Високовольтний провід для повітряних ліній електропередачі напругою близько 60 кв.
Винахід відноситься до високовольтного дроту, розрахованого на високу напругу, призначеного для повітряних ліній електропередачі з напругою приблизно 60 кВ і вище. У відповідності з винаходом провід покритий ізоляцією і екранований від іскрового пробою, що виникає в результаті контакту з іншим проводом, причому ізоляційне покриття на дроті містить напівпровідний шар, що охоплює провід, зовнішній атмосферозахищений поверхневий шар ізоляції і між ними шар, що забезпечує фактичну ізоляцію. Технічний результат - отримання повітряних ліній електропередачі, які вимагають більш вузьких смуг землі під ними та зменшення електричних та магнітних полів. 3 з.п. ф-ли, 1 іл., 1 табл.
Винахід відноситься до високовольтного дроту повітряних ліній електропередачі напругою близько і вище 60 кВ.
Досі використовувані високовольтні повітряні лінії електропередачі, в яких напруга на фазових дротах перевищує приблизно 20 кВ, містять неізольовані (голі), тобто по суті не закриті дроти. Тому проводи повинні монтуватися на опорних конструкціях для того, щоб забезпечити відстань між проводами, достатню для запобігання зіткненню проводів.
З іншого боку, названі лінії (PAS-лінії), які являють собою повітряні дроти, забезпечені простою пластмасовою оболонкою, застосовуються в діапазоні напруги близько 20 кВ для заміни неізольованих дротів. Ізолятор часто є перехресно-зшитим поліетиленом XLPE(PEX). Ізоляція визначається таким чином, щоб витримувати електричну напругу, що виникає через зіткнення проводів, але вона не призначена для повної ізоляції проводу, що має місце в кабелях. Часто PAS-провід є альтернативою рішенням,використовуючи більш дорогі підземні кабелі.
Ізоляційні матеріали або оболонки не застосовуються для проводів напругою, що перевищує близько 60 кВ, і зокрема, не застосовуються для проводів з високою напругою близько 110 кВ і вище, оскільки шари відомих ізоляційних матеріалів, що використовуються в повітряних лініях електропередачі, повинні мати значну товщину для забезпечення достатньої ізоляції. Тому опорні конструкції, ізолятори, ізолююча арматура та електроарматура головним чином спроектовані для неізольованих дротів.
Протягом останніх десяти років все зростаюча увага приділяється електричним і магнітним полям, створюваним лініями електропередачі, та їх можливим впливам на здоров'я людей, що живуть поблизу. У деяких штатах США та Італії вже встановлено обмеження на електричні та магнітні поля ліній електропередачі.
На електричні та магнітні поля, створювані повітряними лініями електропередачі, може впливати відносне розташування дротів у площині, перпендикулярної до дротів. Розміщення проводів якомога ближче один до одного, наприклад, у вершинах рівностороннього трикутника дозволяє отримати мінімальні поля. Крім того, при розміщенні проводів ближче один до одного потрібні більш вузькі смуги під лініями електропередачі, і це дозволяє заощадити щонайменше на придбанні земельних ділянок. Однак мінімальні відстані між проводами, необхідними для неізольованих проводів ліній високої напруги для запобігання короткому замиканню, перекриття ізолятора дугою і коронного розряду, на практиці перешкоджали будь-якому суттєвому зменшенню електричних і магнітних полів в зоні ліній електропередачі і безпосередньої.
Завданнямцього винаходу є створення високовольтного дроту для повітряних ліній, за допомогою якого можна отримати повітряні лінії електропередачі, які вимагають більш вузьких смуг землі під ними і створюють менші електричні та магнітні поля. Це завдання вирішується за рахунок того, що високовольтний провід згідно з даним винаходом покритий ізоляцією і захищений (екранований) від іскрового пробою, що виникає при контакті з іншим проводом, причому ізоляційне покриття на дроті містить напівпровідниковий шар, що охоплює провід, зовнішній поверхневий шар ізоляції та шар між ними, що забезпечує фактичну ізоляцію.
За рахунок відповідного вибору шару ізоляції у дроті згідно винаходу та в результаті виконання великої кількості випробувань для визначення рівня безпеки та міцності проводів був отриманий тонкий провід для ліній високої напруги, який економічний у виготовленні. Цей провід дозволяє вирішити більшість проблем, пов'язаних з лініями електропередачі звичайної конструкції. При використанні дроту згідно винаходу можна зменшити ширину смуг землі (коридора) під лініями електропередачі, що становить в даний час порядку 15 м, приблизно в два рази (при вертикальному розташуванні) при напругах, наприклад, 110 кВ, і, наприклад, напруження магнітних полів значно зменшується проти напруженістю полів існуючих ліній.
Інші кращі приклади виконання винаходу відрізняються ознаками, наведеними в наведених нижче пунктах формули винаходу.
На кресленні показаний провід, розрахований на напругу 110 кВ, що включає провідник круглого перерізу з алюмінієвого сплаву, скручений з дротів 3 і має діаметр близько 20 мм. Попаданню води між шарами дроту перешкоджає,наприклад, жир або порошок, що розширює при зволоженні. Оболонка 4 дроти виготовлена з напівпровідної пластмаси або гумоподібного матеріалу. Напівпровідність зазвичай досягається за рахунок додавання в ізоляційний матеріал поперечно-зшитої структури приблизно з 30 - 40% технічного вуглецю (газової сажі) (якщо в ізоляційному матеріалі використовується газова сажа, то напівпровідний ефект може бути отриманий вже при введенні 10% добавок). У покритому ізоляцією дроті, розрахованому на напругу 110 кВ, провід шар, що закриває, має товщину порядку 1 - 2 мм. Призначення оболонки дроту полягає в тому, щоб нейтралізувати піки напруги на нерівній поверхні дроту, скрученого з металевих дротів, і щоб запобігти утворенню зон розряду.
Фактично ізолюючий шар 1 навколишній напівпровідний шар 4 являє собою пластик XLPE високої чистоти на основі поперечно-зшитого поліетилену з товщиною близько 5 мм для напруги 110 кВ. Висока чистота потрібна для мінімізації ризику іскрового пробою через ізоляційний матеріал при високих напругах. Поперчно-зшитий поліетилен застосовується головним чином внаслідок його високого ступеня чистоти, високого опору, міцності та ізолюючих властивостей. Зовнішній шар являє собою шар ізоляції товщиною близько 1,5 мм, який додана, наприклад, газова сажа (технічний вуглець) для досягнення атмосферозахисності. Вміст газової сажі переважно становить 2 - 3%, що забезпечує достатні захисні властивості, наприклад, проти ультрафіолетового випромінювання, не надаючи при цьому занадто велику провідність поверхневому шару дроту.
Замість поперечно-зшитого поліетилену (XLPE, PEX) як вихідний матеріал можна використовувати етилен-пропіленовий каучук, тобто ЕР-каучук(EDPM (Скеп) - потрійний етилен-пропіленовий каучук з дієновим сомономером або EPR (Скеп) - етилен-пропіленовий каучук).
Наведений як приклад провід згідно винаходу напругою, наприклад, 110 кВ, має наступні характеристики: зовнішній діаметр близько 39 мм, маса 1730 кг/км, руйнівне навантаження 110 кН і максимально допустиме навантаження 660 А. Крім ліній змінного струму провід згідно винаходу тим же успіхом застосовуватися для електропередачі постійного струму, в цьому випадку три фазові дроти замінюються, наприклад, двома проводами (струм + Земля).
Таким чином, провід згідно винаходу покритий шаром ізоляції, який значно тонший, ніж у конструкції звичайних кабелів. Розміри шару ізоляції обрані так, щоб витримувати зіткнення фазових проводів усередині прольоту. Тому не робилося жодних спроб виконати повну ізоляцію дроту за допомогою ізолюючого шару, але струми витоку порядку декількох міліампер існують на зовнішньому шарі, і, отже, надзвичайно небезпечно торкатися, наприклад, дроту під напругою 110 кВ голими руками.
При випробуваннях, при яких напруга 120 кВ подавалося між двома проводами, дроти торкалися 540 000 разів без іскрового пробою. Крім того, з тими ж проводами проводилося випробування при відхиленому протягом 17 днів положенні проводів; при цьому випробуванні на дротах, прихилених один до одного, не виникало іскрового пробою. Таким чином, дроти згідно винаходу можуть ударятися один про інший, наприклад, внаслідок сил, що виникають при короткому замиканні, або через вітер. Таким чином, необхідні мінімальні відстані між проводами повинні розраховуватися з урахуванням інших факторів, що застосовуються до цієї ситуації, а не на основі критерію для короткого замикання.Виявилося можливим зменшити відстані між фазовими проводами, розрахованими на 110 кВ, від відстаней у 2 м, що використовуються в даний час приблизно до половини від зазначеної відстані.
У всякому разі виявилося, що захищені (екрановані) дроти згідно винаходу забезпечують можливість істотного зменшення відстаней між фазами та скорочення ширини смуг під лініями електропередачі. Наслідком є невелика величина електричних і магнітних полів, створюваних лініями із захищеними проводами в порівнянні зі звичайними лініями.
У таблиці показано залежності значень магнітної індукції високовольтної повітряної лінії електропередачі на рівні поверхні землі для різних типів проводів. Порівняння включає звичайну лінію без ізоляції з горизонтальною, трикутною та вертикальною конфігураціями при стандартних відстанях між фазами 2 м і PAS - лінію з екранованими проводами згідно винаходу з горизонтальною, вертикальною, трикутною конфігураціями та конфігурацією у вигляді рівностороннього трикутника при відстанях між м3 Основні дані, при яких були отримані результати вимірювань, наведені в таблиці 1, наступні: - U = 123 кВ - Струм навантаження 100 А, потужність P = 18 МВт - Екранований провід: SAX 355, o = 40 H/мм 2 - Неізольований провід: Duck, o = 40 H/мм 2 - Блискавковідвід: Sustrong, o = 60 H/мм 2 - Температура дроту під струмом +15 o C - Температура блискавковідводу +5 o C - Зазор між нижнім проводом під струмом і землею 5 ,9 м при +70 o C (дозволена мінімальна висота) - Проліт ae = a = 200 м На основі даних таблиці 1 можна зробити такі висновки щодо магнітного поля: - коли розташування проводів горизонтальне, максимальне значення магнітноїіндукції в PAS-лінії зменшується приблизно до однієї третини в порівнянні з відповідною лінією без ізоляції. Магнітна індукція зменшується до рівня фонового випромінювання (0,1 кТ) при відстані відповідно 33 м і 16 м від центру лінії, - при вертикальному розташуванні проводів максимальне значення магнітної індукції PAS - лінії зменшується приблизно наполовину в порівнянні зі звичайною лінією. Магнітна індукція зменшується до рівня фонового випромінювання при відстанях відповідно 33 м і 18 м від центру лінії, - при розташуванні проводів у вигляді трикутника максимальне значення магнітної індукції лінії не відрізняється в значній мірі від значення для звичайної лінії. Однак магнітна індукція зменшується при PAS-проводах до рівня фонового випромінювання на відстані 21 м від центру лінії, у той час як у відповідній лінії без ізоляції потрібна відстань 25 мм. Ця досить незначна різниця має місце внаслідок того, що розташування дротів визначається іншими факторами, наприклад, вільним повітряним проміжком, а не відстанню між дроти. Таким чином, конструкцію приблизно та сама при проводах обох типів. Однак при вимірюваннях було встановлено, що PAS-лінії є зменшення наполовину максимального значення напруженості електричного поля.
- Розташування у вигляді рівностороннього трикутника ( ) проводів PAS-лінії, очевидно, є найкращим рішенням з точки зору створюваних полів. Порівняно із звичайною лінією електропередачі з горизонтальним розташуванням проводів максимальне значення магнітної індукції становить лише близько однієї п'ятої частини та магнітна індукція зменшується до рівня фонового випромінювання вже на відстані 13 м від лінії.
Провід згідно винаходу може бутивиготовлений відомими способами без істотних змін порівняно, наприклад, з лініями для виготовлення підземних кабелів. За допомогою способу екструзії в три канали (triple extrusion) всі шари, що покривають на дроті можуть бути отримані за одну операцію.
Для фахівця в даній галузі очевидно, що різні приклади виконання винаходу не обмежені представленими вище прикладами, але можуть вільно змінюватися в межах обсягу нижченаведених пунктів формули винаходу.
1. Високовольтний провід для повітряних ліній електропередачі напругою близько і вище 60 кВ, що містить напівпровідний шар, що охоплює провід, який відрізняється тим, що провід (3) покритий ізоляційним покриттям і екранований від іскрового пробою, що виникає в результаті контакту з іншим проводом, причому ізоляційне покриття на дроті (3) містить зазначений напівпровідний шар (4), що охоплює провід, зовнішній атмосферозахищений поверхневий шар (2) ізоляції та між ними шар (1), що забезпечує фактичну ізоляцію.
2. Провід по п.1, який відрізняється тим, що як ізоляційний матеріал шару (1) обраний поперечно-зшивається поліетилен (XL РЕ).
3. Провід по п.1, який відрізняється тим, що ізоляційним матеріалом шару (1) є етиленпропіленовий каучук (ЕРD М-потрійний етиленпропіленовий каучук з дієновим сомономером або ЕPR-етиленпропіленовий каучук).
4. Провід за п. 4, який відрізняється тим, що атмосферозахищений поверхневий шар (2) ізоляції отримано шляхом змішування близько 2-3% газової сажі з ізоляційним матеріалом.