Кабельно-проводниковая продукция и аксессуары

Провода изолированные и защищенные для воздушных линий электропередачи. Основные параметры и эксплуатационные свойства

В период электрификации промышленных и сельских районов страны, который закончился в 70-х годах прошлого столетия, в России создана разветвленная сеть воздушных линий электропередачи (ВЛ). Протяженность ВЛ в распределительных сетях на напряжение 0,4 и 10-35 кВ по данным Федеральной Сетевой Компании Единой Энергетической Системы России (ФСК ЕЭС) составляет более 2 млн км.

Учитывая, что значительная часть этих ВЛ эксплуатируется фактически за пределами нормативного срока службы, и принимая во внимание, что "Правила устройства электроустановок" (ПУЭ, седьмое издание) ориентируют на применение изолированных и защищенных проводов при сооружении новых ВЛ, в России сложились объективные условия для развития промышленного производства нового перспективного вида кабельной продукции — самонесущих изолированных (СИП) и защищенных (ПЗВ) проводов.

Применение этих типов проводов при сооружении воздушных линий изолированных (ВЛИ) и воздушных защищенных линий передачи (ВЗ) позволит в значительной мере повысить надежность и экономичность электроснабжения потребителей. Основные преимущества ВЛИ с применением изолированных и защищенных проводов представлены в табл. 1.

Таблица 1

Основные преимущества ВЛИ с применением СИП

Преимущества ВЛИ Чем обусловлены
Высокая электробезопасность Отсутствие возможности прямого контакта с токопроводящими элементами.
Исключение однофазных замыканий на землю.
Исключение обрывов проводов при атмосферных воздействиях (гололед, ветровые нагрузки) и падениях деревьев.
Высокая эксплуатационная надежность Исключение коротких замыканий при соприкосновении проводов и контактах с заземленными элементами (строительные механизмы, ветки деревьев).
Снижение трудоемкости при монтаже линий Простое конструктивное исполнение ВЛИ.
Высокая монтажная готовность с учетом применения комплекта арматуры и монтажного инструмента.
Увеличение расстояния между опорами.
Снижение эксплуатационных затрат Отсутствие необходимости перемонтажа для устранения увеличения провиса, расчистки трасс, замены изоляторов.
Снижение перерывов в обеспечении электроснабжения потребителей.
Возможность технического обслуживания и ремонта ВЛИ под напряжением.
Уменьшение падения напряжения, снижение потерь электроэнергии Низкое индуктивное сопротивление (в 2,5 - 3 раза) по сравнению с традиционными ВЛ.

Освоение промышленного производства современных конструкций СИП начато в России в 1987 году. Темпы роста объемов производства изолированных и защищенных проводов отечественными кабельными заводами, представленные на рис. 1, составляют примерно 150-180% в год. Это свидетельствует об интенсивно развивающемся внутреннем рынке этого вида кабельной продукции.

Развитие производства СИП в РФ

Рис. 1. Развитие производства СИП в РФ.

Анализ объемов реализации продукции основными российскими производителями и зарубежными поставщиками, присутствующими на российском рынке, показал, что в 2003 году этот объем составил 40 тыс. км в одножильном исполнении. Следует отметить, что объем продаж СИП в настоящее время ограничивается, с одной стороны, возможностями заводов, а с другой стороны — финансовыми ресурсами энергосистем, отпускаемыми на цели реконструкции ВЛ.

Основными производителями СИП в России являются предприятия, представленные на рис. 2, из которого видно, что по объему производства за I полугодие 2004 года лидирующее положение занимают заводы "Иркутсккабель", "Севкабель" и "Москабель". При этом следует отметить, что в 2004 году в России производство изолированных проводов для ВЛИ уже осуществляют 10 кабельных заводов.

Объемы выпуска СИП российскими заводами за 6 месяцев 2004 года

Рис. 2. Объемы выпуска СИП российскими заводами за 6 месяцев 2004 года.

Зарубежный опыт применения изолированных проводов для ВЛИ показывает, что 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. Основные типы проводов представлены в табл. 2.

Таблица 2

Основные типы изолированных и защищенных проводов

Тип провода Обозначение провода российского производства Базовый нормативный документ Зарубежный аналог
Изолированные провода на 0,6/1 кВ с неизолированной нулевой несущей жилой СИП-1 ТУ 16.К71-268-98 АМКА (Финляндия)
СИП-2 АХКА (Финляндия)
Изолированные провода на 0,6/1 кВ с изолированной нулевой несущей жилой СИП-1А ТУ 16.К71-268-98 АМКА-Т (Финляндия)
СИП-2А Торсада (Франция)
СИП-2АF ТУ 16.К22-019-2003
Изолированные провода на 0,6/1 кВ без несущего элемента СИП-4 ТУ 3553-015-05755714-2002 ALUS (Швеция)
СИПс-4 AsXS (Польша)
Защищенные провода для линий электропередачи на 10, 20 и 35 кВ СИП-3 ТУ 16.К71-272-98 SAX (Финляндия)
ПЗВ ТУ 16.К10-017-2003

Конструктивное исполнение самонесущих изолированных проводов марок СИП-2 и СИП-2А, получивших наибольшее распространение в России, представлены на рис. 3.

Конструкции изолированных проводов с нулевой несущей жилой

Рис. 3. Конструкции изолированных проводов с нулевой несущей жилой.
1 — токопроводящая жила из алюминия; 2 — изоляция из светостабилизированного сшитого полиэтилена; 3 — провод освещения; 4 — нулевая несущая жила из сплава алюминия

Как видно на рис. 3, типовое конструктивное исполнение самонесущих изолированных проводов 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-2АF, 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 ПЭ. Нулевая жила выполняет роль несущего элемента провода 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, Бразилии, Малайзии, Индонезии.

Изолированный провод с неизолированной несущей жилой получил распространение в Финляндии, Чехии, ЮАР, а также в России. Аналогом в России являются провода 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. Конструкции изолированных проводов без несущего элемента получили развитие в Германии, Великобритании, Австрии, Польше, Швеции и Норвегии. С 2003 года наметилось практическое применение этих проводов и в России. Аналог российского производства — СИП-4 и СИПс-4.

Следует отметить, что из всех трех типов изолированных проводов требованиям по обеспечению надежности и безопасности электроснабжения в большей степени отвечает провод СИП-2А (аналог провода Торсада по NFC 33 209, Франция). Благодаря наличию изолированной нулевой несущей жилы значительно снижается вероятность короткого замыкания на нулевой провод, повышается стойкость к воздействию коррозионноактивных сред и устойчивость к атмосферным перенапряжениям, а также имеется возможность осуществлять ответвления без отключения линии.

Четвертым типом проводов являются одножильные провода защищенные, у которых изоляционный слой поверх токопроводящей жилы выполняет роль защитной изоляции, благодаря которой возможно уменьшить расстояние между проводами на опорах воздушной линии защищенной (ВЛЗ) и снизить вероятность короткого замыкания на землю. Российские аналоги защищенных проводов — СИП-3 и ПЗВ. Эти провода предусмотрены для сооружения ВЛЗ на напряжение 10, 20 и 35 кВ.

Многообразие изолированных проводов на российском рынке, образовавшееся в результате различного подхода к выбору типов провода в конкретных энергосистемах, приводит к необходимости унификации проводов для ВЛИ, как это принято в энергосистемах других стран, или определению рациональных областей применения изолированных проводов тех или иных марок с учетом их параметров и эксплуатационных свойств.

Отличительной особенностью проводов типа СИП-2, СИП-2А, СИП-1, СИП-1А является наличие нулевой жилы, изготавливаемой из сплава алюминия (Al, Mg, Si), хотя временно нормативной документацией допускается применение алюминиевых жил, упрочненных стальным сердечником.

Характеристики проволоки из сплава алюминия до скрутки в токопроводящую жилу представлены в табл. 3.

Таблица 3

Основные характеристики проволоки из сплава алюминия

Наименование характеристики Нормированная величина
Удельное электрическое сопротивление постоянному току при 20°С, Ом*мм2/м, не более 32,84
Прочность при растяжении, Н/мм2, не менее 295
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее 4
Модуль упругости, Н/мм2, не менее 62*103
Коэффициент линейного расширения, °С-1, не более 23*10-6

Конструкции и основные контролируемые в производстве параметры нулевой несущей жилы из сплава алюминия проводов СИП представлены в табл. 4.

Таблица 4

Основные параметры нулевой несущей жилы

Номинальное сечение, мм2 Число проволок Наружный диаметр, мм Электрическое сопротивление пост. току при 20°С, Ом*мм2 Разр. прочность, кН
мин. макс.
25 7 5,70 6,10 1,38 7,4
35 7 6,70 7,10 0,986 10,3
50 7 7,85 8,35 0,720 14,2
(54,6) 7 9,20 9,60 0,630 16,6
70 7 9,45 9,95 0,493 20,6
95 7 11,10 11,70 0,363 27,9
95 19 11,00 12,00 0,363 27,9
КЗ = 0,90 – 0,94

Нулевая несущая жила и основные жилы СИП изготавливаются многопроволочными уплотненными. Коэффициент заполнения сечения КЗ составляет 0,90-0,94 (кроме сечения 54,6 мм2). Нулевая несущая, основные и вспомогательные жилы провода СИП-2А изолированы термостабилизированной светостойкой композицией ПЭ преимущественно типа Visico LE 4423/LE 4472 производства фирмы Borealis. При этом возможно применение других композиций, если физико-механические и физические характеристики изоляции провода удовлетворяют требованиям, указанным в табл. 5.

Таблица 5

Наименование характеристики Значение или нормированная величина
До старения
Прочность при растяжении, МПа, не менее 12,5
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее 200
После старения в термостате при температуре (135±3)°С в течение 168 ч
Изменение* значения прочности при растяжении, %, не более ±25
Изменение* значения относительного удлинения при разрыве, %, не более ±25
Тепловая деформация
Относительное удлинение после выдержки в течение 15 мин при температуре (200±3)°С и растягивающей нагрузке 0,2 МПа, %, не более 175
Остаточное относительное удлинение после снятия нагрузки и охлаждения, %, не более 15
Водопоглощение после выдержки в течение 336 ч в воде при температуре (85±2)°С
Изменение массы, мг/см2, не более 1
Усадка после выдержки в термостате при температуре (130±3)°С в течение 1 ч, %, не более 4
Стойкость к продавливанию:
температура, °С 90
время, ч 4
глубина продавливания, %, не более 50
Содержание сажи, %, не менее 2,5
*Изменение — разность между средним значением, полученным после старения, и средним значением, полученным до старения, выраженная в процентах от последнего.

Одним из важнейших требований к рабочей и защитной изоляции проводов для ВЛ является устойчивость к воздействию комплекса погодных факторов, включающего в себя воздействие солнечной радиации, температуры, дождя, отрицательных температур. Уровень воздействующих факторов представлен в табл. 6.

Таблица 6

Комплекс погодных воздействующих факторов для испытания СИП

Воздействующий фактор Значение
Солнечная радиация
- мощность светового потока при длине волны 240 - 400 нм, Вт/м2
2,2 ± 0,2
Температура, °С 70 ± 2
Дождь
- интенсивность, дм3
- температура воды, °С

15 - 25
10 - 30
Отрицательная температура, °С -40

Проверка устойчивости изоляции СИП к воздействию комплекса факторов, приведенных в табл. 6, осуществляется в соответствии с методом, рекомендованным в HD 626 S1, ч. 2, путем воздействия недельных циклов (168 часов) режимов в последовательности, указанной на рис. 4.

Режимы испытаний изоляции СИП на стойкость к воздействующим погодным факторам

Рис. 4. Режимы испытаний изоляции СИП на стойкость к воздействующим погодным факторам

После завершения воздействий трех испытательных циклов осуществляется проверка физико-механических характеристик изоляции. При этом изменения средних значений прочности и относительного удлинения при разрыве не должны превышать 30%.

К изоляции нулевой несущей жилы дополнительно предъявляется требование по стойкости к термомеханическим нагрузкам и плотности прилегания к токопроводящей жиле.

Плотность прилегания изоляции к жиле проверяется путем приложения усилий сдвига, которые должны быть не менее 180 Н — для сечений жил 25 - 54,6 мм2 и 200 Н — для сечений 70-95 мм2.

Стойкость к термомеханическим нагрузкам оценивается по воздействию 500 циклов нагрева с приложением изменяющихся растягивающих усилий, как показано на рис. 5. Испытания проводят на специальном стенде, схема которого представлена на рис. 6.

График термомеханической нагрузки

Рис. 5. График термомеханической нагрузки
1 — температура; 2 — механическая нагрузка

 

Схема испытательной установки

Рис. 6. Схема испытательной установки.
1 — вращающийся крепежный зажим; 2 — анкерный зажим; 3 — образец нулевой несущей жилы; 4 — зажим; 5 — динамометр; 6 — груз; 7 — дополнительный груз.

Эти специальные виды испытаний для СИП являются обязательными при выборе материалов для изоляции и технологических режимов ее наложения.

В целях унификации конструкций СИП и защищенных проводов и технических требований на провода этой группы в России разработан проект ГОСТ Р "Провода изолированные и защищенные для воздушных линий электропередачи. Общие технические условия", на основе которого будут оформляться частные ТУ на конкретные виды проводов. Проект одобрен кабельными заводами и основными потребителями.

Стандарт устанавливает общие требования к проводам на напряжение 0,6/1 кВ с нулевой несущей жилой и проводам защищенным на напряжение 10, 20 и 35 кВ. Предусмотрено, что в качестве изоляции должны использоваться только сшиваемые композиции светостабилизированного полиэтилена. Использование термопластичного полиэтилена в качестве изоляции не рекомендуется. Не предусмотрено также применение алюминиевых жил, упрочненных сталью в качестве несущего элемента провода. Для повышения устойчивости провода к проникновению воды в случае локального повреждения изоляции введены требования по продольной герметизации проводов.

Принимая во внимание расширение в России производства силовых кабелей на напряжение 10-35 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена, предусматривается создание на их основе специальных самонесущих кабелей воздушной подвески для линий электропередач на этот класс напряжений. Такие универсальные кабели с учетом уже имеющегося опыта их эксплуатации в отдельных энергосистемах России будут востребованы для широкого применения.

Обсудить на форуме

Нужен кабель? Оформи заявку бесплатно