Все больше внимания в последние годы на энергетическом рынке уделяется энергоэффективности и инновациям. В связи с этим всё больше сетевых компаний применяют новые разработки в области проводов для ВЛ. Например, провода с гладкой поверхностью – провода с Z-повивом внешних проволок (AAAC-Z), а также трапециевидных(ACCC). Мировая практика показывает, что замена проводов старых конструкций на новейшие и применение инновационных технологий в значительной степени снижают риски выхода ВЛ из строя по причине повреждений и воздействия экстремальных погодных условий, обеспечивают решение экологических проблем и способствуют в полной мере энергоэффективности и энергосбережению. В отличие от стандартных сталеалюминиевых проводов типа АС, эти провода имеют практически гладкую поверхность, что меняет значения коронного разряда на поверхностях этих проводов по сравнению в АС.

Коронный разряд, или корона – это самостоятельный разряд, возникающий в резко неоднородных полях, в которых ионизационные процессы могут происходить только в узкой области вблизи электродов. К такого рода полям относится и электрическое поле проводов воздушных линий электропередачи.

Поскольку суммарные годовые потери энергии на корону составляют заметное значение и могут достигать 40% от потерь на нагрев проводов, они оказывают влияние на технико-экономические характеристики линии электропередачи, и их необходимо учитывать. Основным фактором, определяющим потери на корону на ВЛ, является отношение напряженности электрического поля на поверхности проводов к начальной напряженности короны. Небольшое изменение этого отношения приводит к существенному изменению потерь на корону.

На линиях электропередачи применяются провода, свитые из большого числа проволок. Витые провода не имеют гладкой поверхности, поэтому при одинаковых с гладкими проводниками напряжениях и внешних диаметрах напряженность электрического поля вблизи их поверхности бывает выше, и корона возникает при меньшем напряжении. При определении начальной напряженности коэффициент гладкости т учитывает форму поверхности витого провода. Для проводов марки АС принятый для расчётов коэффициент гладкости т = 0,82. Чем ближе поверхность провода к гладкой, тем ближе коэффициент гладкости к единице.

gl provod 1

Рис. 1. Электрическое поле у поверхности многожильного провода

Наши рекомендации по значениям коэффициента гладкости т для расчетов:

1. Для проводов ACCC

  • 0,9 - для проводов с внешним повивом из 9-10 проволок и диаметром 15-19мм;
  • 0,95 - для проводов с внешним повивом из 10-12 проволок и диаметром 20-26мм;
  • 0,98 - для проводов с внешним повивом из 13 и больше проволок и диаметром свыше 26мм.
gl provod 2

Рис. 2. Провод с композитным сердечником

2. Для проводов AAAC-Z

  • 0,9 - для проводов с внешним повивом из 8-10 проволок и диаметром 15-19мм;
  • 0,95 - для проводов с внешним повивом из 10-12 проволок и диаметром 20-22мм;
  • 0,98 - для проводов с внешним повивом из 13 и больше проволок и диаметром свыше 23мм.
gl provod 3

Рис. 3. Провод с Z-повивом верхних проволок

Для унификации расчетов мощности потерь на корону при всех группах погоды введена базисная величина начальной напряженности поля на поверхности проводов, соответствующая появлению общей короны в условиях хорошей погоды.

gl provod 4

При малых радиусах проводов (г0 < 1 см) можно использовать формулу Ф.Пика

gl provod 5

Для ВЛ с одиночными проводами рабочая напряжённость:

gl provod 6

Где uh = 1,1U - линейное напряжение, кВ;

Dср– среднегеометрическое расстояние между проводниками фаз, см;

r0 – радиус проводника, см;

т – коэффициент гладкости провода.

Экономически приемлемые потери мощности на корону имеют место при

E/Eн ≤ 0,9,

и это соотношение является определяющим при выборе сечений проводов линий электропередачи по условию ограничения потерь на корону.

Данные, приведённые в ПУЭ 7 говорят о том, что на ВЛ 220кВ минимальные диаметры проводов ВЛ по условиям короны составляют 21,6 и 24 мм для проводов марки АС.

Для сравнения с АССС: возьмем близкие диаметры провода, выполним расчёт по вышеприведенным формулам. Условия: хорошие погодные условия, среднеэксплуатационное напряжение – 1,1U, среднегеометрическое расстояние – реальное расстояние для существующих конструкций опор П220-3.

Наименование

Диаметр

Начальная напряженность короны, Eн , кВ/см

АС 240/39

21,6

32,77

АС 300/39

24

32,27

АС 300/66

24,5

32,18

АС 330/43

25,2

32,05

АС 400/51

27,5

31,66

АС 500/64

30,6

31,2

АССС 240/28

19

37,84

АССС 350/40

23

36,77

АССС 360/47

23,6

36,64

АССС 380/47

24,4

36,47

АССС 480/52

26,4

37,18

АССС 530/60

27,7

36,93

По результатам расчётов видно, что при меньших радиусах проводов АССС, их начальная напряжённость коронного разряда выше чем провода АС близкого сечения. Это и есть следствие более гладкой поверхности проводов. Проверим всю линейку провода АССС на соотношение E /Eн:

Наименование

Диаметр

Начальная напряженность короны, Eн , кВ/см

Максимальная напряженность короны, E , кВ/см

E/Eн

АССС 150/28

15,65

36,96

35,90

0,97

АССС 185/28

17,1

36,44

33,28

0,9

АССС 218/28

18,29

38,06

31,42

0,8

АССС 240/28

19

37,84

30,41

0,8

АССС 350/40

23

36,77

25,85

0,7

АССС 360/47

23,6

36,64

25,33

0,69

АССС 380/47

24,4

36,47

24,58

0,67

АССС 480/52

26,4

37,18

23,00

0,6

АССС 530/60

27,7

36,93

22,08

0,6

Результаты расчётов показали, что при вышеуказанных условиях только на сечении АССС 150/28 не соблюдается соотношение E /Eн ≤ 0,9 , что говорит об экономически неприемлемых потерях на данном сечении. В остальных случаях возможно применение проводов на ВЛ 220кВ начиная с диаметра 17мм. Очевидный вывод из описанного выше: необходимость корректировки ПУЭ 7, в части, касающейся коронного разряда, назрела давно. Связано это с тем, что электротехнический рынок не стоит на месте, и с каждым годом на нем появляется все больше новых разработок. Однако многие проектировщики предпочитают придерживаться данных, приведенных в ПУЭ 7. Автор же считает некорректным при выборе сечения провода по короне использовать таковой подход, т.к. они приведен для проводов марки АС. Необходимо сделать сначала соответствующие расчёты, в том числе и воспользовавшись информацией статьи.

Елена Олесик