Сравнение грозозащитных тросов. Коррозионностойкий грозозащитный трос из стальных проволок, плакированных алюминием, (ГТК) и стальные оцинкованные тросы




Page 1


background image







Page 2


background image

44

Ежеквартальный

 

спецвыпуск

 

 3 (22), 

сентябрь

 2021

На

 

сегодняшний

 

день

 

около

 90% 

воздушных

 

линий

  (

ВЛ

электропередачи

 

высокого

 

напряжения

 110 

кВ

 

и

 

выше

 

за

щищены

 

от

 

атмосферных

 

перенапряжений

 

канатами

 

ТК

 (

С

сечением

 50–70 

мм

2

 

в

 

качестве

 

грозозащитного

 

троса

В

 

ста

тье

 

авторы

 

сравнивают

 

стальной

 

оцинкованный

 

грозоза

щитный

 

трос

 

с

 

коррозионностойким

 

грозозащитным

 

тро

сом

 

из

 

стальных

 

проволок

плакированных

 

алюминием

Сравнение

грозозащитных

 

тросов

.

Коррозионностойкий

 

грозозащитный

 

трос

 

из

 

стальных

 

проволок

плакированных

 

алюминием

, (

ГТК

и

 

стальные

 

оцинкованные

 

тросы

Техсовет

Александр

 

ИВАНОВ

главный

 

эксперт

 

группы

 

ДИиЗП

 

Аппарата

 

управления

 

филиала

 

«

Россети

 

Урал

» — 

«

Свердловэнерго

»

Евгений

 

ЕФРЕМОВ

главный

 

эксперт

 

группы

 

ВЛ

КЛ

 35–220 

кВ

Аппарата

 

управле

ния

 

филиала

 

«

Россети

 

Урал

» — 

«

Свердловэнерго

»

С

огласно

 

статистическим

 

данным

приведенным

 

ПАО

 «

Россети

», 

видно

что

 

основной

 

причиной

 

по

вреждения

 

оцинкованных

 

грозозащитных

 

тросов

 

является

 

износ

 

и

 

коррозия

, — 

около

 40%. 

Повреж

дения

связанные

 

с

 

атмосферными

 

перенапряжениями

составляют

 21%, 

с

 

посторонним

 

вмешательством

 10,6% [1]. 

ВЛ

 

имеют

 

высокий

 

износ

опоры

 — 

с

 

длительным

 

сроком

 

эксплуатации

а

 

передаваемые

 

мощности

 

увеличились

с

 

ними

 

увеличились

 

и

 

величины

 

токов

 

короткого

 

замыкания

 

(

КЗ

), 

протекающих

 

по

 

грозозащитному

 

тросу

По

 

данным

 

филиала

 

ОАО

 «

МРСК

 

Урала

» — «

Свердлов

энерго

» 

из

за

 

старения

 

и

 

коррозии

 

сроки

 

надежной

 

эксплу

атации

 

канатов

 

ТК

 

составляют

 

не

 

более

 30 

лет

а

 

вблизи

 

промышленных

 

предприятий

 10–15 

лет

При

 

этом

 

в

 

узлах

 

с

 

высокими

 

значениями

 

токов

 

КЗ

 (15–45 

кА

), 

на

 

подходах

 

ВЛ

 

к

 

ОРУ

 110–220 

кВ

 

на

 

расстоянии

 

до

 2 

км

 

грозозащит

ные

 

тросы

 

из

 

канатов

 

марок

 

ТК

 

являются

 

термически

 

не

устойчивыми

Замена

 

поврежденных

 

или

 

изношенных

 

гро

зозащитных

 

тросов

 

тросами

 

тех

 

же

 

марок

 

представляется

 

нецелесообразной

Таким

 

образом

мы

 

можем

 

говорить

 

о

 

практической

 

непригодности

 

канатов

 

марок

 

ТК

 

к

 

приме

нению

 

в

 

качестве

 

грозозащитных

 

тросов

.

Для

 

решения

 

проблем

 

увеличения

 

срока

 

службы

 

и

 

тер

мической

 

стойкости

 

грозозащитного

 

троса

исключения

 

эксплуатационных

 

затрат

 

на

 

отбраковку

 

грозозащитных

 

тросов

 

по

 

коррозии

 

и

 

покрытие

 

антикоррозийной

 

защит

ной

 

смазкой

уменьшения

 

нагрузок

 

на

 

изношенные

 

опоры

 

и

 

продления

 

их

 

срока

 

службы

 

был

 

разработан

 

коррозион

ностойкий

 

грозозащитный

 

трос

 

марки

 

ГТК

.

Сейчас

 

в

 

России

 

при

 

реконструкции

 

и

 

новом

 

строи

тельстве

 

применяют

 

два

 

типа

 

грозозащитных

 

тросов

Их

 

отличает

 

способ

 

защиты

 

стальных

 

проволок

 

от

 

коррозии

оцинкование

 

или

 

плакирование

 

алюминием

.

В

 

мировой

 

практике

 

широкое

 

применение

 

имеют

 

грозо

защитные

 

тросы

 

на

 

основе

 

плакирования

 

алюминием

такой

 

тип

 

тросов

 

применяется

 

в

 

энергосистемах

 

США

 

и

 

Европы

 [2].







Page 3


background image

45

КОНСТРУКЦИЯ

Грозозащитный

 

трос

 

представляет

 

собой

 

скрученные

 

между

 

собой

 

стальные

 

проволоки

Сталь

 

обладает

 

отлич

ными

 

механическими

 

характеристиками

которые

 

обеспе

чивают

 

требуемую

 

стойкость

 

к

 

растягивающим

 

усилиям

возникающим

 

в

 

пролетах

 

линии

Однако

 

для

 

долговре

менной

 

эксплуатации

 

сталь

 

необходимо

 

защитить

 

от

 

кор

розии

.

Под

 

коррозией

 

понимают

 

происходящее

 

на

 

поверх

ности

 

электрохимическое

 

или

 

химическое

 

разрушение

 

стали

При

 

коррозии

 

металл

 

окисляется

 

с

 

образованием

 

ионов

 

металла

которые

 

при

 

дальнейшем

 

процессе

 

дают

 

различные

 

продукты

 

коррозии

Одним

 

из

 

способов

 

защиты

 

стали

 

от

 

коррозии

 

явля

ется

 

покрытие

 

цинком

Этот

 

способ

 

распространен

 

ввиду

 

относительной

 

простоты

 

технологий

Цинк

 

можно

 

нанести

 

«

горячим

» 

способом

 — 

путем

 

окунания

 

в

 

расплавленный

 

цинк

Недостатком

 

такого

 

метода

 

является

 

повышенный

 

расход

 

цинка

Более

 

совершенным

 

и

 

распространенным

 

способом

 

считается

 

электролитический

К

 

преимуще

ствам

 

такого

 

способа

 

относится

 

высокая

 

производи

тельность

А

 

недостатком

 

являются

 

низкие

 

адгезионные

 

свойства

что

 

в

 

итоге

 

приводит

 

к

 

низкой

 

коррозионной

 

стойкости

 [3].

Еще

 

один

 

способ

 — 

покрытие

 

стали

 

слоем

 

алюми

ния

  (

плакирование

). 

Такой

 

метод

 

нанесения

 

исключает

 

вероятность

 

отслоения

 

или

 

осыпания

 

алюминия

что

 

существенно

 

увеличивает

 

надежность

 

ГТК

Алюминий

 

защищает

 

покрытую

 

сталь

 

от

 

коррозии

 

в

 

течение

 

всего

 

срока

 

службы

так

 

как

 

сам

 

обладает

 

высокой

 

коррозион

ной

 

стойкостью

на

 

воздухе

 

на

 

его

 

поверхности

 

мгновен

но

 

образуется

 

оксидная

 

пленка

 

толщиной

 

в

 

сотые

 

доли

 

микрометра

.

Рассмотрим

 

типовую

 

конструкцию

 

грозозащитного

 

троса

 

ГТК

 

на

 

основе

 

стальных

 

проволок

плакированных

 

алюминием

  (

рисунок

 1). 

ГТК

 

содержит

 

цен

тральный

 

силовой

 

элемент

 

из

 

стальной

 

про

волоки

плакированной

 

алюминием

Вокруг

 

центрального

 

силового

 

элемента

 

скручен

 

один

 

или

 

несколько

 

повивов

состоящих

 

из

 

стальной

 

проволоки

плакированной

 

алюми

нием

.

Типичная

 

возможная

 

маркировка

 — 

ГТК

20-0/50-9,1

мм

-18

кА

2

·с

-64

кН

где

 

ГТК

20 — 

грозозащитный

 

трос

 

сделан

 

из

 

стальной

 

проволоки

плакированной

 

алюминием

 

марки

 20SA (20% 

в

 

сечении

 

проволоки

 

занимает

 

алюминий

); 0 — 

площадь

 

сечения

 

проволок

 

из

 

алюминиевого

 

сплава

 (

в

 

данном

 

при

мере

 

проволоки

 

из

 

алюминиевого

 

сплава

 

отсутствуют

од

нако

 

могут

 

быть

 

добавлены

 

при

 

наличии

 

требований

 

по

 

обеспечению

 

повышенной

 

термической

 

стойкости

); 50 — 

площадь

 

сечения

 

стальных

 

проволок

плакированных

 

алюминием

; 9,1 

мм

 — 

номинальный

 

наружный

 

диаметр

 

ГТК

; 18 

кА

2

·с

 — 

термическая

 

стойкость

 

к

 

токам

 

короткого

 

замыкания

; 64 

кН

 — 

это

 

механическая

 

прочность

 

на

 

раз

рыв

 [2].

КОРРОЗИОННАЯ

 

СТОЙКОСТЬ

Важный

 

параметр

 

для

 

оборудования

применяющегося

 

на

 

объектах

 

электроэнергетики

 — 

соответствие

 

заявленным

 

характеристикам

 

в

 

течение

 

срока

 

службы

.

В

 

независимом

 

и

 

аккредитованном

 

испытательном

 

центре

  «

ОптикЭнерго

» 

были

 

проведены

 

сравнительные

 

испытания

 

грозозащитных

 

тросов

 

на

 

основе

 

плакирова

ния

 

алюминием

  (

ГТК

), 

оцинковки

  (

МЗ

и

 

каната

 

ТК

Ис

пытания

 

проводились

 

в

 

соответствии

 

с

 

международным

 

стандартом

 IEEE 1138-2009 – Standard for Testing and 

Performance for Optical Ground Wire (OPGW) for Use on 
Electric Utility Power Lines, 

п

.6.4.3.8 

на

 

воздействие

 

соля

ного

 

тумана

То

 

есть

 

проводилось

 

ресурсное

 

испытание

определяющее

 

способность

 

троса

 

обеспечивать

 

тре

буемую

 

стойкость

 

к

 

коррозии

 

в

 

течение

 

всего

 

срока

 

экс

плуатации

Образцы

 

выдерживались

 

в

 

камере

 

соляного

 

тумана

 

в

 

течение

 2000 

часов

После

 

испытаний

 

был

 

про

веден

 

разбор

 

и

 

осмотр

 

образцов

установлено

 

отсутствие

 

сквозного

 

разрушения

 

внешнего

 

слоя

 

для

 

проволок

пла

кированных

 

алюминием

и

 

сделан

 

вывод

 

о

 

соответствии

 

требованиям

 

нормативной

 

документации

 (

рисунок

 2). 

Мы

 

видим

что

 

трос

 

ГТК

 

абсолютно

 

не

 

подвержен

 

кор

розии

Образец

 

МЗ

 

на

 20% 

покрылся

 

белой

 

ржавчиной

на

 

Рис

. 1. 

Типовая

 

конструкция

 

грозоза

щитного

 

троса

 (

ГТК

на

 

основе

 

стальных

 

проволок

плакирован

ных

 

алюминием

Рис

. 2. 

Образцы

 

тросов

 

после

 

выдержки

 2000 

часов

 

в

 

соляной

 

камере

а

трос

 

ГТК

б

трос

 

М

3; 

в

трос

 

ТК

а)

в)

б)







Page 4


background image

46

Ежеквартальный

 

спецвыпуск

 

 3 (22), 

сентябрь

 2021

80% — 

красной

Образование

 

белого

 

налета

 

можно

 

считать

 

нормальным

 

явлением

так

 

как

 

при

 

этом

 

скорость

 

коррозии

 

цинка

 

очень

 

мала

 

и

 

может

 

проте

кать

 

десятки

 

лет

Но

 

очаговые

 

проявления

 

окислов

 

железа

или

 

красной

 

ржавчины

свидетельствуют

 

о

 

прямом

 

воздействии

 

агрессивной

 

среды

 

на

 

сталь

Цинковое

 

покрытие

 

на

 

тросе

 

МЗ

 

после

 3000 

часов

 

в

 

камере

 

соляного

 

тумана

 

можно

 

считать

 

разру

шенным

так

 

как

 

площадь

занимаемая

 

белой

 

ржав

чиной

составляет

 

уже

 

не

 

более

 20%. 

Что

 

касается

 

троса

 

ТК

то

 

он

 

полностью

 

покрылся

 

ржавчиной

 

красного

 

цвета

при

 

этом

 

белого

 

налета

 

не

 

наблю

дается

Это

 

свидетельствует

 

о

 

полном

 

разрушении

 

цинкового

 

покрытия

Кроме

 

этого

зафиксировано

 

снижение

 

механической

 

прочности

 

ТК

 

на

 30%, 

из

 

чего

 

можно

 

сделать

 

вывод

 

о

 

дальнейшей

 

непригод

ности

 

к

 

эксплуатации

 

данного

 

изделия

ХАРАКТЕРИСТИКИ

ГРОЗОЗАЩИТНЫХ

 

ТРОСОВ

Масса

 

грозозащитного

 

троса

 

для

 

изношенных

 

и

 

старых

 

сетей

 

является

 

очень

 

важной

 

характеристикой

Чем

 

мень

ше

 

вес

тем

 

меньше

 

среднеэксплуатационные

 

нагрузки

 

на

 

опоры

что

 

продлевает

 

срок

 

их

 

службы

В

 

таблице

 1 

пред

ставлено

 

сравнение

 

массы

 

на

 1 

км

 

грозозащитного

 

троса

 

разных

 

способов

 

покрытия

на

 

основе

 

оцинковки

 

и

 

плаки

рования

 

алюминием

.

Стоит

 

отметить

что

 

механическая

 

прочность

 

на

 

раз

рыв

 

для

 

оцинкованных

 

грозотросов

 

представлена

 

из

 

расчета

 

суммы

 

разрывного

 

усилия

 

отдельных

 

проволок

что

 

несколько

 

завышает

 

фактические

 

показатели

 

стойко

сти

 

самого

 

троса

в

 

то

 

время

 

как

 

значения

 

механической

 

прочности

 

грозотроса

плакированного

 

алюминием

при

ведены

 

к

 

тросу

 

в

 

целом

.

Практически

 

во

 

всех

 

типовых

 

проектах

 

опор

 

в

 

каче

стве

 

грозозащитного

 

троса

 

принят

 

канат

 

ТК

все

 

нагруз

ки

 

и

 

стрелы

 

провеса

 

рассчитаны

 

с

 

учетом

 

его

 

характе

ристик

 [2]. 

Характеристики

 

тросов

 

ГТК

 

и

 

МЗ

 

отличаются

 

от

 

характеристик

 

троса

 

ТК

В

 

таблице

 1 

представлено

 

сравнение

 

их

 

параметров

 

на

 

примере

 

тросов

 

диаметром

 

9,1 

мм

которые

 

применяются

 

на

 

ВЛ

 110 

кВ

 

и

 

выше

.

Рассмотрим

 

фактически

 

возникающие

 

нагрузки

 

и

 

стрелы

 

провеса

 

при

 

эксплуатации

 

обоих

 

типов

 

грозо

тросов

  (

таб

 

лица

 2). 

Детальный

 

анализ

 

таблицы

 

показы

вает

 

неоспоримое

 

преимущество

 

грозотросов

 

на

 

основе

 

плакирования

 

алюминием

 

в

 

процессе

 

эксплуатации

:

1. 

Стрелы

 

провеса

 [2] 

в

 

среднеэксплуатационном

 

режиме

 

у

 

ГТК

 

существенно

 

меньше

 — 

это

 

обеспечивает

 

увели

чение

 

габаритов

 

до

 

проводов

значительно

 

снижая

 

ве

роятность

 

схлестывания

 

в

 

режимах

 

пляски

 

и

 

вибрации

.

2. 

Максимальная

 

нагрузка

 [2] 

в

 

гололед

 

с

 

ветром

  (

со

гласно

 

ПУЭ

-7) 

у

 

ГТК

 

ниже

 

по

 

причине

 

меньшего

 

веса

 

самого

 

троса

 — 

таким

 

образом

 

сохраняется

 

необхо

димый

 

запас

 

до

 

разрывной

 

прочности

Этот

 

запас

 

для