Американская компания 3М разработала новый композитный провод для высоковольтных воздушных линий электропередачи, который способен передавать в два-три раза больше мощности по сравнению с обычным проводом такого же сечения при одновременном улучшении механических и прочностных характеристик. Новый продукт получил название ACCR — Алюминиевый композитный усиленный провод (Aluminum Conductor Composite Reinforced). Помимо улучшенной пропускной способности ACCR обладает меньшей массой, большей прочностью, более высокой температуростойкостью и устойчивостью к провисанию по сравнению с существующими аналогами. Композитный провод более устойчив к коррозии, обладает повышенным сопротивлением усталости и безвреден для окружающей среды (отсутствие экологической деградации).
Алюминиевый композитный провод прошел масштабные лабораторные и линейные испытания при финансировании Министерством Энергетики США и с 2005 г. введен в коммерческую эксплуатацию. Первой коммерческой установкой стала линия протяженностью 16 км для компании Xcel Energy на озере Blue Lake, Minnesota. Компания Pacific Gas & Electric (PG&E) установила ACCR на участке линии в южной Калифорнии в Санта-Клара и на прибрежном океаническом участке к северу от г. Сан Диего. Компанией Western Area Power Administration был заменен старый провод на участке линии длиной 32 км вдоль реки Колорадо на границе штатов Аризона и Калифорния проводом ACCR. В настоящее время провод ACCR применен на 15 участках различных энергосетевых компаний США.
Структура алюминиевого композитного усиленного провода
ACCR — это витой многожильный провод, который состоит из сердечника и внешних токоведущих жил. Композитный сердечник образуют несколько проволок диаметром от 1,9 до 2,9 мм. Каждая проволока представляет собой алюминий высокой чистоты, в который внедрены боле 25000 микрометровых непрерывных продольных волокон оксида алюминия (Al2O3). Эти волокна придают материалу сверхвысокую прочность. Внешне композитный сердечник выглядит подобно стандартному алюминиевому проводу, но его физические и механические свойства сильно отличаются как от алюминиевых, так и от стальных аналогов.
• Прочность композитного сердечника сравнима со стальным и в 8 раз выше алюминиевого
• Масса композитного сердечника в 2 раза меньше стального и всего на 20 % больше массы чистого алюминия
• Электропроводность сердечника ACCR в 4 раза выше стального
• Коэффициент теплового расширения композитного сердечника в 4 раза меньше алюминиевого и в 2 раза меньше стального
• Жесткость в 3 раза выше алюминиевого сердечника Внешние токоведущие жилы провода ACCR состоят из температуростойкого сплава алюминий-цирконий (Al-Zr). Сплав Al-Zr имеет прочность, аналогичную стандартному алюминию 1350-H19, но его микроструктура сформулирована так, чтобы он сохранял эту прочность при высоких температурах. Если обычный алюминий при температуре 120-150 оC отжигается и резко теряет прочность, то сплав Al-Zr сохраняет свои свойства до температуры 210 оC, с пиковыми нагрузками — до 240 оC. ACCR производится и поставляется с различными сечениями до 1600 мм2. Провода больших диаметров в настоящее время проходят стадию испытаний. Разделка, сращивание и оконцевание ACCR производятся методами, традиционными для обычных кабелей при помощи стандартных приспособлений.
Новые ЛЭП на старых опорах
Известно, что многие регионы нашей страны сталкиваются с проблемой ограниченной пропускной способности ЛЭП. По данным РАО «ЕЭС России», список регионов «пиковых нагрузок» включает 16 областей, в числе которых Московская, Ленинградская, Нижегородская, Архангельская, Волгоградская, а также Краснодарский и Пермский край, Республика Коми, Карелия, Тыва, Дагестан и др.Уже сегодня энергопотребление этих районов в несколько раз превышает величины, заложенные в энергетической стратегии РФ до 2020 г., и потребление электроэнергии в них постоянно растет. В этих условиях электросетевые компании вынуждены модифицировать существующие сети — либо путем строительства параллельных линий, либо используя провода большего сечения. Первое решение требует больших капитальных вложений и значительного времени реализации. Второе оказывается не всегда возможным, поскольку сталеалюминиевый провод большого сечения обладает такой массой, на которую старые опоры часто не рассчитаны, что в конечном итоге приводит к необходимости установки новых опор ЛЭП большего размера. Организация строительства новых линий и замены опор представляет собой сложную и затратную задачу, реализация которой сопряжена с целым рядом объективных трудностей. Применение провода ACCR может способствовать решению задачи по передаче больших мощностей по существующим линиям электропередачи. ACCR обладает малой массой — всего на 20 % тяжелее чистого алюминия. Он достаточно легко устанавливается на имеющиеся опоры, в результате пропускная способность линии электропередачи значительно увеличивается, не происходит увеличение площади, занимаемой линией электропередачи, используется сложившаяся инфраструктура, жизнь старых опор продлевается, сокращается время модернизации ЛЭП, что обеспечивает достижение заметного технико-экономического эффекта. Применение провода ACCR не требует строительства новых ЛЭП, поскольку осуществляется замена только провода. Замена провода довольно проста, не занимает много времени и никак не меняет вид местности и ее экологическое состояние.
Решение проблемы обрыва высоковольтных проводов из-за превышения допустимой величины провисания
В условиях пиковых нагрузок стандартный стальной сердечник провода перегревается и расширяется, провод растягивается под действием собственной массы и провисает ниже допустимой величины, что часто приводит к его обрыву или замыканию на землю. Композитный провод ACCR обладает низким температурным коэффициентом линейного расширения и высокими прочностными характеристиками и поэтому менее подвержен удлинению, чем провода со стальными сердечниками. Это позволяет значительно увеличить рабочую температуру без риска провисания и разрушения провода. Применение этого провода целесообразно в районах повышенного гололедообразования, в таких регионах, как, например, Краснодарский край, районах Туапсе, Сочи и др. При проектировании новых линий на основе ACCR высокая устойчивость к провисанию позволяет увеличить длину пролета. Это важно, в основном, в прибрежных районах, при пересечении линией электропередачи рек, озер, горных ущелий и иных протяженных пространств.
Зоны с агрессивными внешними условиями
Новый проводник хорошо показал себя в экстремальных условиях, таких как чрезвычайно низкие или высокие температуры, повышенная влажность, воздействие соленой воды, сильные ветры, вибрация, УФ-излучение. Применение ACCR в этих условиях может значительно сократить затраты на ремонт линий и замену подвергающихся коррозии участков. Применение ACCR может рассматриваться как один из методов повышения пропускной способности электрических сетей. Жизнеспособность и технические характеристики ACCR подтверждены многолетними испытаниями в реальных условиях и первыми коммерческими внедрениями. В настоящее время провод рекомендуется применять в первую очередь для устранения особенно проблемных участков, поскольку его стоимость довольно высока.
