Основу системы передачи электрической энергии от электрических станций, её производящих, до крупных районов электропотребления или распределительных узлов ЭЭС составляют развитые сети электропередач или отдельные электропередачи внутрисистемного и межсистемного значения (системообразующие сети) и питающие сети напряжением 220 кВ и выше.
Номинальное напряжение линий электропередачи зависит от передаваемой мощности, количества цепей и расстояния (дальности), на которое передается электроэнергия. Выбор номинальных напряжений выполняют на этапе проектирования системы передачи электроэнергии по экономически целесообразным параметрам линий электропередачи переменного тока (табл. 1). Отметим, что чем больше передаваемая мощность и протяженность линии, тем выше по техническим и экономическим причинам должно быть номинальное напряжение электропередачи.
До настоящего времени проблема увеличения пропускной способности линий электропередачи с неизолированными сталеалюминиевыми проводами в основном решалась следующими способами:
Он просто был одним из тех кто любит строить
- замена проводов на большие поперечные сечения;
- расщепление фазы;
- строительство дополнительных воздушных линий;
- повышение номинального напряжения.
Таблица 1. Экономически целесообразные параметры линий электропередачи переменного тока
Поскольку неизолированный сталеалюминиевый провод большего сечения обладает и большей массой, и диаметром, что при заданных стрелах провеса, ветровых и гололедных воздействиях создает повышенные механические нагрузки на элементы опор, на которые старые опоры часто не рассчитаны, то возникает необходимость в установке дополнительных промежуточных опор в пролетах линии или установке новых (замене) опор. Строительство дополнительных воздушных линий требует значительных капиталовложений, временных затрат и получения разрешений на строительство.
В условиях пиковых нагрузок стандартный стальной сердечник сталеалюминиевого провода перегревается и расширяется, провод растягивается под действием собственной массы и провисает ниже допустимой величины, что часто приводит к его обрыву или замыканию на землю. Аналогичная ситуация возникает при больших механических нагрузках, например, сильных снегопадах — провод обрывается под массой налипающего на него снега, или сильных ветрах, чрезвычайно низких или высоких температурах окружающей среды.
Для устранения вышеприведенных недостатков существующие сталеалюминиевые провода (ACSR) заменяют на высокотемпературные провода. Эти провода относятся к категории, известной как высокотемпературные провода с малыми стрелами провеса (HTLS conductors) приблизительно такого же диаметра, как и исходный провод, используя существующие опоры воздушной линии. Высокотемпературными именуются провода, предназначенные для длительной эксплуатации при повышенных температурах (свыше 100°С). Для стандартных сталеалюминевых (ACSR) проводов длительно допустимые токи соответствуют нагреву до 90°С, тогда как для высокотемпературных проводов длительно допустимая рабочая температура составляет 120 – 250°С (в зависимости от типа применяемого провода). Замена провода существующей линии одним из таких высокотемпературных проводов позволяет увеличить допустимую токовую нагрузку в 1,6 – 3 раза в зависимости от того, способен ли используемый при замене высокотемпературный провод достичь максимальной рабочей температуры в пределах нормируемого габарита.
Одним из путей решения проблемы повышения пропускной способности воздушной линии электропередач (ВЛ) является применение так называемых компактных проводов типа АERO-Z, сечение проволок верхних токопроводящих слоев которых напоминает букву «Z». В табл. 2 приведены сравнительные характеристики сталеалюминевого провода АС 240/56, AERO-Z 346-2Z и AERO-Z 366-2Z.
Провод AERO-Z из-за формы проволоки имеет повышенную крутильную жесткость, а поэтому лучше противостоит гололедным образованиям. Гладкая поверхность провода приводит к тому, что при ветровых колебаниях аэродинамическое демпфирование провода AERO-Z существенно меньше, чем у классических проводов. Однако стоимость за километр провода AERO-Z примерно в шесть раз выше по сравнению с проводом АС. В проводе AERO-Z не допускается длительного повышения температур свыше 80℃.
Таблица 2. Сравнительные характеристики провода АС и компактных проводов типа АERO-Z
В мировой практике высокотемпературные провода для воздушных линий могут изготавливаться с токопроводящими проволоками трапециевидной формы (рис. 1,а), с зазором между стальным сердечником и токопроводящими проволоками трапециевидной формы (провода GTACSR компании «J-Power», Япония) (рис. 1,б), или с токоведущими проволоками Z-формы (рис. 1,в), чтобы не допускать пустот в поперечном сечении провода.
Рис. 1. Высокотемпературные провода ВЛ: а – компактный провод; б – провод GTACSR с зазором с внешним повивом из круглых или трапециевидных проволок; в – провод с проволоками Z-формы
Особенность провода GTACSR с зазором между стальным сердечником и токопроводящими проволоками в том, что при повышенной температуре (. = 150℃) все тяжение приходится на стальной сердечник, и, соответственно, коэффициент расширения и модуль упругости, провода как целого, совпадают с характеристиками стали. Поэтому провод значительно меньше подвержен удлинению за счет возрастания температуры. При рабочих температурах стрела провеса провода ощутимо меньше, чем для проводов АС.
Опыт применения проводов повышенной пропускной способности в промышленно развитых странах показал, что пропускная способность ВЛ за счет применения компактных или высокотемпературных проводов может быть увеличена на величину от нескольких десятков до нескольких сот процентов по отношению к проводам АС (ACSR). Однако в каждом случае применение проводов повышенной пропускной способности должно быть оправдано экономически и эффективностью решаемых задач оптимизации конструкции линий.
Стоимость переоборудования ВЛ для некоторых проводов нового поколения незначительно превышает стоимость переоборудования на провода АС, но эффективность повышения пропускной способности перекрывает дополнительные затраты, позволяет достигнуть требуемых токов значительно быстрее и дешевле, понижает нагрузки на опоры, снижает тяжение, ветровую и гололедную нагрузки и, в конечном итоге, повышает надежность самой ВЛ и системы линий в целом.
Таким образом, при наличии многих изменений в способе планирования и эксплуатации систем передачи энергии, а также внедрения инновационных технологий, необходимо увеличивать плотность тока существующих линий электропередачи.
Некоторые разновидности высокотемпературных неизолированных проводов зарубежных фирм для ВЛ с краткими характеристиками приведены на рис. 2.
Рис. 2. Высокотемпературные провода ВЛ
Отметим, что в связи с отличием конструкции и работы проводов от классических, потребуется изменение расчетных программ для проектирования линий, а также изменение подхода к оптимизации ВЛ. Повышение пропускной способности ВЛ требует дополнительных затрат. Однако, временные и финансовые затраты на переоборудование ВЛ с применением проводов повышенной пропускной способности значительно ниже, чем затраты на постройку новой ВЛ.
На современном этапе развития ЭЭС ориентировочная передаваемая мощность и длина линии электропередачи в зависимости от класса напряжения характеризуются данными, приведенными в таблице 3, где КПД – коэффициент полезного действия линии.
Под пропускной способностью линии электропередачи понимается наибольшая активная мощность трех фаз электропередачи, которую можно передать в длительном установившемся режиме с учетом режимнотехнических ограничений.
Наибольшая передаваемая активная мощность (предел) электропередачи ограничивается условиями статической устойчивости генераторов электрических станций, передающей и приемной частей ЭЭС, связанных данной передачей с номинальным напряжением ?ном, В, формулой:
и допустимой мощностью по нагреванию проводов линии заданного сечения с допустимой силой тока ?доп
где E и U – ЭДС генераторов передающей станции и напряжение приемной системы; ?Σ и cos φ – результирующее (суммарное) индуктивное сопротивление и коэффициент мощности электропередачи.
Таблица 3. Ориентировочная передаваемая мощность и длина линии электропередачи
Источник: extxe.com