Новые высокотемпературные провода SuperLinx
Выпускаются небольшими партиями/ длинами, с маркировкой и окраской
Авторы:
М.К. Каменский, канд. техн. наук, зав. лабораторией;
Г.И. Мещанов, канд. техн. наук, генеральный директор;
Ю.В. Образцов, канд. техн. наук, зав. отделом;
ОАО "ВНИИКП"
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.
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.
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.
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/м |
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/ч - 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.
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.
Рис. 5. График термомеханической нагрузки
1 - температура; 2 - механическая нагрузка
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.
|
|||||||||