Компания 3М разработала композитный провод для высоковольтных воздушных линий электропередачи, который способен передавать в два - три раза больше мощности по сравнению с обычным сталеалюминиевым проводом такого же сечения при одновременном улучшении механических и прочностных характеристик. Это изобретение позволяет решить проблему нехватки пропускной способности ЛЭП в условиях возрастающей потребности в наращивании мощностей.
Продукт получил название ACCR - алюминиевый композитный усиленный провод. 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). Это изобретение является поистине революционным и считается первым важным прорывом в области проводов воздушных ЛЭП с тех пор, как в начале XX века появился широко применяемый сталеалюминиевый провод.
Алюминиевый композитный провод прошел масштабные лабораторные и линейные испытания и с 2005 года введен в коммерческую эксплуатацию. В настоящее время семь основных энергетических сетей общего пользования Соединенных Штатов используют проводник ACCR, либо находятся в процессе его установки.
Структура ACCR
ACCR является витым многожильным проводом, 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 более 25 000 микрометровых непрерывных продольных волокон оксида алюминия (Al2O3). Эти волокна придают материалу сверхвысокую прочность.
Внешне композитный сердечник выглядит также, как обыкновенный алюминиевый провод, но его механические и физические свойства значительно превосходят алюминиевые и стальныые аналоги.
|  |
Внешние токоведущие жилы провода ACCR состоят из температуроустойчивого 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°C отжигается и резко теряет прочность, то сплав Al-Zr сохраняет свои свойства до 210°C, с пиковыми нагрузками до 240°C.
Провод ACCR поставляется с сечением от 120 до 1600 мм2.
Разделка, сращивание и оконцевание ACCR производится методами, традиционными для обычных кабелей при помощи приспособлений, свободно доступных от поставщиков кабельной арматуры по всему миру.
Основные преимущества нового проводника
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. Уже сегодня энергопотребление этих районов в несколько раз превышает величины, заложенные в энергетической стратегии РФ до 2020 года, и потребление электроэнергии в них постоянно растет.
В этих условиях электросетевые компании вынуждены модифицировать существующие сети - либо путем строительства параллельных линий, либо с помощью переноса дополнительной нагрузки на провода большего сечения. Первое требует беспрецедентных вложений, времени и получения разрешений на установку новых линий. 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 опор может обернуться серьезными проблемами в густонаселенных районах, районах частных земель, в национальных парках, заповедниках и других зонах с запретом на строительство.
К примеру, в горных районах подготовить площадки для опор высоковольтных линий электропередачи и проложить к ним дороги чрезвычайно сложно и дорого из-за того, что приходится производить большой объем буровзрывных работ. В таких ситуациях приходит на помощь новый проводник.
\ ACCR обладает малым весом - всего на 20 % тяжелее чистого алюминия. Он достаточно легко устанавливается на имеющиеся опоры. В результате жизнь старых конструкций продлевается, территория сохраняется от дополнительной застройки, а полоса пропускания линии электропередачи значительно увеличивается, и энергосетевая компания экономит миллионы рублей и время.
Когда выгодно применять ACCR
В условиях пиковых нагрузок стандартный стальной сердечник перегревается и расширяется, провод растягивается под действием собственной массы и провисает ниже допустимой величины, что часто приводит к его обрыву или замыканию на землю. Ситуация усугубляется при сильных снегопадах, когда провод может оборваться под массой налипающего на него снега. Так, в декабре 2006 г. авария в результате такого обрыва высоковольтной ЛЭП в одном из районов Дагестана оставила без электричества 471 000 человек. Из-за сложных географических и метеоусловий в этом районе (скалистые горы, сильные ветра и снегопады) доступ аварийно-восстановительных бригад к месту повреждения был затруднен, и регион оставался без электроэнергии на протяжении нескольких дней, ожидая устранения повреждения.
Частые обрывы линий электропередачи из-за образования наледи характерны для Краснодарского края. Они ставят под удар развитие инфраструктуры города Сочи, где должна пройти зимняя Олимпиада 2014 года, и подвергают опасности функционирование социально значимых объектов края. Так, в результате обрыва линий электропередачи 30 января 2007 года без электроэнергии более чем на сутки остались 400 тысяч жителей г. Сочи, Туапсинского и Апшеронского районов. В этих условиях проблему могло бы решить применение композитного провода ACCR, который 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. Учитывая высокую устойчивость провода к провисанию, ACCR можно применять при проектировании новых линий, где нужна увеличенная длина пролета. Это критично в основном в прибрежных районах, при пересечении линией электропередачи рек, озер, горных ущелий и каньонов. Также новый провод незаменим в линиях электропередачи, проходящих через заповедники, национальные парки, словом, там, где требуется сохранить природу и сделать модернизацию ЛЭП как можно менее ощутимой для окружающей среды. Строительства новых линий не требуется, нужно заменить только провод. Замена провода довольно проста, не занимает много времени и никак не изменит вид местности и ее экологическое состояние.
Новый проводник превосходно показал себя в экстремальных условиях, таких, как режимы чрезвычайно низких или высоких температур, повышенная влажность, воздействие соленой воды, сильные ветры, вибрация, УФ-излучение. Применение ACCR в этих условиях поможет значительно сократить затраты на ремонт линий и частую замену подвергающихся коррозии участков.
