ПРОВОД ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована при строительстве и реконструкции воздушных линий электропередач для защиты от опасных режимов гололедообразования и «пляски» проводов в районах, подверженных гололедно-ветровым нагрузкам.
Известны проводы линий электропередачи, применяемые на воздушных линиях электропередачи всех классов напряжений и выполняемые в виде одного или нескольких повивов проволок (Бошнякович А.Д. «Механический расчет проводов и тросов линий электропередачи», М. - Л., 1962 г.)
Известны провода линии электропередачи, состоящие из стального немагнитного азотосодержащего сердечника с алюминиевыми повивами из проволок различного диаметра (Патент РФ №2063080 HО1B 5/08, 1996.06.27), провод, содержащий центральную проволоку, поверх которой расположен наружный повив алюминиевых проволок, в котором диаметр одной из проволок больше диаметра остальных (Патент РФ №714509 HО1B 5/08, 1980.02.05), стале-алюминиевый 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 (А.С. СССР №1793481 A1 5 HО1B 15/00, 1993.02.07), провод с дополнительной навивкой проволок поверх (Патент РФ №2014652 HО1B 5/08, 1994.06.15).
Недостатком указанных аналогов является их подверженность к гололедообразованию, «пляске» проводов. Эти опасные режимы приводят к повреждению опор, проводов, отдельных конструктивных элементов, схлестыванию и перегоранию проводов и существенно снижают эксплуатационную надежность линий электропередач.
Наиболее близким прототипом к заявленному являются композитные провода типа АСП, повивы проволок которых выполнены из алюминиево-циркониевого сплава. Инновационные провода по сравнению с традиционными обладают рядом преимуществ: увеличена пропускная способность по передаваемой мощности, они имеют меньшие стрелы провеса и более высокие показатели рабочей температуры (высокотемпературные). (ПУЭ-7; жур. «Кабель-NEWS» №1, 2013 г., с. 10; №5, 2013 г., с. 32-34; №6, 2013 г., с. 12, с. 22-23; жур. «Энергия» №5, 2013 г., с. 77).
Однако недостатком композитных проводов является их подверженность гололедным отложениям, «пляске» и вибрации проводов. Это приводит в эксплуатационных условиях к повреждению проводов, опор и отдельных конструктивных элементов, что значительно снижает надежность работы линий электропередач.
Задачей полезной модели является предотвращение на композитных проводах гололедных отложений, «пляски» и вибрации проводов.
Поставленная задача достигается тем, что в композитном проводе АСП, состоящим из одного или нескольких повивов алюминиево-циркониевых проволок, в наружном повиве расположены проволоки с большим сопротивлением и увеличенным диаметром из термозакаленного отдельными участками алюминиевого сплава АЖ в количестве не более половины проволок наружного повива, при этом сопротивление этих встроенных проволок больше на один порядок и более, чем сопротивление алюминиево-циркониевых проволок.
ж
ж
ж
ж
Существо полезной модели поясняется чертежом. На фиг. изображено сечение заявляемого провода АСП. Композитный провод АСП содержит алюминиево-циркониевые проволоки 1 с пониженным сопротивлением и встроенные проволоки 2 с большим на один порядок и более сопротивлением и увеличенным диаметром из термозакаленного отдельными участками 3 алюминиевого сплава АЖ. Профилактические токи в композитных провода АСП, изначально препятствующие образованию гололеда, равны или близки рабочим токам нагрузки. При протекании рабочих токов нагрузки заявляемый композитный провод АСП имеет подогретую поверхность. В результате этого гололедные отложения на проводе изначально не образуются, чем предотвращаются опасные режимы отложений гололеда, «пляски» и вибрации проводов линий электропередач.
ж
В композитном проводе АСП против гололеда, «пляски» и вибрации реализовано три эффекта.
Эффект нагрева поверхности проводов происходит благодаря расположению в наружном алюминиево-циркониевом повиве встроенных проволок с большим сопротивлением из сплава АЖ (АН) и благодаря действию т.н. скин-процесса, т.е. протеканию токов нагрузки в поверхностных проволоках провода.
Ниже приводятся подтверждающие расчеты.
Полное сопротивление проводника определяется следующим образом (Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4-35-110 кВ, Том 1 М., Папирус ПРО, 1999):
Z=R+jX или
, где:
R - активное сопротивление проводника, ом;
L
X - индуктивное сопротивление проводника, ом;
С
Х - емкостное сопротивление проводника, ом.
L
C
C
При рассмотрении отдельно взятого проводника X>>Х, т.е. полное сопротивление проводника носит преимущественно активно-индуктивный характер и сопротивлением Х можно пренебречь. Поэтому
Активное сопротивление R вычисляется по формуле:
, где
-6
ρ - удельное сопротивление материала, ом·м·10;
l - длина проводника, м;
2
S - площадь сечения проводника, м и тогда:
L
т.е. полное (активно-индуктивное) сопротивление проводника зависит от диаметра (сечения) S, длины проводника l, сопротивления проводника ρ, а также от индуктивного сопротивления X проводника.
Удельное активное сопротивление ρ - величина постоянная и определяется только материалом проводника и температурой окружающей среды. В соответствии с ГОСТ 22265-76 «Материалы проводниковые. Термины и определения» для проводников из алюминиево-циркониевого сплава и термообработанных алюминиевых сплавов АЖ значения ρ соответственно равны (при t=20°C):
АСП
-6
ρ=0,025-0,027·10 ом·м;
АЖ
-6
ρ=0,0338-0,0347·10 ом·м.
Ж
АСПЖ
АЖ
2
Например, провод марки АСП-150/24 (наиболее часто применяемый для ВЛ напряжением ПО кВ) в соответствии с ГОСТ 839-80Е «Провода неизолированные для воздушных линий электропередач. Технические условия» имеет сечение алюминиево-циркониевой части 148,7 мм. Отсюда, зная значения ρ для алюминиево-циркониевого сплава и термо-обработанного алюминиевого сплава АЖ, находим значения R и R:
АСПЖ
148,7
-6
1
-3
R=0,026·10·/=0,174·10 ом;
АЖ
16,7
-6
1
-3
R 0,0347·10·/=2,07·10 ом, отсюда находим:
АЖ
АСПЖ
Ж
-3
-3
R/R =2,07·10/0,174·10=11,9 раз, т.е. в проводе АСП-150/24 сопротивление проволоки из алюминиевого сплава АЖ больше сопротивления алюминиево-циркониевых проволок в 11,9 раза.
АЖ
АСПЖ
Ж
В нижеследующей таблице приводятся расчеты по отношениям R к R по нескольким маркам композитных проводов. Варьируя количеством встраиваемых проволок из алюминиевого сплава АЖ, имеем провода АСПсоответствующих сечений.
Таблица
Марка провода АСП<sub>ж</sub>/сечение, мм<sup>2</sup>
Расчетные сечения, мм<sup>2</sup>
Расчетные сопротивления, ом·10<sup>-3</sup>
Отношение R<sub>АЖ</sub>/R<sub>АСПЖ</sub>, раз
ГОСТ 839-80Е
Алюминий
Сплав
R<sub>АСПЖ</sub>
R<sub>АЖ</sub>
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
Из приведенного выше примера, а также из табл. видно, что электрическое сопротивление проволок из термообработанного алюминиевого сплава значительно выше (больше на один порядок и более), чем сопротивление алюминиево-циркониевой части провода. Следовательно, нагрев проволок из термообработанного алюминиевого сплава будет происходить при протекании профилактических токов нагрузки значительно сильнее алюминиево-циркониевых проволок, что приведет к общему нагреву поверхности провода и, следовательно, к исключению налипания гололеда на проводе и исключению «пляски» проводов.
ж
пр
сек
ж
м
Профилактические токи, препятствующие образованию гололеда, для композитных проводов АСП рассчитаны по формуле Бургедорфа В.В. (Бургсдорф В.В., Никитина Л.Г. и др. «Методические указания по плавке гололеда переменным током» ч. 1, СПО Союзтехэнерго, М., 1983 г., стр. 11-12) и составляют при t=+1°C и v=2 / для АСП:
- 120/27 - 108,9 ампер;
- 150/24 - 126,6 а;
- 185/24 - 143,4 а;
- 300/66 - 194 а;
- 400/51 - 234,0 а;
- 500/66 - 263,2 а.
Если токи нагрузки несколько меньше токов, препятствующих образованию гололеда, то нагрузка параллельной линии электропередачи переводится на обогреваемую линию.
Второй эффект обусловлен термической закалкой отдельными участками встроенных проволок из алюминиевого сплава АЖ (АН). Возникающие под действием ветра бегущие и отраженные волны, обуславливающие устойчивую пляску и вибрацию проводов, в местах перехода на участках большей жесткости (термозакаленные участки проволок) с соседними участками меньшей жесткости (незакаленные участки проволок) изначально демпфируются, точнее гасятся, и провод не подвергается пляске и вибрации. Таким образом, в таком проводе изгибная и крутильная жесткость разная по длине, т.е. модуль упругости E, умноженный на момент инерции I, величина непостоянная. Термическая закалка проволок выполняется общеизвестным способом закалки токами высокой частоты с помощью индуктора.
Третий эффект связан созданием асимметрии воздушного потока вокруг провода. Встроенные проволоки с увеличенным диаметром во внешнем алюминиево-циркониевом повиве образуют ребра, которые, воздействуя на пограничный слой, создают асимметрию в обтекании провода потоком воздуха. Проведенные испытания проводов в аэродинамических трубах показали, что срывы вихревых потоков воздуха Бернара-Кармана происходят с увеличенных диаметров проволок на расстоянии 1,8d (d - диаметр провода), а со стандартных проволок - на расстоянии 1,2d. В результате происходит расстройка, «разлад» механизма образования подъемных аэродинамических сил, и пляска и вибрация изначально не возникают.
ж
Композитные провода АСП могут изготавливаться четырех модификаций:
1. с проволоками алюминиевого сплава АЖ;
2. с проволоками сплава АЖ с термозакалкой отдельными участками;
3. с проволоками сплава АЖ с увеличенным диаметром;
4. с проволоками сплава АЖ с увеличенным диаметром и термозакалкой участками.
ж
ж
Потери электрической энергии в композитных проводах АСП такие же, как и в композитных проводах АСП. Композитные провода АСПпозволяют изначально предотвратить отложения гололеда и «пляску» и вибрацию проводов, что значительно повышает надежность работы линий электропередач, и обеспечить надежность энергоснабжения потребителей.
Предотвращение обледенения проводов осуществляется рабочими нагрузочными токами без отключения энергоснабжения потребителей.
Ж
В эксплуатационных условиях при применении композитных проводов АСП не требуются установки плавки гололеда, проведения самих плавок, оборудования ВЛ гасителями «пляски» и вибрации, что позволяет сэкономить значительные капитальные затраты.
Заводская технология изготовления провода не изменяется: только в несколько другом порядке устанавливаются исходные барабаны с проволоками.
Список
использованной технической литературы при оформлении заявки на полезную модель «Провод линии электропередачи»
1. Бошнякович А.Д. «Механический расчет проводов и тросов линий электропередачи», M. - Л., 1962 г.
2. Патент Р.Ф. №2063080, 1966.06.27.
3. Патент Р.Ф. №714509, 1980.02.05.
4. Патент Р.Ф. №2014652 Н01В 5/08, 1994.06.15.
5. А.С. СССР№1793481, 1993.02.07.
6. Бургсдорф В.В., Никитина Л.Г., Никонец Л.А. и др. «Методические указания по плавке гололеда переменным током» ч.1, М.: Союзтехэнерго, 1983 г.
7. Макаров Е.Ф., Справочник по электрическим сетям 0,4-35-110 кВ, Том 1 М., Папирус ПРО, 1999 г.
8. ГОСТ 22265-76 Материалы проводниковые. Термины и определения.
9. ГОСТ 839-80Е Провода неизолированные для воздушных линий электропередач. Технические условия.
10. ПУЭ-7, 2013 г.
11. Жур. «Кабель-NEWS» №1, 2013 г., с. 10; №5, 2013 г., с. 32-34; №6, 2013 г., с. 12, с. 22-23; жур. «Энергия» №5, 2013 г., с. 77.