О том, что надо знать о ЛЭП и их строительстве, рассказывают эксперты компании Металлопром — одного из успешных и авторитетных производителей металлоконструкций для объектов электроэнергетики.
Что такое ЛЭП: просто о сложном
Потребность в энергии с каждым годом только растет: в декабре 2020 года Единая энергетическая система (ЕЭС) России зафиксировала новый исторический максимум потребления мощности — 150 434 МВт. Причем большинство электроустановок, от лампочки в квартире до плавильной печи на металлургическом комбинате, потребляет переменный ток, аккумулировать который пока не научились. Да и емкость аккумуляторов постоянного тока пока недостаточна для промышленного использования. Поэтому главным способом доставки электроэнергии остается передача по проводам и кабелям.
Линия электропередачи (ЛЭП) — часть единой электрической сети, предназначенная для транспортировки электроэнергии от места производства к месту потребления. Кроме того, ЛЭП выполняют ряд других важных функций: объединение отдельных энергосистем в единую структуру, распределение энергоресурсов, передача информации по линиям высокочастотной и волоконно-оптической связи. Отсюда серьезные требования к таким устройствам:
- Надежность передачи больших мощностей, отказоустойчивость, ремонтопригодность;
- Безопасность для людей и технических устройств;
- Высокая прочность, стойкость к экстремальным погодным условиям;
- Долговечность, простота оценки состояния, технологичность монтажа и обслуживания и т.д.
При их выполнении строительство ЛЭП становится быстрым, простым, безопасным и относительно дешевым способом не только снабдить потребителей электроэнергией, но и повысить общую надежность энергосистемы. При выходе части оборудования из строя электроснабжение осуществляется за счет резервных мощностей или по обходным путям.
Виды ЛЭП
По основным критериям линии электропередач делятся:
- По роду передаваемой энергии — постоянного и переменного тока. Большинство ЛЭП служат для транспортировки переменного тока. Сети постоянного тока распространены слабо, и применяются для снабжения специальных групп потребителей: городского электротранспорта, цехов электролиза и т.д.
- По номинальному напряжению — низковольтные, напряжением до 1 кВ, и высоковольтные, выше 1 кВ. Среди них различают линии среднего напряжения (в диапазоне 3-35 кВ), высокого (110-220 кВ), сверхвысокого (330-750 кВ) и ультравысокого (более 1 МВ).
- По функциональному назначению — сверхдальние (свыше 500 кВ, для соединения энергосистем регионов в единую сеть), магистральные (220-330 кВ, для соединения объектов генерации и распределения), распределительные (35-150 кВ, для энергоснабжения крупных промышленных объектов и населенных пунктов) и подводящие (ниже 20 кВ, для прочих нужд).
- По конструктивным особенностям — воздушные и кабельные.
Есть и другие, более специализированные виды классификации: по топологической структуре, исполнению нейтрали и т.д., но с точки зрения строительства для нас особенно интересны воздушные и кабельные ЛЭП. Их мы рассмотрим более пристально.
Воздушные линии электропередач
Схема прокладки линий по воздуху, на опорах или растяжках, имеет множество достоинств. Такая линия легче, технологичнее, обладает большей пропускной способностью, позволяет определить и устранить повреждения в среднем в 12 раз быстрее, чем на кабельной линии. Этому способу нет альтернатив при прокладке трасс на больших расстояниях, в горных районах, в лесистых, заболоченных местностях и т.д. Поэтому воздушные линии электропередач (ВЛЭП) получили наибольшее распространение.
Составными частями ВЛЭП являются:
- Провода;
- Грозозащитные тросы;
- Опоры для поддержания токонесущих частей на заданном расстоянии от поверхности и друг от друга;
- Изоляторы;
- Линейная арматура — подвесы, виброгасители, распорки, крепеж, пр.;
- Устройства безопасности — заземляющие элементы, разрядники, разъединители, маркировка проводов и т.д.;
- Вспомогательное оборудование — устройства отбора напряжения, конденсаторы связи, высокочастотные заградители и многое другое.
При прокладке и эксплуатации ВЛЭП важно соблюдать расчетную длину промежуточного пролета (расстояние между опорами), межфазное расстояние и габарит линии (расстояние от нижнего провода до поверхности земли или воды), стрелу провеса проводов и тросов (максимальное отклонение от горизонтали), общую длину изоляторов в гирлянде и высоту опоры. Эти параметры зависят от номинального напряжения линии и условий прохождения трассы: встречаются опоры высотой до 300 м! Помимо этого, на линиях напряжением от 100 кВ применяют транспозицию участков — периодическую смену расположения фазных проводов для компенсации их взаимной индуктивности. Такие работы требуют серьезных расчетов и профессионализма исполнителей, поэтому их выполнением должны заниматься специализированные организации.
Кабельные линии
Кабельные линии прокладывают там, где монтаж ВЛЭП нежелателен или недопустим — в аэропортах, зонах плотной застройки, на дне водоемов, в т.ч. морей и океанов, при высоких природоохранных требованиях и т.д. Такие трассы не так подвержены атмосферным воздействиям, недоступны для посторонних, не портят ландшафт и меньше повреждаются, однако их строительство и обслуживание значительно сложнее и дороже воздушных (от 2 до 6 раз в зависимости от класса напряжения).
Основные элементы кабельных линий:
- Кабель из изолированных токопроводящих жил в герметичной оболочке и броне для защиты от агрессивных сред и механических повреждений. Количество жил в кабеле определяется классом напряжения: до 1 кВ — 4-5 жил, 6-35 кВ — 3 жилы, 110-220 кВ — одножильные.
- Оборудование для соединения, секционирования и присоединения кабеля к вводам распределительных устройств (разные виды кабельных муфт);
- Строительные конструкции и крепежная арматура.
Кроме того, в случае применения газо- и маслонаполненных кабелей устанавливают подпитывающие устройства.
Прокладка кабельных трасс ведется в каналах, траншеях, тоннелях, коллекторах, эстакадах или пустотелых блоках, а также в перекрытиях зданий. Одиночные кабели могут прокладываться открыто, по стенам и другим конструкциям. На выбор способа прокладки влияют условия трассы: для совместного размещения кабельных линий с другими коммуникациями используют коллекторы, для большого количества силовых линий требуются туннели, на неустойчивых грунтах применяется наружная прокладка кабелей в эстакадах, галереях, и т.д. Главная задача при строительстве — защитить кабельную линию от агрессивных воздействий и вибрации, которая со временем ослабляет надежность крепления кабельных муфт, а также обеспечить хорошее охлаждение устройств. При пересечении трасс разных классов напряжения высоковольтный кабель всегда прокладывают под низковольтным.
Этапы строительства ЛЭП и сдача в эксплуатацию
В связи с особой ответственностью работ, строительство ЛЭП жестко регламентируют государственные и отраслевые стандарты. Выполнение этих работ проходит в несколько этапов:
- Предварительные изыскания: топографическая съемка и планировка местности, анализ климата и геологических условий, экологическое обоснование проекта, определение существующих коммуникаций и т.д.
- Проектирование строительства с расчетом характеристик будущей ЛЭП, параметров конструкций, согласованием проектной документации и получением разрешения на строительство.
- Подготовительные работы: расчистка просек, организация путей подвоза и мест складирования оборудования, материалов, мест проживания и отдыха персонала, доставка людей, техники, пр. Окончанием этапа является подписание акта о готовности к работе.
- Разбивка трассы, доставка, сборка и установка опор — на фундаментах или в котлованы. При этом установку опор на скалистых или болотистых грунтах должен вести сам генеральный подрядчик.
- Раскатка проводов, подъем и их соединение. Помимо традиционной раскатки провода по земле, все чаще применяют монтаж «под тяжением»: раскатка и натяжение проводов выполняется специальным оборудованием прямо на опорах.
- Натягивание проводов, проверка параметров и фиксация на опорах.
- Подключение, пусконаладка и испытания отдельных устройств, а после и всей ЛЭП.
Работы заканчивают составлением протоколов испытаний и приемкой ЛЭП комиссией из представителей заказчика, подрядчика и Ростехнадзора. После проверки линии в составе электросети ЛЭП вводят в режим эксплуатации.
Монтаж и эксплуатация ЛЭП в условиях севера
Северные районы занимают почти половину территории РФ. Прокладка и эксплуатация ЛЭП в этих условиях сопряжена с рядом трудностей: многолетнемерзлые грунты сильно обводнены, нестабильны и подвержены пучению, что приводит к выдавливанию опор из грунта.
Экстремальные холода вызывают повышенную хрупкость конструкционных сталей, а высокая ветровая нагрузка быстро разрушает конструкции. Кроме того, требуется защита уникальной природы северных районов — скорость роста растительного покрова не превышает нескольких миллиметров в год.
Поэтому на севере страны и районах Крайнего Севера предпочтительно устройство ВЛЭП вместо кабельных линий. Строительство, ремонт и обслуживание линий электропередач ведут лишь в зимний сезон (ноябрь-апрель).
Для изготовления конструкций применяют стали с повышенной ударной вязкостью. А при закреплении опор используют сильно заглубленные свайные фундаменты с сохранением мерзлого состояния грунтов основания.
