CC BY
26
УДК 621.315.24
ЦУРАК С.М., старший викладач (Навчально-науковий професюнально-педагопчний iнститут УИПА, м. Артемiвськ).
Рекомендации по модернизации городских распределительных линий электропередач
Актуальность
Рост энергопотребления бытовым сектором, его особенности и изношенность электросетей 0,4 кВ, не выполнение годового графика текущих и капитальных ремонтов, [1], обусловили необходимость в немедленной реконструкции городских сетей. Интенсивное строительство на Украине сетей с применением самонесущих изолированных проводов (СИП) в течение последних 10 лет выявило ряд серьезных проблем, связанных с проектированием, монтажом и эксплуатацией этих линий.
Анализ публикаций
В работе[1] проанализированы возможные альтернативы сталеалюминиевым проводам в обеспечении СЭС городов Украины при проведении их модернизации. Рассмотрены особенности прокладки СИП по опорам и зданиям, рассчитана механическая надежность СИП с точки зрения возможности использования ранее установленных опор. В работе [2] показан опыт эксплуатации СИП к Крымском регионе.
В работе [3] приведена сравнительная характеристика СИП, выпускаемого российскими и зарубежными заводами -изготовительями. В работе [4] рассмотрена четырехпроводная система СИП, в которой отсутствует несущий нулевой провод. В работе [5] показан опыт применения технологии СИП в г.Воронеже.
Основной материал
Многолетний опыт строительства и эксплуатации воздушных линий 0,4 кВ на Украине, недостаточная надежность традиционных распределительных сетей с «голыми» проводами, необходимость постоянной разработки мероприятий по повышению надежности и уменьшению количества аварийных отключений, высокие трудозатраты и эксплуатационные расходы подчеркивают преимущества линий с изолированными и защищенными изоляцией проводами.
Внедрение СИП позволило повысить надежность воздушных линий электропередач (ВЛЭП), использовать новые опоры меньшей высоты, а также сократить безопасное расстояние до инженерных сооружений. Обслуживание ВЛЭП стало более безопасным, т.к. СИП-ы позволяют вести обслуживание линий под напряженим. В СИП-ах исключена возможность коротких замыканий между проводами и землей, что повышает пожа-робезопасность линии, а также обеспечивает бесперебойность электроснабжения. При этом изменяются такие характеристики ВЛЭП:
- снижается падение напряжения из-за малого значения реактивного
сопротивления (0,1 Ом/км по сравнению с 0,35 Ом/км для неизолированных проводов);
- не менее чем на 30% уменьшается влияние гололедно - ветровых нагрузок на несущие опоры;
- снижается вероятность хищения электроэнергии и разрушения ВЛЭП;
- уменьшается необходимая ширина вырубаемой просеки при строительстве ВЛЭП в лесных массивах.
Несмотря на то, что первые СИП появились более 20 лет назад, практическое применение таких проводов в отечественной энергетике начато относительно недавно, не более 10 лет назад, поэтому не приобретен достаточный опыт эксплуатации проводов типа СИП.
Опыт эксплуатации воздушных изолированных линий для передачи электроэнергии в пределах городов Донбасского региона показывает, что применение СИП для городских воздушных линий целесообразно. Их использование позволяет повысить их надежность и безопасность, а также снижает эксплуатационные издержки, связанные с обслуживанием линий. Но данные эксплуатации СИП-ов показали, что попытки воровства электроэнергии путем «набрасывания на провода» приводят к перекрытию между фазами и режимам короткого замыкания. Было установлено, что выполнение воздушных линий (ВЛ) и ответвлений к домам СИПами и установка новых электронных приборов учета не исключают на 100% возможности отбора (воровства) электроэнергии, возможно хищение электроэнергии непосредственно с опор магистральных линий.
Климатические условия Донецкого региона определяют достаточно широкий диапазон температурных колебаний ± 40°С. При эксплуатации голых проводов марки АС мы обязаны учитывать влияние этого температурного фактора на надежность работы ВЛЭП, так как коэффициенты линейного расширения алюминиевого и стального компонента провода различны. Как показывает статистика, на Украине только в 2000 году повреждаемость ВЛЕП-0,4 кВ достигает 5 %. Основные причины аварий связаны с температурными изменениями, что также влияет на надежность энергосистемы в целом и
должно учитываться при оценке потерь электроэнергии.
Согласно исследованиям отечественных и зарубежных авторов, СИП-ы практически не восприимчивы к температурным изменениям, поэтому мы рекомендуем применение СИП-ов в регионах со значительными годовыми температурными колебаниями. Так же целесообразно рассмотрение возможности использования СИП-ов для городских электрических сетей напряжением 6 и 10 кВ. Наши исследования также показали, что нет достоверных данных об устойчивости работы изоляции СИП-ов в условиях повышенной влажности, что может внести некоторые ограничения в их использования в регионах, расположенных вблизи морских побережий и берегов рек. Также следует помнить, что в прибрежных зонах при внедрении технологии СИП обязательно применение арматуры и элементов монтажа, не содержащих деталей, подвергающихся коррозии.
Эксплуатация воздушных изолированных линий (ВЛИ) зависит от ряда факторов:
— проектирование;
— правильный выбор несущей и крепежной аппаратуры;
— правильный выбор прокалывающих зажимов;
— монтаж СИП.
Так, в прибрежном районе Крымского региона, ВЛИ смонтирована проводом СИП 4х25 на стальных стойках. Для крепления провода используют анкерные зажимы SO - 80, на корпусах которых через три года появились следы коррозии (коричневый налёт), [2]. Из всех деталей этого зажима корродировать могут лишь стягивающие зажим болт с гайкой и шайбой, изготовленные из стали с защитным покрытием, выполненным горячим цинкованием. Можно предположить, что при монтаже зажима, во время стягивания болта с гайкой, в их резьбовых частях частично разрушается цинковое покрытие. Отсюда на стальной детали и может
начаться коррозия, которая постепенно охватывает всё большую поверхность под действием влаги.
В настоящее время нет однозначного мнения, какую арматуру лучше применять для городских сетей. Мы считаем, что при выборе арматуры, так же как и проводов СИП, необходимо учитывать как температурные условия региона, так и влажность. Не менее важным является вопрос стоимости материалов. Импортная арматура для СИП очень дорогая. Применение черного литья с цинковым покрытием вместо цветного металла для кронштейнов основных зажимов (анкерный и поддерживающий кронштейны изготовлены из алюминиевых сплавов) значительно снизило бы их стоимость, [5]. Также можно было бы упростить конструкцию некоторых элементы арматуры без потери их функциональных свойств, что также могло бы привести к ее удешевлению. Так, например, вместо подвижного фиксатора, установленного на поддерживающем зажиме в центральной его части, выполненного в виде шарнирного колена, можно было бы применить обыкновенный пластмассовый бандаж («ремешок»).
В районах с повышенной влажностью рекомендуется применять ответви-тельные прокалывающие зажимы, отвечающие требованиям герметичности и выдерживающими напряжения 10 кВ даже под водой. Только такие зажимы длительное время смогут защищать места проколов СИП и зоны контактирования алюминиевых жил СИП с контактными пластинами зажимов от агрессивного воздействия солесодержащих испарений в морском воздухе. Здесь неплохо могут служить такие ответвительные зажимы, как Р2 R 95, ЕР95-13, Р 3Х95, Р4Х95, Р2 R 150, которые хорошо себя зарекомендовали во многих странах и в регионах Украины и России
Кроме того, в импортной арматуре замечены некоторые конструктивные недостатки, [5]:
- отверстия в кронштейнах сделаны
под болты М14 или М16. Такие кронштейны очень трудно крепить к стене с помощью отечественных дюбелей, рассчитанных на применение болтов с максимальным размером М10;
- увеличенное первое ребро жесткости на корпусе анкерного зажима EA 1500 (Simel) со стороны крепления гибкого элемента усложняет монтаж;
- анкерный зажим EA 1500 (Simel) надежно фиксирует несущую нейтраль сечением 35 мм и 50 мм , а при монтаже нейтрали сечением 70 мм надежность фиксации снижается;
- недостаточно надежным в прочностном отношении проявил себя зажим для проводов абонентов РА 25 (Simel), корпус которого при больших нагрузках расходится, что снижает эффективность клинового зажима провода. В этом смысле предпочтительней выглядит анкерный зажим DN 123 (Niled), имеющий несколько иную конструкцию корпуса и клиньев;
- слабой оказалась скрепа А200 (Simel), которая при относительно больших нагрузках расходится, снижая прочность узла крепления арматуры. В этом смысле гораздо предпочтительнее выглядит скрепа NB20 (Niled). Хорошо себя проявила при монтаже и в процессе эксплуатации скрепа СМ 20 (Старинфо), работающая совместно с лентой ЛМ 20 (Старинфо).
Следует указать и основные недостатки используемого монтажного инструмента:
1) Высокая стоимость, как и в случае с арматурой. К сожалению, отечественных аналогов нет.
2) Малый срок службы. Особо этот недостаток касается лентонатяжителя винтового типа, резьба на винте которого стирается в течение одного года и при дальнейшей эксплуатации не обеспечивает достаточные усилия при затяжке узлов крепления. Также быстро выходят из строя ножи для снятия изоляции (срок службы - до одного года).
В 1989 г. были предприняты попыт-
ки организовать изготовление арматуры и инструмента, но при анализе металлов стало понятно, что необходимые компоненты для изготовления ряда деталей в Украине и России отсутствуют вообще и качественной замены им нет. Замена металлов вызвало бы изменение конструкции, увеличение веса, снижение срока службы. Эта проблема разрешима только при активном участии отечественных ученых, а до тех пор неизбежно применение арматуры и инструмента иностранного производства, несмотря на его высокую стоимость.
Утверждения некоторых отечественных производителей об освоении технологии выпуска линейной арматуры и инструмента, по качеству не уступающих зарубежным аналогам, несколько преувеличены. Нормальная арматура для самонесущих изолированных проводов на Украине не выпускается, инструмент, к сожалению, тоже.
Если же говорить о проводах СИП, то, по нашему мнению, в настоящее время отечественные заводы, производящие СИП, не имеют четко сформулированной технической политики и отработанной технологии по выпуску провода. Например, на росийских заводах в качестве самонесущего проводника СИП используют сталеалюминиевый провод и покрывают его изоляцией, [3]. Металлы (алюминий и сталь) имеют разные коэффициенты линейного расширения, а, следовательно, их нормальная эксплуатация невозможна, тем не менее, эта продукция пользуется спросом. Кроме того существует проблема выбора зажима. Например, для сталеа-люминиевого несущего провода нельзя применять прессуемые соединительные зажимы, потому что прочность такого соединения не превысит 40 % прочности провода. Также для такого провода нельзя применять прокалывающие зажимы с зубьями ножевого типа. В этом случае легко разрушить слой алюминиевых проволок, что приведет к быстрому выходу из строя «нулевого» несущего провода. Со-
ответственно возможно не только уменьшение несущей способности линии, но и потеря «нуля» в сети, что приведет к перекосу фаз сети и тяжелым последствиям для потребителей электроэнергии.
Нами был проведен эксперимент по оценке возможности использования СИП для прокладки в подвальных помещениях в условиях повышенной влажности и эксплуатации провода в воде. Нагрузка составляла 100 А. СИП прослужил год, но в результате мы определили разрушение изоляции и, как следствие, перекрытие между двумя фазными проводами. Вывод - для использования СИП в условиях повышенной влажности и эксплуатации провода в воде необходимо усилить изоляцию провода, и проводить дополнительные испытания напряжением 10 кВ в воде.
В настоящее время получили распространение четыре типа проводов, конструктивное исполнение которых в европейских странах базируется на основе гармонизированных документов HD 626 S1 ч. 3-6 комитета CENELEC и национальных стандартов. Типовое конструктивное исполнение СИП-ов с изолированной несущей нулевой жилой состоит в том, что вокруг изолированной нулевой несущей жилы скручены основные изолированные провода и изолированные вспомогательные провода для цепей уличного освещения. Аналогом провода в России являются провода марок СИП-2А и СИП-2AF, а также СИП-1А. Провод СИП-1А отличается тем, что его изоляция выполнена из светостабилизированного термопластичного полиэтилена (ПЭ), а у провода СИП-2А изоляция выполнена из сшитого полиэтилена. Нулевая жила выполняет функцию несущего элемента и служит нулевым рабочим (N), нулевым защитным (РЕ) или совмещенным (PEN) проводником. Конструкции СИП с изолированной нулевой несущей жилой получили широкое применение в Италии, Франции, Бельгии, Португалии, Испании, Греции, Израиле, России, Аргентине, Бра-
зилии, Малайзии, Индонезии. Изолированный провод с неизолированной несущей жилой применяяют в Финляндии, Чехии, ЮАР, а также в России. Аналогом в России является провод СИП 2 и СИП 1.
Провода, изолированные без несущего элемента, в отличие от проводов с нулевой несущей жилой, представляют собой пучок изолированных алюминиевых проводов, скрученных в общий сердечник. Таким образом, при эксплуатации растягивающие усилия воспринимают все жилы. Так как в анкерном зажиме для СИПс-4 все четыре жилы принимают высокую механическую нагрузку, то та жила, которая греется больше, чем другие, будет вытягиваться. Поэтому нагрузка четырех проводов распространится на три или на два провода, что приведет к разрушению нулевой или токопроводящей жилы. Расчеты показывают, что даже при увеличении в 2 раза тока в одной из жил удлинение составляет не более 0,01 % от первоначальной длины провода в пределах одного анкерного пролета длиной 500 м [4] . Т.о., можно сказать, , что четырех-проводная система не только не уступает системам с несущим проводником, но и по многим параметрам их превосходит. Кроме того, из-за крепления провода за все 4 жилы в жгуте возникает положительный или отрицательный избыточный крутящий момент, который при нарушении состояния равновесия линии способствует возврату жгута в первоначальное положение. Данное свойство СИПс-4 способствует самосбросу наледи, снега, а также предотвращению гололедного образования.
Выводы
1. На основании опыта эксплуатации СИП, необходимо уметь оценивать проблемы, находить решения возникающих вопросов, использовать только качественно разработанные проекты.
2. К работе стоит допускать только обученный персонал, обеспечивать мон-
тажные бригады полным комплектом оборудования, инструментами и приспо-соблениямий, вести монтаж материалами, которые соответствуют требованиям, предъявляемым к строящимся ВЛИ.
Список литературы
1. Шевченко В.В., Цурак С.М.,Лизан И.Я. Перспективы внедрения и особенности проектирования ВЛЭП с изолированными проводами. // Системи обробки ш-формацп. Збiрник наукових праць Харювського ушверситету пов^ряних сил. - Вип. 4(62 ), 2007, с. 127-134.
2. Следы СИП на западном побережье Крыма есть!/Староверов В.Ю. // Сайт о технологии применения самонесущих изолированных проводов. - Режим доступа: http://www.starinfo-nic.ru
3. Применение СИП в сетях 0,4 кВ может резко снизить повреждаемость воздушных линий / В. Демченко // Новости электротехники- 2003. - № 2(20). - Режим доступа к журналу: http://www.news.elteh.ru/arh/2003/20/08.php
1. 4.Четырехпроводной системе сип без предубеждений / Е. Лютик // Новости энектротехники- 2006. - № 3(39). - Режим доступа к журн.:
http://www.nbuv.gov.ua/articles/
5. Опыт применения технологии СИП в г.Воронеже / ЗАО «Воронежпро-ект»// Сайт компании "Сикам Украина". -2004. - Режим доступа к журн.: http://www.nbuv.gov.ua/articles/
Анотацн:
Виконаний ан^з надшносп повпряних ль нш електропередач, виконаних iзольованим дротом з урахуванням енергозбереження в розподшь-них мережах
Выполнен анализ надежности воздушных линий электропередач, выполненных изолированным проводом с учетом энергосбережения в распределительных сетях
A security of air-tracks of electricity transmissions, executed the isolated wire taking into account an en-
