Ilmajohtojen komposiittikannattimet ovat vahvistetuista polymeerikomposiittimateriaaleista valmistettuja rakennusrakenteita, jotka on suunniteltu pitämään johtoja ja salamansuojakaapeleita tietyllä etäisyydellä maasta ja toisistaan. Suhteellisen uudenlainen rakennusrakenne, joka alkoi yleistyä voimalinjojen rakentamisen aikana Yhdysvalloissa ja Kanadassa 2000-2010-luvuilla. Venäjällä koekäytössä vuodesta 2009.
Polymeerikomposiittimateriaalien kehittymisen myötä niiden käyttö rakentamisessa ja sähköteollisuudessa alkoi. Erityisesti lasikuitu on osoittautunut erittäin onnistuneeksi dielektriseksi materiaaliksi . Koska sillä on korkea sähkövastus (lähellä lasin vastusta), pieni dielektrisen häviön tangentti ja samalla korkea mekaaninen lujuus (metallien tasolla), sitä käytetään laajalti kantavissa eristyselementeissä, mukaan lukien tukieristeet. , suurjännitekytkinten kotelot ja muut sähköliittimet. Lasikuidun tärkeä ominaisuus verrattuna monoliittisiin lasi- ja keraamisiin eristemateriaaleihin on sen elastisuus ja alhainen hauraus. Tästä johtuen lasikuitua tukevalla kehyksellä varustetut polymeerieristeet osoittautuivat kestämään (mukaan lukien) mekaanisia iskukuormituksia, joiden alla posliini- ja lasieristeet tuhoutuvat. Komposiittieristimet tässä tapauksessa vain muotoutuvat, mutta säilyttävät eheytensä ja suorituskykynsä [1] .
Ottaen huomioon rakentamisen polymeerieristimien ja lasikuituisten tukirakenteiden käytöstä saadut kokemukset, maailman eri maissa aloitettiin kokeet komposiitti-, ensisijaisesti lasikuituisten kannattimien luomiseksi. Tällaisten tukien käytännön soveltamisen edelläkävijöitä olivat Yhdysvaltojen ja Kanadan sähköverkot. Tämä johtuu näiden maiden vaikeista ilmasto-olosuhteista: toistuvista hurrikaanituulista, raskaasta jäästä. Tällaisissa olosuhteissa lasikuidun huomattavasti suurempi elastisuus teräsbetoniin verrattuna mahdollistaa tuen kestävyyden väliaikaisia ylikuormituksia ilman vaurioita ja peruuttamattomia muodonmuutoksia.
Fysikaalisten, mekaanisten ja sähköisten ominaisuuksien suhteen komposiittikannattimet eroavat merkittävästi teräsbetoni- ja terästuista. Tämä aiheuttaa merkittäviä eroja voimansiirtolinjojen suunnittelussa yhdistelmätuilla. Monien asiantuntijoiden mukaan komposiittipylväiden laajamittainen käyttöönotto johtaa tarpeeseen muuttaa voimalinjoille asetettuja vaatimuksia ja niiden tyypillistä rakennetta.
Lasivahvisteisille muoveille (basalttivahvisteisille muoville) on ominaista korkea vetolujuuden suhde kimmokerrokseen (ν=σ/E). Ristispiraalikäämitysmenetelmillä saatujen lasikuitukuorien osalta tämä suhde on noin 10-12 MPa/GPa. Monitahoisten tukien valmistuksessa käytettävien rakenneterästen osalta tämä suhde on noin 4,5 MPa / GPa, teräsbetonin osalta noin 3 MPa / GPa. Tämä suhde määrittää tuen taipuman raja-arvon ilman tuhoa tai pysyvää muodonmuutosta. Tästä syystä komposiittimateriaaleista valmistetut tuet mahdollistavat huomattavasti suuremmat taipumat epäsymmetristen kuormien vaikutuksesta kuin teräs ja teräsbetoni. Tämä komposiittimateriaalien ominaisuus tekee niistä soveltuvia vaikeissa ilmasto-olosuhteissa toimivien voimansiirtotornien valmistukseen.
Lasikuidun kimmokerroin (noin 30-50 GPa) on kuitenkin huomattavasti pienempi kuin teräksen (200 GPa). Siksi voimansiirtolinjojen komposiittipylväillä on normaaleissa kuormituksissa suurempi taipuma kuin teräspylväillä, joiden seinämäpaksuus on vertailukelpoinen. Siksi voimansiirtolinjojen suunnittelu komposiittikannattimille on suoritettava ottaen huomioon niiden joustavuus. PUE :n mukaan joustavilla tuilla varustettujen voimalinjojen mitat lasketaan suurimman taipuneen tuen tapauksessa. Siksi tietyllä jänniteluokalla voimansiirtolinjojen mitat komposiittikannattimilla ovat suuremmat kuin teräksissä (teräsbetoni). On myös tarpeen ottaa huomioon langan värähtelyjen vaikutus ja ryhtyä toimenpiteisiin matalataajuisten resonanssien estämiseksi.
Lasikuidun tiheys on 3,5 - 4 kertaa pienempi kuin teräksen tiheys. Näin ollen komposiittituilla on huomattavasti pienempi massa verrattuna teräsvastineisiin. Tämä ominaisuus on erityisen tärkeä rakennettaessa voimalinjoja vaikeapääsyisille alueille (vuoristomaasto, suot, taiga). Täten 10/20 kV voimansiirtolinjojen välipylväiden massa on noin 150-250 kg (ja isoristikkojen - alle 100 kg), mikä mahdollistaa tällaisten pylväiden kuljettamisen ja asentamisen ilman laitteiden käyttöä. Komposiittituet korkeimpiin jänniteluokkiin valmistetaan yleensä esivalmistetuina modulaarisina. Samanaikaisesti kunkin moduulin massa mahdollistaa sen kuljettamisen 3-4 henkilön toimesta tai käsiautoilla.
Perinteisten rakenteiden tuet (paitsi puiset) ovat johtimia. Tämä määrittää joukon ominaisuuksia, jotka liittyvät voimansiirtolinjan eristyksen koordinointiin ja sen kapasitanssin ja induktanssin jakautumiseen. Ohjaus- ja ukkossuojakaapelit (jos sellaisia on) on maadoitettu pakollisesti, ja maadoitusjohtimelle asetetaan korkeat vaatimukset. Lasikuidusta, basaltista tai organoplastisesta muovista valmistetut tuet ovat eristeitä, joilla on korkea dielektrinen lujuus. Siten tuesta itsestään tulee eriste johto-maa-virtareitillä. Mutta toisin kuin puiset tuet, komposiitin dielektriset ominaisuudet eivät riipu sääolosuhteista. Tämä yksinkertaistaa suuresti voimansiirtolinjojen eristysjärjestelmää, ja pienjänniteluokissa (jopa 10 kV) on mahdollista luopua kokonaan eristeiden käytöstä. Komposiittipylväissä olevilla voimansiirtolinjoilla on huomattavasti pienempi "lanka-maa"- ja "lanka-johto"-kapasitanssi kuin johtavien napojen voimalinjoilla. Se poistaa myös tarpeen maadoittaa tuen poikittaissuuntaa. Koska komposiittitukien voimansiirtolinjoille poikittainen ja teline ei ole vaarallista, on mahdollista pienentää linjan mittoja. Tämä seikka voi täysin kompensoida tukien joustavuuden aiheuttaman mittojen kasvun.
Komposiittitukien korkeat dielektriset ominaisuudet parantavat merkittävästi voimansiirtolinjojen salamankestävyyttä. Tämä mahdollistaa maadoituslaitteiden yksinkertaistamisen ja joissakin tapauksissa niiden ja salamansuojakaapeleiden kokonaan luopumisen. Maadoitusjohtimen puuttuminen vähentää merkittävästi hajavirtojen vaikutusta rakennuksiin, rakenteisiin ja luonnon esineisiin. On myös tärkeää, että eristeen rikkoutuessa tai tuhoutuessa tai poikkiputkelle putoavan johdon yhteydessä ei synny oikosulkua maahan eikä johto katkea. Yleisesti ottaen useiden Yhdysvalloissa, Venäjällä ja Kiinassa tehtyjen tutkimusten [2] tulosten mukaan on odotettavissa, että yhdistelmätukien voimalinjoissa on huomattavasti vähemmän katkoja kuin perinteisillä. Lisäksi sähkölinjojen haitalliset ja vaaralliset vaikutukset maatiloihin minimoidaan.
Siitä huolimatta komposiittinapojen suuri vastus aiheuttaa myös joitain ongelmia, erityisesti taipumusta staattisen varauksen kerääntymiseen, sekä suuria ylijännitearvoja suorassa salamaniskussa voimalinjoihin (vaikkakin tällainen tapahtuma vähenee merkittävästi). Myös voimalinjojen eristyksen tilaa reaktanssin suhteen on vaikea etädiagnosoida.
Polymeerikomposiittimateriaaleilla on korkea korroosionkestävyys happamissa ja emäksissä, eivätkä ne ole alttiina sähkökorroosiolle. Tämä on niiden tärkein etu metalliin ja teräsbetoniin verrattuna. Komposiittimateriaalit ovat vähemmän hygroskooppisia kuin betoni, eivätkä ne vaurioidu huokosiin jäätyvän veden vaikutuksesta. Samaan aikaan polymeerikomposiittimateriaalit vanhenevat nopeasti auringon säteilyn vaikutuksesta. Yksi tärkeimmistä komposiittitukien massakäyttöön liittyvistä tehtävistä on ratkaista ongelma, joka liittyy polymeerisideaineen stabilointiin auringon säteilyn vaikutukselle.
Vuodesta 2015 lähtien Venäjällä on tehty aktiivisesti voimajohtojen ja valaistuspylväiden komposiittipylväiden tutkimus- ja kehitystyötä. Tätä aihetta käsittelevät sekä valtion laitokset, erityisesti Bauman Moskovan valtion teknillinen yliopisto [3] ja Pietarin valtion ammattikorkeakoulu , että kaupalliset organisaatiot, erityisesti Nanotechnology Composites Center (NTsK LLC), Phoenix-88, NPP Altik. RStandart-komposiittipylväiden (Kanada) mukauttamiseen osana Venäjän voimansiirtolinjojen pylväitä käsitellään. JSC "Federal Grid Company" toimi 220 kV ilmajohtojen tukien asiakkaana; 110 kV ilmajohtotuille - Tyumenenergo OJSC (koekäytössä vuoteen 2015 asti) - https://web.archive.org/web/20160828004529/http://www.xn-----glcfccctdci4bhow0as6psb. xn--p1ai/ articles/vysokovoltnye-linii-elektroperedachi/opyt-razrabotki-izgotovleniya-i-ispytaniy-promezhutochnykh-opor-iz-kompozitsionnykh-materialov-dlya-.%7B%7B%D0%9D%D0%B2%AID1 | |12|2013}} Vuonna 2014 aloitettiin pylväiden kehittäminen jakeluverkkokompleksiin 10-35 kV ilmajohtoihin.
Komposiittipylväiden toiminnan tutkimiseksi osana toimivia voimajohtoja, niiden asennuksen ja käytön ominaisuuksia Venäjän eri ilmastovyöhykkeillä, kokeellisia linjojen osia asennettiin komposiittipylväisiin, erityisesti Jakutiassa [4] , Tjumenin alueella. [5] , Krasnodarin alue [6] , Arkangelin alue, Primorskin alue. , Tatarstan, Irkutskin alue [7]
NCC LLC toteutti yhdessä JSC DRSK:n (osa PJSC RAO ES of the East -yhtiötä) haaran Amur Electric Networksin kanssa pilottiprojektin komposiittimateriaaleista valmistettujen voimansiirtolinjojen kannattimien asentamiseksi. Heinäkuussa 2016 Volkovon kylään Blagoveshchenskyn alueella Amurin alueella asennettiin kaksikymmentä NCC LLC:n kehittämää komposiittipylväistä 0,4 kV ja 6-10 kV jänniteluokille. [8] [9] Elokuussa 2017 NCC LLC:n valmistamia komposiittipylväitä käytettiin VL-6kV 3l-Yus-6, Yuzhno-Sakhalinsk rekonstruoinnissa puupylväiden korvaamiseen. [kymmenen]
Komposiittikannattimet asennetaan kuluneiden ja vanhentuneiden puisten tuen sijaan.
Komposiittituet
Komposiittipylväät pakattuna
Komposiittituen asennus
Venäjällä voimalinjojen rakentaminen tapahtuu sähköasennusten sääntöjen mukaisesti. Nämä säännöt on kehitetty melko kauan sitten, joten niissä otetaan itse asiassa huomioon vakiintunut käytäntö käyttää perinteisistä materiaaleista (teräsbetoni, metalli) valmistettuja tukia eli jäykkiä ja johtavia. Näin ollen kaikki PUE:n vaatimukset koskevat erityisesti tämäntyyppistä tukea. Vaikka PUE ei kiellä joustavien dielektristen komposiittitukien käyttöä, niiden käyttöön ei ole erityisiä ohjeita ja suosituksia. Erityisesti yhdistelmätukien voimansiirtolinjojen eristyksen ja maadoituksen ominaisuuksista ei ole ohjeita. Tämä nykyvaiheen epävarmuus johtaa tarpeeseen rakentaa voimalinjoja komposiittipylväisiin teräsbetoni- ja teräspylväisiin sovellettavien voimalinjojen standardien mukaisesti, mikä ei mahdollista komposiittipylväiden potentiaalin täysimääräistä hyödyntämistä.