Оценка области применения проводов нового поколения

Введение. От степени надежности зависит состояние энергосистемы в целом. Воздушная линия электропередач состоит из таких элементов как опора, траверса, изоляторы и провода. Каждый из этих элементов имеет свою вероятность отказа. Процентное соотношение отказов: провода – 52%, изоляторы – 31%, опоры – 13%, арматура – 4 % [1] Таким образом, самым ненадежным элементом являются провода. Перерыв электроснабжения агропромышленного комплекса ведет к большим экономическим убыткам, а также может привести к гибели животных или растений. Поэтому надежность необходимо повышать.

Существует множество способов повышения надежности линий электропередач. Наиболее актуальным способов повышения надежности линий электропередач является замена проводов на провода нового поколения из-за их улучшенных характеристик по сравнению с проводами АС [2-4].

Разработка проводов нового поколения с использованием предоставит возможность:

• –    увеличить пропускную способность линий электропередач вследствие уменьшения удельного сопротивления провода;

• –    повысить надежность работы ВЛ из-за увеличения механической прочности провода;

• –    исключить образование гололеда и пляски проводов в связи с увеличением термостойкости провода.

Стандарт организации, на который необходимо ссылаться при проектировании проводов нового поколения изложен в [5]. Данный документ предусматривает проектирование трассы ЛЭП с проводами нового поколения только при детальном экономическом расчете по сравнению с трассой ЛЭП с классическими проводами АС.

Областью применения проводов нового поколения является:

• 1.    Применение проводов нового поколения при необходимости передачи большой мощности.

• 2.    При переводе воздушной линии на более высокий класс напряжения.

• 3.    При больших переходах (реки), когда дальнейшее увеличение высоты опор невозможно, провода нового поколения имеют меньший провис провода и позволит проложить данную трассу [6].

Выберем наиболее перспективный провод нового поколения и сделаем техникоэкономический расчет.

Цель исследования – увеличить надежность воздушных линий для бесперебойного питания агропромышленного комплекса.

Материалы и методы исследования. Представим в таблице характеристики находящихся в продаже провода нового поколения некоторых марок, в том числе компании «Ламифил» [7-9]. Сравним их со сталеалюминиевым проводом марки АС. Сведем данные в таблицу 1:

Таблица 1 – Провода нового поколения в сравнении с проводом АС

Характеристики	АС 240/39	АССС Monte Carlo 240	AACSRZ 251	АAAC-Z242-2Z
Наружный диаметр провода, мм	21,6	20,79	19,1	18,9
Масса провода, кг/м	0,952	0,814	0,875	0,687
Модуль упругости провода, Н/мм2	82500	71600	74900	56800
Максимальная рабочая температура провода, ºС	90	175	90	90
Номинальный ток, А	610	1085	651	693

Сравним характеристики проводов и сделаем выводы. Провод марки АС обладает наибольшим диаметром, а марки АААС – наименьшим. С увеличением диаметра провода при обледенении провода масса льда становится больше, а воздействие ветра сильнее. При этом чем больше диаметр, тем ниже потери на корону и радиопомехи. Но провода нового поколения с меньшим диаметром имеют гладкую внешнюю поверхность, что приводит к существенному снижению потерь на корону в современных проводах. Напряженность электрического поля, при котором начинается коронный разряд, у провода Aero-Z примерно на 15% выше, чем у обычного провода.

Провод марки АС обладает наибольшей массой, а марки АААС – наименьшей. Это значит, что провод АС должен иметь лучшую стойкость к пляске и вибрации, а провод АААС иметь наименьшую статическую нагрузку на опору и арматуру. Но в проводах нового поколения за счет более гладкой внешней структуры провода имеют примерно на 30-35 % меньшее аэродинамическое сопротивление ветровым нагрузкам по сравнению с обычным проводом. Этот факт приводит к резкому снижению пляски проводов.

Сравним провода АС 240/39 и АССС Monte Carlo 240 с экономической точки зрения. Для определения экономической целесообразности применения проводов нового поколения необходимо определить количество опор в пролете. Примем равной длину воздушной линии равной 100 км, провес провода 2 м.

Поскольку удельная нагрузка от собственной массы провода обратно пропорциональна квадрату длины, то, чем меньше удельная нагрузка, тем больше длина пролета. Провода нового поколения имеют меньшую удельную нагрузку, что увеличивает пролет и уменьшает количество используемых опор.

Подтвердим данное рассуждение с помощью формулы:

_{l =}   8 ⋅ f ⋅σ _м,

γ где l – длина пролета; f – стрела провисания провода, м; σ– механическое напряжение, Н / мм2;. γ– удельная нагрузка от собственной массы провода, H/(м⋅ мм2).

Расчет количества опор производится на основании выражения:

L kоп.ас =   шт, где kоп.ас – количество опор, шт; L – длина воздушной линии, м; l – длина пролета, м.

Сведем полученные значения в таблицу 2:

Таблица 2 – Табличные и рассчитанные характеристики проводов

Характеристика	АС 240	АССС Monte Carlo 240
Удельная нагрузка от собственной массы провода, H/м2	0,0384	0,0292
Длина пролета, м	229,12	262,75
Количество опор, шт.	44	38

Поскольку удельная нагрузка от собственной массы провода у проводов нового поколения меньше, то из определим экономические показатели при строительстве новой линии, для определения окупаемости. Примем условие, что трасса прокладки прямая и ровная. На этом основании учтем, что количество анкерных опор составляет 2 штуки. Вычислим стоимость пор, арматуры, провода и суммарные капитальные вложения. Стоимость транспортировки составит 17% от капиталовложений на покупку оборудования, а монтаж – 35 %. В конечном итоге определим прибыль и окупаемость. Сведем данные в таблицу 3:

Таблица 3 – Экономические показатели

Характеристика	АС	АССС Monte Carlo 240
Стоимость анкерных опор, млн. руб.	5	5
Стоимость промежуточных опор, млн. руб.	33,6	28,8
Стоимость проводов на 100 км, млн. руб.	25,3	29
Арматура, транспортировка и монтаж, млн. руб.	108	95,5
Суммарные капиталовложения, млн. руб.	171,9	158,3
Передаваемая мощность, МВт	92,9	165,4
Прибыль, млн. руб.	41,08	73,2
Окупаемость, лет	4,2	2,2

Результаты исследования и их обсуждение. Таким образом, был произведен анализ рынка проводов нового поколения компании «Ламифил». Чем выше модуль упругости, тем меньше стрела провеса и амплитуда при сбросе гололёда. Чем меньше – меньше динамическая нагрузка на опоры и арматуру. Таким образом, провода нового поколения меньше воздействуют на опору, как в статике, так и в динамике.

Максимальная рабочая температура проводу напрямую связана с длительным предельно допустимым током. Чем выше номинальный ток, тем выше пропускная способность провода.

На основании проведенного анализа, можно сказать, что в проводах нового поколения учтены и доработаны недостатки провода АС. Провод АААС имеет наименьшую статическую и динамическую нагрузку на опору и арматуру. А провод АССС наибольшую пропускную способность. При установке усиленной арматуры использование провода нового поколения АССС на высокие напряжения является наиболее целесообразным.

Наиболее перспективными были выбраны провода марки АССС и АААС, поскольку провод АССС имеет наибольшую пропускную способность, а провод АААС – наиболее важные характеристики для увеличения надежности линии. Однако окончательный выбор провода делается на основании параметров трассы, климатических условий и тока нагрузки.

С экономической точки зрения применение проводов нового поколения позволяет увеличить пролет при уменьшении стрелы провеса провода. Это позволяет применять провода нового поколения на тех трассах прокладки воздушной линии, где требуется дальнейшее увеличение высоты опоры, для соблюдения габаритов провода. В тех случаях, когда дальнейшее увеличение высоты опоры невозможно, провода нового поколения за счет их меньшей стрелы провеса провода позволят уменьшить высоту опоры и проложить трассу воздушной линией.

Также уменьшение стрелы провеса позволяет использовать меньшее количество опор и арматуры, что определяет экономическую эффективность применения проводов нового поколения. Большая пропускная способность проводов нового поколения по сравнению с проводами АС позволит увеличить передаваемую мощность.

Провода нового поколения не только более эффективны с точки зрения надежности, но и быстрее окупят свое строительство, позволят расширить область применения воздушных линий и увеличить передаваемую мощность.

Выводы. На основании расчетов, провод АССС окупается почти в 2 раза быстрее и имеет более усовершенствованные характеристики. Быстрая окупаемость достигается за счет использования меньшего количества опор и большей пропускной способностью провода нового поколения. Стоимость километра провода у провода нового поколения выше, однако это окупается за счет меньшего количества опор при строительстве. Поскольку в Липецкой области не используют провода нового поколения при строительстве линий высокого напряжения, то предлагается использовать провода нового поколения для строительства, а также при реконструкции линии, при условии, что арматура и опоры для проводов АС подходят и для проводов нового поколения.