Suporturile compozite ale liniilor electrice aeriene sunt structuri de construcție realizate din materiale compozite polimerice armate concepute pentru a susține firele și cablurile de protecție împotriva trăsnetului la o anumită distanță de sol și unele de altele. Un tip relativ nou de structuri de construcție care a început să se răspândească în timpul construcției liniilor electrice în Statele Unite și Canada în anii 2000 - 2010. În Rusia, în funcțiune de probă din 2009.
Odată cu dezvoltarea materialelor compozite polimerice, a început utilizarea lor în construcții și în industria energiei electrice. În special , fibra de sticlă sa dovedit a fi un material dielectric de mare succes . Deținând o rezistivitate electrică ridicată (apropiată de cea a sticlei), o tangentă cu pierderi dielectrice reduse și, în același timp, o rezistență mecanică ridicată (la nivelul metalelor), este utilizat pe scară largă în elementele izolatoare portante, inclusiv în izolatoarele suport. , carcase de întrerupătoare de înaltă tensiune și alte accesorii electrice. O caracteristică importantă a fibrei de sticlă, în comparație cu materialele izolante monolitice și ceramice, este elasticitatea și fragilitatea scăzută. Din acest motiv, izolatorii polimerici cu un cadru de susținere din fibră de sticlă s-au dovedit a fi capabili să reziste la sarcini mecanice de șoc de urgență (inclusiv) sub care izolatorii din porțelan și sticlă sunt distruși. Izolatoarele compozite în acest caz doar se deformează, dar își păstrează integritatea și performanța [1] .
Ținând cont de experiența acumulată în exploatarea izolatoarelor polimerice și a structurilor de susținere din fibră de sticlă în construcții, au început experimente în diferite țări ale lumii pentru a crea suporturi compozite, în primul rând din fibră de sticlă. Pionierii aplicării practice a unor astfel de suporturi au fost rețelele electrice din Statele Unite și Canada. Acest lucru se datorează condițiilor climatice dificile ale acestor țări: vânturi frecvente de uragan, gheață puternică. În astfel de condiții, elasticitatea semnificativ mai mare a fibrei de sticlă în comparație cu betonul armat permite suporturilor să reziste la suprasarcini temporare fără deteriorare și deformare ireversibilă.
Din punct de vedere al proprietăților fizice, mecanice și electrice, suporturile compozite diferă semnificativ de cele din beton armat și din oțel. Acest lucru cauzează diferențe semnificative în proiectarea liniilor de transmisie a energiei electrice pe suporturi compozite. Potrivit unui număr de experți, introducerea pe scară largă a stâlpilor compoziți va duce la necesitatea modificării cerințelor pentru liniile electrice și a design-urilor tipice ale acestora.
Materialele plastice armate cu sticlă (materialele plastice armate cu bazalt) se caracterizează printr-un raport ridicat dintre rezistența la tracțiune și modulul de elasticitate (ν=σ/E). Pentru carcasele din fibră de sticlă obținute prin metodele de înfășurare în spirală transversală, acest raport este de aproximativ 10-12 MPa/GPa. Pentru oțelurile de structură utilizate la producerea suporturilor poliedrice, acest raport este de aproximativ 4,5 MPa / GPa, pentru beton armat - aproximativ 3 MPa / GPa. Acest raport determină valoarea limită a deformarii suportului fără distrugere sau deformare permanentă. Din acest motiv, suporturile din materiale compozite permit deformari semnificativ mai mari sub influența sarcinilor asimetrice decât oțelul și betonul armat. Această proprietate a materialelor compozite le face potrivite pentru fabricarea turnurilor de transmisie a puterii care funcționează în condiții climatice dificile.
Cu toate acestea, modulul de elasticitate al fibrei de sticlă (aproximativ 30-50 GPa) este semnificativ mai mic decât cel al oțelului (200 GPa). Prin urmare, la sarcini normale, stâlpii compoziți pentru liniile de transmisie a energiei electrice au deformații mai mari decât stâlpii de oțel cu o grosime a peretelui comparabilă. Prin urmare, proiectarea liniilor de transport a energiei electrice pe suporturi compozite trebuie realizată ținând cont de flexibilitatea acestora. Conform PUE , dimensiunile liniilor electrice cu suporturi flexibile sunt calculate pentru cazul suporturilor deviate maxime. Prin urmare, pentru o anumită clasă de tensiune, dimensiunile liniilor de transport de energie pe suporturi compozite sunt mai mari decât pe cele din oțel (beton armat). De asemenea, este necesar să se țină cont de influența vibrațiilor firului și să se ia măsuri pentru prevenirea rezonanțelor de joasă frecvență.
Densitatea fibrei de sticlă este de 3,5 - 4 ori mai mică decât densitatea oțelului. În consecință, suporturile compozite au o masă semnificativ mai mică în comparație cu omologii din oțel. Această proprietate este deosebit de importantă atunci când se construiesc linii electrice în zone greu accesibile (teren montan, mlaștini, taiga). Astfel, stâlpii intermediari ai liniilor de transmisie a energiei de 10/20 kV au o masă de aproximativ 150-250 kg (iar cei izogrid - mai puțin de 100 kg), ceea ce face posibilă transportul și instalarea unor astfel de stâlpi fără a utiliza deloc echipamente. Suporturile compozite pentru cele mai înalte clase de tensiune sunt realizate de obicei în prefabricat-modular. Totodata, masa fiecarui modul permite transportul acestuia de catre 3-4 persoane sau folosind camioane de mana.
Suporturile structurilor tradiționale (cu excepția celor din lemn) sunt conductori. Aceasta determină o serie de caracteristici asociate cu coordonarea izolației liniei de transmisie a energiei și distribuția capacității și inductanței acesteia. Cablurile transversale și de protecție împotriva trăsnetului (dacă există) sunt supuse legăturii obligatorii la pământ, iar conductorului de împământare sunt impuse cerințe ridicate. Suporturile din fibră de sticlă, bazalt sau organoplastic sunt dielectrici cu o rigiditate dielectrică ridicată. Astfel, suportul în sine devine un izolator pe calea curentului fir-pământ. Dar, spre deosebire de suporturile din lemn, proprietățile dielectrice compozite nu depind de condițiile meteorologice. Acest lucru simplifică foarte mult schema de izolare a liniilor de transport a energiei electrice, iar în cazul claselor de joasă tensiune (până la 10 kV), este posibil să se renunțe complet la utilizarea izolatoarelor. Liniile de transmisie a energiei electrice de pe stâlpii compoziți au o capacitate „sârmă-împământare” și „sârmă-sârmă” semnificativ mai scăzută decât liniile de energie electrică pe stâlpii conductivi. De asemenea, elimină necesitatea de a împământa traversa suportului. Deoarece pentru liniile de transmisie a energiei electrice pe suporturi compozite apropierea firelor cu o traversă și un rack nu este periculoasă, este posibil să se reducă dimensiunile liniei. Această împrejurare poate compensa pe deplin creșterea dimensiunilor cauzată de flexibilitatea suporturilor.
Proprietățile dielectrice ridicate ale suporturilor compozite îmbunătățesc semnificativ rezistența la fulger a liniilor de transmisie a energiei electrice. Acest lucru face posibilă simplificarea dispozitivelor de împământare și, în unele cazuri, abandonarea completă a acestora și a cablurilor de protecție împotriva trăsnetului. Absența unui conductor de împământare reduce semnificativ efectul curenților vagabonzi asupra clădirilor, structurilor și obiectelor naturale. De asemenea, este important ca în cazul unei defecțiuni sau distrugeri a izolatorului sau a unui fir care cade pe traversă, să nu existe un scurtcircuit la pământ și linia să nu fie deconectată. În general, conform rezultatelor unui număr de studii efectuate în SUA, Rusia și China [2] , este de așteptat ca liniile electrice pe suporturi compozite să aibă un număr semnificativ mai mic de întreruperi decât pe cele tradiționale. În plus, impactul nociv și periculos al liniilor electrice asupra instalațiilor terestre va fi minimizat.
Cu toate acestea, rezistența ridicată a stâlpilor compoziți provoacă și unele probleme, în special tendința de a acumula o sarcină statică, precum și valori mari ale supratensiunilor în cazul unei lovituri directe de fulger în liniile electrice (deși probabilitatea ca un astfel de eveniment este redus semnificativ). De asemenea, este dificil să se diagnosticheze de la distanță starea izolației liniilor electrice în ceea ce privește reactanța.
Materialele compozite polimerice au o rezistență ridicată la coroziune în medii acide și alcaline și nu sunt supuse electrocoroziunii. Acesta este principalul lor avantaj față de metal și beton armat. Materialele compozite sunt mai puțin higroscopice decât betonul și nu sunt deteriorate de înghețarea apei în pori. În același timp, materialele compozite polimerice îmbătrânesc rapid sub influența radiației solare. Una dintre cele mai importante sarcini asociate cu introducerea în masă a suporturilor compozite este de a rezolva problema stabilizării liantului polimeric la acțiunea radiației solare.
Începând cu 2015, cercetarea și dezvoltarea se desfășoară în mod activ în Rusia pe stâlpi compoziți pentru liniile de transport electric și stâlpii de iluminat. Acest subiect este tratat atât de instituțiile de stat, în special de Universitatea Tehnică de Stat Bauman din Moscova [3] și Universitatea Politehnică de Stat din Sankt Petersburg , cât și de organizațiile comerciale, în special, Centrul de compozite nanotehnologice (NTsK LLC), Phoenix-88, NPP Altik. Problemele adaptării stâlpilor compoziți RStandart (Canada) pentru a fi utilizați ca parte a stâlpilor pe liniile rusești de transport electric sunt abordate. SA „Federal Grid Company” a acționat în calitate de client al lucrărilor la suporturile liniilor aeriene de 220 kV; pentru suporturi de linii aeriene de 110 kV - Tyumenenergo OJSC (cu funcționare pilot până în 2015) - https://web.archive.org/web/20160828004529/http://www.xn-----glcfccctdci4bhow0as6psb. xn--p1ai/ articole/vysokovoltnye-linii-elektroperedachi/opyt-razrabotki-izgotovleniya-i-ispytaniy-promezhutochnykh-opor-iz-kompozitsionnykh-materialov-dlya-.%7B%7B%D0%9D%D0%B5%AID1 % 82 |12|2013}} În anul 2014 a fost inițiată dezvoltarea stâlpilor pentru linii aeriene de 10-35 kV pentru complexul rețelei de distribuție.
Pentru a studia funcționarea stâlpilor compoziți ca parte a liniilor de transport de exploatare, caracteristicile instalării și funcționării acestora în diferite zone climatice ale Rusiei, secțiuni experimentale de linii au fost montate pe stâlpi compoziți, în special în Yakutia [4] , regiunea Tyumen. [5] , regiunea Krasnodar [6] , Regiunea Arhangelsk, Teritoriul Primorsky. , Tatarstan, regiunea Irkutsk [7]
NCC LLC, împreună cu Amur Electric Networks, o sucursală a JSC DRSK (parte a PJSC RAO ES din Est), a implementat un proiect-pilot pentru instalarea suporturilor pentru liniile aeriene de transport a energiei electrice din materiale compozite. În iulie 2016, în satul Volkovo, districtul Blagoveshchensky, regiunea Amur, au fost instalați douăzeci de stâlpi compoziți, dezvoltați de NCC LLC, pentru clasele de tensiune de 0,4 kV și 6-10 kV. [8] [9] În august 2017, stâlpii compoziți fabricați de NCC LLC au fost folosiți la reconstrucția VL-6kV 3l-Yus-6, Yuzhno-Sakhalinsk pentru a înlocui stâlpii din lemn. [zece]
Suporturile compozite sunt instalate în locul celor din lemn uzate și învechite.
Suporturi compozite
Stalpi compoziți în formă ambalată
Instalarea unui suport compozit
În Rusia, construcția liniilor electrice se realizează în conformitate cu Regulile pentru instalarea instalațiilor electrice. Aceste reguli au fost dezvoltate cu destul de mult timp în urmă, așa că țin cont de practica consacrată de utilizare a suporturilor din materiale tradiționale (beton armat, metal), adică rigide și conductoare. În consecință, toate cerințele pentru PUE se aplică în mod specific acestui tip de suport. Deși utilizarea suporturilor compozite dielectrice flexibile nu este interzisă de PUE, nu există instrucțiuni și recomandări speciale pentru utilizarea lor. În special, nu există instrucțiuni cu privire la caracteristicile de izolație și împământare a liniilor de transmisie a energiei pe suporturi compozite. Această incertitudine în stadiul actual duce la necesitatea construirii liniilor electrice pe stâlpi compoziți conform standardelor pentru liniile electrice pe stâlpi din beton armat și oțel, ceea ce nu permite realizarea pe deplin a potențialului stâlpilor compoziți.