Телефон:
8 (383) 209-92-53
Адрес:
г. Новосибирск, ул. Чаплыгина, д. 93

Выберете город:

Проектирование воздушных линий электропередачи

Обеспечение электричеством потребителей всегда связано со строительством линий. Наибольшее распространение в сельской местности, на открытых пространствах получили именно воздушные линии электропередач. По сравнению с кабельными они имеют меньшую стоимость и плотность застройки. В городах и крупных населенных пунктах, как правило, этот вид не используется.

Однако без проектирования и строительства воздушных линий электропередач сейчас невозможно обойтись. С экономической точки зрения это наиболее выгодный способ передачи энергии на большие расстояния. Передача под высоким напряжением (110 кВ и выше) позволяет с минимальными потерями обеспечить отдаленные районы электричеством.

Воздушная линия электропередачи – это устройство, служащее для передачи электроэнергии по проводам. Расположены такие ЛЭП на открытом воздухе и представляют собой трассы, то есть полосы земли, на которых с определенным промежутком смонтированы опоры.

Расчет и проектирование воздушных линий электропередач является важной частью строительства, потому как от результатов будет зависеть не только стабильность и качество поставляемой в дома потребителей энергии, но и безопасность. Поэтому осуществлять все этапы должны только опытные профессионалы, которые имеют достаточную квалификацию.

Нормативы строительства и проектирования воздушных ЛЭП

Процесс планирования и возведения трассы подробно описан в «Правилах устройства электроустановок» (ПУЭ), при чем информация об этапах и мероприятиях носит характер не рекомендации, а предписания. В данном документе изложены основные принципы проектирования воздушных линий электропередач до 110 кВ и до 500 кВ. Строительство ЛЭП с большим напряжением осуществляется по специальным нормам и регламентам.

Возведение опор попадает под классификацию строительных работы, поэтому монтаж любых конструкций попадает под требования СНиП. Также ориентиром для проектировщиков служат действующие директивные документы, касающиеся сооружению и эксплуатации ВЛ. Важно учитывать перспективу развития электросети. Поэтому при проектировании и строительстве воздушных линий электропередач следует брать во внимание документацию с изложением вопроса развития на 5-10 лет.

Из чего состоит воздушная ЛЭП

Главные элементы трассы – опоры и провода. Также немаловажными конструктивными частями являются:

  1. Траверсы – специальные конструкции, не допускающие соприкосновения проводов на всем протяжении линии;
  2. Изоляторы – бывают двух видов. Штыревые могут применяться на линиях с напряжением до 35 кВ (включительно), они монтируются на опоры при помощи специальных крепежных элементов, а провода соединяются с ними при помощи проволочной вязки. Подвесные изоляторы могут быть установлены как на линии до 35 кВ, так и на ЛЭП 110 кВ и выше. Эти элементы состоят из фарфоровой или стеклянной основной части и соединяются при помощи металлической арматуры друг с другом в виде гирлянд. Провода крепятся зажимами и специальными деталями;
  3. Контуры заземления;
  4. Линейная арматура – необходима для соединения изоляторов и их элементов с проводами и опорами;
  5. Разрядники – аппараты для ограничения перенапряжений;
  6. Грозозащитные тросы – стальные или сталеалюминиевые канаты, стянутые из нескольких проволок.

Выбор проводов при проектировании воздушных ЛЭП

Основным токопроводящим материалом в настоящее время служит алюминий. Однако он не отличается высокой прочностью, поэтому при производстве проводов его используют вместе со сталью. Из этого материала выполняют сердечник провода, а затем вокруг обвивают тонкие алюминиевые проволоки. Многопроволочные провода отличаются гибкостью. Сталеалюминиевые провода монтируются на линиях с напряжением свыше 1000 В, алюминиевые чаще всего протягиваются на трассах до 35 кВ и в редких случаях – до 110 кВ.

Также для строительства воздушных ЛЭП иногда выбирают и другие виды проводов: стальные (на ЛЭП до 1000 В и на сельских до 36 кВ), в особых случаях берутся медные, бронзовые и сталебронзовые (наименее распространены ввиду дефицита меди).

Выбор опор при проектировании воздушных линий электропередач

Данные конструкции проектируются специально для протягивания высоковольтных линий. Устанавливаются они непосредственно в грунт или на оборудованный фундамент. Если трасса пролегает через линейные сооружения (мосты, тоннели), то провода крепятся с помощью кронштейнов и стоек. При протяжке ЛЭП в ущельях пользуются вантовыми тросовыми растяжками.

Однако в большинстве случаев используют именно опоры. Они могут быть разными в зависимости от их положения на линии и способа крепления проводов (анкерные или промежуточные). Изготавливаются из нескольких видов материалов:

  • Деревянные;
  • Железобетонные;
  • Металлические.

Деревянные опоры. Имеют небольшую стоимость (что важно для расчетов и проектирования воздушных линий электропередач) и достаточно просты в изготовлении. Эти преимущества актуальны для районов, богатых лесными ресурсами. Однако имеются и недостатки: дерево подвержено гниению, поэтому перед монтажом их следует обрабатывать антисептиками и тщательно следить за их состоянием в процессе эксплуатации.

ЖБИ. Могут устанавливаться на территориях с расчетной температурой воздуха до -55 градусов по Цельсию. Основой являются центрифугированные железобетонные стойки, в дополнение используются различные крепежные элементы (хомуты, сквозные болты, узлы крепления и т.д.). При проектировании воздушных ЛЭП следует учитывать высокую стоимость этого материала и его низкие прочностновесовые характеристики. Установку таких опор производят в специально подготовленные цилиндрические котлованы. Достоинством ЖБИ является повышенная устойчивость к разрушающим факторам внешней среды.

Металлические опоры. Основным сплавом, применяемым при производстве, является сталь. Для продления срока службы их следует окрашивать, защищая таким образом от коррозии. Установку производят на железобетонные фундаменты. Могут применяться на линиях электропередач с напряжением 35 кВ и более.

По своему назначению опоры классифицируются на:

  • Промежуточные. Устанавливаются на прямых участках трассы ЛЭП. Не предназначены для натяжения, служат лишь для поддержания проводов и тросов. Обычно промежуточные опоры составляют примерно 80-90% от всего числа конструкций на линии.
  • Анкерные. Могут воспринимать нагрузки, создаваемые разностью натяжения проводов и тросов. Здесь могут использоваться железобетонные стойки повышенной прочности для усиления конструкций. Устанавливаются на прямых участках трассы ЛЭП, проходящих через естественные преграды и дороги для ограничения анкерного пролета и в местах изменений числа и марок проводов.
  • Угловые. Эксплуатируются в местах смены направления трассы. Воспринимают нагрузки разного уровня: при небольших углах поворота до 30° монтируют угловые промежуточные опоры, а при повороте на величину более 30 градусов – анкерные.
  • Концевые. Начинают или замыкают трассу воздушной ЛЭП. Сконструированы таким образом, чтобы выдерживать одностороннюю нагрузку, создаваемую тяжением проводом и тросов.
  • Специальные. Это разные типы опор, предназначенные для решения особых задач:
    • Перекрестные – для установки в местах пересечения ВЛ двух направлений;
    • Ответвительные – для организации отводов дополнительных линий от основной магистрали;
    • Транспозиционные – монтируются при необходимости изменения порядка расположения проводов;
    • Противоветровые – призваны усилить механическую прочность и устойчивость данного участка трассы.

Классификация воздушных линий электропередач

Для более точного понимания технологических процессов необходимо знать отличия разных ЛЭП. Отличаются они по следующим параметрам:

  1. По роду тока (переменного и постоянного);
  2. По значению напряжения (для постоянного тока – 400 кВ, для переменного – 0,4; 6; 10; 35; 110; 150; 220; 330; 400; 500; 750; 1150 кВ);
  3. По классу (низшего, среднего и высшего). В зависимости от напряжения их делят на 3 группы, каждая из которых имеет свои особенности расчета и проектирования;
  4. По предназначению (сверхдальние, магистральные, для распределения между объектами энергопотребления и для подвода тока к конечным потребителям);
  5. По количеству цепей (одно-, двух- и многоцепные).

Значение проектирования при строительстве воздушных ЛЭП

Разработка проектной документации и необходимый для этого расчет основных параметров линии является обязательным этапом при строительстве ВЛ. Для реализации качественной и стабильно работающей линии специалистам необходимы следующие данные:

  • Типы конструкций, узлов и деталей;
  • Виды и количество опор, а также план их расстановке по трассе;
  • Количество и сечения проводов, их марки и характеристики грозозащитных тросов;
  • Схемы подключения и заземляющих устройств.

К проектной документации прилагаются и другие документы. В спецификации приводится список необходимых материалов и оборудования, а в сметах – расчет затрат по каждому из пунктов, включая транспортные услуги, трудовые затраты, организацию быта рабочих и проч.

Требования, предъявляемые к трассам воздушных ЛЭП

Важно предусматривать обоснование каждого технологического решения. При этом нужно руководствоваться принципами:

  • Рациональности. Трасса должна прокладываться по кратчайшему пути, при этом проектироваться в рамках прогнозов на развитие электросети в ближайшие несколько лет.
  • Обоснованного выбора. С точки зрения экономики и строительных технологий следует рассматривать несколько возможных вариантов для прокладывания трассы и приводить их сравнение. По результатам инженерных изысканий определяется наиболее подходящий для поставленных задач.
  • Стандартизации. При расчетах и проектировании воздушных линий электропередач следует брать за основу типовые конструкции и унифицированные решения. Это, как правило, позволяет сократить сроки строительства и уменьшить финансовые затраты. Нестандартные модели применяются крайне редко и только в случае наличия достаточного технико-экономического обоснования.

Этапы проектирования

Ряд работ, проводимых в рамках планирования новой линии электропередач, можно разделить на 3 стадии.

Первый (предварительный) этап

Проводятся различные предпроектные работы. Для начала проектирования воздушной линии электропередач 110 кВ проводится ряд исследований и составляется техническое задание (ТЗ). Занимается формированием этого документа заказчик. ТЗ является важнейшей бумагой, без которой нельзя запускать проектные работы. В нем подробно описываются цели и задачи строительства новой ЛЭП, нюансы технологий и методов, которые будут использоваться при возведении линии. Также в техническом задании излагается следующая информация:

  • Предполагаемая протяженность линии,
  • Направление,
  • Количество цепей,
  • Рассчитанное сечение провода,
  • Планируемая нагрузка,
  • Типы опор, тросов, изолирующей арматуры и т.д.

Также на этапе подготовки решается вопрос о предоставлении права прокладки коридора для магистральной линии. Организации, содержащие электрические сети рассматриваемого региона, должны согласовать этот нюанс и предоставить соответствующие документы.

Проектирование воздушной линии электропередачи 110 кВ невозможно без проведения исследований местности. В процессе разработки проектной документации необходимо учитывать множество данных, которые уточняются в процессе инженерных изысканий:

  • Геологических,
  • Геодезических,
  • Гидрологических,
  • Экологических,
  • Метеорологических и пр.

По результатам проектировщики не только получают необходимую информацию в текстовой форме, но и топографические схемы и карты с указанием существующих коммуникаций и строений, позволяющие наиболее точно спланировать расположение будущей линии. Как правило, предлагается несколько вариантов, среди которых выбирают один по принципам рационального землепользования, сохранения окружающей среды, обеспечения качественной и стабильной электроэнергией потребителей. Решается вопрос о количестве линий и их напряжении (одна с наивысшим или 2-3 с пониженным). Составляется акт выбора трассы, которая в дальнейшем будет тщательно спроектирована. На этом этапе также проходит получение технических условий, в которых изложены требования к разрешенной максимальной мощности ЛЭП.

Вторая (проектная) стадия

Осуществляются непосредственно расчеты и прорабатываются чертежи, на которых должны быть отражены линия и все необходимые объекты и сооружения. Специалисты при составлении документации опираются на требования строительных норм, правила и стандарты, действующее законодательство, правила устройства электроустановок и т.д.

Расчет и проектирование воздушных линий электропередач производится по следующим характеристикам:

  • Длина и направление ЛЭП,
  • Номинальное напряжение,
  • Сечение проводов, которые будут использованы при строительных работах,
  • Типы проводов (они бывают изолированные, самонесущие, неизолированные),
  • Вид опор,
  • Материалы оснастки,
  • Крепежная арматура,
  • Обеспечение электробезопасности потребителей,
  • Способы их подключения к электросети,
  • Нормы безопасности при обслуживании и эксплуатации ЛЭП.

На данном этапе работ наибольшее значение приобретают навыки специалиста. На данный момент не существует работающего программного обеспечения, которое бы могло полностью учесть все параметры, реализовать все процессы от начала и до конца и на выходе дать полноценный проект воздушной линии электропередач. Поэтому весь процесс ведется непосредственно специалистом лишь с привлечением разных видов программ для расчета пересечений, мест нахождения промежуточных опор и т.д.

Уровень квалификации и профессионализма, опыт работы проектировщика в значительной степени влияют на качество результата. Поэтому при выборе компании для проектирования воздушных ЛЭП следует принимать во внимание не только общую характеристику фирмы, но и индивидуальные характеристики персонала, а также отзывы и примеры уже реализованных проектов.

В проекте должны обязательно учитываться места расположения других значимых объектов на рассматриваемом под строительство участке. Если будет осуществляться пересечение с линиями связи, железными и автомобильными дорогами, газопроводами, следует согласовывать это со специальными организациями. Обычно эти процессы длятся достаточно долго, это надо учитывать при расчете сроков проектирования. Службами, в чьем ведении находится та или иная коммуникационная магистраль, будут переданы проектировщикам дополнительные технические условия, которые следует учесть.

Третья стадия – согласование

Для окончания работ по проекту и начала его реализации нужно получить разрешение от специализированных уполномоченных учреждений. Как правило, третий этап наиболее трудоемкий, он включает в себя проведение экспертизы проектной документации.

Данная процедура является обязательной и проводится, как правило, на государственном уровне. Однако присутствуют и независимые организации, которые могут привлекаться для этой цели. Регламентируется экспертиза ст. 49 ГК РФ и «Положением об организации и проведении государственной экспертизы проектной документации и инженерных изысканий».

Предметом экспертной оценки становится соответствие документации по проекту нормам и требованиям санитарно-эпидемиологического контроля, экологическим, охраны окружающей среды, пожарной и промышленной безопасности и т.д. Результатом данной процедуры становится положительное или отрицательное заключение. В первом случае проект передается на дальнейшее согласование заказчику, после чего приступают к его реализации. При отрицательном ответе проектировщик может оспорить это решение либо повторно направить документацию на оценку после внесения изменения и исправления ошибок и недочетов.

Для проведения непосредственно строительных работ по возведению воздушных ЛЭП подготавливается также рабочая документация по проекту. Затем переходят к этапу сооружения линии и ввода в эксплуатацию.

Расчеты при проектировании ВЛ

Ориентиром для специалистов служат ПУЭ, которые предписывают определенные значения технических параметров для разных климатических условий. Географическое расположение участка и погодные явления, актуальные для этого региона, играют решающую роль при просчете параметров воздушных линий электропередач. Необходимо принимать во внимание температурные показатели (максимальную и минимальную за год).

Поскольку воздушные линии эксплуатируются на открытом воздухе и круглогодично подвергаются внешним воздействиям, следует особо тщательно подбирать материалы и типы конструкционных элементов. Среди основных факторов можно выделить ветровые нагрузки и интенсивность гололедных явлений. Показатели этих воздействий в разных районах страны послужили основой для составления специальной карты, где указаны границы той или иной зоны. Специалисту нужно пользоваться данными графическими материалами, при необходимости уточняя их.

Также при проектировании воздушной линии электропередачи на 110 кВ и выше нужно принимать в расчет потери электроэнергии на корону, которые происходят из-за ионизации воздуха около проводов. Эти потери тем меньше, чем больше диаметр провода. Поэтому определены минимальные значения сечений для ВЛ разного напряжения:

  • 110 кВ – от 11,4 мм,
  • 150 кВ – от 15,2 мм,
  • 220 кВ – от 21,6 мм.

На ЛЭП с более высоким напряжением пришлось бы протягивать провода с очень большим сечением, что нецелесообразно и очень дорого. Поэтому в таких случаях потери на корону уменьшают за счет расщепления фазы на несколько: при 330 кВ – на две, для ВЛ на 500 кВ – на три, для ЛЭП 750 кВ – на четыре или пять.

Что еще следует учитывать при проектировании воздушных линий? Как уже упоминалось выше, климатические внешние воздействия играют решающую роль при эксплуатации. Рассмотрим подробнее.

<h2Факторы влияния

  • Атмосферные перенапряжения. Провоцируются грозами и молниями. Кратковременные перенапряжения чреваты пробоями в изоляции, ее разрушением. Поврежденный участок может в дальнейшем вызвать короткое замыкание, поэтому следует предусматривать системы автоматики, которые будут отключать линию при малейших неполадках. Также для предохранения и предотвращения авариных ситуаций в проекте предусматривают установку ограничителей перенапряжения (ОПН).
  • Сильное понижение температуры воздуха. Влечет за собой нагрев и увеличение тока провода. Длина его при этом сокращается, что приводит к созданию механического напряжения в сети.
  • Коммутационные (внутренние) перенапряжения в сети. Возникают в процессе эксплуатации в результате периодических включений и выключений. Могут также вызывать пробои в изоляции. Следует предусмотреть защиту и автоматическую блокировку. Особое внимание этому фактору необходимо уделить при проектировании воздушных линий электропередач на 330 кВ и выше.
  • Перепады температур. Поскольку материалы проводов имеют свойства к расширению и сжиманию, то нужно правильно рассчитать разницу температурных показателей и подобрать под нее соответствующий тип проводников. Наиболее сильно влияние это фактора в регионах с резким или очень холодным климатом, так как амплитуда температурных перепадов может достигать очень высоких значений. Пиковые показатели летом и зимой берутся из общедоступных источников или проведенных для данной местности исследований.
  • Увеличение температуры проводов. Усиливается их провисание вследствие удлинения. Возрастает риск обрыва из-за снижения прочности. Нарушаются расчетные размеры линии, это ставит под угрозу безопасность эксплуатации и качество получаемой электроэнергии.
  • Ветровые нагрузки. Создают дополнительные горизонтальные нагрузки. Усиливается натяжение проводов, а сильные ураганные порывы могут спровоцировать разрыв или даже поломку опор. Следует учитывать влияние ветра и предусматривать в проекте выбор подходящих материалов для данного региона.
  • Экологическая обстановка. Наличие в атмосферном воздухе частиц пыли и золы и их последующее оседание при повышении влажности может повлечь за собой ослабление или перекрытие изоляции проводов. При прокладывании ЛЭП в районах, близких к морю, где повышена концентрация солей в воздухе, алюминиевые части проводов быстрее окисляются и разрушаются. Это также следует учитывать при выборе материала и типа проводников.
  • Гололедные явления. Наледь появляется при намерзании снега, изморози, капель дождя и тумана. Из-за этого увеличивается нагрузка на провода, тросы, опоры. Уменьшается запас прочности материалов и возрастает риск обрыва или падения конструкций. Также увеличивается размер провисания линий, они приближаются друг к другу и могут схлестываться.

Необходимо предусмотреть установку дополнительного предохранительного оборудования, снижающего риски при воздействии механических воздействий.

  • Вибрации («слабый ветер»). Это колебания проводов с малой длиной волны (2-10 м), небольшой амплитудой (2-3 диаметра провода), но высокой частотой (5-50 Гц). Вибрации приводят к завихрению потоков воздуха вокруг поверхности проводов, а это провоцирует быстрый износ материалов, разрыв проволочек в местах креплений. Решение проблемы становится монтаж виброгасителей, поглощающих энергию колебаний и уменьшающих амплитуду. Это защищает линию от сильных повреждений и способствует предотвращению аварийных ситуаций.
  • «Пляска» проводов. Схожа с вибрациями, но отличается характеристиками колебаний: частота 0,2-0,4 Гц, амплитуда (0,5-5 м), длина волны 1-2 пролета ЛЭП. Как правило, длительность явления небольшая, но иногда она может достигать нескольких суток. Причинами становятся сильный ветер и гололед. Чревато это обрывами, схлестыванием, перекрытию напряжения. Такое явление характеризуется как достаточно редкое, однако опасное с серьезными последствиями. Чтобы обеспечить защиту от «пляски», в проекте предусматривают грузы и маятниковые гасители.

В качестве выводов по статье можно отметить, что проектирование и строительство воздушных линий электропередач 110 кВ и более – это сложный и многозадачный процесс. Обеспечить качество и стабильность работы электросети можно лишь в том случае, если соблюдаются все требования и нормы действующих правил, а также если проект готовится высококвалифицированными специалистами, имеющими большой опыт работы.

Актуальные новости

^ Наверх