Провода воздушных линий, а также тросы, укрепляемые в верхней части опор линий электропередачи для защиты проводов от атмосферных перенапряжений и прямых ударов молнии, работают в тяжелых условиях, поскольку они находятся на открытом воздухе и подвергаются действию различных атмосферных явлений (ветер, дождь, гололед, изменения температуры) и химических примесей, находящихся в окружающем воздухе.
Поэтому наряду с хорошей электрической проводимостью провода должны обладать достаточной механической прочностью и хорошо противостоять воздействиям атмосферных явлений и химических примесей. Кроме того, эксплуатация их должна быть сопряжена с наименьшими расходами при обеспечении бесперебойности электроснабжения.
Разнообразные условия работы воздушных линий электропередачи определяют необходимость иметь разные конструкции проводов.
Основными конструкциями являются:
1) однопроволочные провода из одного металла,
2) многопроволочные правовода из одного металла,
3) многопроволочные провода из двух металлов,
4) пустотелые провода,
5) биметаллические провода.
Благодаря большей механической прочности и гибкости по сравнению с однопроволочными проводами того же сечения многопроволочные провода получили преимущественное распространение.
Пустотелые или полые провода применяют для линий электропередачи напряжением 220 кВ и выше, так как они благодаря большим диаметрам по сравнению с многопроволочными проводами позволяют уменьшить или даже избежать потерь энергии на корону.
Однопроволочные провода, как показывает само название, выполняются из одной проволоки.
Многопроволочные провода из одного металла состоят из нескольких свитых между собой проволок (рис. 1). Провода имеют одну центральную проволоку, вокруг которой делаются последующие повивы (ряды) проволок. Каждый последующий повив имеет на 6 проволок больше, чем предыдущий. При одной проволоке в центре в первом повиве 6 проволок, во втором — 12, в третьем — 18. Следовательно, при одном повиве провод свит из 7, при двух повивах — из 19, лри трех повивах — из 37 проволок.
Скрутка смежных повивов производится в разных направлениях, что беспечивает более круглую форму его и позволяет получить более устойчивый против раскручивания провод.
Многопроволочные провода других скруток используются в специальных случаях.
Рис. 1. Многопроволочные провода из одного металла: а — 7-проволочный, б — 19-проволочный.
Временное сопротивление многопроволочных проводов составляет около 90% суммы временных сопротивлений отдельных проволок. Уменьшение временного сопротивления провода в целом происходит из-за неодинакового распределения усилия, действующего по проводу, между проволоками провода.
Достоинства многопроволочных проводов
Многопроволочные провода имеют по сравнению с однопроволочными ряд существенных преимуществ:
1. Многопроволочные провода более гибки по сравнению с однопроволочными таких же сечений, что обеспечивает большую сохранность их и удобство при монтаже.
Провода воздушных линий под действием ветра постоянно раскачиваются, а иногда вибрируют, что вызывает дополнительные механические напряжения и усталость металла. Однопроволочные провода разрушаются при этом значительно быстрее, чем многопроволочные.
2. Высокие временные сопротивления материала могут быть получены только для проволок относительно небольших диаметров. Однопроволочные провода с сечениями 25, 35 мм2 и более имели бы пониженные временные сопротивления.
В многопроволочных проводах не может быть такого сильного ослабления прочности провода, вызванного браком производства, как в однопроволочных.
Указанные преимущества многопроволочных проводов обусловили, что однопроволочными изготовляются провода только малых сечений. При сооружении воздушных сетей в большинстве случаев применяются многопроволочные провода. Алюминиевые провода воздушных линий всегда делаются многопроволочными. Однопроволочные провода из этого металла не имеют нужной механической прочности и не обеспечивают надежности электроснабжения потребителей.
Сталеалюминиевые провода воздушных линий электропередачи
Желание повысить механическую прочность алюминиевых проводов привело к изготовлению алюминиевых проводов со стальными сердечниками, называемых сталеалюминиевыми.
Сталеалюминиевые провода появились в практике передачи электроэнергии в силу стремления создать провод большой механической прочности и достаточной электрической проводимости. Преимуществами сталеалюминиевых проводов по сравнению с эквивалентными по проводимости медными проводами являются значительно меньший вес и значительно больший внешний диаметр провода. Благодаря увеличению диаметра соответственно увеличивается напряжение, при котором наступает коронирование провода, следствием чего является уменьшение потерь на корону.
Сердечник провода выполняется из одной или нескольких свитых стальных оцинкованных проволок с временным сопротивлением около 120 кг/мм2. Алюминиевые проволоки, покрывающие сердечник одним, двумя или тремя повивами, являются токоведущей частью провода.
В электрических расчетах сталеалюминиевых проводов электрическая проводимость стальной части провода не учитывается, так как она относительно мала по сравнению с проводимостью алюминиевой части провода.
Механическую нагрузку (тяжение по проводу) воспринимают сталь и алюминий. В сталеалюминиевых проводах с отношением сечения алюминия к сечению стали около 5 — 6 алюминиевые проволоки принимают 50—60 % полного тяжения по проводу, а остальное — стальной сердечник.
Сталеалюминиевые провода получили у нас преимущественное распространение при сооружении районных сетей 35 - 330 кв.
Сопротивляемость сталеалюминиевых проводов химическим реагентам воздуха та же, что алюминия и стали в отдельности. Вблизи морей сталеалюминиевые провода прокладывать нельзя: наблюдается быстрое разрушение алюминиевых проволок, прилегающих к стальному сердечнику, под действием электролитической коррозии.
При необходимости сочетать малое активное сопротивление провода с очень большой механической прочностью применяют сталебронзовые и сталеалдреевые провода.
Наиболее распространены сталеалюминиевые провода марки АС, имеющие отношение сечений алюминия и стали около 5,5 - 6.
Провода из алдрея обладают несколько меньшей электрической проводимостью, чем алюминий, но зато почти в 2 раза большей механической прочностью. Алдрей является сплавом алюминия с незначительной долей магния и кремнезема. Малый удельный вес алдрея и большая его механическая прочность позволяют осуществлять большие пролеты.
Пустотелые провода
Конструкции пустотелых проводов изображены на рис. 2. В первой из них (рис. 2,а) на винтообразный сердечник накладываются круглые медные проволоки. В зависимости от сечения провода делаются 1—3 актива проволок. Другой тип пустотелого провода (рис. 2,6) изготовляется из фасонных проволок, соединяемых специальным замком. Этот тип пустотелого провода является более рациональным.
Линии 220 кв и более высокого напряжения при выполнении их сталеалюминиевыми проводами требуют меньших затрат на сооружение и эксплуатацию, чем линии с пустотелыми медными проводами.
Рис. 2. Пустотелые провода: а — с винтообразным сердечником из круглых проволок, б — из фасонных проволок с замком.
Биметаллические провода
Стремление сочетать высокую проводимость меди с большой механической прочностью стали привело к созданию проводов из биметаллических проволок. Стальная проволока покрывается слоем меди, металлы соединяются сваркой. Отношение сечений меди и стали может колебаться в широких пределах, давая возможность получить провода с характеристиками, близкими к характеристикам медных или стальных проводов.
Марки современных неизолированных проводов и их конструкция:
-
А - провод, скрученный из алюминиевых проволок,
-
АКП - провод марки А, но межпроволочное пространство всего провода, за исключением наружной поверхности, заполнено нейтральной смазкой повышенной нагревостойкости,
-
АС - провод, состоящий из стального сердечника и алюминиевых проволок,
-
АСКС - провод марки АС, но межпроволочное пространство стального сердечника, включая его наружную поверхность, заполнено нейтральной смазкой повышенной нагревостойкости,
-
АСКП - провод марки АС, но межпроволочное пространство всего провода, за исключением наружной поверхности, заполнено нейтральной смазкой повышенной нагревостойкости,
-
АСК - провод марки АС, но стальной сердечник изолирован двумя лентами полиэтилентерефталатной пленки. Многопроволочный стальной сердечник под полизтилентерефталатными листами должен быть покрыт нейтральной смазкой повышенной нагревостойкости,
-
АН - провод, скрученный из проволок нетермообработанного алюминиевого сплава марки ABE,
-
АЖ - провод, скрученный из проволок термообработанного алюминиевого сплава марки ABE.