Воздушные линии электропередачи. Провода и грозозащитные тросы.

На воздушных линиях применяются неизолированные провода, т. е. без изолирующих покровов.

Воздушные линии электропередач могут выполняться с одним или несколькими проводами в фазе; во втором случае фаза называется расщепленной.

Диаметр проводов, их сечение и количество в фазе, а также расстояние между проводами расщепленной фазы определяются расчетом.

По конструктивному исполнению делают одно- и многопроволочные провода и полые провода.

Однопроволочные провода состоят из одной круглой проволоки. Они дешевле многопроволочных, но имеют меньшую механическую прочность. Стальные однопроволочные провода (ПСО) применяют редко из-за высокого удельного электрического сопротивления стали. Обычно они используются при небольших нагрузках в сельскохозяйственных сетях. Алюминиевые однопро­волочные провода вообще не выпускаются промышленностью из-за низкой механической прочности.

Многопроволочные алюминиевые провода обычно применяются в сетях на 0,38 кВ. При более высоких напряжениях используют сталеалюминиевые провода марок АС, АСКС, АСК и других в зависимости от способа их исполнения. Например, АСК состоит из алюминиевых проволок и стального сердечника из стальных оцинкованных проволок, изолированных двумя лентами из полиэтилентерефталатной плёнки, заполненной смазкой. Стальные много­проволочные провода обозначаются ПМС.

Конструкции и общий вид неизолированных проводов приведены на рис. 1,а. Однопроволочный провод (рис. 1,б) состоит из одной круглой проволоки. Многопроволочные провода из одного металла (рис. 1,в) состоят из нескольких свитых между собой проволок. При увеличении сечения растёт число проволок. В многопроволочных проводах из двух металлов - сталеалюминиевых проводах (рис.1,г) - внутренние проволоки (сердечник провода) выполняется из стали, а верхние - из алюминия.

Стальной сердечник увеличивает механическую прочность, а алюминий является токопроводящей частью провода, так как поверхностный эффект на переменном токе вытесняет линии тока к поверхности проводника.

Полые провода (рис.1,д) изготовляют из плоских проволок, соединенных друг с другом в паз, что обеспечивает конструктивную прочность провода. У таких проводов больший по сравнению со сплошным диаметр, благодаря чему повышается напряжение появления коронирующего разряда на проводах и значительно снижаются потери энергии на корону. Полые провода применяются на воздушных линиях редко. Они главным образом используются для ошиновки подстанций 330 кВ и выше. Для снижения потерь электроэнергии на корону ВЛ при напряжении более 330 кВ каждая фаза воздушной линии расщепляется на несколько проводов.

Материал проводов должен иметь высокую электрическую проводимость. На первом месте по проводимости стоит медь, затем алюминий; сталь имеет значительно более низкую проводимость. Провода и тросы должны быть выполнены из металла, обладающего достаточной прочностью. По механической прочности на первом месте стоит сталь. Материал проводов и тросов должен быть стойким по отношению к коррозии и химическим воздействиям.

Рис. 1. Конструкции проводов воздушных линий:

а - общий вид многопроволочного провода; б - сечение однопроволочного провода; в, г - сечения многопроволочных проводов из одного и двух металлов; д - сечение пуcтотелого провода

Медь при своих высоких качествах - хорошей проводимости, большой механической прочности и коррозионной стойкости - дорога и дефицитна. Поэтому в настоящее время медные провода для выполнения воздушных линий не применяются. Их использование допускается в контактных сетях, сетях специальных производств (шахт, рудников и др.).

Алюминий — наиболее распространенный в природе металл. Его удельная проводимость составляет 65,5% проводимости меди. Большая проводимость, легкость и распространенность в природе алюминия привели к эффективному использованию его в качестве токопроводящего металла для проводов и кабелей. Основной недостаток алюминия - относительно малая механическая прочность.

Алюминиевые провода марок А и АКП из-за недостаточно высоких физико-механических свойств используются, как правило, лишь для подвески на ВЛ напряжением до 35 кВ с небольшими пролетами и в условиях слабогололёдных районов.

Провод марки А состоит из алюминиевых проволок одного диаметра (число проволок от 7 до 61), скрученных концентрическими повивами; АКП -провод марки А, но его межпроволочное пространство заполнено нейтральной смазкой повышенной термостойкости, противодействующей появлению коррозии. Коррозионно-стойкий провод АКП применяется для воздушных линий вблизи морских побережий, солёных озёр и химических предприятий.

Провода из сплавов алюминия (АН - нетермообработанный, АЖ -термообработанный сплав) имеют большую механическую прочность и примерно такую же проводимость, как и провода марки А. С успехом могут применяться как на ВЛ 6-35 кВ (провода марки АН), так и на ВЛ до 110 кВ (провода марки АЖ).

Сталеалюминиевые провода наиболее широко применяются на воздушных линиях. Проводимость стального сердечника не учитывается, а за электрическое сопротивление принимается только сопротивление алюминиевой части. В соответствии с ГОСТ 839-80 выпускаются сталеалюминиевые провода марок АС, АСО, АСУ (нормальной, облегчённой и усиленной конструкции). Провод марки АС состоит из стального сердечника и алюминиевых проволок. Он предназначен для ВЛ при прокладке их на суше, кроме районов с загрязнённым вредными химическими соединениями воздухом. Коррозионно стойкие провода АСКС, АСКП, АСК предназначены для ВЛ, проходящих по побережьям морей, солёных озёр и в промышленных районах с загрязнённым воздухом; АСКС и АСКП – это провода марки АС, но межпроволочное пространство стального сердечника (С) или всего провода (П) заполнено смазкой повышенной термостойкости.

В обозначении марки провода вводится номинальное сечение алюминиевой части провода и сечение стального, например АС 120/19 или АСКС 150/34.

По условиям короны при отметках до 1000 м над уровнем моря ПУЭ рекомендует применять на воздушных линиях провода по табл. 1.

Таблица 1. Рекомендуемые провода для воздушных линий

Неизолированные сталеалюминиевые провода нового поколения со сниженным активным сопротивлением переменному току.

Погонное активное сопротивление провода переменному току существенно зависит от параметров скрутки повивов. Основным фактором , определяющим коэффициент добавочных потерь энергии в проводе, является обусловленный скруткой продольный магнитный поток в стальном сердечнике. С ним связаны потери энергии от гистерезиса и вихревых токов в стальных проволоках, а также от неравномерного распределения тока по отдельным повивам.

Вследствие противоположного направления скрутки смежных повивов в проводах общепринятой конструкции магнитодвижущие силы, действующие в сердечнике и создаваемые токами повивов, частично взаимно компенсируются. При чётном числе алюминиевых повивов результирующий продольный магнитный поток оказывается мал и не влияет на активное сопротивление провода.

Однако в проводах с одним и тремя повивами алюминиевых проволок стальной сердечник намагничивается значительным магнитным потоком и добавочные потери энергии в диапазоне нормальных нагрузок составляют соответственно 20-50 и 3-15 %. Необходимость использования проводов с нечётным числом повивов алюминия – это следствие ограничений, накладываемых на допустимое значение диаметра алюминиевых проволок. При диаметре свыше 4,5 мм снижается удельная прочность и гибкость алюминиевой проволоки, а при диаметре 1,5 мм усложняется технология изготовления проволоки и провода в целом.

Активное сопротивление сталеалюминиевых проводов с нечётным числом повивов можно снизить компенсацией продольного магнитного потока в сердечнике или использованием сердечника из новой немагнитной стали. Для компенсации магнитного потока необходимо уменьшить разницу между суммарными поперечными сечениями разнонаправленных алюминиевых повивов, например, за счёт применения в них проволок разного диаметра.

В трёхповивных проводах наилучший эффект достигается при относительном увеличении диаметра проволок второго повива и уменьшении диаметра проволок первого (внутреннего) повива. Компенсация магнитного потока в стальном сердечнике путём снижения относительной доли тока в первом повиве приводит к уменьшению сопротивления провода в целом.

На рис. 2. показаны поперечные сечения энергосберегающих трёхповивных модифицированных и стандартных проводов.

Рис. 2. Конструкция трёхповивных проводов:

а) – модифицированного АСМ 400/51; б) – серийного АС 400/51.

За счёт применения модернизированных трёхповивных проводов можно снизить потери электроэнергии на воздушных линиях на 2 - 13 %.

Другим эффективным средством снижения активного сопротивления сталеалюминиевого провода может быть применение сердечника из немагнитной или маломагнитной азотсодержащей стали. В этом случае (независимо от числа повивов алюминия и параметров скрутки) добавочными потерями энергии в проводе, обусловленными сердечником, пренебрегают. Поэтому можно сохранить более технологичную конструкцию сталеалюминиевых проводов.

Наибольший эффект достигается для проводов с одним повивом алюминия. Их активное сопроивление снижается на промышленных частотах на 20 – 50 %, по повышенных – в 3 – 4 раза.

В качестве грозозащитных тросов на линиях 35 кВ применяются, как правило, стальные многожильные оцинкованные канаты сечением 35-50 мм² и 50-70 мм² на ВЛ 110-220 кВ. На особо ответственных переходах и в зонах химического воздействия, а также при использовании грозозащитного троса для высокочастотной связи и в случаях, когда это необходимо по условиям термической стойкости, в качестве грозозащитного троса применяют сталеалюминевые провода общего применения или специальные.

Грозотросы нового поколения из азотсодержащей нержавеющей стали. Ежегодно при проведении ревизий и послеаварийных осмотров во многих энергосистемах выявляют и заменяют большое количество грозотросов, непригодных к дальнейшей эксплуатации. Как показывает анализ повреждений воздушных линий, примерно 3–5 % общего числа отказов воздушных линий составляют обрывы грозотросов, поэтому для повышения надёжности воздушных линий следует использовать грозотросы из новой высокопрочной азотсодержащей стали.

В настоящее время освоен серийный выпуск таких тросов для работы в морских условиях и агрессивных средах, для нужд рыболовной и нефтегазодобывающей промышленности, а также электроэнергетики и волоконно-оптических линий связи.

Проволока из азотсодержащей нержавеющей стали обладает исключительной коррозионной стойкостью, поэтому антикоррозионное покрытие (оцинковка или алюминирование) для неё не требуется.