Kompositunderstøtninger af luftledninger er bygningskonstruktioner lavet af forstærkede polymerkompositmaterialer designet til at holde ledninger og lynbeskyttelseskabler i en given afstand fra jorden og fra hinanden. En relativt ny type bygningskonstruktioner, der begyndte at blive udbredt under opførelsen af elledninger i USA og Canada i 2000'erne - 2010'erne. I Rusland i forsøgsdrift siden 2009.
Med udviklingen af polymerkompositmaterialer begyndte deres anvendelse i byggeriet og elindustrien. Især har glasfiber vist sig at være et meget vellykket dielektrisk materiale . Med en høj elektrisk resistivitet (tæt på glasets), en tangent med lavt dielektrisk tab og samtidig høj mekanisk styrke (på metalniveau), bruges den i vid udstrækning i bærende isoleringselementer, herunder støtteisolatorer , huse til højspændingsafbrydere og andre elektriske armaturer. Et vigtigt træk ved glasfiber, i sammenligning med monolitisk glas og keramiske isoleringsmaterialer, er dets elasticitet og lave skørhed. På grund af dette viste polymerisolatorer med en understøtningsramme af glasfiber sig at kunne modstå mekaniske nødbelastninger (inklusive) stød, hvorunder porcelæns- og glasisolatorer ødelægges. Kompositisolatorer i dette tilfælde deformeres kun, men bevarer deres integritet og ydeevne [1] .
Under hensyntagen til de opnåede erfaringer med driften af polymerisolatorer og glasfiberbærende strukturer i byggeriet, begyndte eksperimenter i forskellige lande i verden for at skabe komposit, primært glasfiberstøtter. Pionererne for den praktiske anvendelse af sådanne understøtninger var de elektriske netværk i USA og Canada. Dette skyldes de vanskelige klimatiske forhold i disse lande: hyppige orkanvinde, tung is. Under sådanne forhold gør den betydeligt større elasticitet af glasfiber sammenlignet med armeret beton det muligt for understøtningerne at modstå midlertidige overbelastninger uden skader og irreversibel deformation.
Med hensyn til fysiske, mekaniske og elektriske egenskaber adskiller kompositunderstøtninger sig væsentligt fra armeret beton og stål. Dette forårsager betydelige forskelle i designet af krafttransmissionsledninger på kompositunderstøtninger. Ifølge en række eksperter vil den udbredte introduktion af kompositpæle føre til behovet for at ændre kravene til elledninger og deres typiske design.
Glasforstærket plast (basaltforstærket plast) er kendetegnet ved et højt forhold mellem trækstyrke og elasticitetsmodul (ν=σ/E). For glasfiberskaller opnået ved metoderne til tværspiralvikling er dette forhold omkring 10-12 MPa/GPa. For konstruktionsstål, der anvendes til fremstilling af polyhedriske understøtninger, er dette forhold omkring 4,5 MPa / GPa, for armeret beton - omkring 3 MPa / GPa. Dette forhold bestemmer grænseværdien for støtteafbøjningen uden ødelæggelse eller permanent deformation. Af denne grund tillader understøtninger lavet af kompositmaterialer væsentligt større afbøjninger under påvirkning af asymmetriske belastninger end stål og armeret beton. Det er denne egenskab ved kompositmaterialer, der gør dem velegnede til fremstilling af kraftoverførselstårne, der opererer under vanskelige klimatiske forhold.
Elasticitetsmodulet for glasfiber (ca. 30-50 GPa) er dog væsentligt lavere end for stål (200 GPa). Derfor har kompositpæle til krafttransmissionsledninger under normale belastninger større afbøjninger end stålpæle med en sammenlignelig godstykkelse. Derfor skal design af krafttransmissionsledninger på kompositunderstøtninger udføres under hensyntagen til deres fleksibilitet. I henhold til PUE beregnes dimensionerne af elledninger med fleksible understøtninger i tilfælde af maksimalt afbøjede understøtninger. Derfor, for en given spændingsklasse, er dimensionerne af krafttransmissionsledninger på kompositunderstøtninger større end på stål (armeret beton). Det er også nødvendigt at tage hensyn til påvirkningen af trådvibrationer og træffe foranstaltninger for at forhindre lavfrekvente resonanser.
Densiteten af glasfiber er 3,5 - 4 gange mindre end densiteten af stål. Følgelig har kompositunderstøtninger en væsentlig lavere masse sammenlignet med stålmodstykker. Denne egenskab er især vigtig ved konstruktion af elledninger i svært tilgængelige områder (bjergterræn, sumpe, taiga). Således har mellemliggende pyloner på 10/20 kV krafttransmissionsledninger en masse på omkring 150-250 kg (og isogrid - mindre end 100 kg), hvilket gør det muligt at transportere og installere sådanne pyloner uden brug af udstyr overhovedet. Kompositunderstøtninger til de højeste spændingsklasser er normalt lavet i præfabrikerede modulære. Samtidig gør massen af hvert modul det muligt at transportere det af 3-4 personer eller ved hjælp af håndvogne.
Understøtninger af traditionelle strukturer (undtagen træstrukturer) er ledere. Dette bestemmer en række funktioner forbundet med koordineringen af isoleringen af krafttransmissionslinjen og fordelingen af dens kapacitans og induktans. Travers- og lynbeskyttelseskablerne (hvis nogen) er underlagt obligatorisk jording, og der stilles høje krav til jordingslederen. Understøtninger lavet af glasfiber, basalt eller organoplast er dielektriske stoffer med høj dielektrisk styrke. Således bliver selve understøtningen en isolator på ledning-til-jord strømbanen. Men i modsætning til træstøtter afhænger komposit dielektriske egenskaber ikke af vejrforholdene. Dette forenkler i høj grad isolationsskemaet for krafttransmissionsledninger, og i tilfælde af lavspændingsklasser (op til 10 kV) er det muligt helt at opgive brugen af isolatorer. Krafttransmissionsledninger på sammensatte poler har en væsentlig lavere "wire-jord" og "wire-wire" kapacitans end kraftledninger på ledende poler. Det eliminerer også behovet for at jorde traversen af støtten. Da for krafttransmissionsledninger på komposit understøtter tilgangen af ledninger med en travers og et stativ ikke er farligt, er det muligt at reducere linjens dimensioner. Denne omstændighed kan fuldt ud kompensere for stigningen i dimensioner forårsaget af støttenes fleksibilitet.
De høje dielektriske egenskaber af kompositunderstøtninger forbedrer lynmodstanden af krafttransmissionsledninger betydeligt. Dette gør det muligt at forenkle jordingsenheder og i nogle tilfælde helt at opgive dem og lynbeskyttelseskabler. Fraværet af en jordingsleder reducerer betydeligt virkningen af vildfarne strømme på bygninger, strukturer og naturlige genstande. Det er også vigtigt, at i tilfælde af nedbrud eller ødelæggelse af isolatoren eller en ledning, der falder ned på traversen, er der ingen kortslutning til jorden, og ledningen er ikke afbrudt. Generelt forventes det ifølge resultaterne af en række undersøgelser udført i USA, Rusland og Kina [2] , at elledninger på kompositunderstøtninger vil have et væsentligt lavere antal afbrydelser end på traditionelle. Derudover vil den skadelige og farlige påvirkning af elledninger på jordanlæg blive minimeret.
Ikke desto mindre forårsager den høje modstand af sammensatte poler også nogle problemer, især tendensen til at akkumulere en statisk ladning, såvel som store værdier af overspændingsspændinger i tilfælde af et direkte lynnedslag i elledninger (selvom sandsynligheden for en sådan hændelse reduceres væsentligt). Det er også vanskeligt at fjerndiagnosticere tilstanden af isoleringen af elledninger med hensyn til reaktans.
Polymerkompositmaterialer har høj korrosionsbestandighed i sure og alkaliske medier og er ikke udsat for elektrokorrosion. Dette er deres største fordel i forhold til metal og armeret beton. Kompositmaterialer er mindre hygroskopiske end beton og beskadiges ikke af vand, der fryser i porerne. Samtidig ældes polymerkompositmaterialer hurtigt under påvirkning af solstråling. En af de vigtigste opgaver forbundet med masseintroduktionen af kompositunderstøtninger er at løse problemet med at stabilisere polymerbinderen til virkningen af solstråling.
Fra 2015 udføres F&U aktivt i Rusland på sammensatte poler til krafttransmissionsledninger og belysningsmaster. Dette emne behandles både af statsinstitutioner, især Bauman Moscow State Technical University [3] og St. Petersburg State Polytechnical University , og af kommercielle organisationer, især Nanotechnology Composites Center (NTsK LLC), Phoenix-88, NPP Altik. Spørgsmålene om tilpasning af RStandart (Canada) kompositpæle til brug som en del af pyloner på russiske krafttransmissionsledninger behandles. JSC "Federal Grid Company" fungerede som kunde af arbejde på understøtninger af 220 kV luftledninger; til 110 kV luftledningsstøtter - Tyumenenergo OJSC (med pilotdrift indtil 2015) - https://web.archive.org/web/20160828004529/http://www.xn-----glcfccctdci4bhow0as6psb. xn--p1ai/ artikler/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}} I 2014 blev udviklingen af stolper til 10-35 kV luftledninger til distributionsnetkomplekset igangsat.
For at studere driften af kompositpæle som en del af driften af transmissionslinjer, funktionerne ved deres installation og drift i forskellige klimazoner i Rusland, blev eksperimentelle sektioner af linjer monteret på kompositpæle, især i Yakutia [4] , Tyumen-regionen [5] , Krasnodar-regionen [6] , Arkhangelsk-regionen, Primorsky-territoriet. , Tatarstan, Irkutsk-regionen [7]
NCC LLC implementerede sammen med Amur Electric Networks, en filial af JSC DRSK (en del af PJSC RAO ES of the East), et pilotprojekt til installation af overliggende krafttransmissionsledninger lavet af kompositmaterialer. I juli 2016, i landsbyen Volkovo, Blagoveshchensky-distriktet, Amur-regionen, blev der installeret tyve kompositpæle, udviklet af NCC LLC, til spændingsklasser på 0,4 kV og 6-10 kV. [8] [9] I august 2017 blev kompositstænger fremstillet af NCC LLC brugt i rekonstruktionen af VL-6kV 3l-Yus-6, Yuzhno-Sakhalinsk til at erstatte træpæle. [ti]
Kompositstøtter monteres i stedet for slidte og forældede træstøtter.
Kompositstøtter
Kompositstænger i emballeret form
Installation af en kompositstøtte
I Rusland udføres konstruktionen af elledninger i overensstemmelse med reglerne for installation af elektriske installationer. Disse regler blev udviklet for ganske lang tid siden, så de tager faktisk højde for den etablerede praksis med at bruge understøtninger lavet af traditionelle materialer (armeret beton, metal), det vil sige stive og ledende. Derfor gælder alle kravene til PUE specifikt for denne type support. Selvom brugen af fleksible dielektriske kompositunderstøtninger ikke er forbudt af PUE, er der ingen særlige instruktioner og anbefalinger for deres brug. Især er der ingen instruktioner om funktionerne i isolering og jording af krafttransmissionsledninger på kompositunderstøtninger. Denne usikkerhed på nuværende stadie fører til behovet for at bygge elledninger på kompositpæle i overensstemmelse med standarderne for elledninger på armeret beton og stålpæle, hvilket ikke giver mulighed for fuldt ud at realisere potentialet i kompositpæle.