Инженерно-гидрометеорологические изыскания Тема 7. Изыскания линий электропередач (ЛЭП)

1. Инженерно-гидрометеорологические изыскания Тема 7. Изыскания линий электропередач (ЛЭП)

Клименко Д.Е., к.г.н., доцент

2.

Транспортировка электрической энергии на средние и дальние расстояния чаще всего
производится по линиям электропередач, расположенным на открытом воздухе. Их конструкция
всегда должна отвечать двум основным требованиям:
1. надежности передачи больших мощностей;
2. обеспечения безопасности для людей, животных и оборудования.
При эксплуатации под воздействием различных природных явлений, связанных с ураганными
порывами ветра, наледью, выпадения инея линии электропередач периодически подвергаются
повышенным механическим нагрузкам. Для комплексного решения задач безопасной
транспортировки электрических мощностей энергетикам приходится поднимать провода,
находящиеся под напряжением на большую высоту, разносить их в пространстве, изолировать от
строительных элементов и монтировать тоководами повышенных сечений на высокопрочных опорах.

3. Общее устройство и компоновка воздушной ЛЭП

Схематично любую линию передачи электроэнергии можно представить:
опорами, установленными в грунте;
проводами, по которым пропускается ток;
линейной арматурой, смонтированной на опорах;
изоляторами, закрепленными на арматуре и удерживающими ориентацию проводов в
воздушном пространстве.
Дополнительно к элементам ВЛ необходимо отнести:
фундаменты для опор;
систему грозозащиты;
заземляющие устройства.

4. Общее устройство и компоновка воздушной ЛЭП

Опоры бывают:
1. анкерными, предназначенными для выдерживания усилий натянутых проводов и оборудованных
натяжными устройствами на арматуре;
2. промежуточными, используемыми для закрепления проводов через поддерживающие зажимы.
Расстояние по грунту между двумя анкерными опорами называется анкерным участком или
пролетом, а у промежуточных опор между собой или с анкерной — промежуточным.
Когда воздушная ЛЭП проходит над водными преградами, инженерными сооружениями или
другими ответственными объектами, то по концам такого участка устанавливают опоры с натяжными
устройствами проводов, а расстояние между ними называют промежуточным анкерным пролетом.
Провода между опорами никогда не натягивают как струну — в прямую линию. Они всегда немного
провисают, располагаясь в воздухе с учетом климатических условий. Но при этом обязательно
учитывается безопасность их расстояния до наземных объектов:
• поверхностей рельсов;
• контактных проводов;
• транспортных магистралей;
• проводов линий связи или других ВЛ;
• промышленных и других объектов.
Провисание провода от натянутого состояния называют стрелой провеса. Она оценивается разными
способами между опорами потому, что верхние части оных могут быть расположены на одном уровне
или с превышениями.
Стрела провеса относительно самой высокой точки опоры всегда бывает больше, чем у нижней.
Габариты, протяженность и конструкция каждого типа воздушной ЛЭП зависят от типа тока
(переменный или постоянный) транспортируемой по ней электрической энергии и величины ее
напряжения, которое может быть менее 0,4 кВ или достигать 1150 кВ.

5. Устройство проводов воздушных линий

Поскольку электрический ток проходит только по замкнутому контуру, то питание потребителей выполняется минимум двумя проводниками. По такому принципу создаются
простые воздушные ЛЭП однофазного переменного тока с напряжением 220 вольт. Более сложные электрические цепи передают энергию по трех или четырехпроводной схеме с глухо
изолированным или заземленным нулем.
Диаметр и металл для провода подбираются под проектную нагрузку каждой линии. Самыми распространенными материалами являются алюминий и сталь. Они могут
выполняться единой монолитной жилой для низковольтных схем или сплетаться из многопроволочных конструкций для высоковольтных ЛЭП.
Внутреннее межпроволочное пространство может заполняться нейтральной смазкой, повышающей стойкость к нагреву или быть без нее.
Многопроволочные конструкции из алюминиевых проводов, хорошо пропускающих ток, создаются со стальными сердечниками, которые предназначены для восприятия
механических нагрузок натяжения, предотвращения обрывов.
Виды проводов для воздушных ЛЭП
ГОСТом дается классификация открытых проводов для воздушных ЛЭП и определена их маркировка: М, А, AC, ПСО, ПС, ACKC, АСКП, АСУ, ACO, АСУС. При этом
однопроволочные провода обозначаются величиной диаметра. Например, сокращение ПСО-5 читается «провод стальной. выполненный одной жилой с диаметром 5мм». У
многожильных проводов для ЛЭП используется другая маркировка, включающая обозначение двумя цифрами, записанными через дробь:
первая — общая площадь сечения алюминиевых жил в мм кв;
вторая — площадь сечения стальной вставки (мм кв).
Кроме открытых металлических проводников, в современных воздушных линиях все больше применяются провода:
самонесущие изолированные;
защищенные экструдированным полимером, предохраняющим от возникновения КЗ при захлестывании фаз ветром или совершении набросов посторонних предметов с земли.
Воздушные линии с самонесущими СИП проводами постепенно вытесняют старые неизолированные конструкции. Они все чаще применяются во внутренних сетях,
изготавливаются из медных или алюминиевых жил, покрытых резиной с защитным слоем из диэлектрических волокнистых материалов либо полихлорвиниловыми пластикатами без
дополнительной внешней защиты.

6. Устройство опор

Обычно опоры создаются для закрепления проводов одной электрической цепи. Но на параллельных участках двух линий может
применяться одна общая опора, которая предназначена для их совместного монтажа. Такие конструкции называют двухцепными.
Двухцепная воздушная опора ЛЭП
Материалом для изготовления опор могут служить:
1. профилированные уголки из различных сортов стали;
2. бревна строительной древесины, пропитанные составами от загнивания;
3. железобетонные конструкции с армированными прутьями.
Изготовленные из дерева конструкции опор являются самыми дешевыми, но они даже при хорошей пропитке и надлежащем
обслуживании служат не более, чем 50÷60 лет.
Виды воздушных опор ЛЭП до 1000 вольт
По техническому исполнению опоры ВЛ выше 1 кВ отличаются от низковольтных своей сложностью и высотой крепления проводов.
Металлические опоры ВЛ-110 кВ
Их изготавливают в виде вытянутых призм или конусов с широким основанием внизу.
Любая конструкция опоры рассчитывается на механическую прочность и устойчивость, обладает достаточным проектным запасом к
действующим нагрузкам. Но следует учитывать, что при эксплуатации возможны нарушения различных ее элементов в результате
коррозии, ударов, несоблюдения технологии монтажа.
Это приводит к ослаблению жесткости единой конструкции, деформациям, а иногда и падениям опор. Часто такие случаи происходят
в те моменты, когда на опорах работают люди, выполняя демонтаж или натяжение проводов, создающие переменные осевые усилия.
По этой причине допуск бригады монтеров к работе на высоте с конструкции опор проводится после проверки их технического
состояния с оценкой качества ее заглубленной части в грунте.

7. Виды и типы опор воздушных линий электропередачи

В зависимости от способа подвески проводов опоры воздушных линий (ВЛ) делятся на две основные группы:
а) опоры промежуточные, на которых провода закрепляются в поддерживающих зажимах,
б) опоры анкерного типа, служащие для натяжения проводов. На этих опорах провода закрепляются в натяжных
зажимах.
Расстояние между опорами воздушных линий электропередачи (ЛЭП) называется пролетом, а расстояние менаду
опорами анкерного типа — анкерованным участком (рис. 1).
В соответствии с требованиями ПУЭ пересечения некоторых инженерных сооружений, например железных дорог
общего пользования, необходимо выполнять на опорах анкерного типа. На углах поворота линии устанавливаются угловые
опоры, на которых провода могут быть подвешены в поддерживающих или натяжных зажимах. Таким образом, две
основные группы опор - промежуточные и анкерные - разбиваются на типы, имеющие специальное назначение.
Промежуточные прямые опоры устанавливаются на прямых участках линии. На промежуточных опорах с
подвесными изоляторами провода закрепляются в поддерживающих гирляндах, висящих вертикально, на промежуточных
опорах со штыревыми изоляторами закрепление проводов производится проволочной вязкой. В обоих случаях
промежуточные опоры воспринимают горизонтальные нагрузки от давления ветра на провода и на опору и вертикальные
— от веса проводов, изоляторов и собственного веса опоры.
При необорванных проводах и тросах промежуточные опоры, как правило, не воспринимают горизонтальной
нагрузки от тяжения проводов и тросов в направлении линии и поэтому могут быть выполнены более легкой конструкции,
чем опоры других типов, например концевые, воспринимающие тяжение проводов и тросов. Однако для обеспечения
надежной работы линии промежуточные опоры должны выдерживать некоторые нагрузки в направлении линии.
Промежуточные угловые опоры устанавливаются на углах поворота линии с подвеской проводов в поддерживающих
гирляндах. Помимо нагрузок, действующих на промежуточные прямые опоры, промежуточные и анкерные угловые опоры
воспринимают также нагрузки от поперечных составляющих тяжения проводов и тросов.
При углах поворота линии электропередачи более 20° вес промежуточных угловых опор значительно возрастает.
Поэтому промежуточные угловые опоры применяются для углов до 10 - 20°. При больших углах поворота устанавливаются
анкерные угловые опоры.
Анкерные опоры. На линиях с подвесными изоляторами провода закрепляются в зажимах натяжных гирлянд. Эти
гирлянды являются как бы продолжением провода и передают его тяжение на опору. На линиях со штыревыми
изоляторами провода закрепляются на анкерных опорах усиленной вязкой или специальными зажимами,
обеспечивающими передачу полного тяжения провода на опору через штыревые изоляторы.

8. Виды и типы опор воздушных линий электропередачи

При установке анкерных опор на прямых участках трассы и подвеске проводов с обеих сторон от опоры с
одинаковыми тяжениями горизонтальные продольные нагрузки от проводов уравновешиваются и анкерная опора работает
так же, как и промежуточная, т. е. воспринимает только горизонтальные поперечные и вертикальные нагрузки.
В случае необходимости провода с одной и с другой стороны от анкерной опоры можно натягивать с различным
тяжением, тогда анкерная опора будет воспринимать разность тяжения проводов. В этом случае, кроме горизонтальных
поперечных и вертикальных нагрузок, на опору будет также воздействовать горизонтальная продольная нагрузка. При
установке анкерных опор на углах (в точках поворота линии) анкерные угловые опоры воспринимают нагрузку также от
поперечных составляющих тяжения проводов и тросов.
Концевые опоры устанавливаются на концах линии. От этих опор отходят провода, подвешиваемые на порталах
подстанций. При подвеске проводов на линии до окончания сооружения подстанции концевые опоры воспринимают
полное одностороннее тяжение проводов и тросов ВЛ.
Помимо перечисленных типов опор, на линиях применяются также специальные опоры: транспозиционные,
служащие для изменения порядка расположения проводов на опорах, ответвительные - для выполнения ответвлений от
основной линии, опоры больших переходов через реки и водные пространства и др.
Основным типом опор на воздушных линиях являются промежуточные, число которых обычно составляет 85 -90%
общего числа опор.
По конструктивному выполнению опоры можно разделить на свободностоящие и опоры на оттяжках. Оттяжки
обычно выполняются из стальных тросов. На воздушных линиях применяются деревянные, стальные и железобетонные
опоры. Разработаны также конструкции опор из алюминиевых сплавов.
Конструкции опор ВЛ
Деревянная опора ЛОП 6 кВ (рис. 4) - одностоечная, промежуточная. Выполняется из сосны, иногда лиственницы.
Пасынок выполняется из пропитанной сосны. Для линий 35—110 кВ применяются деревянные П-образные двухстоечные
опоры. Дополнительные элементы конструкции опоры: подвесная гирлянда с подвесным зажимом, траверса, раскосы.
Железобетонные опоры выполняются одностоечными свободностоящими, без оттяжек или с оттяжками на землю.
Опора состоит из стойки (ствола), выполненной из центрифугированного железобетона, траверсы, грозозащитного троса с
заземллителем на каждой опоре (для молниезащиты линии). С помощью заземляющего штыря трос связан с заземлителем
(проводник в виде трубы, забитой в землю рядом с опорой). Трос служит для защиты линий от прямых ударов молнии.
Другие элементы: стойка (ствол), тяга, траверса, тросостойка.
Металлические (стальные) опоры (рис. 5) применяются при напряжении 220 кВ и более.

9. Виды и типы опор воздушных линий электропередачи

Схема анкерованного участка
воздушной линии
Опоры ВЛ анкерного типа
Деревянная одностоечная
промежуточная опора ЛЭП
6 кВ: 1 - опоры, 2 - пасынок,
3 - бандажа, 4 - крюка, 5 штыревых изоляторов, 6 провода
Промежуточные опоры ВЛ
Металлическая опора ЛЭП
220-330 кВ: 1 - стойка (ствол)
опоры, 2 - фундамент
сборный железобетонный
иди монолитный, 3 раскосы, 4 - пояс опоры, 5 траверса (тяга и пояс
траверсы), 6 - гирлянда
изоляторов натяжная или
подвесная в зависимости от
назначения опоры, 7 провод, S - тросостойка, 9 трос грозозащитный, 10 заземлитель, 11 заземляющий стержень

10. Инженерно-гидрометеорологические изыскания трасс ВЛ электропередачи

Выбор оптимального направления трассы ВЛ и местоположения подстанции должен
осуществляться на основе материалов гидрологической, метеорологической и картографической
изученности района проложения трассы. Сбору подлежат также сведения об авариях действующих ВЛ в
связи с экстремальными нагрузками.
В результате анализа материалов изученности для каждого варианта трассы должны быть
установлены:
климатические параметры района (определяемые по региональным картам и справочнометодическим материалам);
общее количество пересекаемых трассой водных объектов и состояние их изученности;
местоположение переходов трассы ВЛ через водные объекты II и III групп сложности;
участки трассы, прокладываемые вдоль водных объектов, а также в зонах возможного воздействия
селей и снежных лавин.
Группу сложности перехода трассы ВЛ через водный объект устанавливают с учетом условий,
приведенных в таблице
Группа
сложности
перехода
I
II
III
Условия перехода трассы ВЛ через водный объект
Водный объект вместе с поймой пересекается одним расчетным пролетом на опорах
(линейных), принятых для проектирования конкретной ВЛ
Водный объект, имеет ширину русла и поймы или зону возможного размыва
берегов, превышающую расчетный пролет, требуется, в основном, применение
линейных опор с подставками или специальная защита фундаментов
Судоходная река, судоходный пролив или канал пересекается с применением специальных опор высотой 50 м и более, а также любое водное пространство
пересекаемое пролетом более 700 м независимо от высоты опор

11. Состав инженерно-гидрологических работ

Состав инженерно-гидрологических работ определяют в зависимости от ширины водных объектов,
пересекаемых трассой, и необходимости установки специальных опор в пределах водной акватории или
на пойме.
Для переходов, отнесенных к I группе сложности (малые), следует определять их количество и
гидролого-морфологические характеристики долины, учитываемые при расстановке опор ВЛ. Для
переходов через водные объекты II и III групп сложности (средние н большие) в составе инженерных
изысканий следует предусматривать:
детальные гидролого-морфологические изыскания участков переходов;
определение исторического уровня высоких вод, частоты, продолжительности и периода затопления
поймы, минимального и максимального уровней воды при ледоходе;
изучение особенностей ледового режима и определение характеристик ледохода на пойме
(руслового и старичного льда);
расчеты характеристик гидрологического режима на основе материалов изученности или
косвенными методами;
предварительный прогноз русловых и пойменных деформаций и др.
При выборе оптимального направления трассы ВЛ следует, в первую очередь, учитывать следующие
условия:
соотношение длины переходного пролета трассы в створе пересечения водного объекта с длиной
расчетного пролета данного линейного сооружения;
наибольшую ширину и глубину затопления поймы, наличие на ней ледохода;
возможность образования на участке перехода заторов и зажоров льда;
наличие судоходства и наибольший высотный габарит судов.

12. Гидрологические характеристики и сведения, учитываемые при обоснованиях ВЛ и подстанций

при выборе трассы ВЛ и
местоположения площадки
подстанции
на выбранной и согласованной трассе ВЛ (площадке подстанции)
III и II группы сложности переходов через водные объекты
Расчетные уровни высоких вод повторяемостью Р %, ширина, глубина (средняя и наибольшая) зоны
затопления, средние скорости течения (по участкам профиля перехода) при расчетных уровнях.
Ширина русла или прогнозируемой Выдающийся уровень высоких вод или высший из числа известных, год его наступления и примерная
зоны
русловых
и
пойменных обеспеченность по аналогу; средние и крайние даты начала и окончания весеннего половодья (паводочного
деформаций; длина рекомендуемого периода), высший наблюденный уровень; продолжительность стояния высоких уровней, интенсивность
переходного пролета; высота и подъема и спада; уровень воды средней и низкой межени.
устойчивость берегов к размыву; Максимальные расходы воды заданной обеспеченности (при необходимости расчета УВВ повторяемостью Р %
ширина
поймы,
глубина
ее гидравлико-морфометрическим методом).
затопления,
устойчивость
к Ледовые условия — сроки наступления основных фаз ледового режима; средние и крайние даты начала и
размыву; наличие ледохода на конца весеннего ледохода, высший наблюденный уровень воды при весеннем ледоходе, расчетный уровень
пойме, его характер, размеры льдин высокой воды при заданной обеспеченности; зоны ледохода на пойме, наибольшие размеры льдин руслового и
и
зоны
ледохода;
наличие старичного происхождения, схема направления движения льдин, угол подхода их к трассе в местах установки
судоходства,
высота
надводного пойменных опор; толщина льда наибольшая наблюденная и в предледоходный период; места образования
габарита
судов
с
учетом навалов льда, их высота, ширина, протяженность; наличие мест образования заторов льда, их влияние на
перспективы
режим реки на участке перехода; начало возможной ледовой переправы.
Тип руслового процесса, его направленность, интенсивность, среднегодовая скорость деформации берегов
русла и проток; местоположение намываемых участков берегов; ширина зоны прогнозируемых деформаций
на срок службы сооружения, глубина наибольшего размыва и прогнозируемое положение (профиль) русла и
проток.
Комплекс гидроморфологических характеристик поймы, протоков, русла, его берегов: растительность, рельеф,
грунты, условия затопления высокими водами и освобождения, направления течения, скорости, уклоны, метки
высоких вод и следы весеннего ледохода, участки намыва и размыва, русловые образования, их влияние на
деформацию берегов с учетом прогноза развития руслового процесса и пойменных деформаций, тип
пойменного массива, наличие переправ, период их ограничения и т.д. Гидроморфологическая характеристика
долины, ширина ее; высота, профиль, расчленённость, задернованность, устойчивость склонов; ширина русла и
поймы и наибольшие глубины; высота, профиль, устойчивость берегов русла; деформационные процессы
I группа сложности переходов через водные объекты
Количество переходов
Гидроморфологическая характеристика долины: ширина, высота, профиль, расчленённость, задернованность,
устойчивость склонов; ширина русла и поймы и наибольшие глубины; высота, профиль, устойчивость берегов
русла; деформационные процессы.
I , II, III группы сложности переходов через водные объекты
Наличие судоходства, вид, класс водного объекта по судоходным условиям, высота надводного габарита судов с
учетом перспективы развития судоходства.
Наличие лесосплава, его вид, возможность выхода на пойму.
Сведения о существующих и проектируемых гидротехнических сооружениях и их влиянии на
гидрологический режим на участке перехода
Количество переходов

13. Метеорологические характеристики, учитываемые при разработке проекта строительства ВЛ и подстанций

при выборе трассы ВЛ и
местоположения
подстанции
Показатели,
характеризующие
условия
загрязнения
атмосферы природными
источниками (солончаки,
соленые озера, моря и
т.д.)
и
отходами
(выбросами)
промышленных
предприятий
Основные климатические
параметры
(по
региональным картам и
справочно-методическим
материалам)
на выбранной и согласованной трассе ВЛ и площадке подстанции
Температура воздуха: средние месячные и средняя годовая; абсолютные
минимум и максимум, средний из абсолютных минимумов; расчетные
самой холодной пятидневки и при гололеде; продолжительность теплого и
холодного периодов
Ветер: повторяемость направлений по восьми румбам и штилей по месяцам
и за год; средняя годовая и месячная скорость, максимальная наблюденная и
максимальная расчетная с заданной повторяемостью; среднее и наибольшее
число дней с сильным ветром
Климатические параметры в режимах максимальной гололедной нагрузки
при ветре и без него, а также максимальной ветровой нагрузке при гололеде:
эквивалентная толщина стенки гололеда, ветровая нагрузка при гололеде;
сведения о закрытости гололедного станка
Число дней с грозой по месяцам и за год, среднегодовая продолжительность
гроз в часах, число разрядов молний в землю между облаками в горных
районах
Число дней с метелями и пыльными бурями по месяцам и за год
Среднее и наибольшее число дней с туманами и росами по месяцам и за год
Средние суммы атмосферных осадков по месяцам теплого и холодного
периодов и за год, количество твердых, смешанных и жидких осадков (в
процентах от общего количества) по месяцам и за год
Средняя декадная высота снежного покрова, средняя, максимальная и
минимальная из наибольших высот (по постоянной рейке) за год, плотность
снежного покрова, даты его появления и схода, расчетная снеговая нагрузка
Средняя глубина промерзания по месяцам, средняя из наибольших и
наименьших

14. Изыскания ЛЭП

Инженерно-гидрометеорологические изыскания на выбранном направлении трассы ВЛ
выполняются для детализации инженерно-гидрологических условий перехода трассы через водные
объекты, установленных на стадии обоснований инвестиций в строительство и получения
расчетных гидрологических и метеорологических характеристик, требуемых для обоснования
проекта линейных сооружений.
Для водных объектов I группы сложности в составе инженерных изысканий для обоснования
проектной документации следует предусматривать рекогносцировочное обследование участка
перехода с уточнением положения створа перехода, определением морфометрических
характеристик русла и поймы реки, амплитуды колебаний уровней воды и устойчивости к размыву
русла и поймы реки на участке перехода.
Для водных объектов I и III группы сложности в составе инженерных изысканий следует
предусматривать детальное обследование участков переходов и наблюдения за гидрологическим
режимом при их недостаточной изученности.
Наблюдения за гидрологическим режимом следует проводить в составе, рекомендуемом для
изучения гидрологического режима рек на участках мостовых переходов, дополненном работами
по изучению поверхностных скоростей и направлений течений.
В результате инженерно-гидрометеорологических изысканий, выполненных для разработки
проектной документации должны быть получены характеристики климатических условий на всем
протяжении трассы расчетные характеристики режима водных объектов и комплекс сведений о
гидрологических условиях на участках перехода трассы ВЛ в составе, необходимом для обоснования
расстановки переходных опор, выбора их конструкции и, при необходимости, разработки
мероприятий и сооружений инженерной защиты.

15. В ходе изысканий должны быть собраны материалы

• Перечень основных гидрологических характеристик, необходимых дл
я проектирования ВЛ
• Основные характеристики гидрологического режима
• Сведения о гидрологической изученности
• Основные гидрологические сведения о водотоках первой группы
• Таблица определения степени изученности гидрологического режим
а водных объектов для электросетевого строительства
• Максимальные месячные и годовые скорости ветра
• Сведения о гололёдо-изморозевых отложениях и сопровождающих их
ветрах
• Сведения о гололедообразовании в режиме максимальной гололедно
й нагрузки
• Сведения о гололедообразовании в режиме максимальной ветровой н
агрузки

16. Литература

СП 11-102-97. Инженерно-экологические изыскания для строительства
СП 11-103-97. Инженерно-гидрометеорологические изыскания для строительства
СП 11-104-97. Инженерно-геодезические изыскания для строительства
СП 11-104-97. Инженерно-геодезические изыскания для строительства. Часть II. Выполнение съемки
подземных коммуникаций при инженерно-геодезических изысканиях для строительства
СП 11-104-97. Инженерно-геодезические изыскания для строительства. Часть III. Инженерногидрографические работы при инженерных изысканиях для строительства
СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I. Общие правила
производства работ
СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть II. Правила
производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических
процессов
СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть IV. Правила
производства работ в районах распространения многолетнемерзлых грунтов
СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть VI. Правила
производства геофизических исследований
Руководство по инженерным изысканиям трасс ВЛ 35-1150 кВ
Правила устройства электроустановок ПУЭ (утв. Минэнерго СССР) (6-ое издание)