Neksans (каталог продукции). Провода Aero-Z

Полный комплекс систем передачи и распределения энергии

10 лет назад компания Алка

строительство третьего транспорт

тель Кабель (NEXANS - ее новое

ного кольца в Москве, рекон

название) - крупнейший произво

струкция Русского музея, космод

дитель кабельной продукции в Ев

ром Байконур.

ропе - начала сотрудничать с Рос

Компания "Нексанс" инвести

сией. Сейчас более 40 кабельных

рует значительные средства в но

заводов Франции, Германии,

вое оборудование. Это позволяет

Норвегии, Швейцарии, Бельгии и

нам гарантировать высокий уро

Турции, входящих в группу

вень технологического процесса,

Nexans, поставляют на российс

материалов и продукции. Все про

кий рынок СИП типа "Торсада",

изводство подвергается сквозному

кабели с изоляцией из сшитого по

контролю качества и соответству

лиэтилена на среднее (6 35 кВ) и

ет стандартам ISO 9001 в отноше

высокое (110 500 кВ) напряже

нии процессов разработки, внед

ние, подводные кабельные систе

рения, производства, установки и

мы, кабельную арматуру и т.д.

ввода в эксплуатацию продукции.

За эти годы кабельными систе

Качество является неотъемле

мами промышленной группы

мой составной частью общей

Nexans были оснащены аэропор

культуры ведения бизнеса нашей

ты и нефтеперегонные заводы,

компании.

электрические сети и атомные

Фундаментом нашей плодот

станции, отели, музеи и нефтепро

ворной работы является уникаль

воды. От Краснодара до Анадыря

ный научный потенциал исследо

в самых разных условиях работа

вательских центров Nexans, ис

ют изделия NEXANS. К тому же

пользующих новейшие технологии

компания является одним из лиде

и уникальное лабораторное обо

ров в производстве СКС (структу

рудование.

рированных кабельных систем) и

Надежность и качество наших

по праву гордится участием в та

кабелей подтверждено соответ

ких престижных, сложных проек

ствующими сертификатами и раз

тах в области энергетики, как

решениями.

Основные продукты и услуги

Низковольтные кабели

Бронированные кабели.

Пластмассовые кабели с ПВХ изо

ляцией или изоляцией из сшитого

Самонесущие изолированные

полиэтилена

провода "Торсада" на напряжение

0,6/1 кВ

Кабели среднего напряжения

Самонесущий изолированный ка

Кабели с ПВХ изоляцией или с

бель "Торсада" на напряжение 6

изоляцией из сшитого полиэтиле

35 кВ

на, в полиэтиленовой, ПВХ или га

логеночистой и огнеустойчивой

Компактные провода AERO Z®*

оболочке. По запросу кабели мо

для высоковольтных линий

гут изготовляться с продольной

электропередачи

герметизацией или двойной гер

Нагревательные кабели (теплые

метизацией.

полы, системы антиобледенения,

Кабели высокого напряжения

системы обогрева трубопроводов

Кабели с изоляцией из сшитого

и т.д.)

полиэтилена с продольной герме

Муфты для кабелей среднего и вы

тизацией или двойной герметиза

сокого напряжения. (Муфты тер

цией напряжением до 525 кВ. По

моусадочные и холодной усадки,

запросу кабели могут изготовлять

производимые на одном из наших

ся с включением в тело кабеля оп

заводов "Euromold").

товолоконных линий.

Полный комплекс услуг по обуче

Специальные кабели

нию персонала, монтажу и шеф

Подводные кабели.

монтажу кабельных систем и сопу

Кабели для электрофильтров.

тствующего оборудования.

Шахтные кабели.

Огнеустойчивые галогеночистые

Проведение испытаний и диагнос

кабели.

тика кабельных систем.

^*AERO Z^® зарегистрированная торговая марка.

Компактные провода AERO Z® для высоковольтных линий электропередачи

Историческая справка

Первая линия с Aero Z^® проводами и грозозащитными тросами была сооружена в Бельгии в

1974 году. Эта линия имеет длину 2,59 км и пересекает реку Шельду, соединяя АЭС и морской порт

г.Антверпен (см. рис1). Строительство такой 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 оказывают огромное влияние сильные ве

тра, характерные для данных мест.

Рис.1

В начале 90 х годов фирма Nexans ( в то время Alcatel Cable) вернулась к этому продукту,

но уже на другом технологическом уровне и с учетом всех замечаний, полученных во время эксплу

атации ЛЭП.

Причинами для этого были:

- необходимость увеличения пропускной способности существующих линий;

- снижение механических нагрузок, прикладываемых к опорам ЛЭП, из за пляски проводов;

- повышение коррозионной стойкости проводов и тросов;

- снижение риска обрыва провода при частичном повреждении

нескольких внешних проволок из за внешних воздействий, в

том числе в результате удара молнии;

-улучшенные механические свойства проводов при налипании

снега или образовании льда.

Решением этой проблемы явилось появление нового поколения

провода Aero Z^®, запатентованного концерном Nexans. В настоя

щее время в Бельгии смонтировано более 2000 км такого провода

на напряжения 63-400 кВ. Начиная с 1995 г. в Бельгии все строя

щиеся или реконструируемые линии электропередачи оснащаются

проводом Aero Z^®. Во Франции в ближайшие 10 лет также намече

но осуществить переход на данный вид провода, монтируя пример

но 1500 км/год. В Южной Америке построено более 1200 км та

ких линий и планируется монтаж еще 1500 км.

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

Траектория перемещения провода в вертикальной плоскости в середине пролета.

AERO Z

Преимущества AERO Z^®

- Возможность использования проводов с большими сечениями при том же удельном весе при

водит к решению проблемы перегрузок ВЛ и снижению тепловых потерь при транспортировке

электроэнергии.

- Снижение пляски проводов.

- Возможность использования существующей арматуры при монтаже.

- Значительное снижение аэродинамического коэффициента.

- Снижение уровня шума, следовательно улучшение эксплуатационных показателей в населен

ных районах.

- Практически полное предотвращение внутренней коррозии провода.

- Снижение вероятности обрыва провода при нанесении ему повреждений в результате внеш

них воздействий.

- Снижение уровня усталости металла в проводе и следовательно увеличение жизненного цикла

за счет самогашения колебаний.

- Решение проблемы обледенения и налипания снега на провода.

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

Технические параметры проводов AERO Z^®

Составляющие

Удельное

Площадь

Номи

Круглые проволоки

Z образные проволоки

Удельная

сопроти

Тип

поперечного

Диаметр

нальное

масса

вление

провода

сечения

провода

усилие на

провода

разрыв

Число

Диаметр

Число

Высота

при 20 ⁰С

проволок

повивов

проволок

слоя

мм²

шт.

мм

шт.

мм

кг/км

Ом/км

даН

177

176,93

1+6

3,30

16,50

488

0,1895

5 698

242

241,98

1+6

2,70

12+18

2,70

18,90

671

0,1391

7 793

261

261,34

1+6

2,80

12+18

2,80

19,60

724

0,1288

8 417

301

301,25

1+6

3,00

12+18

3,00

21,00

835

0,1117

9 702

346

345,65

1+6

3,20

12+18

3,20

22,40

958

0,0974

11 132

366

366,13

1+6

3,30

12+18

3,30

23,10

1 014

0,0919

11 617

455

455,14

1+6+12

2,90

18+24

2,90

26,10

1 266

0,0742

14 658

504

503,95

1+6+12

3,05

18+24

3,05

27,45

1 401

0,0670

16 230

538

538,03

1+6+12

3,15

18+24

3,15

28,35

1 496

0,0628

17 327

635

635,12

1+6+12+18

3,50

31,50

1 761

0,0530

20 152

648

648,38

1+6+12

3,45

18+24

3,45

31,05

1 803

0,0521

20 573

666

665,92

1+6+12

3,50

18+24

3,50

31,50

1 852

0,0507

21 130

705

704,97

1+6+12

3,60

21+27

3,60

32,40

1 961

0,0479

22 369

707

706,76

1+6+12

3,60

18+24

3,60

32,40

1 965

0,0478

22 425

928

928,45

1+6+12

3,35

18+24+30

3,35

36,85

2 593

0,0365

29 460

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

Проекты с использованием проводов AERO Z®

Основные достижения

–1970

150 кВ LILLO SOLVAY, трехцепная линия с проводами сечением 617 мм²,

один повив Z проволок, длина 5 км

–1974

380 кВ DOEL ZANDVLIET, переход через реку Шельда, двухцепная линия,

длина 16 км, эквивалентное сечение проводов -1 642 мм², тросов - 600 мм²

–1977

150 кВ район BAISY THY, одноцепная линия, длина 24,1 км,

сечением 362 мм², один повив Z проволок

–1982

380 кВ экспериментальная линия VILLEROUX HOUFFALIZE, пятицепная линия,

длиной 5 км, сечение - 620 мм², один повив Z проволок

–1989

28 км -70 кВ район BATTICE - компактная линия с проводами сечением

245 мм², два повива из Z проволок + 70 кВ район KERSBEEK,

двухцепная линия (замена существующих проводов 210 мм² типа AС)

с проводами сечением 245 мм², два повива Z проволок

–1990

70 кВ MONTIGNIES GILLY, двухцепная линия (замена существующих

прводов 210 мм² типа AС) с проводами сечением 245 мм²,

два повива Z проволок.

150 кВ BEERST KOKSYDE, длина - 51 км, сечение - 445 мм²,

два повива Z проволок.

50 кВ EISERINGEN, длина - 10 км, сечение - 445 мм² ,

два повива Z проволок.

–1991

150 кВ -STADEN BEERST, трехцепная линия, длина -17,5 км,

сечение - 445 мм², два повива Z проволок.

380 кВ -LANGERBRUGGE HAMME, длина - 10 км, сечение - 621 мм²

Чехословакия - AERO Z^® сечением 446 мм², 1 км

для квалификационных испытаний.

Исландия - AERO Z^® сечением 536 мм², 2 км для сравнительных

тестов под снегом.

–1995

1996

Эквадор - 69 кВ, длина - 83,5 км, сечение - 183 мм² для INECEL

Словакия - длина 10,5 км, сечение - 536 мм² для ELEKTROVOD

–1992

1997

Поставка около 1200 км проводов AERO Z^® для Бельгийских

энергетических компаний.

–1994

1997

Осуществлен план совместно с Electricit De France PECHINEY

и Hydro Qubec по строительству ВЛ с проводом сечением 661 мм²

(высокой проводимости).

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

–1998

1999

Belgian Utility ELECTRABEL смонтировало 400 км AERO Z^®

сечением 705 мм².

–2000

- Перу - 537 км AERO Z^® сечением 455 мм² для ETECEN.

- ELECTRABEL - 70 кВ Angleur - 12 км AERO Z^® сечением 455 мм²

–2001

- Перу - 700 км AERO Z^® сечением 455 мм² для ETECEN.

- ELECTRABEL via GTI - 150 кВ Auvelais Tergnée Seilles -12 км AERO Z^®

сечением 455 мм²

- ELECTRABEL via Fabricom - 150 кВ Hoenderveld Wijgmaal Tienen &

Staden West Rozebeek -112 км AERO Z^® сечением 504 мм²

–2002

- Франция - 39 км AERO Z^® сечением 455 мм² для EDF

(ISLAND OF LA REUNION)

- Франция - 76 км AERO Z^® сечением 666 мм² (EDF/RTE) - La Boisse Cusset

- Франция - 51 км AERO Z^® сечением 346мм² для EDF (ISLAND OF LA REUNION)

- ELIA - 150 кВ Bascoup Monceau - 88 км AERO Z^® сечением 242 мм²

- ELIA - 70 кВ Tergnée Auvelais - 61 км AERO Z^® сечением 346 мм²

- ELIA (Via Engema) - 150 кВ Beerst Koksijde - 50 км AERO Z^® сечением 504 мм²

- ELIA (Via Fabricom) - 150 кВ Kallo Kettenisse - 11 км AERO Z^®

сечением 928 мм²

–2003

- ELIA - 150 кВ Bois l’Image Tihange 30 км AERO Z^® сечением 707 мм²

- ELIA - 150 кВ Vieux Genappe Baisy Thy 11 км AERO Z^® сечением

346 мм² + 54 км AERO Z^® сечением 455 мм²

- Франция -EDF/RTE - 380 кВ Boutre Coudon - 315 кмAERO Z^®ы

сечением 666 mm².

–1999

2010

Belgian Utility ELECTRABEL запланирован монтаж около 1400 км AERO Z^®

проводов (в основном сечения 346 мм², 504 мм² и 707 мм²).

–2002

2010

EDF запланирована замена проводов 220 кВ линий на AERO Z^®.

Скорость замены - от 1350 км до 2250 км проводов/год.

Сечения 177, 261, 346, 455, 666 и 707 мм².

–2004

Начало продвижения проводов AERO Z^® в России и странах СНГ.

Динамика увеличения длины линий электропередачи

с проводами и тросами AERO Z^®

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

Приложения

Опыт Бельгии по совершенствованию

характеристик имеющихся воздушных ЛЭП

22 206

Авторы: J. LAMSOUL (Tractebel*), J. ROGIER (Tractebel), P. COUNESON (Tractebel),

A..VAN OVERMEERE (Laborelec) БЕЛЬГИЯ.

1. Введение: достоинства технических проверок

В последние годы опубликовано немало статей, посвященных проблемам совершенствования или,

по меньшей мере, поддержания удовлетворительного состояния воздушных ЛЭП в Бельгии. Этот подход

основан с одной стороны на характеристиках высоковольтной сети ЛЭП, очень плотной, сильно перепле

тенной и относительно старой, а с другой стороны на сложности получения разрешений на возведение

новых воздушных линий, необходимых для удовлетворения растущих потребностей в электроэнергии.

Когда отдельные старые линии находятся на последнем этапе срока их эксплуатации и нуждают

ся в полной или частичной замене, возникает вопрос о целесообразности оценки возможности су

щественной модернизации линии или проведении работ без учета дальнейших перспектив.

В Бельгии решения о комплексной реконструкции воздушных ЛЭП принимаются только после

полного диагностирования [1].

2. Методология и процесс диагностирования

2.1. Методология диагностирования

Методологию диагностирования или экспертную оценку старой линии можно обобщить в виде

следующей последовательности операций:

измерение - понимание - оценка - принятие решений - гарантии.

- Первая операция соответствует измерению деградации дефектных элементов (см. § 2.2.).

- Анализ дефектов позволяет понять механизм ухудшения параметров: внутренняя причина

(коррозия, износ) обычно зависит от местных и/или переменных источников (ветра, обледе

нения, влажности). Причина может быть также внешней (молнии, падение деревьев) (см. § 5).

- Оценка риска (определенная в § 3) в отношении состояния дефектных элементов позволяет

сравнивать различные варианты вмешательства.

- Решение о мерах, которые следует предпринять, может быть основано только на поддающих

ся количественному измерению критериях (см. § 3).

- Действия должны сопровождаться программой технического обслуживания, соответствующей

гарантии новых возможностей линии и ее компонентов (см. § 2.4.).

2.2. Ухудшение качества, ведущее к высокому риску

диагностирование должно выявить все виды вышеуказанных нарушений свойств, которые могут

сопровождаться значительными рисками, как например:

- коррозия изготовленного из стали сердечника провода;

- коррозия проводников вблизи точек соединения;

- обрыв лент в элементах подвески провода;

- ослабление стержней изоляторов и износ фиксаторов безопасности;

* Avenue Ariane 5 7, B 1200 - Брюссель, Бельгия

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

- повышенный износ или коррозия соединений гирлянды изоляторов с опорами в случае точеч

ного контакта.

- недопустимые деформации и в общем случае все виды дефектов, которые не могут быть в

обычном порядке устранены заменой или ремонтом.

В присутствии отягчающих окружающих условий отдельные виды рисков могут также быть очень

значительны:

- оплавление оборванных лент на проводах с малым сечением вследствие удара молнии или в

условиях отказа;

- плохое состояния изоляторов при наличии загрязнений;

- окончания траверсы опоры имеют устаревшую конструкцию (например: крепежные узлы не

соосны, что вызывает скручивание траверсы);

- деформированные или отсутствующие стальные уголки, в случае случайных нагрузок, которые

критичны для уголков;

- плохое заземление в случае возникновения неисправностей.

2.3. Процедура диагностирования

Процесс диагностирования состоит из следующих этапов [1]:

- Исчерпывающий сбор всех данных конструкторской документации, а также отчетов о техни

ческом контроле и модернизации.

- Планирование общего технического обследования углубленного выявления дефектов без кон

такта с опорами.

- Выявление опасных участков средствами инфракрасной термографии (тепловизорами).

- Плановый останов, подробное обследование опор и линейного оборудования; отбор проб,

демонтаж и полная замена гирлянд изоляторов, включая по мере возможности принадлежно

сти; радиочастотный контроль проводников и элементов подвески.

- Составление первичного отчета с описанием состояния линии.

- Предоставление вторичного отчета с сопоставлением программ действий, предложенных

энергетической компании для повышения пропускной способности линии.

2.4. Повышение производительности линии

Производительность линии определяется как произведение ее пропускной способности на до

ступность:

[производительность] = [пропускная способность] x [доступность]

может быть улучшена различными способами, некоторые из которых изложены ниже:

[пропускная способность] = [ток] x [напряжение]

Повышение значения номинального пропускаемого тока может быть достигнуто либо эксплуата

цией проводов при повышенной температуре, либо использованием проводов большего сечения или

с большей электропроводностью; уровень напряжения может быть увеличен более значительными

изолирующими промежутками и, следовательно, в результате замены траверс и, возможно, верхней

части опор.

[доступность] = [надежность] x [ремонтопригодность]

Удельную надежность опоры и ее фундамента можно улучшить.

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

3. Общий критерий необходимых действий

Стратегия необходимых действий основана на абсолютном критерии минимизации двух основ

ных чистых статей расхода:

- капиталовложений для улучшения производительности системы (включая эксплуатационные

расходы и расходы на техническое обслуживание и ремонт);

- риски, связанные с неисправностью изделия и вероятностью последствий в финансовом выра

жении.

Предполагаемые расходы должны быть компенсированы по крайней мере уменьшением риска

неисправности. Этот общий подход проанализирован более подробно рабочей группой 13 «Орга

низация имеющихся линий» 22 комитета CIGRE по изучению данного вопроса.

Использованный в Бельгии практический подход описан ниже.

- Если риск слишком мал, может показаться необоснованным принятие соответствующих дей

ствии и риск будет допустим.

- Если риск окажется чрезмерным, воздушная линия будет исключена из эксплуатации или бу

дет демонтирована.

Однако для регулирования риска можно использовать один из приведенных ниже вариантов с

возрастающей ценой.

- Если риск установлен, мы можем предвидеть:

- ограничение очередных затрат;

- внеплановое техническое обслуживание по местной шкале;

- замену или частичное восстановление срока службы элементов оборудования линии.

- Если риск обобщен, но при этом опоры и фундаменты оснований по прежнему находятся в хо

рошем состоянии, можно рассмотреть вопрос обновления проводов, а также линейного обо

рудования (обновление или существенная замена компонентов ЛЭП).

- Проводящая способность может быть улучшена установкой новых проводов, обладающих по

вышенной электропроводностью и не требующих укрепления опор и их фундаментов (повыше

ния проводящей способности).

- В общем случае монтаж проводов с более крупным сечением требует усиления опор и фунда

ментов (увеличения конструкционной прочности) для несения повышенных нагрузок.

Все комплексные вмешательства в существующие воздушные линии должны быть согласованы с

планом развития сети.

4. Типы обследованных сетей и их особенностей

4.1. Типы сетей

Техническое диагностирование в Бельгии применяется только к ЛЭП со сроком эксплуатации

более 40 лет. Поскольку линии напряжением 380 кВ были разработаны только в конце 1960 х го

дов, технического освидетельствования в Бельгии требуют только линии, рассчитанные на напряже

ние 70 или 150 кВ.

Эти сети относятся по большей части к 1930-1940 годам. То есть им, как правило, более 50 лет.

Все несущие конструкции представляли собой опоры, соединенные болтами, заклепками или свар

кой, не оцинкованные, но из регулярно окрашиваемых уголков.

Поскольку воздушные линии на напряжение 70 и 150 кВ, созданные после 1960 х годов, имеют

более современную конструкцию, результаты технического диагностирования в отношении линий со

средним сроком эксплуатации 50 лет не могут быть экстраполированы на более поздние линии.

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

4.2. Компоненты воздушных линий

В общем случае все чертежи старых линий, по меньшей мере представляющие собой горизон

тальные проекции и продольные профили, являются редкими и устаревшими. Если они даже суще

ствуют, они не обновлялись.

Более того, поскольку подробная предыстория этих линий недоступна, трудно узнать реальное

положение и состояние их составляющих элементов в целом.

Провода старых линий на напряжение 70 кВ имеют незначительное сечение и обычно изготовлены

из меди; молниезащитный трос изготовлен из бронзы и имеет небольшое сечение. Одной из особенностей

данной линии является ее своевременная модернизация. Изначально предназначенные для эксплуатации

на напряжение 50 кВ, они были в дальнейшем приспособлены для работы на напряжение 70 кВ. Модер

низация включала удлинение траверс и, в отдельных случаях, переход от двухцепных линий к одноцепным.

Провода старых линий, рассчитанных на 150 кВ преимущественно изготовлены из алюминиевых

проводов и снабжены стальным сердечником (сталеалюминиевые провода - ACSR), с поперечным

сечением около 200 мм². Изначально трос изготавливали из стали.

Как и линии на напряжение 70 кВ, так и линии на напряжение 150 кВ были модифицированны через одно

или два промежуточных напряжения (70 и110 кВ). Эта ситуация подтолкнула к усовершенствованию верхней ча

сти опор, часто с многочисленными вариациями.

А в линиях на напряжение150 кВ использовавшийся изначально стальной трос был заменен про

водником с большим сечением, изготовленным, как правило, из алюминиевого сплава (AAAC), позво

ляющего увеличить стойкость к току короткого замыкания. Эта модернизация привела к замене вер

ха опор и поднятию ее для компенсации прогиба нового молниезащитного троса.

Рис.1. Типовая доработка линий на напряжение 150 и 70 кВ

5. Создание модели проведения диагностирования ВЛ

5.1. Карты

Для обеспечения возможности проверки нормированных габаритов линии в местах пересечения

препятствий подготовлены новые горизонтальные и вертикальные проекции линии.

Эти чертежи были получены методами воздушной фотосъемки, что позволило значительно сокра

тить сроки и затраты по сравнению с тем, как если бы эти работы проводились наземными методами [2].

Они позволяют:

- обеспечить более оптимальный режим работы линий вследствие того, что все препятствия бы

ли точно определены по фотографиям, сделанным в масштабе 1:7000 и планам согласно зе

мельному кадастру;

- обнаружить критические участки: воздушные промежутки между линиями и новыми зданиями

и сооружениями, участки, где необходимо провести обрезку и/или спиливание деревьев;

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

- проанализировать возможность эксплуатации линий при повышенной температуре (увеличен

ной с 40°C до 60°C, и даже до 75°C, что допускается бельгийским законодательством).

5.2. Провода

5.2.1. Общее состояние

Исследование общего состояния и внутренней коррозии в первую очередь в проводах основа

но на металлографическом анализе образцов проводов, отобранных либо из перемычек или ниток

анкерных креплений, либо нуждающихся в замене пролетов.

Установлено, что оцинкованные сердечники перемычек стареют быстрее, чем сердечники прово

дов в пролетах, что можно объяснить отсутчтвием механического натяжения, следовательно, более

легким доступом к стальным проводам атмосферных загрязнений. Соответственно, провода находят

ся в хорошем состоянии, если в таком состоянии находятся перемычки.

Если состояние проводов типа ACSR вызывает сомнения, может быть предпринято исследование

пролетов и наиболее характерных с точки зрения окружающей среды мест с использованием детек

тора коррозии воздушных ЛЭП [1], [4].

Измерение остаточной толщины цинкового слоя на оцинкованных стальных проводах позволяет

косвенно установить, посредством сравнения с данными вихретокового метода, наличие существен

ной гальванической коррозии между стальным сердечником и слоями алюминия. Этот процесс начи

нается автоматически в отсутствие цинка и критичен для расчетного срока службы сталеалюминие

вых проводов типа ACSR. При этом регистрируется часть пролета, подвергнутая определенной сте

пени коррозии.

Поскольку отсутствие оцинковывания неизбежно приводит к ухудшению со временем состояния

проводов, их остаточный срок службы становится более непредсказуемым.

5.2.2. Сети на напряжение 70 кВ

Статистический анализ показал, что 70% случаев обрыва проводов происходит на ста

рых воздушных линиях, оснащенных медными или аналогичными проводами небольшого се

чения, до 50 мм².

Токи короткого замыкания и механические перегрузки (ветровые) могут вызвать разрушение,

если проводник малого сечения был предварительно поврежден. Эти ослабленные участки по боль

шей степени возникают вследствие непосредственного воздействия на провод электрического дуго

вого разряда. Другая возможная причина разрушения кроется в чрезмерном нагреве провода при

коротком замыкании в подверженных коррозии местах в местах подвески или возле них.

К числу средств устранения подобных дефектов можно отнести:

- установку дугогасительных приспособлений, если таковые отсутствуют;

- защиту провода в месте его крепления к подвеске усиливающим стержнем;

- переход от изоляторов A типа к комплектам изоляторов с одиночной подвеской (для увеличе

ния электроизоляционного расстояния проводов);

- замену имеющихся проводов.

Однако незначительное сечение и характер проводов делают их замену чрезмерно дорогостоя

щей. Например, замена проводами из алюминиевого сплава (AAAC) с большим поперечным сечени

ем может потребовать усиления опор.

Поэтому решение вопроса о замене проводов проводами такого же сечения полностью опра

вданно при условии, что некоторые модернизированные линии можно будет эксплуатировать при по

вышенных температурах.

Необходимо помнить о том, что хотя линии были спроектированы изначально для эксплуатации

при температуре 40°C, вполне возможно за незначительный счет повысить их рабочую температуру

до 75°C, что допускается согласно действующему законодательству Бельгии. Это можно сделать с

небольшими вложениями, поскольку пролеты очень малы (до 200 м). Увеличение рабочей темпера

туры с 40°C до 75°C позволяет увеличить нагрузочную способность в 2,6 раза.

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

5.2.3. Сети на напряжение 150 кВ

На проводах типа ACSR выявлено существенное повреждение оцинковывающего слоя на сталь

ном сердечнике, что способствует чрезмерной гальванической коррозии алюминиевых проволок и,

вчто приводит в дальнейшем к значительному снижению механической прочности проводов.

В этом случае провода заменяются более компактными и аэродинамичными проводами типа

AERO Z [3] с таким же внешним диаметром.

Эта методика исключает проведение интенсивной проверки и/или усиления опор, и в то же вре

мя пропускная способность увеличивается на 17%.

Поскольку имеется молниезащитный трос, но он подвергался замене двадцать лет назад. Его со

стояние вполне приемлемо и не требует вмешательства, за исключением некоторой регулировки

провеса.

5.3. Гирлянды изоляторов

Обследование гирлянд изоляторов линий на напряжение 70 и 150 кВ показывает ускорен

ный износ отдельных элементов, особенно П образных болтов ушек, обеспечивающих соедине

ние подвески гирлянд к опорам.

Также линейное оборудование подверглось сильной коррозии (дугоотводящие кольца, шаровые

и гнездовые соединения, болты и пр.).

Как и в большинстве случаев, провода подлежат обязательной замене, что будет логично в кон

тексте оптимизации прочности, а также замены и модернизации гирлянд изоляторов. Например:

- соединение гирлянд с траверсами опоры петлями для исключения точечного контакта;

- установка монтажных зажимов с тройными сочленениями, рассчитанными для проводов с уси

ливающими стержнями, для уменьшения изгибных моментов в проводнике;

- установка упрочненных стеклянных изоляторов взамен фарфоровых.

5.4. Опоры

Опоры подлежат регулярной окраске с тем, чтобы их состояние соответствовало бы допустимой

степени коррозии их стальных уголков.

Некоторые профили подвергаются изгибу, скручиванию или сжатию и должны быть заменены. В

отдельных редких случаях наличие интенсивной коррозии потребовало полной замены уголков; а

именно зоны контакта штыря с бетоном, которая является наиболее критичной.

Как ранее уже упоминалось, определенные линии были подвергнуты определенной модерниза

ции согласно изменения их уровня напряжения. Некоторые виды указанных модификаций были сде

ланы вполне корректно, и нуждаются во внесении лишь незначительных изменений. Однако некото

рые были сделаны неадекватным образом и потребовали существенного вмешательства или даже

полной замены верхней части опор, поскольку этот вариант оказался наиболее надежным и даже ме

нее дорогостоящим.

5.5. Опорные основания

Отмеченные в старых фундаментах признаки ухудшения их состояния обычно были связаны с

плохой укладкой бетона: недостаточное смешивание бетона, наличие карманов гравия и пор в бе

тоне вследствие недостаточного виброуплотнения бетона при укладке, а также пониженной концен

трации цемента. Это приводит к недостаточной механической прочности.

На некоторых фундаментах можно наблюдать со временем эрозию в песке и гранулах бетона.

Цемент, который должен связывать их химически, постепенно подвергается химической агрессии со

стороны содержащихся в песке сульфатов и хлоридов и/или органических веществ используемых в

бетоне песков. В определенных условиях образование повышенного засоления и щелочных реакций

вызывает расширение бетона, которое может привести к развитию внутренних трещин и разрывов.

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

В настоящее время для исключения образования неизвестных ранее дефектов используются только

апробированные цементы.

К счастью следует отметить, что общее состояние забутованного бетона лучше, чем состояние

бетона, доступного обзору. Возможно, вода в верхней части бетона испаряется быстрее вследствие

обдува воздухом, в то время как нижние слои находятся во влажном состоянии, будучи менее под

вержены погодному фактору. В настоящее время верхняя часть опорных оснований всегда снабжа

ется защитой (от влаги, осушивающим составом) в процессе просушивания.

Верхний слой определенных конструкций часто недостаточно поднят и иногда погружен в землю

в зависимости от условий грунта. В результате штыри могут обрасти вследствие развития раститель

ности, что может вызвать преждевременную коррозию от постоянного воздействия влажности.

Поэтому рекомендуется приподнимать конструкции для исключения их частого и дорогостояще

го обслуживания. Прочие несущие конструкции просто требуют очистки покрывающего грунта до

уровня, соответствующего окружающей местности.

Однако всеобщее ухудшение состояния части несущих конструкций выше уровня грунта требу

ет их ремонта. Не менее существенно, чем их деградация будет продолжаться под действием клима

тических факторов.

6. Практический опыт увеличения нагрузочной способности линий

6.1. Создание методологии анализа повышения нагрузочной способности

Принимая во внимание заключения диагностирований, имеющих целью оценку необходимости

замены проводов и связанных таким образом со значительными капиталовложениями, может оказа

ться целесообразным провести дополнительные исследования, направленные на оценку различия в

затратах на соответствующее повышение пропускной способности рассматриваемых линий.

Если наружный диаметр новых проводов окажется больше, чем имеющихся, и это приведет к

необходимости увеличения нагрузки на опоры, законодательство Бельгии по электротехническому

оборудованию потребует проверки конструкционной прочности опор, включая их опорные основа

ния (с точки зрения модернизации).

Эта проверка должна осуществляться согласно положениям действующих законодательных норм,

т.е. с учетом нормальной максимальной скорости ветра 126 км/ч и исключительной максимальной

скорости ветра 178 км/ч (с двойным динамическим давлением по отношению к указанному).

Второе предположение безусловно является достаточно жестким для имеющихся линий и осо

бенно касается стальных опор линий на напряжение 70 кВ.

Однако мы располагаем наблюдениями, что влияние второго фактора на опоры и фундаменты

в некоторой степени смягчается при использовании компактных проводов типа AERO Z [3], для кото

рых соответствующий аэродинамический коэффициент уменьшается в 0,83 раза для диаметров ме

нее 27,65 мм и в 0,62 раза для диаметров между 28 и 30,65 мм.

6.2. Сети на 70 кВ

Требуемые законодательными нормами проверки приводят к необходимости усиления опор и

даже более радикальных мер, поскольку расстояние между ногами опор слишком мало.

В результате подавляющее большинство опор требует удвоения ног опор от нижних траверс до уров

ня фундамента. В этом случае представляется более экономичным заменить все имеющиеся опоры новы

ми с аналогичными конструкциями, но изготовленными из стали повышенного качества.

Также опорные основания, выполненные в виде монолитных плит, требуют упрочнения, хотя и в

менее значительных объемах, для сохранения монолитного характера фундамента. Это предполага

ет, что свойства бетона не ухудшаются, что не всегда имеет место на практике.

В предположении о том, что опорные основания имеют хорошее качество, установлено, что уве

личение стоимости, которое, как уже упоминалось, исчисляется весовыми коэффициентами к базис

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

ному решению, при замене проводов, проводами другого диаметра, коэффициент будет находиться

в следующем диапазоне:

- 2,3 и 3,2 в случае усиления опор;

- 2,0 и 2,2 в случае замены опор;

Если опорные основания имеют плохое качество, что предполагает вмешательство в каждый

фундамент, указанные коэффициенты приобретают значения соответственно, 4,7 и 4,3.

6.3. Сети на напряжение150 кВ

Для сетей на напряжение150 кВ ситуация проще и в большей степени поддается регулированию.

Это обычно обусловлено тем фактом, что опоры имеют иную конфигурацию, чем линии на

напряжение 70 кВ, имеющие упрощенные возможности усиления: либо замена с использованием

временных уголков, либо дублирование уголков, или добавление вторичных ребер жесткости для

уменьшения степени податливости подлежащих упрочнению элементов. Более того, опорные основа

ния подушек и опорных оснований для каждой ноги имеют более высокое качество и облегчают

упрочнение.

Проблема обычно связана с повышением гидроустойчивости оснований.

С точки зрения затрат, различие в базовом решении (замена имеющихся проводов проводами

такого же диаметра) заключается в следующем:

- для увеличения нагрузочной способности на 45% базовая цена должна быть умножена на ко

эффициент от 1,45 до 1,7;

- для увеличения нагрузочной способности на 80 % базовая цена должна быть умножена на ко

эффициент от 1,65 до 1,90;

Вообще говоря, можно сделать вывод о том, что для сети напряжением 150 кВ коэффициент зат

рат фактически равен множителю для передаточной способности линии.

7. Заключение

Лучшее понимание реальных возможностей или фактических параметров и доступности воздуш

ных линий электропередачи, основанное как на стандартной методологии технического

диагностирования, так и на данных предыстории, вытекающих из эксплуатационной статистики и от

четов обследования, помогает вырабатывать соответствующие решения по оптимизации ЛЭП. При

веденные примеры в настоящем отчете подтверждают данный постулат.

Выражение признательности:

Мы выражаем искреннюю признательность следующим авторам за их вклад в отчеты по

диагностированию: J.L. Berlemont, B. Brijs, A. Bruneau, E. Celens, B. De Waele, D. Francois, A. Gille, Y. Le

Roy, N. Michalakis, R. Sverzutti и E. Vilret.

Использованная литература

[1] Delree X., Rogier J., Van Overmeere A. : Порядок диагностирования существующих ЛЭП и ме

тодология оценки, основанная на практическом опыте. Отчет CIGRE 22 302; Париж, 1994.

[2] Rogier J., Goossens L., Mazoin M., Robberechts W., De Clerck E., Jadot A.: Отражение данных о

проекте. Отчет CIGRE 22 209; Париж, 1996.

[3] Couneson P., Lamsoul J., Delplanque D., Capelle T., Havaux M., Guery D., Delree X. : Улучшение

рабочих характеристик имеющихся высоковольтных ЛЭП с помощью полностью замкнутых и зазе

мляющих проводов Отчет CIGRE 22 209; Париж, 1998.

[4] Rogier J., Goossens L., Lilien J.L., Wolfs M., Van Overmeere A., Lugentz L.: Опыт проведения эпи

зодических и постоянных измерений на воздушных линиях Бельгии. Отчет CIGRE 22 104; Париж,

1998.

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

УЛУЧШЕНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЛЭП С ПОМОЩЬЮ КОМПАКТНЫХ

ФАЗНЫХ И МОЛНИЕЗАЩИТНЫХ ТРОСОВ 22 209

P. COUNESON - J. LAMSOUL, D. DELPLANQUE (Tractebel), TH. CAPELLE - M. HAVAUX,

D. GUERY (Alcatel Cable Benelux) (Бельгия), X. DELREE, CPTE.

АННОТАЦИЯ

В свете возрастающего неприятия населением и административными органами, ответственными

за планирование городских и сельских объектов, идеи сооружения новых высоковольтных ЛЭП,

бельгийские компании рассматривают технологии, способные обеспечить растущие потребности в

передаче электроэнергии.

Увеличение передающей способности имеющихся линий за счет использования компактных

фазных проводов - марки AERO Z^® - доказало их особенную потенциальную экономическую и тех

ническую привлекательность.

Вслед за кратким введением в предмет о компактных проводах в настоящем отчете приведено

описание приложения этой методики к фазным проводам и оптическим кабелям, встроенным в мол

ниезащитный трос (ОPGW):

1) Компактные проводники:

- фундаментальное обоснование увеличения использования компактных проводов;

- важнейшие характеристики и испытания;

- применение компактных проводов в Бельгии.

2) Оптические кабели, встроенные в молниезащитные тросы:

- проблемы, связанные с использованием воздушных линий с оптическими волокнами;

- конструкция проводов, проводимые испытания, методики измерения и сравнение ОPGW с

круглыми электрическими проводами и ОPGW с Z образными проводами.

Ключевые слова: проводник, оптический кабель, встроенный в молниезащитный трос (ОPGW),

компактный провод, провод с Z образными проволоками, самозатухание, пляска проводов, снег,

мороз, воздушные ЛЭП, оптические волокна.

I. ПЕРВАЯ ЧАСТЬ: КОМПАКТНЫЕ ФАЗНЫЕ ПРОВОДА

1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ КОМПАКТНЫХ ПРОВОДОВ

В ходе 76 й сессии CIGRE Бельгия представила отчет об аэродинамических характеристиках но

вых проводов для воздушных ЛЭП с длинными пролетами [1].

В настоящем отчете описана высоковольтная воздушная линия с пролетами увеличенной длины

(при пересечении реки Эско (Escаut)), оснащенная изготовленными из алюминия проводами с глад

кой наружной поверхностью.

Решение использовать такие провода было принято в силу риска колебательной неустойчи

вости обычных проводов при постоянных наклонных ветрах со скоростью от 45 до 56 км/ч.

Важнейшим фактором для разработчиков явился риск появления пляски проводов в отсутствие

мороза [2].

Отчет 76 сессии детально рассматривал основания для выбора провода с гладкой наружной по

верхностью, набранного из проволок Z образного профиля (см. рис. 1). Кратко напомним, что про

вода с Z образными проволоками оказались предпочтительнее проводов с трапецеидальными жила

ми, поскольку скрутка таких проводов из алюминиевого сплава приводит к образованию последова

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

тельных ступенек на поверхности провода. В дополнение к этому, поскольку трапецеидальные жилы

не всегда идеально соприкасаются, вибрация проводов под действием ветра может вызвать увеличе

ние наклона жил и тем самым увеличение высоты ступенек.

Рис.1. Фрагмент поперечного сечения компактных проводов

Более того, при обрыве трапецеидальных жил, их клиновидная форма выталкивает жилы на

поверхность провода. В противоположность сказанному провода с Z образными проволоками перекры

вают друг друга, нижняя часть одной проволоки располагается под верхом прилегающей проволоки.

Тем не менее, если технические аспекты Z образных проволок изначально вызывали интерес

пользователей, коммерческий успех оказался более эфемерным в силу дороговизны изготовления

проводов с Z образными проволоками методом прокатки.

Был предпринят ряд исследовательских проектов, направленных на то, чтобы сделать этот тип

проводов конкурентоспособным с традиционными проводами.

В конечном счете, эта цель была достигнута производством таких проводов с проволоками Z об

разного профиля с использованием метода волочения вместо прокатки.

2. ФУНДАМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ УВЕЛИЧЕНИЯ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПАКТНЫХ ПРОВОДОВ

С конца 1980 г. сооружение новых высоковольтных линий столкнулось с нарастающим противо

действием как со стороны населения, так и администрации, ответственной за городское и сельское

планирование. Эта ситуация привела бельгийские компании к необходимости пересмотреть техноло

гии таким образом, чтобы обеспечить удовлетворение растущих потребностей в увеличении макси

мальной передаваемой токовой нагрузки сети.

Вместо систематического рассмотрения проблемы строительства новых линий увеличение про

пускной токовой способности имеющихся линий доказало свою особенную привлекательность как с

технической, так и экономической точек зрения.

Для достижения этой цели был разработан компактный проводник нового типа - т.н. AERO Z®.

Для наружного слоя (слоев) взамен круглых будут использоваться проволоки Z образного профиля,

пока остается необходимость в их использовании, наружный слой, практически идеально гладкий,

имеет незначительные винтовые канавки, возникающие между верхними кромками Z образных

проволок с тщательно подобранными шагом скрутки, глубиной и шириной. Совместно с Институтом

Фон Кармана (Von Karman Institute), Брюссель, были проведены испытания, сконцентрированные

прежде всего на оптимизации эффектов, связанных с канавками (см. рис. 2) [3].

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

Рис. 2. Поперечное сечение провода AERO Z^®

Таким образом достигается значительное уменьшение коэффициента аэродинамического со

противления наиболее сильным ветрам (см. табл. 1). Такое уменьшение влечет за собой меньшие ме

ханические напряжения в опорах при проводах равного диаметра или позволяет увеличить полезное

электропроводящее сечение при равных механических напряжениях в опорах за исключением слу

чая максимальных ветровых нагрузок.

Таблица. 1

Коэффициент аэродинамического сопротивления в зависимости от диаметра

за исключением максимального ветра (175 км/ч на высоте 10 м над уровнем 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

245 = S< 536

536 = S< 621

621 = S < 926

926 = S

поперечного сечения (мм²)

Макс. коэффициент аэродинамического со

0,80

0,60

0,55

0,46

противления для проводника AERO Z®

Макс. коэффициент аэродинамического сопро

0,95

тивления для провода с круглыми проволоками

Эти функции были рекомендованы бельгийскими правилами эксплуатации электрооборудо

вания [4].

Таким образом это приводит к увели

чению (см. рис. 3) допустимой токовой

нагрузки имеющихся воздушных ЛЭП

простой заменой проводов одного типа

проводами другого типа равного диаме

тра, т.е. без необходимости усиления

опор (при этом, строго говоря, необходи

мо проверить влияние на угловые опоры

увеличения напряжения подвески, об

Рис. 3

условленного увеличением веса, если

Передающая способность по току

имеется намерение работать при по

для провода AERO Z^® и проводов

стоянном прогибе). Если требуется боль

из обычного алюминиевого сплава (AAAC)

шее

увеличение

передающей

или стале алюминиевыми (ACSR) проводами

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

способности, то использование компактных проводов в любом случае уменьшает требования к

арматуре и фундаментам по сравнению с тем случаем, когда линии будут оснащены

традиционными проводами.

Помимо значительного увеличения передающей способности при идентичном уровне механиче

ских напряжений в опорах, этот тип проводов обладает рядом дополнительных существенных преи

муществ, обосновывающих его широкое применение. Ниже изложены подробные характеристики и

испытания, которые подтверждают изложенное выше.

3. ВАЖНЕЙШИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ИСПЫТАНИЯ

В дополнение к традиционным испытаниям, предписанным бельгийским стандартом NBN C34

100 [5], регламентирующим характеристики проводов для ЛЭП, были разработаны и успешно реали

зованы методики специальных испытаний, ориентированные специально на компактные провода.

3.1. Коррозия

Большая контактная поверхность между двумя Z образными проволаками одного слоя обеспе

чивает эффективную защиту от просачивания консистентной смазки изнутри провода. В процессе из

готовления все внутренние пустоты провода заполняются консистентной смазкой, подаваемой при

температуре +120°C, что позволяет удалить воздух и влагу. В этой связи внутренняя защита оказы

вается лучше, чем у традиционных проводов, в которых наблюдается вытеснение защитной смазки

наружу под действием циклов нагрузки.

Компактный провод, в противоположность этому, сохраняет неизменный уровень защиты от кор

розии, что обеспечивает замедленное старение.

Указанное явление было продемонстрировано измерениями, выполненными на обыкновенных и

компактных проводах (с одним повивом Z образных проволок), установленных в 1970 г на одной ли

нии (Лилло - Сольвей) и демонтированных в 1988 г. вследствие изменения маршрута (табл. 2).

Таблица. 2

Измерения, проведенные на обычном и компактном проводах

(с одним слоем Z образных проволок), установленных в 1970 г и демонтированных в 1988 г

Изменение прочности проводов

Изменение среднего удлинения

Изменение

Тип провода

на растяжение

при обрыве

веса смазки

Внутренние слои

Наружные слои

Внутренние слои

Наружные слои

Обычный

28 %

Не изменилась

19%

26 %

Компактный с 1 Z слоем

Не изменился

Не изменилась

9 %

2.2 %

3.2. Деформационная способность

Даже при обрыве проволоки внешнего слоя провод AERO Z^® остается на месте под действием

механических рабочих напряжений. Данное свойство сохраняется до тех пор, пока не происходит

обрыв пяти смежных проволок.

3.3. Самозатухание

Большая поверхность контакта между проволоками также улучшает демпфирование AERO Z^®.

Несколько типов обычных проводов и провод AERO Z^® подверглись колебаниям, вызванным освобож

дением груза (25, 50 и 75 кг), подвешенного в середине пролета. Записи механических напряжений в кре

плениях опор и амплитуды колебаний позволяют сравнить коэффициенты самозатухания этих проводников.

Так, в проводе состоящем из Z образных повивов, изгибающие и крутящие колебания затухают

в 2 - 3 раза быстрее, чем в обычном проводе.

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

3.4. Пляска проводов

Улучшенное вертикальное и крутящие самозатухание провода AERO Z^® значительно уменьшает

проблемы сложной пляски. Вероятность появления пляски значительно ниже, и если она возникает,

ее амплитуда будет значительно меньше.

Наблюдение характера пляски проводов AERO Z^® в реальных условиях подтвердило результаты

испытаний в аэродинамической трубе компактного провода первого поколения [1].

3.5. Снег и обледенение

Натурные испытания показали, что провод AERO Z^® также лучше противостоит снегу и обледе

нению. Образование ледяных «рукавов» становится более затруднительным, и даже невозможным.

Средняя масса ледяных наростов составляет половину наблюдаемой при экстремальных условиях.

Более того, следует отметить, что наросты отделяются быстрее.

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОВОДОВ AERO Z^® В БЕЛЬГИИ

Учитывая важные преимущества рассматриваемых проводов AERO Z^® и хорошие первоначаль

ные показатели, полученные на ЛЭП в 1970 1980 х гг., бельгийские компании решили в начале

1990 х г. устанавливать их повсеместно.

В результате в 1991 и 1992 гг. были построены 5 линий с использованием данного типа прово

дов. Даже несмотря на то, что общая протяженность установленных в эти годы проводов AERO Z^®

ограничивается всего лишь примерно 200 км, это составляет 60% всей длины линий, введенных в эк

сплуатацию в эти годы.

К концу 1997 г. суммарная длина линий на основе AERO Z^® превысила 1000 км.

Планируется увеличить суммарную протяженность линий в 1999 году примерно до 2500 км

(см. рис. 4).

Рис. 4

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

II. ВТОРАЯ ЧАСТЬ: МОЛНИЕЗАЩИТНЫЕ ТРОСЫ СО ВСТРОЕННЫМИ

В НИХ ОПТИЧЕСКИМИ КАБЕЛЯМИ (OPGW)

1. ВВЕДЕНИЕ

Для удовлетворения растущих потребностей в передаче информации между различными точка

ми сети, а также взятого на себя бельгийскими компаниями обязательства соблюдать выделенный им

частотный диапазон, бельгийский электротехнический сектор принял решение разработать новую

телекоммуникационную сеть на основе оптоволоконной технологии.

Таким образом уже в течение нескольких лет производится систематическое планирование

ВОЛС для всех новых проектов и реконструкция воздушных ЛЭП и подземных кабелей.

Поскольку значительная часть этой новой телекоммуникационной сети использует существую

щие воздушные линии, возникла необходимость разработки проводов с интегрированными оптиче

скими волокнами, адаптированными к данной конкретной ситуации.

2. ПРОБЛЕМЫ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ С ОПТИЧЕСКИМИ ВОЛОКНАМИ

2.1. Выбранная технология

Среди различных доступных технологий, пригодных для монтажа оптоволокна на имеющиеся ли

нии, бельгийский электротехнический сектор решил использовать почти исключительно молниеза

щитные тросы со встроенными оптическими волокнами (ОPGW): в качестве троса для новых линий, а

также в качестве замены троса в имеющихся линиях. Таким образом, они одновременно выполняют

функцию молниезащитного троса и информационного носителя.

Этот выбор был основан на двух существенных критериях:

- гарантированная надежность электрического функционирования и передачи информации;

- исключение или сведение к минимуму роста механических напряжений в опорах и сопутствую

щего усиления опор.

2.2. Требования к воздушным линиям со встроенными оптическими волокнами

Подобно обычным тросам, ОPGW должны выполнять функцию защиты фазных проводов, и та

ким образом обладать полезной площадью проводящего сечения, способной выдерживать токи ко

роткого замыкания и молний.

Кроме того, в случае замены молниезащитных тросов на существующих линиях важно ограни

чить наружный диаметр с тем, чтобы обеспечить соответствие ранее установленным критериям

(§2.1).

В дополнение к этому, подобно любому проводу, подвешенному между двумя опорами, механи

ческие напряжения в нем и удлинение постоянно варьируются согласно климатическим условиям

(температура, ветер, ледовая нагрузка). Поэтому во внимание необходимо принимать влияние

изменения длины провода на оптические волокна.

Можно рассмотреть два подхода:

- оптические волокна жестко связаны с металлическими элементами троса. В этом случае удли

нение троса неизбежно приведет к удлинению оптических волокон. Поэтому крайне важно,

чтобы это удлинение было ограничено таким образом, чтобы даже при наиболее неблагопри

ятных условиях эксплуатации удлинение оптических волокон оставалось в допустимом диапа

зоне.

- оптические волокна абсолютно свободны внутри троса. При наиболее неблагоприятных усло

виях эксплуатации механические напряжения внутри троса не передаются оптическим волок

нам. Таким образом, риск обрыва волокон за счет удлинения самого провода отсутствует. Для

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

троса такого типа понятие ‘избыточная длина’ является фундаментальным. Она определяется

как максимальное значение деформации всего молниезащитного троса, при превышении ко

торого волокна подвергаются растягивающему напряжению. Чем выше этот запас, тем более

волокна механически свободны относительно троса.

Бельгийский электротехнический сектор в конечном счете остановил свой выбор на втором под

ходе, поскольку испытания показали его способность обеспечить деформационный запас при уси

лиях до 60% от разрушающей нагрузки, т.е. нагрузка выйдет за границы нормальных и исключитель

ных эксплуатационных нагрузок.

3. КОНСТРУКЦИЯ МОЛНИЕЗАЩИТНЫХ ТРОСОВ

3.1. Оптический сердечник

Оптический сердечник представляет собой центральный элемент из алюминия с 4 пазами, в каж

дый из которых вложена трубка из синтетического материала, внутри которой находятся 12 оптиче

ских волокон.

Оптические волокна уложены в трубки свободно и скручены в жгут с контролируемой

избыточной длиной. Это, в совокупности с обоснованным выбором диаметра трубок их параметров

скрутки (длины и радиуса укладки), обеспечивает возможность гарантировать отсутствие возникно

вения механических напряжений в волокнах даже если провод заземления на протяжении своего

срока службы подвергнется избыточным нагрузкам.

Защита оптических волокон от влаги рассматривалась во многих аспектах. На основании имею

щейся информации было принято решение обеспечить водонепроницаемость за счет трех компонен

тов: окружающего волокна тиксотропного геля, полиамидной трубки и покрывающей трубку конси

стентной смазки. Такая конструкция является лучшим компромиссным решением, гарантирующим за

щиту от влаги и невозможность возникновения в волокнах растягивающих напряжений.

Водонепроницаемость была в дальнейшем увеличена использованием во внешнем повиве Z об

разных проволок согласно изложенной выше технологии производства проводов AERO Z^®.

3.2. Армирующий слой

3.2.1. Количество внешних слоев жил

Установленные в бельгийских сетях ОPGW первого поколения имели внутренний оптический

сердечник, защищенный единственным слоем металлических проволок. Несмотря на то, что кабель

при этом имел наименьший диаметр, а все остальные параметры были идентичны, такая конструкция

быстро проявила два основных недостатка:

- данный провод с однослойным армированием в случае подвешивания обладает высоким кру

тящим моментом. По этой причине необходимо использование противоскручивающего

устройства. Оно требует крайней осторожности, чтобы не повредить наружный слой;

- проведенные на проводах бельгийской сети испытания, подтвержденные результатами анало

гичных зарубежных испытаний, показали, что защита оптического сердечника от удара мол

нии значительно лучше обеспечивается двумя слоями проволок, чтобы обеспечить минималь

ный диаметр проволок армирующего слоя.

Таким образом, в 1995 г. для обеспечения соответствия вышеуказанным требованиям были раз

работаны ОPGW второго поколения. В настоящее время армирующий слой представляет собой

двухслойную структуру, скрученную в противоположных направлениях.

3.2.2. Состав внешних слоев жил

Кабели второго поколения с двойным наружным слоем обладают двумя следующими основными

конструктивными особенностями:

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

- первое поколение: ОPGW

225/31 содержит внешний повив, состоящий из 21 ой круглой

провлоки из алюминиевого сплава, и внутреннего повива из 15 ти круглых проволок, из кото

рых 10 изготовлены из алюминиевого сплава, а 5 - из алюминированной стали. Запас дефор

мации в этом случае сначала составил 0,5%, затем 0,7% после оптимизации параметров

скрутки;

- второе поколение: разработанные в 1996 г. ОPGW 253/31 содержат оптический сердечник,

идентичный предшествующему варианту, когда внешний повив, состоящий из 18 ти Z образ

ных проволок из алюминиевого сплава, и внутреннего повива из 15 ти круглых проводников,

из которых 10 изготовлены из алюминиевого сплава, а 5 - из алюминированной стали. Таким

образом AERO Z^® имеет такой же диаметр, как и провод первого поколения, изготовленный из

таких же материалов (рис. 5).

Рис. 5. Поперечное сечение провода OPGW 253/31 1Z (содержит 48 оптических волокон)

Необходимость изготовления внутренних слоев из стальных проволок обусловлена испытаниями

на разряд молнии. Поскольку удар молнии может повредить отдельные проволоки наружного

повива, остаточная механическая прочность всегда будет выше, если стальные проводники деформи

руются во внутреннем повиве, где они меньше подвергаются воздействию.

Необходимо отметить также, что состав двух армирующих слоев металлического армирования

(стальные проволоки с алюминиевым покрытием изнутри, проволоки из алюминиевого сплава снару

жи) означают, что крутящие моменты двух слоев эквивалентны и что таким образом полученный про

вод фактически не имеет крутящего момента.

3.2.3. Роль и конструкция стальных проволок

Назначение алюминированных стальных проволок состоит в том, чтобы ограничить удлинение

провода при заданном усилии.

Алюминированным стальным проволокам предпочтение было отдано по сравнению с оцинко

ванными стальными проволоками по двум причинам:

- для получения оптимальной длительной коррозионностойкости;

- для исключения реакции электрохимической коррозии между цинком и алюминием.

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

4. ПРОВЕДЁННЫЕ ИСПЫТАНИЯ, МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

И СОПОСТАВЛЕНИЕ OPGW 225/31 (ТРАДИЦИОННЫХ)

И ОPGW 253/31 1Z (AERO Z^®)

4.1. Общие сведения

Испаытания проволов были проведены по стандарту МЭК [6].

Наиболее значимыми по результатам оказались два вида испытаний: на растяжение (сжатие), а

также на изгиб (прохождение проволок через ролики). Первое испытание было рассчитано на ана

лиз тех явлений, при которых провод и в особенности оптические волокна подвергнуты растягиваю

щим усилиям, приложенным к проводу. Второе испытание было предназначено на то, чтобы

проверить, что при натяжении на провода даже в случае наиболее суровых условий не повлияет на

оптические волокна.

Однако, также были проведены другие испытания: поведение провода при ударе молнии, корот

ком замыкании, а также воздействие циклических крутящих, изгибающих нагрузок. Также были про

ведены испытания на стойкость к вибрации и действию ветра и пепрепады температуры.

Оценивалась также совместимость провода с комплектующими компонентами.

Согласно принятым в Бельгии нормам принято считать, что воздушные провода подвергаются си

стематическим механическим нагрузкам, ОPGW 225/31 и 253/31 1Z были также подвергнуты ис

пытаниям при таких же условиях. Указанные испытания были проведены с целью проверки устойчи

вости поведения скрученного провода при растяжении (образовании полостей).

4.2. Методика измерений

Оптические волокна можно проверить посредством измерения затухания рефлектометром

(OTDR). Этот метод, основанный на измерении затухания в волокнах, путем измерения времени и

амплитуды отраженного сигнала в каждом оптическом волокне по всей длине волокна и общем зату

хании. Это значение представляет собой интегральное значение измерений. Данный метод измере

ний имеет преимущество - он требует лишь одностороннего доступа к волокну, позволяя обнаружить

дефект, который и явился источником ослабления сигнала.

Однако быстро становится очевидным, что OTDR недостаточен для обеспечения того, чтобы га

рантировать, что оптическое волокно ни в коем случае не будет подвергнуто воздействию механиче

ских напряжений.

Последующие исследования показали, что не все действующие на оптические волокна напряже

ния обнаруживаются OTDR. Фактически, рефлектометр позволяет выявлять макро и микронапряже

ния и микротрещины в изогнутых оптических волокнах, которые создают выявляемые рефлектоме

тром оптические потери. В противоположность этому, вплоть до определенного предела, растягиваю

щие напряжения не могут быть обнаружены. Рефлектометрия, которая обычно является единственным

средством измерения затухания, таким образом не позволяет определить уровень предельной на

грузки в проводе, которая приведет к возникновению напряжений в оптических волокнах.

Для того, чтобы обеспечить соответствие этой цели, использован метод, основанный на принци

пе изменения фаз оптических волокон. Этот метод включает проведение очень точного измерения

оптического пути, что в свою очередь позволяет измерить длину оптического волокна. Посредством

сравнения излученного и принятого на входе и выходе волокна сигналов можно измерить изменение

фазы и таким образом отследить ее изменение, обусловленное общими напряжениями образца.

При проведении измерений необходимо учитывать температурный эффект. Это позволяет обнаружи

вать напряжения при растяжении волокон достаточно задолго до того, когда это станет вполне оче

видным.

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

4.3. Сравнение ОPGW 253/31 1Z (AERO Z^®) и ОPGW 225/31 (традиционный)

В результате испытания проводов этих двух типов были сформулированы следующие на

блюдения:

4.3.1. Водонепроницаемость проводов

Перекрытие Z образных проволок наружного повива образует “трубчатую” структуру, которая

выполняет роль барьера, обеспечивающего дополнительную водонепроницаемость. Более того, это

явление было положено в основу разработки этого типа проводов.

4.3.2. Механический аспект

Согласно конструкции, ОPGW AERO Z^® может компенсировать значительно больше растяги

вающие напряжения, чем обычные ОPGW вплоть до достижения предельного значения

механической прочности;

ОPGW 253/31 1Z имеет более низкий аэродинамический коэффициент, особенно сильном ве

тре. Это снижает напряжения в опорах примерно на 17 % при ветрах исключительной силы (175

км/час на уровне 10 м над землей) в сравнении с механическими напряжениями, соответствующи

ми ветрам той же силы в отношении ОPGW 225/31).

4.3.3. Электрические параметры

Электрические параметры ОPGW AERO Z^® обеспечивают большую эффективную площадь при

одинаковом диаметре. Таким образом, при одинаковой температуре, кабели смогут сохранить ра

ботоспособность при более чем 12% превышении тока короткого замыкания, или напротив, при

одинаковом токе короткого замыкания, температура провода OPGW будет меньше примерно

на 15°C.

4.3.4. Прочие аспекты

Подобно любым другим проводам серии AERO Z^®, ОPGW AERO Z^® имеют существенные преи

мущества в защите от коррозии, неустойчивости, самодемпфировании, поведении при галопирова

нии, снеговых и ледовых нагрузках.

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изначально ориентированные на решение проблем при монтаже на пролетах увеличенной дли

ны над реками компактные провода были разработаны в Бельгии в 1970 г.

Это явилось началом применения проводов AERO Z^®, имеющие более высокую пропускную спо

собность, а также пониженный коэффициент аэродинамического сопротивления при обычных усло

виях привели к расширению их применения.

Те же самые причины привели к созданию компактных ОPGW.

IV. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

[1] DRUTSKOY A. - RIEZ M. - Аэродинамические характеристики новых проводов для удлинен

ных пролетов - (Aerodynamic characteristics of new conductors for long overhead spans) - CIGRE 1976

22.06.

[2] DAVIS D.A. - RICHARDS D.J.W. - SCRIVEN R.A. - Исследование осцилляций проводов 275 кВ

линии в местах пересечения рек Severn и Wye - proc. IEE т. 110 No. 1, январь 1963г., стр. 205 218.

[3] OLIVARI 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.

[4] Общие правила эксплуатации электроустановок - королевский указ от 10 марта 1981г., до

полненный Правительственным Указом от 24 июня 1992г.,

[5] NBN C34 100 + дополнение - Цельные и витые проводники для ЛЭП.

[6] Проект издания IEC 1396 - Электрические, механические и физические требования и мето

ды испытания оптических кабелей заземления.

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

УВЕЛИЧЕНИЕ ДОПУСТИМОЙ ТОКОВОЙ НАГРУЗКИ

ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

ЗА СЧЁТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПАКТНЫХ

ПРОВОДОВ 22 201

Michele GAUDRY и Francis CHORE Electricite de France (ФРАНЦИЯ, Claude HARDY и Elias GHAN

NOUM), Hydro Quebec (КАНАДА)

1. АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается программа исследования и разработки компактных проводов на

основе алюминиевых сплавов, которая была реализована Electricite de France и Hydro Quebec с

целью увеличения передоваемой мощности по воздушным ЛЭП. Впервые обсуждаются подходы,

используемые каждым из участников для установления основных критериев проектирования та

ких проводов. Представлены геометрические и физические характеристики проводников и пред

полагаемые выгоды, а также совместно принятая программа испытаний. Программа включает ис

пытания по определению электрических характеристик проводов, их теплопроводности, общего

механического поведения, включая удлинение, способность к натяжению, коэффициент

аэродинамического сопротивления и стойкость к вибрациям проводов под действием ветра.

Статья завершается разделом, посвященным экономическим аспектам.

2. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

Однородный компактный провод, трапецеидальные и Z образные проводники, алюми

ниевый сплав, допустимая токовая нагрузка в амперах, тепловые потери, термическое ста

рение, механическое поведение, удлинение, способность к натяжению, аэродинамическое

сопротивление и стойкость к вибрациям проводов под действием ветра, усталостные явле

ния.

3. ВВЕДЕНИЕ

Во многих странах, особенно в Европе и Северной Америке, системы ЛЭП распространи

лись достаточно широко, при этом новые линии прокладываются относительно редко. На рынке,

характеризуемом многочисленными и часто не связанными между собой факторами - напри

мер, отсутствием регулирования и увеличением энергообмена между странами, ужесточением

экологических требований, а также снижением капиталовложений - энергетические компании

стремятся к оптимизации имеющихся линий и поиску путей увеличения пропускной способности

линий электропередачи.

Исходя из указанной ситуации, многочисленные электротехнические компании предпочита

ют не заниматься конструктивной доработкой своих линий передачи, а вместо этого смягчать

условия их эксплуатации. При переходе из статического режима эксплуатации в динамический

режим пропускная способность сети магистральных ЛЭП сейчас определяется не на основании

наиболее сложных сезонных атмосферных условий, а все чаще на основании фактических теку

щих условий или на основании возможных условий, которые могут быть предсказаны на основа

нии краткосрочных прогнозов [1]. Другие компании могут предпочесть замену стандартно ис

1 Международный совет по крупным энергосистемам

(International Council on Large Electric Systems) - примеч. перев.

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

пользуемых ими проводов такими, которые допускают эксплуатацию при температурах 230°C

[2]. Однако, в любом случае увеличение допустимой токовой нагрузки достигается только за счет

увеличения тепловых потерь.

Большинство компаний во всем мире в настоящее время используют круглые алюминиевые про

вода со стальным армирующим сердечником - сталеалюминиевые провода (ACSR). Во многих ме

стах, особенно в Европе, используют круглые однородные провода на основе алюминиевых сплавов

- (AAAC). Характеристики таких проводов играют основную роль при определении размеров соот

ветствующих опор ЛЭП.

4. ОБОСНОВАНИЕ

Не будучи удовлетворены имеющимися в настоящее время технологиями, EDF и Hydro Quebec

искали возможность использования проводников с более высокой пропускной способностью, чем

находящиеся в эксплуатации, и которые могли бы использоваться в качестве замены, и которые не

требовали бы существенной доработки опор ЛЭП и не оказывали бы негативного влияния на надеж

ность линии. Также было предпочтительно, чтобы арматура линии (например, подвесные зажимы, га

сители колебаний) не требовали радикального изменения. Таким образом, после уточнения круга

решаемых задач можно естественным образом определить основные критерии проектирования для

новых условий.

Фактически, если придется использовать те же самые опоры без существенной переделки, пред

полагаемые климатические нагрузки возрасти не смогут, равно как и диаметр заменяющих провод

ников. Более того, для сохранения надежности линии в максимальной возможной степени необходи

мо убедиться, что механическая прочность новых проводников также сохранилась.

У обеих компаний имелись похожие подлежащие решению проблемы, но поскольку исход

ные условия были различны, это привело к разработке различных решений. Система электропе

редачи EDF была уже оснащена в значительной степени однородными проводниками типа AA

AC, в то время как система передачи Hydro Quebec была полностью оснащена проводниками

ACSR типа.

5. ВОЗМОЖНЫЕ РЕШЕНИЯ

EDF использовала двухаспектный подход в ходе реализации проекта [3], [4]:

- Совершенствование проводимости сплава и использование новых термических процессов при

обработке проволок с целью изменить равновесие механической прочности/проводимости в

сторону проводимости;

- Оптимизация проводящего сечения сохранением неизменного диаметра.

Работа протекала в тесном сотрудничестве с производителями алюминия и проводов. Исследо

вание привело к разработке сплава с высокой проводимостью, который отвечал критериям механи

ческой прочности EDF. Оптимизация сечения производителем проводов привела к созданию гладко

го компактного провода с проволоками Z образного профиля. Также были исследованы компактные

провода с трапецеидальными жилами (сечение показано на рис. 1)

Electricite de France

Hydro Quebec

Проводник

AAAC/TW683

AAAC/AéroZ

Aster 570

AAAC/ TW566

Condor 403

ACAR/TW1010

Поперечное

сечение

Алюминиевый

Алюминий+

Алюминиевый

Материал

Сплав

Сплав и сталь

сплав

+сталь

сплав

.Рис.1. Изображение поперечного сечения исследованных проводов

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

Новые провода позволили увеличить пропускную способность на 10%, что позволило снять

определенное количество ограничений энергосистемы EDF.

В Hydro Quebec повышение пропускной способности осуществлялось параллельно с увеличе

нием проводимости, для чего было использовано двойное решение, в результате чего было достиг

нуто увеличение количества проводящего материала при сохранении диаметра провода. Таким об

разом, первый подход состоял в увеличении компактности обычных проводников с круглыми жила

ми, что позволило получить коэффициент заполнения 0,75. Затем было установлено, что использо

вание жил специальной трапецеидальной формы обеспечило увеличение коэффициента

заполнения до 0,93 0,94. Второе решение предполагало удаление стального сердечника, не обла

дающего достаточной проводимостью, и замена его сердечником, изготовленным из проводящего

материала (рис.1). Оба решения, можно надеяться, приведут к увеличению проводящего сечения, ко

торое может потенциально достигнуть 40% и аналогичного увеличения проводимости.

Однако, стало очевидно, что заполнение пустот и сердечника из того же проводящего материа

ла не может само по себе компенсировать удаление стального сердечника в отношении механиче

ской прочности проводов. Для этой цели следует использовать вместо обычно используемого в про

водах чистого алюминия (марки 1350) алюминиевый сплав. Недостатки, очевидно, перевешивали

потенциальное увеличение проводимости. Анализ показал, что стандартизованный в Канаде алюми

ниевый сплав 6101T83 является лучшим решением, поскольку его предельное разрывное напряже

ние оказалось таким, что механическая прочность провода либо достигала, либо превосходила ме

ханическую прочность наиболее прочных проводов, использованных Hydro Quebec, а проводимость

материалов снизилась менее чем на 6%.

Таблица 1

Номинальные характеристики исследованных проводов

Electricite de France

Hydro Quebec

Тип

AAAC/TW

AAAC/AeroZ^®

AAAC

AAAC/TW

ACAR/TW

ACSR

Назначение

TW683

AeroZ^® 683

Aster 570

A4 Compact

A1/A4 Compact

A1/S1A

6101

1350 H19/

Марка алюминия

6200

6101

6101 T83

135 H19

оптимизированный

6101 T83

Диаметр (мм)

31,05

27,8

37,1

27,73

Сечение

683

570

566

1010

403

алюминия (мм²)

Удельная

1,878

1,574

1,558

2,797

1,521

масса (кг/м)

Прочность на

229

171

183

141

189

127

растяжение (кН)

Сопротивление

постоянному току

0,0472

0,045

0,0582

0,0542

0,0293

0,0718

при 20°C (Ом/км)

Поправочный ко

эф т сопротивле

0,81

0,77

1,00

0,75

1,00

ния пост. току

В таблице 1

приведены номинальные характеристики компактных проводов и сравниваются со

свойствами обычного провода типа ACSR такого же диаметра и со стальным сердечником (сечение

стали/к сечению алюминия) на уровне 13%. Из таблицы следует, что проводящее сечение увеличи

вается с 403 до 566 мм2, увеличивается на 40%, и электрическое сопротивление (при 20°C постоян

ному току) снижается на 25%, то есть с 0,0718 до 0,0542 Ом/км. На столько же снижаются тепло

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

вые потери. Это также соответствует увеличению проводимости на 33% и, в первом приближении,

15% увеличению допустимой нагрузки по току. В дополнение, поскольку механическая прочность

проводника возрастает на 11%, часть жил из сплава 6101T83 можно теоретически заменить жила

ми из алюминия 1350, что даст дополнительное увеличение проводимости на 2%.

Такой подход использовался при проектировании второго проводника, большего диаметра, ко

торый использовался для замены ACSR проводника с 9% содержанием стали. В данном случае сплав

6101T83 использовался для центрального проводника и двух наиболее глубоких слоев, в то время

как два наружных слоя были изготовлены из алюминия 1350. Предполагаемый рост проводимости

составил 37% по сравнению с ACSR проводником такого же диаметра. Другие номинальные харак

теристики проводов приведены в таблице 1.

6. ТЕХНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

Первый этап этого проекта состоял в разработке оптимальной конструкции провода и докумен

тальной оценке ожидаемых преимуществ. Указанные аспекты рассмотрены в предыдущем разделе.

На втором этапе должны быть проиллюстрированы отобранные решения, то есть должно быть под

тверждено, что новые провода продемонстрируют снижение тепловых потерь и соответствующее

увеличение допустимой токовой нагрузки. Демонстрация отобранных решений также предполагает

установление того, что прочие характеристики новых проводов были приемлемыми в любом случае.

С этой целью EDF и Hydro Quebec инициировал широкую совместную программу испытаний рассчи

танную на оценку, в дополнение к электрическим и тепловым характеристикам новых проводов, тер

мического старения соединений, их общего механического поведения, удлинения, способности к

подвешиванию, коэффициента аэродинамического сопротивления, а также чувствительности и со

противлению вибрации проводов под действием ветра.

Для корректного определения свойств новых проводов и облегчения интерпретации резуль

татов было согласовано, что большая часть испытаний будет проводиться на сравнительной ос

нове, с использованием одного или двух компактных проводов и одного обычного провода с

круглыми проволоками одинакового наружного диаметра. Как показано в таблице 1 и на ри

сунке 1, провода, которые были отобраны EDF: AAAC/TW 683 из сплава с проводящими жила

ми трапецеидальной формы, AAAC/AeroZ 683 с проволоками Z образного профиля, Aster 570

с круглыми проволоками. Провода, отобранные для Hydro Quebec: Condor ACSR типа с круглы

ми проволоками, которые использовались в качестве опорных для компактного провода AA

AC/TW 566 идентичного диаметра с трапецеидальными проволоками и целиком изготовленных

из сплава 6101T83. Другой компактный провод того же диаметра, ACAR/TW 1010, являлся ис

ключением и не будет упоминаться в оставшейся части настоящей статьи.

6.1. Электрические и тепловые характеристики

Для получения данных о термической стойкости и стреле провеса проводники испытывались на

200 метровой испытательной линии, установленной на испытательной площадке в городе Ренардье

(Renardieres) при исследовательском центре EDF. Испытания проводились для проверки возможности

увеличения допустимой токовой нагрузки, которое было достигнуто за счет использования новых

проводов для нормальной и пиковых нагрузок.

В процессе этих испытаний проводились также различные измерения, служившие для калибров

ки математических моделей, разработанных для новых проводов. С теплотехнической точки зрения

было показано, что использовавшаяся для проводов с круглыми проволоками, математическая

модель наилучшим образом подходит для проводов с гладкой поверхновтью при низких скоростях

ветра, используемых для оценки допустимой токовой нагрузки, где была отмечена хорошая корреля

ция между расчетами и измерениями. В отношении натяжения и стрелы провиса компактного про

вода при сравнении со стандартными проводами различия не выявлены.

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

Испытание на долговечность проводов с круглыми проволоками проводилось в соответствии со

стандартом NFC 66800. Только один обыкновенный провод не прошел испытаний, все остальные со

ответствовали требованиям.

6.2. Общее механическое поведение

Эти испытания проводились для проверки предела прочности при растяжении, и определения

поведения концевых и соединительных участков проводов при воздействии на них растягивающих

усилий. Все провода выдержали испытания. Разрушение проводов произошло при нагрузках значе

ния, которые привышали значения приведенные в стандартах NFC 34 125 и IEC 1089.

6.3. Удлинение проводника

Для проведения этих испытаний (которые обычно не проводятся), EDF использовала два стенда

для испытаний на удлинение; первый работал при температуре 20°C, второй допускал регулировку

температуры в пределах от 20 до 100°C. Проведены различные виды испытаний, в том числе одно в

соответствии со стандартом IEC 1345. Компактные провода показали поведение, одинаковое с ис

пользуемыми в настоящее время проводами.

6.4. Способность к подвешиванию

Провода подвергались циклическим изгибающим нагрузкам, которые помогли сымитировать на

пряжения, возникающие в процессе натяжения и подвешивания проводов, и использовались для

оценки состояния наружных слоев гладких проводов. Испытания проводились на станции SENS ла

бораторий EDF. Также проводились испытания обычных проводов.

Провода с круглыми проволоками выдержали испытания. Однако наружный слой одного из ком

пактных проводов был немного поврежден.

6.5. Коэффициент аэродинамического сопротивления

Все испытания, которые были связаны с сопротивлением ветровым нагрузкам проводов прово

дились в аэродинамической трубе сечением 2 х 3 м Национального исследовательского центра в От

таве. Эти испытания проводились с использованием полномасштабных моделей, изготовленных из

последнего повива проволок каждого из проводов, туго намотанных на стальной сердечник.

Как показано на рисунке 2, каждая кривая, представляющая коэффициент аэродинамического

сопротивления (Cd) в функции от скорости ветра и имеет следующие особенности: на первом участ

ке при малых скоростях ветра имеется плато в диапазоне значений Cd от 1,1 до 1,3; следом идет чет

ко выраженный спад, завершающийся минимальным значением Cd, а затем медленный рост при бо

лее высоких скоростях ветра. Испытания показали, чем глаже проводник,то минимальное значение

Cd отмечается при более высоких скоростях ветра.

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

Рис. 2

Коэффициенты аэродинамического сопротивления для компактного провода

и стандартного провода

В приведенном на рисунке 2 стандартный провод с круглыми жилами имеет минимальное значе

ние Cd на уровне 0,8 при скорости 20 м/с; в то время как более гладкий компактный проводник

имеет меньшее значение Cd = 0,63, но при скорости 37 м/с. Однако характерные для каждого про

вода кривые пересекаются примерно при 28 м/с, и компактный провод демонстрирует меньшие зна

чения Cd при больших скоростях.

6.6. Восприимчивость и сопротивление ветровым нагрузкам

Восприимчивость проводов к вызванным ветром вибрациям определяется двумя основными фак

торами: их способностью воспринимать энергию ветра, передаваемую низкочастотными вихревыми

потоками, и их способностью рассеивать эту энергию, которая определяется их параметрами сам

озатухания. Сопротивление проводов аэродинамическим вибрациям определяется их способностью

выдерживать такие вибрации, то есть их усталостной долговечностью. Для оценки передачи энергии

ветра различным проводами специальные испытания не проводились, поскольку предполагалось, что

гладкость наружной поверхности оказывает незначительное воздействие на такую передачу. Одна

ко считалось важным, что провода характеризуются их демпфирующей способностью, общей вос

приимчивостью к вызываемым ветром вибрациям и усталостной долговечностью.

Измерение демпфирования проводилось для каждой линии при 15, 20 и 25% от предела проч

ности при растяжении соответственно.

Испытания проводились на 60 метровом, находящемся в помещении, пролете IREQ с использо

ванием эффекта обратной стоячей волны (ISWR) [5], который полностью исключает концевые эффек

ты. В дополнение к этому, цель состояла в оценке конструкционного демпфирования, и результаты

были откорректированы для исключения аэродинамического демпфирования, которое может прео

бладать на более низких частотах.

Восприимчивость различных проводов к вызванным ветром вибрациям оценивалась в условиях

естественных ветров на испытательной линии Hydro Quebecs в г. Варен (Varennes) [6]. Шесть устано

вленных параллельно проводов были подвергнуты трем последовательным сериям испытаний, каж

дая из которых длилась шесть недель вслед за установленными процедурами [7]: Первая с провода

ми, натянутыми до 15% от предела прочности без использования каких либо противовибрационных

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

устройств, вторая с проводами, натянутыми до 20% от предела прочности с использованием проти

вовибрационных устройств (гибкие перемычки для EDF и демпферы Стокбриджа для Hydro Quebec)

и, последняя третья с проводами, натянутыми до 25% от предела прочности сначала без использова

ния каких либо противовибрационных устройств, а затем с их использованием.

Например, на рисунке 3 показан график, отражающий границы диапазонов максимальной ам

плитуды изгиба, зафиксированной в подвесных зажимах на компактном проводе и на соответствую

щем стандартном проводе, причем каждый из них не снабжен противовибрационным устройством,

при растягивающем усилии 15% от предела прочности при растяжении. Можно наблюдать, что уров

ни вибрации на компактном проводе составляют примерно половину отмечаемых на стандартном

проводе. Вибрации таковы, что новый провод не требует применения каких либо противовибрацион

ных устройств, что нельзя сказать о стандартном проводе.

Вообще говоря, характер вибра

ций незащищенных проводов на испы

тательной линии адекватно отражает

установленные в лаборатории демп

фирующие свойства. Также было по

казано, что компактные провода,

могут быть защищены стандартными

противовибрационными устройства

ми, (гибкими перемычками или демп

ферами Стокбриджа) как и обычные

провода.

Другая важная характеристика

способности провода противостоять

Рис. 3

ветровым нагрузкам, усталостная

График, отражающий границы диапазонов максимальной

прочность, была установлена на испы

амплитуды изгиба, зафиксированной на компактном и

тательных стендах Университета Лаве

стандартном проводе

в Квебек Сити.

Девять образцов проводов каждо

го типа испытывались в диапазоне ам

плитуд от 0,2 до 1,3 мм с количеством

циклов до 100 млн. На рисунке 4 по

казаны результаты первых трех разру

шений компактных проводов. Выра

женная в количестве циклов усталост

ная долговечность экспоненциально

уменьшается с увеличением амплиту

ды колебаний, как и в случае обычных

проводов с круглыми проволоками.

Усталостная прочность, соответствую

щая средним значениям, при большом

количестве циклов оценивается в дан

ном частном случае при значении пол

ной амплитуды 0,25 мм, которое соот

ветствует аналогичному стандартному

проводу.

Рис. 4

Пример усталостной долговечности компактного провода

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

7. АНАЛИЗ ЗАТРАТ И ПРЕИМУЩЕСТВ

Проведенный EDF анализ затрат и преимуществ выявил выгоду от использования компактных

проводов как для новых линий, так и для уже установленных. Сделанные до 2010 года прогнозы по

казывают, что увеличение допустимой токовой нагрузки, обеспеченное новыми проводами (10% при

нормальной электрической нагрузке и 16% при пиковой), позволит снять ряд ограничений.

Дополнительная себестоимость изготовления частично компенсируется снижением затрат на те

пловые потери (за счет уменьшения сопротивления).

Hydro Quebec, со своей стороны, находится в процессе проведения анализа затрат и выгод,

предназначенного для выработки руководящих указаний для выбора провода в соответствии с ли

нейным напряжением и с учетом следующих условий: создание новых линий или увеличение их про

пускной способности, либо замена проводов вследствие их морального износа.

Однако компания провела аналогичный анализ с целью оценки себестоимости своего проекта на

учно исследовательских и опытно конструкторских работ по компактным проводам. Совместно с ком

панией производителем проводов было установлено, что при одинаковой проводимости стоимость

рассматриваемых Hydro Quebec компактных проводов в основном равна стоимости обычных ACSR

проводов. Тогда было установлено, что новые линии требуют оптимальной проводимости, что основа

но на минимизации суммарной покупной цены проводов и неудовлетворительного в настоящее время

уровня тепловых потерь с учетом оценки согласно сроку предполагаемого ресурса этих линий. Выбор

компактных проводов, а не обычных для того чтобы получить оптимальную проводимость приводит к

уменьшению их диаметра на 10- 13%. На этом основании было показано, что компактные провода мо

гут доказать правомерность того факта, что они являются наиболее уместным решением для новых ли

ний с номинальным напряжением 69 и 120 кВ, но не для линий на напряжение 161 и 230 кВ, посколь

ку их меньший диаметр является недостатком из за эффекта короны.

Принимая во внимание, что преимущества компактных проводов для новых линий обычно об

условлены их меньшим диаметром и, следовательно, сниженным аэродинамическим сопротивлени

ем, то же самое неприменимо к существующим линиям, где, при одинаковом диаметре преимуще

ства обусловлены увеличением их пропускной способности и меньшим электрическим сопротивлени

ем (что влечет за собой меньшие тепловые потери). В части анализа затрат и выгод проекта научно

исследовательских и опытно конструкторских работ был сделан вывод о том, что компактные про

вода будут наилучшим образом подходить как для полной замены проводов на напряжение 69 и 120

кВ, так и, при сложных природных условиях, на линиях на напряжение 161 и 230 кВ. Более того,

предполагалось, что 50% всех замен будут являться следствием увеличения пропускной способности.

В таблице 2 приведены значения годового увеличения протяженности ЛЭП и годовые значения

скорости замены проводов на существующих линиях напряжением 69- 230 кВ, как текущий прогноз

планировщиков энергосистем. Следовательно, вопреки до некоторой степени ограничивающей гипо

тезе и консервативным прогнозам в отношении возможной установки компактных проводвов было

показано, что доход от реализации научно исследовательского и конструкторского проекта с высо

кой вероятностью в 26 раз превысит начальное капиталовложение. Период окупаемости инвестиций,

являющийся следующим показателем технико экономической эффективности, оценивается в сред

нем в 2,5 года, что весьма примечательно.

Таблица 2.

Прогноз Hydro Quebec о замене проводов на ЛЭП напряжением 69– 230 кВ

Напряжение, кВ

Длина ЛЭП, км

Новые линии, %% в год

Замена, %% в год

3800

0,3

120

1700

0,6

161

8100

1,0

0,2

230

2700

0,5

1,0

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В общем случае испытания, проведенные как часть данного анализа, показали, что компактные

провода часто имеют превосходящие или эквивалентные рабочие характеристики по сравнению с

традиционными проводами с круглыми проволоками. Результаты испытаний подтверждают прогнозы

в отношении электрических и тепловых параметров новых проводов: при равных диаметрах в усло

виях постоянной нормальной эксплуатации имеется прирост допустимой нагрузки по току от 7 до

16% и, как следствие, снижение тепловых джоулевских потерь на 13 - 26%.

Коэффициент аэродинамического сопротивления компактных проводов снижается на 25- 50%

по сравнению с обычными проводами при воздействии ветра с высокой скоростью. Фактически, чем

больше диаметр проводов, тем ниже граница скорости ветра, при которой они становятся более аэ

родинамичными.

Механическая прочность, возможность соединения и подвешивания также удовлетворительны.

Стойкость к ветровым нагрузкам временами значительно ниже, в худшем случае эквивалентна. Удли

нение и усталостная прочность эквивалентны обычным проводам.

И, наконец, хотя это и является обычно не проверяемым положением, можно ожидать, что компакт

ные провода менее подвержены обледенению по той причине, что они обладают более высокой жестко

стью при кручении и сбрасывают лед более легко благодаря их более гладкой наружной поверхности.

По мере того, как будет удостоверена их техническая и экономическая эффективность, эти про

вода будут со временем испытаны в сети ЛЭП Франции. Будут также разработаны функциональные

требования. Все, что останется сделать - это создать номенклатуру проводов, которые со временем

заменят имеющиеся.

9. ВЫРАЖЕНИЕ ПРИЗНАТЕЛЬНОСТИ

Авторы выражают искреннюю признательность за вклад, обеспечивший успех проекта, отдель

ным коллегам, в особенности представителям Дирекции по изучению и исследованиям EDF (direction

Etudes et Recherche), Hydro Quebec, Исследовательского института (Research Institute), машинострои

тельного факультета Университета Лаваля (Universite Laval), лаборатории аэродинамики Националь

ного исследовательского совета (National Research Council), Alcatel Cable, Aluminium Peychiney, Al

can Cable и Southwire Company.

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА:

[1] CIGRE SC22 12, Вероятностный анализ тепловых свойств проводников- «Determination pro

babiliste de la capacite thermique des conducteurs,» Electra No. 164 стр. 102 119.

[2] I. Oogi, T. Ito, H. Uino, N. Hase, H. Matuo, K. Takeda, «Провода для воздушных ЛЭП Японии»,

Коллоквиум по вопросам воздействия воздушных ЛЭП на окружающую среду, Введение в техноло

гии воздушных ЛЭП в Японии, совещание CIGRE SC22, Сендай, Япония, 20 октября, 1997г.

[3] J.M. Michalak, «Повышение пропускной способности существующих воздушных ЛЭП», труды

конф. Power Delivery 97 Europe, Мадрид, стр. 411 420.

[4] J.L. Bousquet, B. Loreau, D. Bechet, J.C. Delomel, Новые компактные однородные провода из

алюминиевого сплава для ЛЭП 400 кВ- «Un nouveau conducteur compact homogene en alliage d’alu

minium pour les lignes 400 kV,» Ревю REE, ноябрь 1997, сс. 13 и 14.

[5] CIGRE SC22 - Рабочая группа по механическим колебаниям, Руководство по измерению

самозатухания колебаний проводов- «Guide on Conductor Self Damping Measurements,» Electra No.

62, январь 1979, стр.79 90.

[6] P. Van Dyke, C. Hardy, M. St Louis, J.L. Gardes, Сравнительные полевые испытания различных

методов контроля вызванного ветром движения проводов- «Comparative Field Tests of Various Practices

for the Control of Wind Induced Conductor Motion,» труды IEEE по энергоснабжению, т. 12, № 2, ап

рель 1997.

[7] S. Houle, C. Hardy, A. Lapointe, M. St Louis, Экспериментальная оценка характеристик дистан

ционных распорок гасителей вибрации (между проводами расщепленной фазы линий сверхвысоко

го напряжения )- «Experimental Assessment of Spacer Damper System Performance on Wind Induced Vi

brations of High Voltage Transmission Lines,» Совместная конференция IEEE/CSEE по высоковольтным

системам электропередач, No. 87JC 39, 1987.

Компактные провода AERO Z^® для высоковольтных линий электропередачи