О ЧЕТЫРЕХПРОВОДНОЙ СИСТЕМЕ СИП БЕЗ ПРЕДУБЕЖДЕНИЙ

О плюсах и минусах различных систем СИП мы рассказывали практически в каждом номере «Новостей ЭлектроТехники» начиная с 2002 года.
Относительно недавно в России появилась новая система – четырехпроводная, в которой отсутствует несущий нулевой провод. Мнения отечественных специалистов об этой конструкции довольно противоречивы. Противникам СИП-4 возражает Евгений Алексеевич Лютик.

Евгений Лютик, технический специалист ООО «Энсто-Электро», г. Москва

• с несущим нулевым проводником (голым или изолированным) – СИП-1, СИП-2, СИП-1А, СИП-2А;
• без несущего нулевого проводника (четырехпроводная система) – СИП-4, СИПс-4, СИП-2AF.

Пока в России идет погоня за европейскими успехами в области применения СИП, в Европе внедрили новую конструкцию самонесущих изолированных проводов без несущего нулевого проводника – четырехпроводную систему. Она была разработана и впервые применена в Германии. Появление такой конструкции вызвало технический бум, и она быстро завоевала успех во многих странах, причем не только в Европе. Сейчас четырехпроводная система применяется в электрических сетях Австрии, Германии, Швеции, Норвегии, Польши, Чехии, Бельгии, Эстонии и других стран. В Украине используется исключительно система СИПс-4.
В Россию четырехпроводная система пришла совсем недавно, но, несмотря на все свои преимущества, ее внедрение встречает довольно значительное сопротивление. Причем не со стороны электросетевых предприятий, а со стороны производителей широко распространенных систем СИП.
Попробуем цифрами опровергнуть некоторые доводы, высказываемые против «четырехпроводки». Для краткости, конструкции первой системы будем называть СИП-2А, как наиболее распространенные в России, второй – СИПс-4.

Введен ГОСТ Р 52373-2005, в который не вошли изолированные провода без несущего элемента, соответственно их применение запрещено.
Надо заметить, что вышеупомянутый ГОСТ не исключает производство и применение проводов без несущего проводника и носит рекомендательный характер (см. «Новости ЭлектроТехники» № 2(38) 2006, стр. 159). Провода данного типа производятся по техническим условиям заводов-производителей, согласованным с департаментом электрических сетей РАО «ЕЭС России».

Стоимость ВЛИ, выполненной проводом СИПс-4, выше стоимости аналогичной линии на проводе марки СИП-2А, т.к. арматура для СИПс-4 стоит на 10–15% дороже.
При строительстве ВЛИ основная часть затрат приходится на провод и арматуру. По официальным данным ОАО «Севкабель», стоимость проводов марки СИПс-4 в зависимости от сечения на 10–30% ниже, чем марки СИП-2А, причем разница в стоимости тем больше, чем меньше сечение провода. Оценить стоимость арматуры не так просто, поскольку количество и тип арматуры сильно меняются в зависимости от конкретного проекта. Но практика показывает, что стоимость арматуры для СИПс-4 при строительстве ВЛ проводами сечением до 35 мм² одинакова с аналогичной арматурой для СИП-2А. При увеличении сечения линии арматура для СИПс-4 дорожает на 10–15% по сравнению с арматурой для СИП-2А.
Стоимость арматуры при сооружении ВЛ составляет приблизительно 20% от стоимости линии, а остальные 80% затрат приходятся на стоимость провода. Поэтому более дорогая арматура в конечном итоге практически не влияет на общие затраты.
Таким образом, сооружение ВЛ с помощью СИПс-4 значительно дешевле, чем с СИП-2А. Если учитывать затраты на монтаж, то разница в стоимости ВЛ может еще больше возрасти, т.к. при использовании СИПс-4 отпадает необходимость в бандажных ремешках и (иногда) раскаточных роликах.

Для СИПс-4 нужны более мощные поддерживающие зажимы, но они не обеспечивают минимальную разрушающую нагрузку, которая позволит сохранить работоспособность магистрали ВЛ за счет обрыва самой арматуры, а не провода.
В арматуре не предусмотрены элементы, которые служат для механической защиты магистральной линии. Такие недостатки могут называть только производители со скудным ассортиментом выпускаемой арматуры. Не секрет, что минимальная допустимая разрушающая нагрузка поддерживающих зажимов для систем СИП с несущим нулевым проводником – 1,2 т. Но сегодня на рынке есть арматура для четырехпроводной системы СИП, рассчитанная на весь диапазон возможных нагрузок – от 1,2 до 4 т, выполненная как из алюминиевого сплава, так и из пластика, что полностью исключает обрыв провода.

• для подвески СИПс-4 на промежуточных опорах выделять какую-либо жилу нет необходимости. Крепление происходит сразу за все 4 жилы, т.е. за весь жгут. Более того, монтаж СИПс-4 не только занимает меньше времени, но и экономит средства, т.к. поддерживающие зажимы можно использовать вместо раскаточных роликов, т.е. раскатка СИПс-4 может происходить непосредственно по самим поддерживающим зажимам;
• при монтаже линии с СИПс-4 нет необходимости использовать бандажные ремешки. Расплетение жгута просто невозможно, поскольку его крепление происходит одновременно за все 4 жилы, в то время как на линиях с СИП-2А бандажами надо фиксировать жгут с двух сторон от места крепления к зажиму.

Несущая способность нулевой жилы в СИП-2А рассчитана на большие анкерные пролеты, поскольку способна выдерживать высокую механическую нагрузку. Анкерные пролеты для СИПс-4 меньше, т.к. жилы выполнены из алюминия.
Разрывная прочность алюминиевого сплава, который используется для изготовления несущей жилы в проводах марки СИП-2А, составляет 300 н/мм2. Разрывная прочность алюминия всего 175 н/мм2, но в СИПс-4 нагрузка распределяется равномерно на все 4 жилы. Это означает, что эффективное сечение несущего элемента, а следовательно и его прочность, возрастает в четыре раза. Для сравнения возьмем провод СИП-2А 3х50+1х70 и СИПс-4 4х50. В этом случае разрывная прочность провода СИП-2А составит 21 кН, в то время как для провода СИПс-4 эта величина будет равняться 35 кН. Вес провода СИП-2А равняется 842 кг/км, а СИПс-4 – всего 718 кг/км. Следовательно, при меньшей прочности несущего проводника в случае СИП-2А, на него воздействует большая механическая нагрузка, чем при использовании СИПс-4, за счет избыточного веса провода. По данным ОАО «Севкабель» можно судить о прочности СИПс-4 (рис.1). Из графика видно, что механическая прочность четырехпроводной системы значительно выше, чем системы с несущим нулевым проводником. Длина пролета может ограничиваться только прочностью опор и арматуры.
Следует учесть и то, что в соответствии с действующим ГОСТ 839-80 срок службы провода из термообработанного сплава составляет 25 лет, а из алюминия – 45 лет.

Максимальные пролеты для проводов 2х16, 4х16, 2х25, 4х25 составляют до 25 м для ответвлений на ввод и 40 м для линейных ответвлений, что накладывает ограничение на их использование.
Нужно заметить, что провода данных сечений используются в большинстве случаев для организации абонентских ответвлений к вводам в здание. А конструкция абонентского ответвления по своему исполнению одинакова для любой конструкции СИП, поэтому данное высказывание справедливо для всех систем.
Следует обратить внимание на то, что, согласно главе 2.4 ПУЭ 7-го изд., длина пролетов абонентского ответвления ограничивается механическим расчетом в зависимости от прочности опоры, на которой выполняется ответвление. Но чаще всего это ограничение накладывается по минимально допустимой прочности сервисных анкерных зажимов, которая у большинства производителей составляет от 2 кН до 3 кН. Учитывая то, что по ПУЭ провод 4х25 может применяться как для абонентских ответвлений, так и в магистральных линиях, для таких целей были разработаны более мощные универсальные анкерные зажимы, рассчитанные, в зависимости от сечения провода, на нагрузки до 11,2 кН, использование которых позволяет увеличить ранее допустимые пролеты.

Рис. 2. Отличительные обозначения токопроводящих жил

1 (первая жила) — одна полоса;
2 (вторая жила) — две полосы;
3 (третья жила) — три полосы;
N (нулевая жила) — без обозначения.

a = 2,7 мм
b = 1,0 мм
h = 0,4 мм
Размеры a, b и h являются справочными.

Стоимость таких зажимов, конечно, значительно выше, но их применение вполне оправдано, т.к. обрыв анкерного крепления абонентского ответвления может привести к потере не только ответвления, но и всей магистрали. Например, если в результате избыточного механического воздействия на ответвление произойдет обрыв анкера на опоре, где крепится ответвление, то вся нагрузка, ранее приходившаяся на анкер, ляжет на ответвительные прокалывающие зажимы, которыми присоединяется ответвление к магистрали. Прокалывающие зажимы значительно снижают прочность токоведущей жилы (на 50% в зажимах, выполненных по французским стандартам, и на 10% в зажимах, выполненных по немецким стандартам). Возможно, что из-за возникшей избыточной нагрузки, приложенной к прокалывающим зажимам, произойдет их срыв, который приведет к обрыву линии или значительному повреждению изоляции, которое в свою очередь – к КЗ, а следовательно пережогу магистрали. Ремонт такой линии обойдется намного дороже, чем изначальная закупка более дорогих и прочных зажимов.

Возникают сложности в определении нулевой и токопроводящих жил, т.к. все жилы имеют одинаковые сечения и выполнены из алюминия.
Для определения нулевой и токопроводящих жил применяется специальная маркировка, соответствующая требованиям ГОСТ 18690 с дополнениями в ГОСТ 52373-2005, а также в ТУ заводов.

Основные токопроводящие жилы самонесущих изолированных проводов должны иметь отличительное обозначение в виде продольно выпрессованных рельефных полос на изоляции, как показано на рис. 2, или цифр 1, 2, 3, нанесенных тиснением или печатным способом. Нулевая жила не должна иметь отличительного обозначения. Отличительное обозначение также может быть выполнено в виде цветных продольных полос шириной не менее 1 мм. Цвет полос должен быть контрастным по отношению к черному цвету. Вышеизложенные требования одинаковы для всех типов проводов.

Высокая механическая нагрузка на изоляцию всех четырех жил. Нет эффективного распределения механических нагрузок между нулевой и токопроводящими жилами.
Благодаря тому, что провод крепится сразу за все 4 проводника, нагрузка равномерно распределяется по контактной поверхности зажима пропорционально количеству проводников. Следовательно, нагрузка на каждый отдельный проводник будет в 4 раза меньше, чем общая механическая нагрузка всего жгута.

В России, в отличие от Европы, распределение нагрузок несимметрично между фазами, из-за этого одна токопроводящая жила нагревается больше, чем другая. Так как в анкерном зажиме для СИПс-4 все четыре жилы несут на себе высокую механическую нагрузку, то та жила, которая греется больше, чем другие, будет вытягиваться. Поэтому нагрузка из четырех проводов перейдет на три или на два провода, что приведет к разрушению нулевой или токопроводящей жилы.
Возьмем для рассмотрения участок линии длиной 500 м, выполненной проводом СИПс-4 4х35. По условию потерь напряжения максимальная нагрузка для проводника данного сечения приблизительно равняется 5,5 кВт ~ 25 A. Пусть нагрузка одной из фаз увеличится в 2 раза и составит 50 А. Зная, что при максимальном допустимом токе нагрузки 160 А для данного провода при температуре окружающей среды 25^ОС и скорости ветра 0,6 м/с температура жилы равняется 90^ОС, пересчитаем температуру жилы для 25 А и 50 А соответственно. Для приблизительной оценки воспользуемся формулой пересчета, справедливой для голых проводников:

t^' = t_О + (t – t_О) (I^' / I)²,

Получается, что при 25 А температура проводника равняется 26,6^ОС, при 50 А это значение составит 31,3^ОС. Учитывая, что коэффициент линейного расширения для алюминия — 0,024 мм на 1 м при увеличении температуры проводника на 1^ОС, можно легко посчитать удлинение жилы, например, на длине анкерного пролета длиной 500 м: 0,024 • (31,3 – 26,6) • 500 = 56,4 мм. Т.е. данное удлинение составит не более 0,01% от первоначальной длины провода в пределах одного анкерного пролета.

В заключение хочется отметить еще одну положительную особенность проводов марки СИПс-4, которая характерна только для систем без несущего элемента. За счет крепления провода за все 4 жилы в жгуте возникает положительный или отрицательный избыточный крутящий момент, который при нарушении состояния равновесия линии способствует возврату жгута в первоначальное положение. Данное свойство СИПс-4 способствует самосбросу наледи, снега, а также предотвращению гололедного образования.
Из всего вышеперечисленного следует, что четырехпроводная система не только не уступает системам с несущим проводником, но и по многим параметрам их превосходит.