Войти
Образец поперечного сечения линии высокого напряжения (опоры), показывает 1 стальную жилу (7 проводов), окруженную 4 концентрическими слоями алюминия. Кабель с алюминиевым проводником, армированный сталью (ACSR ) - это тип высокопрочного многожильного кабеля с большой емкостью проводник, обычно используемый в воздушных линиях электропередачи. Наружные пряди изготовлены из алюминия высокой чистоты, выбранного из-за его хорошей проводимости, небольшого веса, низкой стоимости, устойчивости к коррозии и хорошей устойчивости к механическим воздействиям. Центральная жила сделана из стали из стали для дополнительной прочности, которая помогает выдерживать вес проводника. Сталь имеет более высокую прочность, чем алюминий, что позволяет приложить повышенное механическое напряжение к проводнику. Сталь также имеет более низкую упругую и неупругую деформацию (остаточное удлинение) из-за механической нагрузки (например, ветра и льда), а также более низкий коэффициент теплового расширения при действующей нагрузке. Эти свойства позволяют ACSR прогибаться значительно меньше, чем у полностью алюминиевых проводников. В соответствии с соглашением об именах Международной электротехнической комиссии (IEC) и CSA Group (ранее - Canadian Standards Association или CSA) ACSR обозначается как A1 / S1A.
Алюминиевый сплав и закалка, используемые для внешних прядей в Соединенных Штатах и Канаде, обычно составляют 1350-H19, а в других местах - 1370-H19, каждый с содержанием алюминия 99,5 +%. Характер алюминия определяется суффиксом алюминиевой версии, который в случае H19 является очень жестким. Чтобы продлить срок службы стальных жил, используемых для сердечника проводника, они обычно оцинковываются или покрываются другим материалом для предотвращения коррозии. Диаметры жил, используемых как для алюминиевых, так и для стальных жил, различаются для разных проводников ACSR.
Кабель ACSR по-прежнему зависит от прочности алюминия на разрыв; он только усилен сталью. Из-за этого его постоянная рабочая температура ограничена 75 ° C (167 ° F), температурой, при которой алюминий начинает отжиг и со временем размягчается. Кабель, прочность которого полностью зависит от стали и поэтому может использоваться при температурах до 250 ° C (480 ° F), называется алюминиевый проводник со стальной опорой (ACSS ).
Стандартным стальным сердечником, используемым для ACSR, является оцинкованная сталь, но цинк, 5% или 10% алюминиевый сплав и сталь с покрытием мишметаллом (иногда называемая также доступны торговые марки Bezinal или Galfan ) и плакированная алюминием сталь (иногда называемая торговой маркой Alumoweld). Также может использоваться сталь повышенной прочности.
В США наиболее часто используемая сталь обозначается GA2 для оцинкованной стали (G) с толщиной цинкового покрытия класса A (A) и нормальной прочностью (2). Цинковые покрытия класса C толще, чем покрытия класса A, и обеспечивают повышенную защиту от коррозии за счет снижения прочности на разрыв. Сердечник из оцинкованной стали нормальной прочности с толщиной покрытия класса C будет обозначен как GC2. Марки стали более высокой прочности обозначают как высокопрочные (3), особо высокопрочные (4) и сверхвысокопрочные (5). Сердечник из сверхпрочной оцинкованной стали с толщиной покрытия класса А будет обозначен как GA5. Использование более прочных стальных сердечников увеличивает предел прочности проводника на растяжение, обеспечивая более высокое напряжение, что приводит к меньшему провисанию.
Мишметаллические покрытия цинк-5% алюминия обозначены буквой "M". Эти покрытия обеспечивают повышенную защиту от коррозии и термостойкость по сравнению с одним цинком. Сталь обычной прочности с покрытием из мишметалла толщиной «А» с обычным прочным покрытием будет обозначаться как MA2.
Сталь, плакированная алюминием, обозначается как «AW». Сталь, плакированная алюминием, обеспечивает повышенную защиту от коррозии и электропроводность за счет снижения прочности на разрыв. Сталь с алюминиевым покрытием обычно используется для прибрежных работ.
IEC и CSA используют разные соглашения об именах. Наиболее часто используемой сталью является сталь S1A вместо стали стандартной прочности S1 с покрытием класса A. Сталь S1 имеет немного более низкий предел прочности на разрыв, чем обычная прочная сталь, используемая в Соединенных Штатах. Согласно канадским стандартам CSA, класс прочности S2A классифицируется как высокопрочная сталь. Эквивалентным материалом в соответствии со стандартами ASTM является сталь класса прочности GA2, называемая сталью стандартной прочности. Марка прочности CSA S3A классифицируется как сверхвысокопрочная сталь. Эквивалентным материалом по стандартам ASTM является класс прочности GA3, называемый высокой прочностью. В настоящее время стандарты CSA для воздушных проводов официально не признают классы GA4 или GA5, эквивалентные ASTM. Современные стандарты CSA еще официально не признают семейство материалов покрытия из цинкового сплава ASTM «M». Канадские коммунальные предприятия используют проводники, изготовленные из более прочных сталей с покрытием из цинкового сплава «М».
Прокладка проводника определяется четырьмя вытянутыми пальцами; "правое" или "левое" направление укладки определяется в зависимости от того, совпадает ли оно с направлением пальца правой или левой руки соответственно. Подвесные алюминиевые (AAC, AAAC, ACAR) и ACSR-проводники в США всегда производятся с наружным проводящим слоем с правой свивкой. По направлению к центру каждый слой чередуется. Некоторые типы проводов (например, медные воздушные провода, OPGW, стальные EHS) отличаются и имеют левую прокладку на внешнем проводе. В некоторых странах Южной Америки для внешнего проводящего слоя ACSR используется левая прокладка, поэтому они намотаны иначе, чем в США.
Проводники ACSR доступны во многих конкретных размерах, со стальными проволоками с одним или несколькими центрами и, как правило, с большим количеством алюминиевых жил. Хотя используются редко, есть некоторые проводники, у которых стальных жил больше, чем алюминиевых. Провод ACSR можно частично обозначить по его скручиванию, например, провод ACSR с 72 алюминиевыми жилами с сердечником из 7 стальных жил будет называться проводником 72/7 ACSR. Кабели обычно имеют диапазон от №6 AWG («6/1» - шесть внешних алюминиевых проводников и один стальной армирующий проводник) до 2167 тысяч кубических миль («72/7» - семьдесят два внешних алюминиевых проводника и семь стальных усиливающих проводов.).
Чтобы избежать путаницы из-за многочисленных комбинаций скрутки стальных и алюминиевых жил, используются кодовые слова для указания конкретной версии проводника. В Северной Америке названия птиц используются для кодовых слов, а названия животных используются в других местах. Например, в Северной Америке Grosbeak представляет собой ACSR-проводник диаметром 322,3 мм (636 тыс. Куб. Миль) и скрученный алюминий / сталь 26/7, тогда как Egret имеет тот же общий размер алюминия (322,3 мм, провод 636 тыс. Куб.. Хотя количество алюминиевых нитей у Grosbeak и Egret разное, разные размеры алюминиевых нитей используются для компенсации изменения количества нитей, так что общее количество алюминия остается неизменным. Различия в количестве стальных жил приводят к разному весу стальной части, а также к разным общим диаметрам проводников. Большинство утилит стандартизируют конкретную версию проводника, когда разные версии имеют одинаковое количество алюминия, чтобы избежать проблем, связанных с оборудованием разного размера (например, сращиваниями). Из-за наличия множества различных размеров коммунальные предприятия часто пропускают некоторые из них, чтобы сократить свои запасы. Различные варианты скрутки приводят к различным электрическим и механическим характеристикам.
Производители ACSR обычно предоставляют таблицы допустимой нагрузки для определенного набора допущений. Отдельные коммунальные предприятия обычно применяют разные рейтинги из-за использования разных предположений (что может привести к более высоким или более низким значениям силы тока, чем те, которые указаны производителями). Важные переменные включают скорость и направление ветра относительно проводника, интенсивность солнечного света, коэффициент излучения, температуру окружающей среды и максимальную температуру проводника.
В трехфазном распределении электроэнергии проводники должны иметь низкий электрический импеданс, чтобы гарантировать, что мощность будет потеряна. в раздаче мощности минимальная. Импеданс - это комбинация двух величин: сопротивления и реактивного сопротивления. Сопротивление проводов ASCR для различных конструкций проводников указано производителем в таблице при частоте постоянного и переменного тока с учетом конкретных рабочих температур. Причины, по которым сопротивление изменяется с частотой, в значительной степени связаны с скин-эффектом, эффектом близости и потерей гистерезиса. В зависимости от геометрии проводника, которая определяется по названию проводника, эти явления в различной степени влияют на общее сопротивление проводника при переменном и постоянном токе.
Для проводников ACSR часто не указывается в таблице электрическое реактивное сопротивление проводника, которое в значительной степени связано с расстоянием между другими проводниками с током и радиусом проводника. Реактивное сопротивление проводника значительно влияет на общий ток, который должен проходить через линию, и, таким образом, способствует резистивным потерям в линии. Для получения дополнительной информации об индуктивности и емкости линии передачи см. передача электроэнергии и воздушная линия электропередачи.
Скин-эффект уменьшает поперечное площадь сечения, в которой ток проходит через проводник при увеличении частоты переменного тока. Для переменного тока большая часть (63%) электрического тока проходит между поверхностью и глубиной скин-слоя, δ, которая зависит от частоты тока и электрических (проводимость) и магнитных свойств проводника. Эта уменьшенная площадь вызывает повышение сопротивления из-за обратной зависимости между сопротивлением и площадью поперечного сечения проводника. Скин-эффект приносит пользу конструкции, так как он вызывает концентрацию тока в направлении алюминия с низким удельным сопротивлением на внешней стороне проводника. Чтобы проиллюстрировать влияние скин-эффекта, стандарт Американского общества испытаний и материалов (ASTM) включает в себя проводимость стального сердечника при расчете сопротивления проводника постоянному и переменному току, но стандарты (IEC) и CSA Group этого не делают..
В проводнике (ACSR и другие типы), несущем переменный ток, если токи протекают через один или несколько других соседних проводников, распределение тока в каждом проводнике будет ограничено меньшим регионы. Возникающая в результате текущая скученность называется эффектом близости. Это скопление приводит к увеличению эффективного сопротивления цепи переменного тока, причем эффект при 60 Гц больше, чем при 50 Гц. Геометрия, проводимость и частота являются факторами, определяющими степень эффекта близости.
Эффект близости является результатом изменения магнитного поля, которое влияет на распределение электрического тока, протекающего в электрическом проводнике из-за электромагнитной индукции. Когда переменный ток (AC) протекает через изолированный проводник, он создает вокруг него соответствующее переменное магнитное поле. Переменное магнитное поле индуцирует вихревые токи в соседних проводниках, изменяя общее распределение тока, протекающего через них.
В результате ток концентрируется в областях проводника, наиболее удаленных от соседних проводников, по которым ток проходит в том же направлении.
Гистерезис в проводнике ACSR возникает из-за того, что атомные диполи в стальном сердечнике меняют направление из-за индукции переменного тока 60 или 50 Гц в проводнике. Гистерезисные потери в ACSR нежелательны и могут быть минимизированы за счет использования четного числа алюминиевых слоев в проводнике. Из-за компенсирующего эффекта магнитного поля от противоположных проводников (правого и левого) для двух слоев алюминия в стальном сердечнике значительно меньше гистерезисных потерь, чем для одного или трех слоев алюминия, где магнитная поле не отменяется.
Эффект гистерезиса незначителен для проводников ACSR с четным числом алюминиевых слоев, поэтому в этих случаях он не учитывается. Однако для проводников ACSR с нечетным количеством алюминиевых слоев коэффициент намагничивания используется для точного расчета сопротивления переменному току. Метод коррекции для однослойного ACSR отличается от того, который используется для трехслойных проводников. Из-за применения коэффициента намагничивания провод с нечетным числом слоев имеет сопротивление переменному току немного выше, чем эквивалентный провод с четным числом слоев.
Из-за более высоких гистерезисных потерь в стали и связанного с этим нагрева сердечника конструкция с нечетным слоем будет иметь более низкую допустимую нагрузку (до 10% снижения), чем конструкция с эквивалентным четным слоем.
Все стандартные проводники ACSR меньше, чем у Партриджа (135,2 мм {266,8 тыс. Куб. М / дюйм} 26/7 алюминий / сталь), имеют только один слой из-за их малого диаметра, поэтому невозможно избежать гистерезисных потерь.
ACSR широко используется благодаря своей эффективной и экономичной конструкции. В некоторых случаях используются варианты стандартных (иногда называемых традиционными или обычными) ACSR из-за предлагаемых ими особых свойств, которые обеспечивают достаточное преимущество, чтобы оправдать их дополнительные расходы. Специальные проводники могут быть более экономичными, предлагать повышенную надежность или обеспечивать уникальное решение сложной или невозможной конструктивной проблемы.
К основным типам специальных проводников относятся «проводник из трапециевидной проволоки» (TW) - проводник, имеющий алюминиевые жилы трапециевидной формы, а не круглой) и «самозатухающие» (SD), иногда называемые «самозатухающими». демпфирующий проводник »(SDC). Аналогичный, более высокотемпературный провод, сделанный из отожженного алюминия, называется «алюминиевый проводник со стальной опорой» (ACSS). Также доступен
Трапециевидный провод (TW) может использоваться в вместо круглой проволоки, чтобы «заполнить зазоры» и иметь на 10–15% меньший общий диаметр при той же площади поперечного сечения или на 20–25% большую площадь поперечного сечения при том же общем диаметре.
Компания Ontario Hydro (Hydro One) представила конструкции проводников ACSR трапециевидной формы в 1980-х годах, чтобы заменить существующие конструкции ACSR с круглыми проводами (они называли их компактными проводниками; эти типы проводов теперь называются ACSR / TW). В конструкции проволоки трапециевидной формы (TW) компании Ontario Hydro использовался тот же стальной сердечник, но повышенное содержание алюминия в проводнике, чтобы соответствовать общему диаметру прежних конструкций с круглой проволокой (тогда они могли использовать одни и те же аппаратные соединения как для круглой, так и для круглой проволоки). Проводники TW). Конструкции Hydro One для трапециевидных проводников ACSR / TW используют только четное количество алюминиевых слоев (два или четыре слоя). В них не используются конструкции с нечетным числом слоев (три слоя) из-за того, что такая конструкция вызывает более высокие гистерезисные потери в стальном сердечнике. Также в 1980-х годах Bonneville Power Administration (BPA) представила конструкции TW, в которых размер стального сердечника был увеличен для сохранения того же отношения алюминия к стали.
Самозатухание (ACSR / SD) - это почти устаревшая технология проводников, которая редко используется в новых установках. Он представляет собой многожильный самозатухающий провод с концентрической свивкой, предназначенный для управления вибрацией, вызываемой ветром (эолового типа ), в воздушных линиях электропередачи за счет внутреннего демпфирования. Самозатухающие проводники состоят из центральной жилы из одной или нескольких круглых стальных проволок, окруженных двумя слоями алюминиевых проволок трапециевидной формы. При необходимости можно добавить один или несколько слоев круглой алюминиевой проволоки.
SD-проводник отличается от обычного ACSR тем, что алюминиевые провода в первых двух слоях имеют трапециевидную форму и такие размеры, что каждый алюминиевый слой образует скрученную трубку, которая не сжимается на нижний слой при растяжении, но сохраняет небольшой кольцевой зазор между слоями. Слои трапециевидной проволоки отделены друг от друга и от стального сердечника двумя меньшими кольцевыми зазорами, которые позволяют перемещаться между слоями. Слои круглой алюминиевой проволоки плотно контактируют друг с другом и с нижележащим трапециевидным слоем проволоки.
Под действием вибрации стальной сердечник и алюминиевые слои колеблются с разной частотой и в результате амортизируются. Этого демпфирования ударов достаточно, чтобы удерживать любую эоловую вибрацию на низком уровне. Использование трапециевидных жил также приводит к уменьшению диаметра проводника при заданном сопротивлении переменному току на милю.
Основными преимуществами ACSR / SD являются:
Основными недостатками ACSR / SD являются:
Алюминий-проводниковый стальной опорой (ACSS) проводник визуально выглядит похожим на стандартный ACSR, но алюминиевые жилы полностью отожжены. Отжиг алюминиевых жил снижает прочность композитного проводника, но после установки постоянное удлинение алюминиевых жил приводит к гораздо большему проценту натяжения проводника, переносимому в стальном сердечнике, чем это справедливо для стандартного ACSR. Это, в свою очередь, снижает тепловое удлинение композита и увеличивает самозатухание.
Основными преимуществами ACSS являются:
Основными недостатками ACSS являются:
Провод витой пары (TP) (иногда называемый торговыми марками T-2 или VR) имеет два субпроводника, скрученные (обычно с левой свитой) друг относительно друга, как правило, с длиной свивки приблизительно всего три метра (девять футов).
Поперечное сечение проводника TP представляет собой вращающуюся «восьмерку». Субпроводники могут быть любого типа стандартного проводника ACSR, но проводники должны соответствовать друг другу, чтобы обеспечить механический баланс.
Основными преимуществами проводов TP являются:
Основными недостатками проводника TP являются:
Многие электрические цепи длиннее чем длина проводника, который может находиться на одной катушке. В результате часто требуется сращивание, чтобы соединить вместе проводники, чтобы обеспечить желаемую длину. Важно, чтобы соединение не было слабым звеном. Соединение (соединение) должно иметь высокую физическую прочность и высокий номинальный электрический ток. В пределах ограничений оборудования, используемого для установки проводника с катушек, обычно покупается такой длинный проводник, который может вместить катушка, чтобы избежать большего количества стыков, чем это абсолютно необходимо.
Сращивания должны работать холоднее, чем проводник. Температура стыка поддерживается более низкой за счет большей площади поперечного сечения и, следовательно, меньшего электрического сопротивления, чем у проводника. Тепло, выделяемое на стыке, также быстрее рассеивается из-за большего диаметра стыка.
Отказы сращивания представляют собой серьезную проблему, поскольку отказ только одного сращивания может вызвать сбой, который влияет на большую электрическую нагрузку.
Большинство соединений являются соединениями компрессионного типа (обжимными ). Эти сращивания недорогие и обладают хорошими характеристиками прочности и проводимости.
Некоторые соединения, называемые автоматическими, используют конструкцию зажимного типа, которая быстрее устанавливается (не требует тяжелого компрессионного оборудования) и часто используются во время восстановления после шторма, когда скорость установки более важна, чем долгосрочная перспектива производительность стыка.
Причин сбоев соединения множество. Некоторые из основных видов отказов связаны с проблемами установки, такими как: недостаточная очистка (очистка проволочной щеткой) проводника для удаления слоя оксида алюминия (который имеет высокое сопротивление (плохой электрический проводник)), неправильное нанесение токопроводящей смазки, неправильное усилие сжатия, неправильные места сжатия или количество сжатий.
Неисправности сращивания также могут быть вызваны повреждением эоловой вибрации, так как небольшие колебания проводника с течением времени вызывают повреждение (разрыв) алюминиевых жил около концов сращивания.
Для проводов типа SD требуются специальные сращивания (сращивания из двух частей), поскольку зазор между трапециевидным алюминиевым слоем и стальным сердечником препятствует тому, чтобы сила сжатия на стыке со стальным сердечником была достаточной. Конструкция, состоящая из двух частей, имеет стык для стального сердечника и стык большей длины и большего диаметра для алюминиевой части. Наружный стык должен быть сначала нарезан и продвинут вдоль проводника, а стальной стык сначала сжимается, а затем внешний стык продвигается обратно по меньшему стыку, а затем сжимается. Этот сложный процесс может легко привести к плохому сращиванию.
Сращивания также могут частично выйти из строя, если они имеют более высокое сопротивление, чем ожидалось, обычно через некоторое время в полевых условиях. Их можно обнаружить с помощью тепловизора, тепловых датчиков и прямых измерений сопротивления, даже когда линия находится под напряжением. Такие сращивания обычно требуют замены либо на обесточенной линии, либо путем временного байпаса для замены, либо путем добавления большого сращивания к существующему стыку без отключения.
Когда ACSR новый, алюминий имеет блестящую поверхность, которая имеет низкий коэффициент излучения тепла и низкое поглощение солнечного света. По мере старения проводника цвет становится тускло-серым из-за реакции окисления алюминиевых жил. В окружающей среде с высоким уровнем загрязнения цвет может почти стать черным после многих лет воздействия элементов и химикатов. Для старых проводников коэффициент излучения теплового излучения и поглощения солнечного света увеличивается. Доступны покрытия для проводников, которые обладают высокой излучательной способностью для высокого теплового излучения и низким поглощением солнечного света. Эти покрытия будут наноситься на новый проводник во время производства. Эти типы покрытий могут потенциально увеличить номинальный ток проводника ACSR. При той же величине силы тока температура того же проводника будет ниже из-за лучшего рассеивания тепла покрытия с более высоким коэффициентом излучения.
