Свойства материалов, используемых для изготовления проводов вл

Материал	ρ, Ом∙мм2/км	γ, кг/м3	σразр, Н/мм2
Медь	17,8 – 18,5	8700	390
Алюминий	30,0 – 32,5	2750	160
Сплав АВ-Е	30,0 – 32,5	2790	300
Сталь	-	7850	1200
Стеклопластик	-	2000	1200

Из сопоставления данных табл. 1.1 следует, что удельное электрическое сопротивление алюминия больше, чем меди примерно на 65 %, по массе он примерно в 3 раза легче меди, а по прочности − в 2,5 раза хуже. Отечественный термообработанный сплав АВ-Е, содержащий около 2 % присадок магния, кремния и железа, по сравнению с чистым алюминием при примерно одинаковых плотности и электрическом сопротивлении имеет существенно более высокую прочность, которая лишь на 23 % меньше, чем у меди. Медь является достаточно дефицитным и дорогим металлом, поэтому современная техника в основном базируется на применении проводов ВЛ из алюминия и его сплавов. Их использование допускается в контактных сетях и сетях специальных производств (шахт, рудников и др.). Обычно не рекомендуется применять на ВЛ стальные провода.

Наиболее распространены на ВЛ провода алюминиевые, сталеалюминиевые, а также из сплавов алюминия − АН, АЖ. Многопрово-лочные алюминиевые провода марки А обычно применяют только в распределительных сетях напряжением до 35 кВ, а в сетях с более высоким напряжением используются сталеалюминиевые провода марки АС. Такие провода наиболее широко применяются на ВЛ. Проводимость стального сердечника не учитывается, а за электрическое сопротивление принимается только сопротивление алюминиевой части.

Механические (прочностные) характеристики сталеалюминиевого провода определяются соотношением суммарного поперечного сечения алюминиевых проволок F_ал к суммарному сечению проволок стального сердечника F_ст. По соотношению F_ал/F_ст = k_F различают пять исполнений таких проводов: специальное облегченное, облегченное, нормальное, усиленное и специальное усиленное. Использование того или иного исполнения проводов определяется в первую очередь тяжестью климатических условий и необходимостью повышения надежности при пересечениях ВЛ с железными дорогами и автострадами, при переходах больших рек и т. п.

В соответствии с ГОСТ 839-80 обозначение сталеалюминиевых проводов состоит из обозначения марки (АС, АСК, АСКС, АСКП) и номинальных сечений алюминиевой части и стального сердечника, например АС 150/24, АСК 240/56 и т. п. (табл. 1.2)

Таблица 1.2

Марки проводов

Характеристика провода	Марка
1	2
Провод, скрученный из алюминиевых проволок	А
Провод марки А, но межпроволочное пространство всего провода, за исключением наружной поверхности, заполнено нейтральной смазкой повышенной нагревостойкости	АКП
Провод, состоящий из стального сердечника и алюминиевых проволок	АС
Провод марки АС, но стальной сердечник изолирован двумя лентами полиэтилентерефталатной пленки; сердечник под лентами покрыт нейтральной смазкой повышенной нагревостойкости	АСК
Провод марки АС, но межпроволочное пространство стального сердечника, включая  его наружную поверхность, заполнено нейтральной смазкой повышенной нагревостойкости	АСКС
Продолжение табл. 1.2
1	2
Провод марки АС, но межпроволочное пространство всего провода, за исключением наружной поверхности, заполнено нейтральной смазкой повышенной нагревостойкости	АСКП
Провод, скрученный из проволок нетермообработанного алюминиевого сплава (марка проволоки АСТ)	АН
Провод марки АН, но межпроволочное пространство всего провода, за исключением наружной поверхности, заполнено нейтральной смазкой повышенной нагревостойксти	АНКП
Провод, скрученный из проволок термообработанного алюминиевого сплава (марка проволоки АСЗ)	АЖ
Провод марки АЖ, но межпроволочное пространство всего провода, за исключением наружной поверхности, заполнено нейтральной смазкой повышенной нагревостойкости	АЖКП

Наличие в марке буквы «К» символизирует коррозионную устойчивость провода. Такие провода применяются в районах с «загрязненной атмосферой» (на побережьях морей, соленых озер, в промышленных районах и т. п.). Стойкость против коррозии обеспечивается, во-первых, изоляцией стального сердечника двумя лентами из синтетической пленки и, во-вторых, нанесением на его поверхность нейтральной смазки повышенной термостойкости (марка АСК) или заполнением ею сердечника (марка АСКС) или всего провода (марка АСКП).

На ВЛ напряжением до 35 кВ применяют алюминиевые провода марок А и АКП. ВЛ 6−35 кВ могут также выполняться сталеалюминиевыми проводами, а выше 35 кВ линии монтируются исключительно сталеалюминиевыми проводами.

1.1.3 Грозозащитные тросы

Грозозащитные тросы выполняют из стальных оцинкованных многопроволочных канатов марки ТК сечением 35, 50 и 70 мм². В последние годы грозозащитные тросы используются для организации высокочастотных каналов связи, следовательно, они должны выполняться из материала с высокой электропроводностью. Поэтому в таком случае применяют провода марок АС 70/72 и АС 95/141. Наилучшими характеристиками с точки зрения прохождения высокочастотного сигнала обладают тросы из сталеалюминиевой проволоки типа «алюмовелд», когда каждая проволока имеет тонкий стальной сердечник, покрытый алюминиевой оболочкой.

Для ВЛ до 35 кВ применение грозозащитных тросов не предполагается. Грозозащита ВЛ напряжением 6−35 кВ не предусмотрена никакими нормативными документами (в связи с очень низким уровнем изоляции), отсутствуют требования к заземляющим устройствам (ЗУ) в отношении обеспечения действия релейной защиты в связи с емкостным характером значений токов замыкания на землю. Однако на ВЛ 6−35 кВ рекомендуется устанавливать устройства защиты изоляции проводов при грозовых перекрытиях. После грозового перекрытия изоляции может установиться силовая дуга промышленной частоты, но процесс этот вероятностный и дуга устанавливается не в каждом случае перекрытия изоляции. Физические закономерности, связанные с переходом импульсного перекрытия в силовую дугу, исследовались в разных лабораториях мира. Установлено, что при заданном номинальном напряжении вероятность возникновения дуги приблизительно обратно пропорциональна длине пути перекрытия. Поэтому за счет увеличения длины перекрытия можно снизить вероятность установления силовой дуги и, следовательно, сократить число отключений линий.

Один из способов грозозащиты, предложенный в НПО «Стример», позволяет реализовать этот принцип за счет использования специальных длинно-искровых разрядников (РДИ).

Разрядный элемент РДИ, вдоль которого развивается скользящий разряд, имеет длину, превышающую в несколько раз длину импульсного перекрытия защищаемого изолятора линии. Конструктивные особенности разрядника обеспечивают его более низкое разрядное напряжение при грозовом импульсе по сравнению с разрядным напряжением защищаемой изоляции. Главной особенностью длинно-искрового разрядника является то, что вследствие большой длины грозового перекрытия вероятность установления дуги КЗ практически сводится к нулю. РДИ представляет собой согнутый петлей изолированный металлический стержень, который при помощи зажима прикреплен к штырю изолятора. В средней части петли поверх изоляции установлена металлическая трубка, причем между трубкой и проводом линии создан воздушный промежуток. Потенциал петли и опоры одинаков, между металлической трубкой и металлической жилой петли относительно большая емкость. Из-за этого все перенапряжение, приложенное между проводом и опорой, оказывается приложенным между проводом и трубкой. При значительном перенапряжении искровой промежуток пробивается, и перенапряжение прикладывается между трубкой и металлической жилой петли к ее изоляции. Под действием перенапряжения с трубки вдоль поверхности петли, по одному или по обоим ее плечам, развивается скользящий разряд. Он развивается до тех пор, пока не замкнется на узле крепления, гальванически связанном с опорой. Благодаря большой длине перекрытия по поверхности петли импульсное перекрытие не переходит в силовую дугу промышленной частоты. Вследствие эффекта скользящего разряда вольт-секундная характеристика разрядника расположена ниже, чем изолятора, т. е. при воздействии грозового перенапряжения разрядник перекрывается, а изолятор нет.

На ВЛ 110 кВ тросы применяют только на подходах к подстанциям, чтобы уменьшить вероятность грозовых перенапряжений в непосредственной близости от подстанционного оборудования. На ВЛ напряжением 110 кВ и выше, сооружаемых на стальных и железобетонных опорах, тросы подвешивают вдоль всей линии. Их количество (один или два) определяется типом опоры и расположением на ней проводов. Сооружение ВЛ 110−330 кВ без тросов допускается лишь в районах с малой интенсивностью грозовой деятельности (менее 20 грозовых часов в году), а также в особо гололедных районах, где толщина стенки гололеда больше 20 мм. Воздушные линии напряжением 110−220 кВ на деревянных опорах тросами не защищаются.

Существуют три способа подвески троса. По первому способу трос подвешивается без изоляторов и заземляется на каждой промежуточной опоре. Лишь на металлических и железобетонных анкерных опорах он крепится на изоляторах. Согласно «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ) этот способ должен применяться на всех ВЛ напряжением 150 кВ и ниже. На линиях 220 кВ и выше используется второй способ, согласно которому трос крепится на изоляторах, шунтируемых искровыми промежутками, на всех опорах. При этом трос делится на участки, совпадающие с анкерными пролетами, и каждый такой участок заземляется в одной точке. В случае использования троса для отбора мощности или высокочастотной связи применяется третий способ, когда трос полностью изолируется по всей длине линии и изоляторы шунтируются искровыми промежутками.

ВЛ 110−500 кВ, проходящие в сложных природно-климатических условиях − повышенная интенсивность грозовой деятельности; высокое удельное электрическое сопротивление грунтов, не позволяющее выполнить требование ПУЭ по допустимому значению сопротивления заземления опор; повышенные снего-гололедно-ветровые нагрузки, побуждающие отказаться от тросовой защиты – имеют более низкие показатели грозоупорности. Решать проблемы повышения грозоупорности и общей надежности ВЛ в этих условиях позволяет использование ограничителей перенапряжений (ОПН).

ОПН применяются на ВЛ, проходящих в районах с плохо проводящими грунтами и с экстремальными снего-гололедо-ветровыми нагрузками.

Наиболее важными характеристиками, по которым выбирается ОПН для защиты линейной изоляции, являются вольт-амперная характеристика и энергоемкость – способность аппарата выдержать энергию грозового импульса в адиабатическом режиме. Приемлемость защитной характеристики проверяется по результатам расчета импульсных токов, протекающих через ОПН при ударах молнии в опоры и провода ВЛ, с учетом статистического распределения амплитуды тока молнии.

Наибольший импульсный ток через ОПН может протекать при ударе молнии в провод вблизи опоры. Такие случаи должны быть предотвращены за счет использования тросостойки, особенно для анкерных опор.

При каждом ударе молнии импульсный ток протекает через два ОПН, установленные на опорах, ограничивающих пораженный пролет. Необходимый запас ОПН – 4 шт.

От варианта установки ОПН зависит размещение отделителя с пиротехнической капсулой, взрывающейся при протекании через ОПН тока КЗ: на зацепляемом фланце ОПН или у фазного провода. При установке ОПН необходимо учитывать два режима работы: нормальный и аварийный (при повреждении ОПН). В первом случае должны быть учтены расстояния от находящихся под напряжением частей ОПН до опоры. При поврежденном ОПН, после срабатывания отделителя, «отстреливаемый» провод не должен замыкаться на фазные провода.