ЛЭП в условиях городской среды. Воздушные и подземные линии
Для линий электропередач характерно наличие пары базовых вариантов размещения – по воздуху или в подземном исполнении. В первом случае провода подвешиваются на опорах над землей, а во втором силовые кабели укладываются в подземных тоннелях.
ВЛЭП – воздушные линии сегодня являются основной систем энергообеспечения потребителей. Уровень напряжения линии определяется, как передаваемыми мощностями, так и расстоянием между крайними точками линии. Размещение проводов электропередачи осуществляется на опорах из различных материалов, закрепляемых на изоляторах.
Подземные линии предусматривают кабели (возможно несколько единиц) с набором соединительных муфт. Кабели могут быть масло- или газонаполенными, подключенными к системам подпитки и контроля уровня давления наполнения. Глубина размещения таких кабелей составляет в среднем 80-100 сантиметров с укладкой специальных кабель-каналов или закрытых тоннелей. Экономически наиболее выгодной является модель укладки в одну траншею пять-шесть кабелей, расстояние между которыми варьируется в пределах 200-300 мм. В целом же при подземном размещении в тоннеле может размещаться одновременно до двух десятков кабелей.
Среди факторов пропускной способности кабельных сетей электропередачи в расчет необходимо принимать условия прокладки. С учетом существующих технических возможностей современные подземные кабели сегодня обладают протяженностью до 10-12 километров. Пока подземные ЛЭП не получили широкого распространения, а в местах использования их целесообразно рассматриваться в качестве локальных систем.
История ЛЭП в России
В России первые ЛЭП появились еще в 70-е годы XIX столетия, причем они были проложены под землей. Напряжение на них составляло около 2 кВт, а общая длина маршрута до 1 километра. В большинстве случаев передаваемая электроэнергия применялась для освещения частных домовладений.
При условии полутора столетий использования подземных кабелей для передачи электроэнергии, только в последние годы стали появляться технологии, позволяющие приблизить подземные ЛЭП по степени эффективности к традиционной воздушной передаче.
Применение подземных линий в первоочередном порядке востребовано в условиях крупных предприятий промышленности и в городской застройке, где традиционные воздушные линии сложно или не представляется возможным реализовать. Перевод под землю возможен для кабелей с напряжением в 220 кВт и выше, превращая их в полноценные элементы энергоснабжения крупных населенных пунктов. Вместе с этим себестоимость прокладки таких линий оказывается в два-три раза выше, чем при обустройстве воздушных ЛЭП с аналогичными характеристиками. Во многом именно этот параметр служит ограничительным критерием на пути массового перехода к данной технологии размещения.
Среди недостатков, характерных для прокладки проводов по воздуху, необходимо, во-первых, выделить потребность в большом количестве свободного места. В частности энергетическое законодательство устанавливает запрет на любое строительство в радиусе 25 метров от проводов. Для сравнения при подземном размещении охранная зона не превышает одного метра.
Стремительное расширение крупных городов ставит задачи по развитию систем энергоснабжения. В условиях дефицита земли и ее высокой стоимости в мегаполисах, перенос воздушных ЛЭП в грунт позволяет выделить значительные площади под строительство, не нарушая требований законодательства.
Преимущества применения подземных ЛЭП
Размещение высоковольтных кабелей под землей несет в себе сразу несколько преимуществ:
- Гибкость проектирования. Подземные кабели не нуждаются в глубокой прокладке, не формируют электрических полей, остаются незаметными для окружающих. Кроме того, подземное размещение позволяет в некоторой степени снизить потери электроэнергии при ее передаче, а также способствует повышению надежности линий, особенно в неблагоприятных погодных условиях. Прокладка подземных кабелей целесообразна в плотной городской застройке, в условиях сложной геологии грунта, в особых природных зонах, где степень воздействия на экологию должна быть минимальной.
- Достаточная рентабельность. Ранее высокая стоимость кабелей сдерживала распространение данного способа передачи энергии. С появлением новых технологий себестоимость кабельной продукции существенно снизилась. Несмотря на сохраняющуюся более высокую стоимость подземной прокладки относительно воздушной, разница в затратах оказывается не столь критичной, заставляя все чаще смотреть именно на подземный вариант расположения ЛЭП. В дальнейшем данный тренд продолжится, поэтому при проектировании элементов энергоснабжения регулярно будут выбирать вариант с подземным размещением, особенно при работе в городских зонах.
- Высокая надежность. Размещение ЛЭП в грунте позволяет устранить воздействие таких опасных для воздушных линий природных факторов как порывистый ветер, налипание снега, обледенение. Кроме того, воздушное размещение проводов ведет к их более интенсивному износу. Как результат, срок службы подземных кабелей оказывается существенно выше. Изоляцией для кабелей выступает сшитый полиэтилен, демонстрирующий на протяжении последних двух десятилетий свою надежность и эффективность. Использование данного материала положительно сказывается на удобстве эксплуатации линий, повышает показатели их пропускной способности, эффективно блокирует различные виды негативного внешнего воздействия. На длительной дистанции это обеспечивает снижение трат на содержание ЛЭП.
Гарантийный 10-летний период эксплуатации соответствует аналогичным показателям в странах Запада. На сегодня российские производители пока не освоили серийный выпуск подобных кабелей напряжением 220/330 кВт, при прокладке таких линий применяется импортная продукция.
- Сокращение мощностных потерь. В кабелях для подземной прокладки значительно выше содержание меди, металла, обладающего хорошей токопроводимостью, особенно при низких температурах. Как результат, в условиях повышенных нагрузок потери сети могут быть снижены на 30% относительно показателей воздушных линий. Соответственно возрастает рентабельность функционирования энергосистем, появляется возможность повысить эффективность обеспечения потребителей при одновременном снижении негативного воздействия на окружающую среду и экономии ресурсов.
- Удобство выполнения монтажных работ. Появление все более совершенных технологий подземной прокладки позволяют сократить сроки реализации проектов до нескольких месяцев, в то время как ранее на это потребовалось бы несколько лет. При невозможности обустройства траншей используются туннели, причем в некоторых случаях есть возможность использовать уже существующую инфраструктуру, снижая общие затраты на прокладку кабелей.
- Широкие возможности мониторинга. Переход на подземные кабели позволяет при относительно высоких затратах прокладки снизить стоимость обслуживания линий. При необходимости в оболочку кабеля монтируется оптоволоконные кабели, позволяющие с высокой точностью определять в реальном времени температуру силового кабеля для оперативности аварийного отключения и снижения величины потенциального ущерба. За счет такого мониторинга происходит оптимизация нагрузки, повышается надежность энергоснабжения потребителей, сокращается количество аварийных и нештатных ситуаций. В случае наличия повреждений система оперативно проведет мониторинг и установит точное место разрыва, снижая сроки выполнения ремонтных работ. Точность установления точки проблемы составляет около 1 метра.
Недостатки размещения ЛЭП под землей
Несмотря на массы преимуществ, получаемых за счет переноса линий электропередач под землю, нельзя игнорировать и недостатки, некоторые из которых продолжают оставаться существенными ограничителями для массового распространения технологии. Среди них:
- Значительная стоимость прокладки. Как первичное строительство, так и перенос в землю воздушных линий предусматривает необходимость существенных капитальных затрат. Например, реализация проекта по переносу высоковольтной линии в расположенный под землей коллектор в одном из районов Москвы предусматривала стоимость работ в 1 миллион евро на каждый километр маршрута. Ненамного меньше стоимость работ в Подмосковье, например, 600-метровый участок подземной ЛЭП с переносом воздушных линий обошелся в 400 тысяч евро. Позволить подобные траты способен не каждый, и только высокая стоимость земли, освобождаемой после переноса линий для строительства или реализации, периодически приводит к появлению таких проектов.
- Сложность ремонтно-восстановительных работ. Практика прокладки подземных кабелей в России известна довольно давно, при этом многие из линий в силу возраста уже имеют существенный эксплуатационный износ. Например, в 2004-м году после 20-летней эксплуатации в Сочи в месте прокладки трех кабелей произошел выход из строя одного из них, что потребовало перевести всю нагрузку на оставшиеся кабельные линии. Выполнение ремонтных работ при этом столкнулась с серьезными трудностями, как по стоимости работ, так и продолжительности устранения неисправностей. В Москве в 2000-х годах дважды происходили возгорания подземных кабелей. В последнем случае, датированном 2006-м годов, без электроснабжения осталось около 350 строений, расположенных в Центральном округе столицы. При невозможности быстрого обесточивания линии возникают проблемы с эффективностью пожаротушения. В последние годы используют более пожаробезопасные кабели, но и это не позволяет на 100% исключить риски возгораний.
- Безопасность для человека. Эксперименты, проведенные в 60-е годы прошлого века, позволили установить существование негативного воздействия электромагнитных полей, генерируемых вокруг ЛЭП, на человеческий организм. При этом дальность действия такого поля определяется в первую очередь показателями мощности линии. Чем она выше, тем больше оказывается зона опасного напряжения. Несмотря на противоречивость исследований воздействия электромагнитных полей на человеческий организм, говорить о полной безопасности не приходится. Негативное воздействие в тех или иных проявлениях присутствует в любом случае. Учесть необходимо и тот факт, что в России не существует нормативных ограничений по размеру магнитного поля, в результате чего проектирование новых ЛЭП не учитывает потенциальную опасность магнитных полей.
Естественно, формирование магнитного поля происходит для всех типов электрических линий, но исследования проводили практически всегда с воздушными линиями. Анализ воздействия кабелей, проложенных под землей, практически не изучался специалистами в силу их достаточно ограниченного распространения. Между тем, перенос ЛЭП в землю имеет одной из своих целей включение дополнительных земельных участков в строительство, включая жилищное.
В правительстве Москвы, как и в компаниях-застройщиках, указывают на полную безопасность современных кабелей с точки зрения воздействия на окружающую среду электромагнитного поля. Применение коаксиальных кабелей в сочетание с экранированными тоннелями должно обеспечить блокирование волн, но при этом практически невозможным оказывается контроль изменений величины поля, а люди не будут даже знать, что под их домом проложен высоковольтный кабель.Загрузка подземных участков. Перенос ЛЭП ниже уровня земли позволяет освободить поверхность для экономического использования, но одновременно увеличивает нагрузку на подземные коммуникации. В условиях городской застройки объем различных коммуникаций в подземном исполнении огромен, поэтому добавление еще и ЛЭП высокого напряжения, требующих соблюдения определенных условий прокладки, формирует еще большую нагрузку. В одном месте переплетаются элементы канализационных систем, линии связи, метрополитен и его многочисленные коммуникации, просто брошенные коллекторы и тоннели, о разветвленности которых в большинстве случаев есть не полная информация. Особенно все это характерно для крупных городов. В результате существуют риски повреждения уже существующей инфраструктуры в процессе строительства. Все это существенно ограничивает на практике возможности для подземного размещения электрических кабелей.
Перспективы подземного строительства
Несмотря на наличие определенных сложностей с прокладкой ЛЭП под землей, данный вид укладки будет в дальнейшем получать все большее распространение. В качестве стимулирующих развитие направления факторов выступают не только компании-застройщики, нуждающиеся в новых площадях под строительство, но и государство. Кроме того, по мере развития технологий себестоимость подземной прокладки будет снижаться, произойдет дальнейшее упрощение обслуживания и ремонта кабельных линий.
Наша компания готова вам предложить железобетонные конструкции для возведения ЛЭП в городской среде