Провисание проводов меньше — электроэнергии больше | Статьи журнала «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»

Page 1

Page 2

«КАБЕЛЬ-news», № 5, 2013, www.kabel-news.ru

нергокомпании по-прежнему сталкиваются
с большим числом технических проблем,
множество из которых касается инфра-
структуры систем передачи и распреде-

ления электроэнергии. По мере того, как спрос на
электроэнергию растёт, проблемы с модернизацией
существующей инфраструктуры и строительством
новых линий электропередачи остаются. Это вынуж-
дает энергокомпании искать новые, инновационные

Промежуточная опора на двухцепной ЛЭП 161 кВ

Провисание проводов меньше —
электроэнергии больше

Израильская компания оснащает свои линии электропередачи высоко-

температурными проводами с малой стрелой провеса.

Ари Лейб Тукачински (Arie Leib Tukachinsky), Israel Electric Corp.

способы повышения пропускной способности линий
и обеспечения надёжности систем.

Система электропередачи энергокомпании Israel

Electric Corp. (IEC), которая в настоящее время
сталкивается с ежегодным ростом спроса на элек-
троэнергию в 3,5%, главным образом состоит из
воздушных линий 400 и 161 кВ переменного тока.
Старые линии были построены с применением ста-
леалюминиевых проводов типа ACSR, а новые — с
проводами, полностью изготовленными из алюми-
ниевого сплава с более высокой проводимостью,
но меньшей прочностью (AAAC). Сложности с по-
лучением прав на трассы для новых линий и бюд-
жетные ограничения, испытываемые компанией
15 лет назад, вынудили IEC рассмотреть возможно-
сти модернизации существующих линий вместо стро-
ительства новых линий или реконструкции старых.

За данный период рабочая температура прово-

дов для большинства ЛЭП была увеличена от 60—
80 до 100°C, что обеспечило повышение пропускной
способности линий на 70 и 40% соответственно. Тем
не менее к настоящему времени спрос на электро-
энергию вырос настолько, что такого увеличения
допустимой нагрузки по нагреву уже недостаточно.
В связи с этим IEC приступила ко второй фазе реа-
лизации программы повышения токовой нагрузки
проводов, в ходе которой существующие провода
будут заменены на высокотемпературные провода с
малой стрелой провеса (HTLS). Ввиду того, что но-
вые провода будут иметь рабочую температуру, по
крайней мере 200°C, допустимая токовая нагрузка
линии будет увеличена значительным образом —
еще на 40—50%.

ОГРАНИЧЕНИЯ ДЛЯ ДЕЙСТВУЮЩИХ

ЛИНИЙ

Обязательным условием для настоящего проекта

по замене проводов было недопущение изменений
конструкции действующих опор, за исключением ре-

Актуально

ÏÐÎÂÎÄÀ ÄËß ËÝÏ

Page 3

«КАБЕЛЬ-news», № 5, 2013, www.kabel-news.ru

монтных работ, необходимых для восстановления их
первоначальных эксплуатационных характеристик.
Это условие означало, что провода HTLS должны
были соответствовать тем же ограничениям по на-
грузке опор и провисанию при высоких температу-
рах, что и прежние провода.

Во время первой фазы проекта по увеличению

рабочей температуры проводов до 100°C были учте-
ны габариты для действующих линий. Кроме того,
была проведена модификация вспомогательного
оборудования опор и арматуры. Целью второй фазы
проекта было обеспечение того, чтобы величина
провисания новых проводов HTLS с рабочей темпе-
ратурой 200°C не превышала величины провисания
прежних проводов с рабочей температурой 100°C.

Недавно стандарты по допустимым ветровым

нагрузкам в Израиле были пересмотрены в сторо-
ну увеличения расчётной ветровой нагрузки на дей-
ствующие опоры ЛЭП. Поскольку большинство ЛЭП
IEC были построены до принятия новых требований
к нагрузкам, энергокомпания имела право не повы-
шать их прочность. Тем не менее в настоящее время
линии считаются перегруженными, поэтому допол-
нительные нагрузки на опоры не допускаются. Что
касается недавно возведённых ЛЭП, их опоры име-
ют достаточный запас прочности для принятия до-
полнительной нагрузки.

ВЫБОР ПРОВОДОВ

Провода HTLS с рабочей температурой 200°C

состоят из сердечника из стали различных клас-
сов прочности, инвара, композитных материалов и
токоведущего слоя из термостойкого сплава алю-
миния и циркония или отожженного алюминия типа
A1 (алюминия 1350 H-0). После предварительных
термомеханических расчётов IEC выбрала стале-
алюминиевые провода типа ACSS, которые не толь-
ко удовлетворяли всем необходимым критериям, но
и имели наименьшую стоимость среди альтернатив-
ных проводов. Более того, такие провода имели мак-
симальный срок эксплуатации и высокие показатели
надежности.

Покрытие Galfan (сплав цинка и 5% алюминия и

мишметалла) в большинстве случаев подходит для
эксплуатации при высоких температурах, в то вре-
мя как сталь, плакированная алюминием, харак-
теризуется высокой коррозионной устойчивостью.
IEC рассмотрела возможность использования про-
водов компактной конструкции с трапецеидальным
сечением, однако такие провода с эквивалентным
диаметром имеют больший вес и могут перегрузить
опоры. Трапецеидальные провода с эквивалентным
сечением имеют меньшую поверхность теплоотдачи
и, следовательно, меньшую допустимую токовую на-
грузку. В результате IEC выбрала скрученный про-
вод стандартной конструкции.

На первый взгляд проводу со стальным сердеч-

ником не хватает преимущества исключительно ма-
лой величины удлинения при нагреве, характерной
для сердечников из инвара или композиционных
материалов. Тем не менее минимальное содержа-
ние стали снижает вес провода, повышая при этом
отношение натяжения к весу и, следовательно, сни-
жая начальную величину провисания в пределах
ограничений максимального натяжения на опорах.
Вибрации проводов под воздействием ветра не
представляют собой проблему благодаря хорошим
характеристикам сталеалюминиевых проводов по
самодемпфированию. Кроме того, высокая эластич-
ность тонкого стального сердечника в большой сте-
пени компенсирует удлинение провода при нагреве.

ПРЕДНАПРЯЖЕНИЕ ПРОВОДОВ

Финальным этапом проекта, направленным на

решение проблемы с провисанием провода, стало
преднапряжение сталеалюминиевого провода типа
ACSS. Натяжение провода до значений, превышаю-
щих его допустимый максимум в период до провиса-
ния провода, передаёт нагрузку с алюминиевой обо-
лочки на стальной сердечник, сокращая удлинение
провода при нагреве и повышая его эластичность.
Кроме того, это предотвращает деформацию прово-
да и улучшает его характеристики по самодемпфи-
рованию. Существует три основных преимущества
преднатяжения провода:
• нет необходимости в применении гасителей ви-

браций;

• небольшие дефекты провода, связанные с рас-

хождением жил, в основном в местах крепления,
устраняются во время преднатяжения и более не
требуют отдельного внимания;

Вместе с натяжным зажимом применили фиксатор, со-
стоящий из прижимной шайбы и гильзы, который устанав-
ливается на сердечник провода в целях предотвращения
сдвига сердечника под алюминиевой оболочкой

Актуально

ÏÐÎÂÎÄÀ ÄËß ËÝÏ

Page 4

«КАБЕЛЬ-news», № 5, 2013, www.kabel-news.ru

• конечное провисание поддаётся наблюдению и

измерению, а не только расчётам.
Величину провисания прежнего сталеалюминие-

вого провода типа ACSR 300/50 мм

(0,465/0,0775

дюйма

) после деформации провода сравнили с

величиной провисания нового сталеалюминиевого
провода типа Goldfinch/ACSS/HS AW 22/7636 круго-
вых милов (322,2/31,5 мм

) [0,499/0,0488 дюйма

] с

аналогичным наружным диаметром и меньшим со-
держанием стали (31,5 против 50 мм

) после прове-

дения процедуры преднапряжения. Расчёты произ-
водились при помощи программного обеспечения
SAG10 от Southwire. Программа SAG10 моделирует
преднапряжение и распределение натяжения между
стальным сердечником и алюминиевой оболочкой.
Результаты сравнительного анализа подтверждают,
что величина провисания провода ACSS при 200°C
не превышает величины провисания прежнего ACSR
при 100°C. Следовательно, все требования к прови-
санию провода ACSS выполняются.

По причине меньшего веса провода ACSS его

провисание при нагреве меньше провисания прово-
да ACSR, в котором содержание стали больше. Тем
не менее благодаря своей значительно более высо-
кой эластичности при ветровых нагрузках провод
ACSS удлиняется в гораздо большей степени, что
предотвращает его чрезмерное натяжение. После
экспериментального протягивания проводов компа-
нией IEC на небольших пролётах применили мень-
шую величину натяжения провода, чем величину для
сравнительного анализа, поскольку увеличение га-
барита линии не потребовалось.

В итоге IEC выбрала сталеалюминиевые про-

вода типа ACSS стандартной (некомпактной) кон-
струкции, с тем же диаметром, что и старые провода
ACSR, но с меньшим содержанием стали, а имен-

но стандартные сталеалюминиевые провода ACSS
Goldfinch и Bobolink.

ПИЛОТНЫЙ ПРОЕКТ IEC

Для реализации своего пилотного проекта IEC

выбрала двухцепную линию электропередачи на-
пряжением 161 кВ. Эта линия протяжённостью 12 км
(7,5 мили) была построена 40 лет назад с исполь-
зованием проводов с максимальной рабочей темпе-
ратурой 60°C, которые 15 лет назад были заменены
на провода с максимальной рабочей температурой
100°C. Каждая фаза представляла собой одинарный
сталеалюминиевый провод типа ACSR 300/50 мм

Линия проходит через промышленную зону с вы-
соким уровнем загрязнения воздуха и в непосред-
ственной близости от Средиземного моря.

IEC выбрала провод Goldfinch/ACSS/HS AW 636

круговых милов из высокопрочной стали, плакиро-
ванной алюминием, для максимальной защиты от
коррозии. Это означало меньшее содержание стали
в проводе и больший габарит линии над землёй, что
позволило IEC избежать необходимости в модерни-
зации множества гирлянд подвесных изоляторов.
В качестве максимального значения преднапря-
жения применили 3000 кгс, что превышает макси-
мальное натяжение в условиях ветра (2700 кгс), обу-
славливающее нулевое натяжение алюминия при
температуре от 30 до 40°C.

Провода были предоставлены Southwire, а нагре-

востойкая арматура — ACA. Обе компании провели
обучение линейного персонала IEC по установке
проводов на её тренировочной площадке.

Процедура протягивания новых проводов HTLS

ACSS мало отличалась от процедуры для прежних
сталеалюминиевых проводов типа ACSR, однако
было отмечено следующее:
• IEC замерила разницу в натяжении во время

преднапряжения, в результате чего было обна-
ружено, что снижение натяжения выравнивалось
через 15 минут, вследствие чего было задано
время преднатяжения провода — 20 минут;

• на всех этапах проекта после преднапряжения

натяжение провода не должно быть меньше ко-
нечного натяжения (провисания); в противном
случае механический эффект преднапряжения
может быть частично утерян;

• использование натяжного зажима приводило к

сдвигу стального сердечника провода Goldfinch
внутри алюминиевой оболочки. По этой причине
применили специальный фиксатор сердечника,
состоящий из прижимной шайбы и гильзы;

• натяжной зажим разрушает алюминий при на-

тяжении провода свыше 1700 кгс, поэтому IEC
приняла решение использовать двойной зажим
при натяжении 1500—3000 кгс. Двойной зажим
представляет собой два соединённых вместе на-

Было обнаружено, что одинарный натяжной зажим раз-
рушал алюминиевую оболочку при натяжении провода
свыше 1700 кгс, в связи с чем IEC приняла решение о при-
менении двух соединённых вместе натяжных зажимов для
равномерного распределения усилия натяжения.

Актуально

ÏÐÎÂÎÄÀ ÄËß ËÝÏ

Page 5

«КАБЕЛЬ-news», № 5, 2013, www.kabel-news.ru

тяжных зажима, позволяющих равномерно рас-
пределять усилие натяжения.
ЛЭП, выбранная для пилотного проекта, сильно

нагружена, в связи с чем IEC была вынуждена рабо-
тать на одной из цепей, когда смежная линия нахо-
дилась под напряжением, а иногда даже между дву-
мя линиями под напряжением. На некоторых линиях
иногда возникали проблемы, связанные с малым
расстоянием до токоведущих частей, в особенности
на старых и угловых опорах.

Новый провод ACSS требует применения боль-

ших по размеру натяжных блоков на углах по срав-
нению с обычным сталеалюминиевым проводом
ACSR. Однако стандартные блоки такого размера
имеют большой вес, а IEC не была уверена в том,
что новые провода смогут выдержать такой вес без
повреждения алюминиевой оболочки провода. По
этой причине на таких углах применили легковес-
ный натяжной блок, первоначально разработанный
для использования с оптическим грозотросом, кото-
рый также в большей степени подвержен внешним
воздействиям по сравнению с обычными провода-
ми ACSR. Этот блок в три раза легче по сравнению
со стандартным блоком того же диаметра, и, более
того, его центр тяжести расположен гораздо выше.
Широкое использование таких блоков значительно
облегчит работу линейному персоналу в будущем.

ПРЕИМУЩЕСТВА

Оснащение линий электропередачи новыми про-

водами с высокой рабочей температурой и малой
величиной провисания повышает пропускную спо-
собность линии приблизительно на 50% по сравне-
нию с пропускной способностью линии со сталеа-
люминиевыми проводами ACSR с максимальной
рабочей температурой 100°C.

Новые провода ACSS стандартной конструкции

подходят для применения в климатических услови-
ях Израиля. Отсутствие обледенения проводов, по-

ниженное содержание стали, малый вес и высокая
эластичность способствовали решению проблемы
с провисанием провода и в некоторых случаях по-
зволили увеличить габарит линии. Всех этих преиму-
ществ удалось достичь без повышения нагрузки на
промежуточные и анкерные стальные опоры.

Преднатяжение новых сталеалюминиевых прово-

дов до их провисания позволяет снизить конечную
величину провисания. Преднатяжение должно про-
водиться с превышением максимально ожидаемого
натяжения провода, а упругая деформация алюми-
ния должна обеспечить в пределах основной части
диапазона рабочих температур провода, чтобы на-
тяжение линии принимал на себя только стальной
сердечник.

В итоге, кроме необходимости в применении не-

которых специальных инструментов и вспомогатель-
ного оборудования, процесс протягивания новых
сталеалюминиевых проводов ACSS с высокой тем-
пературой нагрева и малой величиной провисания
практически не отличается от протягивания обыч-
ных сталеалюминиевых проводов типа ACSR.

Длина пролёта, м

(футов)

Провисание при 20°C

Провисание при 100°C

ACSR 300/50,

м (футов)

Goldfinch ACSS,

м (футов)

ACSR 300/50,

м (футов)

Goldfinch ACSS,

м (футов)