АРМАТУРА для СИП
Выбор с учетом механических перегрузок на ВЛ 0,4 кВ

В последние два года Валерий Юрьевич Староверов на страницах нашего журнала рассказал о многих видах арматуры для монтажа самонесущих изолированных проводов, предлагаемых на российском рынке (см. «Новости ЭлектроТехники» № 3(39) 2006 – № 3(45) 2007, www.news.elteh.ru).
Сегодня автор рассматривает те виды арматуры для СИП, которые позволяют повысить предсказуемость поведения ВЛ при механических перегрузках, а следовательно, и снизить возможный ущерб от их действия.

Валерий Староверов, генеральный директор ЗАО НИЦ «Старинфо», г. Королёв, Московская обл.

ПРЕДСКАЗАНИЕ И СНИЖЕНИЕ УЩЕРБА

Приведем несколько случаев из практики эксплуатации воздушных линий 0,4 кВ с СИП (ВЛИ).
Несколько лет назад в одном из районов подмосковного города Королева рано утром мусоровоз, покидая площадку с мусорными контейнерами, не вписался в свободное пространство и задней частью сбил опору, от которой в разные стороны расходились жгуты СИП ВЛ 0,4 кВ. Опора разрушилась и, падая, натянула провода настолько, что сломались еще две опоры одного направления. Все опоры были железобетонными, провода – типа «Торсада», а арматура – марки Simel. Узлы крепления к опорам были выполнены стальной лентой. Как результат, сломаны три стойки опор и два анкерных кронштейна. Провода, анкерные зажимы и ленточные хомуты не пострадали.
Другое событие произошло в Воронеже. Зимой водитель легкового автомобиля не вписался в поворот и врезался в деревянную опору ВЛ 0,4 кВ с СИП. Опора была старая, от удара ее нижняя часть отвалилась, а оставшаяся большая часть повисла на проводах СИП. В таком состоянии опора провисела до весны, когда появилась возможность подъехать к ней и заменить ее на новую.
Случай в городе Кольчугино Владимирской области может быть не показателен, но поучителен: сразу после монтажа ВЛ с СИП на нескольких пролетах ленточные хомуты распустились и провод просто опустился на землю под своей тяжестью.
В Смоленске спустя какое-то время после монтажа ВЛ с СИП под действием сильного ветра были завалены на землю несколько пролетов ВЛИ вместе с опорами.

ВОЗМОЖНЫЕ ПРИЕМЫ

• правильный выбор типа элемента арматуры для СИП с учетом его механических характеристик;
• правильное выполнение узла крепления кронштейнов к опорам на основе ленточного хомута с использованием ленты и скрепы из нержавеющей стали с учетом многообразия вариантов выполнения этих хомутов;
• применение таких элементов арматуры, как «слабое звено», имеющих ограниченную и нормированную прочность;
• учет состояния опоры (новая опора или старая, из какого она материала: деревянная, железобетонная или стальная);
• учет характера местности, где будет монтироваться ВЛИ (густонаселенный район, плотные лесные насаждения, близость дороги с интенсивным автомобильным движением);
• и, наконец, традиционный учет опыта монтажа и эксплуатации ВЛИ как в своих электрических сетях, так и сетях других городов, других регионов и в других странах.

Рассмотрим подробнее эти приемы. Оговоримся сразу, что в статье речь идет о ВЛ с СИП-2, где жгут СИП крепится за один провод – изолированный несущий нейтральный провод, хотя большую часть приемов можно с успехом использовать и для других конструкций СИП (неизолированная несущая нейтраль и самонесущая система изолированных проводов).

ПРАВИЛЬНЫЙ ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ АРМАТУРЫ

Мы приводим такие типы элементов арматуры для СИП, предлагаемые производителями, применение которых позволит, с одной стороны, обеспечить функционирование ВЛИ в нормальных условиях (механическая нагрузка на провода, на арматуру и на узлы крепления будет рабочей, когда целостность ВЛИ сохраняется). С другой стороны, при наличии чрезмерных механических перегрузок эти элементы должны разрушиться и отпустить линию в свободное провисание вплоть до падения ее на землю.
Такое поведение ВЛИ должно привести к минимальному экономическому ущербу и свести к минимуму вероятность падений конструкций ВЛИ на людей, могущих привести к серьезным увечьям (например, при разрушении опор).
Для анализа прочностных свойств элементов АСИП из всей арматуры, предлагаемой на нашем рынке, выберем арматуру двух европейских производителей: Ensto и Tyco, поскольку их арматура не только удовлетворяет западноевропейским стандартам, но и включает в себя значительно больший спектр модификаций элементов, чем у других производителей. Особенно это касается разнообразия крюков.
Далее попытаемся сгруппировать элементы АСИП в две основные группы: первая группа – элементы для анкерного крепления СИП (табл. 1), вторая – элементы для промежуточного или поддерживающего крепления СИП (табл. 2). Примеры некоторых изделий приведены на рис. 1–3. Учитываем при этом применимость элемента в данной группе, значение разрушающей нагрузки элемента в одном из двух направлений, которые дают производители (горизонтальное или вертикальное).
Отметим, что существует большая доля изделий, которые могут использоваться в обеих группах, например, такие крюки, как HEL-553x, SOT16.10, PD3.3, SOT 21, PD3.2, PD2.2, SOT 29, HEL-5661, SOT 39. Элементы арматуры в таблицах размещены по мере возрастания значения их разрушающей нагрузки.
В табл. 1, кроме типов арматуры, показаны также значения разрушающих нагрузок несущих проводов СИП для разных сечений, а также вариантов выполнения узлов крепления хомутов из стальной ленты. Кроме того, показаны прочностные характеристики и места в общем списке для крюков типа «слабое звено» HEL-5641 и HEL-5642.
Попробуем рассмотреть возможность применения разных комбинаций элементов АСИП для двух типов участков ВЛИ:

• участок, на котором не ожидаются чрезмерные или значительные механические нагрузки или перегрузки на ВЛИ (участок без риска);
• участок с явно ожидаемыми значительными механическими нагрузками или перегрузками (участок с риском).

АНКЕРНОЕ КРЕПЛЕНИЕ СИП

Для участков без риска для анкерного крепления СИП на опорах, на наш взгляд, могут применяться комбинации элементов с учетом сечения несущего провода (табл. 1):
35 мм²:

• SO 252.01 + SO 253 + 2 хомута поз. 18, 25 или 28;
• SO 252.01 с теми же хом., но с крюками SOT 29 и SOT 39;
• SO 252.01 с крюками SOT 21, SOT 101;
• PA 1000 + CA 1500 + 2 хом. поз. 18, 25 или 28;
• PA 1000 с теми же хомутами, но с крюками HEL-5661, CA 2000.

• SO 250.01 + один из крюков SO 253, SOT 29, SOT 39, SOT 21, SOT 101 + 2 хом. поз. 18, 25 и 28;
• PA 1500 + CA 1500 (или HEL-5661, или CA 2000) + 2 хом. поз. 18, 25 и 28;
• PA 1500 + CA 1500 (или HEL-5661, или CA 2000) + 2 хом. поз.
18, 25 и 28;

• SO 251.01 + один из крюков SO 253, SOT 29, SOT 39, SOT 21, SOT 101 + 2 хом. поз. 18, 25 и 28;
• PA 2000 + CA 1000 (или HEL-5661, или CA 2000) + 2 хом. поз. 18, 25 и 28.

Для участков с риском соответственно:

• SO 252.01 + SOT 16 (или PD 3.3) – для деревянных опор;
• PA 1000 + HEL-553x.

• SO 250.01 + SOT 16 (или PD 3.3, или SOT 21 (M16), или PD 3.2)
• для деревянных опор;
• PA 1500 + HEL-553x.

• SO 250.01 + SOT16 – для деревянных опор;
• SO 250.01 + PD 3.3 или SOT 21 (M16), или PD 3.2, или SOT 21(M20), или SOT 253 + 2 хом. поз. 18, 25 и 28;
• PA 1500 + HEL-553x;
• PA 1500 + CA 1500 или CA 2000 + 2 хом. поз. 18, 25 и 28.

• SO 250.01 + SOT16 – для деревянных опор;
• SO 250.01 + PD 3.3 или SOT 21(M16), или PD 3.2, или SOT 29 +2 хом. поз.18, 25 и 28.

95 мм²:

• SO 250.01 + SOT 16 или SOT 21;
• PA 95-2000 + HEL-553x;
• PA 95-2000 + CA 1500 или СА 2000 + 2 хом. поз. 18, 25 и 28.

Пример расчета

Рассмотрим случай, когда требуется подобрать арматуру для участка ВЛИ с риском с проводом, имеющим максимальный диаметр жгута 49 мм, СИП-2 3х120 + 1х95 + 2х16 с анкерными креплениями для пролетов 38 м. Масса провода – 1678 кг/км, а для пролета – 63,534 кг.
Рассмотрим, как поведут себя наименее прочные комбинации элементов арматуры для несущего провода 95 мм² SO 251.01 + SOT 16 (410 кГc) и PA 95-2000 + HEL-553x (550 кГс). Считаем, что в каждом пролете жгут СИП закреплен двумя анкерными комплектами крепления на соседних опорах, т.е. вся нагрузка от жгута для каждого узла крепления делится примерно поровну. Воздействие массы жгута СИП на элементы арматуры не вызывает опасений. Возьмем случай с сочетанием самых неблагоприятных условий эксплуатации по ветровым нагрузкам (IV район – 800 Па) и по гололеду (IV район – 25 мм толщина льда на проводах).
Расчет показывает, что для принятых условий нагрузка на отдельный анкерный узел (зажим + крюк) при наличии корки льда на проводах толщиной 25 мм и ветрового давления 800 Па не превысит 120 кГс, что значительно ниже разрушающей нагрузки рассмотренных комбинаций элементов арматуры, 410 и 550 кГс соответственно. Ясно, что ситуация может быть значительно более сложной, если в результате действия двух перечисленных факторов (гололед и ветер) будут повалены деревья или какие-то мачты, расположенные вблизи участка ВЛИ, которые упадут на жгут СИП, создав механическую перегрузку для него. В то же время упавшие на СИП деревья создают дополнительную парусность для участка ВЛИ, в результате чего механические перегрузки возрастут и могут достичь значений разрушающей нагрузки анкерных узлов крепления. В этом случае произойдут разрушения крюков SOT 16 и HEL-553x и опускание жгута СИП на соответствующих опорах, что должно предотвратить повреждение СИП и опор.

ПРОМЕЖУТОЧНОЕ КРЕПЛЕНИЕ СИП

Рассмотрим комбинации элементов АСИП для промежуточного крепления СИП (табл. 2).
Для участков без риска, на наш взгляд, можно применять комбинации:

• SO 265 или SO 260.01, или SO 69.95 с любым из крюков: SOT 29, SOT 39 + 2 хом. по 2 вит. – max (п. 24);
• SO 260.01+ SO 260.02+ 2 хом.по 2 вит.-max.

• PS 35 + HEL-553x , – PS 35 + HEL-5661 + 2 хом. по 2 вит. (любой вариант пп. 12, 13, 21, 24);
• ES 35-1500+ 2 хом. по 2 вит. (любой вариант пп. 12, 13, 21, 24).

• PS 54 + HEL-5661 + 2 хом. по 2 вит. – max (п. 24);
• ES 1500 + 2 хом. по 2 вит. – max (п. 24).

• PS 120 + HEL-5661 + 2 хом. по 2 вит. – max (п. 24).

Для участков с риском:

• SO 265 или SO 260.01, или SO 69.95 + PD 2.3, или SOT 21, или PD 2.2, или SOT 16.12, или SOT 21, или PD 3.3;
• SO 265 + SOT 29 или SOT 39 + 2 хом. поз. 12 или 13 табл. 2;
• SO 260.01 + SO 260.02 + 2 хом. поз. 12 или 13;
• PS 35 + HEL-553x;
• ES 25-1500 + 2 хом. поз. 12 или 13.

• все комбинации, что и для 35 мм².

• PS 54 + HEL-5661 + 2 хом. поз. 12 или 13;
• ES 1500 + 2 хом. поз. 12 или 13;
• PS 54 + HEL-553x.

• все комбинации, что и для 35 мм².

• PS 120 + HEL-5661 + 2 хом. поз. 12 или 13;
• PS 120 + HEL-553х.

ХОМУТЫ ИЗ СТАЛЬНОЙ ЛЕНТЫ

В предыдущем разделе мы уже частично затронули варианты реализации хомутов из стальной ленты, которыми крепятся кронштейны к опоре. Мы уже показали несколько вариантов реализации и использования этих хомутов в комбинациях с кронштейнами и крюками. Здесь подробнее рассмотрим возможные варианты реализации хомутов, чтобы расширить диапазон их применения.
Хомут можно сделать как из одного витка, так и их двух. Попытки сделать качественный хомут из трех витков ленты не всегда могут увенчаться успехом. Для крепления промежуточного кронштейна можно взять один хомут или два, в то время как для анкерного – только два. Все эти комбинации дают разную прочность.
Разумеется, здесь речь идет о выполнении хомутов из стальной ленты с соблюдением заданной технологии монтажа, когда качественно выполняется затяжка ленты, а правильно загнутый конец ленты фиксируется скрепой. Лента из нержавеющей стали берется размерами: ширина – 20 мм, толщина – 0,7 мм. Что касается вида скрепы, то эксперименты показали, что при прочих равных условиях скрепа типа А200 или NC20 обеспечивает такую же прочность хомута, что и бугель типа NB20 или COT36.
Во время экспериментов на хомутах была выявлена зависимость между прочностью хомута, ориентацией и положением скрепы относительно зажимаемого хомутом кронштейна. Были выявлены такие положения и ориентация скрепы на хомуте, при которых обеспечиваются максимальная и минимальная прочность хомута. Эти значения для разных вариантов реализации хомутов показаны в табл. 1 и 2, где соответственно проставлены индексы max и min и введены сокращения: 2х1 вит. – 2 хомута по 1 витку; 2х2 вит + 1 вит – 2 хомута, из них верхний – из двух витков, а нижний – из одного.
Некоторые варианты реализации хомутов из стальной ленты мы уже рассмотрели выше: в табл. 1 это позиции 18, 25 и 28, в табл. 2 – позиции 12, 13, 21 и 24.

Кроме перечисленных вариантов, можно также рекомендовать ряд более ослабленных хомутов для монтажа участков ВЛИ с особо высоким риском по воздействию механических перегрузок, особенно для СИП с меньшими сечениями жил.
Для анкерных креплений СИП речь идет о хомутах поз. 5 (табл. 1), прочностью 800 кГс, а для промежуточных креплений – поз. 1, 3, 5 и 6 (табл. 2), имеющих прочности соответственно 140, 220, 280 и 350 кГс. Как видим, в арсенале у проектировщиков и монтажников ВЛИ имеется широкий выбор вариантов реализации хомутов из стальной ленты, имеющих разрушающие нагрузки для анкерных креплений от 800 до 5000 кГс и для промежуточных – от 140 до 900 кГс. Важно только умело, с использованием накопленного опыта, знания характера и особенностей эксплуатации различных участков ВЛИ, выбрать тот или иной вариант, согласовывая его с применяемыми элементами арматуры для СИП.

ЭЛЕМЕНТЫ «СЛАБОЕ ЗВЕНО»

• крюки Tyco HEL-5671 (разрушающая нагрузка 400 кГс) и HEL-5672 (800 кГс), которые вставляются между анкерным или поддерживающим зажимом и крюком на опоре;
• крюки Ensto SOT135.100 (1000 кГс) и SOT135.150 (1500 кГс), которые также вставляются между крюком на опоре и поддерживающим зажимом;
• промежуточный комплект Tyco ESF 54/70 (700 кГс), отличающийся от обычного комплекта ES1500 тем, что соединительный палец, входящий в состав поддерживающего зажима и соединяющий промежуточное звено зажима с его корпусом, имеет углубленную борозду (канавку), снижающую его прочность. Такое решение снизило прочность комплекта с 1200 кГс до 700 кГс;
• зажим поддерживающий Tyco PS 50/70 (700кГс), конструкция которого имеет заданную пониженную прочность, заведомо меньшую, чем у обычного поддерживающего зажима PS54 (1200 кГс).

ИНЫЕ ПРИЕМЫ

Что касается остальных приемов для снижения ущерба от механических перегрузок на ВЛИ, которые упоминались выше, т.е. учет состояния опоры, характера местности, опыта монтажа и эксплуатации ВЛИ, то они являются достаточно традиционными и широко применяемыми на всех предприятиях, имеющих отношение к ВЛ.
Поэтому они не являются предметом обсуждения в данной статье.
Кроме того, здесь не рассматривается случай, когда анкерный и промежуточный кронштейны крепятся к опоре с помощью болтов с гайками, т.к. в такой комбинации кронштейн-болт при чрезмерных перегрузках всегда первым разрушается кронштейн (если, конечно, иметь в виду болт, рекомендованный производителем арматуры), что показывают испытания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы рассмотрели актуальный вопрос о механических перегрузках на участках ВЛИ, когда следствием этого может быть значительный ущерб, нанесенный линиям и потребителям электроэнергии.
Мы показали, насколько велик арсенал технических решений, заложенных в различные элементы арматуры СИП в сочетании с большим разнообразием вариантов реализации хомутов из стальной ленты.
На наш взгляд, если проектировщики ВЛИ будут шире использовать упомянутые в статье решения, то смогут сократить расходы при комплектовании ВЛИ, снизить размеры возможных ущербов и вероятность ранения людей при механических перегрузках, в конце концов повысить предсказуемость поведения ВЛИ при таких перегрузках.