Авторы: Дмитрий Шаманов, технический директор, компания Ensto, г. Москва
Источник: «Новости электротехники»
Сейчас наблюдается активное строительство новых и замена старых линий электропередач в распределительных сетях 0,4-1 кВ и 6-20 кВ. Все чаще на этих линиях применяются самонесущие изолированные провода (СИП), имеющие несколько конструктивных видов - так называемых систем. К сожалению, пока никто точно не определил, какие конкретно системы нужно применять в наших условиях. В публикуемом материале читатель не получит ответа на этот вопрос, но сможет узнать, какие системы СИП существуют в настоящее время и чем они друг от друга отличаются.
На российском рынке СИП появились как импортная разработка в конце 80-х годов, причем одновременно двумя путями — из Финляндии (фирма Nokia Cables) и из Франции (компания Alkatel). Трудно определить сейчас, кто из этих производителей первым обратил внимание на Россию, да это и не так важно. Главное, что системы СИП у них были разные. И в тех регионах, где эти фирмы вели себя наиболее активно, продвигались соответствующие системы.
Чуть позже начало развиваться производство СИП и в России. Пионером стал «Иркутсккабель», но в те годы завод выпускал не до конца отработанный продукт. Лишь с 1997 года «Севкабель», «Иркутсккабель», а чуть позже и «Москабельмет» начали выпускать качественные СИП. Сейчас к установленному этими предприятиями уровню подтягиваются и другие кабельные заводы.
В связи с общими положительными потребительскими свойствами СИП наблюдается большая заинтересованность в таких проводах. При относительно небольшом повышении затрат (примерно процентов на 20) по сравнению с неизолированными «голыми» проводами надежность и безопасность линии, оснащенной СИП, повышается до уровня надежности кабельных линий. В рамках реализации перспективной технической политики РАО «ЕЭС России» осуществляется переход предприятий РАО на систему электроснабжения по воздушным линиям с СИП.
Надежность самонесущих изолированных проводов складывается из следующих критериев:
— провода защищены от схлестывания;
— на проводах практически не образуется гололед;
— существенно ограничен несанкционированный отбор электроэнергии;
— исключено воровство проводов, так как они не подлежат вторичной переработке;
— возможно подключение абонентов и новые ответвления под напряжением;
— нет необходимости в вырубке просеки перед прокладкой и в процессе эксплуатации;
— простота монтажных работ и соответственно уменьшение сроков их проведения;
— высокая механическая прочность проводов и соответственно невозможность их обрыва;
— пожаробезопасность, основанная на исключении короткого замыкания при схлестывании;
— снижение энергопотерь в ЛЭП за счет уменьшения реактивного сопротивления изолированного провода по сравнению с «голым»;
— возможность прокладки СИП по фасадам зданий, а также совместной подвески с проводами низкого, высокого напряжения, линиями связи, что дает существенную экономию на опорах.
Список можно продолжать, но и этого уже достаточно для того, чтобы обосновать безоговорочную необходимость использования СИП. Но здесь-то и возникает сложность, обоснованная тем, что существует слишком широкий выбор систем СИП. Какая из них необходима в каждом конкретном случае?
СИП — это скрученные в жгут изолированные провода. При этом изоляция выполнена из светостабилизированного полиэтилена. Понятие общее и охватывает одновременно все системы.
Первая система, наиболее известная как АМКА (производитель «PIRELLI CABLES and SYSTEMS OY», Финляндия, в состав которого ныне вошла фирма Nokia Cables), по европейскому гармонизированному стандарту HD 626, или в российской терминологии СИП-1, характеризуется тем, что вокруг неизолированного («голого») несущего нулевого провода скручены изолированные фазные провода. Несущий трос выполнен из алюминиевого сплава высокой прочности.
Прочность линии в целом очень высока за счет подвески линии, и усилия тяжения передаются по системе металл-металл. При этом отсутствуют слабые звенья по всей системе подвеса, что позволяет выполнить требования надежности по финскому стандарту. Линия считается надежной в том случае, если абонент всегда получает электроэнергию, а провода всегда остаются наверху, вплоть до слома опоры.
Прочность провода и арматуры позволяет выдержать практически все непредвиденные внешние механические воздействия. По опыту, слом опор составляет не более 1,5 % случаев повреждения проводов. Изоляция СИП выполнена из термопластичного полиэтилена. Ее тем- пературные характеристики: 70о С в долговременном режиме, 90о С в режиме длительной перегрузки (до 8 часов в сутки) и 130о С в режиме токов КЗ. Проект линии должен включать в себя заземление нулевого провода на опорах, что позволяет исключить появление потенциала на нулевом проводе при перекосе фаз.
Вторая система, известная у нас как французская система Torsada (производитель NEXANS), или АМКА-Т, по европейскому гармонизированному стандарту HD 626, или как СИП-2А по российской терминологии, возникла, когда появилась необходимость защитить «голый» несущий провод от влияния корродирующих элементов в воздухе. Это актуально на побережье соленых морей, на территориях с тропическим или близким к нему климатом. В России применение этой системы необходимо лишь на побережье Черного моря.
Защита несущего провода в этой системе достигнута тем же изоляционным слоем, что и на фазных проводах. СИП-2А характеризуется тем, что вокруг изолированного несущего нулевого провода скручены изолированные фазные провода. Несущий трос выполнен из алюминиевого сплава высокой прочности. Изоляция выполнена из силанольно-сшитого полиэтилена. Ее температурные характеристики: 90о С в долговременном режиме, 130о С в режиме длительной перегрузки (до 8 часов в сутки) и 250о С в режиме токов КЗ. Высокие температурные параметры изоляции действительно говорят в пользу этого провода. Нагрузить линию в номинальном режиме сложно даже до температуры в 70о С, но высокий уровень токов КЗ действительно важен при перегрузках. Поэтому обязательно нужно выяснить необходимость высокого уровня изоляции для конкретной линии и соотнести с ценовой характеристикой системы. Но для несущего изолированного провода существует наиболее важная и очень сложная проблема – подвеска такого провода на опорах. Дело в том, что вся механическая нагрузка линии ложится на этот самый изоляционный слой.
К примеру, несущий провод 70 мм2 в СИП 3х50+70 имеет разрывную прочность около 20 кН. Соответственно, если нагрузить линию так же, как нагружают «голый» несущий провод, изоляция может разорваться, особенно при монтаже прокалывающих герметичных зажимов с режущими ножевыми зубьями. Понимая это, разработчики проектов вынуждены предусматривать достаточно короткие анкерные пролеты в линиях, причем сами подвесные элементы выполнять значительно меньшей, но нормированной разрывной прочности. При этом, во-первых, линия оказывается перенасыщенной достаточно дорогими анкерными зажимами, а во-вторых, даже при незначительной механической перегрузке или воздействии на провод арматура разрушается, причем на нескольких опорах разом.
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 силанольно-сшитого полиэтилена.
Если расположить указанные системы в порядке возрастания цены, то получится следующий ряд: СИП-1, СИП-1А, СИП-2 и наконец СИП-2А. Проанализировав прайс-листы некоторых производителей, можно сделать вывод, что разница между самыми дешевыми в этом ряду, т.е. СИП-1, и самыми дорогими - СИП-2А составляет около 30%.
Конечно, возможны случаи, когда нулевой провод обязательно должен быть изолированным. Например, при невозможности осуществить заземление линии на опорах (солончаковые грунты). В этом случае существует более надежная система, не ухудшающая механическую прочность. Она известна в России как «шведская», или Алус, или ЕХ, или Four Core. Система является наиболее перспективной и прогрессивной. По российской терминологии это СИП-4, СИП-5 или четырехпроводная система (СИП-3 рассчитаны на рабочее напряжение до 20 кВ – ред.). В ней отсутствует несущий провод, а подвеска осуществляется за все проводники одновременно. Прочность провода определяется сложением прочности всех проводов с уменьшающим коэффициентом. Для сравнения: провод 4х50 имеет прочность около 28 кН, что почти в 1,5 раза прочнее, чем 3х50+70. Эти характеристики провода даны в случае его исполнения из алюминия, при этом нагрузка на изоляцию остается достаточно низкой. В системе, принятой в Англии, все жилы выполняются из алюминиевого сплава. Правда, целесообразность этого сомнительна из-за возможных механических проблем с изоляцией. Конечно, применяя соответствующую подвесную арматуру, можно обойти и эти проблемы.
Такой подход позволяет применять даже абонентский провод 2х16, 4х16, 2х25 или 4х25 на достаточно большие расстояния между опорами, но в этом случае выдвигаются более жесткие требования к подвесной арматуре.
СИП-4 и СИП-5 не только наиболее надежны, но и экономически выгодны. цена на такие провода до 30 % ниже стоимости аналогично выбранных по сечению с несущим нулевым проводом. Дело в том, что для изготовления проводов этих систем не требуется специального достаточно дорогостоящего процесса переработки сплава. Такой провод не может быть дорогим, и, как ни странно, низкая цена достигается не ухудшением качества (его характеристики, наоборот, значительно лучше, чем в системе с несущим тросом), а лишь применением прогрессивной системы подвески.
Различия между проводами СИП-4 и СИП-5 такие же, как и между СИП-1(1А) и СИП-2(2А), то есть в изоляции СИП-4 применяется термопластичный светостабилизированный полиэтилен, а в СИП-5 – силанольно-сшитый светостабилизированный полиэтилен с соответствующими термическими характеристиками. Выбор типа изоляции, как и ранее, остается за потребителем (цена/технические параметры). Такой провод уже имеет производственно-техническую российскую документацию, и сейчас ведется работа по изданию проектно-технической документации, при этом есть также большой опыт его производства на Севкабеле для зарубежного потребителя.
Многолетний опыт строительства и эксплуатации воздушных линий 0,4-1 кВ в России, недостаточная надежность традиционных распределительных сетей с «голыми» проводами, необходимость постоянной разработки мероприятий по повышению надежности и уменьшению количества аварийных отключений, высокие трудозатраты и эксплуатационные расходы подчеркивают преимущества линий с изолированными и защищенными изоляцией проводами.