Проводник за високо напрежение за въздушни електропроводи с напрежение около и над 60 kV
Изобретението се отнася до проводник за високо напрежение, предназначен за високо напрежение, предназначен за въздушни електропроводи с напрежение приблизително 60 kV и повече. В съответствие с изобретението жицата е покрита с изолация и е защитена от разпадане на искра в резултат на контакт с друга жица, а изолационното покритие върху телта съдържа полупроводим слой, който обгражда жицата, външен устойчив на атмосферни влияния повърхностен слой изолация и между тях слой, който осигурява действителна изолация. Техническият резултат е производството на въздушни електропроводи, които изискват по-тесни ивици земя под тях и намаляване на електрическите и магнитните полета. 3 т.п. f-ly, 1 ил., 1 табл.
Изобретението се отнася до проводник за високо напрежение за въздушни електропроводи с напрежение около и над 60 kV.
Досега използваните въздушни електропроводи с високо напрежение, в които напрежението на фазовите проводници надвишава около 20 kV, съдържат неизолирани (голи), тоест по същество незатворени проводници. Поради това проводниците трябва да бъдат монтирани върху опорни конструкции, за да се гарантира, че разстоянието между проводниците е достатъчно, за да се предотврати сблъсък на проводниците.
От друга страна, именувани линии (PAS линии), които са въздушни проводници, снабдени с проста пластмасова обвивка, се използват в диапазона на напрежение от около 20 kV за замяна на оголени проводници. Изолаторът често е омрежен полиетилен XLPE (PEX). Изолацията е определена да издържа на електрически напрежения, дължащи се на сблъсък на проводници, но не е проектирана да изолира напълно проводника, какъвто е случаят с кабелите. Често PAS проводникът е алтернатива на решениятаизползване на по-скъпи подземни кабели.
Изолационните материали или обвивки не са приложими за проводници с напрежения, надвишаващи порядъка на 60 kV, и по-специално не са приложими за проводници с високи напрежения от порядъка на 110 kV и по-високи, тъй като слоевете от известни изолационни материали, използвани в надземни електропроводи, трябва да бъдат със значителна дебелина, за да осигурят достатъчна изолация. Следователно носещите конструкции, изолаторите, изолационните фитинги и електрическите фитинги са предназначени главно за голи проводници.
През последните десет години се обръща все по-голямо внимание на електрическите и магнитни полета, генерирани от електропроводи и техните възможни ефекти върху здравето на хората, живеещи в близост. Някои американски щати и Италия вече имат ограничения за електрическите и магнитните полета на електропроводите.
Електрическите и магнитните полета, генерирани от въздушни електропроводи, могат да бъдат повлияни от относителната позиция на проводниците в равнина, перпендикулярна на посоката на проводниците. Поставянето на проводниците възможно най-близо една до друга, например в върховете на равностранен триъгълник, позволява минимални граници. Освен това, чрез поставяне на проводниците по-близо един до друг, са необходими по-тесни ивици под електропроводите и това спестява най-малкото от придобиването на земя. Въпреки това, минималните разстояния между проводниците, необходими за оголени проводници с високо напрежение за предотвратяване на къси съединения, прекъсвания на изолатора и коронни разряди, на практика са предотвратили значително намаляване на електрическите и магнитните полета в и около електропроводите.
задачаНастоящото изобретение е да осигури проводник за високо напрежение за въздушни линии, чрез който е възможно да се получат въздушни електропроводи, които изискват по-тесни ивици земя под тях и създават по-малки електрически и магнитни полета. Този проблем е решен поради факта, че проводникът за високо напрежение съгласно това изобретение е покрит с изолация и защитен (екраниран) от искров разбивка, която възниква при контакт с друг проводник, а изолационното покритие върху проводника съдържа полупроводников слой, който заобикаля проводника, външен повърхностен слой изолация и слой между тях, който осигурява действителната изолация.
Чрез подходящ избор на изолационния слой в проводника съгласно изобретението и чрез провеждане на голям брой тестове за определяне на нивото на безопасност и здравина на проводниците е получен тънък проводник за високоволтови линии, който е икономичен за производство. Този проводник решава повечето от проблемите, свързани с конвенционалните преносни линии. С помощта на проводника съгласно изобретението е възможно да се намали ширината на ивиците земя (коридор) под електропроводи, която в момента е около 15 m, с около коефициент два (когато са разположени вертикално) при напрежения от, например, 110 kV, и, например, силата на магнитното поле е значително намалена в сравнение със силата на полето на съществуващите линии.
Други предпочитани изпълнения на изобретението се отличават с характеристиките, изложени в следващите претенции.
Чертежът показва проводник, проектиран за напрежение 110 kV, включително кръгъл проводник от алуминиева сплав, усукан от проводници 3 и с диаметър около 20 mm. Предотвратява навлизането на вода между слоевете телнапример мазнина или прах, разширяващ влагата. Обвивка 4 на проводника е направена от полупроводима пластмаса или подобен на гума материал. Полупроводимостта обикновено се постига чрез добавяне на омрежена структура с около 30 - 40% сажди (сажди) към изолационния материал (ако в изолационния материал се използват сажди, тогава може да се получи полупроводящ ефект дори с въвеждането на 10% добавки). В изолиран проводник, номинален за напрежение 110 kV, слоят, покриващ проводника, има дебелина от порядъка на 1 - 2 mm. Целта на телената обвивка е да неутрализира пиковете на напрежението върху неравната повърхност на проводника, усукан от метални проводници, и да предотврати образуването на зони на разряд.
Всъщност изолационният слой 1, обграждащ полупроводимия слой 4, е високочиста XLPE пластмаса на базата на омрежен полиетилен с дебелина около 5 mm за напрежение от 110 kV. Необходима е висока чистота, за да се сведе до минимум рискът от искри през изолационния материал при високи напрежения. Омреженият полиетилен се използва главно поради неговата висока чистота, висока устойчивост, здравина и изолационни свойства. Външният слой е слой от изолация с дебелина около 1,5 mm, в който например се добавят сажди (сажди) за постигане на устойчивост на атмосферни влияния. Съдържанието на сажди е за предпочитане 2 до 3%, което осигурява достатъчни защитни свойства, например срещу ултравиолетово лъчение, без да се придава твърде голяма проводимост на повърхностния слой на жицата.
Вместо омрежен полиетилен (XLPE, PEX), като изходен материал може да се използва етилен-пропиленов каучук, т.е. EP каучук.(EDPM (EPDM) - троен етилен-пропиленов каучук с диенов комономер или EPR (EPR) - етилен-пропиленов каучук).
Примерен проводник съгласно изобретението с напрежение от, например, 110 kV има следните характеристики: външен диаметър от около 39 mm, маса от 1730 kg/km, натоварване на скъсване от 110 kN и максимална товароносимост от 660 A. В допълнение към AC линии, проводникът съгласно изобретението може също така да се използва за пренос на постоянен ток, в този случай трифазните проводници се заменят, например, с два проводника (ток + "Земя").
Така проводникът съгласно изобретението е покрит със слой изолация, който е много по-тънък, отколкото при конструкцията на конвенционалните кабели. Размерите на изолационния слой са избрани така, че да издържат на въздействието на фазовите проводници вътре в участъка. Следователно не е правен опит за пълна изолация на проводника с изолационен слой, но токове на утечка от порядъка на няколко милиампера съществуват на външния слой и следователно е изключително опасно да се докосва, например, проводник под напрежение 110 kV с голи ръце.
При тестове, при които е приложено напрежение от 120 kV между два проводника, проводниците са се сблъскали 540 000 пъти без искра. В допълнение, със същите проводници беше проведено изпитване с отхвърляне на позицията на проводниците за 17 дни; по време на този тест не се появи искра на проводниците, облегнати един срещу друг. По този начин проводниците съгласно изобретението могат да се удрят една в друга, например поради сили, произтичащи от късо съединение, или поради вятър. По този начин необходимите минимални разстояния между проводниците трябва да бъдат изчислени, като се вземат предвид други фактори, приложими за дадена ситуация, а не въз основа на критерий за случай на късо съединение.Беше възможно да се намалят разстоянията между фазовите проводници, номинални за 110 kV от разстоянията от 2 m, използвани в момента, до около половината от определеното разстояние.
Във всеки случай се оказа, че защитените (екранирани) проводници съгласно изобретението позволяват значително намаляване на разстоянията между фазите и намаляване на ширината на лентите под електропроводи. Последствието от това е малката величина на електрическите и магнитните полета, генерирани от линии със защитени проводници в сравнение с конвенционалните линии.
Таблицата (вижте в края на описанието) показва зависимостите на стойностите на магнитната индукция на въздушен електропровод с високо напрежение на нивото на земята за различни видове проводници. Сравнението включва нормална оголена линия с хоризонтални, триъгълни и вертикални конфигурации при стандартни фазови разстояния от 2 m и PAS - линия с екранирани проводници съгласно изобретението с хоризонтални, вертикални, триъгълни и равностранни триъгълни конфигурации при фазови разстояния от 1,15 m = 18 MW - Екраниран проводник: SAX 355, o = 40 N/mm2 - Гол проводник: Duck, o = 40 N/mm2 - Гръмоотвод: Sustrong, o = 60 N/mm2 - Температура на проводника под напрежение +15 o C - Температура на гръмоотвода +5 o C - Разстояние между най-долния проводник под напрежение и земята 5,9 m при +70 o C (позволена минимална височина) - Размах ae = a = 200 m Въз основа на данните в таблица 1 могат да се направят следните заключения относно магнитното поле:индуктивността в PAS линия е намалена до около една трета в сравнение със съответната линия без изолация. Магнитната индукция намалява до нивото на фоновата радиация (0,1 kT) на разстояния съответно 33 m и 16 m от центъра на линията, - при вертикално разположение на проводниците, максималната стойност на магнитната индукция на PAS - линията намалява с около половината в сравнение с конвенционалната линия. Магнитната индукция намалява до нивото на фоновото излъчване на разстояния съответно 33 m и 18 m от центъра на линията, - когато проводниците са подредени под формата на триъгълник, максималната стойност на магнитната индукция на линията не се различава значително от стойността за конвенционална линия. Магнитната индукция обаче намалява с PAS проводниците до нивото на фоновата радиация на разстояние 21 m от центъра на линията, докато в случай на съответна линия без изолация е необходимо разстояние от 25 mm. Тази доста незначителна разлика се дължи на факта, че местоположението на проводниците се определя от други фактори, като свободна въздушна междина, а не от разстоянието между проводниците. По този начин дизайнът е приблизително еднакъв за двата вида проводници. По време на измерванията обаче беше установено, че при PAS линията има намаляване наполовина на максималната стойност на напрегнатостта на електрическото поле.
- подреждането на равностранен триъгълник ( ) на проводниците на линията PAS е очевидно най-доброто решение по отношение на генерираните полета. В сравнение с конвенционален електропровод с хоризонтални проводници, максималната стойност на магнитната индукция е само около една пета и магнитната индукция намалява до нивото на фоновата радиация още на разстояние 13 m от линията.
Телът съгласно изобретението може да бъдепроизведени по известни методи без съществени промени в сравнение например с линиите за производство на подземни кабели. С метода на тройно екструдиране всички слоеве на покритие върху тел могат да бъдат получени с една операция.
За специалист в областта е очевидно, че различните изпълнения на изобретението не са ограничени до примерите, представени по-горе, но могат да варират свободно в обхвата на следващите претенции.
1. Проводник за високо напрежение за въздушни преносни линии с напрежение от около и над 60 kV, съдържащ полупроводим слой, обхващащ проводника, характеризиращ се с това, че проводникът (3) е покрит с изолационно покритие и е защитен от искрово разпадане в резултат на контакт с друг проводник, а изолационното покритие върху проводника (3) съдържа посочения полупроводим слой (4), обхващащ проводника, външен устойчив на атмосферни влияния повърхностен слой (2) от изолация и между тях слой (1), който осигурява действителна изолация.
2. Тел съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че омрежващ полиетилен (XL PE) е избран като изолационен материал на слоя (1).
3. Проводник съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че изолационният материал на слоя (1) е етиленпропиленов каучук (EPD M-троен етиленпропиленов каучук с диенов комономер или EPR етиленпропиленов каучук).
4. Тел съгласно претенция 4, характеризиращ се с това, че устойчивият на атмосферни влияния повърхностен слой (2) на изолацията се получава чрез смесване на около 2-3% сажди с изолационен материал.