ВЫБОР МАТЕРИАЛА ОПОР

В области распределения электроэнергии будущее, несомненно, за беспроводными технологиями. Однако сейчас подача электрической энергии в жилые дома и на предприятия осуществляется по воздушным и кабельным линиям электропередачи с использованием различных материалов, конструкций и электрооборудования. В ближайшей перспективе воздушные линии будут оставаться наиболее эффективным каналом передачи электроэнергии по проводам от ее источников до энергопринимающих установок (ЭПУ) потребителей. Журнал «Энергополис» в сотрудничестве с Центром нормативно-технического обеспечения ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС» подготовил ряд публикаций, посвященных опыту использования опор из разных конструктивных материалов для самонесущего изолированного провода.

Для борьбы с последствиями природных катаклизмов наука предлагает все новые технологические решения и разработки. В попытках минимизировать и даже исключить повреждение электрических сетей разрабатываются новые инновационные конструкции и материалы, способные противостоять неблагоприятным погодным условиям. Выбор материала для опор ВЛ определяется требованиями к надежности опор, технологиям их изготовления и монтажа, а также стоимости исходных материалов.

Выбор опор в определенной степени зависит от режима работы электрической сети. В сетях 6–10 кВ в России используется система с изолированной нейтралью. Сети указанного класса напряжения в зарубежных странах работают, как правило, с заземленной нейтралью. Способ заземления нейтрали определяется конфигурацией сети. Способ заземления нейтрали существенно влияет на надежность сети и выбор конструкции ВЛ.

В США на ВЛ 13 кВ используется электрическая сеть с глухо заземленной нейтралью, построенная с использованием так называемых «длинных линий» на деревянных опорах.

На ВЛ за последние полтора года было зафиксировано 1700 замыканий на землю, из них 87% не вызвали перебоев в электроснабжении потребителей. Большая часть замыканий обусловлена грозовыми перенапряжениями. На ВЛ с деревянными опорами 91% всех замыканий на землю самоликвидировался. На ВЛ всех напряжений, построенных на деревянных опорах, половина перекрытий изоляции, которые переходили в дуговые разряды, не приводила к повреждениям в линии. Деревянные опоры увеличивают электрическую прочность изоляции при рабочем напряжении и перенапряжении вследствие грозовых разрядов и коммутационных переключений. Повышенное разрядное расстояние ВЛ на деревянных опорах и низкое электрическое сопротивление древесины создают благоприятные условия для гашения дуговых разрядов, возникающих при перекрытиях изоляции.

Аналогичными по электрическим свойствам являются композитные опоры с арматурой из стекловолокна с улучшенными характеристиками, применение которых возрастает в США и странах Западной Европы. В России эксклюзивными правами на производство и продвижение указанной продукции на рынок обладает ООО «Гален».

Основными потребительскими характеристиками композитных опор являются устойчивость к воздействию коррозии, низкая электропроводность, их негорючесть и экологическая безопасность. Понятно, что они легче железобетонных и металлических аналогов, требуют минимальных затрат и времени при их монтаже, а также эксплуатации. Кроме того, стоит отметить наличие полого сердечника для укладки существующих и будущих кабелей, возможное индивидуальное проектирование по заданным параметрам и то, что композитные опоры полностью соответствуют требованиям общественных, частных и коммунальных организаций.

Интерес к неметаллической арматуре возник в связи применением бетонных конструкций в сооружениях, эксплуатируемых в агрессивных средах, где трудно обеспечить коррозионную стойкость стальной арматуры. Одновременно возникла необходимость обеспечить антимагнитные и диэлектрические свойства некоторых изделий и сооружений. И наконец, надо учитывать в перспективе ограниченность запаса руд, пригодных для удовлетворения непрерывно растущих потребностей в стали и дефицитных легирующих присадках.

В качестве несущей основы высокопрочной неметаллической арматуры используется стекловолокно диаметром 10–15 мкм, пучок которого объединялся в монолитный стержень посредством синтетических смол (эпоксидной, полиэфирной и др.). В конце прошлого столетия была разработана непрерывная технология изготовления такой арматуры диаметром 6 мм из стекловолокна циркониевого состава марки Щ-15 ЖТ, подробно исследованы ее физико-механические свойства. Особое внимание уделялось изучению химической стойкости и долговечности стекловолокна и арматуры на ее основе в бетоне в различных агрессивных средах. В результате была получена стеклопластиковая арматура. Были исследованы опытные предварительно напряженные изгибаемые элементы с такой арматурой под воздействием статических нагрузок, разработаны технологические правила по изготовлению арматуры и рекомендации по проектированию бетонных конструкций с неметаллической арматурой, намечены целесообразные области их применения. Проведены исследования по использованию стеклопластиковой арматуры в опорах контактной сети и напорных трубах.

В Германии, Нидерландах, СССР, США, Японии и других странах были проведены научные исследования, позволившие приступить к практическому решению проблемы применения новой арматуры при изготовлении композитных опор. К волокну предъявлялись повышенные требования к сохранению прочности в щелочной среде бетона и высокому сопротивлению растяжению. В России пришли к выводу, что целесообразнее использовать вместо стеклянного волокна базальтовое, производство которого менее трудоемко, а сырье вполне доступно.

Результаты научных исследований в области применения неметаллической арматуры за рубежом выявили возможности применения новых материалов: стали использовать углеродные и арамидные волокна с более высокими механическими свойствами, расширили сортамент арматуры за счет витых канатов, было возведено более десятка автодорожных и пешеходных мостов с различными пролетами, разработаны новые опоры.

Из различных видов неметаллической арматуры наиболее высоким качеством обладает углепластиковая арматура. Однако стоимость ее достаточно высока. Многочисленные публикации о неметаллической арматуре в мировой научной литературе подтверждают перспективность этого материала. В таблице (1) приведены основные характеристики стеклопластиковой арматуры (АСП) и базальтопластиковой арматуры (АБП).

Совершенствование технологии производства позволило в последние годы повысить физико-механические характеристики композитной арматуры АСП и АБП. В результате проведенные испытания и исследования подтвердили принципиальную возможность использования неметаллической композитной арматуры в элементах конструкций, работающих на упругом основании.

Александр Жорев, Геннадий Боков,
Центр нормативно-технического обеспечения
ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС»

Применение новых материалов (в особенности композитных) дает простор фантазии дизайнеров-проектировщиков новых конструкций воздушных линий электропередачи. Об этом читайте в журнале «Энергополис».

Что лучше – дерево или бетон?

Однозначного ответа на этот вопрос нет. При сравнении разного вида опор для линий электропередачи 0,4/10 кВ можно выделить ряд преимуществ у каждого варианта. Выбор того или иного типа материала опоры линии электропередачи в ОАО «Тюменьэнерго» определяется целым рядом факторов: климатическими условиями, сроками выполнения работ, особенностями конструкций и их соответствия требованиям конкретного места установки. В каждом случае выбирается наиболее целесообразное решение.

Достоинство железобетонных опор – огнеупорность, высокая коррозионная стойкость к агрессивной среде. Они не требуют обработки специальными составами, не подвержены коррозии.

Надо сказать, что в последнее время настоящее второе рождение переживают деревянные опоры. Современные технологии позволяют компенсировать существующие недостатки данного материала, одновременно увеличив несомненные преимущества перед широко распространенными аналогичными железобетонными конструкциями. Прежде всего это цена: разница в стоимости существенна, и при больших объемах закупок деревянные опоры позволяют заметно снизить затраты, а следовательно, и тарифную нагрузку на потребителей.

Следующий момент – транспортировкадо места установки. Железобетонные опоры в разы тяжелее, они чувствительны к механическим воздействиям, и высокий процент брака при транспортировке практически неизбежен. Именно поэтому доставка таких конструкций до места остается достаточно трудоемким и дорогостоящим процессом. Древесина же не требует такого бережного обращения.

Долгое время основной проблемой деревянных опор был относительно непродолжительный срок службы. Сейчас данный вопрос практически решен: благодаря специальным пропиткам такие конструкции прослужат, по заверениям ведущих производителей, не менее 50 лет. Такие цифры сопоставимы со сроком службы опор из железобетона.

Железобетонные опоры по классу напряжения 10 кВ следует применять в ненаселенной местности. При прохождении линий электропередачи по болотистой местности или в поймах рек монтируются деревянные опоры на железобетонных приставках с установкой ригелей. Преимущество таких опор – возможность установки конструкции с максимальными габаритами, но меньшим по сравнению с железобетонной опорой весом.

В населенных пунктах на классе напряжения 0,4 кВ оптимальным будет применение деревянных опор. Это решение позволяет снизить расходы на монтаж и сократить время проведения работ. Поскольку конструкции располагаются в непосредственной близости от жилых строений, важным аргументом в пользу дерева являются и лучшие по сравнению с бетоном изоляционные свойства, что снижает риск электротравматизма.

Таким образом, в «Тюменьэнерго» ведется ежедневная целенаправленная работа по реконструкции и ремонту сети, ориентированная на ее качество, надежность и безопасность.