Ошибки при строительстве воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ с использованием СИП

В распределительных сетях напряжением до 1 кВ, а также сетях наружного освещения городов и посёлков всё масштабнее применяются самонесущие изолированные провода. Но, несмотря на это, качество проектных и строительно-монтажных работ остаётся на низком уровне. Чтобы разобраться в причинах возникающих ошибок, порой невидимых на поверхности, необходимо понять, с какими сложностями и на каких этапах сталкиваются сегодня технические специалисты при строительстве воздушных линий электропередачи с использованием СИП (ВЛИ).

В 2009 году нами был проведён опрос специалистов МРСК, проектных и монтажных компаний, а также основных игроков на рынке арматуры для СИП. Целью опроса стал анализ нужд, с которыми сталкиваются технические специалисты при проектировании и строительстве ВЛИ.

Несмотря на масштабное использование СИП в Росси более 8 лет, 77% респондентов отметили наличие таких проблем, как: низкий уровень инвестиций, недостаточное качество проектных решений, сжатые сроки строительства, ошибки отдела закупок при приобретении линейной арматуры и проводов, отсутствие квалифицированного персонала и полного комплекта инструмента для монтажа СИП. При этом большую долю (46%) составляют проблемы в области проектирования и монтажных работ. Эта цифра подтверждается систематическими осмотрами и изучением вновь построенных линий. Только 23% респондентов отметили отсутствие трудностей при строительстве ВЛИ. 

При реализации любого проекта, в том числе строительстве ВЛИ, необходимо пройти ряд этапов — от стадии подготовки технического задания на проектирование до реализации проекта. Мы предлагаем рассмотреть 4 основных этапа и характерные ошибки, совершающиеся в них, которые сводят «на нет» инвестиционные затраты на строительство воздушных линий электропередачи с использованием СИП:

1. Подготовка заказчиком технического задания на проектирование.
2. Разработка специализированной (проектной) организацией рабочих чертежей и прилагаемых документов.
3. Приобретение службой закупок оборудования, изделий и материалов.
4. Реализация проекта.

1. Подготовка заказчиком технического задания на проектирование.

Изучение ряда проектов марок ЭС (электроснабжение) и ЭН (наружное электроосвещение), в которых применялись технические решения с использованием СИП, а также опрос специалистов проектных институтов выявили, что в технических заданиях на проектирование заказчиком, как правило, не указывается основное требование к СИП — соответствие конкретному техническому условию (ТУ) или ГОСТ Р 52373-2005. Чаще всего прописывается только марка провода, например, СИП-2 или СИП-4. К чему может привести отсутствие требования к СИП в части ТУ или ГОСТ Р 52373-2005 мы рассмотрим ниже. Вначале разберём, какой марке провода — СИП-2 или СИП-4 — и при каких условиях отдать предпочтение при формировании задания на проектирование.

Вопрос о плюсах и минусах различных конструктивных исполнений СИП неоднократно обсуждался в электротехнической литературе (см. «Новости электротехники» 2(14) 2002, №3(39) 2006). Для формирования собственного мнения в 2011 году мы провели независимое исследование технико-экономических характеристик воздушной линии электропередачи с использованием проводов СИП-2 и СИП-4 разных сечений. На рисунке 1 представлена модель анкерованного участка ВЛИ, на основе которой проводилась работа.

Рисунок 1. Модель анкерованного участка ВЛИ с использованием провода СИП.

Модель ВЛИ соответствует следующим характеристикам:

1. Длина расчётного анкерованного участка ВЛИ составляет 0,3 км.
2. Минимальное сечение провода магистрали ВЛИ выбрано по условию механической прочности согласно ПУЭ-7 п. 2.4.14 для нормативной стенки гололёда bэ ≥ 15 мм.
3. Провод СИП-2 производства ОАО «СЕВКАБЕЛЬ-ХОЛДИНГ» согласно ТУ 16-705.500-2006, (Россия).
4. Провод СИП-4 производства ОАО «СЕВКАБЕЛЬ-ХОЛДИНГ» согласно ТУ 3553-015 05755714-2002, (Россия).
5. Линейная арматура производства «ENSTO» (Финляндия).

Экономический расчёт проводился без учёта стоимости стоек и строительно-монтажных работ (СМР), так как при равных сечениях проводов СИП-2 и СИП-4 используются стойки одной марки, а стоимость СМР ВЛИ практически одинакова. На рисунках 2 и 3 представлен ряд результатов проведённого исследования.

Рисунок 2.

Рисунок 3.

На основании анализа представленных графических зависимостей можно сделать следующий вывод:

1. Механическая прочность провода СИП-4 выше прочности провода СИП-2 практически при всех сечениях жил, а при сечениях 95-120 мм2 превышает в 2 раза.
2. Стоимость провода СИП-4 ниже провода СИП-2 до 22% при сечениях 25-95 мм2. При сечении 120 мм2 стоимость проводов практически одинакова.
3. Стоимость арматуры для провода СИП-4 выше, чем для провода СИП-2 при всех сечениях в следующем диапазоне: на 5% при сечениях 25-35 мм2, на 21% при сечении 50 мм2 и на 30% при сечениях 70-120 мм2.
4. Суммарная стоимость провода и арматуры ВЛИ с использованием провода СИП-4 ниже, чем с использованием провода СИП-2 до 14% при сечениях 25-95 мм2, и только при сечении 120 мм2 вектор экономического преимущества смещается в сторону ВЛИ с использованием провода СИП-2 до 3%.
5. Согласно требованию п. 2.4.14 ПУЭ-7, учитывающего минимально допустимые сечения  СИП по механической прочности, строительство ВЛИ с сечением фазных жил до 25 мм2, а это, как правило, сети наружного электроосвещения или ответвления от ВЛИ к вводу, экономически целесообразно только с использованием провода марки СИП-4 на большей части территории России.

Несмотря на представленные выше выводы, использование провода СИП-4 на магистралях ВЛИ встречается довольно редко. Основными сдерживающими факторами ограниченного использования провода СИП-4 сечением 35-120 мм2 в России являются ГОСТ Р 52373-2005 «Провода самонесущие изолированные и защищённые для воздушных линий электропередачи. Общие технические условия», а так же внутренние нормативные документы электросетевых компаний (решения научно-технических советов и др.), в которых не отражается возможность применения провода СИП-4 указанных сечений. Важно отметить, что ГОСТ Р 52373-2005, в котором прописаны классификация, основные параметры и размеры СИП, согласно Федеральному закону от 27.12.2002 г. №184-ФЗ «О техническом регулировании» носит лишь рекомендательный характер и не может ограничивать применение продукции, удовлетворяющей иным техническим условиям. Обратите внимание, что термин СИП в ГОСТ Р 52373-2005, пункт 3.1 даётся несколько в «усечённой» формулировке:

СИП — многожильный провод для воздушных линий электропередачи, содержащий изолированные жилы и несущий элемент, предназначенный для крепления или подвески провода. Согласно данному определению провод СИП должен крепиться к опорам или сооружениям за несущую жилу, которая существует только у проводов марок СИП-1 и СИП-2.

Пункт 2.4.2  ПУЭ даёт более полное определение провода:

СИП — скрученные в жгут изолированные жилы, причём несущая жила может быть как изолированной, так и не изолированной. Механическая нагрузка может восприниматься или несущей жилой, или всеми проводниками жгута.

Для максимально эффективного использования инвестиций в строительство и реконструкцию ВЛ до 1 кВ при формировании технического задания на проектирование необходимо принимать во внимание существующие требования нормативно-технических документов на сооружение ВЛИ, на производство проводов и линейной арматуры, а также технико-экономические характеристики различных систем СИП.

2. Разработка специализированной (проектной) организацией рабочих чертежей и прилагаемых документов.

Характерными ошибками при проектировании ВЛИ в настоящее время являются некорректный подбор линейной арматуры, отсутствие механического расчёта проводов, арматуры и опор.

На рисунке 5 представлен узел промежуточной опоры ВЛИ, выполненной проводом СИП-2, при этом в качестве поддерживающего зажима используется арматура для системы без нулевой несущей жилы (СИП-4). Согласно п. 2.4.18 ПУЭ-7:

Все виды механических нагрузок и воздействий на СИП с несущей жилой должна воспринимать эта жила, а на СИП без несущего провода должны воспринимать все жилы скрученного жгута.

Поэтому в данном случае вместо поддерживающего зажима SO130 (для системы без нулевой несущей жилы) необходимо применить поддерживающий зажим типа SO265, позволяющий поддерживать жгут провода за изолированную нулевую несущую жилу. Более того, разница в стоимости зажимов SO130 и SO265 составила 264 рубля в ценах 2010 г., что привело к необоснованному удорожанию объекта.

Более того, нулевая несущая жила провода СИП-2 выполнена из алюминия, упроченного стальной проволокой, а не из алюминиевого сплава типа АВЕ согласно требованию ГОСТ Р 52373-2005. В результате, при замене зажимов SO130 на зажимы SO265 нулевая несущая жила провода СИП-2 не фиксировалась надёжно защёлкой в поддерживающем зажиме из-за большей жёсткости, чем жила, выполненная из алюминиевого сплава. Монтаж ВЛИ проводился при температуре -12-15°С.

Рисунок 4. Узел промежуточной опоры ВЛИ.

На рисунке 5 представлен узел угловой промежуточной опоры ВЛИ, выполненной проводом СИП-4. В данном узле был применён поддерживающий зажим SO270 для угла поворота провода от 15° до 30° вместо поддерживающего зажима SO136, предназначенного для угла поворота провода до 90°, что привело к ненормируемому радиусу изгиба провода и снижению минимальной разрушающей нагрузки (МРН) узла практически в 6 раз.

Как было отмечено выше, в техническом задании на проектирование заказчиком не указывается одно из требований к СИП — соответствие провода конкретному техническому условию или ГОСТ Р 52373-2005. В свою очередь, проектная организация в спецификации оборудования, изделий и материалов также не всегда прописывает ТУ или ГОСТ Р 52373-2005 которым должен соответствовать СИП, что в принципе противоречит требованию раздела 6 ГОСТ Р 21.1101-2009 «Основные требования к проектной и рабочей документации». В итоге, в спецификации указывается только марка провода, например СИП-2 или СИП-4.

Рисунок 5. Узел угловой промежуточной опоры ВЛИ.

При выборе сечения жил по длительно допустимому току и проверке их по условию нагрева при КЗ необходимо чётко понимать, на основе какого типа изоляции проводится электротехнический расчёт. Напомним, что эксплуатационные характеристики (допустимый нагрев токопроводящих жил и соответственно токовые характеристики) проводов с изоляцией из сшитого полиэтилена выше в среднем на 28%, чем с изоляцией из термопластичного полиэтилена.

Правда, необходимо отметить, что более высокие эксплуатационные характеристики СИП с изоляцией из сшитого полиэтилена по отношению к изоляции из термопластичного полиэтилена невсегда экономически оправданы. Например, в сетях наружного освещения, в которых средняя нагрузка на фазу не превышает 25 А, целесообразно использовать СИП с изоляцией из термопластичного полиэтилена. При указанной нагрузке, минимальное сечение основных жил провода составит всего 16 мм2 при допустимом длительном токе 70 А, а у более дорого СИП с изоляцией из сшитого полиэтилена аналогичного сечения допустимый длительный ток достигает уже 100 А. Поэтому в сетях с малыми нагрузками расчётное сечение основных жил провода будет в большей степени зависеть не от пропускной способности провода, которая определяется сечением жилы и материалом её изоляции, а от условий механической прочности согласно п. 2.4.14 ПУЭ и длины ВЛИ (величины потери напряжения в линии).

3. Приобретение службой закупок оборудования, изделий и материалов.

После рассмотрения и утверждения рабочей документации, поступившей от проектной организации, заказчиком формируется заявка на приобретение оборудования и материалов, в том числе СИП и линейной арматуры, которая передаётся в работу службе закупок. К сожалению, требования к эффективности технико-экономических показателей при приобретении материалов и оборудования не всегда приводят к желаемому результату. Часто экономические показатели приобретаемой продукции преобладают над техническими показателями.

3.1. Приобретение провода СИП.

Служба закупок, ссылаясь только на проектную марку провода СИП-2 или СИП-4, приобретает провод по минимальной, на основе тендера, цене. А при абсолютно одинаковых, на первый взгляд, марках проводов меньшая стоимость будет у СИП с изоляцией из термопластичного полиэтилена, чем с изоляцией из сшитого полиэтилена или с несущей жилой из алюминия, упроченного стальной проволокой (для проводов СИП-1, СИП-2) по отношению к алюминиевому сплаву типа АВЕ. Если электротехнический расчёт провода выполнялся на основе данных для изоляции из сшитого полиэтилена, а приобретён провод с изоляцией из термопластичного полиэтилена, то в итоге строительства мы получим ВЛИ с заниженными характеристиками.

Разобраться в технических нюансах СИП, выпускаемых производителями России и ближнего зарубежья, затруднительно не только менеджерам отдела закупок, но и техническим специалистам. Дело в том, что введение ГОСТ Р 52373-2005 не привело к единому порядку в наименовании и исполнении проводов. Как указывалось выше, согласно Федеральному закону от 27.12.2002 г. №184-ФЗ «О техническом регулировании», указанный ГОСТ Р 52373-2005 не может ограничивать применение продукции, удовлетворяющей иным техническим условиям. Напомним, что требования ГОСТ Р 52373-2005, изм.1 к конструктивному исполнению проводов СИП гласит:

5.2.1.5. Нулевая несущая жила и токопроводящая жила защищённых проводов должны быть скручены из круглых проволок из алюминиевого сплава, иметь круглую форму и быть уплотнёнными.

5.2.1.8. Изоляция основных и вспомогательных токопроводящих жил, изоляция (при наличии) нулевой несущей жилы и защитная изоляция защищённых проводов должна быть из светостабилизированного сшитого полиэтилена. Изоляция должна быть чёрного цвета.

Ряд заводов, продолжают совершенно законно производить и реализовывать СИП с изоляцией из термопластичного полиэтилена или с несущей жилой из алюминия, упроченного стальной проволокой. Проблема в том, что указанные провода иногда маркируются в соответствии ГОСТ Р 52373-2005, то есть как провода с изоляцией из сшитого полиэтилена или с несущей жилой из алюминиевого сплава соответственно.

В 2010 году мы провели исследование самонесущих изолированных проводов, выпускаемых предприятиями, входящих в НП «Ассоциация «Электрокабель». Работа проводилась на основе изучения информации, представленной на заводских сайтах, и интервьюирования ведущих технических специалистов предприятий. Как видно из результатов исследования, представленных в приложении 1 под одной маркой СИП можно найти изделия с разными качественными характеристиками. Например, провод СИП-4 с изоляцией из термопластичного полиэтилена производят такие компании, как ПАО «Завод «Южкабель», Украина (таблица П1.1), ОАО «Казэнергокабель», Казахстан (таблица П1.4), ОАО «Севкабель», ОАО «Рыбинсккабель» (таблица П1.2), Россия. Эту же марку провода СИП-4, но с изоляцией из сшитого полиэтилена производят ЗАО «Завод» Людиновокабель», ОАО «Иркутсккабель», ООО «Камкабель», ЗАО «Цветлит», ЗАО «Завод Москабель». ОАО «Электрокабель» Кольчугинский завод», ЗАО «Томсккабель», Россия (таблица П1.2), ЗАО «Белтелекабель», Белоруссия (таблица П1.3). Напомним, что допустимый нагрев жилы СИП в нормальном режиме с изоляцией из термопластичного полиэтилена составляет 70°С, а с изоляцией из сшитого полиэтилена 90°С. Поэтому, если электрический расчёт ВЛИ выполнялся на основе технических данных СИП с изоляцией из сшитого полиэтилена, а для реализации проекта был приобретён СИП с изоляцией из термопластичного полиэтилена, то в итоге строительства мы получим линию с заниженными рабочими характеристиками.

Российские производители ООО «Камкабель», ОАО «Севкабель» и ОАО «Рыбинсккабель» производят провод марки СИП-2 с нулевой несущей жилой, выполненной как из алюминиевого сплава типа АВЕ, так и алюминия, упроченного стальной проволокой (таблица П1.2). Без учета технических условий на производство указанных проводов (технических характеристик) можно приобрести на рынке провод марки СИП-2 с нулевой несущей жилой из алюминия, упроченного стальной проволокой, вместо провода с нулевой несущей жилой из алюминиевого сплава. Опыт монтажа и эксплуатации доказывает, как рассматривалось выше, что нулевая несущая жила из алюминия, упроченного стальной проволокой предельного сечения 95 мм2, не всегда надёжно фиксируется в поддерживающих зажимах из-за большей жёсткости, чем жила из алюминиевого сплава.

3.2. Приобретение линейной арматуры.

Опрос монтажных компаний выявил, что причинами низкого качества строительства ВЛИ являются проблемы, связанные с организацией строительно-монтажных работ, в том числе приобретением линейной арматуры службой закупок заказчика или подрядной организацией. Так некорректное календарное планирование проектом по строительству ВЛИ (сжатые сроки выполнения СМР) ставит в узкие временные рамки службу закупок. В результате приобретаются провода и линейная арматура, существующие в наличии у ближайших поставщиков часто не соответствующие требованиям проектной документации (с пересортицей арматуры для разных марок СИП). Не менее важной проблемой является ценовая политика при закупках материалов и оборудования. Часто, взамен качественной проектной арматуры приобретается продукция малоизвестных сомнительных производителей с заниженными механическими характеристиками, но по более низким ценам.

Реализация проекта.

При реализации проектных решений основной причиной совершаемых ошибок является низкая дисциплина монтажных работ, вследствие отсутствия полного комплекта инструментов для монтажа ВЛИ или игнорирование его применения, а также низкая профессиональная подготовка электромонтажного персонала. Например, монтаж провода, как правило, выполняется без применения монтажных роликов непосредственно по земле и без вертлюга, что приводит к множественным повреждениям изоляции провода и образованию петель провода в пролётах. На рисунке 6 в дополнение к проектным замечаниям виден ряд ошибок, допущенных вследствие низкого качества монтажных работ. Опора и крюк SOT29.10 установлены без учёта биссектрисы угла поворота ВЛИ. Повторное заземление крюка выполнено с отступлением от требования п. 2.4.45 ПУЭ — без применения сварки или болтового соединения. При этом крюк SOT29.10 имеет специальное отверстие для выполнения качественного болтового соединения с заземляющим проводником. В нарушение требований производителя линейной арматуры бандаж верхней части крюка выполнен одинарным оборотом ленты COT37, а скрепа COT36 установлена не с противоположной стороны от крюка, а сбоку. Наглядно последняя ошибка представлена на рисунке 6. Так как для монтажников устанавливать скрепу сбоку от крюка более удобно (как правило, это объясняется расположением люльки гидроподъёмника), то такая ситуация часто наблюдается на построенных ВЛИ.

Рисунок 6. Узел промежуточной опоры.

Рекомендация производителя арматуры монтировать скрепу с противоположной стороны от крюка абсолютно обоснована. Мы провели исследование зависимости прочности узла крепления крюка SOT29.10 от места расположения скрепы на бандажной ленте. Испытания проводились на разрывной машине типа FP 100 с максимальным усилием до 10 тон. Крепление крюка SOT29.10 к модели стойки осуществлялось намеренно одинарным оборотом бандажной ленты COT37 с помощью скрепы COT36. Для исключения влияния механических характеристик бандажного крюка SOT29.10 на результаты испытаний элемент крюка был усилен электросварным швом. В качестве образца стойки использовалась металлическая труба с наружным диаметром 210 мм. Результаты исследования представлены на рисунке 8. Как видно из рисунка, при расположении скрепы в позиции №1 («усами» к крюку) прочность узла минимальна. В данном положении при достижении усилия в 15,5 кН происходит разрушение скрепы. При перемещении скрепы в позиции №2, 3 и 4 прочность узла повышается, достигая своего максимального значения в позиции №4. В указанном положении узел разрушается не в скрепе, а вследствие растяжения и, в конечном итоге, разрыва бандажной ленты. При дальнейшем перемещении скрепы в позиции №5, 6 и 7 прочность узла  снижается (разрушение узла происходит вновь за счёт разрушения скрепы), но при этом выше значений минимальной разрушающей нагрузки при установке скрепы в позициях №3, 2 и 1, соответственно.

На основе выполненного исследования можно сделать вывод, что прочность узла крепления крюка SOT29.10 достигает своего максимального значения при установке скрепы COT36 в позиции №4 (с противоположной стороны от крюка). Именно эта позиция скрепы и рекомендуется производителем арматуры.

Рисунок 7. Прочности узла крепления крюка SOT 29.10 от места расположения скрепы.

Заключение.

Принимая во внимание перечисленные негативные факторы, ниже предлагаются основные требования, которые следует учитывать при строительстве воздушных линий электропередачи с использованием СИП:

1. В техническом задании на проектирование заказчику необходимо чётко отражать марку провода СИП, материал изоляции (сшитый или термопластичный полиэтилен), а также номер технического условия или ГОСТ Р 52373-2005, которому должен соответствовать провод.
2. Проектной организации в спецификации оборудования, изделий и материалов  необходимо чётко прописывать номер технического условия, по которому должен изготавливаться СИП.
3. При приобретении провода и линейной арматуры службе закупок следует запрашивать у поставщиков информацию о реализуемой продукции с предоставлением сертификатов соответствия продукции требованиям нормативных документов. Все замены материалов и оборудования производить только после согласования с организацией, разработавшей проект.
4. Электромонтажные работы при строительстве ВЛИ должен выполнять только квалифицированный персонал, прошедший специальную подготовку и имеющий в наличии полный комплект инструментов.
5. Заказчику систематически при реализации проекта производить визуальный и инструментальный контроль строительно-монтажных работ, а также применяемых материалов.

Приложение 1

Таблица П1.1. Украинские производители СИП, входящие в НП «Ассоциация «Электрокабель».

Таблица П1.2. Российские производители СИП, входящие в НП «Ассоциация «Электрокабель».

Таблица П1.3. Белорусские производители СИП, входящие в НП «Ассоциация «Электрокабель».

Таблица П1.4. Казахские производители СИП, входящие в НП «Ассоциация «Электрокабель».