A légvezetékek kompozit tartói megerősített polimer kompozit anyagokból készült épületszerkezetek, amelyek vezetékeket és villámvédelmi kábeleket a talajtól és egymástól adott távolságban tartanak. Egy viszonylag új típusú épületszerkezet, amely az Egyesült Államokban és Kanadában a 2000-es és 2010-es években kezdett elterjedni az elektromos vezetékek építése során. Oroszországban 2009 óta próbaüzemben.
A polimer kompozit anyagok fejlődésével megkezdődött azok felhasználása az építőiparban és a villamosenergia-iparban. Különösen az üvegszál bizonyult nagyon sikeres dielektromos anyagnak . Magas (az üvegéhez közeli) elektromos ellenállással , alacsony dielektromos veszteséggel rendelkező tangensével és ugyanakkor nagy mechanikai szilárdságával (fémek szintjén) széles körben használják teherhordó szigetelőelemekben, beleértve a tartószigetelőket is. , nagyfeszültségű kapcsolók házai és egyéb elektromos szerelvények. Az üvegszál fontos jellemzője a monolit üveg- és kerámia szigetelőanyagokhoz képest rugalmassága és alacsony ridegsége. Emiatt az üvegszálas tartókerettel rendelkező polimer szigetelők képesek ellenállni a vészhelyzeti (beleértve) sokkoló mechanikai terheléseknek, amelyek alatt a porcelán és az üveg szigetelők megsemmisülnek. A kompozit szigetelők ebben az esetben csak deformálódnak, de megtartják integritásukat és teljesítményüket [1] .
Az építőiparban a polimer szigetelők és üvegszálas tartószerkezetek üzemeltetése során szerzett tapasztalatok figyelembevételével a világ különböző országaiban megkezdődtek a kísérletek kompozit, elsősorban üvegszálas támasztékok létrehozására. Az ilyen támasztékok gyakorlati alkalmazásának úttörői az Egyesült Államok és Kanada elektromos hálózatai voltak. Ennek oka ezen országok nehéz éghajlati viszonyai: gyakori hurrikán szelek, erős jég. Ilyen körülmények között az üvegszál vasbetonhoz képest lényegesen nagyobb rugalmassága lehetővé teszi, hogy a támasztékok károsodás és visszafordíthatatlan deformáció nélkül ellenálljanak az átmeneti túlterheléseknek.
A kompozit tartók fizikai, mechanikai és elektromos tulajdonságait tekintve jelentősen eltérnek a vasbeton és acél támasztékoktól. Ez jelentős különbségeket okoz a kompozit tartókon lévő erőátviteli vezetékek kialakításában. Számos szakértő szerint a kompozit oszlopok széleskörű bevezetése szükségessé teszi a villanyvezetékekkel szemben támasztott követelmények és azok jellemző kialakításának megváltoztatását.
Az üvegerősítésű műanyagokat (bazalterősítésű műanyagok) a szakítószilárdság és a rugalmassági modulus (ν=σ/E) magas aránya jellemzi. A keresztspirális tekercselés módszerével előállított üvegszálas héjak esetében ez az arány körülbelül 10-12 MPa/GPa. A poliéderes tartók gyártásához használt szerkezeti acélok esetében ez az arány körülbelül 4,5 MPa / GPa, vasbeton esetében körülbelül 3 MPa / GPa. Ez az arány határozza meg az alátámasztás lehajlásának határértékét roncsolás vagy maradandó alakváltozás nélkül. Emiatt a kompozit anyagokból készült tartók aszimmetrikus terhelés hatására lényegesen nagyobb elhajlást tesznek lehetővé, mint az acél és a vasbeton. A kompozit anyagok ezen tulajdonsága teszi alkalmassá nehéz éghajlati viszonyok között működő erőátviteli tornyok gyártására.
Az üvegszál rugalmassági modulusa (kb. 30-50 GPa) azonban lényegesen alacsonyabb, mint az acélé (200 GPa). Ezért normál terhelés mellett az erőátviteli vezetékek kompozit oszlopai nagyobb lehajlásúak, mint a hasonló falvastagságú acéloszlopok. Ezért az erőátviteli vezetékek kompozit tartókon történő tervezését rugalmasságuk figyelembevételével kell elvégezni. A PUE szerint a flexibilis támasztékú távvezetékek méreteit a maximális eltérített támaszok esetén számítják ki. Ezért egy adott feszültségosztálynál a kompozit tartókon lévő erőátviteli vezetékek méretei nagyobbak, mint az acél (vasbeton) vezetékeken. Figyelembe kell venni a huzalrezgések hatását is, és intézkedéseket kell tenni az alacsony frekvenciájú rezonanciák megelőzésére.
Az üvegszál sűrűsége 3,5-4-szer kisebb, mint az acél sűrűsége. Következésképpen a kompozit támasztékok tömege lényegesen kisebb, mint az acél társaiké. Ez a tulajdonság különösen fontos, ha nehezen megközelíthető területeken (hegyvidéki terep, mocsarak, tajga) elektromos vezetékeket építenek. Így a 10/20 kV-os erőátviteli vezetékek közbenső pilonjai körülbelül 150-250 kg tömegűek (és az izorácsok - kevesebb, mint 100 kg), ami lehetővé teszi az ilyen oszlopok szállítását és telepítését berendezések használata nélkül. A legmagasabb feszültségosztályokhoz tartozó kompozit támaszok általában előregyártott moduláris kivitelben készülnek. Ugyanakkor az egyes modulok tömege lehetővé teszi 3-4 személy szállítását vagy kézi targoncákkal.
A hagyományos szerkezetek tartói (a fából készültek kivételével) vezetők. Ez számos olyan tulajdonságot határoz meg, amelyek az erőátviteli vezeték szigetelésének összehangolásával, valamint kapacitásának és induktivitásának elosztásával kapcsolatosak. A keresztirányú és villámvédelmi kábeleket (ha vannak) kötelező földelni, és a földelő vezetékkel szemben magas követelményeket támasztanak. Az üvegszálból, bazaltból vagy szerves műanyagból készült tartók nagy dielektromos szilárdságú dielektrikumok. Így a tartó maga válik szigetelővé a vezeték-föld áramútban. De a fából készült tartókkal ellentétben a kompozit dielektromos tulajdonságai nem függnek az időjárási viszonyoktól. Ez nagymértékben leegyszerűsíti az erőátviteli vezetékek leválasztási sémáját, és alacsony feszültségű osztályok esetén (10 kV-ig) teljesen elhagyható a szigetelők használata. A kompozit oszlopokon lévő távvezetékek „huzal-földelés” és „huzal-huzal” kapacitása lényegesen kisebb, mint a vezető pólusokon lévő távvezetékek. Kiküszöböli továbbá a támasz átfutásának földelését is. Mivel a kompozit tartókon lévő erőátviteli vezetékeknél nem veszélyes a keresztirányú és fogaslécű vezetékek megközelítése, lehetséges a vezeték méretei csökkenteni. Ez a körülmény teljes mértékben kompenzálni tudja a támasztékok rugalmassága által okozott méretnövekedést.
A kompozit tartók nagy dielektromos tulajdonságai jelentősen javítják az erőátviteli vezetékek villámállóságát. Ez lehetővé teszi a földelő berendezések egyszerűsítését, és bizonyos esetekben azok és a villámvédelmi kábelek teljes elhagyását. A földelő vezeték hiánya jelentősen csökkenti a szórt áramok hatását az épületekre, építményekre és természeti tárgyakra. Fontos az is, hogy a szigetelő meghibásodása, megsemmisülése, vagy a traverzre hulló vezeték esetén ne legyen rövidzárlat a földhöz, és a vezeték ne szakadjon meg. Általánosságban elmondható, hogy számos, az USA-ban, Oroszországban és Kínában végzett tanulmány [2] eredményei szerint várható, hogy a kompozit tartókon lévő távvezetékeken lényegesen kevesebb lesz a kimaradás, mint a hagyományos vezetékeken. Emellett minimálisra csökken az elektromos vezetékek káros és veszélyes hatása a földi létesítményekre.
Mindazonáltal a kompozit pólusok nagy ellenállása is okoz néhány problémát, különösen a statikus töltés felhalmozódására való hajlamot, valamint a túlfeszültségek nagy értékét közvetlen villámcsapás esetén a távvezetékekbe (bár a az ilyen esemény jelentősen csökken). Nehéz távolról diagnosztizálni az elektromos vezetékek szigetelésének állapotát a reaktancia szempontjából.
A polimer kompozit anyagok savas és lúgos közegben magas korrózióállósággal rendelkeznek, és nincsenek kitéve az elektrokorróziónak. Ez a fő előnyük a fémmel és a vasbetonnal szemben. A kompozit anyagok kevésbé higroszkóposak, mint a beton, és nem károsítják a pórusokba fagyott víz. Ugyanakkor a polimer kompozit anyagok gyorsan öregszenek a napsugárzás hatására. A kompozit hordozók tömeges bevezetésével kapcsolatos egyik legfontosabb feladat a polimer kötőanyag napsugárzás hatására történő stabilizálásának problémája.
2015-től Oroszországban aktívan folyik a K+F az erőátviteli vezetékek és a világítóoszlopok kompozit oszlopain. Ezzel a témával mind az állami intézmények, különösen a Bauman Moszkvai Állami Műszaki Egyetem [3] és a Szentpétervári Állami Műszaki Egyetem , mind a kereskedelmi szervezetek, különösen a Nanotechnológiai Kompozitok Központja (NTsK LLC), Phoenix-88, Atomerőmű foglalkozik. Altik. Jelenleg foglalkoznak az RStandart (Kanada) kompozit oszlopok orosz távvezetékeken való oszlopok részeként történő felhasználásával kapcsolatos kérdésekkel. A JSC "Federal Grid Company" a 220 kV-os felsővezetékek támasztékainál végzett munka megrendelőjeként működött; 110 kV-os felsővezeték-tartókhoz - Tyumenenergo OJSC (2015-ig kísérleti üzemel) - https://web.archive.org/web/20160828004529/http://www.xn-----glcfccctdci4bhow0as6psb. xn--p1ai/ cikkek/vysokovoltnye-linii-elektroperedachi/opyt-razrabotki-izgotovleniya-i-ispytaniy-promezhutochnykh-opor-iz-kompozitsionnykh-materialov-dlya-.%7B%7B%D0%9D%D0%B2%AID1 | |12|2013}} 2014-ben megkezdődött az elosztóhálózati komplexum 10-35 kV-os légvezetékek oszlopainak fejlesztése.
A kompozit oszlopok működésének az üzemelő távvezetékek részeként történő tanulmányozása érdekében, telepítésük és működésük jellemzői Oroszország különböző éghajlati övezeteiben, kísérleti vonalszakaszokat szereltek fel kompozit oszlopokra, különösen Yakutia [4] , Tyumen régióban. [5] , Krasznodari régió [6] , Arhangelszki régió, Primorszkij terület. , Tatarstan, Irkutsk region [7]
Az NCC LLC az Amur Electric Networks-szel, a JSC DRSK leányvállalatával (a keleti PJSC RAO ES része) egy kísérleti projektet valósított meg kompozit anyagokból készült felsővezeték-tartók telepítésére. 2016 júliusában Volkovo faluban, a Blagoveshchensky kerületben, Amur régióban húsz kompozit oszlopot telepítettek, amelyeket az NCC LLC fejlesztett ki, 0,4 kV és 6-10 kV feszültségosztályokhoz. [8] [9] 2017 augusztusában az NCC LLC által gyártott kompozit oszlopokat használtak a VL-6kV 3l-Yus-6, Juzsno-Szahalinszk rekonstrukciója során a faoszlopok cseréjére. [tíz]
Az elhasználódott és elavult fából készült támasztékok helyett kompozit támasztékokat szerelnek fel.
Kompozit támasztékok
Kompozit oszlopok csomagolt formában
Kompozit tartó felszerelése
Oroszországban az elektromos vezetékek építését az elektromos berendezések telepítésére vonatkozó szabályok szerint végzik. Ezeket a szabályokat meglehetősen régen dolgozták ki, így tulajdonképpen figyelembe veszik a hagyományos anyagokból (vasbeton, fém), azaz merev és vezetőképes támasztékok használatának kialakult gyakorlatát. Ennek megfelelően a PUE-ra vonatkozó összes követelmény kifejezetten az ilyen típusú támogatásra vonatkozik. Bár a rugalmas dielektromos kompozit tartók használatát a PUE nem tiltja, használatukra nincsenek speciális utasítások és ajánlások. Különösen nincsenek utasítások a kompozit tartókon lévő erőátviteli vezetékek szigetelésére és földelésére vonatkozóan. Ez a jelenlegi szakaszban fennálló bizonytalanság ahhoz vezet, hogy a villamos vezetékeket kompozit oszlopokra kell építeni a vasbeton és acél oszlopokra vonatkozó távvezetékekre vonatkozó szabványok szerint, ami nem teszi lehetővé a kompozit oszlopokban rejlő lehetőségek teljes kihasználását.