Линии повышенной надежности в условиях лесистой местности

Компания «НИЛЕД» является основным инициатором продвижения современных технологий строительства линий с самонесущими проводами в России и лидер по объему арматуры для СИП, находящейся в эксплуатации. Входящая в группу компаний «АРМАТЕХ» НИЛЕД обладает полным спектром экспертных компетенций в области производства арматуры для самонесущих проводов. ГК «АРМАТЕХ» объединяет завод ООО «НИЛЕД» в г. Подольске, ОП ООО «НИЛЕД» в г. Белгороде, ООО «Димитровградский Арматурный Завод» в г. Димитровграде и сеть представительств — логистических центров ООО «АРМАТЕХ» в 7 филиалах. В своих разработках специалисты компании предлагают комплексный подход к модернизации ВЛ 0,4–20 кВ на основании анализа причин аварийных ситуаций, мирового опыта проектирования и строительства в условиях лесистой местности.

Непогода со снегом и ветром в майские праздники привела к самым масштабным за последние десятилетия отключениям электричества в Подмосковье. Из-за обрыва линий электропередачи и поваленных на них ветром деревьев без света остались 760 населенных пунктов, а 4,4 тыс. подстанций были обесточены. Последствия привели к социальной напряженности, так как многие жители столкнулись с изоляцией, отсутствием тепла и воды, а также с проблемами с интернетом и сотовой связью.

Основной причиной отключения электроэнергии стали обрывы проводов и повреждения опор воздушных линий электропередачи из-за падения деревьев. Выпавший мокрый снег с дождем налип на деревья, которые стали падать под порывами ветра (его скорость достигала 15 м/c). Было зафиксировано падение более 1,5 тыс. деревьев в 14 районах Подмосковья.

Компания «НИЛЕД» проанализировала причины аварии и предлагает комплексный подход к модернизации ВЛ 0,4–20 кВ. На текущий момент линейная арматура (ЛА) на ВЛИ 0,4 кВ разделяется на два типа по способу крепления. Первый подразумевает «жесткое» крепление крюков, кронштейнов и конструкций к телу опоры, а соответственно, и проводов линии. В большинстве случаев встречается при использовании на магистрали проводов СИП-4. В случае технологических нарушений, связанных с падением деревьев на ВЛ, возрастает риск повреждения стоек. Особенно это явление прослеживается при использовании значительных сечений на магистрали. В данном случае, как правило, одностоечные железобетонные опоры получают изломы в наиболее напряженной точке — на уровне поверхности земли.

Второй основан на принципах каскадного разрушения ЛА. При воздействии внешних негативных факторов последовательно разрушаются элементы — от наименее важного до самого дорогостоящего. Сначала промежуточная подвеска, далее ленты крепления арматуры и после кронштейны. В случае, если указанные элементы не сработают, механические усилия извне будут воздействовать на провода и опоры, вплоть до их повреждения. Это может проявляться в случаях массового падения деревьев. При явных плюсах данного типа ЛА существуют и некоторые нюансы использования указанных принципов. Так, например, часть производителей считает, что увеличение минимальной разрушающей нагрузки зажима (МРНЗ) промежуточной подвески улучшает параметры линии целиком. Однако при этом не учитывается, что при монтаже в лесистой местности появляются предпосылки к повреждению провода или даже опоры вплоть до разрушения элемента ЛА. Дополнительными факторами риска при малых сечениях магистрали являются завышенные требования к ЛА по МРНЗ, отраженные в СТО ПАО «Россети», а также ГОСТе на арматуру СИП.

Учитывая вышеперечисленное, для сохранности опор, а иногда даже целостности провода, применение ЛА, основанной на принципах защиты от каскадного разрушения, для линий, проходящих в лесистой местности, выглядит более предпочтительным. Дополнительно необходимо отметить, что при применении проводов сечением 50 мм2 (реже 70 мм2) на магистрали минимальная разрушающая нагрузка провода может оказаться ниже, чем у применяемой арматуры. При этом для повышения надежности необходимо предусматривать отдельные мероприятия.

Эксплуатация воздушных линий электропередачи с защищенными проводами (ВЛЗ) 10 кВ включает следующие особенности, например, одним из слабых мест является опора. Массово применяемые при строительстве стойки из железобетона типа СВ 105–5 и СВ 110–5 не всегда выдерживают воздействие динамических нагрузок, возникающих при падении деревьев на линию. В большинстве случаев происходит излом именно одностоечной железобетонной опоры. В связи с этим более надежным выглядит применение деревянных опор. Больший изгибающий момент делает такие стойки гораздо менее восприимчивыми к ударным нагрузкам. Применение оттяжек вместо подкосов также способствует дополнительной амортизации всего анкерного участка, на котором произошло падение дерева. Несомненный плюс стоек — чрезвычайно высокая импульсная электрическая прочность. Они практически не подвержены воздействию индуктированных перенапряжений, амплитуда которых, как известно, редко превышает 300 кВ. Именно поэтому защита ВЛ, выполненной на деревянных опорах, от воздействия индуктированных перенапряжений, не представляется целесообразной. Вес позволяет снизить транспортные расходы, а также дает возможность доставлять стойки в труднопроходимую местность даже вручную.

Опыт последних лет указывает на необходимость уменьшения ширины просеки для линий с проводом СИП-3, проходящих в лесистой местности. Основным негативным фактором является падение высоких деревьев, кинетическая энергия которых увеличивается до момента удара о линию. В свою очередь, узкая просека способствует торможению падающего ствола о близстоящие деревья. Энергия падающего ствола, как и негативные воздействия, снижаются. Размер ширины подтверждает ПУЭ — минимально 1,25 м от крайнего провода в каждую сторону. То есть максимально необходимая просека для ВЛЗ 6–20 кВ (с учетом траверсы) — 5,2 метра. Это значительно меньше, чем применяемый сегодня 21 метр, и достаточно для проведения любых работ. Уменьшение ширины в 4 раза приведет, в том числе, к резкому снижению эксплуатационных затрат на регулярную расчистку ВЛЗ.

Одним из ключевых элементов, влияющих на общую надежность системы, является штыревой изолятор (как фарфоровый, так и стеклянный). Несмотря на способность выдерживать значительные длительные механические нагрузки, в частности изгибающее усилие до 12,5 кН, самым уязвимым местом конструкции остается узел крепления изолятора к штырю. Нормированное разрушающее усилие для этого соединения, определяемое при испытаниях на снятие, составляет всего около 2 кН, что существенно ограничивает его надежность. При падении деревьев на траверсах гнутся штыри, и изоляторы слетают вместе с проводом. В данном месте уменьшается габарит до поверхности земли. Траверсы также не соответствуют требованиям, предъявляемым сегодня к уровню надежности. Довольно часто применяют металлоконструкции «гаражного» изготовления. Для повышения надежности необходимо использовать более усиленные варианты заводского изготовления, а также высокопрочные опорно-стержневые полимерные изоляторы, лишенные недостатков штыревых.

Мировой опыт проектирования и строительства в условиях лесистой местности предлагает несколько решений для повышения надежности ВЛ 10–20 кВ.

Компактные ВЛЗ — подвесная конструкция крепления защищенного (изолированного) провода, состоящая из высокопрочного стального троса (как основного несущего элемента) и поддерживающих изолирующих распорок. Она получила наибольшее распространение в лесных массивах Южной Америки и Канады. Преимущества данной системы:

• несущий трос воспринимает нагрузку от падения веток и деревьев, снижая вероятность обрыва провода;
• распорки исключают схлестывание проводов, что предотвращает межфазное замыкание;
• уменьшенная ширина просеки сокращает объемы обрезки деревьев (допускается временный контакт с деревьями).

Multi-Wiski — универсальный кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена с несущим стальным тросом для прокладки на воздухе и в земле, в том числе в почве с высокой коррозионной активностью грунтов. Его ключевые преимущества делают его особенно актуальным для проектов в сложных условиях, включая лесистые и густонаселенные территории:

• для прокладки в лесных массивах не требуется вырубки просек;
• конструкция с несущим тросом из оцинкованной стали позволяет выдерживать механические нагрузки, включая ветровые и ледовые;
• обеспечивает безопасную эксплуатацию и сокращение объемов аварийно-восстановительных работ.

Самовосстанавливающиеся линии (СВЛ) — система крепления защищенного провода на промежуточных опорах с применением подвесного изолятора и специального поддерживающего ролика. При падении дерева на ВЛ провод скользит по роликам поддерживающих зажимов и перераспределяется по всей длине воздушной линии электропередачи. Благодаря отсутствию жесткой фиксации проводов в зажиме, исключается разрушение зажимов, изоляторов, проводов и опор при падении деревьев. Важно учитывать особенности конструкции СВЛ, которые накладывают определенные ограничения: угол поворота трассы — не более 5°, перепады по высоте между опорами, длина анкерного участка — не менее 500 метров. Сравнительные характеристики систем для сечения проводника 95 мм2 приведены в таблице 1.

На сегодня самым надежным решением является подвеска воздушного кабеля типа Multi-Wiski на опорах. Но ввиду большей в 2,5 раза стоимости по сравнению с классической ВЛЗ, а также использования специальных соединительных и концевых муфт не нашло массового применения.

Учитывая вышеизложенное, для повышения надежности ВЛ в лесистой местности целесообразно применять комплексный подход, заключающийся в строительстве «усиленных ВЛЗ». Этот подход включает в себя:

• обустройство узких просек;
• использование деревянных опор и оттяжек;
• применение опорных стержневых и подвесныхполимерных изоляторов;
• использование специальных траверс и арматуры.

Наличие в РФ необходимых комплектующих и типовых решений делает возможным строительство таких линий в рамках опытно-промышленной эксплуатации уже в период ОЗП 2025/2026.

На основании проведенного анализа предлагаются следующие ниже рекомендации.

При осуществлении нового строительства, реконструкции или ремонта воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ с применением провода СИП в условиях лесистой местности:

1) использовать в качестве основного провод марки СИП-2;
2) применять линейную арматуру, основанную на принципах защиты от каскадного разрушения;
3) исключить применение комплектов промежуточной подвески, не имеющих элемента/звена ограниченной прочности;
4) исключить применение крюков/кронштейнов/ конструкций, имеющих жесткое крепление к телу опор;
5) в случаях использования малых сечений на магистрали (50 мм2) повысить требования к нулевому проводу в части увеличения сечения.

При осуществлении нового строительства, реконструкции или ремонта воздушных линий электропередачи напряжением 6–20 кВ с применением провода СИП в условиях лесистой местности:

1) поддерживать ширину просеки на уровне 4,9–5,2 м, в соответствии с требованием ПУЭ (подпункт 4 п. 2.5.207);
2) строительство осуществлять на деревянных стойках (класс не ниже S);
3) для анкерных, угловых-анкерных, угловых-поворотных опор использовать оттяжки;
4) применять усиленные траверсы (из трубного профиля) с обязательным антикоррозийным покрытием (горячий цинк);
5) на промежуточных опорах использовать высокопрочные опорно-стержневые полимерные изоляторы, а на анкерных — подвесные полимерные изоляторы;
6) на анкерных опорах устанавливать усиленные анкерные зажимы, не требующие снятия изоляции;
7) при наличии устойчивой связи применять само восстанавливающиеся воздушные линии (СВЛ);
8) при повышенных требованиях к надежности электроснабжения потребителей и экономическом обосновании рассматривать применение воздушнокабельных систем типа Multi-Wiski.

В настоящее время компания «НИЛЕД» работает над решениями, которые должны минимизировать последствия природных катаклизмов. В качестве ответа на современные вызовы мы ведем разработку новой системы подвески изолированного провода 10 кВ и комплекта типовых решений для ее внедрения.

Наша цель — создать надежное отечественное решение, которое позволит строить воздушные линии, максимально устойчивые к падению деревьев и другим экстремальным нагрузкам.

Планируется, что первые результаты этой работы, включая строительство ВЛЗ 10 кВ в рамках опытно-промышленной эксплуатации, будут обнародованы в 2026 году. Это станет важным шагом на пути к созданию более надежной и безопасной распределительной сети в России.

Приглашаем эксплуатирующие и монтажные организации посетить наши заводы в Подольске и Димитровграде. Мы рады сотрудничеству, наши специалисты проконсультируют вас в любое удобное время. Горячая линия «АРМАТЕХ»: +7 (925) 192-08-82, service@armatech.group, www.armatech.group.