Kompositstöd för luftledningar är byggnadskonstruktioner gjorda av förstärkta polymerkompositmaterial utformade för att hålla ledningar och blixtskyddskablar på ett givet avstånd från marken och från varandra. En relativt ny typ av byggnadskonstruktioner som började få stor spridning under byggandet av kraftledningar i USA och Kanada under 2000-2010-talet. I Ryssland i försöksverksamhet sedan 2009.
Med utvecklingen av polymerkompositmaterial började deras användning inom konstruktion och elkraftindustrin. Speciellt har glasfiber visat sig vara ett mycket framgångsrikt dielektriskt material . Med en hög elektrisk resistivitet (nära glasets), en tangent med låg dielektrisk förlust och samtidigt hög mekanisk hållfasthet (på metallnivå), används den i stor utsträckning i lastbärande isoleringselement, inklusive stödisolatorer , höljen till högspänningsbrytare och andra elektriska beslag. En viktig egenskap hos glasfiber, i jämförelse med monolitiskt glas och keramiska isoleringsmaterial, är dess elasticitet och låga sprödhet. På grund av detta visade sig polymerisolatorer med en stödram av glasfiber kunna motstå nöd- (inklusive) mekaniska stötbelastningar, under vilka porslins- och glasisolatorer förstörs. Kompositisolatorer i detta fall deformeras bara, men behåller sin integritet och prestanda [1] .
Med hänsyn till erfarenheterna från driften av polymerisolatorer och glasfiberbärande strukturer i konstruktion, började experiment i olika länder i världen för att skapa komposit, främst glasfiberstöd. Pionjärerna för den praktiska tillämpningen av sådana stöd var de elektriska nätverken i USA och Kanada. Detta beror på de svåra klimatförhållandena i dessa länder: frekventa orkanvindar, tung is. Under sådana förhållanden tillåter den betydligt större elasticiteten hos glasfiber jämfört med armerad betong stöden att motstå tillfälliga överbelastningar utan skador och irreversibel deformation.
När det gäller fysiska, mekaniska och elektriska egenskaper skiljer sig kompositstöd avsevärt från armerad betong och stål. Detta orsakar betydande skillnader i utformningen av kraftöverföringsledningar på kompositstöd. Enligt ett antal experter kommer det utbredda införandet av kompositstolpar att leda till behovet av att ändra kraven på kraftledningar och deras typiska konstruktioner.
Glasförstärkt plast (basaltförstärkt plast) kännetecknas av ett högt förhållande mellan draghållfasthet och elasticitetsmodul (ν=σ/E). För glasfiberskal erhållna med metoderna för tvärspirallindning är detta förhållande cirka 10-12 MPa/GPa. För konstruktionsstål som används vid tillverkning av polyedriska stöd är detta förhållande cirka 4,5 MPa / GPa, för armerad betong - cirka 3 MPa / GPa. Detta förhållande bestämmer gränsvärdet för stödavböjningen utan destruktion eller permanent deformation. Av denna anledning tillåter stöd gjorda av kompositmaterial betydligt större nedböjningar under inverkan av asymmetriska belastningar än stål och armerad betong. Det är denna egenskap hos kompositmaterial som gör dem lämpliga för tillverkning av kraftöverföringstorn som arbetar under svåra klimatförhållanden.
Emellertid är elasticitetsmodulen för glasfiber (ca 30-50 GPa) betydligt lägre än för stål (200 GPa). Under normala belastningar har därför kompositstolpar för kraftöverföringsledningar större nedböjningar än stålstolpar med jämförbar väggtjocklek. Därför måste utformningen av kraftöverföringsledningar på kompositstöd utföras med hänsyn till deras flexibilitet. Enligt PUE beräknas dimensionerna för kraftledningar med flexibla stöd för fallet med maximalt avböjda stöd. Därför, för en given spänningsklass, är dimensionerna för kraftöverföringsledningar på kompositstöd större än på stål (armerad betong). Det är också nödvändigt att ta hänsyn till inverkan av trådvibrationer och vidta åtgärder för att förhindra lågfrekventa resonanser.
Densiteten för glasfiber är 3,5 - 4 gånger mindre än densiteten för stål. Följaktligen har kompositstöd en betydligt lägre massa jämfört med stålmotsvarigheter. Den här egenskapen är särskilt viktig när man bygger kraftledningar i svåråtkomliga områden (bergig terräng, träsk, taiga). Således har mellanliggande pyloner av 10/20 kV kraftöverföringsledningar en massa på cirka 150-250 kg (och isogrid sådana - mindre än 100 kg), vilket gör det möjligt att transportera och installera sådana pyloner utan användning av utrustning alls. Kompositstöd för de högsta spänningsklasserna tillverkas vanligtvis i prefabricerade modulära. Samtidigt tillåter massan av varje modul att den kan transporteras av 3-4 personer eller med hjälp av handtruckar.
Stöd av traditionella strukturer (förutom trä) är ledare. Detta bestämmer ett antal egenskaper associerade med koordineringen av isoleringen av kraftöverföringsledningen och fördelningen av dess kapacitans och induktans. Travers- och åskskyddskablarna (om sådana finns) är föremål för obligatorisk jordning och höga krav ställs på jordledaren. Stöd av glasfiber, basalt eller organoplast är dielektrika med hög dielektrisk hållfasthet. Således blir själva stödet en isolator på tråd-till-jord-strömbanan. Men till skillnad från trästöd beror dielektriska kompositegenskaper inte på väderförhållandena. Detta förenklar kraftigt isoleringsschemat för kraftöverföringsledningar, och i fallet med lågspänningsklasser (upp till 10 kV) är det möjligt att helt överge användningen av isolatorer. Kraftöverföringsledningar på kompositstolpar har en betydligt lägre "trådjord" och "trådtråd"-kapacitans än kraftledningar på ledande poler. Det eliminerar också behovet av att jorda stödets travers. Eftersom för kraftöverföringsledningar på komposit stöder tillvägagångssättet för ledningar med en travers och ett rack inte är farligt, är det möjligt att minska linjens dimensioner. Denna omständighet kan helt kompensera för ökningen i dimensioner som orsakas av stödens flexibilitet.
De höga dielektriska egenskaperna hos kompositstöd förbättrar avsevärt blixtmotståndet hos kraftöverföringsledningar. Detta gör det möjligt att förenkla jordningsanordningar, och i vissa fall att helt överge dem och blixtskyddskablar. Frånvaron av en jordningsledare minskar avsevärt effekten av ströströmmar på byggnader, strukturer och naturliga föremål. Det är också viktigt att i händelse av ett haveri eller förstörelse av isolatorn eller en tråd som faller på traversen, blir det ingen kortslutning till marken och ledningen kopplas inte bort. Generellt sett, enligt resultaten av ett antal studier som utförts i USA, Ryssland och Kina [2] , förväntas det att kraftledningar på kompositstöd kommer att ha ett betydligt lägre antal avbrott än på traditionella. Dessutom kommer kraftledningarnas skadliga och farliga påverkan på markanläggningar att minimeras.
Icke desto mindre orsakar det höga motståndet hos kompositpoler också vissa problem, särskilt tendensen att ackumulera en statisk laddning, såväl som stora överspänningsvärden i händelse av ett direkt blixtnedslag i kraftledningar (även om sannolikheten för en sådan händelse reduceras avsevärt). Det är också svårt att fjärrdiagnostisera tillståndet för isoleringen av kraftledningar när det gäller reaktans.
Polymerkompositmaterial har hög korrosionsbeständighet i sura och alkaliska medier och utsätts inte för elektrokorrosion. Detta är deras främsta fördel jämfört med metall och armerad betong. Kompositmaterial är mindre hygroskopiska än betong och skadas inte av att vatten fryser i porerna. Samtidigt åldras polymerkompositmaterial snabbt under påverkan av solstrålning. En av de viktigaste uppgifterna förknippade med massintroduktion av kompositstöd är att lösa problemet med att stabilisera polymerbindemedlet till inverkan av solstrålning.
Från och med 2015 bedrivs FoU aktivt i Ryssland på kompositstolpar för kraftöverföringsledningar och belysningsstolpar. Detta ämne behandlas både av statliga institutioner, i synnerhet Bauman Moscow State Technical University [3] och St. Petersburg State Polytechnical University , och av kommersiella organisationer, i synnerhet Nanotechnology Composites Center (NTsK LLC), Phoenix-88, NPP Altik. Problemen med att anpassa RStandart (Kanada) kompositstolpar för användning som en del av pyloner på ryska kraftledningar behandlas. JSC "Federal Grid Company" agerade som kund för arbete på stöden för 220 kV luftledningar; för 110 kV luftledningsstöd - Tyumenenergo OJSC (med pilotdrift till 2015) - https://web.archive.org/web/20160828004529/http://www.xn-----glcfccctdci4bhow0as6psb. xn--p1ai/ artiklar/vysokovoltnye-linii-elektroperedachi/opyt-razrabotki-izgotovleniya-i-ispytaniy-promezhutochnykh-opor-iz-kompozitsionnykh-materialov-dlya-.%7B%7B%D0%9D%D0%B5%D1 %282 AI| |12|2013}} Under 2014 påbörjades utvecklingen av stolpar för 10-35 kV luftledningar för distributionsnätskomplexet.
För att studera driften av kompositstolpar som en del av drift av transmissionsledningar, egenskaperna hos deras installation och drift i olika klimatzoner i Ryssland, monterades experimentella sektioner av linjer på kompositstolpar, särskilt i Yakutia [4] , Tyumen-regionen [5] , Krasnodar-regionen [6] , Archangelsk-regionen, Primorsky-territoriet. , Tatarstan, Irkutsk-regionen [7]
NCC LLC, tillsammans med Amur Electric Networks, en filial av JSC DRSK (en del av PJSC RAO ES of the East), genomförde ett pilotprojekt för installation av överliggande kraftöverföringsledningar gjorda av kompositmaterial. I juli 2016, i byn Volkovo, Blagoveshchensky-distriktet, Amur-regionen, installerades tjugo kompositstolpar, utvecklade av NCC LLC, för spänningsklasser på 0,4 kV och 6-10 kV. [8] [9] I augusti 2017 användes kompositstolpar tillverkade av NCC LLC i rekonstruktionen av VL-6kV 3l-Yus-6, Yuzhno-Sakhalinsk för att ersätta trästolpar. [tio]
Kompositstöd installeras istället för slitna och föråldrade trä.
Kompositstöd
Kompositstolpar i förpackad form
Installation av ett kompositstöd
I Ryssland utförs byggandet av kraftledningar i enlighet med reglerna för installation av elektriska installationer. Dessa regler utvecklades för ganska länge sedan, så de tar faktiskt hänsyn till den etablerade praxisen att använda stöd gjorda av traditionella material (armerad betong, metall), det vill säga styva och ledande. Följaktligen gäller alla krav för PUE specifikt för denna typ av stöd. Även om användningen av flexibla dielektriska kompositstöd inte är förbjuden av PUE, finns det inga särskilda instruktioner och rekommendationer för deras användning. I synnerhet finns det inga instruktioner om egenskaperna hos isolering och jordning av kraftöverföringsledningar på kompositstöd. Denna osäkerhet i det aktuella skedet leder till behovet av att bygga kraftledningar på kompositstolpar enligt standarderna för kraftledningar på armerad betong och stålstolpar, vilket inte tillåter att fullt ut realisera potentialen hos kompositstolpar.