Линии электропередач: виды линий и конструкций
ЛЭП расшифровываются, как линии электропередачи. Эти конструкции являются важным элементом в энергетической системе любой инфраструктуры. ЛЭП способны передавать электроэнергию по прочным проводам из металла. Линейные входы и выходы считаются точками начала и конца линий электропередач, а для ветвления используется специальная опора и линейный вход.
По ЛЭП также обмениваются информацией с помощью высокочастотных сигналов. Применяются они для передачи телеметрических данных, сигналов релейной защиты и противоаварийной автоматики, а также для диспетчерского управления.
Какие бывают ЛЭП?
Проводником для передачи электроэнергии выступает медь или алюминий. Все ЛЭП можно разделить на 3 большие группы, которые зависят от способа прокладки проводов. Выделяют воздушный способ с прокладкой по воздуху, кабельный с прокладкой в грунте или воде и газоизолированный способ с изоляцией проводов газом. Все перечисленные способы являются основными при монтаже, однако сегодня существуют разовые попытки передавать электроэнергию без проводов. Такой способ обеспечения энергией применяют только для маломощных устройств. Несмотря на применение беспроводного варианта передачи электроэнергии, кабельные и воздушные ЛЭП остаются самым распространенным способом для поставки потребителю энергии.
В последнее время для городских инфраструктур чаще устанавливают газоизолированные сети для передачи больших мощностей. Такой подход позволяет экономить площадь для ЛЭП и соответствовать уровню экологии на участке. Кабельные линии обустраивают в местах, где затруднителен монтаж воздушных. Однако воздушные линии остаются более востребованными из-за меньшей цены для производства и лучшей ремонтопригодности. Узнать больше об используемых линия электропередач можно в новостном блоке.
Кабельные линии электропередач и их виды
Как было описано, кабельные ЛЭП монтируют при плотной застройке. Они представляют собой несколько линий, установленных рядом друг с другом в параллельном направлении. Между участками кабеля устанавливаются муфты.
Классификация кабельных ЛЭП происходит по таким же принципам, как и у воздушных сетей, а отличительные особенности сводятся к минимуму. Так, по способу прокладки кабельные разделяют на подземные, подводные и по сооружениям. В число ЛЭП по сооружениям входят:
- кабельные туннели в виде закрытых просторных коридоров;
- кабельные каналы, в которых человек уже не может передвигаться;
- кабельные шахты, представляющие из себя вертикальный коридор;
- камера, которая представляет собой закрытое подземное сооружение;
- эстакада в виде горизонтального открытого сооружения;
- галерея, которая похоже на эстакаду, но является закрытым типом.
Также кабельные ЛЭП классифицируют по типу изоляции, выделяют твердую и жидкостную изоляцию. К твердому относят изоляционные оплетки из полимеров, а к жидкостному — нефтяное масло. Реже для изоляции используют специальные газы или другие твердые материалы.
Воздушные линии электропередач
Воздушные линии электропередач — это комплексная конструкция, которая используется для перемещения энергии по кабелям, расположенным на открытом воздухе. Кабели удерживаются на опорах и защищены охранной зоной.
Воздушную сеть могут установить почти на любой местности с разными атмосферными условиями, будь то резкие перепады температур или большое количество осадков. Однако при монтаже акцентируют внимание на погодных явлениях, учитывают особенности участка для прокладки и прочие параметры. Установка воздушных линий должна соответствовать следующим нормам:
- высокая проводимость электричества;
- выгодная стоимость;
- устойчивость к повреждениям и коррозии;
- безопасность для человека и окружающей среды.
Главная сложность конструкции заключается в обеспечении безопасности при монтаже и эксплуатации, так как линии электропередач находятся на обширном и свободном пространстве.
Из чего состоят установки ВЛЭП: опоры и другие элементы
Любая воздушная линия электропередач состоит из проводов, опор, изоляторов, арматуры, грозозащитных тросов, разрядников и заземления. К основным элементам опор для сети электропередач относят:
- фундамент;
- стойки;
- подкосы;
- растяжки.
Наличие других составных элементов, в виде заземляющих устройств, зависит от вида ВЛЭП и других параметров. Также для основного списка используется вспомогательное оборудование и дополнительные способы связи.
Для удержания конструкции ВЛЭП используют опоры. Самым бюджетным вариантом являются обычные деревянные столбы, однако их применяют только для линий с напряжением до 35 кВт. Для конструкций с напряжением выше применяют опоры из железобетона, а сами провода поднимают выше, расстояние между фазами увеличивается. На опорах размещают системы защиты от молний и реакторы. Система защиты представляет из себя трос и штыревые молниеотводы.
Выделяют промежуточные и анкерные конструкции ВЛЭП. Последние монтируют только в начале и конце линии. На пересечениях линий электропередач с водными артериями и другими подобными объектами применяют переходные анкерные опоры. Это самые высокие и масштабные конструкции, которые достигают в высоту 300 метров.
Промежуточные опоры занимают меньше места и применяются для прямых участков трасс. По назначению выделяют транспозиционные, перекрестные, ответвительные, повышенные и пониженные опоры. Несмотря на разделение, при монтаже каждую сеть адаптируют к условиям рельефа участка и его климату.
Для установки ВЛЭП используют арматуры, которые необходимы для соединения проводов и крепежа их на опорах. Иногда для конструкции используют разрядники, предотвращающие поломку во время штормового ветра или других погодных условий.
Провода для воздушных линий
Провода для воздушных линий электропередач должны обладать высоко механической прочностью. Их разделяют на 2 класса: изолированные и неизолированные. Провода создают в виде однопроволочных, которые состоят из одной жилы и применяются только для сетей с низким напряжением, и многопроволочных проводников.
Многопроволочные применяются для воздушных ЛЭП и могут быть выполнены из сплавов, стали или меди. Чаще в основе проводов используют алюминий или сплавы на его основе. Многопроволочные провода представляют собой скрученные стальные жилы, поверх которых располагается выбранный материал, будь то сплав, алюминий или медь. Чтобы провода не поддавались коррозии, их покрывают цинком. О других материалах и технологиях в строительстве можно прочитать на соответствующей вкладке.
Выбор сечения проводов происходит на основе мощности при падении напряжения и исходя из механических характеристик. Ответвления выполняются изолированными проводами. Полученное изделие состоит из стального троса и изоляционного покрытия, которое защищает от атмосферных явлений. Соединения готовых проводов монтируют на участках, которые не подвержены механическим воздействиям. Монтаж происходит с помощью их обжатия или сваривания.
Технические характеристики воздушных линий электропередач
При проектировании и установке воздушных линий учитываются следующие характеристики:
- длина проводов между соседними стойками;
- расстояние удаления фазных проводников друг от друга и от земли;
- длина изоляторов, которая будет соответствовать номинальному напряжению;
- полная высота опор.
С повышением номинальной мощности все параметры увеличиваются. Чтобы воздушные линии работали стабильно во время грозы или других погодных явлений, над фазными проводами проводят стальной или алюминиевый молниеотвод в виде троса, который заземлен на опорах. Также защиту от перенапряжения обеспечивают вентильные разрядники, помогающие сети перераспределять грозовой импульс на опору, не повреждая изоляции. Опоры, в свою очередь, уменьшают сопротивление за счет заземляющего устройства.
Классификация линий передач
Помимо перечисленных 3 основных групп, ЛЭП разделяют по виду расположения кабелей и функциям конструкции. По расположению кабелей выделяют воздушные, находящиеся над поверхностью, и закрытые, которые располагаются в кабель-каналах. Также линии электропередач можно разделить по способу передачи тока и монтажа, роду тока, режиму работы, охвату территории и назначению.
Линии передач переменного и постоянного тока
Линии электропередач переменного тока используют для передачи энергии с минимумом потерь. Подобные линии применяют для передачи энергии на дальние расстояния. Их часто используют в Европе, реже — в России. Также вид ЛЭП используют для оборудования железных дорог.
На линиях электропередач с постоянным током энергия всегда распределяется вне зависимости от направления и сопротивления. Вид ЛЭП в большей части используется в России. Установки с постоянным током легче монтировать и эксплуатировать, однако конструкция способствует потере тока при перемещении.
Виды ЛЭП по режиму работы и охвату территории
По режиму работы выделяют линии электропередач с глухозаземленной и изолированной нейтралью, а также с резонансно-заземленной и эффективно-заземленной нейтралью.
По охвату территории сети разделяют на:
- сверхдальние, которые предназначены для региональных систем и напряжением свыше 500 кВт;
- магистральные для соединения электростанций с распределительными сооружениями и напряжением в 220 или 330 кВт;
- распределительные, которые устанавливают для поставки энергии крупным потребителям с напряжением в 35-150 кВт;
- подводящие или питающие, обеспечивающие энергоснабжение городских, промышленных и сельскохозяйственных потребителей и напряжением ниже 20 кВт.
Воздушные линии электропередач бывают радиальными, замкнутыми и с резервным источником питания. По количеству параллельных цепей ЛЭП разделяют на одно-, двух- и многоцепные сети. Если цепи имеют разные значения напряжения, то такую воздушную сеть называют комбинированной.
Охранная зона ЛЭП
Для правильной эксплуатации линий электропередач, ремонта, функционирования и обеспечения сохранности сети вводятся хоны с специальным режимом использования. Поэтому воздушные линии электропередач — это не только участок земли, но и воздушное пространство над сетью.
Специалисты строительных работ запрещают работать в охранных зонах грузоподъемной технике, а также возводить здания и сооружения. Минимальное расстояние от сети электропередач определяется напряжением. Так, для номинального напряжения в 35 кВт размер охранной зоны составляет 15 м, а для величины в 350 кВт расстояние уже будет равно 30 м.
Документами по эксплуатации определяется наименьшее удаление сети от поверхности земли, а также от жилых или производственных построек. Монтаж высоковольтных трасс запрещен над крышами зданий, стадионов, общественных мест и детских учреждений.
Обслуживание и монтаж
Процесс возведения сооружения воздушных линий электропередач состоит из подготовительной, строительно-монтажной и пусковой работы. Подготовительная работа сводится к закупу оборудования и материалов, конструкций, подготовке трассы, изучению цельного проекта и разработке плана производства монтажных работ.
На этапе монтажных работ происходит рытье котлованов, установка и сборка опор для ЛЭП, распределение вдоль сети арматур и механизмов заземления. Монтаж начинается с соединения и раскатки проводов. После провода поднимаются на опоры и натягиваются. В завершении работ провода и тросы на изоляторах увязывают.
Перед запуском ЛЭП выполняется проверка стрелы провеса и габаритов линии, измеряется падение напряжения и сопротивление заземляющих устройств. При работах на воздушных линиях электропередач соблюдаются следующие правила:
- Работы прекращаются при приближении штормового или грозового фронта.
- Персонал должен быть обеспечен защитой от воздействия проводов.
- Работа запрещена в ночное время, при тумане и гололеде.
После запуска сети электропередачи все воздушные линии с напряжением больше 1 кВт проверяются каждые полгода обслуживающим персоналом и 1 раз в год инженерами на предмет неисправностей.
При проверке раз в год сеть электропередач проверяют на наличие посторонних предметов на проводах, обрывов отдельных участков, провесов линий, повреждение изоляторов или разрядников, разрушение опор и нарушение охранной зоны. В случае обнаружения нарушений поврежденный участок восстанавливают с помощью ремонтной муфты или бандажа. Большие повреждения разрезают и соединяют зажимом.
В ходе ремонта ЛЭП выправляют опоры, проверяют затяжку резьбовых соединений, восстанавливают защитный слой на конструкции и делают замер сопротивления на заземляющих устройствах. При капитальном ремонте воздушных линий выполняют все перечисленные работы, а также осуществляют полную перетяжку проводов с замером переходного сопротивления соединительных муфт.
Пожарная безопасность при эксплуатации
Температура внутри кабелей не должна различаться с внешней больше, чем на 10 °C в летнее время. При пожарах в кабельных помещениях происходит развитие горения и его существенное распространение с течением времени. При этом воспламенение кабелей может возникнуть в нескольких местах и на значительной протяженности участка. Этот факт связан с тем, что весь провод находится под нагрузкой, и его изоляция может нагреться до температуры, близкой к самовоспламенению.
Также быстрое воспламенение ЛЭП связано с использованием в конструкциях металлических элементов, которые в случае пожара или перегрузки нагреваются до температуры большей, чем температура воспламенения. Из-за этого выбирают огнетушащие вещества, способные ликвидировать горение и исключить возможность повторного возгорания. Исследования материалов показывают, что распыленная вода обладает большей огнетушащей способностью, чем установки пенного тушения, так как она хорошо охлаждает кабели и строительные конструкции.
Качественный подход
Инновационные технологии позволяют ускорить дорожное строительство и повысить сроки службы асфальтобетонного покрытия. Однако их масштабному внедрению мешают устаревшие нормативы.
Премьер-министр РФ Дмитрий Медведев порекомендовал регионам активнее внедрять в дорожное строительство новые технологии. С этим предложением он выступил на прошлой неделе в Екатеринбурге на совещании по вопросам реализации национального проекта «Безопасные и качественные автомобильные дороги». По его словам, в этом году на эту программу из федерального бюджета было выделено 110 млрд рублей. Однако ряд регионов страны (Приморье, Чукотка, Крым) освоили менее трети предоставленных средств.
Глава российского правительства также предложил наращивать в дорожной отрасли долю контрактов на принципах полного жизненного цикла. «Это мировая практика, она позволяет существенно улучшить качество работ и обеспечить последующий мониторинг. Она, конечно, дисциплинирует подрядчиков, которые не заинтересованы в том, чтобы свой брак постоянно переделывать. К концу 2019 года на принципах жизненного цикла в России должен заключаться каждый 10-й контракт на дорожные работы, то есть 10%. Пока удалось достичь показателя приблизительно 7%, поэтому нужно с подготовкой этих документов в целом ряде регионов поторопиться», – подчеркнул Дмитрий Медведев.
Экспериментальный образец
Стоит отметить, что Петербург и Москва в нацпроекте «Безопасные и качественные автомобильные дороги» не участвуют. В соседней Ленобласти на данный момент по годовому плану данная программа реализована приблизительно на 70%. Параллельно идет подготовка проектов, которые должны стартовать в 2020-м. В целом же в Петербурге и Ленобласти власти стараются активно заниматься ремонтом и строительством дорог и вне федеральных программ. Особое внимание чиновники сейчас уделяют качеству проводимых работ. Многие крупные подрядные организации обоих регионов на своих объектах стараются задействовать инновационные технологии, в том числе и собственные. Правда, чаще всего пока в качестве эксперимента или теста.
В частности, компания «ВАД» совместно с «Газпромнефть – Битумные материалы» летом этого года на тестовом участке в Ленобласти задействовала в работе технологию нанесения защитно-восстанавливающего состава «Брит» (ЗВС-Р) на дорожное покрытие. Этот продукт изготавливается на основе раствора битумно-полимерного вяжущего вещества в органических растворителях и восстанавливает поверхностную структуру асфальтобетона, эффективно защищая его покрытие. Предполагается, что использование ЗВС-Р на автомобильных дорогах поможет продлить срок службы асфальтобетонного покрытия на два-три года и снизит затраты на обеспечение межремонтного периода.
Также этим летом компания «ДСК АБЗ-Дорстрой» уложила километровый экспериментальный участок асфальта на трассе Огоньки – Стрельцово – Толоконниково в Ленобласти, по методу объемного проектирования. В данной технологии был использован ЩМА-19 (щебеночно-мастичный асфальт), а не ЩМА-20, требуемый по ГОСТу. Новая смесь призвана помочь снизить колееобразование, возникающее из-за высокой интенсивности движения на дорогах. Отмечается, что срок эксплуатации дорожных одежд с использованием данного материала в полтора-два раза выше, чем у традиционных смесей.
Необходима актуализация
По мнению первого заместителя директора компании «Стройтех» Сергея Ивашова, качественное строительство дорог невозможно без актуализации действующих государственных стандартов. В настоящее время они меняются, но недостаточно быстро, не успевая за появлением все новых технологий, начиная от проектирования, заканчивая повседневной эксплуатацией дорог. Также необходимо своевременно обновлять различные подзаконные акты.
«Другая боль дорожников – это конкурсы. Сейчас заказчику требуется выбрать подрядчика с наибольшим снижением начальной максимальной цены. При этом демпингующая организация – не обязательно «Рога и копыта». Минимизирование цены приводит к тому, что работы выполняются некачественно, а иногда и вовсе не могут быть завершены. Соответственно, проект остается нереализованным, а проведение дополнительного конкурса требует дополнительных средств и времени. Необходимо отходить от проведения аукционов к прямым договорам, но для этого необходимо существенно менять все законодательство», – полагает Сергей Ивашов.
Мнение
Максим Хрипунов, директор Департамента «3D-системы автоматического управления TOPCON» ООО «Геостройизыскания»:
– В настоящее время при проектировании и строительстве активно применяются различные сканирующие системы, предназначенные для оперативного сбора данных, на основе которых создаются проекты. Получение реальных данных о поверхности дороги входит в часть задач системного рабочего процесса, включающего работу системы 3D на асфальтоукладчиках и дорожных фрезах. Преимущества такой технологии: быстрый сбор большого количества данных; четко спрогнозированное использование времени, оборудования и материалов; проектирование с учетом всех требований и критериев; выполнение работ по фрезерованию и укладке; работа с переменным слоем; интеллектуальное уплотнение.
Сергей Луценко, генеральный директор компании «Дорианс»:
– Сейчас все говорят о необходимости применения BIM-технологий при проектировании дорог. Эту позицию мы поддерживаем и в своих проектах задействуем информационное моделирование. Но в целом, чтобы эти технологии действительно показали свою эффективность, важно их задействовать всем, а не только проектировщикам. Сейчас, к сожалению, они почти не используются при согласовании с заказчиками, представителями ресурсоснабжающих организаций и др. В частности, специалист может с помощью BIM быстро подготовить проект, но далее экспертиза все равно от него попросит чертежи в PDF-файле. С одной стороны, мы внедряем прогрессивную программу, с другой – барьеры для ее эффективного использования сохраняются.
Михаил Смирнов, продакт-менеджер направления «Ремонт бетона» подразделения строительной химии Master Builders Solutions концерна BASF:
– Пока, на наш взгляд, распространение инновационных технологий в дорожной отрасли идет достаточно медленно. Несмотря на их очевидные плюсы, производителям все еще приходится убеждать дорожников, что подобные подходы оправдывают свою стоимость. В целом же решений, способных обеспечить быстрый и качественный ремонт мостов и дорог, на рынке достаточно много. Но хотелось бы отметить, что ставка должна делаться на комплексное использование существующих решений. В частности, составы для ремонта бетона, его вторичной защиты и гидроизоляции необходимо подбирать с учетом индивидуальных особенностей объекта.
Купол как уникальная конструкция
Лаборатория деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» совместно с ООО «ЦНИПС ЛДК» разрабатывает проекты большепролетных каркасов покрытия из клееных деревянных конструкций (КДК). По их проектам построено более 10 аквапарков по всей России. Крупнейший из них – аквапарк «Питерлэнд» в парке 300-летия Санкт-Петербурга. Об особенностях проекта «Строительному Еженедельнику» рассказал заведующий лабораторией деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Александр Погорельцев:
– В бассейнах и аквапарках КДК имеют преимущества перед конструкциями из металла или железобетона. Для них хлорирование или озонирование воды создает агрессивную среду, нейтральную для древесины.
В ТРК «Питерлэнд» смонтирован ребристый купол диаметром 90 м и высотой 45 м. Особенности конструкций связаны в основном с его габаритами. В плане меридиональные ребра купола опираются с шагом 14,5 м на нижнее железобетонное кольцо и на стальное верхнее кольцо диаметром 5 м. Основные ребра длиной около 60 м выполнены в виде серповидных сборных ферм и сами по себе являются уникальными в части принятых конструктивных решений, изготовления, сборки и монтажа. На эти ребра с шагом 6 м опираются девять криволинейных кольцевых элементов, из которых два – верхний и нижний – являются опорами для 60 промежуточных меридиональных ребер. Нижний кольцевой элемент выполнен в виде горизонтальной фермы, воспринимающей реакции опор от промежуточных ребер и нагрузки от кольцевой технологической площадки. Остальные кольца являются распорками между меридиональными ребрами для обеспечения их устойчивости.
В конструкции купола реализованы основные принципы «системы ЦНИИСК», все основные узлы и стыки поясов серповидных ребер выполнены на наклонно вклеенных стержнях и V-образных анкерах. Это уникальная система узловых соединений, основанная на вклеивании в древесину арматурных стержней периодического профиля. Россия обладает приоритетом в области подобных узловых соединений деревянных конструкций.
Все жесткие стыки ребер и соединения закладных деталей со стержнями, вклеенными на заводе и на монтаже, выполнены ручной сваркой. Экспериментальные исследования, проведенные в ЦНИИСК с целью оценки влияния сварки на соединения, показали, что существующий «психологический» барьер при сварке деревянных конструкций успешно преодолевается. При соблюдении нескольких рекомендаций сварка практически не сказывается на несущей способности соединений.
Меридиональные ребра состоят из четырех отправочных блоков полной заводской готовности, соединяемых на монтаже жесткими стыками на сварке. Все блоки по торцам снабжены выпусками V-образных анкеров и закладными деталями.
Проблемы допусков по длине для меридиональных ребер решены с помощью зазоров около 40 мм между торцами поясов, заполняемых полимербетоном после сварки V-образных анкеров и стальных полос. Этим достигается плотный контакт по площадкам сжатия.
Треугольная решетка меридиональных ребер включает горизонтальные и вертикальные элементы. Горизонтальные соединены с поясами на цилиндрических нагелях и шпильках, а вертикальные – с усилием растяжения до 40 т – путем сварки выпусков вклеенных стержней и закладных деталей на раскосах.
Сборка и монтаж меридиональных ребер производились в три этапа: сначала на жестком горизонтальном стенде производилась предварительная сборка блоков в проектных габаритах, затем окончательная сборка в вертикальном стальном стенде с последующей установкой блоков в проектное положение.
Из-за кризиса 2008 года после монтажа каркаса купола строительство было приостановлено – и возобновлено только в 2011 году. В результате влажность древесины, не защищенной от атмосферных осадков, значительно превысила величину равновесной влажности, соответствующей условиям эксплуатации. Быстрое завершение строительства и ввод в эксплуатацию могли привести к неравномерной усушке древесины и, как следствие, к появлению значительных трещин и расслоений. Разработанные в ЦНИИСК рекомендации по обеспечению температурно-влажностного режима при завершении строительства позволили избежать этих проблем.