Провода для высоковольтных линий

27.05.13 15:00

Поводы задуматься

Сегодня не редко говорят о том, что распределительные и магистральные сети нуждаются в обновлении. Значительная часть линий электропередач имеет весьма солидный возраст. Большинство существующих ЛЭП далеки от идеалов энергоэффективности. Сетевые компании страдают как от технических потерь, так и от банального воровства электроэнергии.

Спрос потребителей на электроэнергию увеличивается, а значит необходимо повышать пропускную способность имеющихся линий или строить новые. Причем очевидно, что новое строительство — это огромные капитальные вложения, проблемы с землеотводами и т.д.

Конечно, задача модернизации сетей распадается на много составляющих. Но одна из основных — внедрение принципиально новых типов проводов для воздушных линий. Посмотрим, в чем особенности современных проводов, и какие преимущества дает их применение.

 

Профилированные проволоки

Классический сталеалюминевый провод состоит из проволок круглого сечения, такая конструкция до сих пор остается самой популярной в мире из-за простоты изготовления. Однако не так давно в конструкции современного провода (во внешнем слое) стали использовать профилированные — стреловидные, трапециевидные или Z-образные — проволоки.

Z-образные проволоки плотно примыкают друг к другу, сцепляясь в замок, увеличивая плотность компоновки с 0,7 до 0,9 и даже до 0,95. При этом уменьшается диаметр провода при заданном сечении, поверхность провода становится гладкой и повышается торсионная жесткость, что, в свою очередь, повышает стойкость проводов к механическим повреждениям. Это препятствует обледенению и налипанию снега. Кроме того, снижается аэродинамическое сопротивление, а, значит, и вибрация и пляска проводов при сильных ветровых нагрузках. Примеры марок этого типа провода —AAACZ, AACSRZ (ООО «Сим-Росс-Ламифил», г. Углич Ярославской обл.), Aero-Z (Nexans, Франция).

 

Монтаж линии электропередачи (фото ОАО «МРСК Северного Кавказа»)

 

Трапециевидная проволока также используется, чтобы сделать конструкцию провода более компактной, а его поверхность — гладкой. Такая форма проще в изготовлении, а, значит, дешевле. Компактированные провода при равном диаметре с классическими проводами обеспечивают более высокую пропускную способность линии. В сочетании с современными, более проводящими материалами это позволяет повысить передаваемую мощность при реконструкции ЛЭП с минимальными затратами на модернизацию инфраструктуры (опоры, в основном, можно оставить старые, заменив только провод и арматуру).

При строительстве новых ЛЭП за счет повышенной механической прочности проводов новых конструкций удается сократить количество опор, что в результате снижает стоимость реализации проекта. 

«Сегодня идет активное совершенствование конструкций неизолированных проводов, которое направлено на увеличение их пропускной способности, снижение потерь электроэнергии при передаче, обеспечение бесперебойности энергоснабжения в сложных природных условиях, а также повышение надежности и долговечности, — отмечает Игорь Буров, технический директор ООО «Камский кабель» (г. Пермь). — К примеру, провода АСп, по сравнению с традиционными неизолированными проводами, обладают меньшим весом и более высокой разрывной нагрузкой. Провода обеспечивают высокую пропускную способность ЛЭП, а также дают возможность использования провода с большим сечением при том же удельном весе, что позволяет решить проблему с перегрузками высоковольтных линий и ведет к снижению тепловых потерь при транспортировке электроэнергии. В настоящее время провод проходит сертификацию в ОАО «ФСК ЕЭС». 

«Компактированные провода с усиленным сердечником марок АСк2у и АСку обладают более высокой механической прочностью, меньшим диаметром и электрическим сопротивлением по сравнению с традиционными проводами, — рассказывает Андрей Кувшинов, директор по развитию ЗАО «УК «УНКОМТЕХ». — Практическая реализация первого преимущества позволит уменьшить стрелы провеса в пролетах ЛЭП или сократить количество промежуточных опор по длине ВЛ. Сокращение количества опор ВЛ приводит к снижению общих капиталовложений при строительстве ЛЭП как минимум на 3-5 %».

Стоит сказать, что на практике производители стремятся сделать провода как можно более компактными, используя Z-образные проволоки для наружных слоев провода, а для внутренних слоев — трапециевидные проволоки. Использование в конструкции провода сердечника повышенной прочности позволяет обойтись в токопроводящем слое трапециевидными проволоками и тем самым снизить себестоимость по сравнению с проводами типа Z.

 

Монтаж провода ACCR выполняется при помощи лидер троса и специальных тягово-тормозных машин (фото ОАО «МРСК Урала»)

 

Важно то, что внутри

Другой путь совершенствования проводов связан с применением новых материалов. Сегодня ряд производителей предлагают провода с композитным сердечником. Это значит, что в сердечнике есть армирующие элементы, использующиеся для механической прочности, и связующее вещество.

Безоговорочное преимущество композитных проводов – высокая механическая прочность при небольшой массе. Также провода с композитным сердечником имеют меньший коэффициент линейного расширения в сравнении с проводами со стальным сердечником. Соответственно, они меньше провисают. Несомненное достоинство таких проводов — их способность работать при высоких температурах (до 150 °С и выше).

Сегодня на рынке представлены провод АССС с углеродным сердечником производства ООО «Сим-Росс-Ламифил» и АССR — композитный провод, сердечник которого состоит из проволок алюминия и продольных волокон оксида алюминия, предлагаемый компанией «3 М» (США).

Скоро появятся и российские разработки. НИОКР по проводам с композитным сердечником из углеродных и базальтовых волокон (кстати, как и по компактированным проводам) проводит компания «Ункомтех» совместно с ОАО «ФСК ЕЭС», ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС» и ОАО «МРСК Центра и Приволжья».

Еще один тренд — применение алюминий – циркониевого сплава. К примеру, он используется в проводах АСТ производства ОАО «Кирскабель» (Кировская обл., входит в «Ункомтех»), АС compact (ООО «Камский кабель», совместно с ВНИИКП, г. Москва). Такие провода могут работать при еще более высоких температурах — рабочая до 210 °С, допустимая при КЗ — до 300 °С.

Алюминий – циркониевые проволоки используются в термостойких проводах с зазором GZTACSR производства «Сим-Росс-Ламифил». Производитель гарантирует рабочую температуру до 230 °С, при пиковой нагрузке — до 310 °С. 

 

Неизолированный провод АСп (фото ООО «Камский кабель»)

 

Провод завтрашнего дня

И зарубежным, и отечественным производителям есть что предложить. А готовы ли потребители активно внедрять инновационные неизолированные провода? Увы, пока далеко не везде. 

«В настоящее время в ОАО «МРСК Северного Кавказа» отсутствуют сети, на которых используются Z-провода и провода с композитным сердечником, — признается Олег Харебов, начальник департамента эксплуатации и ремонта ОАО «МРСК Северного Кавказа». — Это обусловлено как высокой стоимостью данных проводов по сравнению с традиционными проводами типа АС, так и отсутствием нормативной документации по применению этих проводов на ВЛ с плавкой гололеда. Но в перспективе такие провода могут быть использованы на объектах реконструкции и нового строительства при наличии соответствующего экономического обоснования». 

«На сегодня инновационные неизолированные провода в нашем электросетевом комплексе не применяются, но в перспективе это планируется, — говорит Валерий Титов, начальник департамента технического развития ОАО «МРСК Центра и Приволжья». — Нами совместно с ОАО «Кирскабель» ведется НИОКР «Разработка неизолированного компактированного провода со стальным сердечником повышенной прочности». Сегодня получен совместный патент на полезную модель, опытные партии провода прошли испытания и получили положительные заключения на соответствие конструктивным размерам, электрическому сопротивлению, разрывному усилию, прочности заделки провода в соединительных и натяжных зажимах, стойкости провода к воздействию эоловой вибрации и стойкости провода к воздействию пляски.

 

Провод АС compact (фото ООО «Камский кабель»)

 

Изготовлены установочные партии проводов АСку, которые филиал Кировэнерго планирует в 2013 г. смонтировать на 2-х участках ВЛ 110 кВ и одном участке ВЛ 35 кВ. Подается заявка на аттестацию данного провода в ОАО «Российские сети». При положительном аттестационном заключении и успешном прохождении опытной эксплуатации данный инновационный провод найдет широкое применение на ВЛ 35,110 кВ взамен провода АС, изготавливаемого по ГОСТу 839-80.

Кроме того, в августе 2012 г. ОАО «МРСК Центра и Приволжья» заключило договор с ОАО «Кирскабель» еще на одну НИОКР — «Разработка конструктивно-технологических решений и изготовление проводов с несущим сердечником из композитных материалов». В настоящее время подана заявка в Роспатент на полезную модель провода с сердечником из базальтового волокна. Оба перечисленных инновационных провода смогут стать заменой импортным проводам марок GTACSR Hawk, ACCR 470-T16, ZTACIR 330, Aero-Z, AACSR 251 A3F, которые в 4-8 раз превышают стоимость отечественного провода марки АС».

 

А где-то будущее уже настало...

Тем временем, в Перми воздушная линия 110 кВ на основе композитного провода эксплуатируется уже более двух лет. Об этом сообщили в пресс-службе ОАО «МРСК Урала». Правда, здесь применена не отечественная, а американская разработка — композитный провод ACCR компании «3М». На момент строительства в России подобным проводом были оснащены только две ЛЭП — в Московской и Читинской областях.

В Перми после модернизации на ТЭЦ требовалось увеличить пропускную способность существующей ЛЭП. ACCR был выбран благодаря способности передавать электрическую мощность в три раза большую по сравнению с общеприменимым сталеалюминиевым проводом такого же сечения.

 

Производство современных неизолированных проводов (фото ООО «Сим-Росс-Ламифил»)

 

«Практика свидетельствует, что при проектировании линий с применением композитного провода необходимо использовать программные комплексы, способные учитывать отличие его технических характеристик от обычных, неизолированных проводов АС, — делится опытом Алексей Правков, начальник отдела эксплуатации высоковольтных линий Пермэнерго. — Это даст возможность наиболее эффективно спроектировать ВЛ с оптимальным, то есть — минимальным, количеством опор, реконструировать существующую ЛЭП без их замены.

Разрабатывая проект, особое внимание необходимо также уделять применяемой натяжной, поддерживающей и соединительной арматуре, наилучшим вариантом которой нам представляются спиральные зажимы. Ведь особенность композитного провода компании 3М заключается в том, что его сердечник не выдерживает изгибы меньше определенного радиуса, а тем более перегибы. Он ломается, поэтому монтаж провода обязательно должен выполняться при помощи лидер троса и специальных тягово-тормозных машин. 

Исходя из опыта, мы пришли к выводу, что наиболее целесообразно применять композитный провод на ЛЭП, эксплуатирующихся не более 15 лет. В оптимальном варианте это исключает полную замену опор, требуя лишь установки минимального количества новых. А на подстанциях можно обойтись без замены порталов, заменяя только ошиновку.

В заключении подчеркну, что опыт монтажа и эксплуатации высокотемпературного провода на высоковольтных линиях 110 кВ в полной мере показал, что за ним будущее».

 

СИП-7 для ВЛ 110 кВ (фото ОАО «Севкабель»)

 

Что пока мешает?

«Внедрение инновационных неизолированных проводов в России началось в 2007 г., но пока идет трудно, — признает Николай Федоров, технический директор ООО «Сим-Росс-Ламифил». — Есть несколько основных барьеров. Во-первых, проектные и эксплуатационные требования электросетей закладываются с достаточно высоким по современным меркам уровнем потерь. Во-вторых, действующая устаревшая НТД не стимулирует отечественных производителей к разработке новых конструкций проводов и к повышению качества продукции.

В-третьих, нет критериев сравнения технических решений по уровню эффективности, экономичности, экологичности и надежности передачи электроэнергии. И, наконец, экономика проекта оценивается, в основном, по стоимости строительства энергообъекта, а не по стоимости его владения».

По всей вероятности, с решением обозначенных проблем, процесс обновления ВЛ должен ускориться.

«Одна из основных сложностей при внедрении инновационной продукции в том, что при расчете экономической эффективности ВЛ не принимается во внимание стоимость дальнейшей эксплуатации, а ведь использование современных проводов направлено прежде всего на снижение эксплуатационных затрат, связанных с гололедообразованием, уменьшением обрывности линий, числа работ по поддержанию мест отчуждения в надлежащем состоянии и т.д. Главными сторонниками внедрения инновационных неизолированных проводов должны стать сетевые компании, эксплуатирующие ЛЭП», — отмечает Игорь Буров.

 

Обычная история

Лет пятнадцать назад многим сложно было предположить, что для воздушных линий распределительных сетей будут использоваться изолированные провода. «Это же дорого!» — сказали бы специалисты. Как ни странно, мне доводилось слышать такое мнение и совсем недавно, однако, сегодня сторонники неизолированных проводов все же в меньшинстве. Самонесущий изолированный провод (СИП) стал обычным явлением, ни производители, ни сетевые компании уже не считают его чем-то инновационным. Правда, если речь идет о линиях низкого и среднего напряжения.

«Согласно нашей технической политике самонесущий изолированный провод (СИП) внедряется на Урале очень активно, — говорит Игорь Дмитриев, к.т.н., начальник департамента эксплуатации, технического обслуживания и ремонта ОАО «МРСК Урала». — Монтаж СИП производится на воздушных линиях электропередачи 0,4 кВ при новом строительстве и реконструкции сетей, на ВЛ 6-10 кВ применяется как в населенной местности, так и на лесных участках воздушных линий. На ВЛ 35 кВ — в единичных случаях в зависимости от места прохождения энергообъекта».

«В последние годы в ОАО «МРСК Северного Кавказа» происходит активная замена неизолированного провода на ВЛ-0,4 кВ на СИП, — рассказывает Олег Харебов. — Как правило замена провода производится на ВЛ, проходящих в населенных пунктах, а так же на ответвлениях от них к потребителям электроэнергии. Кроме того положительно зарекомендовала себя практика замены проводов на ВЛ-6(10) кВ на защищенный провод типа СИП-3 в районах со сложными метеорологическими условиями». 

«Сегодня применение проводов марки СИП проводится при строительстве, реконструкции и техническом перевооружении существующих ВЛ 0,38 – 10 кВ и при выполнении работ по договорам технологического присоединения, — сообщает Валерий Титов. — Наиболее активно используется СИП при строительстве и реконструкции ВЛ 0,4 кВ. По состоянию на 1 января 2013 в сетевом комплексе ОАО «МРСК Центра и Приволжья» протяженность ВЛ 0,4 кВ с использованием СИП составила 5742,22 км, а ВЛ 6-10 кВ – 2058,02 км. За два года объем внедрения СИП на ВЛ 0,4 кВ составил 3446,61 км».

 

Линия с применением СИП-7 смонтирована в г. Энгельс Саратовской обл. (фото ОАО «Севкабель»)

 

Зачем это надо?

Что же помогло самонесущему изолированному проводу быстро завоевать рынок? Специалисты эксплуатирующих организаций пояснили, почему готовы платить за более дорогой по сравнению с «голым проводом» вариант.

«Замена провода старого поколения на СИП позволяет добиться большей безопасности при эксплуатации сетей, а также большей надежности и качества электроснабжения потребителей, — поясняет Игорь Дмитриев. — Конструкция СИП обеспечивает бесперебойную работу линий при негативных воздействиях погодных явлений, повышает надежность электроснабжения на участках интенсивного образования гололеда, дает значительное сокращение эксплуатационных расходов и обеспечивает безопасность населения и персонала электросетей».

«Сегодня применение СИП — один из самых действенных методов повышения надежности и экономичности работы воздушных линий электропередачи, — уверен Валерий Титов. — ВЛ изолированная-0,4 кВ и ВЛ защищенная-10 кВ значительно устойчивее к воздействию на них внешних факторов (ветер, гололед, касание проводов ветвями деревьев, набросы, касания крыльями птиц и др.). Как правило, при этом удается обойтись без отключения потребителей. Применение СИП обеспечивает большую безопасность сторонних лиц, птиц и животных. Применение СИП-2 на ВЛ 0,4 кВ позволяет осуществить проход по лесопарковым зонам без разрубок деревьев, а СИП-3 на ВЛ -10 кВ позволяет разместить линию на 5 м ближе к краю просеки, что существенно уменьшает объем разрубок. Для сельской местности с одноэтажной застройкой и узкими улицами данное преимущество — существенная альтернатива необходимости строительства кабельной ЛЭП-10 кВ. 

К тому же, монтаж и эксплуатация линий с СИП технологичнее и безопаснее для персонала. Но необходимо отметить, что применение СИП в сетях 0,4 кВ накладывает дополнительную ответственность на эксплуатационный персонал по обеспечению надежной работы защитной аппаратуры линий 0,4 кВ в ТП 6 – 10 кВ».

Как отмечают в МРСК Северного Кавказа, внедрение СИП направлено как на повышение надежности электроснабжения, так и на предупреждение хищений электроэнергии.

Красноречивее всего говорят цифры. Пример сокращения эксплуатационных расходов за счет применения СИП, приводит Николай Новиков, д.т.н., начальник центра новых электросетевых технологий ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС». В г. Клин Московской обл. общая протяженность сетей 0,38 кВ — 600 км, из них 300 км — переведено на СИП. За год на модернизированном участке эксплуатационные затраты снизились в три раза. Потери электроэнергии (в т.ч. коммерческие) снизились на 70 %, аварийность сократилась в 15 раз, численность обслуживающего персонала на 40 %. Средства, полученные от экономии электроэнергии за год, составили 2 млн руб.

 

Сверху вниз: ACCC с углеродным сердечником, термостойкие провода типа GAP — GZTACSR 1 и GZTACSR 2. (фото ООО «Сим-Росс-Ламифил»)

 

Активно, но не повсеместно

Понятно, что до полного перехода на СИП в сетях 0,4 кВ и 6(10) кВ пока далеко, все-таки многие из существующих сегодня линий, выполненных обычным неизолированным проводом, можно эксплуатировать еще не одно десятилетие. К тому же, процесс перехода на современные провода идет хоть и активно, но не повсеместно.

Производители уверяют, что порой проектные организации закладывают неизолированные провода там, где СИП окупился бы не только при эксплуатации, но уже на стадии монтажа. И все-таки ситуация на рынке принципиально отличается от той, что была 10 лет назад, когда рекомендация применять СИП была впервые закреплена в ПУЭ-7. Если тогда альтернативы импорту по этой позиции фактически не было, а цена зашкаливала, то сегодня на рынке уверенно работает немало российских производителей самонесущего провода, что в свое время привело к существенному снижению цен. 

«Сейчас цена на СИП зависит от изменения основных показателей себестоимости, а именно от цены на алюминий, алюминиевый сплав АВЕ и силаносшиваемый полиэтилен, — поясняет Кирилл Кутырин, директор по маркетингу ЗАО УК «Ункомтех». — Именно в последние годы цена на алюминий отличается высокой волатильностью [изменчивостью – прим. ред.]. Увеличение или уменьшение цены может достигать 10-15 % процентов в месяц. Вслед за этим происходят изменения и в цене на СИП».

 

Провода типа Z: AAACZ из алюминиевого сплава и AACSRZ из алюминиевого сплава со стальным сердечником (фото ООО «Сим-Росс-Ламифил»)

 

СИП на 110 кВ

Как было сказано выше, в том, что самонесущий изолированный провод эффективен для ВЛ низкого и среднего напряжения, сомнений ни у кого нет. А может ли он применяться на сетях высокого напряжения? 

Недавно ГК «Севкабель» (г. Санкт-Петербург) выпустил провод с защитной изоляцией для воздушных линий электропередачи на напряжение 110 кВ — СИП-7. Подобные разработки ведет и ОАО «Кирскабель». «Камский кабель» также изготовил образец провода СИП-7, который в настоящее время находится на испытаниях во ВНИИКП.

К преимуществам СИП-7 относят возможность сближения фазных проводов на расстояние до 1 м, что позволяет уменьшить рассеивание магнитного поля в 4-5 раз, пониженные налипание снега и гололедообразование. Кроме того, исключаются случаи короткого замыкания проводов от схлестывания, набросов, и уменьшаются или исключаются потери на корону.

Мы поинтересовались у сетевых компаний, как они воспринимают перспективы такой новинки.

«Для массового применения это нецелесообразно, так как происходит удорожание линии, а для определенных условий — вполне: сильно зауженные трассы, при пересечении инженерных сооружения и водных преград и т.д., — считает Валерий Титов. — СИП-7 на ВЛ 110 кВ будет иметь экономическую целесообразность в применении тогда, когда будут проработаны и дополнены нормативные документы, которые разрешат размещение ВЛ защищенной 110 кВ с СИП-7 вблизи каких-либо объектов (ближе, чем с неизолированными проводами) или при необходимости размещения каких-либо объектов под проводами ВЛ 110 кВ: стоянки машин, лыжеролерные трассы и др., что запрещено под неизолированными проводами. Это даст определенные преимущества применения СИП-7 в сравнении с неизолированными проводами. Возможно применение СИП-7 на ВЛ 110 кВ, как мероприятие предотвращающее или уменьшающее воздействие гололедообразования, для этого целесообразно провести ряд исследований по налипанию снега и образованию гололеда на СИП-7».

 

Производство современных неизолированных проводов (фото ООО «Сим-Росс-Ламифил»)

 

«Применение изолированного провода 110 кВ целесообразно в отдельных случаях, когда ограничена ширина просеки линии, а применение иных технических решений затруднительно или невозможно, — придерживается сходной точки зрения Игорь Дмитриев. — Широкое применение СИП 110 кВ, на мой взгляд, достаточно проблематично. Он имеет бóльшие массо-габаритные характеристики, а также требует повышенных прочностных требований к строительной части энергообъектов. В каждом конкретном случае для использования СИП 110 кВ необходимо технико-экономическое сравнение различных вариантов исполнения ЛЭП, в том числе и кабельная линия, как альтернативный вариант».

«Разработка провода с защитной изоляцией для воздушных линий электропередачи на напряжение 110 кВ была вызвана необходимостью поиска альтернативного решения в случаях, когда прокладка кабельной линии либо невозможна, либо экономически нецелесообразна, а прокладка воздушной линии, выполненной голыми проводами, экологически недопустима, — поясняет Павел Прокопенко, технический директор ООО «Севкабель-Инжиниринг». — Защищенные провода на 110 кВ могут быть востребованы при проектировании линий вблизи или через населенные местности, через парковые зоны и т.д.

Основное предназначение СИП-7 в его использовании при реконструкции находящихся в черте городов и поселков ВЛ-110 кВ, отслуживших более 40 лет и имеющих неудовлетворительное состояние, с целью соблюдения требований ПУЭ-7. Это относится к линиям, находящимся в относительно небольших городах, где полностью отсутствует развитая подземная инфраструктура (которая уже имеется в крупных мегополисах), из-за чего нет возможности прокладки КЛ-110 кВ или ее стоимость получается неоправданно высокой.

Также использование СИП-7 целесообразно при строительстве ВЛ в заповедной зоне или местах с большой стоимостью земли. Согласно разработанным на опытную партию техническим условиям, при использовании провода с защитной изоляцией для ВЛ на 110 кВ минимальный размер охранной зоны составил всего 5 м».

Павел Прокопенко считает, что СИП-7 определенно может использоваться в тех же нишах, что и Aero-Z от Nexans или провода с композитным сердечником от Composite Technology Corp.'s и General Cable. В данном случае СИП-7 может конкурировать по своим механическим свойствам, а также по уменьшению охранной зоны ВЛ. По мнению же Валерия Титова, если речь идет не об узких нишах, на высоковольтных ВЛ будущее все-таки за проводами с композитными сердечниками, поскольку они более легкие и обеспечивают меньшие потери электроэнергии.

Что ж, время покажет, какие решения окажутся более успешными. В любом случае, уже сегодня понятно, что эпоха привычного сталеалюминевого провода постепенно уходит в прошлое. Может быть, не быстро, но компании, отвечающие за эксплуатацию сетей, придут к пониманию, что без современных проводов невозможно создать энергоэффективную и надежную линию электропередачи.

 

Екатерина Зубкова

Первая фото: на ВЛ 110 кВ в г. Пермь применен композитный провод ACCR (ОАО «МРСК Урала»)

Читайте также: