Самонесущие изолированные провода: плюсы и минусы применения

19 - 20 февраля 2002 года в г. Пятигорске прошло совещание по теме: "Повышение устойчивости воздушных линий электропередачи в условиях экстремальных снего-гололедных и ветровых нагрузок". В совещании приняли участие руководители РАО "ЕЭС России", технические специалисты, отраслевые НИИ и проектные институты, представители служб эксплуатации со всей России и другие организации, имеющие отношения к обсуждаемому вопросу. Не случайно специалисты ОАО "Севкабель" были так же приглашены на это совещание, так как вышеперечисленные проблемы давно находятся в сфере специализации завода и НИИ ОАО "Севкабель". Предметом обсуждения на совещании явились аварии на ВЛ 0,4-220 кВ в Краснодарском крае в декабре прошлого — январе текущего годов, приведшие к частичному обесточиванию региона с полумиллионным населением.

В перечне причин на линиях было указано и отсутствие линий с изолированными проводами. На контрасте с общей ситуацией в крае выглядел Туапсинский район, где имелись распределительные линии с изолированными проводами на 0,4 кВ. И там не было аварийных ситуаций.

После обсуждения на Совещании были принято среди прочих решений:
1. применять СИП на линиях электропередачи 0,4 кВ;
2. применять защищенные провода на линиях среднего напряжения 6-10-35 кВ.

По оценке специалистов РАО ЕЭС в настоящее время ВЛ в России находятся в состоянии, которое позволит обеспечить надежное электроснабжение потребителей только примерно до 2010 года. Для преодоления негативных тенденций следует скоординировать инвестиционную политику и предусмотреть приоритетное выделение средств на развитие электрических сетей. В 2001 - 2005 гг. техническому перевооружению и реконструкции подлежат 90 тыс. км. ВЛ с классом напряжения 6 - 35 кВ. Одним из современных требований, предъявляемых к реконструкции ВЛ является применение самонесущих изолированных проводов.

Известное в России и за рубежом петербургское предприятие "Севкабель" с 1998 года выпускает самонесущие изолированные провода для воздушных линий электропередачи типа "Аврора" на 0,6 кВ, а также провода с защитной изоляцией типа "Заря" на напряжение до 20 кВ. Высокий спрос отечественных энергетиков заставил старейшее кабельное предприятие ОАО "Севкабель" наладить производство проводов СИП. Зная о преимуществах изолированных алюминиевых проводов, российские компании, до недавнего времени были вынуждены покупать их за рубежом. Ведь по всему миру провода с полиэтиленовой изоляцией успешно применяют уже более 30 лет. Например, в Европе, на сегодняшний день, линии с "голыми" проводами практически вытеснены изолированными.

Рассмотрим плюсы и минусы применения проводов СИП. Чем же СИП — скрученные в жгут изолированные провода с изоляцией из светостабилизированного полиэтилена, превосходит традиционно применяемые голые провода марок А и АС?

1. Высокая надежность в обеспечении электрической энергией.
2. Резкое снижение (до 80%) эксплуатационных затрат, вызванное высокой надёжностью и бесперебойностью энергообеспечения потребителей, а также отсутствием необходимости в широких просеках для прокладки ВЛИ в лесных массивах и расчистки просек в процесс эксплуатации линии.
3. Отсутствие или незначительное обрастание гололедом и мокрым снегом изолированной поверхности проводов. Это объясняется тем, что ПЭ является не полярным диэлектриком и он не образует ни электрических, ни химических связей с контактирующими с ним веществом в отличие, например, от ПВХ. Кабельщики хорошо знают эту особенность ПЭ. Например, при попытках маркировать изолированное ПЭ изделие каплеструйным способом краска легко оттирается, в отличие, от ПВХ, и требуется специальная эл. статическая обработка поверхности ПЭ для удержания краски. Именно по этой причине мокрый снег легко стекает с круглой поверхности изолированных ПЭ проводов. В проводах марки А и АС мокрый снег может удерживаться в канавках между проволоками, являясь первопричиной обрастания.
4. Уменьшение затрат на монтаж ВЛИ, связанное с вырубкой более узкой просеки в лесной местности, возможностью вести монтаж проводов по фасадам зданий в условиях городской застройки, применением более коротких опор, отсутствием изоляторов и дорогостоящих траверс (для ВЛИ-0,4 кВ).
5. Снижение энергопотерь в линии из-за уменьшения более чем в три раза реактивного сопротивления изолированных проводов по сравнению с неизолированными.
6. Простота монтажных работ, возможность подключения новых абонентов под напряжением, без отключения остальных от энергоснабжения и как следствие сокращение сроков ремонта и монтажа.
7. Значительное снижение несанкционированных подключений к линии и случаев вандализма и воровства.
8. Улучшение общей эстетики в городских условиях и значительное снижение случаев поражения электротоком при монтаже, ремонте и эксплуатации линии.
9. Возможность прокладки СИП по фасадам зданий, а также совместной подвески с проводами низкого, высокого напряжения, линиями связи, что дает существенную экономию на опорах.

Среди множества безусловных преимуществ СИП можно выделить для объективности и некоторые недостатки:

• Незначительное увеличение стоимости (не более 1,2) изолированных проводов по сравнению с традиционными неизолированными проводами А и АС.
• Пока ещё недостаточная готовность отечественных энергосистем к переходу на изолированные воздушные линии, связанная с отсутствием информации, нормативной документации, инструмента и подготовленного персонала.

Пионерами в области применения самонесущих изолированных проводов принято считать Францию и Финляндию — энергетики и проектировщики именно этих стран первыми в Европе занялись разработкой стандартов в области проектирования и правил устройства воздушных линий с изолированными (ВЛИ) и защищёнными (ВЛЗ) проводами. Впоследствии и другие страны разрабатывали свои системы воздушной подвески, но, как правило, за основу их принимались уже утверждённые в эксплуатацию европейские стандарты.

Во Франции первые связки изолированных проводов ВЛ появились в 1955 году и представляли из себя медные жилы в резиновой изоляции с оболочкой из неопрена. Поначалу они устанавливались на фасадах зданий, заменяя голые медные провода на изоляторах. С 1962 года в качестве изоляции стали применять ПВХ, который к 1977 году был полностью вытеснен светостабилизированным полиэтиленом сетчатой структуры. В качестве токоносителя быстро распространилось применение алюминия, что объясняется его стоимостью и более привлекательным соотношением между весом и электрической проводимостью. Наконец окончательно широкое распространение получили самонесущие изолированные провода марки "Торсада", выпускаемые заводом "Каблери Де Ланс", в которых несущий провод выполнен из термоупрочнённого алюминиевого сплава "альмелек", имеет сечение 54,6 или 70 кв.мм и всегда изолирован, т.к. по французским стандартам нулевой несущий провод является токонесущим, хотя и заземлён в нескольких точках.

Разработку ВЛ с изолированными проводами в скандинавских странах подтолкнула необходимость уменьшить последствия от повреждений, вызванных суровыми климатическими условиями в данном регионе. Одновременно с этим назрела необходимость более узких трасс электролиний, особенно в условиях плотной городской застройки.

Разработка системы подвесного скрученного кабеля АМКА началась в 1958 году в Финляндии на предприятии NOKIA KABEL как системы воздушных подвесных проводов низкого напряжения. Система представляет собой скрученные вокруг голого несущего нулевого провода фазных изолированных жил, изоляция которых выполнена из термопластичного полиэтилена. Параллельно были разработаны провода со сшитым полиэтиленом марки АХКА, а также системы АМКА-Т и АХКА-Т — с изолированным несущим тросом для тропических районов с повышенной влажностью.

В настоящее время системой АМКА оборудовано более 170 тыс.км ВЛ-0,4 кВ в Финляндии (около 80%). Система АМКА применена также более чем в 30 странах таких частей света, как Южная Америка, Африка, Азия, Ближний и Дальний Восток: в Перу — в 1981 году, в Саудовской Аравии — с 1984 года, в Непале — с 1986 года, в горных районах Гималаев — 1989 год. Применение изолированных проводов в южных и горных районах не представляло проблемы, т.к. изоляция ВЛИ стойка к воздействию ультрафиолета и озона.

Потребность в изолированных проводах среднего класса напряжения была реализована разработкой проводов SAX.

Первая прокладка изолированных проводов ВЛ-20 кВ осуществлена в 1976 году — это так называемая система ПАС — усиленные алюминиевые провода в пластмассовой изоляции. Позднее, в 1981 году в Финляндии была построена первая линия системы SAX, где изоляция проводов была выполнена из полиэтилена. В 1984 году в эксплуатацию принята вибростойкая система SAX, оборудованная также устройствами защиты от электрической дуги.

В настоящее время система SAX подразумевает и включает в себя защищённые провода с изоляцией из силаносшиваемого полиэтилена, оборудованные соответствующей линейно-сцепной арматурой, устройствами грозозащиты, виброзащиты и монтажные принадлежности, относящиеся к ним.

В Швеции первые ВЛЗ появились в 1985 году — 3000 км, в Норвегии первые ВЛЗ — в 1986 году построено 2000 км.

Так как в 90-х годах провода АМКА и SAX стали поставляться и успешно применяться в России, предприятием NOKIA KABEL в 1995 году инициирована разработка фирмой ОРГРЭС комплекта нормативно-технической документации на проектирование, сооружение и эксплуатацию опытно-промышленных линий ВЛИ- 0,4 кВ, а в 1996 году — аналогичный комплект документации для ВЛЗ 6-20 кВ.

В настоящее время уже действуют Правила устройства ВЛИ до 1 кВ с СИП, срок действия которых установлен с 1.01.98 по 1.01.03, а также Правила устройства ВЛЗ 6-20 кВ сроком действия с 1.01.99 по 1.01.04.

Разработка и проектирование отечественных СИП были начаты в 1987 году на Иркутском кабельном заводе. В 1991 году по ТУ 16.К71-120-91 были запущены в опытное производство провода марок САПт, САСПт, САПсш и САСПсш. Первая ВЛИ с применением этих проводов в России была смонтирована в Краснодарском крае в 1994 году в станице Васюринской Динского района. Её протяжённость составляла 3,5 км. Производство проводов марок САПт и САПсш вскоре было прекращено в связи с выходом в свет ТУ 16.К71-268-98, которые были разработаны на основе международного гармонизированного стандарта HD626S1 ВНИИКП совместно с ОАО "Севкабель" и при участии департамента электрических сетей РАО "ЕЭС России", "Ленэнерго", института "Западсельэнергопроект".

Протяжённость российских распределительных сетей составляет более 3 млн.км. Львиная доля их была построена в 60-е годы. Сегодня более 125000 км ВЛ-0,4 кВ находится в аварийном состоянии. В доперестроечные годы ежегодно заменялось около 50000 км, в последнее десятилетие прокладывается не более 5000 км новых сетей ежегодно. А между тем срок службы ВЛН, в среднем равняется 30-35 годам, т.е. в ближайшее время количество аварий на них будет возрастать в возрастающей прогрессии. И совершенно очевидно, что сегодняшнее переоснащение ВЛ необходимо вести с применением новых технологий, одной из которых является применение ВЛИ с СИП, раз и навсегда решающие проблемы аварийности, затрат на монтаж и ремонты. Недаром такие линии за рубежом часто называют необслуживаемыми.

Итак, в настоящее время, существуют три системы СИП, обладающие определенными преимуществами и недостатками. Рассмотрим данные системы на примере таблицы:

Система СИП	AMKA ("финская" система)	Torsada ("французская" система)	EX Four Core ALUS ("шведская" система)
Марка СИП в России	СИП-1	СИП-2А	СИП-4
Рисунок
Характеристика	Вокруг неизолированного ("голого") несущего нулевого провода скручены изолированные фазные провода. Несущий трос выполнен из алюминиевого сплава высокой прочности.	Вокруг изолированного несущего нулевого провода скручены изолированные фазные провода. Несущий трос выполнен из алюминиевого сплава высокой прочности.	Несущий провод отсутствует. Все проводники из алюминия. Все проводники равного сечения.

Таким образом, можно выделить "финскую" систему с неизолированной несущей жилой и "французскую" систему с изолированной нейтралью. В связи с тем, что во "французской" системе подвески нагрузка на изоляцию несущего троса значительна, по французскому стандарту проектируются уменьшенные пролёты между опорами и, как следствие, — большее количество линейно-сцепной арматуры. В "финской" системе воздушной подвески контакт арматуры с голым несущим тросом более надёжен — это позволяет увеличить анкерные и промежуточные пролёты, что даёт возможность уменьшить количество арматуры, которая вместе с тем является более дорогой. В связи с этим, концептуально обе системы отличаются тем, что "финская", обладая высокой прочностью арматуры и несущего провода, при аварии выдерживает большую механическую нагрузку и, в конечном счёте, работает на разрушение опоры, а "французская" — на разрушение арматуры, когда электроснабжение абонентов не прекращается даже когда провод уже лежит на земле.

В "шведской" системе (ALUS, EX) — несущий провод отсутствует, а подвеска системы осуществляется за все проводники одновременно, т.е. механическая нагрузка равномерно распределена между нулевым и фазными проводниками, что придаёт системе более высокую механическую прочность, чем в "финской" и "французской" системах. Так же "шведская" система не только наиболее надежна, но и экономически выгодна. Цены на провода СИП-4 ниже стоимости аналогично выбранных по сечению с несущим нулевым проводом. Дело в том, что для изготовления поводов этих систем не требуется специального достаточно дорогостоящего процесса переработки сплава. В данном случае снижение цены достигается не ухудшением качеств (характеристики СИП-4, наоборот, значительно лучше, чем в системах с несущим тросом), а лишь применением прогрессивной системы подвески.

Так или иначе, все три системы подвески воздушных изолированных проводов успешно применяются, и право выбора остаётся, в конечном счете, за потребителем.

Производители СИП в России пошли дальше, разработали дополнительно свои системы и производят СИП-1А — аналог системы с изолированным нулем (Torsada), но с изоляцией из термопластичного полиэтилена и СИП-2 — аналог системы с "голым" нулем (AMKA), но с изоляцией из силаносшиваемого полиэтилена.

Один из первых заводов, начавших производство СИП — ОАО "Севкабель".

Так, например, завод "Севкабель" до 2002 года предлагал покупателям три основных типа проводов СИП:

1. Самонесущие изолированные провода типа "Аврора", марка СИП-1, 2, 1А, 2А ТУ 16.К71-268-98 — предназначены для применения в воздушных силовых и осветительных сетях на переменное напряжение до 0,6/1 кВ номинальной частотой 50 Гц. Провода по конструктивному исполнению, техническим характеристикам и эксплуатационным свойствам соответствуют стандарту HD 626 S1 Европейского комитета по стандартизации в электротехнике (CENELEC). Провода "Аврора" состоят из алюминиевых изолированных фазных жил, которые скручены вокруг нулевой несущей жилы, выполненной из алюминиевого сплава, либо сталеалюминиевой. Изоляция жил выполняется из светостабилизированного атмосферостойкого полиэтилена чёрного цвета. Применяется ПЭ двух типов: обыкновенный отечественный термопластичный ПЭ, а также силаносшиваемый ПЭ, поставляемый из Европы. Провода "Аврора" изготавливаются по запросу заказчика, как с голой, так и с изолированной нулевой несущей жилой. Провода тонких сечений — 16 и 25 мм2 могут производиться без несущей жилы. Изолированные жилы проводов СИП имеют отличительное обозначение в виде продольно-выпрессованых рисок на поверхности изоляции.
2. Провода с защитной изоляцией типа "Заря", марка СИП-3, ТУ 16.К71-272-98 — предназначены для применения в воздушных линиях электропередачи на переменное напряжение до 20 кВ номинальной частотой 50 Гц. Провода по конструктивному исполнению, техническим характеристикам и эксплуатационным свойствам соответствуют финскому стандарту SFS 5791, 1994 г. (провод с кодовым обозначением SAX). Провода "Заря" состоят из токопроводящей жилы, выполненной из алюминиевого сплава, либо стале-алюминиевой, имеющей защитный покров из композиции сшитого светостабилизированного атмосферостойкого ПЭ чёрного цвета. Композиции силаносшиваемого ПЭ поставляются из Европы.
3. Самонесущий изолированный провод марки СИП-4 изготавливается по международному гармонизированному стандарту HD 626 S1. СИП-4 аналогичен проводам "Аврора", но в отличии от "Авроры" его нулевая жила не является несущей, а её сечение равно сечению фазных проводников. Крепление СИП-4 производится за все жилы одновременно при использовании специальных монтажных зажимов. Все жилы провода СИП-4 изготовлены из алюминия и изолированы термопластичным светостабилизированным атмосферостойким ПЭ.

В 2001 — 2002 годах ОАО "Севкабель" приобрел полный комплект современного оборудования для производства проводов СИП:

1. стан волочения алюминиевой проволоки и проволоки из алюминиевых сплавов (фирма Niehof);
2. две крутильные машины для скрутки и уплотнения жил — одну скоростную сигарную машину для скрутки жил с числом проволок — 7, и одну фонарную машину, позволяющую скручивать до 37 проволок (по схеме 1+6+12+18);
3. современную экструзионную линию для наложения изоляции из термопластичного полиэтилена, сшитого полиэтилена;
4. машину общей скрутки, у которой вместо огромного вращающегося фонаря с скручиваемыми жилами, вращаются индивидуально каждое тяговое устройство, что позволяет осуществлять скрутку со скоростью до 100 м/мин, против 2-3х метров у фонарных машин.

Закупка современного дорогостоящего оборудования указывает, что производство проводов СИП является одним из приоритетов в политике ОАО "Севкабель".

Запуск всего оборудования будет произведен 28 июня 2002 года и тогда завод сможет выпускать провода СИП в полном соответствии с требованиями мировых стандартов и в количествах, полностью удовлетворяющих потребности рынка.

ОАО "Севкабель" в настоящее время готов предложить потребителям следующую продукцию в сфере изолированных проводов, изготовленную на новом оборудовании:

Прежде всего, это СИП-4 — провод без несущего троса, в котором 4 проводника из уплотненных алюминиевых жил равного сечения. Изоляцией в этих проводах является термопластичный полиэтилен высокого давления (ПЭВД). Все изолированные проводники скручены между собой, в отличие от СИП-1 и СИП-2, в которых фазные провода скручены вокруг несущего троса. Крепление такого провода осуществляется как в анкерных, так и в поддерживающих зажимах сразу за все 4 провода, поэтому и суммарная разрывная прочность и суммарная допустимая нагрузка в этом проводе больше, чем в несущем тросе проводов СИП-1А и СИП-2А равного сечения.

В этом можно убедиться исходя из представленных графиков:

Предполагается, что цена на этот провод будет несколько меньшей, чем аналогичный провод СИП-1А и СИП-2А за счет того, что цена на алюминий ниже цены на алюминиевый сплав. Упрощается и процесс изготовления провода, т.к. отпадает потребность длительной термической обработке проволок из алюминиевого сплава. Очевидно, что от внедрения провода СИП-4 выиграет как производитель, так и потребитель.

Следует указать, что при скрутке проводов СИП-4 будет использоваться ноу-хау ОАО "Севкабель", обеспечивающий самосброс налипшего мокрого снега и гололеда. Принцип сбрасывания снега основан на нарушении состояния неустойчивого равновесия под действием дополнительной нагрузки от мокрого снега. На сегодняшний день ТУ на эти провода находятся в стадии согласования.

Кроме СИП-4 будут выпускаться совершенно новые марки:
- СИПс-4 с изоляцией из сшитого полиэтилена
- СИПн-4 с изоляцией из полимерной композиции не распространяющей горение.

Применяемый материал изоляции определяет и свойства проводов и область их применения. Так провода с изоляцией из сшитого полиэтилена марки СИПс-4 обладают большей допустимой температурой на жиле, по отношению к проводам СИП-4 и СИПн-4, что позволяет передавать по ним и большую мощность (примерно на 30%). Более высокая допустимая температура на жиле при коротком замыкании обеспечивают и большую устойчивость проводов СИПс-4 при режиме короткого замыкания. Допустимые температуры проводов сравниваемых марок приведены в таблице:

Сшитый полиэтилен обладает стойкостью к продавливанию и сохранению формы изоляции даже при температуре 130°С, а изоляция из термопластичного полиэтилена при сдавливании начинает терять форму и свои электрические и механические параметры при температуре выше 85°С.

При преимуществах технических параметров провод СИПс-4 обладает ориентировочно на 20-25% большей стоимостью. Поэтому выбор остается за потребителем.

Провод СИП-4 применяется в условиях с повышенными требованиями по пожарной безопасности:
- для вводов в жилье дома и промышленные постройки;
- при прокладке по стенам домов и зданий;
- в зонах с повышенной пожарной опасностью.

Технические параметры провода СИПн-4 соответствуют параметрам провода СИП-4. Если выбор провода СИПн-4 определяется исходя из требований пожарной безопасности, то выбор между проводами марки СИП-4 и СИПс-4 — только исходя из экономических соображений.

Мировая практика подтверждает равное право на жизнь проводов как с изоляцией из термопластичного полиэтилена (провода СИП-4), так и проводов с изоляцией из сшитого полиэтилена (провода марки СИПс-4).

На сегодняшний день можно выделить следующие положительные тенденции на рынке СИП:

• широкий ассортимент отечественных проводов СИП, не уступающих по качеству зарубежным аналогом;
• постоянная разработка новых видов СИП: СИПс-4, СИПн-4;
• введение новых ноу-хау. Например, ноу-хау ОАО "Севкабель", обеспечивающий самосброс налипшего мокрого снега и гололеда;
• широкий выбор арматуры для проводов СИП, как зарубежных, так и отечественных производителей;
• возникновение острой необходимости в замене старых проводов А и АС на СИП.

ОАО "Севкабель", один из первых производителей СИП в России, сегодня готово не только представить новую продукцию, но и полностью обеспечить рынок России столь необходимыми проводами СИП. Не смотря на незначительное удорожание СИП по сравнению с А, АС — защищенные провода обладают не сравнимыми преимуществами. Будущее — только за СИП.