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.
Исследования ТЕХНОНИКОЛЬ и НИИСФ РААСН стали основой для обновления СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»
Осенью 2021 года стало известно об актуализации методики расчета и требований к тепловой защите заглубленных конструкций отапливаемых зданий. Соответствующие изменения уже внесены в СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» и вступят в силу в 2022 году. В основу изменений легло масштабное исследование, проведенное совместно РАПЭКС и НИИСФ, при участии специалистов ТЕХНОНИКОЛЬ.
В обновленном СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» появилось несколько важных нововведений:
- представлены отдельные методики расчета для заглубленных вертикальных конструкций и полов по грунту. Это связано с тем, что тепловые потоки через эти конструкции различаются;
- теперь в расчете учитываются локальные особенности грунта и теплотехническая однородность узлов. При этом роль грунта как утеплителя значительно снижена;
- в процессе расчета толщины теплоизоляции новая методика учитывает среднесуточную температуру в течение всего года, а не только отопительного периода, как было раньше.
Исследовательская работа, проведенная учеными, производителями и профессиональным сообществом, продолжалась два года.
В Москве на фундаменте здания НИИСФ РААСН были установлены датчики температуры и теплового потока, которые проводили измерения каждые 10 минут. За год исследователи накопили колоссальный объем данных— около 2,5 млн измерений. По итогам анализа было установлено, что величина тепловых потоков превышает показатели, прогнозируемые действовавшей ранее методикой, в два-три раза. Исследование подтвердило, что теплопотери в грунт через неутепленные конструкции достигают 10 % от всех теплопотерь здания.
На основе исследований была разработана методика, которая значительно увеличила точность теплотехнических расчетов.
«Важно, что исследование не только показало превышение прогнозируемых тепловых потерь в грунт, но и установило, что они происходят в течение всего года, — рассказывает Дмитрий Михайлиди, директор по развитию направления «Полимерная изоляция» ТЕХНОНИКОЛЬ. — В этом главное отличие конструкций, соприкасающихся с грунтом, от фасадов. Также исследование показало, что наблюдаются различия в размерах тепловых потоков через вертикальные и горизонтальные конструкции в грунте».
«Изменения в СП — это важный шаг для отрасли, — говорит Мария Бочковская, исполнительный директор РАПЭКС. — Методика расчета не обновлялась более 50 лет, устаревшая методика расчета не отвечала современным представлениям, была сложной в применении, а потому ее чаще всего игнорировали. Изменения позволят обдуманно подойти к процессу утепления конструкций, соприкасающихся с грунтом, сократить теплопотери и повысить энергоэффективность».
BIM выходит на большую дорогу — 2
Газета «Строительный Еженедельник» продолжает рассказ о перспективах распространения BIM-технологий (или, в российском варианте, ТИМ — технологий информационного моделирования) в сфере дорожно-транспортного строительства.
ПО к бою готово
По оценкам экспертов рынка, специализированное программное обеспечение (ПО), необходимое для работе в BIM с объектами транспортной инфраструктуры, присутствует в России и хорошо известно специалистам отрасли. Причем это современные решения, используемые во всем мире.
«Программные продукты на российском рынке ничем не отличаются от решений, распространенных в других странах. Рынок программного обеспечения для строительного проектирования зданий и сооружений, дорожной инфраструктуры давно является международным, и производители разрабатывают универсальные решения, применимые во всех регионах. Различия могут проявляться только в деталях», — отмечает региональный директор бизнес-направления «Технологии для строительства» Trimble Денис Купцов.
При этом, по его словам, стоит учитывать, что российское программное обеспечение в основном поддерживает только российские стандарты, а зарубежное представляет собой локализованный продукт, работающий в соответствии как с российскими, так и с международными нормами.
«Выбор специализированный программных продуктов для моделирования мостовых сооружений невелик. Его предлагают Bentley (OpenBridge) и Allplan (Allplan Bridge). Но в России они широко не применяются. Чаще используются не предназначенные для мостов Revit от Autodesk и Tekla Structures, широко применяемые в промышленном и гражданском строительстве. На рынке труда гораздо больше специалистов, владеющих этими инструментами. И есть гораздо больше обучающих материалов на русском языке в сравнении с OpenBridge и Allplan Bridge», — добавляет BIM-менеджер компании «Айбим» Дамир Ильясов.
По мнению руководителя проектного направления КРЕДО Владимира Каредина, инфраструктурные продукты мировых лидеров, прежде всего Autodesk и Bentley, при всех их выдающихся качествах носят излишне универсальный характер. «Они не обладают функциональностью, имеющейся у качественных специализированных систем моделирования автомобильных дорог, и в значительной степени (безусловно, прогрессивной, но не всегда конструктивной) маскируются BIM-методологией. Сегодня большинство проектно-изыскательских организаций имеют в своем распоряжении продукты разных производителей, т. к. разные задачи лучше или хуже решаются в разных ПП. Ключевыми факторами на сегодняшний день, кроме наличия необходимого инструментария для проектирования, конечно же, являются возможности интеграции и обмена данными, т. к. эти возможности позволяют внедряться в технологические цепочки, основанные на применении ПП разных производителей», — говорит он.
Со своей стороны технический эксперт по направлению «Инфраструктура» Autodesk Алла Землянская отмечает, что на российском рынке программное обеспечение для проектирования дорог представлено шире, чем в других регионах, где работает Autodesk. «Кроме того, в России работают не только крупные международные компании, но и локальные вендоры. Их сильные стороны заключаются в отличном знании специфики проектирования в России, большом опыте работы с местными пользователями — все компании были созданы задолго до всех этих волн импортозамещения и заполучили своих клиентов, создавая хорошие продукты», — отмечает она.
По словам специалиста, именно поэтому сравнение программного обеспечения впрямую, с разбивкой возможностей на отдельные функции и заполнением таблиц, здесь не особо работает. «Все разработчики САПР для дорог представляют довольно зрелые продукты, которые обладают схожим базовым функционалом. Не вижу смысла составлять длинный список из 100 позиций, чтобы найти отличие в одном или двух пунктах. Ключевые отличия лежат явно за пределами стандартного функционала, и поэтому к выбору платформы я бы предложила подходить исходя из задач организации с учетом потенциального роста бизнеса и расширения предоставляемых услуг. Оценивайте, насколько комплексным будет решение: какие возможности предусмотрены для совместной работы, какие форматы данных и файлов поддерживаются, как будет происходить обмен заданиями и моделями между дисциплинами, как формируются сводные модели и выполняется координация, каким образом добавляются атрибуты к элементам модели. Еще я бы обратила внимание на такие факторы, как поддержка картографических сервисов и интеграция с ГИС, а также возможности для расширения функциональности ПО за счет открытых интерфейсов программирования (API) или, например, среды визуального программирования», — говорит Алла Землянская.
Почем внедриться?
Универсальные советы по процессу внедрения программного обеспечения для BIM давать сложно: слишком многое зависит от специализации компании, уровня подготовки сотрудников и размеру организации.
«Время, требуемое для внедрения, может существенно разниться: от полугода до двух лет. Оно зависит от количества сотрудников, их стартового уровня, выбора программных инструментов и пилотного проекта, сложившихся методов работы и процессов взаимодействия участников», — констатирует Дамир Ильясов.
По его словам, рынок подобных услуг довольно широк. От обучения работе в определенных программных комплексах до комплексного внедрения, включая сопровождение реальных проектов и перестроение бизнес-процессов. Порядок внедрения, как правило, такой: анализ существующей ситуации в организации; обучение специалистов; выполнение пилотного проекта; разработка регламентов и шаблонов.
По означенным причинам сильно варьируется и сумма оплаты внедрения BIM-технологий. «Итоговая стоимость внедрения, без учета количественных показателей по имеющимся ресурсам (количество специалистов и др.), в основном зависит от уровня существующей технологии в организации, т. к. при более высоком технологическом уровне цифрового проектирования и отлаженной системе электронного документооборота процесс внедрения ТИМ в целом на порядок проще и менее затратен. Что касается средней стоимости, то здесь может быть достаточно большой разрыв между минимальной и максимальной стоимостью, т. к. надо понимать, от чего отталкиваться и к чему стремиться, но в любом случае стоимость ПО для обеспечения технологии BIM будет в несколько раз выше услуг по ее внедрению», — отмечает Владимир Каредин.
По его данным, на российском рынке стоимость только услуг (без цены ПО) варьируется от 500 тыс. до 3 млн рублей для организации со штатом порядка трех-пяти групп по проектированию в составе трех-пяти человек. «Именно поэтому среднее значение в данном случае не несет в себе какого-либо ориентира», — добавляет эксперт.
Новации BIM, и не только
Все компании, предлагающие на российском рынке программные продукты для BIM, говорят о том, что совершенствование их ПО продолжается. Создаются новые, более эффективные версии, предлагаются новые специализированные продукты.
«Мы постоянно работаем над совершенствованием наших программных продуктов, чтобы сделать их еще более удобными для пользователей. Так, в этом году мы выпустили обновление программного обеспечения Tekla Structures 2021. Для проектирования мостов у нас есть решение Tekla Bridge Creator, позволяющее создавать информационные модели мостов разного назначения и конструкции. Работа над обновлениями — это постоянный процесс, который никогда не останавливается», — отмечает Денис Купцов.
Продуктовые менеджеры из Autodesk один-два раза в год публикуют дорожные карты по ключевым продуктам. «Они дают представление, как будет развиваться продукт. Самыми значительными изменениями в линейке ПП для проектирования автодорог я бы назвала следующие: усовершенствование инструментов передачи данных по коридорам между Civil 3D и InfraWorks; поддержка формата DWG в BIM Collaboratе Pro, открывающая проектировщикам линейных сооружений полный доступ к рабочим пространствам и работе с пакетами данных; появление шаблонов коридоров; полная переработка рабочих процессов по управлению целевыми объектами в коридорах; копирование свойств областей коридоров; появление нового модуля Project Explorer, полностью меняющего возможности работы с геометрическими данными моделей за счет нового интерфейса быстрого доступа к объектам; появление среды визуального программирования Dynamo для Civil 3D; появление связанных трасс, упрощающих проектирование развязок и примыканий; усовершенствование инструментов создания элементов обустройства дорог в InfraWorks и др.», — рассказывает Алла Землянская.
Владимир Каредин считает, что нецелесообразно, используя современные цифровые технологии, ограничиваться только BIM. «На текущий момент, невзирая на всеобщий бум вокруг фантастических перспектив, которые якобы принесет технология BIM, мы все же реально смотрим на ситуацию и не сомневаемся в том, что получение реальных выгод произойдет еще не скоро. Поэтому стремимся уделять внимание и другим выгодным, быстрым и эффективным технологиям как по части получения высокоточных цифровых моделей окружающего пространства, так и по части повышения уровня автоматизации во всех процессах. Мы продолжаем совершенствовать и активно развиваем следующие направления: обработка данных лазерного сканирования и распознавания объектов при помощи обучаемых нейронных сетей; интеграция и обмен данными; повышение степени автоматизации формирования информационных моделей; технологии строительного контроля; совершенствование методов оценки проектных решений и другие развивающиеся эффективные технологии изысканий и проектирования», — говорит он.
МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ: