Проектирование воздушных ЛЭП

Чтобы обеспечить потребителей электрической энергией необходимо построить линии, которые будут ее передавать. В сельской местности и на участках с открытым пространством наиболее распространены линии электропередач воздушного типа. В населенных пунктах крупного типа и в городах данных вид обычно не используется.

Проектирование воздушных линий электропередач

Компания ооо «Кронос» оказывает полный пакет услуг по проектированию и поддержки проектов воздушных лэп. Опыт наших сотрудников позволяет осуществлять быструю и качественную работу.

Проектирование воздушных линий электропередач

Сегодня невозможно обойтись без строительства воздушных ЛЭП. Это один из самых недорогих способов для передачи электрической энергии на большие расстояния. Это дает возможность обеспечить электрической энергией даже самые отдаленные районы, при этом потери будут незначительными.

Устройство, которые необходимо для передачи электрической энергии по средствам проводов, называют воздушной линией электропередач. Их размещают на открытом воздухе. По своему виду они представляют трассы, с установленными опорами на разных промежутках.

Расчет воздушных ЛЭП

Очень важной частью строительства считают проектирование и расчет воздушных ЛЭП. Именно от правильного расчета будет зависеть качество энергии и стабильность ее передачи от источника к потребителю. Таким образом, только профессионалы могут разрабатывать данные проекты. Специалист должен обладать соответствующей квалификацией.

 

Нормативы проектирования и строительства воздушных линий электропередач

В ПУЭ (Правилах устройства электроустановок) подробно описан процесс планирования и возведения трассы. Имеющаяся информация имеет характер предписания, а не рекомендаций. Данное издание рассказывает о принципах проектирования всех видов воздушных ЛЭП 110-500 кВ. Для строительства линий электропередач необходимо соблюдение установленных регламентов и норм.

Проектирование воздушных

Строительными работами классифицируется возведение опор. Таким образом, при монтаже любых конструкций должны соблюдаться требования СНиП. При проектировании так же необходимо учитывать действующие директивные документы, которые связаны с эксплуатацией и сооружением воздушных линий.

Состав воздушных линий электропередач

Основными элементами трассы являются проводы и опоры. Дополнительными элементами, которые имеют большое значение, являются:

  • Тросы для грозозащиты – изготавливают из стали или сталеалюминия. Они стягиваются из нескольких проволок;
  • Разрядники – специальные устройства для ограничения перенапряжений;
  • Линейная арматура – с ее помощью изоляторы соединяют с опорами и проводами;
  • Контуры для заземления;
  • Изоляторы. Различают два основных вида. Подвесные, которые установлены на линиях менее 35 кВ и на линиях 110 кВ. Основа таких изоляторов изготавливается из стекла или фарфора. Их соединение выполняется с помощью арматуры из металла, в результате получаются гирлянды. Для крепления используют специальные детали или зажимы. Штыревые устанавливаются на линиях, у которых напряжение не более 35 кВ. Монтаж штыревых изоляторов производится с помощью элементов для крепления, а их соединение с проводами с помощью вязки.
  • Траверсы – конструкция, которая не позволяет проводам соприкасаться друг с другом по всей протяженности.

Выбор проводов

Сейчас для изготовления большинства токопроводящих элементов используют алюминий. Из-за низкой прочности данного металла к нему добавляют сталь. Сердечник изготовлен из стали, а вокруг него используют тонкие проволоки из алюминия. Это позволяет придать проводам дополнительной гибкости. Провода из сталеалюминия используют на линиях, где напряжение более 1 кВ. Алюминиевые используют на линях с напряжением до 35 кВ, иногда до 110 кВ.

В некоторых случаях для строительства линии электропередач используют провода других видов. Провода из стали используют в сельских линиях напряжением до 35 кВ, на ЛЭП до 1 кВ. Довольно редко провода изготавливают из меди или бронзы, поскольку эти металлы очень дорогостоящие.

Выбор опор

Опоры – это специальные конструкции, которые используют для протягивания высоковольтных линий. Установка опоры может быть проведена на специальный фундамент или в грунт. В некоторых случаях линии проводов проходят через различные сооружения (тоннели, мосты), в таком случае крепление выполняется при помощи стоек или кронштейнов. Вантовые тросовые растяжки используют для протягивания через ущелья.

Чаще всего используют именно опоры. В зависимости от их расположения и метода крепления провода различают промежуточные и анкерные опоры. Они могут быть изготовлены из дерева, металла или железобетона.

Металлически опоры.

Для их изготовления используют сталь. Чтобы защитить конструкцию от коррозии и продлить срок ее службы опору окрашивают. Установка такого вида производится на фундамент из железобетона. Их применяют в ЛЭП более 35 кВ.

Железобетонные опоры.

Можно использовать при температуре до -55 градусов. Стойка из железобетона служит основой опоры. Дополнительно используют различные элементы для крепления. Когда выполняют проект линии нужно учитывать, что ЖБИ опоры имеют высокую стоимость и имеют низкие характеристики прочности. Установка выполняется в котлованы, которые имеют цилиндрическую форму. Данный вид опоры обладает высокими показателями устойчивости к внешним факторам.

Деревянные опоры.

Самые дешевые из перечисленных видов опор. Процесс изготовления довольно простой. Актуально использовать опоры такого вида в районах, где большое количество лесных ресурсов. Среди главных недостатков можно выделить гниение древесины. Перед установкой опору обрабатывают специальным антисептиком.

Различают несколько видов опор в зависимости от их назначения:

Концевые – используются в начале или конце ЛЭП.

Они изготавливаются таким образом, чтобы выдерживать нагрузку с одной стороны, которая возникает при натяжении тросов и проводов.

Угловые – этот вид опор устанавливают в местах, где воздушная линия меняет направления. Способны воспринимать более высокие нагрузки. Промежуточная опора устанавливается, если угол менее 30 градусов, анкерная – если угол больше 30 градусов.

Анкерные.

Воспринимают нагрузки, которые отличаются в зависимости от натяжения провода. Чтобы увеличить прочность и повысить усилие конструкции используют стойки из железобетона. Установка опор производится на трассах ЛЭП: прямых, в местах смены марки проводов, проходящих через различные преграды.

Промежуточные.

устанавливают на трассе линии электропередач на прямых участках. Служат только для поддержания тросов и проводов. Не используются для натяжения. Количество таких опор обычно более 80% от общего числа на линии.

Специальные – различные виды опор, которые используются в зависимости от поставленных задач:

  • Противоветровые – усиливают механическую прочность на участке трассы;
  • Транспозиционные – устанавливают в месте, где нужно изменить порядок расположения проводов;
  • Ответвительные – используют для того, чтобы организовать отвод от магистрали;
  • Перекрестные – располагаются в месте, где пересекаются линии разных направлений.

Классификация воздушных ЛЭП

Чтобы лучше разобраться в технологических процессах, необходимо знать, чем отличаются одни виды электропередач от других. Существует несколько параметров, по которым выделяют тот или иной тип ЛЭП:

  • Количество цепей (одна, две или несколько);
  • Назначение (для подвода тока к потребителям, для распределения, магистральные, сверхдальние);
  • По классу (высшие, средние и низшие) – определяются в зависимости от уровня напряжения;
  • По роду тока: постоянный или переменный.

Значение проектирования

При строительстве воздушных линий обязательным этапом является разработка проектной документации и расчет параметров будущей линии. Чтобы линия стабильно работала и была качественной, специалист должен иметь несколько данных:

  • Имеющиеся схемы подключения и устройства заземления;
  • Сечение проводов и их количество;
  • Грозозащитные устройства (марки и характеристики);
  • План расстановки опор их вид и количество;
  • Типы используемых конструкций, деталей и узлов.

К проектной документации так же должны быть приложены иные документы. В сметах указывается сумма затрат, которая предписывается к каждому пункту (сюда же включают затраты на транспорт, организацию быта, трудовые затраты). Список материалов, необходимых для строительства должен быть приведен в спецификации.

Требования к воздушным линиям электропередач

Каждое технологическое решение при проектировании должно быть обосновано. Существует ряд принципов, которыми нужно для этого руководствоваться:

  • Стандартизация. За основу при расчетах берут унифицированные решения и типовые конструкции. Таким образом сроки строительства и затраты на них можно сократить на несколько процентов. Очень редко используют нестандартные модели (обычно в тех случаях, когда существует обоснование с технической и экономической точки зрения).
  • Обоснованность выбора. С экономической и строительной точки зрения нужно рассматривать несколько вариантов для прокладывания трассы и сравнивать их между собой. Наиболее подходящий вариант будет выбран в результате инженерных изысканий.
  • Рациональность. Проект должен предусматривать кратчайший путь, по которому будет проложена трасса. Так же нужно рассматривать прогнозы по развитию электрических сетей в ближайшие годы.

Этапы проектирования

Все работы, которые проводятся при проектировании воздушных ЛЭП можно разделить на три основных этапа.

Первый этап – предварительный

На этом этапе проводят предпроектные работы. При проектировании воздушных линий, напряжение которых составляет 110 кВ, изначально нужно провести исследования и составить грамотное ТЗ. Формированием данного документа должен заниматься заказчик. Без четкого и грамотного технического задания запускать проектные работы не следует. Здесь будут подробно описаны задачи и цели, которые должна выполнять будущая линия электропередач. Так же следует сразу указать нюансы и методы, которые будут учитываться при возведении будущей линии.

В техническом задании должна быть изложена следующая информация:

  • Тип используемых тросов, опор и других конструкций;
  • Показатели планируемой нагрузки;
  • Сечение проводов, которые будут использованы на ЛЭП;
  • Количество цепей и их направление;
  • Протяженность линии.

Решением вопросов

На подготовительном этапе так же должен быть решен вопрос, который касается возможности прокладки коридоров для магистральных линий. Все организации, у которых присутствуют линии электропередач, должны предоставить необходимый пакет документов и согласовать данные нюансы.

Запрещается!

Запрещается разрабатывать проект ЛЭП 110 кВ без учета исследований местности. В процессе проведения инженерных изысканий уточняется множество данных, которые используются в процессе разработки документации для проекта. В их число входят метеорологические, экологические, гидрологические и прочие виды изысканий.

Обычно будет предложено несколько вариантов, каждый из которых будет отличаться по определенным принципам. Количество линий так же решается на данном этапе. Нужно точно определить, сколько их будет в данном проекте. Должен быть составлен акт выбор трассы, которая будет в будущем спроектирована. Так же необходимо получить технические условия, которые устанавливают требования к максимальному уровню мощности линии электропередач.

Вторая стадия – проектная

На этой стадии выполняется расчет и проводится проработка будущих чертежей. На них должны быть отображены все объекты и сооружения, которые будут присутствовать у будущей ЛЭП. При составлении документации необходимо учитывать установленные стандарты и правила, а так же требования строительных норм, законодательство и т.д.

Проектирование и расчет воздушных ЛЭП должно проводиться по следующим характеристикам:

  • Действующие нормы безопасности при эксплуатации и обслуживании линий электропередач;
  • Способы подключения к электрической сети;
  • Безопасность потребителей электрической энергии;
  • Материалы для оснастки;
  • Вид устанавливаемых опор;
  • Арматура для крепления;
  • Типы проводов, их сечение;
  • Номинальный уровень напряжения;
  • Направление и длина линии.

Навыки

Навыки специалиста на данном этапе имеют наибольшее значение. Сейчас нет программного обеспечения, которое смогло бы учесть все параметры и реализовать процессы проектирования и расчета ЛЭП таким образом, чтобы в результате был получен готовый проект. Именно поэтому специалист должен сам выполнять весь процесс работы используя для этого имеющие программные комплексы. Расчет промежуточных опор, мест пересечения и других параметров должен выполняться самостоятельно.

В зависимости от того насколько большой опыт у проектировщика и от профессионализма работы будет зависеть качество полученного результата. Во внимание при выборе компании для создания проекта нужно учитывать не только общую характеристику компании, но и уровень знаний ее специалистов, а так же имеющиеся отзывы о выполненных работах.

Места нахождения важных и значимых объектов должны учитываться в проекте. В случаях, когда проект подразумевает пересечение с автомобильными или железными дорогами, газопроводами и прочими важными объектами, детали должны быть согласованы со специальными организациями. При расчете сроков проектирования необходимо учитывать эти процессы, так как они повлияют на срок сдачи проекта. Следует учитывать, что проектировщики передают службам, которые заведуют теми или иными коммуникациями, необходимые технические условия.

Третья стадия – согласование

Чтобы работы по проекту были завершены, необходимо получить разрешения, которое выдают специальные учреждения. Данный этап является наиболее трудоемким и требует больше временных ресурсов. Здесь необходимо проведение экспертизы имеющейся проектной документации.

Процедура должна проводиться на государственном уровне и является обязательной. Но в некоторых случаях можно привлекать сторонние независимые организации. Экспертиза регламентирована 49-й статьей ГК РФ.

Документы

Документация по проекту становится предметом экспертной оценки. Она должна соответствовать установленным экологическим нормам, требованиям эпидемиологического контроля, промышленной и пожарной безопасности и другим требованиям. В результате будет получено отрицательное или положительно заключение. Если заключение положительное, то проект будет передан на согласование к заказчику с дальнейшей его реализацией. В случаях, когда ответ отрицательный, то проектировщик может внести необходимые изменения или же оспорить это решение.

По проекту для проведения строительных работ должна быть подготовлена рабочая документация. Только после этого можно перейти к непосредственному строительству и вводу в эксплуатацию.

Расчеты, необходимые для проектирования воздушных линий

ПУЭ должны служить ориентиром для проектировщика, когда при разных климатических условиях должны быть установлены разные параметры. Решающую роль при расчете параметров ЛЭП играют погодные явления и географическое расположение, которые актуальны в том или ином регионе. Во внимание так же должна быть принята максимальная и минимальная температура в регионе.

Эксплуатация.

Воздушные ЛЭП эксплуатируются на открытом воздухе, что означает их постоянную подверженность природным факторам и внешним воздействиям. Таким образом, нужно тщательно выбирать конструкционные элементы и материалы для строительства. Интенсивность появления гололеда и воздействие ветра так же являются одними из основных факторов. В разных районах нашей страны эти показатели имеют разное значение. Именно поэтому была составлена специальная карта, которая учитывает границы районов, где присутствует тот или иной показатель. Эти графические материалы должны учитываться специалистом во время проектирования.

Потери кпд

Потери электрической энергии на корону должны учитываться при разработке проекта ЛЭП 110 кВ и больше. Данные потери возникают из-за ионизации воздуха у проводов. Чем больше диаметр провода, тем меньше будут эти потери. Для значений напряжения у каждой воздушной линии установлены минимальные показатели сечения:

  • 220 кВ – 2,16 см;
  • 150 кВ – 1,52 см;
  • 110 кВ – 1,14 см.

У воздушных линий электропередач, которые имеют более высокий показатель напряжения, нужно было бы протягивать провода, которые имеют очень большие показатели сечения. Такая работа не является целесообразной и связана с большими финансовыми затратами. Чтобы снизить потери на корону в данных случаях принято расщеплять одну фазу на несколько:

  • 750 кВ – на 4 или 5;
  • 500 кВ – на 3;
  • 330 кВ – на 2.

При проектировании воздушных линий электропередач обязательно следует учитывать внешние воздействия и климатические условия. Именно они будут играть решающую роль при дальнейшей эксплуатации.

Факторы, оказывающие влияние на ЛЭП

  • Гололед. При возникновении капель дождя, тумана, намерзании снега и прочих причин возможно появление наледи на проводах. Таким образом, происходит увеличение нагрузки на провода и элементы их крепления. Это может стать причиной обрыва и снижению запаса прочности. При провисании линий возникает риск, что провода схлестнуться или приблизятся друг к другу.
  • Экология. Провода из алюминия в такой атмосфере быстрее разрушаются и окисляются. Данные факторы нужно учитывать при проектировании.
  • Воздействие ветра. Ветер может создать дополнительную нагрузку на провода. В результате усиливается их натяжение. Сильные порывы могут стать причиной разрыва проводов и поломки опор. Данные факторы следуют учитывать при подборе материалов для строительства.
  • Увеличение температуры. Под воздействием температуры происходит удлинение проводов, которые становятся причиной увеличения стрелы провеса. В результате может возникнуть угроза безопасности, а качество энергии будет снижено.
  • Изменения температур. Все материалы, из которых изготовлены провода, под воздействием температуры могут расширяться и сжиматься. Следует правильно подбирать тип проводников, учитывая разницу температур в регионе. В регионах, где очень холодный климат или резкая амплитуда перепадов этот фактор имеет особое значение. В общедоступных источниках указаны пиковые значения летних и зимних температур.
  • Коммутационное перенапряжение. В результате периодических отключения и включений может возникнуть коммутационное перенапряжение. Так же оно может появиться из-за пробоя в изоляции. Для защиты нужно устанавливать автоматическую блокировку. Чтобы избежать проблемы устанавливают автоматическую блокировку. Особенно данная проблема актуальна для ЛЭП более 330 кВ.
  • Атмосферное перенапряжение. Может быть спровоцировано молнией и грозой. В результате кратковременного увеличения напряжения может появиться пробой в изоляции. В дальнейшем это может стать причиной ее разрушения. Поврежденные участки так же становятся причинами появления коротких замыканий. Для решения проблемы устанавливают ограничители перенапряжения. Именно ОПН позволяет предотвратить аварийные ситуации.

Так же проектировщик должен предусмотреть дополнительное оборудование, которое снизит риски от различных механических воздействий.

  • Пляска проводов. Характеризуется колебаниями с частотой 0,2-0,4 Гц. Амплитуда колебаний может составлять от 0,5 до 5 метров. Волна имеет длину до 2-х пролетов. Чаще всего имеет небольшую длительность, но в некоторых случаях может продолжаться 1-2 дня. Причиной пляски является воздействие ветра и гололеда. Пляска может стать причиной повреждения, обрыва и схлестывания. Данное явление довольно редкое, но последствия могут быть очень серьезными. Для предотвращения нужно предусмотреть установку маятниковых гасителей и грузов.
  • Вибрации. Колебания проводов имеющих небольшую амплитуду (2-3 диаметра), небольшую волну (не более 10 метров) но высокую частоту (до 10 Гц). Вокруг поверхности провода при вибрации появляется завихрение потока воздуха, что становится причиной быстрого износа и разрыва. Монтаж виброгасителей является решением данной проблемы. Он позволяет снизить амплитуду и поглотить энергию колебания. Линия в данном случае будет защищена от сильных повреждений, а риск аварийной ситуации будет снижен.

Проектирование

Проектирование воздушных ЛЭП 110 кВ является очень сложным процессом, который включает в себя решение большого количества задач. Чтобы электрическая сеть имела высокое качество, а ее работа была стабильной, то нужно соблюдать имеющиеся требования и правила. Проект должен быть подготовлен только специалистами, которые имеют большой опыт работы, соответствующую квалификацию и необходимый уровень знаний.