Проектирование воздушных линий электропередач

проектирование согласно нормативным документам Украины

Обеспечение электроэнергией 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 есть трассы, то есть полосы земли, на которых с определенным промежутком смонтированы опоры.

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

 

Нормативы строительства и проектирования воздушных ЛЭП

 

Процесс планирования и строительства трассы подробно записан в «Правилах устройства электроустановок» (ПУЭ). 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.

Монтаж опор попадает под классификацию строительных работы, поэтому монтаж любых конструкций попадает под требования СНиП. Также ориентиром для проектировщиков служат действующие директивные документы, касающиеся сооружения и эксплуатации ВЛ. Важно учитывать перспективу развития сети. Поэтому при проектировании и строительстве воздушных линий электропередач следует принимать во внимание документацию по вопросу развития на 5-10 лет.

 

Из чего состоит воздушная ЛЭП

 

Главные элементы трассы — опоры и провода. Также важными конструктивными частями являются:

  1. Траверсы — специальные конструкции, которые не допускают столкновения проводов на протяжении линии;
  2. Изоляторы — бывают двух видов. Штыревые могут применяться на линиях напряжением до 35 кВ (включительно), они монтируются на опоры с помощью специальных крепежных элементов, а провода соединяются с ними с помощью 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 с помощью металлической арматуры друг с другом в виде гирлянд. Провод 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. Грозозащитных тросов — стальные или сталеалюминиевые канаты, стянутые с несколькими проводами.

 

Выбор проводов при проектировании воздушных ЛЭП

Основным токопроводящих 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 обвивают алюминием. Провода отличаются гибкостью. Сталеалюминиевые провода монтируются на линиях напряжением выше 1000 В, алюминиевые зачастую простираются 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.

 

Выбор опор при проектировании воздушных линий электропередач

 

Опоры 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 протягивании ЛЭП в ущельях пользуются вантовыми тросовыми растяжками.

Однако в большинстве случаев используют именно опоры. Они могут быть различными 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 есть 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 является центрифугированные железобетонные стойки, в дополнение используются различные элементы крепления (хомуты, сквозные болты, узлы крепления и т.д.). При проектировании воздушных ЛЭП следует учитывать высокую стоимость этого материала и прочность. Установку таких опор производят в специально подготовленные цилиндрические котлованы. Преимуществом ЖБИ является повышенная устойчивость к разрушающим факторам внешней среды.

Металлические опоры. Основным сплавом, применяемые при производстве, является сталь. Для продления срока службы их следует красить, 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, только для поддержания проводов и тросов. Обычно промежуточные опоры составляют примерно 80-90% от всего числа конструкций на линии.
  • Анкерные. Могут воспринимать нагрузки, создаваемые разницей натяжения проводов и тросов. Здесь могут использоваться железобетонные стойки повышенной прочности для усиления конструкций. Устанавливаются на прямых участках трассы ЛЭП, проходящих через естественные препятствия и пути для ограничения анкерного пролета. Также в местах изменений количества и марок проводов.
  • Угловые. Эксплуатируются в местах изменения 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.
  • Конечные. Начинают или замыкают трассу воздушной ЛЭП. Сконструированы таким образом, чтобы выдерживать одностороннее нагрузку, создаваемую притяжения проводом и тросов.
  • Специальные. Это разные типы опор, предназначенные для решения особых задач:
      1. Перекрестные — для размещения в местах пересечения ВЛ двух направлений;
      2. Ответвительные — для организации отводов дополнительных линий от основной магистрали;
      3. Транспозиционные — монтируются при необходимости изменения порядка расположения проводов;
      4. Противоветровые — призваны усилить механическую прочность и устойчивость этого участка трассы.

 

Классификация воздушных линий электропередач

 

Для более точного понимания технологических процессов необходимо знать различия 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 (низкого, среднего и высшего). В зависимости от напряжения их делят на 3 группы, каждая из которых имеет свои особенности расчета и проектирования;
  4. По назначению (сверхдальние, магистральные, для распределения между объектами энергопотребления и для подвода тока к конечным потребителям)
  5. По количеству цепей (одно-, двух- и многоцепные).

 

Стадии проектирования

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

 

Первая (предыдущая) стадия
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 есть следующая информация:

  • Протяженность линии,
  • Направление,
  • Количество цепей,
  • Сечение провода,
  • Планируемые нагрузки,
  • 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 данного 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 др.

По результатам проектировщики не только получают необходимую информацию в текстовой форме, но и топографические схемы и карты с указанием существующих коммуникаций и зданий, позволяющие наиболее точно спланировать расположение будущей линии. Как правило, предлагается несколько вариантов, среди которых выбирают один на принципах рационального землепользования, сохранения окружающей среды, обеспечения качественной и стабильной электроэнергией для потребителей. Решается вопрос о количестве линий и их напряжении (одна с самым высоким 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 чертежи, на которых должны быть отражены линия электропередач и все необходимые объекты и сооружения. Специалисты при составлении документации опираются на требования строительных норм, правил и стандартов, действующее законодательство, правила устройства электроустановок и т.д.

Расчет и проектирование воздушных линий электропередач проводится 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 оснащения,
  • Арматура,
  • Обеспечение электробезопасности потребителей,
  • Способы их подключения к электросети,
  • Нормы безопасности при обслуживании и эксплуатации ЛЭП

На данном этапе работ наибольшее значение имеют навыки специалиста. На данный момент не существует работающего программного обеспечения, которое бы могло полностью учесть все параметры, реализовать все процессы от начала до конца и на выходе дать полноценный проект воздушной линии электропередач. Поэтому весь процесс ведется непосредственно специалистом только с привлечением различных видов программ для расчета сечений, 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 учитывать не только общую характеристику фирмы, но и индивидуальные характеристики персонала, а также отзывы и примеры уже реализованных проектов.

В проекте должны обязательно учитываться местоположения других объектов на участке который выбран под строительство. Если будет осуществляться пересечение с линиями связи, железными и автомобильными дорогами, газопроводами, следует согласовывать со специальными организациями. Обычно эти процессы продолжаются достаточно долго, это надо учитывать при расчете сроков проектирования.

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.

Предметом экспертной оценки становится соответствие документации нормам и требованиям санитарно-эпидемиологического контроля, экологического контроля, 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 обжаловать это решение или повторно направить документацию на оценку после внесения изменений и исправления ошибок и недостатков.

Для проведения непосредственно строительных работ воздушных ЛЭП, готовится также рабочая документация по проекту. Затем переходят к этапу сооружения линии и введение в эксплуатацию.

Расчеты при проектировании ВЛ

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

Поскольку воздушные линии эксплуатируются на открытом воздухе и целый год подвергаются внешним воздействиям, следует особенно тщательно подбирать материалы и типы конструкционных элементов. Среди основных факторов можно выделить ветровые нагрузки и интенсивность гололедных явлений. Показатели этих воздействий в различных 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 следует принимать во внимание потери электроэнергии на корону, проходящие через ионизации воздуха около проводов. Чем больше диаметр провода, тем меньше потери. Поэтому определенные минимальные значения сечений для ВЛ различного 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.

Факторы влияния

 

  • Атмосферные перенапряжения. Провоцируются грозами и молниями. Кратковременные перенапряжения чреваты пробоями в изоляции, ее разрушением. Поврежденный участок может в дальнейшем привести к короткому замыканию, поэтому следует предусматривать системы автоматики, которые будут отключать линию при малейших неполадках. Также для предотвращения аварийных 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 механических напряжений в сети.
  • Коммутационные (внутренние) перенапряжения в сети. Возникающие в процессе эксплуатации в результате периодических включений и выключений. Могут также вызвать пробои в изоляции. Следует предусмотреть защиту и автоматическую блокировку. Особое внимание необходимо уделить при проектировании воздушных линий электропередач на 330 кВ и выше.
  • Перепады температур. Поскольку материалы проводов имеют свойства к расширению и сжатию, то нужно правильно рассчитать разницу температурных показателей и подобрать под нее соответствующий тип проводников. Наиболее сильное влияние это факторы 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. 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 соответствующих материалов для данного региона.
  • Экологическая обстановка. Наличие в атмосферном воздухе частиц пыли и золы и их дальнейшее оседание при повышении влажности может повлечь за собой ослабление или перекрытия изоляции проводов. При прокладке ЛЭП в районах, близких к морю, где повышенная концентрация соли 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 риск обрыва или падения конструкций. Также увеличивается размер провисание линий.

Необходимо предусмотреть установку дополнительного меры оборудования, снижает риски при механических воздействиях.

  • Вибрации ( «слабый ветер»). Это колебания проводов с малой длиной волны (2-10 м), небольшой амплитудой (2-3 диаметра проволоки), но высокой частотой (5-50 Гц). Вибрации приводят к завихрения потоков воздуха вокруг поверхности проводов, а это провоцирует быстрый износ материалов, разрыв в местах креплений. Решение проблемы становится монтаж виброгасителей, поглощающие энергию колебаний и уменьшают амплитуду. Это защищает линию от сильных повреждений и способствует предотвращению аварийных ситуаций.
    «Танец» 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, продолжительность явления небольшая, но иногда она может достигать нескольких суток. Причинами становятся сильный ветер и гололед. Грозит это обрывами, перекрытием напряжения. Такое явление характеризуется как достаточно редкое, однако опасно с серьезными последствиями. Чтобы обеспечить защиту от «танца», в проекте предусматривают грузы и маятниковые гасители.

Как выводы по статье можно отметить, что проектирование и строительство воздушных линий электропередач — это сложный процесс. Обеспечить качество и стабильность работы электросети можно только в том случае, если соблюдаются все требования и нормы действующих правил, а также если проект готовится высококвалифицированными специалистами, имеющими большой опыт работы!

Заказать услугу — Проектирование воздушных линий электропередач

Если у Вас остались вопросы — вы можете заказать звонок нашего оператора, который Вам поможет