Прокладка участков сверхвысоковольтной линии электропередачи под землёй

Page 1
background image

Page 2
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 5, 2013, www.kabel-news.ru

40

Актуально

ÊÀÁÅËÜÍÛÅ ËÈÍÈÈ

Прокладка участков 
сверхвысоковольтной линии 
электропередачи под землёй

*

ВВЕДЕНИЕ

Целью данной публикации является подроб-

ный анализ факторов, которые необходимо при-
нимать во внимание при возможной частичной 
прокладке СВВ ЛЭП под землёй при использова-
нии кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена 
(XLPE-кабель).

Компания операторов систем передачи (TSO) 

планирует реализовать в Европе, в частности, в 
Германии и Нидерландах, несколько проектов, в ко-
торых часть линий электропередачи на напряжение 
400 кВ будет проложена под землёй. Эти проекты 
будут реализованы в соответствии с национальным 
законодательством, которое налагает ограничения 
на строительство новых ВЛЭП вблизи жилых домов. 
В этом случае регулирующие организации позволя-
ют TSO перекладывать дополнительные затраты на 
конечных потребителей.

В целом, технология хорошо себя зарекомендова-

ла, накапливается опыт технического обслуживания 
и эксплуатации, но стоимость подземной кабель-
ной линии будет выше, чем эквивалентной секции 
ВЛЭП. Более высокие затраты требуют согласова-
ния с регулирующими органами, но стоимость соб-
ственно передачи электроэнергии составляет лишь 
малую часть (например, около 3%) общей платы 
за электроэнергию и может быть распределена на 
28 миллионов потребителей электричества по всей 
Великобритании. 

ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ 

ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ 

XLPE-КАБЕЛЕЙ

Компании, которые входят в Европейскую ор-

ганизацию операторов систем передачи (TSO) и в 
Europacable, имеют более чем 25-летний опыт ком-
мерческой эксплуатации XLPE-кабелей:
•  XLPE-кабели на сверхвысокое напряжение 220 и 

275 кВ используются более 20 лет;

*   Представленный выше перевод является сокращен-

ной версией оригинальной работы, ее источник — 
http://www.stirlingbeforepylons.org/docs/Europacable
PaperStirlingMitigation.pdf.

•  XLPE-кабели на сверхвысокое напряжение 400 кВ 

применяются более 14 лет, самый старый XLPE-
кабель эксплуатируется в Копенгагене с 1996 г.; 
большая часть проектов была успешно заверше-
на в течение нескольких последних лет;

•  самая протяжённая двухцепная система с исполь-

зованием сверхвысоковольтного XLPE-кабеля 
напряжением 500 кВ (прокладка в тоннеле) экс-
плуатируется в Японии с 2000 г.;

•  кабельные линии на напряжение 220 кВ длиной 

1100 км и на напряжение 400 кВ протяжённостью 
200 км, проложенные в Европе, подтвердили эф-
фективность технологии, в основе которой лежит 
стандарт 62067 МЭК. Эта технология, как обще-
признано, соответствует уровню современных 
требований, несмотря на то, что каждый проект 
в силу своих специфических особенностей уника-
лен.

КОНСТРУКЦИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКА 

XLPE-КАБЕЛЯ 

XLPE-кабели могут поставляться строительными 

длинами до 1150 м. Как правило, для линий электро-
передачи напряжением 400 кВ строительная длина 
кабеля составляет 700—1000 метров.

Конструкция высоковольтного кабеля содержит 

следующие элементы: медный проводник (альтерна-
тива – Al); 2 полупроводника; XLPE-изоляцию; влаго-
поглотитель; металлический экран и влагоизоляцию 
(фольга, ламинированная алюминием), а также на-
ружную оболочку из полиэтилена.

Основное ограничение на строительную длину 

кабеля связано с логистикой: необходимо оценивать 
вес и габариты кабельного барабана с точки зрения 
возможности его транспортировки (рис. 1).

Барабаны с кабелем обычно перевозятся в не-

обходимое место по железной дороге или автотран-
спортом. Типовой кабельный барабан имеет внешний 
диаметр 4,2 м, ширину 2,5—3 м и вес 35—40 тонн. 

ПРОКЛАДКА XLPE-КАБЕЛЕЙ

XLPE-кабели могут прокладываться непосред-

ственно в грунт или в тоннелях, кабельных траншеях 
или трубах в соответствии с требованиями, связан-


Page 3
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 5, 2013, www.kabel-news.ru

41

Актуально

ÊÀÁÅËÜÍÛÅ ËÈÍÈÈ

ными с окружающей средой, для усиления защиты 
от внешних повреждений или для облегчения про-
кладки других кабелей.

Типовая глубина непосредственной прокладки 

в грунте — около 1,5 м. В таких случаях извлечён-
ный грунт (70—80%) может быть помещён обратно 
в траншею, если это песок, глина, мелкий гравий 
или любая их смесь. Почва не должна вывозиться с 
места строительных работ. XLPE-кабель засыпает-
ся песком, а в некоторых случаях — смесью песка 
и слабого цемента для обеспечения лучшего тепло-
отвода. 

Такой тип прокладки кабеля в основном исполь-

зуется в сельской местности. При прокладке кабеля 
в кабельных каналах или трубах для обеспечения 
дополнительной механической защиты от внешних 
повреждений облегчается доступ к кабелю (рис. 2).

В тех случаях, когда прокладка вблизи поверхно-

сти грунта невозможна, кабель может быть проло-
жен в тоннелях.

Секции кабеля соединяются каждые 700—

1000 м в так называемых кабельных колодцах. Как 
правило, эти кабельные колодцы имеют размер 
10х2,5 м и глубину 2,1 м. Определение мест рас-
положения кабельных колодцев является одной из 
задач проектирования линии (рис. 3).

Кабельные колодцы могут располагаться непо-

средственно в земле, от которой они отделены толь-
ко слоем песка. В случае необходимости они могут 
быть размещены в подземной инфраструктуре.

Эти сооружения почти или совсем не видны над 

поверхностью земли. Технологические разработки 
сборных соединительных узлов и устройств раздел-
ки концов кабелей существенно облегчают возведе-
ние кабельных колодцев на месте, сокращают вре-
мя, необходимое для осуществления их монтажа.

Транзитные станции для заделки кабельных 

окончаний предназначены для соединения ВЛЭП с 
её секциями, проложенными под землёй. Размеры 
транзитной станции в большой степени зависят от 
пропускной способности линии передачи и конструк-

ции устройств защиты, которые необходимо исполь-
зовать в этой линии.

Площадь транзитной станции лежит в пределах 

2000—4000 м

2

, в зависимости от рабочего напря-

жения, количества цепей и типа дополнительно-
го оборудования или вспомогательных устройств, 
устанавливаемых на станции. Эти составляющие 
оборудования транзитных станций часто могут раз-
мещаться в экранах (рис. 4).

К компонентам транзитных станций относятся око-

нечные устройства, разрядники для защиты от атмос-
ферных перенапряжений, заземляющие устройства, 
анкерные крепления растяжек вышек ЛЭП. В зависи-
мости от требований TSO к конкретному проекту на 
транзитной станции могут размещаться трансформа-
торы напряжения и тока, а также объекты для уста-
новки дополнительного оборудования.

Кабельные вводы обычно монтируются внутри 

транзитных станций на концах кабельной линии. 
В некоторых случаях кабельные вводы устанавли-
ваются на транзитных станциях — воздушная ли-

Рис. 1. Перевозка барабанов с XLPE-кабелем

 на грузовике

Рис. 2. Проложенная в трубах и закопанная в 

землю кабельная система 

Рис. 3. Пример соединительного отсека, 

непосредственно размещённого в земле 


Page 4
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 5, 2013, www.kabel-news.ru

42

ния передачи/подземный кабель, а при напряжении 
275 кВ и ниже могут непосредственно устанавли-
ваться на последней опоре ВЛЭП.

Кабельное окончание может быть изготовлено из 

фарфора или композитных материалов (рис. 5).

На основании предварительных испытаний на со-

ответствие техническим условиям с циклическими 
нагрузками по стандарту IEC 62067 XLPE-кабели и 
вспомогательное оборудование проектируются та-
ким образом, чтобы обеспечить продолжительность 
срока их службы — порядка трёх десятилетий.

Системы мониторинга, работающие в режи-

мах оперативном и ручного управления, позволяют 
осуществлять контроль состояния (линии) на осно-
вании измерений температуры кабеля и регистра-
ции возможных частичных разрядов для принятия 
своевременных мер, обеспечивающих заданный 
срок его службы.

В соответствии с существующим стандартом 

IEC 62067 результаты предварительных испытаний 

кабельных линий на соответствие техническим тре-
бованиям должны быть оформлены специальным 
протоколом. Процесс предварительных испытаний 
продолжается 12 месяцев, его цель — продемон-
стрировать удовлетворительную работоспособность 
полной кабельной системы (кабель и вспомогатель-
ное оборудование) в течение продолжительного 
времени.

Некоторые организации, в частности, МЭК и 

СИГРЭ,  продвигают свой лучший опыт и разра-
батывают правила, гармонизирующие основные 
принципы технологии высоковольтных кабелей. Это 
гарантирует необходимый минимальный уровень 
стандартизации и качества. 

Время, необходимое для строительства кабель-

ной линии, зависит от характеристик кабельной 
трассы, типа прокладки кабеля и необходимых стро-
ительных работ.

На строительство линии Turbigo-Rho, в которой в 

подземной секции на напряжение 400 кВ вдоль до-
роги было установлено 6 кабелей длиной 8,4 км, по-
требовалось 14 месяцев. При этом пришлось пере-
сечь множество других инфраструктур, используя 
направленную проходку.

Почва в основном состояла из смеси глины и 

гравийных камней. Минимальная глубина проклад-
ки составляла 1,2 м в соответствии с итальянскими 
стандартами.

Среднее время строительства (непосредствен-

ная прокладка в грунт) составило 1,5 мес./км, вклю-
чая рытье траншеи (на цепь), прокладку кабеля и 
засыпку траншеи. Собственно на прокладку кабеля 
потребовались 1—2 дня на фазу. 

После завершения установки линии могут потре-

боваться дополнительные испытания, включая тесты 
на частичные разряды во вспомогательном оборудо-
вании и монтажных узлах. На это может уйти около 
недели, в зависимости от длины испытуемой секции 
и количества узлов, которые необходимо тестиро-
вать. Следует заметить, что целью испытаний после 
установки линии является проверка того, что такие 
операции, как прокладка кабеля, монтаж разъёмов 
и кабельных вводов, выполнены надлежащим об-
разом. Качество кабеля и вспомогательных узлов, 
проверенных предварительно в заводских условиях, 
контролю не подвергается.

ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ 

И ПОТЕРИ В СЕТЯХ

Кабель проектируется таким образом, чтобы он 

мог работать при потоках нагрузки в нормальных и 
аварийных условиях в соответствии с требованиями 
эксплуатации сети с учётом необходимой надёжно-
сти и непрерывности передачи электроэнергии.

При интеграции частей линий электропередачи, 

проложенных под землей, в ВЛЭП могут быть рас-

Рис. 4. Транзитная станция для перехода 

ВЛЭП/кабель 400 кВ

Рис. 5. Кабельное окончание на 400 кВ

Актуально

ÊÀÁÅËÜÍÛÅ ËÈÍÈÈ


Page 5
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 5, 2013, www.kabel-news.ru

43

смотрены и дополнительные вопросы — ситуация с 
реактивной мощностью, защита, порядок коммута-
ции и др.

Типовая ВЛЭП состоит из двух систем, каждая 

из которых способна пропускать номинальный ток 
3600 А. Для удовлетворения требований (n-1) на-
грузка каждой из двух кабельных цепей должна со-
ставлять до 70% (2520 А) при нормальных условиях 
работы. В случае отказа одной из систем остав-
шаяся должна работать при токе 3600 А в течение 
всего аварийного периода.

Поперечное сечение кабеля, как правило, вклю-

чает одиночные медные проводники (иногда алю-
миниевые), и обычно диаметр поперечного сечения 
кабеля больше, чем поперечное сечение проводов 
ВЛЭП (обычно алюминиевых), хотя при использова-
нии витых проводов в ВЛЭП диаметры поперечных 
сечений могут быть равными. Однако медь обладает 
меньшим сопротивлением, чем алюминий. При этом 
при одинаковых токах потери в кабелях ниже, чем 
в ВЛЭП. Необходимо также обращать внимание на 
потери в металлических оболочках в подземных ка-
бельных линиях, которые зависят от конфигурации 
прокладываемой линии, типа соединения металли-
ческих оболочек и др.

Потери в ВЛЭП и в подземных участках кабель-

ных линий зависят от диаметра провода и кабеля, 
числа проводников и количества систем на цепь 
передачи, от необходимости охлаждения, от компен-
сации реактивной мощности. Потери также могут 
значительно зависеть от реальной нагрузки в линии. 
Следовательно, расчёт величины потерь должен 
производиться в каждом конкретном случае.

Однако подземные кабельные части линии 

электропередачи длиной несколько километров 
могут быть причиной лишь небольшой части всех 
потерь.

НАДЁЖНОСТЬ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 

С ПОДЗЕМНЫМИ КАБЕЛЬНЫМИ 

УЧАСТКАМИ

Системы с XLPE-кабелями перед вводом в экс-

плуатацию подвергаются проверочным испытаниям 
в соответствии со стандартами МЭК при уровнях те-
пловых и механических нагрузок, превышающих ра-
бочие значения. Прошедшие испытания кабельные 
системы тщательно проверяются перед отправкой и 
вводом в эксплуатацию:
•  производство XLPE-кабеля и всех компонентов 

системы проходит контроль и стандартные испы-
тания для подтверждения соответствия нормам 
качества, определённым международными стан-
дартами;

•  в процессе монтажа линии кабельные систе-

мы подвергаются приёмочным испытаниям для 
подтверждения того, что линия проложена и 

смонтирована в соответствии с заданными тре-
бованиями.
После завершения строительства линии XLPE-

кабельная система находится в безопасности и хо-
рошо защищена от влияния внешних погодных усло-
вий (наводнения, оползни, лавины). 

Системы мониторинга позволяют осуществлять 

тщательный контроль за состоянием кабеля, для 
того чтобы избежать перегрева кабельной системы.

Принимая во внимание значения вероятности 

аварий в сверхвысоковольтных кабелях и монтаж-
ных узлах, а также данные СИГРЭ, для любой ка-
бельной системы можно рассчитать вероятность 
отказа. Если длина кабельной секции, проложенной 
под землей, равна 10 км (строительная длина ка-
беля — 1000 м), то вероятность отказов для одной 
смонтированной системы составит 0,0307 отказа в 
год. Это эквивалентно 33 годам между отказами.

Ширина траншеи зависит в основном от:

•  необходимой пропускной способности линии;
• состояния 

почвы;

•  существующих вблизи инфраструктур (дороги, 

скоростные шоссе, железные дороги, реки и др.),

•  наличия других кабельных систем, расположен-

ных в непосредственной близости от вновь про-
ложенных;

•  доступного для использования пространства. 

Каждая цепь прокладывается в траншее глуби-

ной приблизительно 1—1,5 м и шириной от 1 до 2 м. 
Если две системы должны быть установлены в двух 
раздельных траншеях, расстояние между которыми 
составляет 5 м, общая ширина занимаемого участка 
будет не более 10 м. Если необходимо проложить три 
траншеи, то общая ширина занимаемого участка бу-
дет не более 15 м. Если требуется проложить четыре 
траншеи, то потребуется полоса земли шириной не 
более 20—25 м. В любом случае всегда должна су-
ществовать возможность доступа к кабельным си-
стемам вдоль всей трассы (рис. 6, 7, 8).

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗЕМЛИ

Единственным ограничением на использование 

земли для прокладки части линии электропередачи 
в виде подземных кабельных секций является нали-
чие деревьев с глубокими корнями на трассе плюс 
запас по ширине до 5 м для предотвращения про-
никновения их корней в кабельную траншею. Кроме 
того, не должно быть никаких ограничений на воз-
делывание земли, включая сельскохозяйственные 
работы. Прокладка кабелей должна осуществляться 
на глубине, достаточной для того, чтобы избежать 
любых повреждений кабельных траншей и соб-
ственно кабеля при проведении сельскохозяйствен-
ных работ на земле над проложенными кабелями. 
Трасса прокладки кабелей должна проходить мимо 
любых зданий.

Актуально

ÊÀÁÅËÜÍÛÅ ËÈÍÈÈ


Page 6
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 5, 2013, www.kabel-news.ru

44

Во время эксплуатации температура кабеля бу-

дет повышаться в зависимости от величины проте-
кающего тока и коэффициента нагрузки. Распреде-
ление тепла в окружающей почве зависит от вида 
засыпочного материала. Влияние излучения тепла 
на температуру почвы носит локальный характер и 
весьма ограничено. Только при условии работы на 
полную нагрузку почва непосредственно над кабель-
ной траншеей может нагреваться примерно на 2

о

С. 

Если нагрузка меньше, эта цифра будет меньше. 
В случае необходимости тепловой эффект может 
быть дополнительно снижен использованием кабеля 
с проводящей жилой большего поперечного сечения.

ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА ВО ВРЕМЯ 

ПРОКЛАДКИ И МОНТАЖА 

Работы по строительству подземных кабельных 

участков высоковольтной линии электропередачи 
могут оказывать существенное влияние на окру-
жающую среду. Для прокладки кабельных траншей 
и транспортировки барабанов с кабелями требуется 
тяжёлая техника. На время строительных работ к ме-
сту их проведения необходимо обеспечить прокладку 
подъездных дорог. Эти дороги после завершения ра-
бот должны быть ликвидированы. При этом решают-
ся вопросы необходимого доступа к кабельной трас-
се во время эксплуатации линии электропередачи.

Водные преграды или менее значимые участ-

ки суши могут быть пересечены с использованием 
техники бурения для обеспечения возможности про-
кладки кабелей. Таким образом могут быть преодо-
лены расстояния до 1 км.

В большинстве случаев кабельные системы про-

кладываются непосредственно в грунт, при этом 70—
80% почвы должно быть снова внесено в траншею. 
На время строительства вынутый грунт может разме-
щаться вдоль прокладываемой траншеи. Вплоть до 
30% засыпочного материала должно доставляться к 
трассе из отдалённых от строительства мест (рис. 9).

В зависимости от типов выращиваемых овощей 

земля обычно поливается в течение 18—24 месяцев. 
Площадь под овощами над кабельной трассой долж-
на планироваться таким образом, чтобы избежать 
нежелательного проникновения воды в кабельную 
трассу за всё планируемое время службы кабельной 
системы.

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ 

СТРОИТЕЛЬСТВА ВЛЭП С ПОДЗЕМНЫМИ 

КАБЕЛЬНЫМИ СЕКЦИЯМИ

В целом, с учётом сложности технологии и мас-

штаба строительных работ стоимость строитель-
ства километра подземной кабельной линии всегда 
выше, чем ВЛЭП той же длины.

Каждый проект уникален, и полная экономиче-

ская оценка строительства подземной кабельной 
линии должна производиться с учётом стоимости 
прокладки и монтажа, планируемого срока служ-
бы, влияния на землю, мер по защите окружающей 
среды и т.д. В результате стоимость подземной ка-
бельной линии может оказаться в 3—10 раз больше. 
Некоторые проекты, в которых строятся кабельные 
тоннели, могут оказаться ещё дороже из-за высокой 
стоимости строительных работ, которые могут со-
ставить до 60% от общей стоимости строительства. 
Когда речь идёт о строительстве ЛЭП с подземными 
кабельными участками, увеличение коэффициента 
стоимости строительства относится только к послед-
ним. Этот коэффициент должен учитывать специфи-
ческие требования к проекту, включая, в случае 

Рис. 6. Пример одиночной системы переменного 

тока на напряжение 400 кВ, мощность — 

1250 МВА

Рис. 7. Пример двухцепной линии переменного 

тока на 400 кВ, мощность — 2500 МВА

 

Рис. 8. Пример двух двухцепных линий 

переменного тока на напряжение 400 кВ, 

общая мощность — 5000 МВА

 

Актуально

ÊÀÁÅËÜÍÛÅ ËÈÍÈÈ


Page 7
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 5, 2013, www.kabel-news.ru

45

необходимости, стоимость транзитных станций и 
оборудования компенсации.

По опыту, приобретённому TSO во Франции (RTE), 

для подземных участков с пропускной способностью 
3000—4000 МВА стоимость подземного кабельного 
участка лежит в диапазоне 5—9 млн евро за кило-
метр. В процессе эксплуатации кабельная система 
почти не требует технического обслуживания. Систе-
мы мониторинга позволяют наблюдать за частичны-
ми разрядами. Как любой коридор, занятый линией 
передачи, кабельная трасса должна регулярно ин-
спектироваться для предотвращения её разрушения.

Как уже отмечалось, поскольку кабельная ВЛЭП 

составляет лишь ограниченную часть общей длины 
линии электропередачи, она не может значительно 
влиять на эксплуатационные расходы всей линии. 

В ходе публичных дебатов о строительстве под-

земных кабельных линий обсуждается множество 
дополнительных статей расходов. Некоторые из них 
не поддаются количественному описанию из-за от-
сутствия понятных и прозрачных критериев. Тем не 
менее необходимо принимать во внимание социаль-
ные аспекты, такие, как влияние ВЛЭП на визуаль-
ную панораму и стоимость недвижимости вблизи 
трассы линии электропередачи или величина ком-
пенсации владельцам отчуждаемой для прокладки 
линии электропередачи земли.

Если только одна десятая общей длины линии 

электропередачи проложена под землей и величина 
инвестиций в подземную кабельную часть в 3—10 раз 
больше воздушной секции такой же длины, строи-
тельство подземных кабельных участков приведёт к 
увеличению инвестиций в целом в 1,2—2 раза, без 
учёта стоимости транзитной станции, компенсато-
ров реактивной мощности и т.д. 

Перевод Святослава ЮРЬЕВА

Рис. 9. Кабельная трасса в сельской местности

Актуально

ÊÀÁÅËÜÍÛÅ ËÈÍÈÈ


Читать онлайн

В статье приводится подробный анализ факторов, которые необходимо принимать во внимание при возможной частичной прокладке сверхвысоковольтной ЛЭП под землей при использовании кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»