О гладких проводах и короне
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.
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.
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.
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.
При малых радиусах проводов (г0 < 1 см) можно использовать формулу Ф.Пика
Для ВЛ с одиночными проводами рабочая напряжённость:
Где = 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