Воздушная линия электропередачи и её конструктивные элементы

Воздушная линия электропередачи и её конструктивные элементы. Конструкции опор. Деревянные и железобетонные опоры Элементы воздушных линий Основные:  провода;  изоляторы;  линейная арматура;  опоры;  фундаменты. Дополнительные:  грозозащитные тросы;  заземления;  разрядники и др. ОПОРЫ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Рисунок – Опоры ВЛЭП: а) деревянная; б) железобетонная; в) стальная, где 1 - стойка опоры; 2 - железобетонная приставка (пасынок); 3 - бандаж из стальной проволоки или стальной хомут; 4 – арматура штырьевых изоляторов; 5 - раскосы для жесткости; 6 - траверсы; 7 - сцепная арматура для крепления гирлянды изоляторов; 8 - железобетонные фундаменты. •Разновидности •воздушных линий •по типу проводов •Воздушные линии •с неизолированными •проводами: А; АН; АЖ; АС • и зарубежными аналогами •(ВЛ) •выше 1 кВ •Воздушные линии •с изолированными •проводами: СИП-1(А); •СИП-2(А); СИП-4 и •зарубежными аналогами •(ВЛИ) •до 1 кВ (в основном 0,4 кВ) •Воздушные линии •с защищенными •проводами: •СИП-3 (6–20 кВ); •ПЗВ(Г) (35 кВ) •и зарубежными аналогами •(ВЛЗ) ПЗВ и ПЗВГ (насел. пункты и вблизи подстанций) Примеры конструктивного исполнения воздушных линий с изолированными и защищенными проводами ВЛИ 0,4 кВ. Линия выполнена с применением самонесущего изолированного провода (СИП-2А) и промежуточных железобетонных опор СВ 95. Крепление СИП с изолированной несущей нейтралью (СИП-1А, СИП-2А) на промежуточной опоре ВЛИ 0,4 кВ с подключением светильника уличного освещения. ВЛЗ 10 кВ. Линия выполнена с применением самонесущего изолированного провода (СИП-3) и промежуточных железобетонных опор СВ 110. СИП-3 Преимущества ВЛИ и ВЛЗ  Требуется меньшая полоса отчуждения при строительстве за счет сближенного расположения проводов.  Практически полностью исключается возможность потери электроснабжения из-за междуфазных перекрытий и короткого замыкания на землю.  Возможность сооружения ВЛЗ и ВЛИ различного номинального напряжения на одних и тех же опорах.  Возможность проведения монтажных работ и работ по техническому обслуживанию под напряжением. Основные недостатки  Необходимость в применении специальной линейной арматуры.  Более высокая стоимость. Схема анкерованного участка воздушной линии П о д д е рж и ва ю щ а я г и рл я н д а Ш оссе I к а те г ор и и Пролет А нк е рн ы й п р ол е т П р о в од Пролет Н атя ж н ая ги р л я нд а П р о м е ж у точ н а я о п ор а Пролет Ан ке р н а я о по р а Пролет А нк е ро в а нн ы й у ч а с то к Пролет •Классификация •воздушных линий •по количеству цепей •Одноцепные Одноцепная унифицированная промежуточная опора ВЛ 110кВ •Двухцепные Двухцепная унифицированная промежуточная опора ВЛ 110кВ •Многоцепные Опора шестицепной комбинированной ВЛ 380-220-110кВ (Германия) Две параллельно идущие одноцепные ВЛ Двухцепная ВЛ Параллельно идущие двухцепная и одноцепная ВЛ Трехцепная ВЛ Четырехцепная ВЛ 150 кВ в Днепропетровске Четырехцепная ВЛ на опорах портального типа Четырехцепная комбинированная ВЛ Классификация опор ВЛ по другим признакам Классификация опор ВЛ по конструктивному исполнению •Опоры ВЛ •Одностоечные •П-образные •(портальные) Классификация опор ВЛ по способу закрепления на фундаментах •Опоры ВЛ •Свободностоящие •На оттяжках В зависимости от способа подвески проводов опоры делятся на две основные группы: • Промежуточные опоры (составляют 80 – 90 % от общего числа опор на ВЛ) • Анкерные опоры Сравнение анкерной и промежуточной опор одного класса напряжения Концевые опоры – самые мощные опоры анкерного типа Классификация опор, имеющих специальное назначение •Опоры • специального •типа •Угловые •опоры •Транспозиционные •опоры •Ответвительные •опоры •Опоры больших •переходов Анкерная многоцепная угловая опора, установленная в месте поворота линии Транспозиционная опора на ВЛ 220 кВ Схема транспозиции Под транспозицией понимается циклическая перестановка фаз с целью снижения несимметрии систем векторов токов и напряжений, вызываемой различием реактивных параметров фаз (индуктивностей и емкостей) вследствие несимметричного расположения проводов на опорах. Анкерные транспозиционные опоры на ВЛ 150 кВ Анкерная угловая ответвительная двухцепная опора УС110-8 для ВЛ 110 кВ Анкерные угловые ответвительные опоры на ВЛ 150 кВ Анкерные ответвительные опоры ВЛ 10 кВ Анкерная опора, установленная на переходе ВЛ через реку Гиперболоидная башня В.Г. Шухова (1929 г.) высотой 128 метров, служившая в качестве опоры на переходе ВЛ 110 кВ через р. Ока в Нижегородской области. В настоящее время самые высокие опоры в мире (346,5 м) установлены на переходе двухцепной ВЛ 500 кВ через реку Янцзы в Китае в пролете длиной 2303 м. Классификация опор ВЛ по материалу изготовления •Опоры ВЛ •Деревянные •Железобетонные •Металлические •(обычно стальные, •иногда – из алюминиевых •сплавов) Преимущества деревянных опор  Небольшой вес.  Достаточно высокая механическая прочность. Хорошо работают на изгиб. Отсутствует «эффект домино».  Хорошие электроизоляционные свойства.  Небольшая стоимость.  Простые конструкции с наименьшим сопротивлением ветру (изза природной круглой формы брёвен). Основные недостатки  Подверженность древесины гниению.  Лёгкая возгораемость. Область применения  На ВЛ напряжением до 220 кВ. Для предотвращения гниения древесину подвергают пропитке специальными антисептиками Древесина Содержание влаги, % Срок службы, лет Непропитанная 45 5–6 Пропитанная 12 – 18 25 – 30 заводским способом Пропитывать следует очищенную, ошкуренную и высушенную древесину Материал деревянных опор •Древесина, применяемая •для изготовления деревянных опор •Сосна •Ель •(редко) •Лиственница •(Срубленная зимой не нуждается в пропитке) Одностоечная промежуточная деревянная опора ВЛ 6-10-20 кВ с треугольным расположением проводов, закрепляемых с помощью штыревых изоляторов на крюках Стойка опоры (6,5 - 11 м) Проволочный бандаж из катанки (4 - 6 мм) Пасынок из бревна (4,5 - 6,5 м) или ж/б (4,25 - 6,25 м) Соединение стойки деревянной опоры с пасынком стойка стойка проволочный бандаж пасынок пасынок проволочный бандаж бандажная шайба натяжной болт а) проволочный бандаж стягивается при помощи скрутки б) проволочный бандаж стягивается натяжным болтом Угловые деревянные опоры А-образная угловая опора на 6-10 кВ с креплением проводов с помощью штыревых изоляторов на крюках Угловая опора с подкосом на 20 кВ с креплением проводов с помощью штыревых изоляторов на штырях Деревянные опоры ВЛ 110 кВ а) П-образные промежуточные опоры с раскосами б) АП-образная анкерная опора Деревянные опоры ВЛ СВН В США на деревянных опорах построены опытные участки ВЛ 330 и 460 кВ. Обозначения деревянных опор в соответствии с унификацией 1968 -1970 гг. • • Буквенные обозначения: П – промежуточные опоры; У – анкерно-угловые; С – специальные; Д – деревянные. Цифровые обозначения: следующие после букв цифры – номинальное напряжение ВЛ; стоящие после дефиса – условный номер типоразмера опоры (нечётный – для одноцепных; чётный – для двухцепных). Например, обозначение УД220-1 расшифровывается так: деревянная анкерно-угловая одноцепная опора для ВЛ 220 кВ. Преимущества железобетонных опор  Наиболее долговечны и экономичны в эксплуатации.  Высокая механическая прочность. Основные усилия при растяжении воспринимает стальная арматура, а при сжатии – бетон.  Меньший расход стали по сравнению с изготовлением стальных опор (на 40 – 75 %).  Надежная защита металлической арматуры от коррозии.  Меньшие трудозатраты на сборку опор. Основные недостатки  Большой вес.  Возможность образования трещин. Область применения  На ВЛ практически всех классов напряжения до 750 кВ включительно.  Применяются на равнинной местности. Для увеличение прочности железобетонных опор применяют:  Уплотнение бетона Уплотнение бетона Способом вибрирования Способом центрифугирования Стойки прямоугольного сечения для ВЛ до 35 кВ включительно Стойки кольцевого сечения (конические или цилиндрические) для ВЛ до 750 кВ  Предварительное напряжение арматуры (которое создает дополнительное обжатие бетона и повышает трещиностойкость) Железобетонные опоры для ВЛ 6-10 кВ стальная траверса стальная траверса стойка а) промежуточная опора стойка кронштейн для крепления подкоса подкос б) угловая опора с покосом в) внешний вид участка ВЛ на железобетонных опорах Одноцепные железобетонные опоры для ВЛ 35-220 кВ Двухцепные железобетонные опоры для ВЛ 35-220 кВ Промежуточные железобетонные опоры ВЛ 330 кВ тросостойки траверса траверса стойка стойка Одноцепная железобетонная анкерная угловая опора на оттяжках на ВЛ 35 кВ В качестве анкерных угловых опор на ВЛ 35-220 кВ используют одностоечные железобетонные опоры на оттяжках, а на линиях более высокого напряжения - обычно металлические. Иногда на ВЛ 110-330 кВ в качестве анкерных угловых опор применяют одностоечные свободностоящие железобетонные опоры со стойками диаметром 800 мм Крепление траверсы к стойке железобетонной опоры а) сквозными болтами б) хомутами Стальные опоры: традиционные и современные многогранные. Фундаменты опор Преимущества стальных опор  Относительно небольшой вес (по сравнению с железобетонными опорами).  Высокая механическая прочность. Возможность создавать мощные и высокие переходные опоры, выдерживающие огромные механические нагрузки.  Самые разнообразные конструктивные исполнения. Основные недостатки  Значительно дороже железобетонных и деревянных опор.  Небольшая коррозионная стойкость. Опоры из алюминиевых сплавов меньше подвержены влиянию внешней среды, но высокая стоимость ограничивает их широкое применение. Область применения  Обычно на ВЛ напряжением 35 кВ и выше.  Применяются в районах с тяжелыми климатическими условиями, в труднодоступной и горной местностях.  Угловые и анкерные металлические опоры устанавливают на ВЛ 110-500 кВ вместе с промежуточными железобетонными, а также в качестве переходных на переходах большой протяженности. Одностоечные (башенные) стальные опоры •Классификация •по размерам нижней части •Широкобазые •Узкобазые •(с шириной основания более 2,7м) •(с шириной основания менее 2,7м) тросостойка тросостойка траверсы тросостойка траверсы траверсы ствол ствол оттяжки ствол а) одноцепные свободностоящие опоры (для ВЛ 35 - 330 кВ) б) двухцепные свободностоящие опоры (для ВЛ 35 - 330 кВ) анкерная плита в) одноцепные опоры на оттяжках (для ВЛ 220 - 330 кВ) Возможные способы расположения проводов на одноцепных стальных опорах •Расположение проводов на одноцепных опорах •по вершинам треугольника •(на ВЛ 35—330 кВ) •горизонтальное •(на ВЛ 330 кВ и выше) Одноцепные стальные опоры портального типа с горизонтальным расположением проводов а) промежуточная одноцепная свободностоящая П-образная опора б) одноцепная анкено-угловая свободностоящая П-образная опора в) промежуточная одноцепная П-образная опора на оттяжках Промежуточные одноцепные V-образные опоры на оттяжках с горизонтальным расположением проводов Опора типа «Набла» для ВЛ 750 кВ (напоминает перевернутый треугольник – наблу). Промежуточные одноцепные стальные опоры типа «Рюмка» с горизонтальным расположением проводов а) опора типа «Рюмка», установленная на ВЛ 150 кВ в Восточном краснополье (Украина). б) одноцепная переходная опора ВЛ 220 кВ, установленная на канале им. Москвы Зарубежные промежуточные одноцепные опоры на оттяжках с треугольным расположением проводов Промежуточные одноцепные Y-образные опоры с горизонтальным расположением проводов а) Анкерная Y-образная опора, установленная на ВЛ 220 кВ б) Промежуточная Y-образная опора на оттяжках Возможные способы расположения проводов на двухцепных опорах а) вертикальное расположение проводов без смещения по горизонтали б) вертикальное расположение проводов со смещением по горизонтали типа «обратная ёлка» в) вертикальное расположение проводов со смещением по горизонтали типа «бочка» (наиболее предпочтительно) Зарубежная анкерно-угловая двухцепная опора с горизонтальным расположением проводов Зарубежные двухцепные опоры типа «Кошка» с вертикальным расположением проводов (пользуются большой популярностью в странах западной Европы, особенно во Франции) а) Анкерные опоры пяти параллельно идущих двухцепных линий. б) промежуточная опора Человекоподобные опоры, разработанные для проекта «Земля гигантов», представляющего пустынный вулканический ландшафт Исландии как землю, населенную металлическими гигантами Эта интересная дизайнерская идея завоевала награду на конкурсе архитектуры. Основные элементы стальных решетчатых опор 1 – пояса; 2 – решётка (может состоять из стержней-раскосов, распорок и дополнительных связей); 3 – диафрагмы. •Классификация •стальных опор •по способу •соединения •элементов •Сварные •Болтовые Виды соединения элементов стальных решетчатых опор а) сварной узел крепления раскосов к поясам встык б) сварной узел крепления раскосов к поясам внахлестку в) узел крепления раскосов к поясам болтом г) внешний вид болтового соединения поясов между собой и поясов с раскосами Наиболее часто применяются комбинированные соединения. При транспортировке сварных опор крайне низко используется грузоподъемность машин (не более 10-30%). Болтовые опоры экономичны в перевозках, но требуют значительного увеличения трудозатрат на сборку (в 1,5-2 раза). Защита стальных опор от коррозии •Способы защиты от коррозии •Периодическая окраска •Оцинковка горячим способом •Возможны все виды •соединения элементов •Недопустимы сварные •соединения внахлестку Обозначения металлических и железобетонных опор ВЛ 35-330 кВ в соответствии с унификацией 1976 г. • • Буквенные обозначения: П и ПС – промежуточные опоры (ПС – пониженная); ПВС – промежуточные с внутренними связями; ПУ или ПУС – промежуточные угловые; ПП – промежуточные переходные; У или УС – анкерно-угловые; К или КС – концевые. Буквой Б обозначают железобетонные опоры (а её отсутствие указывает, что опоры стальные). Цифровые обозначения: следующие после букв цифры (35, 110, 150, 220 и т.д.) – номинальное напряжение ВЛ; стоящие после дефиса – типоразмер опоры. Например, обозначение ПС220-2Т расшифровывается так: промежуточная двухцепная свободностоящая стальная опора с тросостойкой для двух тросов (Т) для ВЛ 220 кВ . Современные стальные многогранные опоры а) промежуточная двухцепная стальная многогранная опора на ВЛ 220 кВ б) двухцепная ВЛ 330 кВ на стальных многогранных опорах. Виды соединений секций стальных многогранных опор •Соединение секций •Телескопическое •Фланцевое Сборка стальной многогранной опоры с телескопическим соединением секций в лежащем положении а) секции многогранной опоры насаживаются одна на другую б) стягивание насаженных секций (с усилием 5 – 20 кН) Сборка стальной многогранной опоры с фланцевым соединением секций при помощи подъёмного крана Типы траверс стальных многогранных опор •Траверсы •Многогранные •Решётчатые Установка стальной многогранной опоры на анкерные болты фланцевого стыка фундамента Установка стальной многогранной опоры непосредственно в пробуренный котлован Преимущества стальных многогранных опор  Простота проектирования конструкций и быстрая переналадка производства (адаптивность).  Высокая надежность и хорошие эксплуатационные характеристики.  Простота и высокая скорость монтажа (требуется меньше техники).  Уменьшенный землеотвод, эстетика.  Небольшой вес.  Возможность установки в труднодоступной и горной местности (возможен монтаж при помощи вертолета). Основные недостатки  Необходимость защиты от коррозии.  Относительно высокая стоимость.  Недостаточная готовность к массовому внедрению. Область применения  В основном на ВЛ 35 – 220 кВ.  На ВЛ 6 – 10 кВ в отдаленных и северных районах. Эффективность применения того или иного типа опор зависит от множества факторов •Основные •факторы •Техническое •задание на •строительство •ВЛ •Районо•климатические •условия •Транспортная •доступность •Близость •производства •того или иного •типа опор Закрепление опор ВЛ в грунте. Фундаменты опор Опоры ВЛ, просто заглубляемые в грунт (не имеющие фундаментов как отдельных конструкций) •Опоры ВЛ, •устанавливаемые •непосредственно в грунт •без фундаментов •Промежуточные свободностоящие деревянные и железобетонные опоры •для ВЛ до 220 кВ включительно •Анкерно-угловые деревянные и • железобетонные опоры ВЛ до 35 кВ •(со штыревыми изоляторами) •Структура грунта •Ненарушенная •Нарушенная Заглубление опоры в грунте а) установка опоры в ненарушенный грунт б) установка опоры в грунт нарушенной структуры в) компенсация глубины заделки с помощью насыпной банкетки (в случае обводненного грунта на глубине 1,5 – 2 м) Грибовидные фундаменты – подножники а) грибовидный подножник с вертикальной стойкой (может быть выполнен цельным или разъёмным) б) грибовидный подножник с наклонной стойкой Вырывающие усилия, действующие на фундаменты опор а) момент пары сил N(-) и N(+) , действующий на опору б) нарушение устойчивости фундамента: Y ≈ (10 ÷ 30) - угол внутреннего трения грунта Фундаменты на сваях а) призматическая свая б) широколопастная винтовая свая в) узколопастная винтовая свая (для талых и с сезонным промерзанием грунтов) (для вечномёрзлых грунтов) Фундаменты, скомплектованные из двух и более свай а) двухсвайный фундамент б) трёх- и четырёхсвайные фундаменты Фундаменты опор воздушных линий Анкерные плиты для крепления опор на оттяжках Gф – вес плиты; β – угол наклона линии действия вырывающей силы к вертикали; Rз – расчетное давление на грунт засыпки, создаваемое плитой. Неизолированные провода ВЛ: традиционные и современные повышенной пропускной способности Классификация проводов ВЛ по количеству проволок •Провода ВЛ •Однопроволочные •(из стали диаметром 4 ÷ 5 мм) •Многопроволочные •(обладают большей гибкостью) •Применяются на ВЛ до 1 кВ •Используются на ВЛ •всех классов напряжения Требования, предъявляемые к материалу для изготовления проводов ВЛ  Высокая электрическая проводимость (I – медь; II – бронза и алюминий; III – сталь).  Достаточная прочность (I – сталь; II – бронза; III – медь; IV – алюминий).  Стойкость к атмосферным воздействиям (I – медь и бронза ; II – алюминий; III – сталь).  В настоящее время медь и бронза не применяются на ВЛ. Основные металлы для изготовления проводов – алюминий (или его сплавы) и сталь. Подверженность проводов ВЛ коррозии •Металл •для изготовления •проводов •Алюминий •Сталь •Корродирует •на морских побережьях, •в районах вблизи •химических заводов •Корродирует даже •в нормальных условиях •(нуждается в защите) Классификация проволоки и проводов ВЛ по количеству металлов •Проволока •Монометаллическая •(из одного металла) •Биметаллическая •(из слоев двух металлов) •Провод •Монометаллический •(свитый из проволок •одного металла) •Комбинированный •(свитый из проволок •двух металлов) Многопроволочные провода основных марок (согласно ГОСТ 839-80Е)     А – алюминиевые. АС – сталеалюминиевые (комбинированные). АН – из нетермообработанного алюминиевого сплава АВЕ. АЖ – из термообработанного алюминиевого сплава АВЕ. Сплав АВЕ = Алюминий + Железо + Кремний доли процента  По электрической проводимости сплав АВЕ уступает алюминию (на 15 %).  По механической прочности АВЕ значительно превосходит алюминий (в 1,9 раза – при термообработке;  в 1,4 раза – без термообработки). Провода повышенной коррозионной стойкости (согласно ГОСТ 839-80Е)  АС (А, АН, АЖ) + КП – межпроволочное пространство всего провода (за исключением наружной поверхности) заполнено нейтральной смазкой повышенной нагревостойкости.  АСКС – сталеалюминиевый провод, у которого смазкой заполнено только межпроволочное пространство стального сердечника (включая его наружную поверхность).  АСК – сталеалюминиевый провод с заполнением сердечника смазкой и его изоляцией двумя лентами из полиэтелентерефталатной плёнки. Обозначения неизолированных проводов для ВЛ выше 1 кВ (в соответствии с ГОСТ 839-80Е) • • Буквенная часть – наименование провода. Цифровая часть (следующая после букв) – номинальное сечение провода в мм2. Для комбинированных проводов цифровая часть – дробная. Например: А 16 – алюминиевый провод с номинальным сечением 16 мм2 (монометаллический); АС 120/19 – сталеалюминиевый провод с номинальным сечением алюминиевой части FА ном = 120 мм2 и стального сердечника FС ном = 19 мм2 (комбинированный). Действительные сечения несколько отличаются от номинальных. Конструктивное исполнение многопроволочных проводов k Поперечное сечение провода: F   Fi , i 1 где Fi – сечение i-й проволоки; k – общее количество проволок в проводе. АС 70/11 (ØА = ØС =3,8 мм); АС 95/16 (ØА = ØС =4,5 мм) б) поперечное сечение провода с одной центральной проволокой, на которую навиваются три концентрических повива а) поперечное сечение одноповивного провода с одной центральной проволокой Распределение проволок по повивам при равном диаметре всех проволок Провод Количество проволок по повивам Суммарное количество проволок Одноповивный 6 1+6=7 Двухповивный 6 / 12 1 + 6 + 12 = 19 Трёхповивный 6 / 12 / 18 1 + 6 + 12 + 18 = 37 Конструкция комбинированных сталеалюминиевых проводов •Конструкция провода •в зависимости от •m = FА / FC •Облегченная •(m = 7,7 ÷ 8,04) •Нормальная •(m = 6,0 ÷ 6,25) •Усиленная •(m = 4,29 ÷ 4,39) Сталеалюминиевые провода различной конструкции с одинаковым сечением алюминиевой части * Провод Отношение сечений m = FА/FC Конструкция провода Старое обозначение АС 185/24 7,7 облегченная АСО АС 185/29 6,2 нормальная АС АС 185/43 4,3 усиленная АСУ АС 185/128 1,46 специальная усиленная* АСУС Провода специальной усиленной конструкции – самые дорогие. Область применения сталеалюминиевых проводов различной конструкции зависит от сечения алюминиевой части FА и гололёдности района прохождения трассы ВЛ (согласно ПУЭ):  Для районов со слабым и умеренным гололёдом (толщина стенки гололеда bэ  25 мм): – при FА  185 мм2  m=6,0–6,25; – при FА  240 мм2  m  7,71.  Для районов с сильным гололёдом (толщина стенки гололеда bэ > 25 мм): – при FА  95 мм2  m=6,0; – при 120  FА  400 мм2  m=4,29–4,39; – при FА  450 мм2  m=7,71–8,04.  Провода специальной усиленной конструкции применяются на больших переходах с пролетами более 700 м. Выбор площади поперечного сечения проводникового материала FА производится на основе технико-экономических расчетов. Ограничения на минимально допустимые сечения и диаметры сталеалюминиевых проводов •Ограничения •по условию •механической •прочности •по условиям •потерь на корону •и уровня •радиопомех •по условию •длительно •допустимого •нагрева Как правило, наименьшие сечения и диаметры проводов определяются: для ВЛ 35 кВ и ниже – условиями механической прочности; для ВЛ 110 кВ и выше – условиями потерь на корону. Значения длительно допустимых токов определены в ПУЭ для температуры длительно допустимого нагрева доп=70С. Согласно ГОСТ 839-80Е – доп=90С. Минимально допустимые сечения сталеалюминиевых проводов по условию механической прочности Fmin (мех) 1. Для ВЛ, сооружаемых на одноцепных опорах Район по гололёду (толщина стенки гололеда bэ, мм) со слабым гололёдом (bэ  15 мм) Fmin (мех), мм2 35/6,2 с умеренным гололёдом (20  bэ  25 мм) 50/8 с сильным гололёдом (bэ  30 мм) 70/11 2. Для ВЛ, сооружаемых на двухцепных и многоцепных опорах (вне зависимости от района по гололеду) Номинальное напряжение ВЛ до 20 кВ 35 кВ и выше Fmin (мех), мм2 35/6,2 50/8 Минимально допустимые диаметры dmin (кор) и соответствующие им сечения сталеалюминиевых проводов по условиям потерь на корону и уровня радиопомех Fmin (кор) Uном, кВ 110 150 220 330 dmin (кор), мм 11,4 15,2 21,6 33,2 (2 х 21,6) Fmin (кор), мм2 70/11 120/19 240/32 600/72 (2 х 240/32) Минимальное сечение токопроводящей части Минимальный диаметр провода 700 600 500 400 300 200 100 100 150 200 250 Номинальное напряжение ВЛ, кВ 300 Для обеспечения экономически целесообразной плотности тока на ВЛ СВН и требуемого по условиям потерь на корону и уровня радиопомех минимального диаметра бала разработана конструкция полого провода а) внешний вид полого провода марки ПА б) соединение плоских проволок типа «ласточкин хвост» Полые провода – жёсткие. Поэтому в настоящее время их используют только на подстанциях. В настоящее время на ВЛ 330 кВ и выше применяют расщеплённые фазы а) расщеплённая на два провода фаза для ВЛ 330 кВ б) расщеплённая на три провода фаза для ВЛ 500 кВ в) расщеплённая на пять проводов фаза для ВЛ 750 кВ Физико-механические характеристики комбинированных сталеалюминиевых проводов g0, г/см3 E, Н/мм2 σразр, Н/мм2 εразр, % , 1/С Алюминий 2,7 63103 160 1,5 2310-6 Сталь 7,85 200103 1200 4,0 1210-6 Сплав АВЕ (термообработанный) 2,7 65103 300 4,0 22,610-6 Металл g0 – плотность металла; E – модуль упругости; σразр – предел прочности при растяжении (или временное сопротивление σв); εразр – относительное удлинение проволоки перед разрывам;  – коэффициент линейного температурного расширения. Экспериментальная диаграмма растяжения проволоки С – модуль начального растяжения; D – модуль предельного растяжения; E – модуль упругости. σпц – предел пропорциональности; a-b – участок, соответствующий текучести металла; σв – временное сопротивление (или σразр); εу – упругая деформация; εост – неупругая деформация или остаточное удлинение. 1-1’ и 2-2‘– участки, на которых происходит ползучесть металла. Модули характеристик растяжения проволоки На прямолинейных участках характеристик (при σ ≤ σпц) наблюдается прямопропорциональная зависимость между напряжением σ и деформацией ε , т.е. действует закон Гука: - при начальном ускоренном нагружении: σускор = ε  C, где C – модуль начального растяжения; - при длительном нагружении: σдлит = ε  D, где D – модуль предельного растяжения; - при разгрузке и повторном нагружении: σ = ε  E, где E – модуль упругости. Модули характеристик растяжения C, D и E для разных металлов Металл C, Н/мм2 D, Н/мм2 E, Н/мм2 Алюминий 54103 36103 63103 Сталь 185103 185103 200103 Сплав АВЕ (термообработанный) 57103 45103 65103 Эквивалентный модуль характеристики начального растяжения для комбинированного сталеалюминиевого провода Напряжение в монометаллическом проводе:  T F , (1.1) где T – тяжение, Н; F – поперечное сечение, мм2. Сталеалюминиевый провод – это единая цельная конструкция, в которой перемещение алюминиевой части относительно стального сердечника невозможно. Поэтому комбинированный провод можно представить некоторым эквивалентным монометаллическим проводом, для которого:  экв  Т А  Т С  А FА   С FС  С   Аm   1 m FА  FС FА  FС FA (где m  ) FC (1.2) Для характеристики начального растяжения:  А СА  С СС   экв Сэкв СА     экв  А Сэкв  С  С   экв С  Сэкв (1.3) Подставив выражения (3) в (2) и умножив обе части на Сэкв, получим:  эквСэкв   эквСС   эквС Аm 1 m  Сэкв  CC 1  C A CC m 1  0,29m  185  103 1 m 1 m (1.4) Эквивалентный модуль характеристики предельного растяжения для комбинированного сталеалюминиевого провода Аналогичным образом можно получить выражение: Dэкв  DC 1  DA DC m 1  0,19m  185  103 1 m 1 m (1.5) Модули C и D используются при расчёте монтажных режимов. Эквивалентный модуль упругости для комбинированного сталеалюминиевого провода Eэкв  EC 1  E A EC m 1  0,315m  200  103 1 m 1 m Модуль упругости Е – это основной модуль, используемый при механическом расчете проводов. (1.6) Эквивалентный коэффициент линейного температурного расширения для сталеалюминиевого провода (экв) Т.к. сталеалюминиевый провод – это цельная конструкция, при изменении температуры  по сравнению с температурой его изготовления 0: R A  RC  0   A FA   C FC  0 , (1.7) где R A , RС и  А,  С – внутренние реакции и напряжения в алюминиевой и стальной частях провода, вызванные изменением температуры. Эквивалентный коэффициент линейного температурного расширения: C < экв < A.     <0  A   A E A     0  экв   А E A   экв   А E A FA   экв   C EC FC  0      С   С EС     0  экв   С EС >0  экв E A FA  EC FC    А E A FA   C EC FC   экв   А E A FA   C EC FC E A FA  EC FC   С EС   A E Am EC  E Am (1.8) Современные провода повышенной пропускной способности Как увеличить пропускную способность существующих воздушных линий? P  nц  U  I • Традиционные подходы: - повышение номинального напряжения ВЛ; - сооружение дополнительных цепей; - использование традиционных сталеалюминиевых проводов большего сечения; - применение расщепленных фаз. • Альтернативный подход: - замена стандартных сталеалюминиевых проводов на провода повышенной пропускной способности. •Современные провода •повышенной пропускной •способности •Компактные •Высокотемпературные Компактные провода а) компактный провода с Z-образными токопроводящими проволоками (AERO-Z) б) компактный провода с трапецевидными токопроводящими проволоками Такое конструктивное исполнение компактных проводов способствует лучшему заполнению поперечного сечения токопроводящим материалом. Это даёт возможность увеличить пропускную способность линии на 10 – 20 % (большее значение соответствует проводу с сердечником из алюминиевого сплава). Сравнение компактного провода AERO-Z с традиционным сталеалюминиевым проводом равного диаметра Марка провода Диаметр d, мм Сечение F, мм2 Масса m0, кг/км Сопротивление r0, Ом/км Разрывное усилие Тразр, Н АС 240/56 22,4 241/56,3 1106 0,120 98253 AERO-Z346-2Z 22,4 345,65 958 0,097 111320 Применение провода AERO-Z позволяет: 1. Увеличить пропускную способность линии при практически неизменном уровне потерь на нагрев провода, либо снизать потери без увеличения нагрузки. 2. Увеличить длины пролётов и сократить количество опор, либо увеличить сечение провода при неизменных длинах пролётов и количестве опор. Другие достоинства: 3. Практически идеально гладкая внешняя поверхность обеспечивает лучшие аэродинамические характеристики и меньшие нагрузки от давления ветра на провод. 4. Лучшая коррозионная стойкость. Основной недостаток провода AERO-Z: большая стоимость  в 5 – 6 раз по сравнению с традиционным проводом. Высокотемпературные провода Длительно допустимый ток линии ограничен температурой длительно допустимого нагрева провода. Чем опасно превышение длительно допустимой температуры провода? Возможна потеря прочности провода в результате отжига алюминиевых проволок*. Возможно нарушение нормируемых вертикальных расстояний от проводов до поверхности земли и пересекаемых объектов. * При длительном воздействии температуры свыше 100 С алюминиевая проволока 1350Н19 (или АТ) традиционных сталеалюминиевых проводов теряет прочность и становится полностью оттоженной проволокой 1350-Н0 (или АМ). Металлы для изготовления токопроводящих повивов высокотемпературных проводов и температуры их длительно допустимого нагрева (длит) •Металл •токопроводящих •повивов •Полностью •оттоженный •алюминий 1350-Н0 •(длит = 250С) •Сплав алюминия •с цирконием (Al-Zr) •Термостойкий •сплав •(длит = 150С) •Сплав обычной •прочности TAl •(60 TAl) •Сверхтермостойкий •сплав ZTAl (UTAl) •(длит = 210С) •Сплав высокой •прочности KTAl •(Hi-TAl) •Особотермостойкий •сплав XTAl •(длит = 230С) Проволока для изготовления сердечников высокотемпературных проводов •Типы •сердечников •Традиционный •стальной •из •оцинкованной •проволоки •Железо•никелевый •из сплава Invar •из •плакированной •алюминием •проволоки •Композитный •из чистого •алюминия с •микроволокнами •оксида •алюминия Al2O3 •из полимерно•связанных •углеволокон, •заключенных в •стекловолоконную •трубку Диаграмма растяжения высокотемпературного провода Точка C на разгрузочной характеристике провода называется точкой излома (в англоязычной литературе используется термин “knee-point”). Конструкции высокотемпературных проводов с традиционными стальным сердечником Провод ACSS (Aluminium Conductor Steel Supported) а) ACSS • • б) компактный провод ACSS/TW Провод ACSS имеет: токопроводящие повивы из полностью оттоженных алюминиевых проволок (1350-Н0); традиционный сердечник из высокопрочной стальной оцинкованной проволоки (HS) или плакированной алюминием стальной проволоки (Alumoweld). Провода ACSS обладают следующими основными преимуществами (по сравнению с традиционными сталеалюминиевыми проводами равного сечения): • • • могут длительно работать при температурах до 200С или 250С в зависимости от типа сердечника; имеют намного меньшие стрелы провеса при высоких температурах (относятся к группе HTLS проводов); менее подвержены вибрации, т.к. обладают хорошим самодемпфированием. Основные недостатки проводов ACSS: • • имеют более низкие значения предела прочности при растяжении и модуля упругости; имеют немного большую стоимость ( на 20 – 50 % по данным института EPRI). Провода TACSR, ZTACSR, XTACSR, KTACSR (Thermal / Ultra Thermal / Extra Thermal / High Strength Thermal Resistant Aluminium Alloy Conductor Steel Reinforced ) Высокотемпературный провод KTACSR (Hi-TACSR) • • Провода TACSR, ZTACSR, XTACSR и KTACSR имеют: токопроводящие повивы, изготовленные из сплавов алюминия и циркония (Al-Zr) TAL, ZTAL, XTAL и KTAL, соответственно; традиционный сердечник из высоко- или сверхвысокопрочной стальной оцинкованной проволоки (HS или EST), либо из плакированной алюминием стальной проволоки. Провода TACSR, ZTACSR, XTACSR, KTACSR обладают следующим основным преимуществом: • могут длительно работать при температурах 150С, 210С и 230С в зависимости от используемого сплава алюминия и циркония (Al-Zr) практически без потери механической прочности и ухудшения электропроводности Основные недостатки этих проводов: • • демонстрируют увеличенные стрелы провеса при высоких температурах (не относятся к группе HTLS проводов); имеют большую стоимость (дороже, чем ACSS). Провода с зазором GTACSR и GZTACSR (Gap Type Thermal / Ultra Thermal Resistant Aluminium Alloy Conductor Steel Reinforced ) Стальной высокопрочный оцинкованный сердечник Зазо р Термостойкая смазка Проволоки из сплава Tal или ZTal (компактной формы) Проволоки из сплава Tal или ZTal (круглой формы) Поперечное сечение провода с зазором • • Провода с зазором GTACSR и GZTACSR имеют: традиционный сердечник из круглых стальных оцинкованных проволок высокой прочности; токопроводящие повивы, изготовленные из термостойкого и сверхтермостойкого сплавов алюминия и циркония TAL и ZTAL, соответственно, отделенные от сердечника зазором 1,2–1,45 мм. Внешний вид провода с зазором GTACSR а) с круглыми проволоками наружного повива б) с трапецевидными токопроводящими проволоками (компактное исполнение) Конструкция провода с зазором позволяет выполнить его монтаж посредством зажатия и натяжения только стального сердечника без передачи усилия алюминиевым повивам. Провода с зазором GTACSR и GZTACSR обладают следующими основными преимуществами (по сравнению с традиционными сталеалюминиевыми проводами): • • могут длительно работать при температурах 150С или 210С в зависимости от используемого сплава алюминия и циркония TAL или ZTAL; имеют небольшие стрелы провеса при высоких температурах, определяемые физико-механическими характеристиками стального сердечника (т.е. эти провода относятся к группе HTLS проводов). Основные недостатки проводов с зазором: • • более сложный и трудоёмкий монтаж; имеют большую стоимость ( в 2 раза по данным института EPRI). Конструкции высокотемпературных проводов с нетрадиционными типами сердечника Провода ZTACIR и XTACIR (Ultra/Extra Thermal Resistant Aluminium Alloy Conductor Invar Reinforced ) Высокотемпературный провод ZTACIR (называемый также STACIR) • • Провода ZTACIR и XTACIR имеют: токопроводящие повивы, изготовленные из сплавов алюминия и циркония ZTAL и XTAL, соответственно; сердечник из железоникелевого сплава Invar. Провода ZTACIR и XTACIR обладают следующими основными преимуществами: • могут длительно работать при температурах 210С или 230С в зависимости от используемого сплава алюминия и циркония ZTAL или XTAL; имеют небольшие стрелы провеса при высоких температурах, т.к. коэффициент линейного температурного расширения сердечника из сплава Invar  в 3 раза меньше, чем у обычного стального сердечника (т.е. эти провода относятся к группе HTLS проводов). • Основные недостатки проводов ZTACIR и XTACIR : • • предел прочности при растяжении для проволоки из сплава Invar на 15 – 20 % меньше, по сравнению с проволокой традиционного стального сердечника; имеют значительно большую стоимость ( в 3 – 5 раз по данным института EPRI). Провод ACCR (Aluminium Conductor Composite Reinforced ) а) б) Внешний вид провода ACCR (а) и структура его сердечника (б) • • Провод ACCR имеет: токопроводящие повивы, изготовленные из сверхтермостойкого сплава ZTAL; композитный сердечник из проволок диаметром от 1,9 до 2,9 мм, представляющих собой чистый алюминий, в который внедрены более 25000 микроволокон оксида алюминия Al2O3. Провод ACCR обладает следующими основными преимуществами (по сравнению с традиционными сталеалюминиевыми проводами): • • • • • может длительно работать при температуре 210С; имеет небольшие стрелы провеса при высоких температурах за счёт того, что значения коэффициента линейного температурного расширения и массы оксидноалюминиевого композитного сердечника  в 2 раза меньше, чем у обычного стального сердечника (т.е. этот провод относится к группе HTLS проводов); имеет бόльшую электропроводность, т.к. электропроводность композитного сердечника  в 4 раза выше, по сравнению с обычным стальным сердечником; более стойкий к коррозии; композитный сердечник не демонстрирует ползучести и не имеет нежелательных магнитных свойств. Основной недостаток провода ACCR : • имеет значительно большую стоимость ( в 5 – 6,5 раз по данным института EPRI). Провод ACCC (Aluminium Conductor Composite Core) Алюминиевый провод с композитным сердечником ACCC • • Провод ACCC имеет: токопроводящие повивы, изготовленные из полностью оттоженных алюминиевых проволок 1350-H0; композитный сердечник из полимерно-связанных углеволокон, заключенных в стекловолоконную трубку. Провод ACCC обладает следующими основными преимуществами (по сравнению с традиционными сталеалюминиевыми проводами): • • может длительно работать при температуре 180С; демонстрирует значительно более низкие стрелы провеса при высоких температурах (по сравнению не только с традиционным сталеалюминиевым проводом, но и с другими высокотемпературными проводами) за счёт того, что композитный сердечник имеет  в 7,5 раз меньший коэффициент линейного температурного расширения и намного большее отношение разрывной прочности к весу, чем стальной сердечник (т.е. провод ACCC относится к группе HTLS проводов) Основные недостатки провода ACCC: • • требует специального обращения; имеет большую стоимость ( в 2,5 – 3 раза по данным института EPRI). Итоговая сводка по типам высокотемпературных проводов и материалам, применяемым для их изготовления Компании-производители высокотемпературных проводов Провод Название компании-производителя (страна) ACSS Southwire (США) (_/Z/X/K) TACSR LS Cable (Южная Корея), Lumpi-Berndorf (Австрия) (Z/X)TACIR LS Cable (Южная Корея), Lumpi-Berndorf (Австрия) G(Z)TACSR J-Power Systems (Япония) ACCR 3M (США) ACCC CTC (США) Применение высокотемпературных проводов наиболее целесообразно: • Для увеличения пропускной способности существующих воздушных линий: 1) расположенных в крупнейших городах и пригородных районах с большой плотностью населения; 2) проходящих по территориям, где имеются трудности, связанные с приобретением земель под новое сетевое строительство и согласованием документов. Наиболее предпочтительны высокотемпературные провода с малыми стрелами провеса (относящиеся к классу HTLS проводов). • При новом строительстве воздушных линий: 1) в районах с большими гололедными и ветровыми нагрузками; 2) на больших переходах через инженерные сооружения или естественные препятствия. Предпочтительны провода с наибольшим отношением разрывной прочности к весу провода. Основные выводы по высокотемпературным проводам  Высокотемпературные провода могут длительно эксплуатироваться при температурах 150 - 250С практически без потери механической прочности и ухудшения электрической проводимости, что позволяет увеличить длительно допустимый ток линии в 1,5 – 3 раза.  Температура длительного нагрева провода может быть ограничена необходимостью соблюдения нормируемых ПУЭ вертикальных габаритов. Поэтому наиболее целесообразно применение высокотемпературных проводов с малыми стрелами провеса (относящихся к классу HTLS проводов).  Увеличенная плотность тока при использовании высокотемпературных проводов приводит к значительному росту нагрузочных потерь активной мощности ( P  I 2  r ).  Реконструкция существующих ВЛ с заменой обычного провода марки АС высокотемпературным должна сопровождаться проведением сравнительных технико-экономических расчетов по обоснованию применения высокотемпературного провода определенного типа и конструкции.