НОВЫЕ РЕШЕНИЯ В СОЗДАНИИ ПРОВОДОВ ЛЭП

NEW SOLUTIONS IN THE CREATION OF WIRES OF POWER TRANSMISSION LINES

Yan Ejsmont

student of the department “Electrical Engineering and electronics”, Grodno state University,

Belarus, Grodno

Irina Gavrilova

scientific director of the department “Electrical Engineering and electronics”, Grodno state University,

Belarus, Grodno

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются материалы, из которых сегодня изготавливают провода для линий электропередач, описываются новые технологии для создания в современных проводов линий электропередач.

ABSTRACT

The article discusses the materials used to make wires for power lines today, and describes new technologies for creating modern power lines.

Ключевые слова: потребление электроэнергии, провода линий электропередач (ЛЭП), провода нового поколения, сверхпроводники в ЛЭП, перспективы использования проводов нового поколения.

Keywords: power consumption, power line wires, new generation wires, superconductors in power lines, perspectives for using new generation wires.

 

Электроэнергия, её выработка и передача является важной частью энергетики. Но, к сожалению, при передаче электроэнергии не избежать потерь. Рассмотрим, каким образом можно минимизировать потери в проводах ЛЭП.

Сегодня в Республике Беларусь наблюдается увеличение потребления электрической энергии в промышленной и в социальной сферах. Это связано с усовершенствованием оборудования на предприятиях, увеличением количества электрооборудования на предприятиях, которое используется для увеличения производства. В социальной сфере увеличение потребления электроэнергии происходит за счёт появления дополнительных электроприборов (телевизоров, ноутбуков, электрочайников, мультиварок и т.д.), которые потребляют много энергии.

Требуются новые решения для усовершенствования способов передачи электроэнергии. Прежде всего, необходимо усовершенствовать провода линий электропередач (ЛЭП). Перед энергетиками, отвечающими за реконструкцию ЛЭП, ставятся следующие задачи:

• увеличение количества передаваемой электроэнергии на существующих высоковольтных линиях за счёт увеличения сечения проводов;
• уменьшение потерь передаваемой электроэнергии.
• ограничение обледенения ЛЭП в районах с высокой влажностью и резкими перепадами температур;
• повышение стойкости проводов к воздействию больших механических нагрузок;

Цель работы – рассмотреть новые решения для создания новых проводов ЛЭП и реконструкции существующих.

Определим причины потери в ЛЭП. Одна из причин, по которым происходят потери в ЛЭП – падение напряжения. Для предотвращения таких потерь необходимо снижать сопротивление в ЛЭП. Вторым источником потерь является реактивная нагрузка. В результате происходит неполное поглощение энергии, часть энергии теряется при нагреве проводов, скачках тока и напряжения. Из статистики известно, что по причине, некомпенсированной реактивной мощности потребитель теряет до 30% электроэнергии. Для ликвидации таких потерь используют компенсаторы реактивной мощности [1].

Количество передаваемой энергии зависит от сечения проводов ЛЭП, а также материалов, из которых изготавливаются эти провода. В настоящее время провода ЛЭП изготавливаются из алюминия, стали, из сплавов стали и алюминия, реже из меди. Медные провода обладают малым удельным сопротивлением и хорошей механической прочностью, а также устойчивы к коррозии. Но медь тяжелее других металлов, используемых в проводах ЛЭП, а также является дефицитным и дорогостоящим металлом. Поэтому в качестве проводов воздушных линий электропередачи этот металл практически не используется [2].

Алюминиевые провода отличаются от медных значительно меньшей массой, несколько большим удельным сопротивлением и меньшей механической прочностью. Применяются в местных сетях. Отлично переносят атмосферные воздействия (ветер), но сильно подвергаются коррозии. Поэтому алюминиевые провода покрывают смазкой.

Стальные провода обладают большой механической прочностью. Удельное электрическое сопротивление стальных проводов значительно выше, чем алюминиевых. Стальные провода применяют в местных сетях напряжением до 10 кВ при передаче сравнительно небольших мощностей. Недостаток стальных проводов – подверженность коррозии. Для уменьшения коррозии провода оцинковывают [3].

В результате последних наблюдений за ЛЭП было установлено, что более половины технологических сбоев в электросетях приходится на провода [4].

Увеличение пропускной способности ЛЭП, а также уменьшение потерь можно достичь, применяя для изготовления проводов ЛЭП материалы, обладающие лёгкостью, прочностью, небольшим удельным сопротивлением и устойчивостью к коррозии. Использование проводов нового поколения – достаточно результативное и недорогое решение.

Высоковольтные неизолированные провода нового поколения – это новые конструкции, в которых используются Z-образные и трапециевидные проволоки. Для изготовления таких проводов используются материалы, обладающие повышенной прочностью и проводимостью, а также высокими электрическими и механическими характеристиками: термообработанные алюминий и его сплавы с добавками редкоземельных металлов, алюминий-циркониевые термостойкие сплавы. Несущий сердечник изготавливается из композитных материалов.

Рассмотрим провода нового поколения.

Высокоэффективные провода с композитным сердечником АССС (Aluminium Composite Core Conductor) были разработаны американской компанией. Они изготавливаются из углеродного волокна – карбоновых нитей, которые значительно легче и прочнее стали. Такие провода имеют ряд преимуществ. Во-первых, номинальный ток в таких проводах в 2 раза больше, чем в алюминиевых, что позволяет увеличить пропускную способность линии в 2 раза. Во-вторых, эти провода легче по сравнению со сталеалюминиевыми проводами аналогичного эффективного сечения на 50-60%. В третьих, провода нового поколения имеют меньшие стрелы провеса, что позволяет увеличивать длины пролётов линии, использовать анкерные опоры с меньшей высотой, а также уменьшить количество опор.

Важным преимуществом надёжности и долговечности работы ЛЭП является то, что провода нового поколения позволяют снизить нагрузку на опоры при ветровых нагрузках и обледенении. Необходимым условием для проводов ЛЭП является неподверженность к коррозии. Именно таким свойством и обладают провода нового поколения. Актуальным является тот факт, что провода нового поколения стали более экологически чистыми. Они позволяют сократить потери в линии и связанные с ней выбросы в атмосферу на 20-30%.

Ещё одной новинкой в области проводов ЛЭП являются высокотехнологические провода типа Z из алюминиевого сплава со стальным сердечником. В таких проводах в качестве наружных слоёв вместо круглых используются Z-образные проволоки. При использовании такой проволоки наружный слой становится идеально гладким, в результате чего достигается более плотная компоновка и уменьшается коэффициент аэродинамического сопротивления.

Провода типа Z имеют ряд преимуществ. Во-первых, такие провода испытывают меньшие механические напряжения, что уменьшает риски выхода линии из строя при повышенных нагрузках ветров и гололёдно-изморозевых отложений. Во-вторых, данная конструкция более компактная. Она позволяет увеличить эффективное сечение провода, что поможет снизить потери и увеличить пропускную способность в ВЛ.

Термостойкие провода с зазором – это провода из термостойкого алюминиевого сплава со стальным сердечником. Не смотря на недостаток – дополнительные тепловые потери, данная конструкция имеет немало преимуществ. Одно из них – возможность существенно увеличить пропускную способность линии без замены опор. Важно и то, что высокотемпературный режим может использоваться не постоянно, а лишь при пиковых нагрузках.

Провода повышенной проводимости АААС (All Aluminium Alloy Conductor) – провода из алюминиевого сплава. Повышенная проводимость достигается за счёт использования в наружном слое материала с минимальным электрическим сопротивлением – термообработанного алюминия. Такие провода позволяют снизить потери в линии до 9 %.

Перспективным направлением является использование в ЛЭП сверхпроводников – материалов, сопротивление которых при определённых температурах равно нулю. Для охлаждения таких проводов используется жидкий азот. Провода из сверхпроводников имеют ряд преимуществ. Их пропускная способность  в 10 раз выше, чем у обычного провода. Потери в сверхпроводящих проводах практически равны нулю, так как сопротивление в таких проводах отсутствует и, следовательно, они не нагреваются. Сверхпроводящие ЛЭП на постоянном токе способны передавать электроэнергию на огромные расстояния (до 5000 километров), в отличие от ЛЭП переменного тока, способных передать электроэнергию лишь на несколько сотен километров [5].

Однако сверхпроводники проявляют особые свойства лишь при очень низких температурах (77 К или -195 °C). Достичь такую температуру можно лишь при постоянном охлаждении проводов, на что уйдёт немало энергии. Это делает проект весьма дорогостоящим.

Провода нового поколения позволяют решить задачи, решение которых ранее было невозможным или было связано с большими затратами [6]. Использование проводов нового поколения в энергетике РБ поможет сократить потери электроэнергии, увеличить пропускную способность в ЛЭП и принесёт прибыль в область энергетики. Однако это будет весьма длительный процесс. Сначала надо вложить огромную сумму денег для построения предприятий, изготавливающих провода нового поколения, а также модернизировать всю систему передачи электроэнергии, которая находиться в устаревшем состоянии.

Список литературы:

1. Потери электроэнергии в воздушных ЛЭП [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.yugtelekabel.ru/poteri-elektroenergii-v-vozdushnyx-lep-prichiny-i-metody-borby.html/. (Дата обращения: 17.03.2020).
2. Провода и троссы воздушных линий [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://electricalschool.info/main/kabel/630-provoda-i-trosy-vozdushnykh-linijj.html. (Дата обращения: 17.03.2020).
3. Тарасов, Е.В. Монтаж, наладка, эксплуатация электрооборудования: Ч. 1. Воздушные и кабельные линии электропередачи: учеб. пособие / Е.В. Тарасов; Томский политехнический университет. – Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2010. – 146 с.
4. Энергоэффективность в электрических сетях [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://portal-energo.ru/articles/details/id/621. (Дата обращения: 17.03.2020).
5. Сверхпроводящие ЛЭП [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ijcosmos.ucoz.ru/blog/sverkhprovodjashhie_lehp/2012-08-29-100 (Дата обращения: 17.03.2020).
6. Инновационные высокоэффективные провода для линий электропередачи [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://energoservise.com/files/Innovaz_provoda_statya_sent16.pdf. (Дата обращения: 17.03.2020).