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 различного диаметра (Патент РФ №2063080 НО1В 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 НО1В 5/08, 1980.02.05), сталеалюминиевый 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 А1 5 НО1В 15/00, 1993.02.07), провод с дополнительной навивкой проволок поверх (Патент РФ №2014652 НО1В 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 электропередачи.
Известны также провода линий электропередач, содержащие специальные устройства постоянного и переменного тока для плавки гололедных отложений, специальные гасители пляски и вибрации, навешиваемые на провода (Бургедорф В.В., Никитина Л.Г., Никонец Л.А. и др. «Методические указания по плавке гололеда переменным током» ч.1, М.: Союзтехэнерго, 1983 г.; Бургсдорф В.В., Дьяков А.Д., Никонец Л.А. и др. «Руководящие указания по плавке гололеда»: Минэнерго Р.Ф., 1993 г.; Глебов Э.С. «Пляска проводов на воздушных линиях электропередачи 500 кВ» БТИ, М., 1965 г.).
Недостатком таких устройств является их сложность, дороговизна, значительные затраты на их установку, эксплуатацию, что вызывает существенное удорожание линий электропередач.
Наиболее близким прототипом к заявленному является провод линии электропередачи, в котором стальные проволоки в количестве не менее трех и не более половины проволок равномерно чередуются во внешнем повиве, при этом активно-индуктивное сопротивление стальных проволок больше на один порядок и более, чем сопротивление алюминиевых проволок (Патент полезной модели РФ №101574 И1 2010.06.29).
Недостатком ближайшего прототипа является то, что стальные проволоки во внешнем повиве, как имеющие большое сопротивление, обуславливают в процессе эксплуатации постоянные повышенные потери электроэнергии и, как обладающие значительной жесткостью, имеют низкую технологичность при изготовлении таких проводов.
Задачей полезной модели провода АСТС (провод алюминиевый, сталеалюминиевый с проволоками из термообработанного алюминиевого сплава) является исключение повышенных потерь электроэнергии при эксплуатации линий, повышение технологичности при изготовлении проводов при сохранении условия предотвращения изначально гололедных отложений и «пляски» проводов, как и заложено в Патенте полезной модели РФ №101574 И1 2010.06.29.
Поставленная задача достигается тем, что в проводе линии электропередачи, содержащим один или несколько повивов проволок, во внешнем алюминиевом повиве расположены проволоки с большим сопротивлением из термообработанного алюминиевого сплава марки АЖ (АН), при этом сопротивление проволок из термообработанного алюминиевого сплава больше на один порядок и более, чем сопротивление алюминиевых проволок.
Существо полезной модели поясняется чертежом. На фиг. изображено сечение провода линии электропередачи. Провод содержит во внешнем алюминиевом повиве алюминиевые проволоки с пониженным сопротивлением 1 и проволоки из термообработанного участками алюминиевого сплава марки АЖ (АН) с повышенным сопротивлением 2.
Полное активно-индуктивное сопротивление термообработанных проволок из алюминиевого сплава марки АЖ (АН) больше на один порядок и более, чем сопротивление алюминиевых проволок внешнего повива. Токи в проводах линий электропередачи, изначально препятствующие образованию гололеда, близки или равны токам нагрузки. При протекании токов нагрузки заявляемый провод имеет подогретую поверхность. В результате этого гололед на проводах изначально не образуется, чем предотвращаются опасные режимы отложений гололеда и «пляски» проводов линий электропередач.
Эффект нагрева поверхности заявляемого провода токами нагрузки, которые равны или близки токам, препятствующим изначально отложениям гололеда, обуславливаются двумя составляющими: сопротивлением проволок из алюминиевого термообработанного сплава, которое больше на один порядок и более, чем сопротивление алюминиевых проволок и сравнительно небольшими профилактическими токами нагрузки. 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):
или
, где:
R - активное сопротивление проводника, ом;
L
X - индуктивное сопротивление проводника, ом;
C
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 алюминия и термообработанных алюминиевых сплавов значения ρ соответственно равны (при t=20°С):
А
-6
ρ=0,026-0,028·10·ом·м;
АЖ
-6
ρ =0,0338-0,0347·10·ом·м.
2
A
АЖ
Например, провод марки АС-150/24 (наиболее часто применяемый для ВЛ напряжением 110 кВ) в соответствии с ГОСТ 839-80Е «Провода неизолированные для воздушных линий электропередач. Технические условия» имеет сечение алюминиевой части 149 мм. Отсюда, зная значения ρ для алюминия и термообработанного алюминиевого сплава, находим значения R и R:
A
149
-6
1
-3
R=0,026·10·/=0,17·10·ом;
АЖ
16,7
-6
1
-3
R=0,0347·10·/=2,07·10·ом, отсюда находим:
АЖ
А
-3
-3
R/R=2,07·10/0,17·10=12,2 раз, т.е. в проводе АС-150/24 сопротивление проволоки из алюминиевого сплава больше сопротивления алюминиевых проволок в 12,2 раза.
АЖ
A
В нижеследующей таблице приводятся расчеты по отношениям R к R по основным маркам алюминиевых и сталеалюминиевых проводов.
Табл.1
Марка провода
Расчетные сечения, имг ГОСТ 839-80Е
Расчетные сопротивления, ом·10<sup>-3</sup>
Отношение R<sub>АЖ</sub>/R<sub>А, </sub>раз
Алюминий
Сплав
R<sub>A</sub>
R<sub>АЖ</sub>
А-120
117
16,7
0,2
2,07
10,4
А-150
149
16,7
0,17
2,07
12,2
А-185
185
16,7
0,14
2,07
14,8
А-300
288
33,4
0,09
1,04
11,6
А-400
394
50,1
0,066
0,69
10,5
А-500
490
50,1
0,053
0,69
13,0
АС-120/19
114
16,7
0,22
2,07
9,4
АС-150/24
149
16,7
0,17
2,07
12,2
АС-185/29
185
16,7
0,14
2,07
11,6
АС-300/48
288
33,4
0,09
1,04
11,6
АС-120/19
394
50,1
0,068
0,69
10,2
АС-120/19
490
50,1
0,055
0,69
12,5
Из приведенного выше примера, а также из Табл.1 видно, что электрическое сопротивление проволок из термообработанного алюминиевого сплава значительно выше (больше на один порядок и более), чем сопротивление алюминиевой части провода. Следовательно, нагрев проволок из термообработанного алюминиевого сплава будет происходить при протекании тока нагрузки значительно сильнее алюминиевых проволок, что приведет к общему нагреву поверхности провода и, следовательно, к исключению налипания гололеда на проводе.
Вторая составляющая - профилактические токи, препятствующие образованию гололеда.
2
M
2
ceк
проф АЖ
доп АЖ
Для провода сечением 120 мм с термообработанными проволоками из алюминиевого сплава профилактический ток рассчитан по формуле Бургсдорфа В.В. (Бургсдорф В.В., Никитина Л.Г., Никонец Л.А. и др. «Методические указания по плавке гололеда переменным током» ч.1, СПО Союзтехэнерго, М., 1983 г., стр.11) и составляет для t=-1°C и v=2/: I=109,7 А. Допустимый ток плавки гололеда для этих же условий составляет: I=500 А, т.е. профилактический ток в 4,55 раза меньше допустимого тока. В данном примере профилактический ток для провода сечением 120 мм равен для ВЛ 35÷110 кВ токам нагрузки.
Если же токи нагрузки несколько меньше токов, препятствующих образованию гололеда, то нагрузка параллельной линии электропередачи переводится на короткое время поочередно на каждую обогреваемую линию электропередачи.
Применение заявляемого провода АСТС позволяет предотвратить изначально отложения гололеда и «пляску» проводов, исключить постоянные повышенные потери электроэнергии при эксплуатации линий и повысить технологичность при изготовлении проводов. Потери электроэнергии в проводе АСТС такие же, как и в существующих стандартных проводах.
Применение проводов АСТС позволяет отказаться от дорогостоящих установок и систем плавок гололеда, организации их проведения, от систем телесигнализации о гололедно-ветровых нагрузках, от гасителей «пляски» проводов.
Как показали опытные испытания, изготовление провода АСТС не является трудоемким, а его применение не требует дополнительных эксплуатационных затрат.
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. Патенты Р.Ф. №2063080, 1966.06.27; №714509, 1980.02.05; №2014652 Н01В 5/08, 1994.06.15.
3. А.С. СССР №1793481, 1993.02.07.
4. Бургсдорф В.В., Никитина Л.Г., Никонец Л.А. и др. «Методические указания по плавке гололеда переменным током» ч.1, М.: Союзтехэнерго, 1983 г.
5. Бургсдорф В.В., Дьяков А.Д., Никонец Л.А. и др. «Руководящие указания по плавке гололеда»: Минэнерго Р.Ф., 1993 г.
6. Глебов Э.С. «Пляска проводов на воздушных линиях электропередачи 500 кВ» БТИ, М., 1965 г.
7. Патент полезной модели Р.Ф. №101574, 2010.06.29.
8. Макаров Е.Ф., Справочник по электрическим сетям 0,4-35-110 кВ, Том 1 М., Папирус ПРО, 1999 г.
9. ГОСТ 22265-76 Материалы проводниковые. Термины и определения.
10. ГОСТ 839-80Е Провода неизолированные для воздушных линий электропередач. Технические условия.