Авторы: Рыжов С.В., Цветков Ю.Л., АО «Электросетьстройпроект».
С конца 50-х годов прошлого столетия спиральная арматура как новый способ заделки проводов (а также тросов, кабелей связи, антенн и т.д.) стала все более широко применяться в развитых странах мира.
В России острая потребность в арматуре спирального типа возникла при начале массового строительства линий связи с волоконно-оптическими кабелями в 90-е годы XX века. Хотя спиральная арматура уже широко применялась за рубежом для подвески проводов воздушных линий электропередачи, в России она не производилась и была практически неизвестна.
Следует особо подчеркнуть, что информация о принципах работы спиральной арматуры практически отсутствует, поскольку она является внутренним «ноу-хау» производящих её фирм. Имеются только косвенные указания в патентах. И тем более о технологиях производства, о нормативах, исходных материалах и др. можно только догадываться.
Основные отличия и преимущества арматуры спирального типа по сравнению с известными конструкциями, традиционно применяемыми в связи и энергетике, следующие:
она позволяет закреплять кабели волоконно-оптической связи, которые никакими другими техническими средствами закрепить невозможно;
надежно предохраняет провода (тросы и оптические кабели) от воздействия раздавливающих нагрузок в местах установки зажимов (натяжных, поддерживающих, ремонтных и соединительных) за счет равномерного распределения сжимающего усилия по длине спирального зажима;
во многих случаях отпадает необходимость в опускании провода на землю, в доставке на место работ прессовой оснастки и т.д., что позволяет значительно сократить сроки и стоимость ремонтных работ; монтаж выполняется без применения специального оборудования и оснастки и не требует высокой квалификации линейного персонала;
обеспечивает надежное крепление и защиту проводов (тросов и оптических кабелей) от опасных изгибов, перетирания, вибрации и других механических воздействий, увеличивает их срок службы;
очень хорошо сочетается с проводами, кабелями, тросами, так как сама обладает гибкостью и после монтажа фактически интегрируется с ними в единое целое;
позволяет производить оперативный ремонт проводов (тросов) практически с любыми видами повреждений до полного восстановления их механических и электрических характеристик;
применение спиральной арматуры существенно упрощает и ускоряет как проведение ремонтно-восстановительных работ на действующих линиях, так и строительство новых линий.
В начале 90-х годов в России начинается массовое строительство воздушных оптических линий связи. Этот принципиально новый сегмент рынка требовал создания в России отечественного производства спиральной арматуры. Первостепенной актуальной задачей для России стал вопрос разработки комплекса проблем, связанных с производством спиральной арматуры, и работ по созданию новых конструкций арматуры спирального типа.
В 1991 году была создана фирма «Электросетьстройпроект», и уже первые разработки, проведенные в 1992-1996 гг., позволили обеспечить быстро расширявшееся в России массовое строительство воздушных оптических линий связи опорой на отечественного производителя спиральной арматуры, при ценах существенно более низких по сравнению с иностранными поставками при сравнимом качестве.
В последующие годы научные исследования, направленные на совершенствование конструкций спиральной арматуры, улучшение технологии ее производства, на расширение номенклатуры изделий и комплектующих, позволили в сотни раз увеличить объёмы производства и практически полностью удовлетворить потребность российских предприятий в этой арматуре при монтаже и эксплуатации оптических линий связи. Одновременно проводились работы по внедрению спиральной арматуры в традиционную энергетику, как при строительстве новых линий, так и при работах, связанных с эксплуатацией и ремонтами.
В настоящее время АО «Электросетьстройпроект» является единственным предприятием в России и странах СНГ, специализирующимся на разработке и изготовлении спиральной арматуры для оптических кабелей воздушных линий связи и проводов воздушных линий электропередачи. Арматура широко применяется для подвески и ремонта как неизолированных, так и защищённых изоляцией проводов, самонесущих оптических кабелей и грозозащитных тросов, в том числе со встроенным оптическим кабелем, на опорах воздушных линий электропередачи, контактной сети железных дорог, городского наземного электротранспорта и уличного освещения.
Ниже приведены примеры применения СА для подвески и ремонта, как оптико-волоконных линий связи, так и воздушных линий электропередачи.
Ремонт провода АС 300/39 на ВЛ 500 кВ «Южная-Черный Яр» (МЭС ЦЕНТРА).
На ВЛ 500 кВ «Южная–Черный Яр» в 1999 году в ряде пролетов были обнаружены значительные повреждения провода АС 300/39 в местах установки парных дистанционных распорок. В отдельных местах внешний и внутренний токопроводящие повивы были разрушены полностью и деформированы на длине до 2,0-2,5 м; стальной сердечник оголен на длине до 0,5 м. На рис. 2 показан фрагмент повреждения.
По существующим нормам при повреждении алюминиевого сечения провода более 34% требуется вырезать поврежденный участок и сделать вставку с применением двух соединительных зажимов.
Очевидно, что наиболее приемлемым во всех отношениях был бы ремонт, проводимый без опускания проводов и без нарушения стрел провеса, не требующий к тому же доставки к проводу громоздкой и тяжелой прессовой оснастки. Именно таким требованиям и отвечает ремонт проводов с применением ремонтных соединительных спиральных зажимов типа СС. Для ремонта были применены спиральные зажимы СС-24,0-21. В октябре 1999 года проводился шефмонтаж зажимов в пролете между опорами No59 и No60. Повреждения на указанном участке располагались в трех местах на проводах средней фазы: в середине пролета и на расстоянии 50-60 м от опор по концам пролета.
В конструкцию зажима СС-24,0-21 входят 2 комплекта токопроводящих спиралей из проволоки алюминиевого сплава АВЕ, и комплект прядей спиралей протектора-фиксатора из стальной оцинкованной проволоки. Комплекты токопроводящих спиралей навиваются поверх алюминиевых повивов ремонтируемого провода и восстанавливают его электропроводность.
Протектор-фиксатор монтируется поверх токопроводящих спиралей и обеспечивает как надежность электрического контакта токопроводящих повивов, так и механическую прочность провода. Последнее обстоятельство весьма важно, поскольку в процессе эксплуатации провода, отремонтированного с применением зажимов типа СС, происходит постепенное перераспределение нагрузки между стальным сердечником и алюминиевыми повивами.
Ремонт осуществлялся с передвижной телескопической вышки с применением стандартного ручного инструмента монтажника: бокорезов и отвертки.
Установка зажимов проводилась в следующей последовательности: расплетались и выкусывались проволоки верхнего повива провода на длине 0,5 м в одну и в другую сторону от середины ремонтируемого участка (то есть на длине 1,0 м, что соответствует длине спиралей нижнего токопроводящего повива зажима). Оборванные проволоки нижнего повива выправлялись и, по мере возможности, укладывались в повив провода. Уложенный повив зачищался металлической щеткой и затем наносилась обильным слоем защитная токопроводящая смазка. Поверх нижнего повива провода монтировались спирали нижнего токопроводящего повива зажима. Аналогично монтировались спирали верхнего токопроводящего повива и протектора-фиксатора.
Основными факторами, усложняющими проведение монтажа, были большая длина поврежденных участков и значительная деформация сохранившихся проволок внешнего и внутреннего токопроводящих повивов провода. В связи с этим существенно увеличивалось и время монтажа, так как до 50% времени уходило на выправление проволок повивов и их укладку. Из-за большой длины поврежденных участков в двух случаях пришлось использовать по два комплекта зажимов одновременно, устанавливая их с частичным перекрытием (сдвигом). Время ремонта каждого из поврежденных участков, в зависимости от их сложности, составило от 40 до 70 минут. Внешний вид отремонтированных участков фазных проводов представлен на рис. 3.
Ремонт оптического грозозащитного троса на ВЛ 110 кВ «Калуга–Балабаново».
На рис. 4 представлен фрагмент повреждения оптического грозозащитного троса со встроенным оптическим кабелем (OPGW) фирмы «Siemens». В результате удара молнии летом 1999 года произошел пережог верхнего алюминиевого повива OPGW вплоть до стального внутреннего повива, который защищает пластиковую трубку с оптическим модулем.
На рис. 5 и рис. 6 показаны этапы восстановления токопроводящего повива OPGW с помощью спиральных ремонтных зажимов РС-15,4-01.
В комплект зажима входят два повива спиралей. Нижний повив изготавливается из алюминиевого сплава АВЕ и предназначен для восстановления токопроводяших свойств. Верхний повив спиралей сделан из оцинкованной стальной проволоки, он придает плотный контакт спиралям нижнего повива.
Ремонт провода АС-400/51 на ВЛ 220 кВ «Новочеркасская» ГРЭС–Ш30 (ОАО Ростовэнерго).
В 2003 г. во время урагана на ВЛ 220 ВЛ «Новочеркасская ГРЭС–Ш30» в результате падения 12-ти опор были значительно повреждены фазные провода марки АС-400/51. На многих проводах был полностью поврежден токопроводящий повив, длина оголенного стального сердечника местами достигала 0,9 м.
Для ремонта провода были изготовлены специальные зажимы СС-27,5-21М. Конструкция включала: соединитель из стальных оцинкованных спиралей длиной 0,9 м для усиления стального сердечника провода; 3-х токопроводящих повивов с длинами 1,3; 1,7 и 2,5 м; протектор-фиксатор – 2,4 м. Это позволило полностью восстановить и токопроводящие свойства провода, и механическую прочность.
На рис. 8 показан фрагмент восстановления поврежденного провода – монтаж на стальной сердечник провода спиралей соединителя.
Применение спиральных зажимов СС-27,5-21М позволило произвести ремонт проводов в кратчайшие сроки без применения вставок и прессуемых соединительных зажимов.
Ремонт проводов на ВЛ 500 кВ «Балаковская» АЭС–ПС Трубная (МЭС ЦЕНТРА).
ВЛ-500 кВ «Балаковская АЭС–ПС Трубная» была построена в 1988 г. В качестве фазных проводов были использованы провода марки АС-300/39.
Во время планового отключения ВЛ в июне 2003 г. при верховом осмотре проводов на участке между опорами No 823-844 были обнаружены их значительные усталостные повреждения в поддерживающих зажимах. Количество оборванных проволок в некоторых зажимах достигало 17 (рис. 9).
Ремонт проводов поврежденного участка ВЛ производился в 2003 г. с помощью спиральных ремонтных зажимов СС-24,0-21(ПГН) и СС-24,0-31(ПГН). За короткий срок было установлено более 180 ремонтных зажимов.
На рис. 10 и рис. 11 показаны фрагменты ремонта.
Ремонт»грозотроса»АЖС-70/39»на»ВЛ»500»кВ»«Липецк–Тамбов»»(МЭС»ЦЕНТРА).
ВЛ 500 кВ «Липецк–Тамбов» построена в 1990 году. В качестве поддерживающего крепления для грозозащитного троса АЖС 70/39 применена лодочка ПГН-3-5. Схема виброзащиты включает два гасителя вибрации ГВН 3-13 (по одному с каждой стороны пролета). Линия проходит в степной зоне. Расстояния между опорами составляют от 375 до 425 метров. Условия достаточно благоприятные для возникновения эоловой вибрации, и уже через 8-10 лет эксплуатации были выявлены случаи усталостных разрушений АЖС 70/39 в поддерживающих зажимах и в точках подвески гасителей вибрации.
В 2003 году вместо первоначально планируемой замены поврежденного вибрацией троса был произведен его ремонт с применением поддерживающих зажимов спирального типа ПС-13,3П-11. Для обеспечения более высокой надёжности линии были рассчитаны оптимальные схемы виброзащиты с использованием многочастотных гасителей вибрации ГВ-4533-02 (производства ЗАО ЭССП). Проведённые мероприятия позволили в кратчайшие сроки отремонтировать линию, и тем самым продлить срок службы АЖС 70/39 (рис. 12).
ВЛ 220 кВ «Амурская–Благовещенская».
Применение спирального протектора на проводе в местах установки поддерживающего зажима позволяет существенно снизить изгибные деформации в проводе за счет увеличения его изгибной жесткости и, тем самым, увеличить усталостную стойкость.
На рис. 13 показан спиральный протектор типа ПЗС-Dпр-03 для защиты проводов ВЛ 220 кВ и выше сечением от 240 до 400 мм2, устанавливаемый в поддерживающий зажим марки ПГН-5-3 или ПГН-6-5. Протектор представляет собой комплект отдельных спиралей или склеенных прядей, навиваемых на поверхность провода. Линия оснащена также и гасителями вибрации ГВ-6745-02М.
ВЛ 500 кВ «Амурская–Хабаровская».
Конструкция спирального поддерживающего зажима типа ПС универсальна. На ее базе разработана целая гамма ремонтных зажимов:
– ПС-DпрП-21 – для ремонта провода при повреждении алюминия до 100% при условии целостности стального сердечника;
– ПС-DпрП-31 – для ремонта провода при повреждении алюминия до 100% и 20% стального сердечника (рис. 14).
Такие конструкции впервые были применены для ремонта грозозащитного троса марки АС-70/72 на ВЛ 500 кВ «Амурская– Хабаровская» в 2004 г.
При плановых осмотрах ВЛ 500 кВ «Амурская–Хабаровская» (эксплуатируется с 1982 г.) в 2002 г. на участках линии, расположенных на равнинной местности, были обнаружены значительные усталостные повреждения проволок как токопроводящего повива, так и стального сердечника грозозащитного троса в поддерживающих зажимах (ПГН-3-5) и под гасителями вибрации (рис. 15).
Ремонт грозозащитного троса методом установки бандажей желаемого результата не дал. Замена грозотроса на этом участке из-за невозможности длительного отключения ВЛ не представлялась возможной, поэтому было принято решение произвести ремонт с применением спиральных поддерживающих зажимов марки ПС-15,4П-21 и ПС-15,4П-31 и новой схемы виброзащиты с гасителями вибрации марки ГВ-4434-02 (рис. 16).
Ремонт ВЛ 220 кВт «Северные сети » (ОАО «Тюменьэнерго»).
В 1999-2000 гг. в ОАО «Тюменьэнерго» (Северные ЭС) для ремонта и предотвращения дальнейших разрушений проводов в поддерживающих зажимах ПГН-5-3 на ВЛ 220 кВ было установлено несколько тысяч спиральных протекторов типа ПЗС-Dпр-01. Отказов проводов из-за вибрации на этих линиях за период 2000-2009 гг. не наблюдалось.
Подвеска оптических кабелей и проводов по городским линиям освещения и вдоль железных дорог.
За период 2006 года было смонтировано свыше 120 тысяч натяжных (НСО-Dк-14) и более 98 тысяч поддерживающих (ПСО-DкП-11) зажимов на ВЛ 0,4-10 кВ, по опорам контактной сети железных дорог, линиях городского освещения (рис. 17).
Защита полых проводов типа ПА вблизи аппаратных зажимов.
Для предотвращения развития усталостных повреждений полых алюминиевых проводов типа ПА вблизи аппаратных зажимов на ряде подстанций 500 кВ МЭС ЦЕНТРА («Астраханская», «Трубная») с 2001 г. применяются защитные спиральные протекторы типа ПЗС-Dпр-42 и ПЗС-Dпр-43 для проводов ПА-640 и ПА-500. ПЗС-Dпр-42 выполнены из стальной проволоки с покрытием из алюминия, ПЗС-Dпр-43 – из алюминиевого сплава АВЕ для исключения нагрева протектора вихревыми токами вблизи мощных источников электромагнитных полей (рис. 18).
Применение спиральных натяжных зажимов на ВЛ 500-750 кВ (МЭС ЦЕНТРА).
В 2003 г. при сооружении новой ВЛ 750 кВ «Калининская АЭС–Череповецкая» применены натяжные спиральные зажимы марки НС-24,0-02 для крепления провода АС-300/39. Зажимы изготовлены из стальной алюминированной проволоки, обладающей более высокой ресурсной и коррозионной стойкостью. На рис. 19 показан фрагмент строительства ВЛ 500 кВ с использованием натяжных спиральных зажимов.
Многолетний опыт (1992-2009 гг.) наглядно показывает, что применение спиральных зажимов существенно упрощает и ускоряет проведение ремонтно-восстановительных работ по сравнению с традиционной технологией. В результате стоимость ремонта значительно сокращается. Разработанные технические решения по ремонту проводов и грозозащитных тросов с применением спиральной арматуры позволяют восстанавливать их состояние до нормативного практически с любыми видами повреждений за очень короткие сроки и без применения специального инструмента. Это позволяет не только увеличить срок службы провода при эксплуатации, но и отказаться от его преждевременной замены.
Список литературы:
Рыжов С.В., Цветков Ю.Л., Царанов Н.Г. «Ремонт проводов на ВЛ 500 кВ «Балаковская АЭС–ПС Трубная». Электрические станции, 2004, No7.
Колосов В.Г., Рыжов С.В., Цветков Ю.Л. «Повышение ресурсной стойкости проводов ВЛ при вибрации путем установки спиральных протекторов». Электрические станции, 2004, No7.
Жуков А.И., Платонова И.А., Рыжов С.В. «Разработка, испытания, установка в опытную эксплуатацию спиральных протекторов для защиты шлейфов аппаратных спусков». Электрические станции, 2001, No4.
