Russian (CIS)English (United Kingdom)
ГлавнаяКонференцииПубликации → Использование проводов марки AERO-Z и спиральной арматуры к ним при реконструкции существующих ЛЭП
Использование проводов марки AERO-Z и спиральной арматуры к ним при реконструкции существующих ЛЭП
Опубликовано в журнале «Электрические сети и системы», №3, 2008
Бобылева И.А.
ООО ПТК «ВЛ-Комплект», г. Симферополь

Рощин А. В.
ОАО «ПРОМиК», г. Днепропетровск

Платонова И. А., Жигулин С. В.
ЗАО Электросетьстройпроект, г. Москва

Широкое развитие инфраструктуры Южного берега Крыма потребовало значительного увеличения электрической мощности. В настоящее время этот регион питается по ВЛ 110 кВ «Симферополь – Перевальное – Алушта», построенной 50 лет назад с проводом М-70. Для обеспечения необходимой пропускной способности ВЛ 110 кВ требуется провод с сечением алюминия 240 мм?. Учитывая невозможность длительного отключения линии электропередачи, ее реконструкция с заменой опор и проводов нереальна. Строительство новой ВЛ 110 кВ потребует значительных затрат, а главное – не один год, а задачу необходимо решать срочно.

Было принято решение о реконструкции существующей ВЛ 110 кВ без замены опор, а только с их усилением. Для этого в рабочем проекте был применен провод AERO-Z. Проект разработан ОАО «ПРОМиК» в 2006 году и в настоящее время начата реконструкция.

Небольшая историческая справка

Первая линия с этими проводами была сооружена в Бельгии в 1974 году длиной 2,59 км на пересечении реки Шельда, соединяющем АЭС и морской порт г. Антверпен (см. рис. 1).


Рис. 1. Пересечение реки Шельда, выполненное с применением провода AERO-Z

Использование компактного провода AERO-Z при строительстве этой ЛЭП было обусловлено необходимостью передачи большой мощности через широкую судоходную реку (высота под проводом не менее 70 м при самом высоком уровне воды в реке). При этом на линию оказывали огромное влияние характерные для данных мест сильные ветра [1].

В конце 1980-х годов бельгийские компании столкнулись с нарастающим противодействием сооружению новых высоковольтных линий, как со стороны населения, так и со стороны администраций различного уровня. Эта ситуация привела к необходимости поиска новых решений, как удовлетворить растущие потребности в электроэнергии без систематического рассмотрения проблемы строительства новых линий. Для достижения этой цели концерном Nexans был разработан компактный провод AERO-Z нового типа, учитывающий опыт эксплуатации компактных проводов предыдущего поколения.

В настоящее время провода и грозозащитные тросы AERO-Z находят все более и более широкое применение во многих странах, особенно в Европе и Америке. Так, в Бельгии смонтировано более 2000 км такого провода на линиях напряжением 63–400 кВ. Начиная с 1995 года, в Бельгии все строящиеся или реконструируемые линии электропередачи оснащаются проводом AERO-Z. Во Франции в ближайшие 10 лет также намечено осуществить переход на данный вид провода, монтируя примерно 1500 км/год. В Южной Америке построено более 1200 км таких линий и планируется монтаж еще 1500 км.

Динамика роста использования проводов и грозозащитных тросов AERO-Z показана на рис. 2.


Рис. 2. Динамика увеличения длины линий электропередачи с проводами и тросами AERO-Z

Геометрия провода AERO-Z и основные причины роста его использования

Для наружного слоя (или слоев) взамен круглых используются проволоки Z-образного профиля. Наружный слой практически идеально гладкий имеет незначительные винтовые канавки, возникающие между верхними кромками Z-образных проволок с тщательно подобранным шагом скрутки, глубиной и шириной (рис. 3).


Рис. 3. Поперечное сечение провода AERO-Z

Геометрия провода AERO-Z позволяет увеличить коэффициент заполнения поперечного сечения и количество проводящего материала по сравнению с традиционным проводом такого же диаметра. Как следствие уменьшается электрическое сопротивление постоянному току, одновременно со снижением тепловых потерь, а допустимая нагрузка по току увеличивается (см. рис. 4).


Рис. 4. Увеличение допустимой токовой нагрузки (в процентах) для провода AERO-Z по сравнению с традиционными проводами из алюминиевого сплава (AAAC) и со сталеалюминиевыми проводами (ACSR) [1]

Оптимизацией эффектов, связанных с канавками, занимались в институте Фон Кармана в Брюсселе (Von Karman Institute), где были проведены всесторонние испытания [2].

Испытания показали, что за счет применения проводов AERO-Z достигается значительное уменьшение коэффициента аэродинамического сопротивления сильным ветрам (см. табл. 1).

Таблица 1

Коэффициент аэродинамического сопротивления провода в зависимости от его диаметра при максимальной скорости ветра 175 км/ч (48,6 м/с) на высоте 10 м от поверхности земли

Номинальный диаметр провода, мм 18,90 ? d < 28,35 28,35 ? d < 31,50 31,50 ? d < 36,85 36,85 ? d < 50
Номинальная площадь поперечного сечения, мм? 245?S<536 536?S<621 621?S<926 S?926
Макс. коэффициент аэродинамического сопротивления провода AERO-Z 0,80 0,60 0,55 0,46
Макс. коэффициент аэродинамического сопротивления провода с круглыми проволоками 0,95 0,95 0,95 0,95

Такое уменьшение аэродинамического сопротивления провода AERO-Z по сравнению с традиционным проводом равного диаметра влечет за собой меньшие механические напряжения в опорах при максимальных ветровых нагрузках или позволяет увеличить полезное электропроводящее сечение провода при равных механических напряжениях в опорах.

Следовательно, применение провода AERO-Z приводит к увеличению допустимой токовой нагрузки имеющихся воздушных ЛЭП простой заменой проводов одного типа проводами другого типа равного диаметра, т.е. без необходимости усиления опор. В любом случае, даже если требуется бoльшее увеличение пропускной способности, использование компактных проводов уменьшает требования к арматуре и фундаментам по сравнению с тем, когда линия оснащается традиционными проводами.

Таким образом, простая замена традиционных проводов на компактные провода AERO-Z равного диаметра позволяет увеличить пропускную способность имеющихся воздушных ЛЭП без необходимости усиления опор.

Другие привлекательные особенности провода AERO-Z

Этот тип проводов обладает и рядом других существенных преимуществ, которые также могут служить обоснованием его широкого применения.

Коррозия. Большая контактная поверхность между двумя Z-образными проволоками одного слоя обеспечивает эффективную защиту от просачивания консистентной смазки изнутри провода. В процессе изготовления все внутренние пустоты провода заполняются консистентной смазкой, подаваемой при температуре +120 ?С, что позволяет удалить воздух и влагу. Поэтому внутренняя защита провода AERO-Z оказывается лучше, чем у традиционных проводов, в которых наблюдается вытеснение защитной смазки наружу под действием циклической нагрузки. В противоположность этому, компактный провод сохраняет неизменный уровень защиты от коррозии, что обеспечивает его замедленное старение.

В таблице 2 приведены результаты измерений, выполненных на обыкновенных и компактных проводах (с одним повивом Z-образных проволок), которые были смонтированы в 1970 г. на одной линии (Lillo - Solvay), а в 1988 г. демонтированы вследствие изменения маршрута линии.

Таблица 2

Результаты измерений, проведенных на обычном и компактном проводах, которые были смонтированы в 1970 г. и демонтированы в 1988 г. [1]

Тип провода Изменение веса смазки Изменение прочности проводов на растяжение Изменение среднего удлинения при обрыве
Внутренние слои Наружные слои Внутренние слои Наружные слои
Обычный -28 % Не изменилась -5 % -19 % -26 %
Компактный с 1-м Z-слоем Не изменился Не изменилась -5 % -9 % -2,2 %

Способность сохранять целостность повива. Даже будучи оборванной, проволока внешнего повива провода AERO-Z остается на месте под действием тяжения. Данное свойство сохраняется до тех пор, пока не происходит обрыв пяти смежных проволок.

Самодемпфирование. Большая поверхность контакта между проволоками улучшает и демпфирование в проводе AERO-Z.

Несколько обычных проводов и провод AERO-Z подверглись колебаниям, вызванным сбросом груза (25, 50 и 75 кг), который был подвешен в середине пролета. Сделанные записи механических напряжений в креплениях опор и амплитуд колебаний позволили сравнить характеристики самодемпфирования этих проводов.

В проводе, имеющем два повива Z-образных проволок, изгибающие и крутящие колебания затухали в 2-3 раза быстрее, чем в обычном проводе [1].

Эолова вибрация. Восприимчивость проводов к вызываемой ветром вибрации определяется двумя основными факторами: их способностью воспринимать энергию ветра и способностью рассеивать эту энергию. Специальные испытания по оценке передачи энергии ветра различным проводам не проводились, поскольку предполагалось, что гладкость наружной поверхности оказывает незначительное влияние на такую передачу. Что же касается способности проводов рассеивать энергию ветра, она будет лучше у провода AERO-Z, поскольку его параметры самодемпфирования выше.

В подтверждение вышесказанному на рисунке 5 показаны зависимости максимальной амплитуды изгиба компактного и соответствующего ему стандартного проводов от частоты вблизи поддерживающего зажима, полученные на испытательной линии Hydro-Quebec в условиях естественных ветров. Испытания проводились при тяжении, равном 15% от разрывного усилия, без каких-либо противовибрационных устройств.

Результаты испытаний показали, что уровни вибрации компактного провода значительно ниже. В данном пролете при тяжении, равном 15% от разрывного усилия, компактный провод не требует какой-либо дополнитель¬ной защиты от вибрации, чего нельзя сказать о стандартном проводе.

Рис. 5. Амплитудо-частотные характеристики компактного и стандартного проводов [3]

В ходе испытаний было продемонстрировано, что компактные провода, также как и традиционные, могут быть защищены стандартными противовибрационными устройствами (петлевыми гасителями или гасителями типа Стокбриджа).

Снег и обледенение. Натурные испытания показали, что провод AERO-Z лучше противостоит снегу и обледенению. Вследствие более высокой крутильной жесткости и более гладкой наружной поверхности этого провода, образование ледяных «рукавов» становится более затруднительным.

В среднем, при экстремальных условиях масса гололедных отложений составляет примерно половину от массы, наблюдаемой на традиционных проводах [1]. К тому же, эти отложения быстрее отделяются (см. рис. 6 и 7).

Пляска проводов. Поскольку процесс гололедообразования на проводе AERO-Z более затруднен и этот провод имеет лучшее самодемпфирование при вертикальных и крутильных колебаниях, можно предположить, что вероятность возникновения пляски на линиях с проводом AERO-Z будет ниже, а амплитуды пляски – меньше.

Провод AERO-Z 242, выбранный для реконструкции ВЛ 110 кВ «Симферополь – Перевальное – Алушта»

Принимая во внимание все вышеизложенные преимущества проводов AERO-Z и что для обеспечения необходимой пропускной способности ВЛ 110 кВ «Симферополь – Перевальное – Алушта» требуется провод с сечением алюминия 240 мм?, было принято решение провести реконструкцию линии с применением провода AERO-Z 242. Технические параметры этого провода приведены в таблице 3.

Таблица 3

Технические параметры проводов AERO-Z

Тип провода Площадь поперечного сечения провода, мм 2 Составляющие Диаметр провода, мм Удельная масса провода, кг/км Удельное сопротивление провода при 20?С, Ом/км Номинальное усилие на разрыв, даН
Круглые проволоки Z-образные проволоки
Число проволок Диаметр проволок, мм Число повивов Число проволок Высота слоя, мм
177-1Z 176,93 1+6 3,30 1 12 3,30 16,50 488 0,1895 5 698
242-2Z 241,98 1+6 2,70 2 12+18 2,70 18,90 671 0,1391 7 793
261-2Z 261,34 1+6 2,80 2 12+18 2,80 19,60 724 0,1288 8 417
301-2Z 301,25 1+6 3,00 2 12+18 3,00 21,00 835 0,1117 9 702
346-2Z 345,65 1+6 3,20 2 12+18 3,20 22,40 958 0,0974 11 132
366-2Z 366,13 1+6 3,30 2 12+18 3,30 23,10 1 014 0,0919 11 617
455-2Z 455,14 1+6+12 2,90 2 18+24 2,90 26,10 1 266 0,0742 14 658
504-2Z 503,95 1+6+12 3,05 2 18+24 3,05 27,45 1 401 0,0670 16 230
538-2Z 538,03 1+6+12 3,15 2 18+24 3,15 28,35 1 496 0,0628 17 327
635-1Z 635,12 1+6+12+18 3,50 1 24 3,50 31,50 1 761 0,0530 20 152
648-2Z 648,38 1+6+12 3,45 2 18+24 3,45 31,05 1 803 0,0521 20 573
666-2Z 665,92 1+6+12 3,50 2 18+24 3,50 31,50 1 852 0,0507 21 130
705-2Z 704,97 1+6+12 3,60 2 21+27 3,60 32,40 1 961 0,0479 22 369
707-2Z 706,76 1+6+12 3,60 2 18+24 3,60 32,40 1 965 0,0478 22 425
928-3Z 928,45 1+6+12 3,35 3 18+24+30 3,35 36,85 2 593 0,0365 29 460

Из этой таблицы видно, что замена провода М-70 с погонной массой 612 кг/км на провод AERO-Z 242 приведет к увеличению нагрузки на опоры, связанной с весом провода, менее чем на 10%. При этом удельное электрическое сопротивление снижается почти вдвое.

Таким образом, можно обеспечить необходимую пропускную способность линии только за счет замены провода и усиления опор.

Применение арматуры спирального типа для провода AERO-Z 242

Однако при проектировании возникли проблемы с использованием арматуры, стыкующейся с проводом AERO-Z (натяжные, поддерживающие, шлейфовые и соединительные зажимы). Наибольшее опасение вызывали натяжные зажимы, которые должны удовлетворять требованиям ПУЭ по прочности заделки провода. В связи с этим обратились в ДП «УкрЭССП» (г.Симферополь, директор И.А.Бобылева) с просьбой организовать испытания на данные виды зажимов и создать технические документы по их применению в ЗАО «Электросетьстройпроект» (г.Москва).

В сентябре – октябре 2006 года в ЗАО «Электросетьстройпроект» были проведены испытания спиральных зажимов для провода марки AERO-Z 242 диаметром 18,9 мм. Номинальная разрывная прочность (RTS) данного провода составляет 77,93 кН.

В ходе испытаний натяжных зажимов определялась фактическая прочность заделки провода в зажимах НБ-3-6Б и НС-18,9-01(70). Зажим натяжной НБ-3-6Б предназначен для крепления алюминиевых и медных проводов; его разрушающая нагрузка - 90 кН. Натяжной спиральный зажим НС-18,9-01(70) был специально разработан для данного типа провода. Расчетная прочность заделки провода в этом зажиме не менее 70 кН. Согласно ПУЭ прочность заделки провода в зажимах должна составлять не менее 90% RTS.

Результаты испытаний натяжных зажимов показали, что фактическая прочность заделки провода AERO-Z 242 в зажимах НБ-3-6Б не превысила 48 кН (62 % от RTS), а в зажимах НС-18,9-01(70) она составила 71,2 кН (91 % от RTS). Таким образом, прочность заделки провода в зажимах НБ-3-6Б не соответствует требованиям ПУЭ, а прочность заделки провода в зажимах НС-18,9-01(70) удовлетворяет этим требованиям.

Были также проведены испытания поддерживающих зажимов ПС-18,9П-11 и шлейфовых зажимов ШС-18,9-01, смонтированных на проводе AERO-Z 242. В результате было получено, что фактическая прочность заделки данного провода в поддерживающем зажиме ПС-18,9П-11 при односторонней статической нагрузке — не менее 17 кН (22 % от RTS), а фактическая прочность заделки провода AERO-Z 242 в шлейфовом зажиме ШС-18,9-01 составляет 8 кН (10 % от RTS).

В марте 2008 года испытания были продолжены. Статические испытания по определению прочности заделки алюминиевого провода AERO-Z, тип 242-2 Z в соединительных СС-18,9-11 и натяжных НС-18,9-02 (AZ) зажимах спирального типа проводились по следующей методике. Соединительным зажимом соединялись два отрезка провода длиной по 4-5 м. Натяжные зажимы монтировались по концам испытательного пролета.

В ходе испытаний нагрузка поэтапно увеличивалась с выдержкой на каждом этапе в течение 2 мин. Величина нагрузки последовательно составляла 4,9; 29,4; 39,2; 53,9; 58,8; 63,7; 68,6; 73,5; 77,4 кН. При нагрузке 4,9 кН у концов зажимов были проставлены контрольные метки. При нагрузке 77,4 кН произошло смещение метки М2 на ~ 150 мм, сопровождающееся частичным сбросом нагрузки; смещения меток у концов соединительного зажима при нагрузках менее 77,4 кН не отмечалось. Смещения меток у концов натяжных зажимов в ходе испытаний не обнаружено.

После демонтажа зажимов повреждений провода под натяжными зажимами не обнаружено; под соединительным зажимом произошло проскальзывание провода без обрыва его проволок.

Таким образом, фактическая прочность заделки провода AERO-Z тип 242-2 Z в натяжных спиральных зажимах НС-18,9-02 (AZ) составила более 77,4 кН (>99% RTS провода AERO-Z). Фактическая прочность заделки провода AERO-Z тип 242-2 Z в соединительном спиральном зажиме СС-18,9-11 составила 77,4 кН (99% RTS провода AERO-Z).


Заключение
  1. Итак, в рабочем проекте «Реконструкция ВЛ 110 кВ Симферополь – Перевальное – Алушта» ОАО «ПРОМиК» был применен провод марки AERO-Z 242. Такое решение позволило увеличить пропускную способность данной линии без замены существующих опор, обойдясь только заменой провода.
  2. По результатам испытаний, проведенных в ЗАО Электросетьстройпроект, специалистами ОАО «Крымэнерго» было принято решение об использовании в этом проекте спиральной арматуры.
Литература
  1. P. Couneson – J. Lamsoul, D. Delplanque, Th. Capelle – M. Havaux, D. Guery, X. Delree. – Improving the performance of existing high-voltage overhead lines by using compact phase and ground conductors. – CIGRE 1998 – 22-209.
  2. Olivary D., Hauchart J.-L. – Etude en soufflerie aerodynamique de cables electriques a faible rugosite de surface – Institut von Karman de Dynamique des Fluides – chaussee de Waterloo, 72 B-1640 Rhode-Saint-Genese – Belgique Ref.^ EAR 8710/DO-JLM/nt.
  3. Gaudry M., Chore F., Hardy C., Ghannoum E. – Increasing the ampacity of overhead lines using homogeneous compact conductors. – CIGRE 1998 – 22-201.
 



Фото-13
Монтаж
Фото-13


Сейчас 151 гостей онлайн
Применение полимерных стоек, как опор ВЛ, в ближайшие 10 лет:
 
Locations of visitors to this page