Повітряні лінійні проводи ACSR/AAAC/AAC за IEC 61089 — конструкція, провисання та корона

Посібник про електродинамічні сили під час короткого замикання шинопроводів (IEC 60865-1) та посібник про транспозицію екрана кабелю для високовольтних кабелів розглядають механічні та електричні аспекти підземних і рейкових систем провідників. Ця стаття присвячена голому, неізольованому провіднику, який висить саме над землею: проводу круглого дроту концентричного скручування, нормованому в IEC 61089 ("Round wire concentric lay overhead electrical stranded conductors").

Три основні типи за IEC 61089

IEC 61089 описує електричні та механічні властивості кількох варіантів конструкції, з яких три найпоширеніші на практиці:

• AAC (All Aluminium Conductor): виключно твердотягнуті алюмінієві дроти, концентрично скручені навколо центрального дроту, без сталевого осердя чи легувальних добавок. Найвища провідність на одиницю перерізу, але найнижча міцність на розрив з трьох типів — підходить переважно для коротких прогонів з обмеженим механічним навантаженням.
• ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced): зовнішня оболонка з твердотягнутих алюмінієвих дротів, концентрично скручених навколо осердя з оцинкованої (або плакованої алюмінієм) сталі. Стальне осердя несе основну частину механічного розтягувального зусилля, що дозволяє мати довші прогони та вищі навантаження від провисання (вітер, ожеледь), ніж у AAC за того самого перерізу алюмінію.
• AAAC (All Aluminium Alloy Conductor): виключно дроти зі сплаву алюміній-магній-кремній, також концентрично скручені навколо центрального дроту, без сталевого осердя. Цей сплав поєднує вищу міцність на розрив, ніж у чистого алюмінію, з кращим співвідношенням вага/міцність, ніж у ACSR, і — на відміну від ACSR — не несе ризику гальванічної корозії між алюмінієм і сталлю.

Зверніть увагу: норма також дозволяє поєднувати сталеві дроти з цинковим або алюмінієвим покриттям та різні класи алюмінієвих сплавів (A1, A2, A3); точні коди матеріалів, погонна вага та допустима міцність на розрив для кожного перерізу вказані в таблицях самої норми і мають перевірятися за фактичною специфікацією проєкту.

Провисання та ланцюгова лінія

Повітряний лінійний провід висить не по прямій між двома опорами, а приблизно слідує формі ланцюгової лінії (катенарії), визначеної власною вагою проводу, натягом, прикладеним під час монтажу, та довжиною прогону. Провисання збільшується за вищої температури навколишнього середовища (теплове розширення металу) та за додаткового навантаження від вітру чи ожеледі, і зменшується за вищого монтажного натягу. Проєктувальники використовують приведений прогін (репрезентативний, зважений середній прогін для серії послідовних опор), щоб охопити залежність провисання від температури для всієї ділянки лінії одним розрахунком, замість моделювання кожного окремого прогону.

Зверніть увагу: точний розрахунок натягу та провисання (включно з межами температури та ожеледного навантаження, чинними в Нідерландах) залежить від проєкту і має виконуватися з фактичними відстанями між опорами, даними проводу з норми та застосовним місцевим кліматичним навантаженням — ця стаття подає лише основний принцип.

Корона: ефект напруженості поля на поверхні проводу

За достатньо високої напруги навколо повітряного проводу виникає локальна, часткова іонізація навколишнього повітря, щойно напруженість електричного поля на поверхні проводу перевищує критичне значення — корона. Корона чутна (шиплячий чи потріскуючий звук, особливо у вологу погоду), спричиняє радіо- та телевізійні перешкоди в певній смузі частот і супроводжується (як правило, обмеженими) втратами енергії. Оскільки напруженість поля на поверхні зменшується за більшого діаметра проводу (за рівної напруги і струму заряд розподіляється по більшій поверхні), на лініях високої напруги іноді свідомо обирають провід більшого діаметра, ніж потрібно лише для струмового навантаження, або використовують розщеплені проводи (два або більше паралельних підпровідники на фазу), щоб зменшити ефективну кривизну поверхні — і тим самим корону.

Чому це важливо

Під час оцінки повітряного лінійного з'єднання (наприклад, під час підключення малої вітротурбіни до мережі, див. посібник про підключення до мережі малих вітротурбін) важливо розуміти, що вибір між AAC, ACSR і AAAC — не лише питання провідності: механічна довжина прогону, очікуване ожеледне та вітрове навантаження, чутливість до корони за вищих рівнів напруги та — для ACSR — ризик гальванічної корозії між алюмінієм і сталлю (див. також посібник про гальванічну корозію заземлювальних електродів щодо основного принципу біметалевої корозії) — усе це впливає на кінцевий вибір.

Поширені помилки

1. Вибір перерізу алюмінію лише на основі струмового навантаження, без урахування механічної довжини прогону та очікуваного вітрового/ ожеледного навантаження — за довгого прогону це може призвести до неприпустимого провисання чи перевантаження проводу.
2. Застосування ACSR без уваги до гальванічної корозії між алюмінієвою оболонкою та сталевим осердям у місцях, куди може проникнути волога (пошкоджені кінці дротів, затискні з'єднання) — це може послабити сталеве осердя за роки, не будучи видимим ззовні.
3. Ігнорування ефекту корони під час вибору проводу меншого діаметра для лінії високої напруги — це може призвести до несподіваних скарг на радіо-/телеперешкоди та вищих, ніж очікувалося, втрат енергії, навіть якщо провід із запасом достатній за струмовим навантаженням.
4. Прийняття одного фіксованого значення провисання замість виконання температурно-залежного розрахунку провисання методом приведеного прогону — провисання за зимового ожеледного навантаження може суттєво відрізнятися від провисання за максимальної літньої робочої температури.

Пов'язані матеріали

• Електродинамічні сили під час короткого замикання шинопроводів (IEC 60865-1)
• Транспозиція екрана кабелю для високовольтних кабелів (cross-bonding)
• Еквівалентність алюмінієвого та мідного кабелю і струмове навантаження
• Підключення до мережі малих вітротурбін