На что опереться электросетям?

21.01.13 15:14

Традиционно при изготовлении опор линий электропередачи (ЛЭП) используется три основных материала — дерево, железобетон и металл.

Исторически деревянные опоры появились раньше всех остальных, и первая в СССР крупная ЛЭП 110 кВ, Каширская ГРЭС — Москва протяженностью 120 км была построена именно на деревянных опорах. Их основные достоинства — простота изготовления, невысокая стоимость и гибкость, обеспечивающая устойчивость к ветровым и гололедным нагрузкам. Однако вскоре для ЛЭП высокого напряжения деревянные опоры использовать перестали.

В последней версии Правил устройства электроустановок (ПУЭ 7), как и в предыдущих, зафиксировано, что на напряжение 220 кВ возможно использование деревянных опор. Сегодня большинство отечественных производители данной продукции на своих сайтах заявляют, что могут изготовить опоры на напряжение 110 кВ, но не более. Однако на деле заказов на такую продукцию не получают. С чем это связано?

«Деревянные опоры востребованы на сетях напряжением 0,4 – 35 кВ. Это наша ниша. В Финляндии, где нет железобетонных опор, деревянные используют на линиях 110 кВ и выше, но в России такого нет», — пояснили в отделе маркетинга Сеесъярвского мачтопропиточного завода (Республика Карелия). «Существуют определенные стандарты РФ, по которым деревянные опоры можно использовать только на напряжение до 35 кВ. На линиях высокого напряжения проект с их применением никто не согласует», — сообщили в ТД «ОШПЗ» (г. Орск Оренбургской обл.). Какие именно это стандарты, непонятно. Однако факт остается фактом — сегодня для опор высоковольтных линий в нашей стране, в отличие от Финляндии, Канады и США, выбирают другие материалы. Шагнуть в сегмент высокого напряжения деревянным опорам не помогает даже современная технология пропитки водорастворимым антисептиком, который позволяет справиться с привычными недостатками данной продукции — недолговечностью, подверженностью гниению и огню. 

 

Пропитка деревянных опор антисептиком в герметичном автоклаве на площадях ООО «Первый деревопропиточный завод» (фото ООО «Опоракомплект»)

 

Железобетон — скорее редкость

Железобетонные опоры были разработаны в СССР в 30-е гг. ХХ века, а массово стали применяться в 1950-е. Основные их преимущества — неподверженность коррозии и воздействию химически активных веществ, морозостойкость. Недостаток — большой вес, усложняющий монтаж и вызывающий эффект «домино» — разрушение одной опоры приводит к обрыву линии и падению соседних опор.

«Железобетонные опоры используются даже на ЛЭП напряжением 220-750 кВ, но не так часто, как на линиях 35 – 110 кВ, — рассказал Александр Чуркин, генеральный директор ООО «ЛЭП-Энерго» (г. Рыбинск, Ярославская обл.) — Для линий 35-750 кВ используют конические и цилиндрические центрифугированные, предварительно напряженные стойки. Преимущества железобетонных опор — более низкая цена по сравнению с металлическими, скорость монтажа, большой срок эксплуатации. Основной недостаток — сложность транспортировки. Это негабаритный груз длиной до 26 м, требующий бережного обращения и согласований с ГИБДД при его перевозке к месту установки.

 

Опалубки для изготовления центрифугированных железобетонных стоек (фото ООО «ЛЭП-Энерго»)

 

Нужно понимать, что сегодняшние железобетонные опоры ЛЭП отличаются от тех, которые производились в 50 – 60-е гг. прошлого века. Сейчас используется модернизированное сырье для производства опор, улучшенный и более прочный бетон по морозостойкости и водонепроницаемости. В 1990-е процесс центрифугирования на большинстве предприятий был автоматизирован, также как и процесс технического контроля. Так что, при условии соблюдения всех норм, такая опора — достаточно серьезный продукт».

Тем не менее, железобетонные опоры на ЛЭП высокого напряжения — скорее редкость. «Если на линиях 6 – 35 кВ доля железобетонных опор приблизительно 75 %, то на ЛЭП напряжением 110 – 220 кВ — всего порядка 5 %», — считает Владимир Мишин, технический директор Домодедовского завода металлоконструкций «МЕТАКО» (Московская обл.). [Точных данных о количестве опор, используемых на территории России, нет, поэтому эксперты дали приблизительные оценки на основе своего опыта, — прим. автора.]

 

Металл: классика

На сегодняшний день на сетях 110 – 750 кВ очевидный лидер — металлические опоры. Более легкие, чем железобетонные, они способны выдерживать высокие механические нагрузки и обеспечивать больший габаритный пролет. В СССР классическим вариантом для строительства высоковольтных ЛЭП стали решетчатые опоры с болтовым соединением. Основные типы конструкции таких опор, принятые в 1960-е гг., и сегодня достаточно популярны, чему есть несколько причин.

 

Железобетонные опоры — негабаритный груз, требующий бережной транспортировки (фото ООО «ЛЭП-Энерго»)

 

«Несомненное достоинство решетчатых опор — удобство транспортировки, — пояснил Евгений Горяев, главный конструктор Уральского завода металлоконструкций UMECON (г. Екатеринбург). — Это разборная конструкция, которая занимает мало места — при укладке опор в вагон в нем практически не остается пустоты. В результате снижается стоимость доставки.

Невысока и стоимость изготовления. Технология производства решетчатых опор проста, не требует применения дорогостоящих линий. На изготовление одной опоры требуется минимум времени. Материалы — стальные уголки, листы — на рынке широко распространены, их легко приобрести.

В России основная масса ЛЭП построена на решетчатых опорах. При реконструкции линий, как правило, стараются использовать такие же опоры, чтобы не пришлось переделывать фундаменты. Это обстоятельство также поддерживает спрос на «решетку».

 

О новых гранях стальных опор

Тем не менее прогресс не стоит на месте. Необходимость устанавливать опоры ЛЭП на ограниченном пространстве, к примеру, в условиях городской застройки, высокие требования к темпам строительства и внешнему виду опоры привели к созданию многогранных металлических опор (ММО). ММО состоит из одной или нескольких секций в виде полых усеченных пирамид из листового проката. Секции могут соединяться телескопическими или фланцевыми соединениями. Вся конструкция предполагает минимум болтовых соединений, что существенно повышает скорость монтажа.

За рубежом такие опоры используются уже не одно десятилетие, с 2005 г. в России их начала активно внедрять Федеральная сетевая компания ЕЭС.

 

В России основная масса высоковольтных ЛЭП построена на решетчатых опорах (фото ЗАО «МЕТАКО»)

 

«С подачи ФСК многогранные опоры стали закладываться во многие проекты как для высоковольтных линий, так и для линий более низкого напряжения, — рассказал Олег Чернышев, помощник зам. генерального директора по производству ОАО «Энергостальконструкция» (г. Конаково, Тверская обл.). — Постепенно выпуск данной продукции начали осваивать отечественные предприятия. К примеру, мы третий год наряду с решетчатыми выпускаем многогранные опоры. Основное преимущество ММО — узкая база. Это облегчает решение вопросов землеотводов, особенно при прокладке линии на городской территории. Монтаж прост, поэтому скорость сборки выше — многогранные опоры монтируют по нескольку штук в день, а одну решетчатую — несколько дней. Однако, ММО — более объемные конструкции, поэтому возникают сложности с доставкой. Если в случае с решетчатыми опорами вагон идет с полной загрузкой (60 т, порядка десяти опор), то с многогранными загрузка составляет менее 20 т (чаще всего две – три опоры). А так как монтаж идет быстро, количество необходимого транспорта тоже увеличивается. Приходится решать вопросы логистики».

Сетевые компании, помимо прочего, ценят такое качество ММО, как антивандальность — с такой опоры невозможно снять какую-то деталь для использования в домашнем хозяйстве или продажи. Но все же главное, что интересует любого потребителя — это экономический эффект.

 

Многогранные опоры монтируют на специальных фундаментах, требующих небольшой площади (фото филиала ОАО «МРСК Урала» - «Пермэнерго»)

 

Вопрос цены

«Наш продукт — ММО — самый дорогой на рынке, — признает Евгений Каппес, руководитель проекта ООО «АГИС Инжиниринг», — однако цена отдельной опоры не всегда имеет решающее значение. Нужно оценивать множество факторов на конкретной ВЛ — условия установки, грунты, возможность доставки. Нередко экономия на стоимости монтажа существенно перекрывает затраты на приобретение самой опоры».

«Очевидно, что правильно выбранный тип опор обеспечивает минимальную стоимость владения линией за весь срок ее службы, — отмечает Владимир Поздникин, заместитель генерального директора ООО «ГК ЭФЭСк» (г. Санкт-Петребург). — Под стоимостью владения в данном случае понимаются совокупные затраты на строительство и эксплуатацию линии с опорами данного типа.

 

Производство многогранных опор на ЗАО «МуромЭнергоМаш» (фото ООО «АГИС Инжиниринг»)

 

В сетях высокого и сверхвысокого напряжения все большее применение находят  металлические многогранные опоры. Это технология, которая позволяет  возводить ВЛ очень быстро. Конечно, стоимость многогранных металлических опор выше традиционных. Однако это компенсируется экономией на трудозатратах при монтажных работах. К примеру, при реконструкции участка двухцепной линии, соединяющей ПС 330/110 кВ «Старорусская» и ПС 110/35/10 кВ «Русса» протяженностью 15,8 км нами было установлено 60 ММО. С учетом демонтажа старой линии проект удалось завершить всего за 43 календарных дня».

Результаты технико-экономического сравнения вариантов строительства участка ВЛ 220 кВ с использованием железобетонных, стальных решетчатых и многогранных опор, проведенного ОАО «РОСЭП» (ныне филиал НТЦ ФСК ЕЭС) в 2005 г., показали, что использование ММО позволяет снизить стоимость строительства ВЛ на 25 % по сравнению с решетчатыми опорами.

Кроме того, было установлено, что расчетный пролет для многогранной опоры в два раза больше, чем для железобетонной. Следовательно, на такой линии требуется в два раза меньше промежуточных опор. В целом с точки зрения затрат, наиболее эффективным признан вариант с ММО. Воздушная линия с железобетонными опорами обойдется на 12 % дороже, а со стальными решетчатыми — на 40 %.

По итогам исследования, было рекомендовано применять ММО также для линий 330 и 500 кВ, решетчатые опоры — использовать в качестве анкерно-угловых на ВЛ 220 – 500 кВ, а железобетонные опоры — в качестве промежуточных опор на линиях до 110 кВ и на линиях 220 кВ в I-II районах по гололеду и ветру.

 

ЗАО «Феникс-88» в 2012 г. представило опытный образец композитной опоры (фото автора)

 

Поделить ниши

Значит ли это, что постепенно решетчатые опоры будут вытеснены с рынка многогранными? Эксперты считают, что для этого нет никаких предпосылок.

«Исходя из нашего опыта, в проектах, которые выпущены за последние 5-10 лет, чаще встречается применение смешанного типа опор, — поделился наблюдениями Владимир Мишин. — Для промежуточных опор применяют многогранный тип, а для анкерных, анкерно-угловых и концевых используют решетчатый. При реконструкции линий чаще всего применяют тот тип опор, который был использован при строительстве, за исключением реконструкций ВЛ в городских условиях. Часто при строительстве линий в районах Крайнего Севера используют многогранные опоры ввиду простоты фундаментов, высокой заводской готовности и легкости монтажа.

Нельзя однозначно сказать, что какой-то тип опор лучше. Многогранные опоры будут применяться при строительстве в стесненных условиях, в условиях Севера и при строительстве ВЛ в сжатые сроки. Решетчатые опоры также сохранятся на рынке вследствие своей распространенности и небольшой стоимости изготовления».

«И у многогранных, и у решетчатых опор будет своя ниша, — соглашается Олег Чернышев. — Каждый тип займет свое место там, где он выгоден».

 

Будущее за композитом?

Возможно, будущее даже не за металлическими опорами. Так, по мнению Владимира Поздникина, в ближайшей перспективе на линиях напряжением 110 – 500 кВ широкое применение получат модульные композитные опоры. 

«Композитные опоры имеют ряд уникальных свойств, — рассказывает он, — а именно: превосходные механические характеристики, малый вес, высокие диэлектрические свойства, длительный срок службы. При их использовании эксплуатационные расходы практически отсутствуют, а срок службы может достигать 120 лет.

Применение композитных опор началось в США сразу после Второй мировой войны в распределительных сетях. С тех пор в разных странах шло совершенствование технологии их изготовления, испытывались различные материалы с целью определения наиболее пригодных для массового производства композитных опор.

 

Многогранные и решетчатые опоры будут успешно сосуществовать на рынке, поделив ниши (фото ЗАО «МЕТАКО»)

 

В последние 10 лет появилась технология, позволяющая весьма просто собирать высоковольтные опоры из композитных модулей. Подобный подход имеет массу преимуществ и высоко оценивается специалистами. Рядом стран был накоплен положительный опыт применения модульных композитных опор в различных климатических зонах, начиная от Норвегии и заканчивая Австралией. По-видимому, настала очередь их применения и в России.

Наиболее целесообразно использовать такие опоры в труднодоступной местности, где затруднительно применять тяжелую технику. В этих случаях экономический выигрыш особенно очевиден. Композитные модули также можно комбинировать с многогранными металлическими модулями, устанавливаемыми в основание опоры. В этом случае повышается несущая способность конструкции, улучшаются ее антивандальные свойства и огнестойкость.

Применение композитных материалов, обладающих прекрасными диэлектрическими свойствами, в несущих конструкциях высоковольтных опор позволяет упростить конструкцию всей опоры и отказаться от применения изоляторов, заменив их изолирующими траверсами также из  композитного материала. Уверен, что за этими технологиями стоит будущее сетевого хозяйства».

Холдинг ГК ЭФЭСк уже применял композитные опоры при проектировании воздушных линий для электроснабжения ряда крупных объектов в Ленинградской обл. Пока данные ВЛ еще не построены. В проектах использованы данные по композитным опорам зарубежного производства, мировой опыт их применения с учетом российских условий установки и эксплуатации.

В 2012 г. ЗАО «Феникс-88» (г. Новосибирск) представило опытный образец композитной опоры в рамках Международного электроэнергетического форума UPGrid в Москве. Разработка ведется по заказу ФСК ЕЭС. Пока у ряда специалистов отрасли применение инновационных опор вызывает вопросы. В частности, как композитная опора будет принимать на себя токи молнии и короткого замыкания, закрепляться в проблемных грунтах, не возникнет ли проблем в связи с тем, что опора очень гибкая и может существенно отклоняться? По всей вероятности, исчерпывающие ответы появятся, когда будут подведены итоги опытной эксплуатации композитных опор.

 

Разработаны различные типы конструкций решетчатых опор (фото О. Никитина)

 

Когда подумаем о красоте?

В перспективе при создании опор ЛЭП упор будет делаться не только на экономическую составляющую, но и на эстетическую. Наверное, каждому приходилось видеть, как громоздкая опора портит живописный природный пейзаж или неудачно вписывается в городскую застройку.

Первый способ решения проблемы — сделать опору как можно менее заметной. Для этой цели неплохо подходят более «аккуратные» на вид многогранные опоры, занимающие меньшую площадь.

Однако можно поступить и совершенно иначе, превратив инженерную конструкцию в произведение искусства, своего рода местную достопримечательность. Естественно, ставить дорогостоящую дизайнерскую опору в глухой тайге нет никакого смысла. Речь идет об единичных экземплярах в курортных зонах, на въезде в крупные города и т.д., то есть там, где сохранить красоту ландшафта особенно важно.

Реализованные проекты уже есть в США — к примеру, опора в виде канделябра, роль свечей в котором играют изоляторы. В Финляндии достаточно широко используются опоры нестандартной формы, по вечерам их украшает разноцветная подсветка.

Но настоящий полет фантазии можно увидеть на эскизах, которые собирают дизайнерские конкурсы. Один из таких был проведен в Исландии в 2008 г. компанией Landsnet, управляющей национальной системой электроснабжения. Аналогичные конкурсы провели итальянская энергокомпания ENEL и Министерство энергетики Великобритании. В проектах опоры предстают в виде параболоидов, созвездий, растительных стеблей, языков пламени и даже великанов — мужчин и женщин, держащих провода в руках. Правда, техническая возможность воплощения большинства из этих смелых проектов на практике вызывает сомнения.

 

Установка многогранной опоры на ВЛ 220 кВ «Печорская ГРЭС-Ухта-Микунь» (фото ООО «ГК ЭФЭСк»)

 

Тем временем, поиски опор необычной формы продолжаются. На выставке Tecnopolis 2012 в Аргентине была представлена выполненная в металле 45-метровая опора в виде робота по имени Colosso.

Не остаются в стороне и российские дизайнеры. Так, в компании «ДизайнДепо» (г. Москва) созданы эскизы опор ЛЭП для олимпийских объектов в Сочи. Предлагается раскрасить многогранные опоры под Гжель, Палех и Хохлому, или более сложный вариант — сделать опоры в виде объемных фигур — медведей и оленей или цифр «2014».

Возможно, распространение современных материалов приблизит фантазии художников к реальности. Пока же российские энергетики делают упор на том, что в ближайшие годы в стране необходимо построить и реконструировать огромное количество линий электропередачи, и современная опора должна позволять делать это быстро. Кроме того, ей предписывается долго служить, не создавать проблем в эксплуатации и при этом недорого стоить.

К решению данной задачи надо подходить комплексно. Особое внимание должно уделяться разработке фундаментов и траверс опор. Необходимы типовые проектные решения по применению современных опор и математические модели для их проектирования.

 

Екатерина Зубкова

На первой фото - дизайнерский проект опор с конкурса, организованного компанией Landsnet, управляющей национальной системой электроснабжения в Исландии

 

Читайте также: