В статье рассмотрено развитие вариантов конструкций пластически деформированных сталеалюминиевых проводов АСВП (высокопрочный) и АСВТ (высокотемпературный), в части создания АНВП, и новых вариантов СИП-3 и СИП-2, особенности их выбора и применения предприятиями электрических сетей с учетом их эксплуатационной эффективности. Пластически деформированные проводники обладают преимуществами по сравнению с изделиями классических конструкций — это и снижение вибрационных нагрузок, и большая жесткость на кручение, и более высокая механическая прочность, а также меньшее относительное удлинение при эксплуатации. Пластически деформированные изолированные проводники обладают меньшим сопротивлением и значительно более высокими значениями допустимого тока, который определяется с учетом высоких температур в регионе применения.
Фокин В.А., генеральный директор ООО «Метсбытсервис»
Применение кругового (радиального) пластического обжатия провода позволяет улучшить сразу несколько характеристик: повысить точность изготовления провода по диаметру, уплотнить свивку, устранить возможную неравномерность натяжения проволок, сформировать полосовой контакт между проволоками, нейтрализовать свивочные напряжения, обеспечить равномерное распределение нагрузки между составными элементами.
Дополнительное снижение габаритов провода достигается при использовании пластического деформирования не только наружного токопроводящего слоя, но и предварительного обжатия стального сердечника.
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.
Конструкция пластически деформированных сталеалюминиевых проводов АСВП (высокопрочный) и АСВТ (высокотемпературный) обеспечивает снижение вибрационных нагрузок, а также позволяет снизить диаметр провода при том же сечении, что уменьшает гололедную и ветровую нагрузку на все элементы линии (рисунок 1). Кроме того, увеличивается пропускная способность в тех же габаритных пролетах (рисунок 2).
Использование АСВП, АСВТ и АНВП (провод без сердечника из нетермообработанного алюминиевого сплава) расширяет возможности проектирования и эксплуатации сетей, обеспечивает преимущества при реконструкции действующих ВЛ (на старых опорах). Комплексное снижение нагрузок на существующие опоры позволяет (в ряде случаев) обойтись без полной замены опор. При новом строительстве к указанным преимуществам добавляется возможность увеличения пролетов. Еще одним преимуществом высокотемпературного провода можно считать резерв пропускной способности (особенно важный в летний период), не требующий увеличения сечения.
Начиная с 2008 года разработчиками получено более 40 патентов в России, Германии, Австрии и Франции, что подтверждает уникальность технических решений.
Серия экспериментов с новыми сплавами, разработанными ОК «Русал», показали весьма перспективные результаты, подтвержденные при практическом применении на ВЛ 10 кВ. В ходе дальнейших работ нами разработана серия принципиально новых конструкций СИП-2 (ВЛ 0,4 кВ) и СИП-3 (ВЛ 6–10 кВ), в том числе с использованием новых сплавов.
Предлагаемые новые конструкции проводов СИП-3 и СИП-2 являются развитием технологии радиального пластического деформирования токопроводящих и несущих жил для проводов ВЛ и тросов, успешно применяемой ООО «Метсбытсервис» уже в течение 15 лет для производства целой серии продуктов. В процессе испытаний в целом ряде научных и отраслевых центров России и Германии [1], а также в серийной эксплуатации было доказано практически, что данная технология позволяет улучшить сразу несколько характеристик: повысить точность изготовления провода по диаметру, уплотнить свивку, устранить возможную неравномерность натяжения проволок, сформировать полосовой контакт между проволоками, нейтрализовать свивочные напряжения, обеспечить равномерное распределение нагрузки между составными элементами, снижение габаритов провода [2].
В новых СИП сохраняются все преимущества пластически деформированных проводников (снижение вибрационных нагрузок на все элементы линии, многократное снижение эксплуатационных нагрузок и т.д.).
В сравнении с традиционными способами компактирования (например, изготовлением фасонных профилей проводящих и силовых проволок) метод радиального пластического обжатия более технологичен и имеет более низкую себестоимость.
В рамках модернизации питающих сетей 6 кВ СНТ «Измайлово» городского округа Егорьевск специалисты филиала ПАО «Россети Московский регион» — «Восточные электрические сети» впервые применили инновационный самонесущий изолированный провод марки СИП-3 АНВП (алюминиевый нетермообработанный высокопрочный).
В ходе реконструкции ВЛ неизолированный провод марки А-70 заменен на изолированный провод СИП-3 АНВП 68/8. Провод успешно применяется и на объектах ПАО «Полюс золото» [3].
Провод СИП-3 АНВП применен в рамках пилотного апробирования технических решений победителей Международного конкурса инновационных проектов и разработок в сфере электроэнергетики «Энергопрорыв-2021», организованного ПАО «Россети» совместно с Фондом «Сколково». Производитель провода СИП-3 АНВП — отечественный разработчик решений в области повышения надежности линий электропередачи ООО «Метсбытсервис». Таким образом, использование СИП-3 АНПВ отвечает курсу на приоритетное использование российских материалов.
Сплав и конструкция провода СИП-3 АНВП обеспечивают большую механическую прочность без роста электрического сопротивления по отношению к применяемым в настоящее время на воздушных линиях СИП-3 по ГОСТ 319462012 того же сечения. Его применение расширяет возможности строительства и реконструкции ВЛ, снижает аэродинамическую и вибрационную нагрузки.
В сравнении с традиционным проводом СИП-3 АНВП обеспечивает повышение прочности на 8%, снижение нагрузки на опоры за счет меньшего веса, снижение потерь и повышение качества электроэнергии за счет уменьшения сопротивления провода на 14%.
С учетом подтверждения заявленных преимуществ в ходе пилотной эксплуатации, за счет повышенной прочности возможно увеличение длины пролета ВЛ на 15% без увеличения нагрузки на опоры по сравнению с традиционным СИП-3 по ГОСТ 31946–2012. Это позволит сократить капитальные затраты при строительстве и эксплуатации линий электропередачи.
СИП-3 АНВП в качестве альтернативы СИП-3–50 и СИП-3–70 по ГОСТ 31946–2012 различных конструкций применяются на воздушных линиях электропередачи с номинальным напряжением 6 кВ, 10 кВ, 15 кВ и 20 кВ. Провода предназначены для передачи электрической энергии в воздушных электрических сетях в атмосфере воздуха типов I и II при условии содержания сернистого газа не более 150 мг/м2·сут. (1,5 мг/м3) на суше всех макроклиматических районов по ГОСТ 15150 исполнения УХЛ для макроклиматических районов с умеренным и холодным климатом, кроме макроклиматических районов с тропическим сухим (ТС) и тропическим влажным (ТВ) климатом.
Варианты конструкций провода АНВП, в исполнении СИП-3 (с покрытием) — на рисунке 3.
Сравнительный анализ применения СИП-3 АНВП и СИП-3 по ГОСТ 31946-2012 на примере модификации провода АНВП 164,4 6201 Т4 при электрификации объектов ПАО «Полюс» (увеличение пропускной способности в стандартных пролетах СИП-3-1×150) представлен в таблице 1.
Реализуемые эффекты:
- Значительное улучшение параметров относительно СИП-3 по ГОСТ 31946-2012 того же сечения.
- Рост величины длительно допустимого тока Iдл.доп и снижение сопротивления при минимуме изменений других параметров в сравнении с проектным СИП-3-1×150 по ГОСТ 31946-2012.
- Отсутствие необходимости пересмотра пролетов, так как вес меньше, разница в тяжении не существенна относительно СИП-3(7)-1×150 и 1×180 по ГОСТ 31946-2012.
- Возможность замены СИП-3 по ГОСТ 31946-2012 большего сечения при минимуме изменений параметров в сравнении с проектным.
Базовыми проводниками для производства СИП-3 являются провода АНВП и АСВП. Соответственно, номенклатура СИП-3 крайне широкая и полностью соответствует базовым изделиям.
В представляемых конструкциях СИП-2 АНВП за счет использования указанной технологии и новых материалов удалось по сравнению с традиционными конструкциями СИП-2 по ГОСТ 31946-2012 снизить электрическое сопротивление проводов при той же или более высокой максимальной прочности на разрыв (МПР) (варианты 1, 2, 3 сечением 3×50 и вариант сечением 3×70 — таблица 2, рисунки 1 и 2). В рассматриваемых примерах стоимость предлагаемых изделий сохраняется на уровне базовых конструкций СИП-2 по ГОСТ 31946-2012.
В качестве альтернативы кабелей AHXAMK-WM (в варианте прокладки по воздуху) также при чуть большей МПР в несущей жиле удалось получить за счет увеличения проводящих сечений в жилах из обычного или высокопрочного алюминия большую электрическую проводимость. Для получения
приблизительно одинаковой прочности во всех предлагаемых нами вариантах конструкций CИП-2 (сечениями 50 мм² и 70 мм²) использована несущая жила повышенной прочности (за счет сплава и конструкции), что позволило использовать чистый алюминий в токоведущих жилах.
При испытании образец нагружался до 50% МРНП, выдерживался 1 минуту, затем нагружался до 90% МРНП с выдержкой 1 мин. После снятия нагрузки повреждений и проскальзывания провода не наблюдалось. После визуального осмотра провод с анкерным зажимом нагружался до разрушения. Разрушающая нагрузка составила 20,46 кН (разрушился алюминиевый повив провода). График зависимости усилия от времени приведен на диаграмме.
Инновационные конструкции вне зависимости от вариантов превосходят по электромеханическим характеристикам аналогичные изделия по ГОСТ 31946-2012, а также обеспечивают эффективное импортозамещение. Конструкции провода СИП-2 АНВП и СИП-3 АНВП для ВЛ имеют высокую стойкость к миграции воды по токопроводящей жиле и повышенный ресурс работы с большей пропускной способностью, без изменения диаметра и без значительного удорожания.
Предлагаемые нами различные варианты проводников СИП-2 расширяют возможности проектирования и эксплуатации сетей (таблица 2, рисунки 4 и 5):
- Вариант с минимальным электрическим сопротивлением обеспечивает: желаемое качество электроэнергии для удаленных потребителей и снижение потерь электроэнергии.
- Вариант с повышенной механической прочностью, помимо улучшения электротехнических характеристик (относительно ГОСТ 31946-2012), обеспечивает возможность увеличения пролетов, а также большую надежность работы в сложных климатических условиях.
- Арматура стандартная (та же, что и для ГОСТ 31946-2012, с соответствующим диаметром). Несмотря на значительно большую разрывную нагрузку несущей (0) жилы относительно изделий по ГОСТ 31946-2012, для нее может быть использована стандартная арматура (вариант монтажа нулевой жилы, гарантирующий максимальную прочность системы «провод-арматура», представлен на рисунке 6 и 7), обеспечивающая заявленные характеристики.
Рис. 6. Оптимальный вариант монтажа нулевой жилы, обеспечивающий максимальную прочность системы «провод-арматура» 
Рис. 7. График зависимости нагрузки от времени (разрушающая нагрузка СИП-2 3×69,67 + 1×69,67 — 0,6/1 при растяжении составила 20,46 кН: красная — сжатие, зеленая — растяжение)
Теперь наши провода СИП-2 и СИП-3 успешно эксплуатируются в ПАО «Россети Московский регион», ПАО «Россети Кубань», ПАО «Россети Юг» и на объектах ПАО «Полюс золото», где подтвердили снижение потерь 9–14% при передаче и, соответственно, повышение качества энергии для потребителей.
Использование рассмотренных проводников расширяет возможности проектирования и эксплуатации сетей, обеспечивает снижение потерь электроэнергии, резерв пропускной способности, повышение качества электроэнергии, особенно для удаленных потребителей, позволяет значительно повысить надежность при воздействии широкого диапазона климатических нагрузок, снизить общие капитальные затраты. 
ЛИТЕРАТУРА
- Kuryanov V., Gurevich L., Timashova L., Fokin V. Plastically compacted steel-aluminium wires for new overhead lines. PS 1 — challenges & new solutions in design and construction of new ohl. CIGRE Session 2022. Ref B2–10362.
- Курьянов В.Н., Гуревич Л.М., Тимашева Л.В., Фокин В.А. Исследование сталеалюминиевых пластически уплотненных проводов для ВЛ // ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение, 2020, № 6(63). С. 80–83.
- Фокин В.А., Тимашова Л.В., Мерзляков А.С., Гуревич Л.М., Курьянов В.Н., Назаров И.А. Эффективность внедрения отечественных инновационных высокопрочных и высокотемпературных сталеалюминевых проводников // ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение, 2019, № 2(53). С. 48–54.
