Провода и грозозащитные тросы ВЛ

Проводниковые материалы, из которых изготавливаются провода воздушных линий электропередачи, т. е. их главные элементы, должны удовлетворять ряду технических и экономических требований. Прежде всего они должны обладать невысоким удельным электрическим сопротивлением р, чтобы потери активной мощности на нагрев проводов и потери напряжения в линии при прочих равных условиях были по возможности минимальны.

Плотность этих материалов у (р) также не должна быть высокой, поскольку при заданном поперечном сечении проводника F она определяет удельную нагрузку от собственного веса провода. Еще одним требованием является высокая механическая прочность, оцениваемая по пределу прочности на разрыв о. Одновременно проводниковый материал должен обладать стойкостью к атмосферным воздействиям и химическим реагентам, находящимся в воздухе. Наконец, этот материал не должен быть дефицитным и дорогим, чтобы стоимость воздушных линий была бы приемлемой при их массовом строительстве.

Различные материалы в разной степени удовлетворяют этому набору требований, и среди них не существует такого, который был бы вне конкуренции по всем показателям. На сегодня в практике сооружения ВЛ используются такие материалы, как медь, алюминий и его сплавы, а также сталь. В табл. 13.5 представлены их характеристики, упомянутые выше.

Свойства материалов, используемых для изготовления проводов ВЛ

Таблица 13.5

На воздушных линиях преимущественно применяются неизолированные провода и тросы. Вместе с тем в последние три десятилетия за рубежом и в 90-е годы XX в. в России на линиях 0,4 и 6−20 кВ стали довольно широко применяться самонесущие изолированные провода (СИП), а на ВЛ 35 кВ — изолированные.

Разновидности конструкций неизолированных проводов представлены на рис. 13.3. Они включают как монометаллические (из меди, алюминия, стали), так и биметаллические (сталеалюминиевые) провода. Однопроволочные провода допускаются к применению лишь на ВЛ напряжением до 1 кВ. При более высоких номинальных напряжениях используются исключительно многопроволочные конструкции. Из монометаллических в России ограниченно применяются алюминиевые провода — главным образом в местных электрических сетях 0,4 и 6−10 кВ, где длины пролетов не превышают 100−150 м. За рубежом монометаллические провода из сплавов алюминия («алдрей», «альменик») используются на линиях всех классов номинальных напряжений.

Рис. 13.3. Конструкция неизолированных проводов: а — олнопроволочнмй; б — многопроволочный из одного металла (сплава); в — многопроволочный из двух металлов (сталеалюминиевый); г- расширенный; д- пустотелый (полый); 1 — алюминий;

2-сталь; 3- наполнитель

Расширенные и полые провода разрабатывались для применения на ВЛ напряжением 220 кВ и выше с целью уменьшения отрицательных последствий явления коронного разряда на проводах (потерь электроэнергии, акустического шума и помех радиои телевизионному приему). Это явление возникает при определенной напряженности электрического поля на поверхности провода (около 30 кВ/см), которая обратно пропорциональна внешнему диаметру провода.

Применение проводов обычной многопроволочной конструкции с увеличенным по этой причине диаметром неэкономично, поскольку сечение такого провода из-за явления поверхностного эффекта при протекании по нему переменного тока используется не полностью, т. е. какое-то количество материала не работает и является как бы лишним. Пустотелая конструкция позволяет избежать перерасхода цветного металла и удорожания ВЛ.

Альтернативой применения таких достаточно сложных в изготовлении конструкций является так называемое расщепление фазы на несколько составляющих N, широко применяемое во всем мире для ВЛ СВН и УВН. Так, на отечественных линиях 330 кВ используется расщепление фазы на два провода, фиксируемых на расстоянии, а = 40 см друг от друга металлическими распорками. На ВЛ 500 кВ — на три провода, для ВЛ 750 кВ N = 4−5, а для ВЛ 1150 7V = 8−10 при, а = 40 + 60 см.

В России основным используемым типом проводов для В Л 35−1150 кВ являются сталеалюминиевые. Они имеют стальной сердечник из 1,7, 19, 37.

или 61 проволоки. На этот сердечник накладываются от 1 до 4 повивов алюминиевых проволок. В соответствии с ГОСТ 839–80 алюминиевые провода выпускаются в четырех модификациях (марок АС, АСК, АСКС и АСКП).

Наличие в марке буквы «К» символизирует коррозионную устойчивость провода. Такие провода применяются в районах с «загрязненной атмосферой» (на побережьях морей, соленых озер, в промышленных районах и т. п.). Стойкость против коррозии обеспечивается, во-первых, изоляцией стального сердечника двумя лентами из синтетической пленки и, во-вторых, нанесением на его поверхность нейтральной смазки повышенной термостойкости (марка АСК) или заполнением ею сердечника (марка АСКС) или всего провода (марка АСКСП).

Грозозащитные тросы выполняют из стальных оцинкованных многопроволочных канатов марки ТК сечением 35, 50 и 70 мм². Если грозозащитные тросы используются для организации высокочастотных каналов связи, то они должны выполняться из материала с высокой электропроводностью. Поэтому применяют провода марок АС 70/75 и АС 95/141. Наилучшими характеристиками с точки зрения прохождения высокочастотного сигнала обладают тросы и сталеалюминиевые проволоки типа «алюмовелд», когда каждая проволока имеет тонкий стальной сердечник, покрытый алюминиевой оболочкой.

Самонесущие изолированные провода (СИП) применяются для воздушных распределительных сетей низкого и среднего напряжения взамен неизолированных алюминиевых и сталеалюминиевых проводов. Базовая конструкция провода на низкое напряжение: пучок скрученных изолированных проводников с несущим нулевым проводом (см. рис. 13.4) и часто еще проводом меньшего сечения для уличного освещения.

Несущий нулевой выполняется из алюминиевого сплава на базе А1 — Mg — Si с разрывной прочностью не менее 295 МПа (для сравнения — разрывная прочность алюминия около 165 МПа).

Рис. 13.4. Общий вид СИП

Преимущества СИП по сравнению с неизолированными:

• — повышенная надежность в эксплуатации за счет значительно меньшей вероятности короткого замыкания (проводники фаз изолированы);
• — стойкость к атмосферным воздействиям (гололед, ветровые нагрузки);
• — снижение индуктивного сопротивления в 3,5 раза, что позволяет сократить потери электроэнергии и увеличивает токи нагрузки;
• — защита зеленых насаждений (не требуется вырубки деревьев и кустарников по трассе прокладки).

В настоящее время российскими производителями освоены и выпускаются три системы СИП, обладающие определенными преимуществами (см. рис. 13.5).

1. Система АМКА («финская система», марка в России — СИП-1); вокруг неизолированного («голого») несущего нулевого провода скручены изолированные фазные провода.

Несущий трос выполнен из алюминиевого сплава высокой прочности, все фазные жилы имеют изоляционный покров из термопластичного светостабилизированного полиэтилена.

Рис. 13.5. Конструкции СИП на 0,4 кВ и 20 кВ: а — «финская система»; б — «французская система»; в — «шведская система»; г — СИП на 20 кВ.

• 2. Система Torsada («французская система», марка в России «СИП-2А»); вокруг изолированного несущего нулевого провода скручены изолированные фазные провода. Несущий трос выполнен из алюминиевого сплава высокой прочности, изоляционный покров из сшитого светостабилизированного полиэтилена.
• 3. Система ALUS, EX («шведская система», марка в России СИП-4); несущий провод отсутствует, а подвеска системы осуществляется за все четыре проводника одновременно, т. е. механическая нагрузка равномерно распределена между нулевым и фазными проводниками; все проводники равного сечения из алюминия; изоляционный покров всех жил из термопластичного светостабилизированного полиэтилена.

Преимущества «шведской» системы очевидны. При уменьшении общего веса и стоимости (благодаря отсутствию дорогостоящего троса из термоупрочненного алюминиевого сплава) эти СИП имеют более высокую механическую прочность за счет того, что крепление при монтаже осуществляется за все 4 жилы одновременно, а суммарная разрывная прочность четырех алюминиевых жил в 1,5−2 раза выше, чем разрывная прочность несущего троса из алюминиевого сплава.