 

происходит

 

благодаря

 

расположению

 

в

 

наружном

 

алюминиево

-

циркониевом

 

повиве

 

встроенных

 

про

-

волок

 

с

 

б

ó

льшим

 

сопротивлением

 

из

 

сплава

 

АЖ

 

и

 

действию

 

так

 

называемого

 

скин

-

процесса

т

.

е

про

-

теканию

 

токов

 

нагрузки

 

в

 

поверхностных

 

проволоках

 

провода

.

Ниже

 

приводятся

 

подтверждающие

 

расчёты

Полное

 

сопротивление

 

проводника

 

определяется

 

следующим

 

образом

 [11]:

Z = R + jX 

или

 Z = 

R

2

 + (X

L

 — X

C

)

2

где

R — 

активное

 

сопротивление

 

проводника

Ом

;

X

L

 — 

индуктивное

 

сопротивление

 

проводника

Ом

;

X

C

 — 

ёмкостное

 

сопротивление

 

проводника

Ом

.

При

 

рассмотрении

 

отдельно

 

взятого

 

проводника

 

X

L

 >> X

C

т

.

е

полное

 

сопротивление

 

проводника

 

носит

 

преимущественно

 

активно

-

индуктивный

 

характер

 

и

 

сопротивлением

 X

C

 

можно

 

пренебречь

Поэтому

 

Z = 

R

2

 + X

L

2

.

Активное

 

сопротивление

 R 

вычисляется

 

по

 

фор

-

муле

:

R = 

ρ

 

l

/

S

 , 

где

:

 

ρ

 — 

удельное

 

сопротивление

 

материала

Ом

·

 

м

·

 

10

-6

;

l — 

длина

 

проводника

м

;

S — 

площадь

 

сечения

 

проводника

м

2

и

 

тогда

:

Z = R+ jX

L

 = 

ρ

 

l

/

S

 + jX

L

 = 

(

ρ

 

l

/

S

)

+ X

L

2

,

т

.

е

полное

 (

активно

-

индуктивное

сопротивление

 

проводника

 

зависит

 

от

 

диаметра

 (

сечения

) S, 

длины

 

проводника

 l, 

сопротивления

 

проводника

 

ρ

а

 

также

 

от

 

индуктивного

 

сопротивления

 X

L

 

проводника

.

Удельное

 

активное

 

сопротивление

 

ρ

 — 

величина

 

постоянная

 

и

 

определяется

 

только

 

материалом

 

про

-

водника

 

и

 

температурой

 

окружающей

 

среды

В

 

соот

-

ветствии

 

с

 

ГОСТ

 22265-76 «

Материалы

 

проводнико

-

вые

Термины

 

и

 

определения

» 

для

 

проводников

 

из

 

алюминиево

-

циркониевого

 

сплава

 

и

 

термообрабо

-

танных

 

алюминиевых

 

сплавов

 

АЖ

 

значения

 

ρ

 

соот

-

ветственно

 

равны

 (

при

 t = 20°C):

ρ

АСП

 = 0,025 — 0,027 10

-6

 

 

Ом

·

м

;

ρ

АЖ

 = 0,0338 — 0,0347 10

-6

 

Ом

·

м

.

Например

провод

 

марки

 

АСП

Ж

—150/24 

в

 

соответ

-

ствии

 

с

 

ГОСТ

 839-80

Е

  «

Провода

 

неизолированные

 

для

 

воздушных

 

линий

 

электропередач

Технические

 

условия

» 

имеет

 

сечение

 

алюминиево

-

циркониевой

 

части

 148,7 

мм

2

Отсюда

зная

 

значения

 

ρ

 

для

 

алю

-

миниево

-

циркониевого

 

сплава

 

и

 

термообработан

-

ного

 

алюминиевого

 

сплава

 

АЖ

находим

 

значения

 

R

АСПЖ

 

и

 R

АЖ

:

Рис

Усовершенствованная

 

конструкция

 

композитных

 

проводов

 

АСП

ж

1

3

2

Марка

 

провода

 

АСП

ж

 

/

сечение

мм

2

Расчётные

 

сечения

мм

2

ГОСТ

 839-80

Е

Расчетные

 

сопротивления

Ом

 10

-3

 

Отношение

R

АЖ

 / R

АСПЖ

 , 

раз

Алюминий

Сплав

R

АСПЖ

R

АЖ

120 / 27

114

16,7

0,21

2,07

9,9

150 / 24

148,7

16,7

0,174

2,07

11,9

185 / 24

186,9

16,7

0,139

2,07

14,9

300 / 66

288,6

33,4

0,09

1,04

11,5

400 / 51

394

50,1

0,066

0,69

10,6

500 / 66

490

50,1

0,053

0,69

13,0

Табл

Соотношения

 

сопротивлений

 

проводов

 

АЖ

 

и

 

АСП

ж


Page 4
background image

60

СЕТИ РОССИИ

R

АСПЖ

 

= 0,026 10

-6

 · 

1

 

/

148,7

 = 0,174 10

-3

 

Ом

 ;

R

АЖ

 

= 0,0347 10

-6

 · 

1

 

/

16,7

 = 2,07 10

-3 

Ом

 , 

отсюда

 

на

-

ходим

:

R

АЖ

 / R

АСПЖ

 = 2,07 10

-3 

/ 0,174 10

-3 

= 11,9 

раз

т

.

е

в

 

проводе

 

АСП

Ж

-150/24 

сопротивление

 

проволоки

 

из

 

алюминиевого

 

сплава

 

АЖ

 

больше

 

сопротивления

 

алюминиево

-

циркониевых

 

проволок

 

в

 11,9 

раза

.

В

 

табл

приводятся

 

расчёты

 

по

 

отношениям

 R

АЖ

  

к

 

R

АСПЖ

 

по

 

нескольким

 

маркам

 

композитных

 

проводов

.

Из

 

приведенного

 

выше

 

примера

а

 

также

 

из

 

табл

видно

что

 

электрическое

 

сопротивление

 

проволок

 

из

 

термообработанного

 

алюминиевого

 

сплава

 

АЖ

 

значительно

 

выше

  (

больше

 

на

 

один

 

порядок

 

и

 

бо

-

лее

), 

чем

 

сопротивление

 

алюминиево

-

циркониевой

 

части

 

провода

Следовательно

нагрев

 

проволок

 

из

 

термообработанного

 

алюминиевого

 

сплава

 

будет

 

происходить

 

при

 

протекании

 

профилактических

 

то

-

ков

 

нагрузки

 

значительно

 

сильнее

 

алюминиево

-

цир

-

кониевых

 

проволок

что

 

приведёт

 

к

 

общему

 

нагреву

 

поверхности

 

провода

 

и

следовательно

к

 

исключе

-

нию

 

налипания

 

гололёда

 

и

 «

пляски

» 

проводов

.

Профилактические

 

токи

препятствующие

 

обра

-

зованию

 

гололёда

для

 

композитных

 

проводов

 

АСП

ж

  

рассчитаны

 

по

 

формуле

 

Бургсдорфа

 

В

.

В

и

 

состав

-

ляют

 

при

 t

пр

 = +1°C 

и

 v = 2 

м

/

с

  

для

 

АСП

ж

 

[12], 

А

:

•  120/27 — 108,9;
•  150/24 — 126,6;
•  185/24 — 143,4;
•  300/66 — 194;
•  400/51 — 234,0;
•  500/66 — 263,2.

Если

 

токи

 

нагрузки

 

несколько

 

меньше

 

токов

пре

-

пятствующих

 

образованию

 

гололёда

то

 

нагрузка

 

па

-

раллельной

 

линии

 

электропередачи

 

переводится

 

на

 

обогреваемую

 

линию

.

Второй

 

эффект

 

обусловлен

 

термической

 

за

-

калкой

 

отдельных

 

участков

 

встроенных

 

проволок

 

из

 

алюминиевого

 

сплава

 

АЖ

Возникающие

 

под

 

дей

-

ствием

 

ветра

 

бегущие

 

и

 

отражённые

 

волны

обуслав

-

ливающие

 

устойчивую

 

пляску

 

и

 

вибрацию

 

проводов

в

 

местах

 

перехода

 

на

 

участках

 

б

ó

льшей

 

жёсткости

 

(

термозакалённые

 

участки

 

проволок

с

 

соседними

 

участками

 

меньшей

 

жёсткости

 (

незакалённые

 

участ

-

ки

 

проволок

изначально

 

демпфируются

точнее

га

-

сятся

и

 

провод

 

не

 

подвергается

 

пляске

 

и

 

вибрации

Таким

 

образом

в

 

таком

 

проводе

 

изгибная

 

и

 

крутиль

-

ная

 

жёсткость

 — 

разная

 

по

 

длине

т

.

е

модуль

 

упру

-

гости

 

Е

умноженный

 

на

 

момент

 

инерции

 I, — 

вели

-

чина

 

непостоянная

Термическая

 

закалка

 

проволок

 

выполняется

 

общеизвестным

 

способом

 

закалки

 

то

-

ками

 

высокой

 

частоты

 

с

 

помощью

 

индуктора

.

Третий

 

эффект

 

связан

 

с

 

созданием

 

асимметрии

 

воздушного

 

потока

 

вокруг

 

провода

Встроенные

 

про

-

волоки

 

с

 

увеличенным

 

диаметром

 

во

 

внешнем

 

алю

-

миниево

-

циркониевом

 

повиве

 

образуют

 

рёбра

ко

-

торые

воздействуя

 

на

 

пограничный

 

слой

создают

 

асимметрию

 

в

 

обтекании

 

провода

 

потоком

 

воздуха

Проведённые

 

испытания

 

проводов

 

в

 

аэродинамиче

-

ских

 

трубах

 

показали

что

 

срывы

 

вихревых

 

потоков

 

воздуха

 

Бернара

-

Кармана

 

происходят

 

с

 

увеличен

-

ных

 

диаметров

 

проволок

 

на

 

расстоянии

 1,8 d (d — 

диаметр

 

провода

), 

а

 

со

 

стандартных

 

проволок

 — 

на

 

расстоянии

 1,2 d. 

В

 

результате

 

происходит

 

расстрой

-

ка

, «

разлад

» 

механизма

 

образования

 

подъёмных

 

аэродинамических

 

сил

 

и

 «

пляска

» 

и

 

вибрация

 

изна

-

чально

 

не

 

возникают

.

Композитные

 

провода

 

АСП

ж

 

могут

 

изготавливать

-

ся

 

четырёх

 

модификаций

:

• 

с

 

проволоками

 

алюминиевого

 

сплава

 

АЖ

;

• 

с

 

проволоками

 

сплава

 

АЖ

 

с

 

термозакалкой

 

отдельными

 

участками

;

• 

с

 

проволоками

 

сплава

 

АЖ

 

с

 

увеличенным

 

диа

-

метром

;

• 

с

 

проволоками

 

сплава

 

АЖ

 

с

 

увеличенным

 

диаме

-

тром

 

и

 

термозакалкой

 

участков

.

Потери

 

электрической

 

энергии

 

в

 

композитных

 

проводах

 

АСП

ж

 

практически

 

такие

 

же

что

 

и

 

в

 

компо

-

зитных

 

проводах

 

АСП

ВЫВОДЫ

• 

Композитные

 

провода

 

АСП

ж

 

позволяют

 

изначаль

-

но

 

предотвращать

 

отложения

 

гололёда

, «

пляску

» 

и

 

вибрацию

 

проводов

что

 

значительно

 

повыша

-

ет

 

надёжность

 

работы

 

линий

 

электропередачи

 

и

 

обеспечивает

 

надёжность

 

энергоснабжения

 

потребителей

.

• 

Предотвращение

 

обледенения

 

проводов

 

осу

-

ществляется

 

рабочими

 

нагрузочными

 

токами

 

без

 

отключения

 

энергоснабжения

 

потребителей

.

• 

В

 

эксплуатационных

 

условиях

 

при

 

примене

-

нии

 

композитных

 

проводов

 

АСП

ж

   

не

 

требуются

 

установки

 

плавки

 

гололёда

проведения

 

самих

 

плавок

оборудования

 

ВЛ

 

гасителями

 «

пляски

» 

и

 

вибрации

что

 

позволяет

 

сэкономить

 

значитель

-

ные

 

капитальные

 

затраты

.

• 

Заводская

 

технология

 

изготовления

 

провода

 

не

 

изменяется

только

 

в

 

несколько

 

другом

 

порядке

 

устанавливаются

 

исходные

 

барабаны

 

с

 

прово

-

локами

.   

ЛИТЕРАТУРА

1. 

Бошнякович

 

А

.

Д

. «

Механический

 

расчёт

 

проводов

 

и

 

тросов

 

линий

 

электропередачи

», 

М

.-

Л

., 1962 

г

.

2. 

Патент

 

Р

.

Ф

 2063080, 

Н

01

В

5/08, 1996.06.27. 

3. 

Патент

 

Р

.

Ф

 714509, 

Н

01

В

5/08, 1980.02.05.

4. 

А

.

С

СССР

 

 1793481

А

1, 5

Н

01

В

15/00, 1993.02.07.

5. 

Патент

 

Р

.

Ф

 2014652, 

Н

01

В

5/08, 1994.06.15. 

6. «

Камский

 

кабель

» 

подвёл

 

итоги

 

года

. «

КАБЕЛЬ

-

news», 

 1, 2013 

г

., 

с

. 10.

7. 

Д

Зотов

. «

ЭМ

-

кабель

» — 

курсом

 

инноваций

«

КАБЕЛЬ

-news», 

 5, 2013 

г

., 

с

. 32—34.

8. 

Продукция

 «

Камского

 

кабеля

» — 

решение

 

пробле

-

мы

 

износа

 

электросетей

. «

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ

Передача

 

и

 

распределение

», 

 5, 2013 

г

., 

с

. 77.

9. 

Патент

 

Р

.

Ф

 130448

И

от

 2.10.2013. 

Про

-

вод

 

линии

 

электропередачи

Максимов

 

В

.

А

Б

.

И

 20, 20.07.2013.

10. 

Патент

 

Р

.

Ф

 2013155651 

от

 13.12.2013. 

Про

-

вод

 

линии

 

электропередачи

 

композитный

Мак

-

симов

 

В

.

А

., 

Максимов

 

А

.

В

.

11. 

Макаров

 

Е

.

Ф

Справочник

 

по

 

электрическим

 

се

-

тям

 0,4—35—110 

кВ

Том

 1 

М

., 

Папирус

 

ПРО

1999 

г

.

12. 

Бургсдорф

 

В

.

В

., 

Никитина

 

Л

.

Г

и

 

др

. «

Методические

 

указания

 

по

 

плавке

 

гололёда

 

переменным

 

током

» 

ч

.1, 

М

.: 

СПО

 

Союзтехэнерго

, 1983 

г

., 

с

. 11—12.


Читать онлайн

На воздушных линиях электропередачи всех классов напряжений применяются традиционные провода марок АС и А, выполненные в виде одного или нескольких повивов проволок. Также применяются провода линии электропередачи, состоящие из стального немагнитного азотосодержащего сердечника с алюминиевыми повивами из проволок различного диаметра, провода, содержащие центральную проволоку, поверх которой расположен наружный повив алюминиевых проволок с диаметром одной из проволок больше диаметра остальных, сталеалюминиевый провод, в котором наружный повив содержит по меньшей мере две диаметрально расположенные стальные проволоки, при этом указанные проволоки в зажиме расположены в строго вертикальной плоскости, провод с дополнительной навивкой поверх проволок. Недостатком указанных конструкций является их подверженность гололёдообразованию, «пляске» проводов.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 3(72), май-июнь 2022

Сравнительный анализ мероприятий по повышению надежности передачи электрической энергии в распределительных сетях

Управление сетями / Развитие сетей Энергоснабжение / Энергоэффективность Воздушные линии
Гвоздев Д.Б. Иванов Р.В.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»