Вопрос поиска путей повышения энергоэффективности оборудования электросетевого комплекса

Аннотация
	В современном электросетевом комплексе России существует проблема физического и морального износа оборудования и как следствие его низкой энергоэффективности. Важнейшим показателем энергетической эффективности электроэнергетической системы является уровень потерь энергии. В условиях роста потерь электроэнергии в электрических сетях увеличивается количество вопросов, требующих безотлагательного решения. Среди них: реконструкция и техническое перевооружение электрических сетей; совершенствование проектных решений путем использования прогрессивных технических разработок, современных технологий и материалов, повышающих безотказность, долговечность и ремонтопригодность линий электропередачи.


Annotation
	In the modern electric grid complex of Russia there is a problem of physical and moral wear and tear of the equipment and as a result of its low energy efficiency. The most important indicator of the energy efficiency of the electric power system is the level of energy losses. In terms of growth of electricity losses in electric networks, an increasing number of issues requiring urgent solutions. Among them: reconstruction and technical re-equipment of electrical networks; improvement of design solutions through the use of advanced technical developments, modern technologies and materials that increase the reliability, durability and maintainability of power lines.


Содержание

Аннотация	2
Введение	4
1	Обзор технической литературы по высокотемпературным проводам	6
1.1	Основные характеристики российской электроэнергетики	6
1.2	Применение отечественных инновационных высокотемпературных проводов АСВТ	11
1.3	Мировые фирмы – изготовители современных проводов ВЛ	15
1.3.1	Провода AERO-Z компании Nexans, Бельгия	15
1.3.2	Провода TACSR/ACS и (Z)TACSR/HICIN компании Lumpi-Berndorf, Австрия	17
1.3.3	Провода G(Z)TACSR компании Power Systems, Япония	21
1.3.4	Провода ACCR компании 3M, США	22
1.3.5	Сравнение характеристик и цен проводов	25
2	Методики расчета показателей эффективности проводов	29
2.1	Оценка влияния пластической деформации сталеалюминевых проводов АСВТ на снижение величины намагничивания внутри проволок и сокращение тепловыделения от стального сердечника при эксплуатации ВЛ-110.....	29
2.2	Коронный разряд и его характеристики	33
2.2.1	Коронный разряд на проводах линий электропередачи	38
2.3	Исследование влияния изменения ветровой нагрузки и интенсивности гололедообразования на компактированных проводах АСВТ по отношению к стандартным проводам АС для обоснования практического применения на ВЛ-110	49
3	Использование имеющейся  методики для определения показателя эффективности	56
3.1	Расчет токовых нагрузок проводов АС и АСВТ	56
Заключение	61
Список литературы	62

Введение
	В настоящее время актуален вопрос поиска путей повышения энергоэффективности оборудования электросетевого комплекса из-за многих  недостатков, одним из которых являются недостатки конструкций сталеалюминиевых проводов (в дальнейшем АС). Провода марки АС производят по ГОСТ 838-80.  Непрерывно продолжающийся рост электропотребления заставляет сетевые компании повышать пропускную способность существующих линий, загрузка которых близка к предельной. Долгое время проблема увеличения пропускной способности решалась следующими способами:
– замена проводов на большие поперечные сечения;
– расщепление фазы;
– строительство дополнительных воздушных линий;
– повышение номинального напряжения.
     Оптимизация потерь электроэнергии в электрических сетях требует незамедлительного внедрения некоторых мероприятий: 
     модернизация электросетевого оборудования и внедрение новых технологий энергосбережения;
     научно-исследовательские, проектные и опытно-конструкторские работы, связанные с расчетами, анализом, нормированием и снижением потерь электроэнергии в электрических сетях.
     экономическое обоснование надежности воздушной линии электропередачи с учетом ее назначения; 
     использование конструктивных решений на основе арматуры с улучшенными электромеханическими характеристиками и повышенной надежностью;
     проведение инструментального исследования элементов ВЛЭП, эксплуатируемых более 30 лет, с целью определения объемов реконструкции или модернизации.
     Разработка энергоэффективных высокотемпературных проводов, с целью снижения потерь при передаче электроэнергии.
      Применение высокотемпературных проводов становится актуальным вследствие постоянного увеличения энергопотребления во многих городах и регионах страны, а также сложных метеоусловий: кратковременные сильные снегопады, штормовой ветер, резкие температурные скачки ежегодно приводят к обрыву линий электропередачи. 

Обзор технической литературы по высокотемпературным проводам

 Основные характеристики российской электроэнергетики

      	Значение электроэнергетики в экономике России трудно переоценить – это основа современной жизни страны. Российская Федерация обладает значительным потенциалом возобновляемых источников, крупными запасами энергетических ископаемых, входит в десятку наиболее обеспеченных энергоресурсами государств. Вместе с тем, по выработке на одного жителя в 2005 году страна находилась приблизительно на одном уровне с энергоимпортирующими государствами Западной Европы, имеющими меньшие транспортные потери и затраты на отопление. В таблице 1 можно увидеть разницу производства электроэнергии 2016-2017 гг. 
Таблица 1 – Производство электроэнергии в России по ОЭС и энергозонам в 2017 г., млрд кВт ч

2016
2017
Энергозона Европейской части и Урала, в т.ч:
807,6
814,4
ОЭС Центра
236,6
237,6
ОЭС Северо-Запада
107,3
108,4
ОЭС Средней Волги
106,3
107,8
ОЭС Юга
99,0
100,0
ОЭС Урала
258,4
260,6
Энергозона Сибири, в т.ч.:
215,4
210,4
ОЭС Сибири
206,9
202,7

Продолжение таблицы 1.
НТЭК*
8,5
7,7
Энергозона Востока, в т.ч.:
48,9
48,9
ОЭС Востока
36,8
36,8
Изолированные энергорайоны
12,1
12,1
Итого по России
1071,9
1073,7
* - Норильско-Таймырский энергетический комплекс
Однако после спада в 90-х с 1998 года потребление постоянно растёт, в частности в 2007 году выработка всеми станциями единой энергосистемы составила 997,3 млрд. кВт·ч, что практически равно показателям 1990 года - 1082 млрд. кВт·ч). На начало 2018 г. общая установленная мощность электростанций ЕЭС России составила 239,81 ГВт. Из таблицы 2 можем увидеть количество установленной мощности по виду выработки электроэнергии и  зоны ОЭС. 
Таблица-2  Структура установленной мощности электростанций объединенных энергосистем и ЕЭС России на 01.01.2018

Всего, МВт
ТЭС  МВт
ГЭС  МВт
ВЭС  МВт
СЭС  МВт
АЭС  МВт
ЕЭС России
239812,2
162779,7
48449,7
134,4
534,2
27914,3
ОЭС Центра
53077,1
37689,7
1790,1
-
-
13597,3
ОЭС Средней Волги
27203,8
16111,8
6965
35
20
4072
ОЭС Урала
52714,9
49238,1
1856,2
1,7
134
1485
ОЭС Северо-Запада
23865,2
15149,6
2950,3
5,3
-
5760
ОЭС Юга
21538,6
12179,5
5941,7
92,4
325
3000

Продолжение таблицы 2.
ОЭС Сибири
51911,2
26569,6
25286,4
-
55,2
-
ОЭС Востока
9501,5
5841,5
3660
-
-
-

      Совокупная установленная мощность электростанций в Российской Федерации с учетом технологически изолированных энергосистем по состоянию на 1 января 2017 г. составляет 239,8 ГВт. Сетевое хозяйство ЕЭС России насчитывает более 10 700 линий электропередачи класса напряжения 110 – 1150 кВ. В структуре потребления электроэнергии выделяется промышленность – 36 %, топливно-энергетический комплекс – 18 %, индивидуальные потребители – 15 %, также большее значение имеют потери в сетях – до 11,5%.
       Потери электроэнергии в электрических сетях – важнейший показатель их энергетической эффективности, энергосбытовой деятельности, оперативного, эксплуатационного и ремонтного обслуживания электрических сетей. Рост потерь электроэнергии в электрических сетях России все отчетливее свидетельствует о следующих накапливающихся проблемах, требующих безотлагательного решения: 
     реконструкция и техническое перевооружение электрических сетей,
     совершенствование учета электроэнергии, в первую очередь в части замены устаревших приборов, 
     налаживание конструктивного взаимодействия электросетевых и энергосбытовых организаций при расчете и анализе фактических и прогнозных балансов электроэнергии в электрических сетях и т.п.
       По мнению международных экспертов и опыту передовых отечественных электрических сетей, если относительные потери энергии при ее передаче и распределении в электрических сетях не превышают 4–5%, то такие потери считаются удовлетворительными. Потери электроэнергии на уровне 10% можно считать максимально допустимыми с точки зрения физики передачи электроэнергии по сетям.
      Хронический недостаток инвестиций реконструкцию и в развитие российских электрических сетей, в совершенствование систем управления их режимами, учета электроэнергии привел к их значительному (до 70%) физическому и моральному износу, что отрицательно повлияло на динамику относительных потерь электроэнергии в отечественных электрических сетях. По данным Федеральной службы государственной статистики (Росстата), абсолютные фактические потери электроэнергии в электрических сетях России в 2009 году составили 100,96 млрд. кВт·ч от отпуска электроэнергии в сеть, равного 913,9 млрд. кВт·ч. По отношению к суммарному отпуску электроэнергии в сеть потери составляют 11,05%, что на 150-200% выше, чем в электрических сетях промышленно развитых стран, а также сетях Минэнерго СССР в конце 1980-х годов (тогда они составляли - 8,65%). Суммарный резерв снижения потерь в настоящее время по минимальным оценкам находится в пределах 15–25 млрд. кВт·ч, в том числе: около 3–5 млрд. кВт·ч – резерв снижения технических потерь; 12–20 млрд. кВт·ч – резерв снижения коммерческих потерь.
      Наличие указанных резервов объясняется следующими факторами:
     значительным физическим износом и моральным устареванием сетевого оборудования; 
     неоптимальными режимами работы электрических сетей по уровням напряжения и большой составляющей реактивной мощности; 
     низкой квалификацией персонала электросетевых компаний для внедрения современных программ оптимизации потерь электроэнергии; 
     использованием несовершенных расчетных методов определения количества отпущенной и потребленной электроэнергии при отсутствии приборов учета; 
     низкой эффективности борьбы с хищениями электроэнергии; 
     недопустимыми погрешностями измерений объемов электроэнергии;
     несовершенством системы снятия показаний приборов учета и выставления счетов за потребленную электроэнергию; 
     ростом хищений энергии.
      Значительное превышение фактических потерь над технологически обоснованными, требует системного подхода к решению этой. Передовой зарубежный опыт показывает, что даже при сравнительно благополучных относительных потерях электроэнергии в сетях отдельных зарубежных электрокомпаний, временное ослабление внимания к ним неизменно приводит к росту потерь. 
      Оптимизация потерь электроэнергии в электрических сетях требует незамедлительного внедрения некоторых мероприятий: 
      модернизация электросетевого оборудования и внедрение новых технологий энергосбережения, в первую очередь устройств компенсации реактивной мощности и средств регулирования напряжения; 
     совершенствование и автоматизация средств и систем учета электроэнергии, в том числе позволяющих дистанционно отслеживать характер потребления в реальном времени; 
      внедрение новых IT-технологий для расчетов фактических и прогнозируемых балансов электроэнергии в электрических сетях, а также технических и коммерческих потерь;
      научно-исследовательские, проектные и опытно-конструкторские работы, связанные с расчетами, анализом, нормированием и снижением потерь электроэнергии в электрических сетях, разработкой и совершенствованием нормативных документов.
      Снижение потерь электроэнергии в электрических сетях позволит решить несколько проблем: 
     а) Уменьшение убытков электросетевых организаций из-за сокращения сверхнормативных потерь, тем самым аккумулируя дополнительные средства на дальнейшую оптимизацию.
     б) Разгрузка электрических сетей от дополнительных потоков мощности, обеспечивая возможность подключения дополнительных потребителей.
      в) Сокращение расхода топлива, а также вредных выбросов на электрических станциях за счет снижения выработки электроэнергии для компенсации потерь.
     
     
Применение отечественных инновационных высокотемпературных проводов АСВТ

      В качестве приоритетных направлений политики модернизации электросетевого строительства рассматриваются реконструкция и техническое перевооружение морально устаревшего и физически изношенного оборудования. При сроках службы от 50 лет предусматривается полное восстановление электропередачи на железобетонных и металлических опорах, при меньших сроках – реконструкция активной части воздушных линий Высокопрочный неизолированный сталеалюминевый провод АСВТ изготавливается в трёх вариантах [1,3]. По первому варианту (рисунок 1), конструкция металлического оцинкованного сердечника представлена в виде центральной проволоки и повива из шести проволок. Вокруг сердечника сделаны два повива из проволок разного сечения по 14 шт. каждый. По второму варианту (рисунок 1), конструкция металлического оцинкованного сердечника представлена в виде центральной проволоки и повива из семи проволок. Как и у провода первого исполнения, вокруг сердечника сделаны два повива из проволок разного сечения по 14 шт. каждый. По третьему варианту (рисунок 2), сердечник выполнен из 7 проволок, аналогично как для варианта 1. Вокруг сердечника сделан последовательно первый, повив из 8 алюминиевых проволок, второй повив чередующийся из 8 проволок большего диаметра и 8 проволок меньшего диаметра. Во всех вариантах исполнения провода АСВТ сердечник пластически деформирован по наружным поверхностям проволоки со степенью обжатия площади поперечного сечения 10-12,5%. Наружные поверхности проволок пластически деформированы со степень обжатия площади поперечного сечения 11,5-13,5%. Стальной сердечник изготавливается из оцинкованных проволок, с временным сопротивлением разрыву, не менее 1960 Н/мм2 по ГОСТ 7372-79 «Проволока стальная канатная. Технические условия». Сердечник покрывается слоем термостойкой смазки, толщиной 0,3?0,7 мм, стойкой к воздействию высокой температуры. Поверх слоя смазки последовательно располагаются повивы проволок из сплава на основе алюминия, включающий цирконий 0,20?0,40 вес.%.



Рисунок 1 – Провод высокотемпературный (высокопрочный) АСВТ (АСВП) исполнение 1, исполнение 2: 1 – центральный повив стального сердечника; 2 – проволоки стального сердечника; 3 – алюминиевые проволоки первого повива; 4 – алюминиевые проволоки второго повива


Рисунок 2 – Провод высокотемпературный (высокопрочный) АСВТ (АСВП) исполнение 3: 1 – центральный повив стального сердечника; 2 – проволоки стального сердечника; 3 – алюминиевые проволоки первого повива; 4,5 – алюминиевые проволоки второго повива.

      Отличие данной конструкции от стандартных сталеалюминиевых проводов АС состоит в том, что перед свивкой стальной сердечник и проволоки повивов пластически деформируют. За счет применения технологии компактирования провода предотвращается раскручивание провода и взаимное перемещение его элементов под действием сил на растяжение. В отличие от стандартного провода, токопроводящие проволоки у АСВТ выполнены из алюминиево-циркониевого сплава. Добавки циркония в алюминиевый сплав повышают прочность и температуру рекристаллизации, при этом практически не снижают его проводимость см. таблицу 3.














Таблица 3 – Технические характеристики проводов АСВТ в сравнении с АС и АААС

Номинальное сечение, мм2
Сечение алюминий/ сталь, мм2
Диаметр, мм
эл. сопр. 1 км провода пост.току при 20?С, Ом
Разрывное усилие, Н
Масса 1 км провода, кг


Провода
Стального сердечника



AAAC-Z177-1Z
179,27
16,50
-
0,1851
52300
563,0
АС 185/29
181/29
18,80
6,90
0,1591
62055
728,0
АСВТ 197/55
196,8/55,5
18,80
8,95
0,1460
116750
990,5
АСВТ 214/61
214/60,9
19,60
9,36
0,1348
126672
1080,9
АС 205/27
205/26,6
19,80
6,6
0,1407
63740
774
АС 240/39
236/38,6
21,60
8,00
0,1222
80895
952,0
АСВТ 258/73
257,7/72,7
21,60
10,30
0,1116
151533
1296,5

     Минимально допустимой температурой для алюминиево-циркониевого сплава считается 150°С. Длительный нагрев проводника при данной температуре не приводит к снижению его прочности. Однако следует принимать во внимание возникающие в проводе вибрации, вызывающие разрушение провода по причине усталости. Предел усталости для алюминиево-циркониевых сплавов при температуре 150°С примерно равен пределу усталости алюминия при 90°С.
      Сравнительный анализ проводников по условиям сохранения механической прочности воздушных линий на основе методики расчета предельных токовых нагрузок ЛЭП для изменяющихся параметров окружающей среды (скорость ветра, температура воздуха).
     
Мировые фирмы – изготовители современных проводов ВЛ

      На мировом рынке в сфере производства классических и специальных типов проводов выступают несколько десятков компаний. На сегодняшний день актуальные в России поставщики уже определились: 
- Nexans, Бельгия;
 - Lumpi-Berndorf, Австрия;
 - J-Power Systems, Япония; 
- 3М, США.
Провода AERO-Z компании Nexans, Бельгия

      Одним из путей решения проблемы повышения пропускной способности является применение так называемых компактных проводов типа АERO-Z. В Таблице 4 приведены сравнительные характеристики сталеалюминевого провода АС 240/56, AERO-Z 346-2Z и AERO-Z 366-2Z.
Таблица 4. – Сравнительные характиристики AERO-Z  и AC
Марка
Диаметр, мм
Сечение мм2
Сопротивление, Ом/км
Разрывное усилие, кг
Масса, кг/км
Аэросопр.
АС 240/56
22,4
241/56,3 (100%)
0,12182
9778
1106
0,95
AERO-Z 346-2Z
22,4
345,65 (143%)
0,0974
11132
958
0,8
AERO-Z 366-2Z
23,1
366,13 (151%)
0,0919
11617
1014
0,8

     Основная особенность провода АERO-Z заключается в форме проволок верхних токопроводящих слоев – их сечение напоминает букву «Z» (см. рисунок 3).

Рисунок 3 – поперечное сечение провода AERO-Z (слева) и AC (справа)
      Поверхность верхнего повива провода AERO-Z практически гладкая (см. Рисунок 3), имеет незначительные винтовые канавки, возникающие между верхними кромками Z-образных проволок. За счёт этого конструкция провода AERO-Z получается более компактной по сравнению с проводом АС и при том же диаметре имеет большее сечение алюминия. За счет того, что вместо стального сердечника используются алюминиевые проволоки, провод имеет меньшую массу (см. Таблицу 2). Такие особенности влекут за собой меньшие механические напряжения в опорах в случаях применения проводов равного диаметра или позволяют увеличить полезное электропроводящее сечение при равных механических напряжениях в опорах (см. Таблицу 2). Относительно большая контактная поверхность между двумя Z-образными проволоками одного слоя обеспечивает эффективную защиту от просачивания консистентной смазки изнутри провода. В этой связи, внутренняя защита оказывается лучше, чем у традиционных проводов АС, в которых со временем наблюдается вытеснение защитной смазки наружу под действием циклов нагрузки. При обрыве проволоки внешнего повива провода AERO-Z остаются на месте под действием механических рабочих напряжений. Данное свойство сохраняется до тех пор, пока не происходит обрыв пяти смежных проволок. Увеличенное самозатухание провода несколько уменьшает проблемы пляски. Вероятность появления пляски значительно ниже, и, если она возникает, её амплитуда будет значительно меньше. Хотя по этому вопросу достоверных экспериментальных данных нам не известно. Провод AERO-Z имеет повышенную крутильную жесткость, а поэтому теоретически лучше противостоит снегу и обледенению. Обледенение происходит одностороннее и поэтому растет быстрее, а увеличение массы гололеда с одной стороны приводит к его скорейшему отрыву.
      Гладкая поверхность провода приводит к тому, что при ветровых колебаниях аэродинамическое демпфирование провода AERO-Z существенно меньше, чем у классических проводов. Стоимость за километр провода AERO-Z примерно в шесть раз выше по сравнению с проводом АС. В проводе AERO-Z не допускается длительного повышения температур свыше 80  оС.
      
      
      Провода TACSR/ACS и (Z)TACSR/HICIN компании Lumpi-Berndorf, Австрия

      Увеличение пропускной способности проводов TACSR/ACS и (Z)TACSR/HACIN обеспечивается их большей, по сравнению с обычными сталеалюминевыми проводами, рабочей температурой. Эти провода устойчивы к высокой температуре, могут в нормальных условиях продолжительное время нести более высокую токовую нагрузку, чем традиционные сталеалюминевые провода.
      Провода по конструкции напоминают классические провода АС: стальной сердечник и токопроводящие повивы  рисунок 4.
Рисунок 4 – Структура провода TACSR/ACS “Lumpi-Berndorf”, Австрия
      Отличия в конструкции состоят в использованных материалах. Токопроводящие повивы высокотемпературных проводов сделаны из специального термостойкого алюминия ТАL, либо сверхтермостойкого сплава ZTAL. Проволоки сердечника выполнены из стальной проволоки, плакированной алюминием.
      Оба сплава ТАL и ZTAL состоят из чистого алюминия с добавкой циркония, с той разницей, что сплав ZTAL имеет большее количество циркония. Добавка циркония повышает температуру рекристаллизации основного компонента – алюминия, и, кроме того, уменьшает размер зерен при рекристаллизации. В результате, токопроводящие проволоки сохраняют механические и электрические характеристики при достаточно больших нагревах (таблица 5).
 



Таблица 5 – Характеристики токопроводящего слоя проводов AL, TAL и ZTAL
Характеристика
Материал токопроводящего слоя

Al
TAL
ZTAL
Рабочая температура, 0С
80
150
210
Краткосрочный (до 30 мин) нагрев, 0С
110
180
240
Температура при КЗ < 1сек, 0С
120
220
280
Разрывное усилие, кгс/мм2
16-18
16-18
16-18
Модуль упругости, кгс/мм2
6000
6000
6000
Коэф. линейного расширения, 1/0С
2,3*10-5
2,3*10-5
2,3*10-5
      В проводах Lumpi-Berndorf в качестве материала для сердечника применяется сталь с покрытием из алюминия. Для повышения прочностных свойств и уменьшения стрел провеса в проводах (Z)TACSR/HICIN применяется специальный сплав «Инвар». Проволоки из сплава также защищаются нанесением на его поверхность алюминиевого покрытия (таблица 5).
      Использование термоустойчивого алюминия, как токонесущей части провода, дает возможность значительно увеличить пропускную способность, а применение супертермоустойчивого сплава еще усиливает этот эффект. В таблице 6 приведено сравнение технических характеристик различных проводов. 






Таблица 6 – Характеристики сердечников.
Характеристика
Материал сердечника

Оцинкованная сталь
Сталь плакированная алюминием
Инвар
Модуль упругости, кгс/мм2
20700
16200
15500
Коэф. линейного расширения, 1/0С
11*10-6
13*10-6
3,7*10-6 (<2300C) 10,8*10-6 (>2300C)
Напряжение при 1% деформации
1100-1170
1100-1200
990-1070
Разрывное усилие, кгс/мм2
1300-1400
1070-1340
1125-1225
Удлинение, %
3-4
-
1,5
Плотность, г/см3
7,78
6,59
7,1

В таблице 7 рассмотрены основные характеристики провода АС в сравнении с инновационными австрийскими проводами. 
Таблица 7 – Основные характеристики сравниваемых проводов
Характеристика
Провод

AC 240/39
TACSR/HACIN
ZTACSR/HACIN
Масса, кг
959
939
939
Разрывное усилие, кН
80,9
87,26
87,26
Токонесущая способность, А
610
861
1180
Возрастание тока, %
100
141
193
      Линии, работающие в штатном режиме при температуре проводов 150 0С или 210 0С, не подвержены отложению гололеда, что означает, как резкое снижение вероятности возникновения пляски, так и уменьшение гололедных и ветровых нагрузок на опоры. Даже при увеличении пропускной способности в полтора раза по отношению к проводу АС, высокотемпературные провода имеют меньший диаметр, что также позволяет либо снизить нагрузку на опоры, либо увеличить пролеты линии. Провода TACSR/ACS и (Z)TACSR/HACIN по конструкции не отличаются от классических проводов. Это позволяет использовать все известные типы арматуры: спиральную арматуру, клиновые и прессуемые зажимы. Конечно, арматура должна быть рассчитана для работы с высокотемпературными проводами. Методики работы и монтажа проводов Lumpi-Berndorf идентичны методикам для классического провода АС. Не требуется новых технологий, устройств и обучения персонала. Еще одним преимуществом провода TACSR/ACS Lumpi-Berndorf является его невысокая стоимость - 270% от стоимости АС за километр, что значительно меньше всех современных аналогов проводов повышенной пропускной способности. Провода Lumpi-Berndorf аттестованы межведомственной комиссией ОАО «ФСК ЕЭС».
      Недостатком проводов TACSR/HICIN и (Z)TACSR/HICIN Lumpi-Berndorf является их высокая стоимость до 450% за километр.
      
Провода G(Z)TACSR компании Power Systems, Япония 

      Увеличение пропускной способности провода GTACSR обеспечивается, также как и провода «Lumpi-Berndorf», большей рабочей температурой. Эти провода устойчивы к высокой температуре, могут в условиях продолжительного времени нести высокую токовую нагрузку.
      Конструктивная особенность провода GTACSR заключается в том, что между токопроводящими слоями провода и стальным сердечником имеется зазор (см. рисунок 5), отсюда и название – «провод с зазором».

Рисунок 5 – Структура провода GTACSR компании «J-Power», Япония
      При нагревании провода в процессе эксплуатации до температур выше температуры монтажа все тяжение приходится на сердечник, выполненный из стали, тем самым расширение и провес провода совпадает с характеристиками используемых в проводах сердечников. Это является их неоспоримым преимуществом, так как таким образом провод значительно меньше подвержен удлинению за счет возрастания температуры. При рабочих температурах стрела провеса провода ощутимо меньше, чем для проводов АС. Механические характеристики, совместно с высокой пропускной способностью, делают этот провод серьезным претендентом для решения проблемы пропускной способности линий.
      Провод GZTACSR отличается от провода GTACSR тем, что в токопроводящей части использован сверхтермостойкий сплав ZTAL.
      Из недостатков проводов, зазор между сердечником и токопроводящими повивами провода: 
    - сложная конструкция провода;
    - сложная технология монтажа провода;
    - необходимость применения специального оборудования; 
    - необходимость дополнительного обучения персонала; 
    - сложный ремонт провода; 
    - высокая стоимость провода за километр: ~400 % в сравнении с проводом АС; 
      По информации от National Grid – национальной электроэнергетической компании Великобритании есть замечания по поводу применения проводов с зазором. Согласно инструкции по обслуживанию, ремонт провода с зазором сложен – при повреждении более 10% алюминиевых проволок или при повреждении сердечника провода необходимо провести его замену на всем анкерном участке.
      
      
Провода ACCR компании 3M, США

      Высокая рабочая температура провода ACCR позволяет пропускать высокие токи, аналогично проводам Lumpi-Berndorf и J-Power Systems. Особенностью данного провода является композитный сердечник, выполненный из материала с малым коэффициентом температурного расширения и высокой прочностью. Такое изменение в конструкции позволяет улучшить, по сравнению со стандартным алюминиевым проводом со стальным сердечником, механические характеристики провода при высоких температурах.
      Конструктивной особенностью является состав проволок сердечника - композитный материал. Сердечник провода ACCR изготавливается из нитей оксида алюминия, распределенных в высокочистом алюминии. Отсюда происходит общеупотребимое название - «композитный провод». Токопроводящие повивы провода изготовлены из термостойкого алюминиевого сплава (см. рисунок 6).

Рисунок 6- Структура провода ACCR компании «3M», США
      Применение алюминий - циркониевого сплава в качестве токопроводящей части провода дает возможность использовать провод ACCR при повышенных температурах. Сердечник, выполненный из композитных проволок, практически не уступает по механическим характеристикам сердечникам из стали (Таблица 8).
Таблица 8 - Характеристики сердечников провода  ACCR
Характеристика
Материал сердечника

Оцинкованная сталь
Сталь алюминием
Композитная проволока
Инвар
Модуль упругости, кгс/мм2
20700
16200

15500
Коэф. линейного расширения, 1/0С
11*10-6
13*10-6
6,3*10-6
3,7*10-6 (<2300C) 10,8*10-6 (>2300C)
Разрывное усилие, кгс/мм2
1300-1400
1070-1340
1200-1300
1125-1225
Плотность, г/см3
7,78
6,59
3,4
7,1
      Большой процент алюминия в объеме проволок сердечника дает значительное увеличение в пропускной способности провода по сравнению с проводами со стальным сердечником. В таблице 9 приведено сравнение параметров провода ACCR 405-T16 и аналогичного по диаметру провода АС 240/39.

Таблица 9 – Сравнение параметров проводов.
Характеристика
AC 240/39
ACCR 470-T16
Сечение провода, мм2
274,6
277
Сечение сердечника, мм2
38,6
39
Сечение токопроводящих повивов, мм2
236
238
Масса, кг/км
952
793
Разрывное усилие, кН
80,895
87,090
Токонесущая способность, А
610
1213
Коэф.линейного расширения, 1/0С

6,3*10-6
Модуль упругости, Гпа

78
Диаметр, мм
21,6
21,6
      Очевидно, что при сходных механических параметрах, токовая пропускная способность провода ACCR примерно вдвое выше аналогичного по сечениям провода АС.
      Первый недостаток проводов с композитным сердечником следует из свойств самого композита. Композитные проволоки  довольно хрупкие, то есть не могут выдерживать значительных напряжений, возникающих при перегибах. Это приводит к тому, что с проводом ACCR необходимо работать более аккуратно при транспортировке и монтаже. Кроме того, существуют ограничения на совокупность факторов при подвеске провода – тяжение, угол изгиба и радиус изгиба. Более детально эта информация изложена в руководстве по монтажу провода. Второй недостаток провода ACCR - это его крайне высокая стоимость. Провод ACCR более чем в десять раз дороже провода АС. Этот фактор ограничивает сферу применения провода до пролетов с чрезвычайно высокими требованиями по характеристикам. Именно так компания 3М позиционирует этот провод: решение для зон с максимальными требованиями по токовой пропускной нагрузке и высокими требованиями к габаритам линии.
      В 2008 году некоторые производители проводов повышенной пропускной способности вышли на российский рынок. В настоящее время на отечественном рынке представлен широкий спектр проводов нового поколения, что позволяет более эффективно решать задачи оптимизации конструкции линий. Однако, в связи с тем, что конструкция и работа проводов отличаются от классических, потребуется изменение расчетных программ для проектирования линий, а также изменение подхода к оптимизации ВЛ. Повышение пропускной способности ВЛ требует дополнительных затрат. Однако, временные и финансовые затраты на переоборудование ВЛ с применением проводов повышенной пропускной способности значительно ниже, чем затраты на постройку новой ВЛ. Стоимость переоборудования ВЛ для некоторых проводов нового поколения незначительно превышает стоимость переоборудования на провода АС, но эффективность повышения пропускной способности перекрывает дополнительные затраты, позволяет достигнуть требуемых токов значительно быстрее и дешевле, снижает нагрузки на опоры и тяжение, ветровую и гололедную нагрузки и, в конечном итоге, повышает надежность самой ВЛ и системы линий в целом.
      
      
Сравнение характеристик и цен проводов

       Принципиально новая технология обеспечивает затраты на провода практически в том же объёме, как на стандартный провод АС, при не сопоставимых характеристиках АСВП/АСВТ с АС. Сравнение проводников ? 21mm, с сопоставимыми характеристиками (на рисунках 7-9 мы наглядно можем увидеть разницу).

Рисунок 7 – Диаграмма длительно допустимых токов. 


Рисунок 8 – Диаграмма электрических сопротивлений. 


Рисунок 9 – Диаграмма разрывных усилий. 
      Допустимое разрывное усилие провода АСВТ значительно больше, при сопоставимой пропускной способности, что видно из диаграмм, а значит при проектировании линии с заданными параметрами возможно использование провода АСВТ меньшего диаметра, позволяет уменьшить стрелы провес, в целом, даёт больше вариантов проектирования. Кроме того, происходит снижение ветровой нагрузки на провод АСВТ относительно стандартного АС на 25-40%, гололёдообразования на 25-30% рассматриваемых проводов.
      Из этого следует, что новые провода АСВП и АСВТ расширяют рамки проектирования ВЛ и позволяют решить задачи, которые раньше решить было нельзя или решение которых было связано с большими затратами. На рисунке 10 можно увидеть сравнение цен новых проводов с проводами зарубежных производителей.

Рисунок 10 – Цены рассматриваемых проводов.



Методики расчета показателей эффективности проводов

Оценка влияния пластической деформации сталеалюминевых проводов АСВТ на снижение величины намагничивания внутри проволок и сокращение тепловыделения от стального сердечника при эксплуатации ВЛ-110

        Под действием внешнего магнитного поля магнитные моменты молекулярных токов приобретают в большей или меньшей степени преимущественную ориентацию по направлению поля, либо против его направления (ферромагнетики и диамагнетики). В результате чего, суммарный момент молекулярных токов становится отличным от нуля и тело становится намагниченным. Мерой намагниченности вещества является векторная величина, равная сумме магнитных моментов молекулярных токов, заключенных в единице объема вещества:
        


1
n



J
?

? pmi ,
(1)



?V






i?1




где pmi  - магнитный момент i-го молекулярного тока.

? IS ,
                        (2)

pmi




где S – поперечное сечение проводника, м2; I – ток в проводнике. Намагниченность связана с магнитной индукцией В в веществе и
напряженностью магнитного поля Н соотношением














B





H
?



? J
 (3)




?
0
















В изотропной среде

H ?=B ?/(??_0 )-J ?                                                (4)

J ?=x?H ? 		(5)

x=?-1                                                   (6)

где  ? -  относительная  магнитная  восприимчивость  вещества;
?  -


относительная магнитная проницаемость вещества.

        Согласно теореме о циркуляции вектора Н, циркуляция вектора напряженности магнитного поля по некоторому контуру равна алгебраической сумме макротоков, охватываемых этим контуром:
        
  ?_L^1?H ?  (dl) ?=?_(i=1)^n?I_i^макро                                           (7)
  
  rotH ?=j ?_макро                                                       (8)
  
где jмакро - плотность макроскопических токов

                                    j ?=I ?/S                                                                (9)
                      
                      ?_(i=1)^n?I_i^макро =I/(?R^2 )??r^2, при rR                                          (11)

.......................