ВЛ 35 КВ С ЗАЩИЩЕННЫМИ ПРОВОДАМИ
СТАНДАРТЫ, ТРЕБОВАНИЯ, ЗАРУБЕЖНАЯ ПРАКТИКА

Линии электропередачи среднего класса напряжения, выполненные защищенными проводами, имеющими повышенную надежность и ряд других преимуществ над голыми проводами, нашли широкое применение в распределительных сетях многих стран мира. В странах Северной Европы они используются с 1970­х годов. Первоначально защищенные провода применялись только на линиях напряжением до 20 кВ, а с 1990­х годов – и на ВЛ до 110 кВ. Об особенностях ВЛ с защищенными проводами рассказывает Евгений Алексеевич Лютик.

• защиту от КЗ при схлестывании проводов;
• значительное уменьшение габаритов ВЛ;
• защиту окружающей среды;
• повышенную безопасность эксплуатации.

Таким образом, применение защищенных проводов стало чрезвычайно привлекательным решением для энергетиков при строительстве ВЛ в черте города, где требуется компактность и повышенная безопасность, либо в лесной зоне, где вырубка просек под строительство традиционных ВЛ слишком дорога. Для нефтегазовой и металлургической промышленности применение ВЛЗ позволяет значительно снизить недополученную прибыль в результате отключения линий и, как следствие, количество остановок добывающих предприятий.

СТАНДАРТЫ

Нормативная база по применению защищенных проводов на классы напряжения более 20 кВ находится в стадии разработки.
Европейский Комитет по Электротехническим Стандартам (CENELEC) издал стандарт EN50341: «Воздушные ЛЭП напряжением выше 45 кВ» [1]. Работа над стандартом, относящимся к ВЛ среднего напряжения, в настоящее время еще не окончена. Этот стандарт EN50XX: «Воздушные ЛЭП переменного тока с номинальным напряжением от 1 кВ до 45 кВ включительно» базируется на стандарте EN50341 и содержит только дополнительные требования и упрощения, характерные для ВЛ среднего напряжения. В этот стандарт планируется также включить требования к защищенным проводам [2].
Кроме того, существуют два составных стандарта, также находящихся в стадии разработки, которые относятся к защищенным проводам для воздушных ЛЭП и арматуре к ним для напряжений от 1 кВ до 36 кВ:

• prEN 50397­1 – Часть 1: Защищенные провода;
• prEN 50397­2 – Часть 2: Арматура.

ПРОВОДА

Защищенные провода, применяемые на линиях среднего напряжения, стандартизованы во многих странах мира, в том числе и в России. Стандартизация пока не коснулась проводов, используемых в высоковольтных линиях, по причине достаточно короткого периода их применения. Тем не менее в Скандинавии разработаны защищенные провода вплоть до 132 кВ, а в РФ еще в 2003 г. были созданы ТУ на производство провода с защитной изоляцией для ВЛ 35 кВ. Защищенный провод на 35 кВ выпускается стандартных сечений: 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240 мм₂. Жила провода имеет многопроволочную конструкцию, изготовленную из термоупрочненного алюминиевого сплава повышенной прочности. Номинальный диаметр токоведущей жилы варьируется от 6,9 мм для сечения 35 мм₂ до 18,1 мм для сечения 240 мм₂. Наружный диаметр провода изменяется в диапазоне от 13,3 до 25,9 мм в зависимости от сечения.
Токопроводящая жила покрывается изоляционным слоем из многослойной полиэтиленовой композиции. Внешний слой изоляции обычно изготавливается из атмосферостойкого сшитого полиэтилена либо из атмосферостойкого трекингостойкого полиэтилена. Внутренний слой состоит из изоляционного сшитого полиэтилена. В некоторых марках проводов присутствует дополнительный внутренний слой из полупроводящего сшитого полиэтилена, а так же водонабухающий материал, обеспечивающий продольную герметизацию. Допустимый нагрев токопроводящей жилы провода не должен превышать 90^OС при нормальном режиме эксплуатации и 250^OС при КЗ.

Таблица 1. Рекомендуемые значения расчетной величины натяжения провода при средних температурах самого холодного месяца в году в зависимости от категории ландшафта

Категория ландшафта	Ландшафтные характеристики	Величина H/w, м
1	Открытая ровная местность без растительности и иных преград, со снежным покрытием и вблизи (или непосредственно над) большими массами воды	1000
2	Открытая ровная местность без каких­либо преград и без снежного покрытия, например, чистое поле в летнее время года	1125
3	Открытая ровная местность с небольшим количеством преград, например, открытый луг или поле с несколькими деревьями, зелеными и иными заграждениями, прерия, тундра	1225
4	Местность с деревьями и постройками, например, пригородная зона, малые города, лесистая местность или местность, поросшая кустарником. Сюда же относятся небольшие поля с кустарником и деревьями	1425

Рис. 1. Расчетные значения натяжений для разных типов изолированных проводов

НАТЯЖЕНИЕ ПРОВОДОВ

При расчете ВЛ с защищенными проводами необходимо помнить, что ВЛЗ так же подвержены вибрации из­за действия ветровых нагрузок, как и традиционные ВЛ с голыми проводами. Для изучения данного вопроса в Европе были предприняты масштабные исследования и эксперименты. Современные экспериментальные конструкции ВЛЗ основаны на использовании стандартизованных изолированных проводов [3, 4, 5]. Чем выше натяжение проводов, тем меньше уровень демпфирования. В настоящее время в скандинавских странах величина приложенного натяжения провода при температуре 0^OC находится в пределах от 20 до 45 МПа. В системах распределения напряжения Финляндии рекомендуется не превышать величину натяжения в 35 МПа [4].
Комитет CIGRE опубликовал отчет, относящийся к безопасным уровням расчетных натяжений при вибрациях, вызванных ветром [6]. В этом отчете безопасные уровни расчетных натяжений представлены параметром H/w, где H – натяжение провода при средней температуре самого холодного месяца в году, а w – масса проводника. Тип ландшафта, на котором расположена ВЛЗ, также оказывает влияние на вибрацию проводов – открытые ровные поверхности характеризуются ламинарным потоком воздуха при ветре (с минимальной турбулентностью) и поэтому высокой скоростью ветра вокруг провода. Это означает, что провод может выдерживать значительно большее натяжение в ландшафтных условиях, в которых имеются естественные или искусственные преграды, например, деревья, постройки, и т.п., нежели на гладких ландшафтных поверхностях. Этот факт подтверждается табл. 1.
На рис. 1 показаны безопасные расчетные значения натяжений для типовых изолированных проводов, используемых в Финляндии. Жирными линиями показаны границы различных категорий ландшафта. При вычислениях расчетных напряжений проводника принималось, что расстояние между опорами ЛЭП составляет 80 м, а средняя температура самого холодного месяца в году составляет –10^ОС.

В соответствии с рис. 1, для 2­й ландшафтной категории рекомендуется использовать провода с экспериментально измеренными значениями натяжения от 30 до 36 МПа. Более высокие значения натяжения допустимы при использовании демпфирующих устройств, таких как виброгасители. Оценку уровней вибрации можно также произвести аналитическими методами или измерениями [7].

ОПОРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Для ВЛЗ 35 кВ в Финляндии были разработаны специальные траверсы. Основное отличие траверс для ВЛЗ 35 кВ от траверс для ВЛЗ 6–20 кВ заключается в увеличенных междуфазных расстояниях. Если в сетях до 20 кВ минимальное междуфазное расстояние равнялось 400 мм, то для ВЛ на 35 кВ это расстояние составляет до 600 мм при горизонтальном расположении фаз (рис. 2).
Конструкция таких траверс подразумевает их установку на деревянные опоры. Учитывая опыт Скандинавии, можно смело утверждать, что деревянные опоры являются самым экономически оправданным решением для ВЛ среднего напряжения, в том числе до 35 кВ. Кроме того, деревянные опоры могут устанавливаться и на высоковольтных линиях до 110 кВ [1].

ИЗОЛЯТОРЫ И АРМАТУРА

Для крепления защищенного провода к траверсе можно использовать специальные опорные фарфоровые изоляторы, рассчитанные на номинальное напряжение до 35 кВ (рис. 3), либо традиционные линейные подвесные стеклянные изоляторы (рис. 4).
Арматура, используемая для крепления защищенных проводов на 35 кВ, аналогична арматуре для крепления ВЛЗ 6–20 кВ. Для анкерного крепления необходимо использовать натяжные зажимы, которые оборудованы прокалывающими изоляцию элементами и при установке не требуют снятия изоляции. В случае промежуточного крепления проводов на поддерживающих изоляторах также необходимо использовать роликовые поддерживающие зажимы, оснащенные прокалывающими элементами. Для крепления провода на опорных изоляторах используются зажимы спирального типа с пластиковым покрытием. Защита от грозовых перенапряжений обеспечивается установкой искровых промежутков, или искровых промежутков с ОПН, или длинноискровых петлевых разрядников на 35 кВ.

ВЫВОДЫ

С увеличением количества предприятий, не допускающих перебоев в электроснабжении, всё острее становится вопрос обеспечения требуемой надежности. Строительство ВЛЗ является одним из таких решений. Использование защищенных проводов в конструкции распределительных линий среднего напряжения является в настоящее время обычной практикой в скандинавских странах. Кроме того, в Финляндии в апреле 1996 г. вступила в действие экспериментальная ВЛЗ 110 кВ Мамакиви – Сула. По сей день она служит безотказно, и случаев сбоев в электроснабжении зафиксировано не было. Конструкция ВЛЗ 35 кВ незначительно отличается от конструкции ВЛЗ 6–20 кВ. В связи с этим разработка нормативной базы на применение ВЛЗ 35 кВ в РФ выглядит не столь сложной задачей, как, например, разработка нормативов для защищенных проводов на сверхвысокие классы напряжений, поэтому требует как можно более быстрого исполнения. Отсутствие нормативов и стандартов тормозит развитие электросетевого комплекса.

ЛИТЕРАТУРА

1. Европейский Комитет по Электротехническим Стандартам, 2001. Стандарт EN50341: Воздушные ЛЭП с напряжением свыше 45 кВ, часть 1: Основные требования – Общие технические данные. – С. 234.
2. Т. Лескинен, Ensto Utility Networks. Проектирование линий электропередачи среднего и высокого напряжения с использованием изолированных проводов.
3. SFS 5790: Воздушные ЛЭП на 12/20 кВ. Система PAS. Финская ассоциация по вопросам стандартизации. – 1995. – С. 12.
4. SFS 5791: Воздушные ЛЭП на 12/20 кВ. Провода для воздушных ЛЭП с изоляцией из сшитого полиэтилена PAS. Финская ассоциация по вопросам стандартизации. – 1994. – С. 12.
5. SFS 5792: Воздушные ЛЭП на 12/20 кВ. Конструкция и средства защиты от электрической дуги проводов для воздушных ЛЭП с изоляцией из сшитого полиэтилена PAS. Финская ассоциация по вопросам стандартизации. – 1996. – С. 16.
6. Исследовательский комитет СIGRE 22, рабочая группа 11, целевая группа 4. Проектирование безопасных расчетных натяжений при вибрации под действием ветра. Часть 1: Уединенные незащищенные провода // Электра. – 1999. – № 186. – С. 53–67.
7. Т. Лескинен. Механические вибрации проводов распределительных линий, вызванные ветром: теория измерения. Дипломный проект. Технологический университет Лаппенранта. – 1998. – С. 65.