Не учтены климатические воздействия
Проектирование воздушных линий электропередачи в значительной мере отличается от проектирования иных видов электроустановок. В первую очередь за счет необходимости учета климатических воздействий на провода и опоры: гололеда, ветра, низких температур. Эти воздействия в различных регионах Российской Федерации могут существенно отличаться.
Например, в Москве, где стенка гололеда на проводах редко превышает величину 5 мм (масса гололедных отложений 0,3 кг на метр провода диаметром 15 мм) ВЛ 10 кВ с проводами СИП-3 сечением 70 мм2 при длине пролета 60 метров может быть построена на стойках длиной 11 метров СВ 110-5. При температуре воздуха во время монтажа +150С стрелу провеса в этом случае фиксируют на отметке 0,63 м. При повышении температуры до 40 градусов стрела провеса увеличится до 0,95 м. Такое натяжение проводов допускает стенку гололеда до 10 мм (см. например, Типовой альбом 27.0002).
А во Владикавказе, где стенка гололеда на проводах 25 мм – обычное явление (масса гололедных отложений 3 кг на метр при диаметре провода 15 мм) для ВЛ 10 кВ с проводами СИП-3 сечением 70 мм2 при длине пролета 60 метров уже потребуются стойки СВ 164-12 (длина стойки16,4 м). При температуре воздуха при монтаже +150С стрелу провеса в этом случае фиксируют на отметке 1,72 м. При повышении температуры до 40 градусов стрела провеса увеличится до 1,88 м. А при гололеде стрела провеса еще увеличится вплоть до 2 метров.
В случае повышенной электрической нагрузки при нагреве проводов до 100 0С стрела провеса составит 2,3 метра. Такой режим работы линии электропередачи (ЛЭП) может быть в случае перераспределения нагрузок на другие ВЛ при ремонтных работах.
То есть, чем больше нормативная толщина стенки гололеда в данной климатической зоне, тем в большей степени приходится увеличивать стрелы провеса проводов (расстояние по вертикали от прямой, соединяющей точки крепления провода, до провода).
В районах с большими значениями гололедных отложений для строительства ЛЭП на напряжение 6 - 10 кВ обычно используют стойки СВ 110-5 при длине пролета до 45 и менее метров. Ветровые нагрузки также накладывают требование уменьшения длин пролета и увеличения стрел провеса.
В некоторых регионах России нормативная толщина стенки гололеда может составлять и 40 мм.
На Рис.1 показана монтажная таблица для провода СИП-3 сечением 70 мм2 при толщине стенки гололеда 25 мм. На зеленом фоне – правильно рассчитанная ЛЭП, на желтом – стрела провеса при монтаже уменьшена в 3 раза. Пролеты 40, 60 и 70 метров.
Монтажная таблица для СИП-3 1х70
Рис.1 Монтажная таблица для СИП-3 1х70 при гололеде 25 мм
Для проводов СИП механическое напряжение при максимальных нагрузках от гололеда, ветра и низших температур не должно превышать 114 МПа. Необратимые изменения в проводах наступают при превышении напряжения 294 МПа.
Как видно из монтажной таблицы (Рис. 1) при уменьшении стрелы провеса в 2, и тем более в 3 раза, механические напряжения в проводах и тяжения резко возрастают при достижении стенки гололеда на проводах нормативных значений для данного гололедного района. Создаются условия, которые вызывают обрыв проводов, деформацию траверс и опрокидывание опор.
В большинстве случаев проект разрабатывается не «с нуля», а включает в себя отдельные части из ранее выполненных проектов. Это прежде всего условные обозначения, пояснения к чертежам, отдельные пункты пояснительной записки. Здесь и хранится главная опасность – из одного проекта в другой копируются требования к ЛЭП, не соответствующие данному климатическому району.
Выбор района по гололеду и ветру
В соответствии с требованиями ПУЭ нормативные значения максимальных ветровых давлений и толщин стенок гололеда для ВЛ необходимо принимать с повторяемостью 1 раз в 25 лет (см. 2.5.40 ПУЭ). Карты районирования по гололеду и ветру в ПУЭ устарели. Сейчас следует ориентироваться на карты не только из ПУЭ, но и из сводов правил СП 20.13330.2016 и СП20.13330-2011.
Несмотря на то, что свод правил СП 20.13330.2011 уже отменен, для охвата 25 летней статистики по ветру и гололеду на него все равно следует ориентироваться. То есть определять по этим картам значения ветровых и гололедных нагрузок и выбирать максимальное значение.
Если имеются данные местных метеостанций, то результаты их исследований должны быть учтены.
Отсутствие подкосов на угловых и анкерных опорах
При поворотах ВЛ, выполненных на железобетонных стойках СВ 95, СВ 110, всегда необходимо использовать подкосы.
При повороте трассы до 30 градусов обычно ставят 1 подкос.
При повороте трассы от 30 до 90 градусов требуется 2 подкоса.
Концевые опоры обязательно надо устанавливать с подкосом.
В некоторых случаях для строительства воздушных линий электропередачи 6 и 10 кВ используют стальные анкерные опоры, как правило круглого сечения. Раньше широко применялись полые внутри железобетонные круглые опоры, которые также использовались как анкерные и не требовали использования подкосов.
Анкерные одностоечные опоры выдерживают большие изгибающие моменты. Их устанавливают в котлованы с последующим бетонированием, что обеспечивает увеличение площади соприкосновения с землей и утяжеление находящейся в земле части опоры.
Стойки СВ 95, СВ 110 устанавливают в котлованы с последующим послойным уплотнением земли вокруг стойки. Бетонирование котлованов с этими стойками не избавят от необходимости применения подкосов, так как предельный изгибающий момент опоры может оказаться недостаточным.
Угловые и концевые опоры без подкосов при одновременном воздействии ветра и гололеда либо опрокидываются, либо ломаются. Опора ломается только в случае очень высокой несущей способности закрепления стойки опоры в грунте и это случается крайне редко.
При обрыве проводов в пролете или в случае опрокидывания опоры тяжения проводов на смежных опорах оказываются приложенными только с одной стороны опоры, что в условиях ветра и гололеда может привести к опрокидыванию и этих опор. И подобно цепной реакции при падении костяшек домино опоры валятся одна за другой.
Не предсказуемые климатические воздействия на ВЛ
Невозможно предсказать наводнения, ураганы, гололедные отложения и другие климатические воздействия на ВЛ, если они случаются в данной местности раз в 100 лет. Поэтому полностью избежать аварий на ВЛ не удастся. Но минимизировать последствия иногда можно, вводя при расчетах проводов обоснованные коэффициенты запаса.
Если пытаться ввести коэффициенты запаса на все случаи жизни, в первую очередь максимально уменьшить пролеты (расстояние между опорами), то стоимость строительства ЛЭП многократно возрастает. Поэтому всегда выбирается компромиссный вариант.
В расчетах воздействия климатических факторов на провода, согласно ПУЭ, принимаются допущения:
- вероятность одновременного воздействия на провод и максимального ветра, и максимального гололеда пренебрежимо мала. В расчете ветровое давление при максимальном гололеде Wг принимается равным Wг=0,25Wо, где Wо – нормативное ветровое давление.
- воздействие на провода гололеда учитывается при температуре минус 5 градусов. В горной местности на отметках высоты до 2000 метров - минус 10 градусов, на отметках высоты выше 2000 метров - минус 15 градусов (2.5.51 ПУЭ).
- при низшей температуре воздуха максимальный ветер и гололед отсутствуют.
Рассмотренные допущения выработаны на основе длительных наблюдений и полностью обоснованы. Например, при низкой температуре (минус 30 – 40оС и ниже) сильные порывы ветра разрушают гололедные отложения на проводах. Ветер не дует статически с одной скоростью. Ветровое давление на провода происходит порывами с переменной скоростью, что и помогает проводам очиститься от гололеда и изморози.
Вероятность сильного ветра при значительном понижении температуры также крайне мала.
Но, если допустить, что в одно и тоже время все воздействия на провода и опоры примут максимальные значения, то есть максимальное ветровое давление при низшей температуре и максимальном гололеде, то даже правильно спроектированная и построенная ЛЭП может не выдержать такого сочетания климатических воздействий.
Механические напряжения в проводах достигнут значений 170 МПа (максимально допустимое 114 МПа, гарантированно рвущее провода 294 МПа). А если при монтаже стрела провеса занижена в 2 раза, то ЛЭП гарантированно выйдет из строя.
На Рис. 2 показаны параметры ЛЭП с проводом СИП-3 сечением 70 мм2 при одновременном воздействии на провода максимального ветра и гололеда при низшей температуре. Значения на зеленом фоне – правильно рассчитанная ЛЭП, на желтом – стрела провеса при монтаже занижена в 3 раза при пролетах 40, 60 и 70 метров.
Монтажная таблица при экстремальных климатических воздействиях
Рис. 2 Монтажная таблица при экстремальных климатических воздействиях
В горной местности трудно предсказать наводнения, такие как произошли на Кавказе в 2002 году, когда водяные потоки смывали не только линии электропередачи, но и села.
Другие статьи по надежности ЛЭП:
Максимальное расстояние между опорами с проводом СИП-2
Размещение трансформаторных подстанций
Виктор Чернов
11 сентября 2025 г.