Преимущества самонесущих изолированных проводов 6-35 кВ.
Способы защиты воздушных линий от грозовых перенаряжений

В прошлом номере нашего журнала мы начали разговор о самонесущих изолированных проводах (СИП) и рассмотрели плюсы и минусы различных систем на напряжение 0,4-1 кВ. Сегодня мы продолжаем тему СИП.

На воздушных линиях электропередач распределительных сетей 6-35 кВ в России уже долгое время традиционно применяются неизолированные ("голые") провода. И многие не знают о том, что и для этого класса напряжения существуют защищенные провода - СИП-3.

Разработка - скандинавская, модернизация - российская

По статистике самый высокий уровень потребления электроэнергии на душу населения в Европе - в скандинавских странах (см. график). Такое потребление электроэнергии ставит более сложные задачи по обеспечению бесперебойного электроснабжения потребителя.

Двадцать назад в Скандинавии перед учеными была поставлена задача - разработать новый тип воздушных линий электропередач. В результате работы появилась система с использованием проводов с защитным покровом (см. рис. 1). В Норвегии и Швеции такой провод на напряжение 6-20 кВ стал известен под маркой BLX, в Финляндии он стандартизован как PAS или как торговая марка Pirelli (ранее Nokia) SAX, а теперь SAX-W.

После внедрения новых технологий заметно понизилась аварийность линий. Так, например, в Финляндии среднее время отключения воздушных линий напряжения 6-35 кВ по всей территории, включая даже отдаленные северные районы, составляет всего 2 часа 15 минут за весь год. Такие линии с защищенными проводами в процессе эксплуатации становятся практически необслуживаемыми и, как следствие, повысилась безопасность распределительных сетей.

На российском рынке этот провод появился конце 80-х годов прошлого века. С 1997 года "Севкабель" и "Иркутскабель", а чуть позже "Москабельмет" начали выпускать похожий по характеристикам провод, позиционируя как СИП-3. Он отличается от скандинавских более широким диапазоном сечений, гидрофобным слоем между жилой и изоляцией. Область применения российских проводов расширена по классу напряжения до 35 кВ за счет увеличения толщины защитного покрова.

В чем преимущества?

Как и для СИП-1 и СИП-2, надежность и эксплуатационная привлекательность СИП-3 складывается из следующих условий:

• провода защищены от схлестывания;
• на таких проводах практически не образуется гололед;
• исключено воровство проводов, так как они не подлежат вторичной переработки;
• существенно уменьшены габариты линии и соответственно требования к просеке для прокладки и в процессе эксплуатации;
• простота монтажных работ и соответственно уменьшения их сроков;
• высокая механическая прочность проводов и соответственно невозможность их обрыва;
• пожаробезопасность таких линий, основанная на исключении КЗ при схлестывании;
• сравнительно небольшая стоимость линии (примерно на 35 % дороже "голых"). При этом происходит значительное сокращение эксплуатационных расходов (реальное сокращение доходит до 80 %).

Список можно продолжать далее, но и этого уже достаточно для того, чтобы обосновать необходимость использования СИП-3.

Технические характеристики

СИП-3 - это одножильный самонесущий изолированный провод. Жила выполнена из алюминиевого сплава высокой прочности или из сталеалюминия.

Изоляция выполнена из силанольно-сшитого полиэтилена. Температурные характеристики такой изоляции - 90^о С в долговременном режиме, 130^о С в режиме длительной перегрузки (до 8 часов в сутки) и 250^о С в режиме токов короткого замыкания. В изоляцию добавляют около 2 % сажи для достижения стойкости полиэтилена к ультрафиолетовому излучению.

Изоляционный слой имеет толщину около 2,5 мм, поэтому такой слой можно считать только защитным. Несмотря на то, что изоляция и выдерживает 60 кВ на пробой, провод необходимо подвешивать пофазно на отдельные изоляторы. При схлестывании проводов или падении на линию, например, дерева, когда провода собираются в пучок, защитный покров выдерживает рабочее напряжение и линия может работать достаточно долго.

Свойства провода таковы, что экономия при строительстве достигается не только уменьшением материалоемкости траверс (межфазное расстояние всего 400 мм), но и, что немаловажно, уменьшением габаритов просеки в лесных массивах. Просека требуется в шесть раз меньше, чем для линий с голыми проводами. И ее ширина в 3,5 метра определена лишь необходимостью организации подъезда техники для проведения работ по строительству линии.

Приведу интересный случай из практики: в северо-западном регионе одному из потребителей были выданы технические условия на строительство воздушной линии с использованием СИП-3. Потребитель знал, что стоимость такого провода и необходимой арматуры больше, чем "голых" проводов. Не задумываясь о высоких эксплуатационных свойствах таких линий, он решил пойти по пути уменьшения капитальных затрат на строительство и потребовал заменить СИП-3 на голые провода. Однако затем столкнулся с проблемой лесоотвода - расходы по отводу и по вырубке просеки составили такую величину, которая превысила стоимость линии с СИП-3. Конечно, не всегда линия строится в лесных массивах, но необходимо помнить о низких расходах на эксплуатацию линии с СИП-3, которая довольно быстро окупит первоначальные затраты.

СИП боится грозовых перенапряжений...

Необходимо обратить внимание и на то, что не бывает идеальных систем. С появлением изолированных проводов возникла проблема их защиты от грозовых перенапряжений. При возникновения грозового перенапряжения пробивается воздушный промежуток по поверхности изолятора и горит дуга, питаемая сетью достаточно долго - в сетях среднего напряжения однофазный пробой не регистрируется релейной защитой, и линия не отключается.

Для "голых" проводов грозовые перенапряжения не так страшны, ведь основание дуги со стороны провода не стоит на месте, постоянно перемещаясь по проводу. Защищенный провод пробивается в определенных местах, изоляция не дает дуге двигаться, и она горит на проводе только в месте пробоя. В конце концов, провод пережигается и обрывается. Следовательно, такие провода необходимо защищать от грозовых перенапряжений. Конечно это требует дополнительных затрат, но они необходимы.

...И его необходимо защитить

Существуют различные способы защиты от грозовых перенапряжений.

Одним из первых появился метод защиты искровым промежутком (см. рис.2). Еще одним широко применяемым, но при этом довольно дорогим стал способ с использованием ограничителей перенапряжения (см. рис. 3)

Трудно сказать что-либо новое об этих методах. Они описаны во многих изданиях и статьях. И все-таки отметим их основные достоинства и недостатки.

Существуют и другие методы. Один из них достаточно давно используется в Европе, но мало известен в России - способ перевода пробоя из однофазного в межфазный (см. рис. 4).

Устройство конструктивно достаточно простое (см. рис. 5), и необходимо обратить внимание на достаточно малое межфазное расстояние. Устанавливается на достаточном удалении от изолятора (длина вязки спиральной + 5 см), причем рог направлен от опоры, но в сторону траверсы. Само устройство имеет прокалывающие изоляцию контактные зубья, которые при монтаже выводят потенциал провода на рог и поверхность провода, причем с помощью алюминиевой проволоки этот потенциал существует на поверхности провода вплоть до изолятора.

При возникновении грозового перенапряжения пробивается промежуток у изолятора между проводом и траверсой, но дуга горит не на самом проводе, а на той проволоке, которая выводит потенциал на поверхность. Далее дуга перемещается по проволоке в сторону рогов, и за счет ионизации воздуха и относительно небольшого межфазного расстояния дуга переходит в межфазное состояние.

Плюс такого метода в том, что пробой становится видимым для релейной защиты, которая отключает линию. Затем либо АПВ, либо оператор восстанавливают сетевое напряжение.

Появляются и новые идеи, в том числе и в нашей стране. Интересна петербургская разработка с использованием длинноискровых промежутков. Система достаточно новая и пока серийно не производится. Но ее будущее достаточно многообещающе. Идея очень проста: заставить пробой протекать по некой поверхности, растягивая разряд на такую большую длину, которая не позволит ему переродится в полноценную дугу.

Конструктивно такая защита может выполняться различными способами. Один из них - петля, изготовленная из длинного отрезка изолированной жилы определенной конструкции с высоким уровнем изоляции и установленная на траверсе. Концы жилы закреплены на траверсе и соединены с ней. Средней частью петля приближается к СИП и в этом месте поверхность защищенного провода выведен потенциал. Разряд растягивается по поверхности петли от СИП до траверсы, причем его длина разряда так велика, что он не перерождается в дугу. Результат - при грозовых перенапряжениях линия не отключается, и абонент всегда получает электроэнергию.

Правда, практически доказать срабатывание подобного метода грозозащиты достаточно сложно. Нет способов регистрации. Уже несколько лет такая система работает в опытной эксплуатации, и аварий не наблюдалось. Можно предположить что срабатывала защита, но нельзя отвергать и тот момент, что в линии не было грозовых перенапряжений.