Воздушная линия электропередачи

Воздушная линия электропередачи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Известный уровень техники

Специалистам известны различные проводники для воздушной передачи (электрической) энергии, включая содержащие проволоки (например, алюминиевые проволоки, медные проволоки, проволоки из алюминиевых сплавов и проволоки из медных сплавов), скрученные вокруг сердечника, состоящего из, например, стальных проволок или проволок из композита с алюминиевой матрицей (например, волокна альфа-оксида алюминия в алюминии или алюминиевом сплаве (например, до 2 мас.% меди)).

Типично, одна и та же конструкция проводника воздушной линии электропередачи используется на отдельном анкерном участке между концевыми опорами, хотя могут встречаться комбинации конструкций при ремонте анкерного участка.

Вследствие относительно высокой или более высокой стоимости многих проводников воздушных линий электропередачи, являющихся альтернативными традиционным проводникам воздушных линий электропередачи со стальным сердечником, желательно иметь возможность использования проводников воздушных линий электропередачи с более высокой стоимостью на выбранных отрезках анкерного участка между концевыми опорами. В другом аспекте желательно иметь возможность обеспечить гибкость конструкции для использования по меньшей мере двух разных проводников воздушных линий электропередачи на анкерном участке между концевыми опорами.

В другом аспекте многие воздушные линии электропередач имеют специально спроектированные анкерные участки, такие как переходы с большими пролетами, сегменты, специально спроектированные для пересечения преград, таких как реки. С увеличением электрической нагрузки на таких линиях передачи эти переходы с большими пролетами могут стать "тепловыми узкими местами". Это означает, что переходы с большими пролетами могут ограничивать величину тока, который может проходить по линии передачи, поскольку с увеличением электрического тока проводники переходов с большими пролетами нагреваются, удлиняются вследствие термического расширения и провисают до дозволенного максимума, создавая минимальный зазор под пролетами. Часто желательно увеличить допустимую нагрузку по току таких переходов с большими пролетами. Также может быть желательно уменьшить провисание пролета (также называемого "предельный пролет") для увеличения зазора, при сохранении в то же время существующей допустимой нагрузки по току. Также может быть желательно уменьшить конструкционные нагрузки, действующие на конструкции или проводник при опасных погодных явлениях.

Сущность

В одном аспекте настоящее изобретение предусматривает способ создания установленного анкерного участка (dead-end-to-dead-end) воздушной линии электропередач, где установленный анкерный участок воздушной линии электропередачи содержит:

первую и вторую концевые опоры;

по меньшей мере одну промежуточную опору (также называемую "опора линии электропередач" (tangent tower)) между первой и второй концевыми опорами;

натяжной участок проводника воздушной линии электропередачи, имеющий длину по меньшей мере 100 метров и имеющий первый конец, присоединенный к первой концевой опоре, и второй конец, присоединенный ко второй концевой опоре, где способ включает стадии, на которых:

обеспечивают первую и вторую концевые опоры;

обеспечивают по меньшей мере одну (в некоторых вариантах исполнения по меньшей мере 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 50, 75, или даже по меньшей мере 100) промежуточную опору (опор) между первой и второй концевыми опорами;и

выбирают натяжной участок проводника воздушной линии электропередачи, имеющий первый и второй концы и длину, равную по меньшей мере 100 метров (в некоторых вариантах исполнения по меньшей мере 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1500, 1800, 2100, 2400, 2700, 3000, 5000, 10000, 15000, 20000, 25000, или даже по меньшей мере примерно 30000 метров), причем натяжной участок проводника воздушной линии электропередачи включает по меньшей мере первую и вторую последовательные субсекции натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи, где первая субсекция натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи имеет первый коэффициент термического расширения (например, в интервале значений от нуля до 25×10^-6/°C в некоторых вариантах исполнения - в интервале значений от 8×10^-6/°C до 20×10^-6/°C, или даже от 14×10^-6/°C до 20×10^-6/°C), первую плотность (например, в интервале значений от 1,4 г/см³ до 20 г/см³, в некоторых вариантах исполнения, в интервале значений от 2,7 г/см³ до 3,6 г/см³, или даже в интервале значений от 2,2 г/см³ до 4,5 г/см³), первую зависимость напряжение-деформация и первую площадь поперечного сечения, где вторая субсекция натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи имеет второй коэффициент термического расширения (например, в интервале значений от нуля до 25×10^-6/°C в некоторых вариантах исполнения - в интервале значений от 8×10^-6/°C до 20×10^-6/°C, или даже от 14×10^-6/°C до 20×10^-6/°C), вторую плотность (например, в интервале значений от 1,4 г/см³ до 20 г/см³, в некоторых вариантах исполнения - в интервале значений от 2,7 г/см³ до 3,6 г/см³, или даже в интервале значений от 2,2 г/см³ до 4,5 г/см³), вторую зависимость напряжение-деформация и вторую площадь поперечного сечения, где преднамеренно (т.е. путем целенаправленного выбора на основе по меньшей мере одного из следующих свойств для обеспечения определенных желательных результатов) по меньшей мере одна пара значений из (а) первого и второго коэффициентов термического расширения, (b) первой и второй плотностей, (с) первой и второй зависимостей напряжение-деформация, или (d) площадей поперечного сечения, при температуре в интервале значений от 20°C до 75°C (в некоторых вариантах исполнения - в интервале значений от 25°C до 75°C, от 20°C до 100°C, от 25°C до 100°C, от 20°C до 125°C, от 25°C до 125°C, от 20°C до 150°C, от 25°C до 150°C, от 20°C до 175°C, от 25°C до 175°C, от 20°C до 200°C, от 25°C до 200°C, от 20°C до 225°C, от 25°C до 225°C, от 20°C до 240°C, от 25°C до 240°C, от 0°C до 75°C, от 0°C до 100°C, от 0°C до 200°C, от 0°C до 300°C, от -40°C до 100°C, от -40°C до 200°C, от или даже -40°C до 300°C), различаются между собой таким образом, что по меньшей мере в интервале температур от 20°C до 75°C (в некоторых вариантах исполнения - в интервале значений от 25°C до 100°C, от 25°C до 125°C, от 25°C до 150°C, от 25°C до 175°C, от 25°C до 200°C, от 25°C до 210°C, от 25°C до 220°C, от 25°C до 230°C, от 25°C до 240°C, от 25°C до 250°C, от 25°C до 275°C, от 25°C до 300°C), с увеличением электрического тока в натяжном участке проводника воздушной линии электропередачи, натяжение проводника второй субсекции воздушной линии электропередачи является более высоким (в некоторых вариантах исполнения на по меньшей мере 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10% или даже на по меньшей мере 15%) по сравнению с натяжением второй субсекции натяжного участка воздушной линии электропередачи в таких же условиях, но когда весь проводник анкерного участка состоит только из проводника второй субсекции натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи; и

устанавливают выбранный натяжной участок проводника воздушной линии электропередачи, где первый и второй концы натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи присоединены к первой и второй концевым опорам, соответственно, и по меньшей мере часть последовательных субсекций натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи поддерживается промежуточной опорой.

В некоторых вариантах исполнения первая, вторая или любая дополнительная последовательные субсекции натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи содержат композитный (например, композиты из алюминия (включая алюминиевые сплавы) и полимерной матрицы) сердечник. В некоторых вариантах исполнения первая, вторая или любая дополнительная последовательные субсекции натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи содержит инварный (т.е. из железного сплава, содержащего железо, никель и, необязательно, другие элементы, такие как хром, титан и углерод, где железный сплав имеет коэффициент термического расширения меньший, чем линейная комбинация его составляющих) сердечник. В некоторых вариантах исполнения имеется по меньшей мере одна (в некоторых вариантах исполнения - по меньшей мере 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 50, 75 или даже по меньшей мере 100) промежуточных опор, расположенных между первой и второй концевыми опорами.

В другом аспекте настоящее изобретение предусматривает анкерный участок воздушной линии электропередачи, содержащий:

первую и вторую концевые опоры;

по меньшей мере одну (в некоторых вариантах исполнения по меньшей мере 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 50, 75 или даже по меньшей мере 100) промежуточную опору (опор) между первой и второй концевыми опорами;

натяжной участок проводника воздушной линии электропередачи, имеющий первый конец, присоединенный к первой концевой опоре, и второй конец, присоединенный ко второй концевой опоре, натяжной участок проводника воздушной линии электропередачи включает по меньшей мере первую и вторую последовательные субсекции натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи, где первая субсекция натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи имеет по меньшей мере один из композитного (например, композиты алюминия (включая алюминиевые сплавы) и полимерной матрицы) сердечника или инварного сердечника, первый коэффициент термического расширения (например, в интервале значений от нуля до 25×10^-6/°C в некоторых вариантах исполнения - в интервале значений от 8×10^-6/°C до 20×10^-6/°C или даже от 14×10^-6/°C до 20×10^-6/°C), первую плотность (например, в интервале значений от 1,4 г/см³ до 20 г/см³, в некоторых вариантах исполнения - в интервале значений от 2,7 г/см³ до 3,6 г/см³ или даже в интервале значений от 2,2 г/см³ до 4,5 г/см³), первую зависимость напряжение-деформация и первую площадь поперечного сечения, где вторая субсекция натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи имеет второй коэффициент термического расширения (например, в интервале значений от нуля до 25×10^-6/°C; в некоторых вариантах исполнения - в интервале значений от 8×10^-6/°C до 20×10^-6/°C или даже от 14×10^-6/°C до 20×10^-6/°C), вторую плотность (например, в интервале значений от 1,4 г/см³ до 20 г/см³, в некоторых вариантах исполнения - в интервале значений от 2,7 г/см³ до 3,6 г/см³ или даже в интервале значений от 2,2 г/см³ до 4,5 г/см³), вторую зависимость напряжение-деформация и вторую площадь поперечного сечения, где по меньшей мере одна пара значений из (а) первого и второго коэффициентов термического расширения, (b) первой и второй плотностей, (с) первой и второй зависимостей напряжение-деформация или (d) площадей поперечного сечения, при температуре в интервале значений от 20°C до 75°C (в некоторых вариантах исполнения - в интервале значений от 25°C до 75°C, от 20°C до 100°C, от 25°C до 100°C, от 20°C до 125°C, от 25°C до 125°C, от 20°C до 150°C, от 25°C до 150°C, от 20°C до 175°C, от 25°C до 175°C, от 20°C до 200°C, от 25°C до 200°C, от 20°C до 225°C, от 25°C до 225°C, от 20°C до 240°C, от 25°C до 240°C, от 0°C до 75°C, от 0°C до 100°C, от 0°C до 200°C, от 0°C до 300°C, от -40°C до 100°C, от -40°C до 200°C или даже -40°C до 300°C), различаются между собой таким образом, что, по меньшей мере в интервале температур от 20°C до 75°C (в некоторых вариантах исполнения - в интервале значений от 25°C до 100°C, от 25°C до 100°C, от 25°C до 125°C, от 25°C до 150°C, от 25°C до 175°C, от 25°C до 200°C, от 25°C до 210°C, от 25°C до 220°C, от 25°C до 230°C, от 25°C до 240°C, от 25°C до 250°C, от 25°C до 275°C, от 25°C до 300°C), с увеличением электрического тока в натяжном участке проводника воздушной линии электропередачи, натяжение проводника второй субсекции воздушной линии электропередачи является более высоким (в некоторых вариантах исполнения - на по меньшей мере 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10% или даже на по меньшей мере 15%) по сравнению с натяжением второй субсекции натяжного участка воздушной линии электропередачи в таких же условиях, но когда весь проводник анкерного участка состоит только из проводника второй субсекции натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи.

В некоторых вариантах исполнения натяжной участок проводника воздушной линии электропередачи имеет длину, равную по меньшей мере 100 метрам (в некоторых вариантах исполнения - по меньшей мере 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1500, 1800, 2100, 2400, 2700, 3000, 5000, 10000, 15000, 20000, 25000 или даже по меньшей мере примерно 30000 метров). В некоторых вариантах исполнения имеется по меньшей мере одна (в некоторых вариантах исполнения - по меньшей мере 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 50, 75 или даже по меньшей мере 100) промежуточных опор, расположенных между первой и второй концевыми опорами.

Проводники воздушных линий электропередачи, состоящие из композитных сердечников с алюминиевой матрицей, например, типично являются желательными для использования в линиях электропередачи, потому что они обеспечивают большую допустимую токовую нагрузку, чем проводники воздушных линий электропередачи, состоящие из, например, проводников со стальным сердечником, а также уменьшенное провисание при такой же площади поперечного сечения, как у проводников со стальным сердечником. В результате проводник воздушных линий электропередачи, состоящий из композитных сердечников с алюминиевой матрицей, может быть использован для увеличения зазора под линией передачи и/или для работы при более высокой температуре, и, таким образом, пропускания большего по величине тока. Однако поскольку проводники воздушных линий электропередачи, состоящие из композитных сердечников с алюминиевой матрицей, обычно являются более дорогими, чем проводники воздушных линий электропередачи, состоящие из стальных сердечников, может быть желательно использовать проводники воздушных линий электропередачи, состоящие из композитных сердечников с алюминиевой матрицей, только на отрезках анкерного участка, требующих меньшего провисания, для поддержания желательного или требуемого зазора.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает пример перехода с большими пролетами для воздушной линии электропередачи в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 и 3 представляют собой блок-схемы, иллюстрирующие примеры процессов выбора пригодной конфигурации проводника для воздушной линии электропередачи.

Фиг.4 изображает пример воздушной линии электропередачи в соответствии с настоящим изобретением с указанием переменных, описанных в Уравнении 1.

Детальное описание

Фиг.1 представляет собой пример перехода с большими пролетами для воздушной линии электропередачи в соответствии с настоящим изобретением, изображающий воздушную линию электропередач 10, пересекающую реку 30, с разными проводниками 20, 22 и 24. Воздушная линия электропередач состоит из двух концевых опор, 12 и 18, двух промежуточных опор 14 и 16, двух гирлянд изоляторов 26 и 28, соединяющих проводник с промежуточными опорами, и трех пролетов проводников. Пролеты проводника 20 и 24 являются проводником одного типа, и пролет проводника 22 является проводником типа, отличного от проводников 20 и 24. Пролет проводника 22 называется пролетом перехода или предельным пролетом. Пролеты проводника 20 и 24 называются непредельными пролетами.

Расстояние между двумя концевыми опорами называется анкерным участком. Расстояние между двумя соседними башенными опорами, будь то промежуточные или концевые опоры, называется пролетом. Субсекции натяжного участка представляют собой определенные отрезки анкерного участка линии передачи, которые включают проводник только одного типа. Эти субсекции натяжного участка могут охватывать больше или меньше одного пролета между двумя соседними башенными опорами, и две разные субсекции натяжного участка могут стыковаться в пролете или на башенной опоре. Конфигурация проводника определяет множество натяжных субсекций анкерного участка линии передачи (например, какая часть анкерного участка линии передачи состоит из проводника каждого типа). В качестве примера: две натяжные субсекции, составляющие часть воздушной линии электропередачи, могут стыковаться в пролете или в узле крепления башенной опоры.

Ряд приспособлений известен специалистам и используется для облегчения соединения секций проводника и крепления проводника на башенных опорах. Например, устройства концевой заделки (также называемые "анкерными креплениями") и соединительные муфты (также называемые "устройствами для сращивания проводников в пролетах" или полнонатяжные сращивающие устройства/соединительные муфты) являются коммерчески доступными, например, от фирмы Alcoa Conductor Accessories (АСА), Spartanburg, SC и Preformed Line Products (PLP), Cleveland, ОН. Хотя конкретная конструкция проводников будет зависеть от желательных характеристик всего анкерного участка, типично, приспособления для анкерного крепления присоединяют проводник к башенным опорам.

Концевые опоры (опорные конструкции) обычно не обеспечивают возможности продольного перемещения проводника. Между анкерными опорами висячие конструкции поддерживают проводник вертикально. Проводник крепится к промежуточной опоре через гирлянду изоляторов (типично, подвесные гирлянды изолированных керамических дисков). Один конец гирлянды изоляторов крепится к промежуточной опоре и другой конец гирлянды изоляторов крепится к проводнику. Это последнее крепление называется узлом крепления проводника. При изменении натяжения проводника гирлянда изоляторов, поворачиваясь на узле крепления промежуточной опоры, будет натягивать проводник и продольно перемещать узел крепления проводника для уравновешивания возникающих сил. Это движение называется отклонением изоляторов. Изменения натяжения проводника между пролетами на промежуточной опоре нормально уравновешиваются отклонением изоляторов. Изоляторы отклоняются от пролета с меньшим натяжением в сторону пролета с более высоким натяжением для уравнивания натяжения между пролетами. Это приводит к уменьшению натяжения в пролете с более высоким натяжением, увеличивая провисание в этом пролете.

В обычных конструкциях, когда один и тот же проводник устанавливается в пролетах равной длины по обе стороны промежуточной опоры, изменение натяжения будет одинаковым для обоих проводников и узел крепления проводника не будет двигаться. Если один пролет длиннее другого, то натяжение будет уменьшаться быстрее в коротком пролете. Узел крепления проводника будет тогда смещаться в сторону длинного пролета.

Типично один тип проводника используется для всего анкерного участка, от одного анкерного крепления до другого. Если анкерный участок представляет собой переход с большими пролетами, то пролет перехода типично является предельным пролетом. Это означает, что при нагреве проводника пролет перехода будет первым достигать максимально допустимого провисания. Иногда желательно использовать разные размеры, конструкции и/или материалы проводников для таких переходов с большими пролетами. Например, может быть желательно заменить существующие переходы с большими пролетами на проводник меньших размеров, изготовленный из материалов с улучшенными характеристиками, таких как проводник из армированного композита с алюминиевой матрицей ("ACCR"), детальнее описанный ниже. Хотя заменяющий проводник может быть меньше существующего проводника, он может быть способен проводить большую мощность вследствие работы при более высокой температуре, чем существующий проводник. Такие улучшенные эксплуатационные характеристики могут быть достигнуты путем замены всего анкерного участка между анкерными креплениями на такой один тип проводника.

Неожиданно было обнаружено, что благодаря выбору для непредельных пролетов проводников типов, отличных от используемых для предельного пролета, такого как на Фиг.1, могут быть достигнуты еще лучшие эксплуатационные характеристики, чем при исполдьзовании одного типа проводника. В случае примера воздушной линии электропередач в соответствии с настоящим изобретением, изображенной на Фиг.1, более низкотемпературный, имеющий большие размеры и более тяжелый проводник, изготовленный из недорогих материалов, может быть использован для непредельных пролетов, в то время как имеющий меньшие размеры облегченный проводник, изготовленный из имеющих высокие характеристики и относительно более дорогих материалов, может быть использован для предельного пролета. Такой тип конфигурации проводника будет желательным при модернизации, когда общая механическая нагрузка комбинации нового и существующих проводников не превышает расчетной нагрузки конструкций и поддерживаются требуемые или желательные зазоры во всех пролетах.

Использование разных типов проводников в воздушной линии электропередачи может быть желательной, например, из-за стоимости (т.е. могут быть также использованы менее дорогие проводники взамен использования материалов, обладающих высокими характеристиками на всем анкерном участке) и эксплуатационных характеристик (т.е. могут быть выбраны комбинации проводников для достижения более высоких характеристик, чем те, которые могут быть достигнуты при использовании одного типа проводника). Желательные характеристики могут иметь вид, например, увеличенного зазора по сравнению с обычной конструкцией с одним типом проводника, повышенной допустимой нагрузки по току по сравнению с обычной конструкцией с одним типом проводника или уменьшенных механических нагрузок на конструкции или проводник по сравнению с обычной конструкцией с одним типом проводника. Также может быть достигнута комбинация таких желательных эксплуатационных свойств.

Может быть желательно выбрать разные проводники для конкретной линии передачи или ее части (например, переход через реку, переход через шоссе или переход через какой-либо другой топографический объект). Фиг.2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример процесса 100 выбора проводников и натяжения при установке, которые будут обеспечивать минимальное провисание при использовании в выбранной воздушной линии электропередач. На этапе 102 проводник выбирают из базы данных проводников для определения проводника, удовлетворяющего требованиям к допустимой токовой нагрузке (этап 104). Записывают максимальную рабочую температуру для выбранного проводника при требуемой допустимой токовой нагрузке. Если проводник не обеспечивает допустимой токовой нагрузки, необходимой для воздушной линии электропередачи, то из базы данных выбирают другой проводник. Если проводник соответствует требованиям к допустимой токовой нагрузке, то проводник сохраняют в списке отобранных проводников и записывают минимальную рабочую температуру допустимой токовой нагрузки для проводника (этап 106). На этапе 107 анализируют список проводников и, если требуются еще проводники, выполняют дополнительные повторения этапов 102-106. Если дополнительные проводники для оценки не требуются, то на этапе 108 выбирают по меньшей мере пару проводников из списка отобранных проводников и выбирают низкое натяжение при установке (этап 110), например, 8% прочности на разрыв менее прочного из проводников.

Может быть создана модель анкерного участка для данного натяжения при установке, и рассчитывают длину проводников в ненапряженном состоянии для каждого пролета. Для простоты можно принять, что разные типы проводников устанавливают с одинаковым натяжением и что связанные с ними подвесные гирлянды изоляторов первоначально являются вертикальными. Может быть желательной установка зажимов проводников со смещением (т.е. невертикальные гирлянды изоляторов), которая может быть включена в модель. Затем моделируются механические характеристики проводников (включая натяжение) в разных условиях, как требуется в принятой инженерно-конструкторской практике (например, предельный холод, гололедная и ветровая нагрузка) (этап 112). Механические нагрузки для этой модели оцениваются на этапе 114. Если оказывается, что механические нагрузки являются неприемлемыми при первой итерации определения натяжения при установке, то этап 108 повторяют и выбирают другой набор проводников. Если будет определено, что механические нагрузки являются приемлемыми, то натяжение при установке увеличивают с небольшим шагом (например, примерно 10Н) (этап 116) и моделируют механические характеристики проводников (этап 112), проводя повторную проверку на нежелательную механическую нагрузку. Если на этапе 114 механическая нагрузка является неприемлемой и это не является первой итерацией определения натяжения при установке (этап 118), то возвращаются (этап 120) к предыдущему значению - натяжение при установке с этапа 116. Результаты моделирования, полученные при использовании максимально допустимого натяжения, могут быть использованы для оценки провисания в каждом пролете и определения того, были ли выполнены расчетные требования по провисанию (этап 122). Если провисание является приемлемым, то данная комбинация проводников и натяжения может быть сохранена в качестве возможного варианта (этап 124). Если провисание является неприемлемым, то данная комбинация проводников может быть отброшена и этап 108 повторяют для выбора другого набора проводников.

Этап 108 может быть повторен много раз, при необходимости, с разными наборами проводников, до тех пор, пока не будут проанализированы различные, в некоторых случаях все комбинации. После проведения анализа различных комбинаций пользователь может рассмотреть все возможные варианты комбинаций, сохраненные на этапе 124, и определить, какие из них имеют наиболее пригодные (включая наиболее желательные или наилучшие) свойства для данной области применения, например, комбинации, имеющие наименьшее провисание на переходах с большими пролетами.

Процесс 100 может быть модифицирован для определения комбинаций проводников, удовлетворяющих различным проектным параметрам (например, для обеспечения наибольшего электрического тока или наименьшей стоимости). Например, Фиг.3 изображает блок-схему для примера процесса определения комбинации проводников, обеспечивающей наибольшую допустимую токовую нагрузку. Процесс аналогичен изображенному на Фиг.2, за исключением того, что добавлены дополнительные повторы для определения максимально допустимой рабочей температуры проводника для предварительно отобранных вариантов проводников. На Фиг.3 изображен пример процесса 200 выбора проводников и величины натяжения при установке, обеспечивающие максимально допустимую токовую нагрузку при использовании в выбранной воздушной линии электропередач. На этапе 202, проводник выбирают из базы данных проводников для определения проводника, соответствующего требованиям к минимальной допустимой токовой нагрузке (этап 204). Записывают рабочую температуру для выбранного проводника при требуемой минимально допустимой токовой нагрузке. Если проводник не обеспечивает минимально допустимой токовой нагрузки, необходимой для воздушной линии электропередачи, из базы данных выбирают другой проводник. Если проводник соответствует требованиям к минимальной допустимой токовой нагрузке, проводник сохраняют в списке отобранных проводников и записывают рабочую температуру минимальной допустимой токовой нагрузки для проводника (этап 206). На этапе 207 анализируют список проводников и, если требуются еще проводники, проводят дополнительное повторение этапов 202-206. Если для оценки дополнительные проводники не требуются, то на этапе 208 из списка отобранных проводников выбирают по меньшей мере пару проводников и выбирают низкое натяжение при установке (этап 210), например, 8% прочности на разрыв менее прочного из проводников.

Может быть создана модель анкерного участка для заданного натяжения при установке, и рассчитывают длину проводников в ненапряженном состоянии для каждого пролета. Для простоты можно принять, что разные типы проводников устанавливают с одинаковым натяжением и что связанные с ними подвесные гирлянды изоляторов сначала ориентированы вертикально. Установка зажимов проводников со смещением (т.е. невертикальные гирлянды изоляторов) может быть желательной и может быть предусмотрена. Затем моделируются механические характеристики проводников (включая натяжение) в разных условиях, в соответствии с требованиями принятой инженерно-конструкторской практики (например, экстремальный холод, гололедная и ветровая нагрузка) (этап 212), Механические нагрузки для этой модели оцениваются на этапе 214. Если определенные механические нагрузки являются неприемлемым при первой итерации определения натяжения при установке, то этап 108 повторяют и выбирают другой набор проводников. Если механические нагрузки будут найдены приемлемыми, то натяжение увеличивают с небольшим шагом (этап 216) и моделируют механические характеристики проводников (этап 212), проводя повторную проверку на нежелательную нагрузку. Если на этапе 214 механическая нагрузка является неприемлемой и это не является первой итерацией определения натяжения при установке (этап 218), то возвращаются (этап 220) к предыдущему значению натяжения при установке с этапа 216. Результаты моделирования, полученные с использованием максимально допустимого натяжения, могут быть использованы для оценки провисания для каждого пролета и определения того, были ли выполнены расчетные требования к провисанию (этап 222). Если провисание является неприемлемым и это является первой итерацией оценки провисания (этап 226), то данная комбинация проводников может быть отброшена и этап 208 повторяют для выбора другого набора проводников. Если провисание является приемлемым, то рассчитывают новую рабочую температуру для небольшого увеличения тока (например, примерно 5 ампер) (этап 224). Используя эту новую рабочую температуру, проводят повторную оценку провисания. Этот процесс пошагового увеличения тока и повторной оценки провисания повторяют до тех пор, пока провисание не перестанет быть приемлемым. Последняя комбинация проводников и тока с приемлемым провисанием (этап 228) может быть сохранена в качестве возможного варианта (этап 230).

Этап 208 может быть повторен многократно, при необходимости, с разными наборами проводников до тех пор, пока не будет проведена оценка различных, в некоторых случаях всех комбинаций. После проведения оценки различных комбинаций пользователь может рассмотреть все отобранные варианты комбинаций, сохраненные на этапе 230, и определить, которые из них обладают наиболее пригодными (включая наиболее желательные или наилучшие) свойствами для данных условий применения, например, наибольшей допустимой токовой нагрузкой для переходов с большими пролетами.

Разные исходные данные, которые могут использоваться в процессе принятия решения для определения возможных пар проводников, обеспечивающих пригодные комбинации, включают: базу данных свойств проводников, которая содержит данные, характеризующие проводники и рабочие параметры проводников (в частности, эта база данных проводников содержит иллюстративные данные, приведенные в Таблице 1 ниже, для каждого рассматриваемого проводника), длины пролетов для анкерного участка, высоты узлов крепления для существующих и/или планируемых башенных опор и изоляторов, длину подвески гирлянд изоляторов для существующих и/или планируемых конструкций, требования к величине зазора (типично установленные соответствующими электротехническими нормативами), погодные условия для расчета допустимой токовой нагрузки (например, типа данных, приведенных в Таблице 2; это погодные условия, используемые для определения допустимой нагрузки по току для проводника при данной рабочей температуре или, альтернативно, рабочей температуры при данной токовой нагрузке).

Таблица 1
Площадь поперечного сечения
Наружный диаметр
Удельный вес
Предел прочности на разрыв
Предельный модуль упругости
Коэффициент термического расширения
Сопротивление при 25°C
Сопротивление при 75°C
Коэффициент излучения
Коэффициент поглощения солнечного излучения
Теплоемкость наружных жил проводника
Теплоемкость сердечника

Таблица 2
Широта
Атмосфера
Солнечное время
Азимут линии
Температура воздуха
Скорость ветра
Направление ветра относительно проводника
Высотная отметка проводника
Установившийся ток

Нагрузки в сложных погодных условиях представляют собой условия, используемые проектировщиками линии передачи для представления наихудшей погоды, которая вероятно может ожидаться для линии передачи. Такие погодные условия типично включают наибольшую скорость ветра, самую низкую температуру и самое сильное обледенение. Часто также рассматриваются комбинации низкой температуры воздуха, льда и ветра. Допустимые нагрузки на проводник, которые обычно устанавливаются строительными или электротехническими нормативами, инженерно-конструкторской практикой или предприятием, эксплуатирующим линии электропередач, могут быть выражены в виде абсолютного натяжения проводника (например, 12000 фунтов (53376 Н)) или, например, в процентах от номинальной прочности на разрыв проводника (например, 40% номинальной прочности на разрыв). Допустимые нагрузки для башенных опор типично устанавливаются на основе несущей способности существующих и/или предлагаемых башенных опор. Допустимые отклонения изоляторов типично устанавливаются на основе электрического напряжения линии передачи, конструкции башенных опор и размеров гирлянд изоляторов.

Для определения приемлемости провисаний, натяжения и отклонения изоляторов может быть смоделирована воздушная линия электропередач и определены провисание, натяжение и отклонение изоляторов. На Фиг.4 изображен пример воздушной линии электропередачи в соответствии с настоящим изобретением 40, пересекающей реку 50, с тремя пролетами с разными примыкающими проводниками 48а (левый пролет), 49 (центральный пролет) и 48b (правый пролет), иллюстрирующий разные переменные воздушной линии электропередач.

Уравнение 1 ниже является примером математической матрицы для трехпролетной конфигурации, изображенной на Фиг.4, где проводники 48а и 48b являются идентичными и проводник 49 отличается от проводников 48а и 48b.

Где L_ins обозначает длину гирлянд изоляторов. T_h обозначает горизонтальный компонент натяжения, W_s обозначает вес проводника 48а/b, выраженный в массе/единицу длины. W_c обозначает вес проводника 49, выраженный в массе/единицу длины, a_s обозначает коэффициент термического расширения для проводника 48а/b, a_c обозначает коэффициент термического расширения для проводника 49, Δ_Ts обозначает модуль упругости для проводника 48а/b, E_s обозначает модуль упругости для проводника 49, Δ_Ts обозначает изменение температуры проводника 48а/b от состояния с нулевым напряжением, Δ_Tc обозначает изменение температуры проводника 49 от состояния с нулевьм напряжением, L₁ обозначает длину проводника в ненапряженном состоянии в пролете 45, L₂ обозначает длину проводника в ненапряженном состоянии в пролете 46, L_З обозначает длину проводника в ненапряженном состоянии в пролете 47, θ₁ обозначает угол отклонения изолятора от нормального положения (т.е. перпендикулярного к горизонту) в направлении по часовой стрелке на второй башенной опоре, и θ₂ - угол отклонения изолятора от нормального положения (т.е. перпендикулярного к горизонту) в направлении по часовой стрелке на третьей башенной опоре.

Уравнение 1 представляет собой пример способа определения параметров, таких как натяжение проводника и отклонение изоляторов, при изменении рабочей температуры для примера трехпролетного перехода, изображенного на Фиг.4. На основании результатов Уравнения 1 может быть определено провисание каждого пролет