Исследование комплекса пластически деформированных (компактированных) продуктов для воздушных линий электропередачи

Page 1

Page 2

воздушные линии

Исследование комплекса
пластически деформированных
(компактированных)
продуктов для воздушных
линий электропередачи

ачиная с 2008 года разработчиками пластически деформиро-

ванных сталеалюминиевых проводов АСВП (высокопрочный)

и АСВТ(высокотемпературный) в России, Германии, Австрии

и Франции получено более 30 патентов, в том числе на техноло-

гию производства, что подтверждает уникальность технических решений.

Технология производства данных проводов в России освоена на

предприятиях ОАО «Северсталь-метиз». Владельцами прав на данные

изделия являются ООО «Энергосервис» и ООО «Метсбытсервис».

Отдельно отмечено исследование, законченное в 2021 году АО «НТЦ

ФСК ЕЭС» и ООО «Центр Промышленных Технологий», об эффектив-

ности применения в качестве оттяжек канатов по СТО 71915393-ТУ062-

2008 по сравнению с традиционно применяемыми канатами по ГОСТ

3063-80 и 3064-80 на основании НИР АО «НТЦ ФСК ЕЭС» в 2015 году

«Анализ целесообразности применения в качестве оттяжек опор ВЛ

пластически деформированных стальных канатов по СТО 71915393-

ТУ062-2008» и «Моделирование замены каната 17,0-Г-В-СС-Р-140 по

ГОСТ 3064-66 на канат (грозотрос типа МЗ)» в 2020 году.

ПЛАСТИЧЕСКОЕ

ДЕФОРМИРОВАНИЕ

Применение кругового (радиального) пластического обжатия провода

позволяет улучшить сразу несколько характеристик: повысить точность

изготовления прядей по диаметру, уплотнить свивку, устранить возмож-

ную неравномерность натяжения проволок, сформировать полосовой

контакт между проволоками, нейтрализовать свивочные напряжения,

обеспечить равномерное распределение нагрузки между составными

элементами.

Дополнительное снижение габаритов провода достигается при ис-

пользовании пластического деформирования не только наружного слоя,

но и предварительного обжатия стального сердечника.

Внешняя поверхность изделий, полученных с применением такой

технологии, оказывается более гладкой и ровной, чем у продукции, вы-

полненной из круглых проволок, а заполнение внутреннего пространства

превышает 95%, что позволяет уменьшить нагрузку от климатических

воздействий, значительно снизить аэродинамическое сопротивление

Курьянов

к.т.н., заведующий

кафедрой

«Электроэнергетика

и электротехника»

НИУ «МЭИ»

Гуревич

д.т.н., заведующий

кафедрой

Материаловедения

и композиционных

материалов ВолгГТУ

Тимашова

к.т.н., заместитель

научного

руководителя,

начальник Центра

электротехнического

оборудования АО

«НТЦ ФСК ЕЭС»

Фокин

генеральный директор

ООО «Центр Промыш-

ленных Технологий»

Испытания

проведенные

2007–2019

годах

специализированных

научно

–

тех

–

нических

лабораториях

России

Германии

показали

что

применение

пласти

–

чески

деформированных

проводов

на

ВЛ

6–750

кВ

позволяет

увеличить

длины

пролетов

до

40% (

по

сравнению

классическими

проводами

уменьшить

аэро

–

динамические

(

на

20–35%)

гололедные

нагрузки

(

на

25–40%)

обеспечить

ряд

других

преимуществ

Исследование

комплекса

пластически

деформированных

(

компактированных

)

продуктов

для

воздушных

линий

электропередачи

осу

–

ществлено

ООО

Центр

Промышленных

Технологий

при

грантовой

поддержке

Фонда

Сколково

».

Page 3

и пляску проводов. Например, изменение

профиля алюминиевых проволок внешних

повивов и плотности заполнения сталеа-

люминиевого провода АСВП 216/33 при

различных степенях компактирования: по-

сле свивки (Ø19,2 мм), после обжатий до

Ø17,8 мм и Ø16,2 мм соответственно.

Меньший диаметр проводов типа АСВП

позволяет снизить ветровую нагрузку

в среднем на 33% (таблица 1).

Измененная геометрия проволок про-

вода улучшает свойства такого провода по

изгибной и крутильной жесткости, стойкости

к вибрации, пляске и термоциклированию.

Применение технологии пластического

деформирования дает ряд технических пре-

имуществ, снижающих нагрузки на все эле-

менты ВЛ:

– увеличение коэффициента заполнения

до 92–97%;

– уменьшение аэродинамической нагрузки

(на 20–35%) и самогашение колебаний;

– снижение гололедообразования (на 25–

40%) и эксплуатационной вытяжки в не-

сколько раз;

– стабильность режима вибрации, так как

минимизируется во внутренние слои

попадание влаги, способной (при замер-

зании) изменить режим, на который рас-

считана система гашения, с последующи-

ми эксплуатационными рисками.

У провода АСВП 128/36 за счет более

тесного контакта проволок начальная амплитуда

и период колебания оказались примерно в 1,7 раза

меньше, чем у провода АС120/27 при одной и той же

набранной скорости изгибаемого провода при им-

пульсном воздействии (рисунок 1).

Близкая к гладкой наружная поверхность у пла-

стически деформированных проводов типа АСВП,

аналогичная профилю наружного слоя проводов из

сегментных, Ω- и Z-образных алюминиевых прово-

лок, позволяет уменьшить вибрацию и пляску.

В то же время, даже по сравнению с провода-

ми из сегментных, Ω- и Z-образных алюминиевых

проволок, провода АСВП обладают большей тор-

сионной жесткостью, уменьшенной вероятностью

пляски и повышенной стойкостью к вибрации, луч-

шим самодемпфированием, так как, в отличие от

них, имеют развитую поверхность контакта сосед-

них проволок не только внутри одного повива, но

и между повивами.

Для традиционных проводов типа АС характерно

значительное изменение геометрии провода в про-

цессе колебания с формированием больших рас-

стояний между проволоками (рисунки 2а и 2б) и на-

рушением равномерности их нагружения, причем

увеличение внешнего размера провода происходит

как в плоскости колебаний, так и перпендикулярно

к ней. Контакт между большинством проволок пла-

стически обжатого провода АСВП сохраняется даже

в точках экстремумов.

СРАВНЕНИЕ

ПРОВОДОВ

МЕТОДЫ

ИСПЫТАНИЙ

В ходе испытаний нового пластически деформиро-

ванного алюминиево-стального провода проверялись

как механические, так и электрические свойства в со-

ответствии с актуальными европейскими нормами

и стандартами.

Для проведения испытаний привлекались три ис-

пытательных центра ФРГ и АО «НТЦ ФСК ЕЭС».

Электромеханические испытания системы

«провод-арматура» проведены фирмами Spie/

SAG и FGH Engineering & Test GmbH в Германии

Рис

. 1.

Изменение

во

времени

вертикальной

координаты

свобод

–

ного

торца

отрезка

проводов

АСВП

128/36

АС

120/27

при

зату

–

хающих

колебаниях

Табл. 1. Значения ветровой нагрузки

на провода одинаковой пропускной способности

типов АС и АСВП с различным контуром поперечного сечения

в зависимости от скорости воздушного потока

Ско-

рость

ветра

, м/c

Ветровая нагрузка, действующая

на провода следующих марок, Н/м

АСВП

128/37

АС

120/19

АСВП

216/32

АС

240/34

АСВП

277/79

АС

240/56

3,6

4,8

4,9

6,9

5,2

7,0

5,9

7,9

7,8

11,4

8,4

11,5

20,8

28,5

28,4

41,5

29,8

41,6

Рис

. 2.

Поперечные

сечения

положение

отдельных

проволок

моделируемых

проводов

процессе

вибрации

)

АСВП

;

)

АС

б)

а)

Время, с

По

ло

жение т

орц

а о

тно

сительно

ис

хо

дног

о по о

си

Y, мм

№

3 (66) 2021

Page 4

под контролем VDE (VDE Testing and Certiﬁ cation

Institute).

В соответствии с регламентом, установленным

VDE, проведены комплексные испытания, в том чис-

ле в соответствии со стандартами DIN EN 50189,

DIN EN 62004, DIN EN 50540, DIN EN 62004, 48207,

62568, IEC 61284, 61854, Cigré 426, DIN EN 62568,

IEEE 1138 и др., что позволило успешно сертифици-

ровать провод в ЕС.

Возможности решения основных проблем стро-

ительства и эксплуатации ВЛ за счет совместного

применения проводов АСВП/АСВТ с грозотросом МЗ

без удорожания относительно АС экспериментально

подтверждены АО «НТЦ ФСК ЕЭС», VDE (Герма-

ния), АО «ВНИИЖТ», НИУ «МЭИ» и Волгоградским

государственным техническим университетом.

Применение грозотроса МЗ или ОКГТ типа МЗ

обеспечит абсолютную молниестойкость и протя-

женный пролет. Применение грозотроса МЗ в каче-

стве оттяжек опор обеспечит снижение затрат, в том

числе эксплуатационных.

ИСПЫТАНИЕ

ВОЗНИКНОВЕНИЯ

КОРОННОГО

РАЗРЯДА

Важным моментом при использовании проводов

меньшего диаметра является риск возникновения

потерь электроэнергии от коронирования и повыше-

ния акустического уровня шума.

Испытательной лабораторией электрооборудова-

ния высоковольтных электрических сетей по требо-

ваниям электромагнитной совместимости АО «НТЦ

ФСК ЕЭС», а затем в Институте ассоциации электро-

техники (VDE Testing and Certiﬁ cation Institute, Гер-

мания), были проведены четыре исследования для

выяснения этих вопросов. В таблице 2 представлены

результаты испытаний четырех видов проводов, ис-

пользуемых в эксперименте.

На первом этапе для сравнения и изучения ко-

ронных разрядов взяты два провода одинакового

диаметра (18,8 мм).

Испытания проводились в соответствии с реко-

мендациями МЭК 61284. На основании результатов

сравнительных испытаний, проведенных в НТЦ ФСК

ЕЭС, установлено, что компактированный провод

197/55, изготовленный с использованием технологии

пластического обжатия, имеет напряжение возникно-

вения коронного разряда (142,2 кВ) на 5,7% выше,

чем классический провод АС 185/29 (134,5 кВ) того

же диаметра (18,8 мм).

Табл. 2. Технические данные испытанных проводов

Тип

проводника

Диаметр проводника

(наружный), мм

Количество

алюминиевых прово-

дов в проводнике, шт

Диаметр наружного

слоя проводов, мм

Длительно

допус тимый ток, А

АС 150/19

16,8

2,8

450

AC 185/29

18,8

2,98

510

AСВП/AСВТ

197/55

18,8

3,45

561/943*

AC 240/32

21,6

3,6

605

max

= 70°C для высокопрочных сталеалюминиевых компактированных проводов и

max

= 150°C для высокотемпературных компакти-

рованных сталеалюминиевых проводов.

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ПРИМЕНЕНИЯ

пластически деформированного провода и гро-

зотроса для решения задач строительства и экс-

плуатации ВЛ, в сравнении с проводом АС:

– снижение потерь электроэнергии от корон-

ных разрядов и уровня шума, без увеличе-

ния диаметра:

– повышение устойчивости молниезащиты

и стойкости к токам короткого замыкания;

– значительное снижение относительного

удлинения при эксплуатации;

– гашение вибрации, пляски и собственных

колебаний проводов;

– увеличение длины пролета и (или) провиса-

ния, без увеличения диаметра провода;

– возможность замены провода на существу-

ющих опорах электропередачи, снижение

нагрузки на все элементы воздушной линии

и (или) повышение ее пропускной способ-

ности;

– снижение ветрового давления при сохране-

нии пропускной способности провода;

– возможность увеличения пропускной спо-

собности кольцевых сетей без увеличения

сечения провода и замены опор;

– уменьшение обледенения при одинаковых

сечениях проводов по Al;

– сохранение пропускной способности прово-

да в регионах с высокими температурами

окружающей среды и солнечной радиации,

без увеличения диаметра провода.

Аналогичные испытания проведены для пласти-

чески деформированного провода 216/33 и класси-

ческого АС 240/32 с различными диаметрами. По

результатам сравнительных испытаний провод АС

240/32 (диаметр — 21,6 мм) и компактированный

провод 216/33 (диаметр — 18,5 мм) имеют одинако-

вое напряжение возникновения коронного разряда.

Однако длительно допустимый ток сравниваемых

проводов существенно отличается (510 А для прово-

да AC 240/32 и 689 А для компкатированного прово-

да 216/33 (

= 70°C) и 1040 А для компактированного

провода 216/33 (

= 150°C).

Испытательное напряжение для возникновения

видимой короны на воздушных линиях 220 кВ было

определено лабораторией FGH Engineering & Test

Page 5

10–12%, снижая нагрузку на все элементы ВЛ и сто-

имость. Рассчитанные удельные потери на корону

для хорошей погоды представлены в таблицах 3 и 4.

Провода типа AСВП имеют преимущества в части

меньших потерь на корону по сравнению с провода-

ми типа AC того же диаметра. Также провода AСВП

имеют соответствующие потери от возникновения

коронных разрядов в отношении проводников AC

с большим диаметром и подобными электрическими

и механическими характеристиками.

СНИЖЕНИЕ

ВИБРАЦИОННЫХ

ГОЛОЛЕДНЫХ

МЕХАНИЧЕСКИХ

НАГРУЗОК

НА

ОПОРЫ

ВЛ

Интенсивная гололедная нагрузка воздушных линий

электропередачи является одной из актуальных про-

блем электроэнергетики в странах с соответствую-

щими погодными условиями.

Пластически деформированные провода име-

ют большую торсионную жесткость, повышенную

виброустойчивость и способность к самозатуханию

колебаний даже по сравнению с проводниками из

сегментированных Ω- и Z-образных проволок, по-

скольку АСВП имеют развитую контактную поверх-

ность соседних проволок не только внутри одного

слоя, но и между слоями [3].

Именно высокая торсионная жесткость и мень-

ший диаметр (при том же сечении), являются ключе-

выми факторами, снижающими гололедообразова-

ние. Соответствующие эксперименты проводились,

в том числе в рамках НИОКР ОАО «МРСК Урала».

Закрытая конструкция пластически деформиро-

ванного провода обеспечивает стабильность режима

вибрации. В свою очередь, у стандартного провода

влага, попавшая внутрь провода при замерзании,

способна изменить режим вибрации, на который

рассчитывались гасители, что может значительно

повлиять на срок службы как провода, так и других

элементов ВЛ.

Пластическая деформация проводов не только

значительно повышает механическую прочность,

но и в несколько раз снижает эксплуатационную вы-

тяжку (независимо от металла). Соответствующие

испытания изделий из различных металлов (сталь,

алюминий, медь) проводились в АО «ВНИИЖТ»,

АО «НТЦ ФСК ЕЭС» и VDE [4].

Табл. 3. Удельные потери на корону

в хорошую погоду (ВЛ 220 кВ)

Конструкция провода

(модель проводника; диаметр

проводника)

Изменение

средне годовых

потерь

AC 240/32, Ø 21,6 mm

26,67%

AC 300/39, Ø 24,0 mm

0,00%

AC 330/43, Ø 25,2 mm

–13,33%

AСВП 317/47, Ø 22,3 mm

–13,33%

AСВП 295/44, Ø 21,5 mm

–6,67%

Табл. 4. Удельные потери на корону

в хорошую погоду (ВЛ 330 кВ с расщепленной фазой,

состоящей из 2 проводов с шагом 40 см)

Конструкция провода

(модель проводника; диаметр

проводника)

Изменение

средне годовых

потерь

2 × AC 300/39, Ø 24,0 mm

18,52%

2 × AC 400/51, Ø 27,5 mm

0,00%

2 × AСВП 317/47, Ø 22,3 mm

–7,41%

2 × AСВП 295/44, Ø 21,5 mm

3,70%

GmbH как 167,7 кВ (фазное напряжение)

и испытательной лабораторией НТЦ ФСК

ЕЭС, как 160,0 кВ (фазное напряжение).

Процедура испытаний в обеих лаборатори-

ях была одинаковой и проводилась по ме-

тодике IES 61284:1998.

Уровни напряжения и зарегистрирован-

ные результаты при испытании видимой ко-

роны показаны на рисунке 3.

Испытания дали аналогичные резуль-

таты для напряжения коронного зажигания

и начала стримера коронного разряда. Не-

значительные различия в результатах воз-

никают из-за условий проведения испыта-

ний образцов проводов.

Образцы проводов взяты непосред-

ственно из барабана при испытаниях в лабора-

тории Fgh Engineering & Test GmbH. Что касается

испытаний лаборатории НТЦ ФСК ЕЭС, то поверх-

ность образцов проводов дополнительно очища-

лась от загрязнений и мелких дефектов (связанных

с транспортировкой и размоткой), которые могли

вызвать коронный разряд. Это было сделано для

изучения начала возникновения очагов коронных

разрядов нового пластически деформированного

высокотемпературного провода 19.6-216/33-1.

По результатам испытаний, полученных лабора-

ториями, было установлено, что стримерное начало

коронного разряда для компактировонного высоко-

температурного провода 19.6-216/33-1 находится на

уровне 139,7–150 кВ (фазное напряжение).

Исходя из уровня коронного разряда, провод

АСВП/АСВТ допускает уменьшение диаметра на

Рис

. 3.

Зависимость

количества

очагов

возникновения

коронного

разряда

от

напряжения

Напряжение, кВ

АС 150/19
AC 185/29
AСВП/AСВТ 197/55
AC 240/32

180

160

140

120

100

Ко

личе

ств

о о

чаг

ов в

озникнов

ения

коронног

о ра

зр

яда, шт

№

3 (66) 2021

Page 6

УВЕЛИЧЕНИЕ

ДЛИНЫ

ПРОЛЕТА

ПРИ

СТРОИТЕЛЬСТВЕ

НОВЫХ

ВОЗДУШНЫХ

ЛИНИЙ

Пластически деформированные провода позволя-

ют увеличить расстояние между опорами воздуш-

ной линии до 140% от стандартных пролетов (при

отсутствии ограничений, связанных с изменением

трассы линии). Это актуально при строительстве

новых ВЛ. Например, проведен сравнительный ана-

лиз длины пролета для провода AСВП 128/37, уста-

новленного на ВЛ 110 кВ, и проводов AC 120/27 и AC

120/19, имеющих одинаковое поперечное сечение

и диаметры.

Применение провода AСВП 128/37 позволяет уве-

личить длину пролета с 212 до 294 м по сравнению

с проводом AC 120/27. Провод AСВП 128/37 имеет

более высокое содержание стали (отношение площа-

ди поперечного сечения алюминия и стали составля-

ет 3,45 для проводника AСВП 128/37 и 4,3 для про-

водника AC 120/27), равный диаметр (15,2 мм) и по-

вышенную пропускную способность (на 8% выше).

Эффективным примером применения компак-

тированных проводов является проект ВЛ 150 кВ

от подстанции № 53 до подстанции «Мурманская»

(таб лица 5).

Провод AСВП 258/73 является наиболее эффек-

тивным вариантом при строительстве новой воздуш-

ной линии.

В свою очередь, провод AСВП 216/33 является

оптимальным вариантом при реконструкции ВЛ (за-

мене проводников на существующих опорах элек-

тропередачи в пролете АС 240/32).

Подобные типовые «пары» эффективной аль-

тернативы проводу АС для нового строительства

и реконструкции разработаны для сечений 95, 120,

150, 185, 240, 300 и 400 мм².

Другой пример эффективного применения АСВТ

в филиале ПАО «Россети Сибирь» — АО «Тыва энер-

го», отмеченный техническим советом ПАО «Рос-

сети» (Протокол № 1ТС-2020), где для устройства

перехода через реку Енисей для соблюдения габа-

рита требовалась установка высотных опор, что по-

влекло бы удорожание проекта.

В таблице 6 представлена сравнительная мо-

дель ВЛ 220 кВ Тулун — Туманная (базовый провод

Табл. 5. Показатели применения проводов на ВЛ 150 кВ до подстанции «Мурманская»

Провод

Разрывное

усилие, кН

Максимальное

натяжение, Н/м

Диаметр

проводника, мм

Масса провод-

ника (1 км), кг

Длина

пролета, м

AC 240/32

75,05

3377,33

21,6

921

330

AСВП258/73

151,533

6819,13

21,6

1296,5

443

AСВП 295/44

109

4905,05

21,5

1183

382

AСВП 218/63

130,096

5854,44

19,82

1106,7

424

AСВП 216/33

81,5

3667,51

18,5

855

352

AСВП 214/61

126,672

5700,33

19,6

1080,9

421

Табл. 6. Сравнительная модель ВЛ 220 кВ Тулун — Туманная

(базовый провод — АС 300/39, а провод

АСВП(Т) 218/63

снижает затраты на провод и опоры

на 15%

)

Наименование показателя

Марка провода

АС 300/39

АСВП

295/44

АСВП

258/73

АНВП

354,29

АСВП

277/79

АСВП

218/63

АСВП

317/47

Анкерный участок, км

1,7

Длина ВЛ, км

140

Провода, км

432,6

Цена 1 км провода, руб.

277 250

296 000

325 000

376 000

315 500

248 000

317 000

Стоимость проводов, руб.

119 938 350 128 049 600 140 595 000 162 65 7600 136 485 300 107 284 800 137 134 200

Длина про ле та из рас чета

возможности провода, м

429

471

463

448

455

479

464

Кол-во опор П220н-1,2

244

215

221

231

226

210

220

Цена опоры П220н-1,2

450 000,00

Итого стоимость опоры, руб.

109 800 000 96 750 000 99 450 000 103 950 000 101 700 000 94 500 000 99 000 000

Всего, руб.

229 738 350 224 799 600 240 045 000 266 607 600 238 185 300 201 784 800 236 134 200

Разница, руб.

–

–4 938 750

10 306 650 36 869 250 8 446 950

–27 953 550

6 395 850

►

АСВП(Т) 218/63

обеспечивает максимальный пролет, снижает общие затраты на провод и опоры

на 15%

(без учета стоимости ар-

матуры и монтажа), а также стоимость эксплуатации за счет уменьшения затрат на обслуживание «выпадающих» опор (в дополнение

к снижению стоимости строительства и эксплуатации).

►

АСВП(Т) 295/44

обеспечивает снижение потерь энергии, имея достаточный допустимый ток и минимальную цену закупки.

Допустимый пролет соответствует стандартному для АС 300,

не требуя пересмотра проекта.

Оба провода минимизируют атмосферные нагрузки на все элементы ВЛ из-за конструкции и малого диаметра.

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

Page 7

АС 300/39, АСВП(Т) 218/63 снижает затраты на про-

вод и опоры на 15%), а в таблице 7 — сравнитель-

ная модель 30 км одноцепной ВЛ 110 кВ (базовый

провод АС 120/19, АСВП 128/36, обеспечивает уве-

личение пролета на 30%). Техническое решение по

применению провода АСВТ с заданными механиче-

скими характеристиками обеспечило соблюдение

габарита при применении типовых опор.

Главной проблемой применения проводов нового

типа является отсутствие многофакторного анализа

при выборе провода.

Существннно повысить эффективность строи-

тельства новых ВЛ позволит применение согласо-

ванных по механическим характеристикам компак-

тированных проводов и изготовленных по той же

технологии грозотросов МЗ. Абсолютно не обосно-

вана ситуация, когда механические характеристики

грозотроса становятся фактором, ограничивающим

пролет.

ПОДДЕРЖАНИЕ

НЕОБХОДИМОЙ

ПРОПУСКНОЙ

СПОСОБНОСТИ

ВОЗДУШНЫХ

ЛИНИЙ

ЗОНАХ

ВЫСОКОЙ

ТЕМПЕРАТУРОЙ

ОКРУЖАЮЩЕЙ

СРЕДЫ

Атмосферный нагрев провода до 60–70°С, приво-

дит к падению пропускной способности и, как след-

ствие, к необходимости увеличить сечение, а зна-

чит и затраты. Высокотемпературный провод AСВТ

способен выдержать большую нагрузку при равных

условиях окружающей среды по сравнению с про-

водом AC.

Длительно допустимый ток для АСВТ на 30–50%

превышает значение для стандартного провода того

же диаметра. Однако в случае с АСВТ это не связа-

но с многократным ростом стоимости, в отличие от

большинства высокотемпературных проводов.

Благодаря своим конструктивным особенностям

высокотемпературный провод AСВТ дешевле в не-

сколько раз по сравнению с аналогами с длительно

допустимой температурой 150°C.

Характеристики и особенности провода АСВП

подтверждены в ходе российско-германских испы-

таний. Согласно действующим правилам эксплуата-

ции электроустановок, допустимый ток определяется

с учетом самой высокой температуры нагрева прово-

да (70°C).

Расчет предельных токов при температурах ниже

45°С может производиться без учета влияния сол-

нечной радиации. Поглощенная солнечная радиация

в средних широтах может нагревать провод на 2–3°С

(для проводов, работающих в диапазоне температур

60–70°С и выше). Высокопрочный провод AСВП спо-

собен выдержать большую нагрузку при равных усло-

виях окружающей среды по сравнению с проводом AC.

Следует отметить, что, согласно нормативной

документации, стандартные провода допускаются

к эксплуатации при их нагреве до температуры 90°C.

Допустимая температура для пластически деформи-

рованного провода АСВТ составляет 150°C.

На рисунке 4 представлена зависимость допус-

тимой токовой нагрузки от температуры воздуха

(скорость ветра равна 1,2 м/с) для проводов типа AC

и AСВТ в условиях максимальной рабочей темпера-

туры 80°C и 150°C соответственно.

Таким образом, пластически деформированные

высокотемпературные провода (без увеличения се-

чения) целесообразно использовать:

– для больших переходов, позволяя снизить высоту

опор;

Табл. 7. Сравнительная модель 30 км одноцепной ВЛ 110 кВ

(базовый провод — АС 120/19, а провод

АСВП 128/36

обеспечивает

увеличение пролета на 30%

)

Тип провода

АС 120/19

АСВП 112/13+

АСВП 128/36

АНВП 180-61

Длина анкерного пролета, м

1700

Длина ЛЭП, м

50 000

Количество провода, км

180,00

Цена 1 км провода, руб.

115 307

112 000

144 000

159 000

Стоимость провода, руб.

20 755 260

20 160 000

25 920 000

28 620 000

Длина пролета промежуточной опоры, м

281

287

372

296

Кол-во промежуточных опор

175

172

132

166

Тип опоры

П110-3

Стоимость промежуточной опоры, руб.

200 000

ИТОГО стоимость промежуточных опор, руб.

35 000 000

34 400 000,00

26 400 000

33 200 000

ИТОГО

55 755 260

54 560 000,00

52 320 000

61 820 000

Увеличение стоимости, руб.

–1 195 260

–3 435 260

6 064 740

Примечание.

Стоимость провода указана исходя из средней стоимости алюминия и курса доллара за 9 месяцев 2020 года.

Выводы.

Исходя из комплекса электромеханических и экономических характеристик, оптимальны:

1. При новом строительстве

АСВП 128/36

обеспечивает

увеличение пролета на 30%

, то есть снижение затрат на ВЛ и потерь энергии.

2. В пролете АС 120

АСВП 112/13+

, имея достаточный допустимый ток и минимальную цену,

минимизирует потери энергии

и атмо-

сферные нагрузки из-за конструкции и малого диаметра. При этом провод полностью соответствует требованию ПУЭ-7 в части мини-

мального сечения (120 мм²).

№

3 (66) 2021

Page 8

1000 000

100 000

10 000

1000

100

350 400

400

– для ВЛ с возможностью возникновения перегру-

зок в период поставарийных режимов;

– при построении, реконструкции и замене провода

в кольцевых схемах;

– в районах с высокими температурами воздуха

и солнечной активностью.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ПРИМЕНЕНИЯ

КАЧЕСТВЕ

ОТТЯЖЕК

КАНАТОВ

ПО

СТО

71915393-

ТУ

062-2008

ПО

СРАВНЕНИЮ

ТРАДИЦИОННО

ПРИМЕНЯЕМЫМИ

КАНАТАМИ

ПО

ГОСТ

3063-80

3064-80

АО «НТЦ ФСК ЕЭС» в 2015 году были выполнены

работы по титулу «Анализ целесообразности при-

менения в качестве оттяжек опор ВЛ, пластиче-

ски деформированных стальных канатов по СТО

71915393-ТУ062-2008». При проведении сравни-

тельных механических испытаний использовались

образцы традиционно применяемых оттяжек и об-

разцы оттяжек по СТО 71915393-ТУ062-2008.

Анализ результатов сравнительных испытаний

позволяет сделать однозначный вывод о целесо-

образности применения в качестве оттяжек пласти-

чески деформированных грозотросов — стальных

канатов, изготавливаемых по СТО 71915393-ТУ062-

2008 — в качестве альтернативы существующим

Рис

. 4.

Зависимость

токовой

нагрузки

от

температуры

окружающей

среды

для

проводов

СВП

одинаковым

диаметром

при

скорости

ветра

1,2

слева

—

теоретическая

модель

;

справа

—

экспериментальное

подтвержде

–

ние

испытательном

центре

Германии

канатам по ГОСТ 3064. Вытяжка троса марки

11,0-Г(МЗ)-В-ОЖ-МК-Н-Р-1960/200 Ø11 мм почти

в четыре раза меньше, чем вытяжка троса марки

15,5-Г-В-С-Н-Р-1370/140 Ø15,5 мм. Прогноз по вы-

тяжке тросов на 25 лет также отличается почти

в 4−5 раз в пользу троса марки 11,0-Г(МЗ)-В-ОЖ-

МК-Н-Р-1960/200 Ø11 мм.

Эффективность такого применения обусловлена

рядом преимуществ:

1) снижением металлоемкости и веса оттяжек (поч-

ти в два раза);

2) пониженным износом креплений и фундаментов

опор ВЛ, в том числе за счет снижения вибрации,

а также самопогашением колебаний;

3) практически полным отсутствием относительного

удлинения оттяжек при эксплуатации;

4) снижением ветровой и гололедной нагрузки, ис-

пытываемой оттяжками, в том числе за счет

меньшего диаметра и конструкции троса с более

плотным (по отношению к применяемым) разме-

щением проволок во всех слоях;

5) принципиально более высокими механическими

характеристиками;

6) значительно более высоким модулем упругости

(на 14–16%) и крутильной жесткостью;

7) высокой коррозионной стойкостью.

При этом не требуют из-

менения конструкции стан-

дартных опор и системы кре-

пления к опоре ВЛ «натяжной

прессуемый зажим — трос —

клиновой зажим». Этот во-

прос проработан нами как

с производителями армату-

ры, так и с «ИЦ ОРГРЭС».

При этом конструкция кли-

нового зажима полностью

идентична у обоих тросов.

Нагрузки на конструкцию

опоры в местах крепления

к траверсе и фундаменту

у обоих тросов одинаковы.

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

Температура окружающей среды, °С

Вре

мя, ч

-30

1,5

2,5

3,0

-20 -10

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

нагр

, А

1 /

, 1/К

Табл. 8. Возможные варианты замены оттяжек по ГОСТ 3064-66 (3064-80) Ø17 мм

Оттяжка

Марка (типоразмер)

каната

Ориенти-

ровочная

масса 1000 м

смазанного

каната, кг

МПР,

кН

Разница

на один

канат,

кг/км

Разница

по ме-

тал ло ем-

кости,

Канат оттяжки

по ГОСТ 3064-

66 (3064-80)

канат

17-Г-В-СС-Р-140

по ГОСТ3064-66

1425,0

195,5

–

Предлагае-

мые вариан-

ты каната

по СТО

71915393-

ТУ062-2008

канат (ГТ МЗ)

14,0

–

Г(МЗ)-В-ОЖ-МК-Н-Р-190

1125,0

242,6

–300

канат (ГТ МЗ)

13,0

–

Г(МЗ)-В-ОЖ-МК-Н-Р-190

982

211,6

–443

канат (ГТ МЗ)

12,5

–

Г(МЗ)-В-ОЖ-МК-Н-Р-190

890

192,8

–535

Page 9

Поэтому никаких конструктивных изменений в эти

основные элементы опор и фундаментов вносить

не нужно.

Оттяжки МЗ подбирались именно под равные

со стандартными (по ГОСТ 3064) тяжения (табли-

цы 8 и 9).

Соответствующие технические решения со-

держатся в «Указаниях по применению в качестве

оттяжек опор ВЛ пластически деформированных

канатов, изготовленных по СТО 71915393 ТУ 062-

2008 взамен канатов по ГОСТ 3064 при ремон-

те, реконструкции и модернизации существую-

щих опор ВЛ 110–500 кВ с оттяжками» (стандарт

ПАО «Россети» СТО 34.01-2.2-036-2021).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование пластически деформированных про-

водов и грозотросов при новом строительстве и ре-

конструкции ВЛ 6–750 кВ позволяет существенно

повысить надежность электросетей при воздействии

всего диапазона климатических нагрузок, снизить

капитальные и эксплуатационные затраты. Экспе-

риментальное подтверждение преимуществ (тесты

в России и Германии) рассмотрены ТС ПАО «Россе-

ти» (Протоколы № 1ТС 2017 и 2020).

Наиболее перспективные направления приме-

нение провода АСВП(Т) на ВЛ:

– в областях со значительными ветровыми/голо-

ледными нагрузками;

– для больших переходов, позволяя снизить высо-

ту опор;

– при наличии протяженных анкерных участков;

– для ВЛ с возможностью возникновения пере-

грузок в период поставарийных режимов;

– при построении, реконструкции и замене про-

вода в кольцевых схемах (в этом случае пер-

спективно высокотемпературное исполнение,

особенно рассматривая сопоставимую с АС сто –

имость);

– в районах с высокими температурами воздуха

и солнечной активностью;

– при реконструкции действующих линий на ста-

рых опорах;

– на ВЛ, выполненных на высотных опорах.

Целесообразно совместное использование про-

вода марок АСВП и АСВТ с грозозащитным тросом

МЗ (или ОКГТ) из-за сопоставимости механических

характеристик.

Испытания в АО «НТЦ ФСК ЕЭС» и в трех неза-

висимых исследовательских лабораториях Герма-

нии показали ряд технических преимуществ:

– уменьшение потерь электроэнергии на корону;

– уменьшение аэродинамической нагрузки (на

20–35%) и самогашение колебаний;

– снижение гололедообразования (на 25–40%)

и снижение эксплуатационной вытяжки в 4 ра-

за.

Табл. 9. Возможные варианты замены оттяжек

Наименование

провода

Диаметр, мм

Сечение, мм

Вес, кг

Маркировочная

группа, кг/мм

МПР, кН

Цена за 1 км

без НДС*, руб.

ГОСТ 3063

101,7

873

140

124,5

138 770

ТУ062

575

190

124,1

102 493

ТУ062

83,6

695

180

141,1

112 074

ГОСТ 3064

116,9

993,6

140

135,5

197 164

ТУ062

83,6

695

180

141,1

112 074

ГОСТ 3064

15,5

141,4

1200

140

164,0

232 304

ТУ062

83,6

695

190

158,1

112 074

ТУ062

12,5

108

890

180

192,8

148 495

ГОСТ 3064

17,0

168,2

1425

140

195,5

262 075

ТУ062

118,6

982

180

200,3

162 688

ТУ062

12,5

108

890

180

192,8

148 495

ТУ062

135,9

1125

180

229,5

194 289

ГОСТ 3064

18,5

197,3

1685

140

229,5

308 314

ТУ062

135,9

1125

180

229,5

194 289

ГОСТ 3064

22,5

298,5

2550

140

347

443 386

ТУ062

201,6

1670

180

340,5

275 432

ТУ062

201,6

1670

190

360,2

289 204

* Цены указаны на конец 2020 года за канаты оцинкованные по группе «ОЖ» (в соответствии с технической политикой ПАО «Россети»).

ООО «Центр Промышленных технологий»

+7 (459) 799-9235

[email protected]

№

3 (66) 2021

Оригинал статьи: Исследование комплекса пластически деформированных (компактированных) продуктов для воздушных линий электропередачи

Читать онлайн

Испытания, проведенные в 2007–2019 годах в специализированных научно-технических лабораториях России и Германии, показали, что применение пластически деформированных проводов на ВЛ 6–750 кВ позволяет увеличить длины пролетов до 40% (по сравнению с классическими проводами), уменьшить аэродинамические (на 20–35%) и гололедные нагрузки (на 25–40%) и обеспечить ряд других преимуществ. Исследование комплекса пластически деформированных (компактированных) продуктов для воздушных линий электропередачи осуществлено ООО «Центр Промышленных Технологий» при грантовой поддержке Фонда «Сколково».