76
ВОЗДУШНЫЕ
ЛИНИИ
Оптимальные решения проблем
развития электроэнергетических
сетей
*
*
Статья
была
опубликована
в
англоязычном
спецвыпуске
журнала
«
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
»
для
гостей
и
участников
47-
й
сессии
СИГРЭ
,
проходившей
26–31
авгу
-
ста
2018
года
в
Париже
.
Фокин
В
.
А
.,
директор
ООО
«
Энергосервис
»
Курьянов
В
.
Н
.,
к
.
т
.
н
.,
заведующий
кафедрой
ЭиЭ
ФГБОУ
ВО
«
НИУ
«
МЭИ
»
Кущ
Л
.
Р
.,
к
.
т
.
н
.,
доцент
кафедры
ЭиЭ
ФГБОУ
ВО
«
НИУ
«
МЭИ
»
Мерзляков
А
.
С
.,
начальник
отдела
композитных
материалов
Центра
композит
ных
материалов
и
сверх
прово
ди
мос
-
ти
Дирекции
инновационного
обору
дования
и
энерго
-
эффективности
АО
«
НТЦ
ФСК
ЕЭС
»
В
условиях
постоянного
роста
потребления
электрической
энергии
требует
решения
задача
оптимизации
передачи
потоков
энергии
на
большие
расстояния
.
Одним
из
направлений
поиска
решения
данной
проблемы
является
создание
инновационных
проводников
,
способных
обеспечить
увеличение
объема
передаваемой
электриче
-
ской
энергии
при
одновременном
снижении
технических
потерь
,
в
том
числе
потерь
на
корону
.
И
зделия
,
разработанные
компаниями
ООО
«
Энер
-
госервис
»
и
АО
«
Север
-
сталь
»,
представляют
со
-
бой
компактированные
провода
по
-
вышенной
механической
прочности
и
токовой
нагрузки
за
счет
пласти
-
ческого
деформирования
с
обра
-
зованием
электрических
контактов
высокой
проводимости
между
про
-
волоками
.
Компактированный
про
-
вод
отличается
от
классической
конструкции
тем
,
что
каждая
прово
-
лока
подвергается
сжатию
и
далее
скручиванию
в
единый
провод
,
в
ре
-
зультате
повышается
его
плотность
в
поперечном
сечении
.
Провода
типа
АСВП
и
АСВТ
[2, 5, 7],
атте
-
стованные
к
применению
на
ВЛЭП
межведомственной
комиссией
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
» [1, 2],
прошли
ряд
испы
-
таний
по
механическим
и
электриче
-
ским
параметрам
,
в
том
числе
на
ко
-
ронный
разряд
и
его
интенсивность
в
соответствии
с
рекомендациями
IEC 61284:1997 [3, 4, 5].
Сравнитель
-
ный
анализ
результатов
испытаний
рассмотрен
ниже
.
ОПТИМАЛЬНЫЕ
РЕШЕНИЯ
ПРОБЛЕМ
РАЗВИТИЯ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
СЕТЕЙ
В
настоящее
время
актуален
во
-
прос
поиска
путей
повышения
энергоэффективности
электросете
-
вого
комплекса
,
одним
из
которых
является
использование
инноваци
-
онных
проводов
,
имеющих
лучшие
характеристики
,
чем
стандартные
сталеалюминевые
провода
:
обе
-
спечение
большей
пропускной
спо
-
собности
,
механической
прочности
,
устойчивость
к
высоким
температу
-
рам
,
старению
и
агрессивным
воз
-
действиям
окружающей
среды
.
Проблемы
развития
электро
-
энергетических
сетей
во
всем
ми
-
ре
решаются
по
примерно
одному
алгоритму
:
реконструкция
суще
-
ствующих
линий
(
желательно
на
старых
опорах
),
в
том
числе
с
уве
-
личением
пропускной
способности
(
хотя
далеко
не
всегда
).
И
если
этого
недостаточно
, —
строитель
-
ство
новых
ВЛ
.
Оба
пути
логично
осуществлять
с
применением
но
-
вых
технологий
.
Комплекс
продуктов
для
воз
-
душных
линий
электропередачи
с
применением
уникальной
тех
-
нологии
пластической
деформа
-
ции
—
проводов
и
грозозащит
-
ных
тросов
(
Первая
премия
ПАО
«
Россети
» — «
За
лучший
реали
-
зованный
проект
2014
года
») —
позволяет
предложить
изделия
в
несколько
раз
дешевле
и
с
луч
-
шими
характеристиками
.
Учиты
-
вая
масштабную
программу
рекон
-
струкции
и
строительства
новых
ЛЭП
в
Германии
,
Франции
,
Италии
и
других
странах
ЕЭС
,
эти
продук
-
ты
для
ВЛ
позволяют
значительно
снизить
затраты
при
реконструк
-
ции
сетей
.
В
России
Группа
компа
-
ний
«
Россети
»
уже
реализовала
8
проектов
ВЛ
и
18 000
км
грозо
-
троса
,
в
стадии
реализации
нахо
-
дятся
17
проектов
ВЛ
.
Экспериментально
подтверж
-
денные
основные
достоинства
со
-
временного
провода
АСВП
/
АСВТ
в
сравнении
с
традиционным
стале
-
алюминевым
проводом
:
–
снижение
ветровых
нагрузок
;
–
меньшая
подверженность
эф
-
фекту
пляски
проводов
и
само
-
погашение
колебаний
;
77
–
меньшая
вероятность
налипа
-
ния
снега
;
–
большая
механическая
проч
-
ность
и
,
как
следствие
,
мень
-
шие
стрелы
провеса
и
возмож
-
ность
увеличения
расстояния
между
опорами
;
–
меньшее
электрическое
сопро
-
тивление
;
–
снижение
потерь
на
корону
;
–
больший
длительно
допусти
-
мый
ток
(
для
высокотемпера
-
турного
провода
).
Достоинства
провода
АСВП
/
АСВТ
подтверждают
результаты
исследований
Научно
-
техническо
-
го
центра
ФСК
ЕЭС
,
Московского
энергетического
института
,
Волго
-
градского
политехнического
уни
-
верситета
и
ряда
других
ведущих
научных
центров
.
Проводилось
сравнение
взаи
-
модействия
ветра
различной
ско
-
рости
с
проводами
с
различным
контуром
поперечного
сечения
,
но
близкого
диаметра
(
таблица
1):
АСВП
128/37
и
АС
120/19;
АСВП
230/32
и
АС
240/34;
АСВП
277/79
и
АС
240/56.
Рассчитанная
ветро
-
вая
нагрузка
отличается
от
норма
-
Табл
. 1.
Значения
ветровой
нагрузки
на
провода
с
различным
контуром
поперечного
сечения
в
зависимости
от
скорости
воздушного
потока
Скорость
воздушного
потока
v
AB
,
м
/
с
Ветровая
нагрузка
,
действующая
на
провода
следующих
марок
,
Н
/
м
ASHS 128/37
(Ø15,2
мм
)
ACSR 120/19
(Ø15,2
мм
)
ASHS 216/33
(Ø18,5
мм
)
ACSR 240/32
(Ø21,6
мм
)
ASHS 277/79
(Ø22,4
мм
)
ACSR 240/56
(Ø22,5
мм
)
25
3,6
4,8
4,9
6,9
5,2
7,0
32
5,9
7,9
7,8
11,4
8,4
11,5
60
20,8
28,5
28,4
41,5
29,8
41,6
Рис
. 1.
Зависимость
допустимой
токовой
нагрузки
от
температуры
воздуха
Температура
воздуха
, °C
– AC
ВТ
258/73
– A
С
240/39
I
доп
, A
–30
–20
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
–10
0
10
20
30
40
T
пр
= 80°C
T
пр
= 150°C
тивной
ветровой
нагрузки
на
про
-
вода
,
так
как
не
учитываются
:
изме
-
нение
ветрового
давления
по
вы
-
соте
в
зависимости
от
типа
мест
-
ности
,
влияние
длины
пролета
на
ветровую
нагрузку
и
неравномер
-
ность
ветрового
давления
по
про
-
лету
ВЛ
.
Использование
такого
,
«
очищенного
»
от
влияния
различ
-
ных
,
не
зависящих
от
конструк
-
ции
провода
факторов
,
позволяет
более
четко
определить
вклад
контура
провода
в
изменение
ве
-
тровой
нагрузки
.
Контур
провода
после
обжатия
получали
модели
-
рованием
процесса
пластического
деформирования
сталеалюмини
-
евых
проводов
в
модуле
Abaqus/
Explicit
программного
комплекса
SIMULIA/Abaqus
компании
Abaqus,
Inc. (
США
).
У
всех
проводов
АСВП
алюминиевые
проволоки
внеш
-
него
повива
плотно
без
зазоров
прилегают
друг
к
другу
,
что
по
-
зволяет
моделировать
в
COMSOL
Multiphysics
воздействие
ветра
на
единую
систему
с
одним
внешним
контуром
.
Как
видно
из
приведенных
дан
-
ных
,
ветровая
нагрузка
на
провода
типа
АСВП
с
более
обтекаемой
геометрией
в
среднем
ниже
на
33%.
Снижение
ветровой
нагруз
-
ки
позволяет
уменьшить
нагрузки
на
опоры
линий
электропереда
-
чи
и
монтировать
при
капиталь
-
ных
ремонтах
провода
с
большей
пропускной
способностью
на
су
-
ществующие
опоры
.
Пластиче
-
ски
обжатые
провода
обладают
еще
рядом
достоинств
,
которые
обычно
свойственны
более
доро
-
гим
проводам
из
профилирован
-
ных
проволок
.
По
литературным
данным
известно
,
что
нагрузки
от
действия
гололедно
-
изморозевых
отложений
на
компактированные
провода
c
практически
гладкой
внешней
поверхностью
и
умень
-
шенным
диаметром
снижаются
на
3–9%
по
сравнению
со
стандарт
-
ными
сталеалюминиевыми
прово
-
дами
того
же
сечения
[6].
Следует
отметить
,
что
,
соглас
-
но
нормативной
документации
,
стандартные
провода
разрешено
эксплуатировать
при
температуре
провода
до
80–90°
С
,
в
то
время
как
для
проводов
марки
АСВТ
до
-
пустимой
температурой
является
t
пр
в
150°
С
.
На
рисунке
1
представлена
за
-
висимость
допустимой
токовой
нагрузки
от
температуры
воздуха
при
скорости
ветра
1,2
м
/
с
для
проводов
АС
и
АСВТ
в
условиях
максимальной
для
них
температу
-
ры
эксплуатации
— 80°
С
и
150°
С
соответственно
.
При
одинаковом
диаметре
длительно
допустимый
ток
для
высокотемпературного
провода
на
30–35%
превышает
значение
для
стандартного
про
-
вода
.
Данная
характеристика
по
-
зволяет
использовать
инноваци
-
онный
провод
в
случаях
,
когда
необходимо
существенно
повы
-
сить
токовые
нагрузки
на
линии
электропередачи
,
не
увеличивая
сечения
,
а
также
в
районах
с
вы
-
сокими
температурами
окружаю
-
щей
среды
.
№
6 (51) 2018
78
ИССЛЕДОВАНИЕ
ВОЗНИКНОВЕНИЯ
КОРОННОГО
РАЗРЯДА
В
ЗАВИСИМОСТИ
ОТ
НАПРЯЖЕНИЯ
Важным
моментом
при
исполь
-
зовании
проводов
меньшего
диа
-
метра
является
риск
роста
потерь
на
корону
и
уровня
шума
.
С
целью
проверки
этой
проблемы
АО
«
НТЦ
ФСК
ЕЭС
»
были
проведены
два
исследования
.
На
первом
этапе
для
исследования
коронообразо
-
вания
в
качестве
основы
для
срав
-
нения
взяты
два
провода
одного
диаметра
— 18,8
мм
.
Всего
в
экс
-
перименте
участвовали
4
провода
,
данные
которых
приведены
в
таб
-
лице
2
и
на
рисунке
2.
Испытания
проводились
в
соот
-
ветствии
с
рекомендациями
МЭК
61284.
По
результатам
проведен
-
ных
сравнительных
испытаний
в
НТЦ
ФСК
ЕЭС
установлено
,
что
для
проводов
одинакового
диа
-
метра
(Ø18,8
мм
)
напряжение
воз
-
никновения
коронного
разряда
на
проводе
АСВП
197/55
производства
ООО
«
Энергосервис
» (142,2
кВ
)
на
5,7%
выше
напряжения
возникно
-
вения
коронного
разряда
на
прово
-
де
марки
АС
185/29 (134,5
кВ
).
Аналогичные
испытания
были
проведены
для
проводов
разных
диаметров
марок
АСВП
216/33
и
АС
240/32.
По
результатам
сравнитель
-
ных
испытаний
проводов
разного
диаметра
АС
240/32 (Ø21,6
мм
)
и
АСВП
216/33 (Ø18,5
мм
)
напря
-
жение
возникновения
коронного
разряда
одинаково
.
При
этом
дли
-
тельно
допустимый
ток
сравнива
-
емых
проводов
отличается
значи
-
тельно
:
АС
240/32 — 510
А
,
АСВП
/
АСВТ
216/33 — 689
А
(
t
= 70°C,
вы
-
сокопрочное
исполнение
),
и
1040
А
(
t
= 150°C,
высокотемпературное
исполнение
).
Конструкция
прово
-
да
АСВП
/
АСВТ
216/33
разработа
-
на
в
рамках
совместного
проекта
с
Фондом
«
Сколково
»
для
рекон
-
струкции
ВЛ
без
замены
опор
.
Провода
АСВП
имеют
преиму
-
щества
с
точки
зрения
меньших
по
-
терь
,
возникающих
при
коронирова
-
нии
на
проводниках
при
одинаковом
диаметре
по
сравнению
с
проводом
АС
,
и
имеют
сопоставимые
резуль
-
таты
при
сравнении
проводников
АСВП
меньшего
диаметра
по
срав
-
нению
с
АС
большего
диаметра
при
сопоставимых
электрических
и
ме
-
ханических
характеристиках
.
Рис
. 2.
Зависимость
количества
очагов
коронного
разряда
от
приложенно
-
го
напряжения
Приложенное
напряжение
,
кВ
Ко
личеств
о
очаг
ов
коронног
о
ра
зр
яда
,
шт
30
25
20
15
10
5
0
100
120
140
160
180
– AC 150/19
– AC 185/29
– AC
ВП
197/55
– AC 220/32
Табл
. 2.
Технические
данные
исследуемых
проводов
Марка
провода
Диаметр
провода
(
внешний
),
мм
Количество
алюминиевых
проволок
в
проводе
,
шт
Диаметр
проволоки
внешнего
повива
,
мм
Длительно
допустимый
ток
,
А
АС
150/19
16,8
24
2,8
450
АС
185/29
18,8
26
2,98
510
АСВП
/
АСВТ
97/55
18,8
28
3,45
561/943*
АС
240/32
21,6
24
3,6
605
*
t
max
= 70°C —
высокопрочное
и
t
max
= 150°C —
высокотемпературное
ис
-
полнение
.
Расчетные
удельные
потери
на
корону
в
хорошую
погоду
(
ВЛ
220
кВ
)
Конструкция
фазы
(
марка
провода
;
диаметр
провода
)
Изменение
средне
-
годовых
потерь
AC 240/32;
Ø
21,6
мм
+ 26,67%
AC 300/39;
Ø
24,0
мм
0,00%
AC 330/43;
Ø
25,2
мм
–13,33%
A
СВП
317/47;
Ø
22,3
мм
–13,33%
A
СВП
295/44;
Ø
21,5
мм
–6,67%
Расчетные
удельные
потери
на
корону
в
хорошую
погоду
(
ВЛ
330
кВ
)
при
расщепленной
фазе
на
2
провода
с
шагом
расщепления
40
см
Конструкция
фазы
(
число
и
марка
провода
;
диаметр
провода
)
Изменение
средне
-
годовых
потерь
2 × AC 300/39;
Ø
24,0
мм
+ 18,52%
2 × AC 400/51;
Ø
27,5
мм
0,00%
2 × A
СВП
317/47;
Ø
22,3
мм
–7,41%
2 × A
СВП
295/44;
Ø
21,5
мм
+ 3,70%
ВОЗДУШНЫЕ
ЛИНИИ
79
Рис
. 3.
Длина
пролета
с
допустимым
зазором
для
ВЛ
Примеры
проектных
решений
,
приведенные
на
рисунке
3,
иллю
-
стрируют
значительное
расшире
-
ние
возможностей
по
оптимиза
-
ции
.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В
результате
численных
экспери
-
ментов
проведено
исследование
эффективности
применения
со
-
временных
высокотемператур
-
ных
проводов
марки
АСВТ
в
элек
-
тросетевом
комплексе
,
получены
данные
по
предельным
нагруз
-
кам
,
сокращению
тепловыделе
-
ния
и
намагниченности
в
процес
-
се
эксплуатации
.
По
результатам
проведенных
сравнительных
ис
-
пытаний
установлено
,
что
для
проводов
одинакового
диаме
-
тра
напряжение
возникновения
коронного
разряда
на
проводе
АСВП
выше
напряжения
возник
-
новения
коронного
разряда
на
проводе
марки
АС
.
Относительное
снижение
на
-
магниченности
высокотемпера
-
турного
провода
АСВТ
в
сравне
-
нии
с
проводом
АС
составляет
3–7%.
Полученные
результаты
позволяют
сделать
вывод
о
при
-
менимости
инновационных
вы
-
сокотемпературных
проводов
в
случаях
,
когда
необходимо
су
-
щественно
повысить
токовые
нагрузки
на
линии
электропере
-
дачи
,
не
увеличивая
сечения
,
а
также
в
районах
с
высокими
температурами
окружающей
сре
-
ды
.
Экономический
эффект
от
применения
проводов
АСВТ
при
реконструкции
электрических
се
-
тей
напряжением
110
кВ
и
выше
достигается
за
счет
снижения
по
-
терь
на
намагничивание
и
пере
-
гревание
провода
,
возникновения
потерь
на
корону
,
а
также
увели
-
чения
пропускной
способности
сети
и
повышения
надежности
электроснабжения
.
Учитывая
тот
факт
,
что
существующие
на
дан
-
ный
момент
ЛЭП
находятся
в
экс
-
плуатации
более
25–40
лет
и
ис
-
черпали
свой
ресурс
,
замена
их
на
новые
крайне
необходима
.
В
расчете
на
1
км
провода
сети
110
кВ
для
Волгоградской
области
дисконтированный
срок
окупае
-
мости
замены
стандартного
про
-
вода
на
высокотемпературный
АСВТ
(
Энергосервис
)
не
превы
-
шает
5
лет
,
что
в
принципе
меняет
подход
к
применению
высокотем
-
пературных
проводов
.
Р
Aster 570
1080
А
I
CC
1098
А
1283
А
1397
А
1300
А
ASHS&ASHT 571/80
ASHT 686KK
ANVP 752K
Azalee 707
MCM 556,5 Eagle
565 AL72-St1A
264 AL1/34-St1A
ASHT 571/80
ASHT 295/44
ASHT 214/61
ASHT 477/66
ASNT 216/33K
ANHS 308,35 6101-T4-290
ANHS 240,72 6101-T4-
MCM 556,5 Eagle
802
А
687
А
I
CC
I
CC
809
А
776
А
981
А
1129
А
*
978
А
*
960
А
837
А
658
А
ASHS 277/79
ASHT 277/79
0
100
200
300
400
500
600
25
20
15
10
5
0
0
0
100
50
250
200
100
350
300
150
400
400
200
450
500
300
500
25
20
15
10
5
0
25
20
15
10
5
0
0
100
200
300
400
500
600
25
20
15
10
5
0
ЛИТЕРАТУРА
1.
Фокин
В
.
А
.,
Колосов
С
.
В
.
Новое
по
-
коление
проводов
ВЛ
:
пластически
деформированные
провода
//
ЭЛЕК
-
ТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распреде
-
ление
, 2014,
№
1(22).
С
. 90–93.
2.
Гуревич
Л
.
М
.,
Власов
А
.
К
.,
Фокин
В
.
А
.
Новые
типы
пластически
деформи
-
рованных
проводов
,
грозозащитных
тросов
и
ОКГТ
//
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
, 2015,
№
5(32).
С
. 66–71.
3.
Гуревич
Л
.
М
.,
Даненко
В
.
Ф
.,
Прони
-
чев
Д
.
В
.,
Трунов
М
.
Д
.
Моделирование
электромагнитных
потерь
в
сталеалю
-
миниевых
проводах
различной
кон
-
струкции
//
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Пере
-
дача
и
распределение
, 2014,
№
5(26).
С
. 68–72.
4.
Протокол
№
22-06-2018
ИЛ
ВЭС
ЭМС
АО
«
НТЦ
ФСК
ЕЭС
».
5.
Протокол
№
ВО
13-112016
ИЛ
ВЭС
ЭМС
АО
«
НТЦ
ФСК
ЕЭС
».
6.
Справочник
по
электроснабжению
промышленных
предприятий
.
Под
общ
.
ред
.
А
.
А
.
Федорова
и
Г
.
В
.
Серби
-
новского
.
Кн
. 1.
Проектно
-
расчетные
сведения
.
М
.:
Энергия
, 1986. 576
с
.
7.
Курьянов
В
.
Н
.,
Швец
Е
.
С
.,
Тимашо
-
ва
Л
.
В
.,
Фокин
В
.
А
.
Применение
отече
-
ственных
инновационных
высокотем
-
пературных
проводов
АСВТ
для
ВЛ
110
кВ
и
их
эффективность
//
Энергия
единой
сети
, 2017,
№
5(34).
С
. 12–18.
220
кВ
220
кВ
220
кВ
№
6 (51) 2018
Оригинал статьи: Оптимальные решения проблем развития электроэнергетических сетей
В условиях постоянного роста потребления электрической энергии требует решения задача оптимизации передачи потоков энергии на большие расстояния. Одним из направлений поиска решения данной проблемы является создание инновационных проводников, способных обеспечить увеличение объема передаваемой электрической энергии при одновременном снижении технических потерь, в том числе потерь на корону.
