Линии электропередач подразделяются на два основных вида – воздушные, провода которых подвешены над землей или над водой, и подземные (подводные) ЛЭП, силовые кабели которых прокладываются непосредственно под землей или в специально созданных для этого тоннелях.
ЛЭП
Воздушные линии электропередачи являются одним из основных звеньев современных энергосистем. Напряжение в линии зависит от ее протяженности и передаваемой по ней мощности. По воздушным ЛЭП электрическая энергия передается на значительные расстояния по проводам, прикрепленным к опорам (столбам) с помощью изоляторов.
Подземная линия электропередачи состоит из одного или нескольких кабелей, стопорных, соединительных и концевых муфт (заделок) и крепежных деталей, а ЛЭП, содержащая маслонаполненный или газонаполненный кабель, снабжается также подпитывающей системой и сигнализацией давления масла (газа). Кабели прокладываются в земле, в траншеях на глубине 0,8-1 м, в кабельных каналах, блоках или тоннелях. Наиболее экономична подземная прокладка кабелей – до шести кабелей в одной траншее при расстоянии между кабелями 0,2-0,3 м. В одном тоннеле допускается прокладка не менее 20 кабелей.
Пропускная способность подземных кабельных линий ограничивается условиями прокладки, и вследствие технических причин длина кабельных линий не превышает 1 012 км. То есть, по сути подземные ЛЭП являются локальными и менее распространены.
История
Первые кабельные линии, появившиеся в России (в конце 70-x годов XIX в.), были именно подземными (радиус действия – 1 км, напряжение – 2 кВ). Электроэнергия, поступавшая в кабельную сеть, использовалась главным образом для освещения частных домов.
Несмотря на то, что кабельные линии широко используются уже на протяжении половины века, только сейчас современные технологии проектирования и производства позволяют стать им эффективной альтернативой воздушных линий электропередач.
Подземные линии применяются при прокладке электрических сетей на территории городов и промышленных предприятий. В больших городах, где прокладка воздушных линий электропередач представляет собой трудности (ввиду плотной застройки), основным средством передачи электрической энергии становятся подземные высоковольтные кабельные линии на напряжение 220 кВ и выше, что делает их основой современной энергосистемы города. Но их стоимость в 2-3 раза выше стоимости воздушных линий электропередач.
Один из недостатков воздушных линий ЛЭП – несмотря на свою «воздушность», они занимают много места. С точки зрения энергетического законодательства существует запрет на строительство в охранной зоне ЛЭП, которая обычно составляет до 25 метров. Перекладка ЛЭП под землю сокращает охранную зону до одного метра.
Территории многих крупных городов давно вышли за рамки «разрешенных к застройке». Поэтому власти и строительные компании мегаполисов ищут новые резервы для строительства. И одним из таких резервов являются участки под линиями электропередач. К примеру, по подсчетам московских властей, под этими сооружениями недоступными для строителей остаются сотни гектаров.
Подземные ЛЭП. Декларируемые преимущества
Отличительными возможностями высоковольтных кабельных линий являются:
- Гибкость при проектировании систем энергоснабжения.
Подземные кабели обладают уникальными свойствами по передаче энергии – они невидимы на поверхности земли и не требуют глубокого закапывания, не излучают электрических полей и могут быть спроектированы так, чтобы не излучать магнитные поля, имеют улучшенные характеристики по потере мощности, высокую стойкость при аварийных нагрузках. В результате подземные кабели можно использовать в местах плотной застройки, реках и сложных геологических условиях, местах, где требуется сохранение окружающей среды, ландшафтов, значимых строений, памятников искусства, местах, зарезервированных для будущего строительства, и т. п.
- Приемлемая рентабельность.
Основным сдерживающим фактором использования подземных кабелей в прошлом была их высокая стоимость. Сегодня себестоимость их производства значительно снизилась за счет применения новых технологий и увеличения производительности оборудования, и хотя стоимость прокладки подземных кабельных сетей по-прежнему проигрывает затратам на возведение воздушных линий электропередач, все-таки этот способ становится все более доступным. Ожидается, что проектировщики систем электроснабжения все чаще будут останавливать свой выбор на подземных кабельных сетях как на экономически выгодном и технологически эффективном средстве создания энергетической системы города.
- Повышенная надежность.
Подземные линии ЛЭП менее восприимчивы к тяжелым погодным условиям, таким как: штормы, землетрясения. Воздушные ЛЭП более подвержены износу, чем подземные. Работа последних не будет зависеть от ураганов, снегопадов и так далее, соответственно, срок службы кабельных линий намного дольше обычных.
Современные кабельные сети используют поперечно сшитый полиэтилен (XLPE) в качестве основного изоляционного материала, который уже 20 лет подтверждает свою высокую надежность. Кабельные линии из сшитого полиэтилена более надежны и удобны в эксплуатации, обладают более высокой пропускной способностью, максимально защищены от внешних атмосферных воздействий и охотников за цветным металлом. В будущем это даст возможность сократить затраты на обслуживание и ремонт линий.
Гарантийный срок службы кабеля составляет 10 лет, что сопоставимо с опытом применения кабельных линий за рубежом. Поскольку кабель напряжением 330 кВ и даже 220 кВ в России пока не производится, в ближайшей перспективе при строительстве подземных кабельных ЛЭП будет применяться продукция зарубежных компаний.
- Снижение потерь мощности (энергосбережение).
Подземные кабели содержат большое количество меди, наиболее токопроводящего металла, который работает при более низких температурах, в результате чего на 30% снижаются потери при высоких нагрузках по сравнению с воздушными линиями электропередач, а следовательно, повышается рентабельность всей энергосистемы. Сочетание этих качеств позволяет снабжать электроэнергией потребителей с максимальной эффективностью, что особенно важно в целях сохранения окружающей среды и экономии энергоресурсов.
- Современные технологии монтажа.
Новые технологии сочленения участков кабеля и прокладки его в грунте позволяют реализовывать проекты создания энергетических систем в течение нескольких месяцев при том, что раньше на это уходили годы. В тех местах, где невозможно прокопать кабельную траншею или канал, кабели монтируются в туннелях. В некоторых случаях использование уже существующих туннелей позволяет снизить стоимость работ.
- Возможность мониторинга состояния кабеля.
Подземные кабельные сети не только исчезают из визуального пространства, но и значительно сокращают стоимость обслуживания по сравнению с воздушными линиями. Для сокращения времени аварийного отключения операторы энергетических систем могут измерять температуру высоковольтного кабеля по всей его длине с шагом полметра с помощью оптического волокна, вмонтированного в наружную оболочку кабеля. Такой мониторинг позволяет управлять общей нагрузкой всей сети, оптимально перераспределяя ее между линиями не допуская перегрузок. В случае повреждения кабеля вследствие перегрузки или внешнего воздействия система мониторинга с точностью до метра определит место повреждения, что значительно сократит время на устранение аварии.
Возможности и сложности
И все-таки при всех преимуществах, подземные электрические кабели имеют свои недостатки. Они довольно существенны, даже если опустить часто встречающиеся юридические сложности с оформлением земель, освобождающихся от сооружений воздушных ЛЭП.
Стоимость
Во-первых, такой процесс по-прежнему не дешев, как уже было сказано выше. Как строительство новых линий, так и перенос существующих ЛЭП под землю – процедура дорогостоящая. На юго-западе Москвы недавно был реализован один из проектов по переносу ЛЭП в подземный коллектор. В рамках проекта перекладка километра проводов стоила около 1 млн евро.
В Подмосковье это немного дешевле. Подсчет стоимости перекладки ЛЭП в Химках показал, что около 600 метров проводов «упаковать» в кабель стоит 400 тыс. евро. Учитывая то, что в Москве стоимость этих затрат выше, получается, что один метр ЛЭП можно перебазировать за 1 тыс. евро.
Очевидно, что далеко не каждая компания может позволить себе такие затраты, однако каждый «спрятанный» метр ЛЭП позволяет освободить под застройку 25 м² площадки. Поэтому такие планы время от времени реализуются.
Сложности ремонта и восстановления
Подземные электрокабели используются уже давно, в том числе и в России, поэтому уже существует некоторая практика их эксплуатации. В связи с их возрастом некоторые участки имеют такую высокую степень изношенности, что не выдерживают.
В 2004 году из строя вышли электрокабели в Сочи. По улице имени Орджоникидзе проходят три подземных кабеля, которые эксплуатируются более 20 лет. Один был поврежден несколько месяцев назад, после чего вся нагрузка легла на оставшиеся два кабеля.
Иногда случаются пожары. Так, например, было в Москве в 2002, 2006 годах. В последнем случае под землей загорелись электрокабели, питающие Таганский, Мещанский, Басманный районы и Марьину Рощу. Без света осталось 350 домов в центре Москвы.
Борьба с огнем может быть затруднена, если кабели не удается сразу обесточить. В настоящее время для проводки электричества используются более современные кабельные системы, снижающие риск возгорания, однако полностью исключить его нельзя.
Безопасность для людей
Также возникают вопросы безопасности. Впервые опасное воздействие электромагнитных полей ЛЭП на человеческий организм было обнаружено в 60-х годах ХХ в. В ходе исследований разрабатывались нормативы безопасного расстояния от жилых домов до линий электропередачи (ЛЭП). Напряжение электрического тока в линиях электропередач может быть разным, а поэтому следует различать безопасное и опасное напряжение. Дальность воздействия магнитного поля, создаваемого ЛЭП, прямо пропорциональна мощности самой линии.
Надо отметить, что результаты исследований о влиянии индуцированных ЛЭП электромагнитных волн разных частот на здоровье человека весьма противоречивы, но тем не менее, потенциальную опасность нельзя недооценивать. Кроме того, несмотря на то, что магнитное поле во всем мире сейчас считается наиболее опасным для здоровья, предельно допустимая величина магнитного поля для населения в России не нормируется. Поэтому большая часть ЛЭП в России строилась практически без учета этой опасности.
Понятно, что вредное воздействие касается всех видов ЛЭП – как воздушных, так и подземных. Однако исследования проводились в большей степени для изучения влияния воздушных ЛЭП. Что же касается влияния от высоковольтных линий, проложенных под землей, то здесь все сложнее. Электромагнитное излучение подземных ЛЭП и его воздействие на человеческий организм изучено еще меньше.
Прокладывание линий под землей предлагается с целью использования этих земель, в том числе и под жилищную застройку. Потенциальные застройщики земель, освобождаемых от ЛЭП, а вместе с ними и московское правительство, утверждают, что современные технологии позволят полностью изолировать электромагнитное излучение. Для этого планируется использовать коаксиальные кабели, прокладываемые в специальных экранирующих коллекторах. Однако контролировать влияние электромагнитного поля в таком случае весьма затруднительно, поскольку люди лишены информации о том, что находится у них под фундаментом (воздушные линии ЛЭП хотя бы видны невооруженным взглядом).
«Застроенность» подземелья
Предполагается, что закапывать линии электропередачи под землю – значит освобождать поверхность территории города для ее более эффективного использования. Однако стоит заметить, что под городской землей находится не пустое, а в некоторых случаях, даже более плотно «застроенное» пространство. Это и многочисленные подземные коммуникации, промышленные конструкции, линии связи (в том числе и спецсвязи), элементы сооружений метрополитена и т. д. и т. п. Ситуации, когда в процессе строительных работ повреждается подземная инфраструктура, встречаются в крупных городах сплошь и рядом.
Таким образом, плотность застройки свойственна крупным городам в полной мере, и ограничение по свободному подземному пространству выступает существенным сдерживающим фактором распространения кабельных сетей.
Перспективы
Однако подземные кабели все равно будут строить. Стимулом для строительства нового вида электроснабжения выступают не только интересы застройщиков, но и государство. Приведем несколько примеров строительства подземных ЛЭП в ряде российских городов.
Омск
Осенью 2008 года была проведена прокладка мощного энергетического тоннеля под дном Иртыша. Почти 8-километровая кабельная линия мощностью 110 киловольт, проложенная на глубине 11 метров под дном в трубопроводах диаметром 600 и 800 мм, обеспечит энергоснабжение быстро растущих новых кварталов левобережной части миллионного города. Судоходству на Иртыше обеспечивается полная безопасность.
Необходимо отметить, что в Омске с 2008 года компанией «Омскэнерго» начата реализация программы по замене воздушных линий электропередач кабельными, проложенными под землей с целью освобождения территорий для строительства. Согласно этой программе, до 2015 года в Омске планируется проложить под землей 80 километров кабельных ЛЭП, 40 километров из которых будут проложены заново, а остальные 40 километров заменят действующие воздушные ЛЭП.
Оценочная стоимость программы составляет 6,5 миллиарда рублей. Километр кабельной прокладки стоит около 43 миллионов рублей, что гораздо дороже, чем строить воздушные ЛЭП. По окончании реализации программы будет принято решение о продолжении или непродолжении перевода воздушных ЛЭП на подземные.
Белгород
«Белгородэнерго» реконструирует 62 километра подземных кабельных ЛЭП. В 2010 году энергетики планируют реконструировать такие линии электропередачи. При модернизации ЛЭП будут применять современное оборудование и новые технологии, которые позволят улучшить пропускную способность сетей.
С этого года специалисты «Белгородэнерго» предполагают перейти к внедрению современного кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена. Такой кабель по сравнению с кабелем в бумажно-масляной изоляции, который использовали ранее, более надежен в эксплуатации и устойчив к воздействию агрессивных сред. Он имеет большую пропускную способность, низкий вес, коэффициент его повреждаемости сводится к минимуму.
В регионе используются не только подземные кабельные линии, но и наземные. В области кабельные линии используются более 50 лет. В настоящее время их протяженность составляет порядка 5 900 км. В основном кабель применяется в Белгороде и Старом Осколе, малая доля – в отдельных населенных пунктах региона. В Белгороде кабельные сети составляют примерно 70 % от общего объема ЛЭП.
Сочи
Уникальное сооружение будет сдано в Сочи к 2012 году – строительство ЛЭП «Джубга-Псоу» длиной 120 км, которое уже началось. Особенность ее в том, что это подводная линия. На подводную ЛЭП не будут влиять атмосферные факторы. Всего в мире есть несколько подобных объектов – кабельная линия 500 кВ соединяет Нью-Йорк и Нью-Джерси и проходит по дну Атлантического океана, ее протяженность 80 км. В Австралии – кабель длиной 360 км соединяет Джорджтаун и остров Тасмания по дну Бассова пролива. Строительство ЛЭП в Нью-Йорке было завершено в 2007 году, а в Австралии – в 2006.
Санкт-Петербург
В 2007 году ОАО «Магистральные электрические сети (МЭС) Северо-Запада» занимались строительством подземных кабельных линий напряжением 330 кВ. Это участок ЛЭП между новой подстанцией «Ржевская» (Санкт-Петербург), Киришской ГРЭС и подстанцией «Восточная». Строительство шло в рамках инвестиционной программы ОАО «ФСК ЕЭС».
В середине 2009 года начато строительство подземной кабельной линии 330 кВ Центральная – Южная в Петербурге. Инвестиции в строительство составили 2,4 млрд руб., сообщает «АБН» со ссылкой на пресс-службу компании. Окончание работ запланировано на первый квартал 2010 года.
Строительство кабельной линии 330 кВ Центральная – Южная реализуется в рамках создания кольцевой схемы электроснабжения Петербурга по сети 330 кВ. До конца 2010 года в рамках данного проекта будет построена вторая цепь линии электропередачи 330 кВ Ленинградская – Колпино – Восточная, подстанции 330 кВ Центральная, Зеленогорская, Парнас и Василеостровская с кабельными линиями 330 кВ Западная – Василеостровская – Северная и Василеостровская – Завод Ильича.
Москва
В Москве построено уже достаточно подземных ЛЭП. В 2008 году у столичных властей были грандиозные планы популяризации подземных кабелей против воздушных линий ЛЭП, продиктованные высоким спросом на землю в черте города. При условии реализации этих планов московские власти активировали бы резервы для строительства нескольких миллионов квадратных метров жилья, а также для развития дорожной сети города. Как писала «Московская перспектива», линии и подстанции планируется убирать в подземные кабели, расчищая участки под новые стройплощадки, а также размещать их внутри объектов дорожного строительства, и в первую очередь в эстакадах дублеров столичных магистралей.
По данным ГУП «Мосгоргеотрест», в настоящее время по территории Москвы проходят ЛЭП общей протяженностью около 1 млн 260 тыс. м и напряжением от 6 до 500 киловатт. Они занимают площадь более 9 тыс. га, что составляет 10 % территории города, не считая 40 электроподстанций открытого типа, которые тоже занимают «драгоценное» место. Столичные архитекторы подчеркивают, что в европейских столицах ЛЭП уже давно не существует, поэтому программа о перенесении линий электропередачи под землю – это прогрессивный путь развития.
В 2007 году в Москве было построено 45 километров подземных коллекторов для ЛЭП, тогда как в 2006 году – всего 1,5 километра. Стоимость работ по переустройству воздушных линий электропередачи в подземные кабели достаточно высока и составляет от 100 до 500 млн руб. за километр.
В целом Московская инвестиционная программа по строительству и реконструкции линий электропередачи на 2006-2010 годы предусматривает увеличение протяженности кабельных линий с полиэтиленовой изоляцией с 27,9 до 392,4 км в однофазном исчислении.
Недавно появилась информация, что мэр Москвы предложил отказаться от прежней концепции проведения ЛЭП под землей. В связи с планами развертывания широкой постройки эстакад в Москве более выгодным вариантом представляется размещение ЛЭП на автомобильных эстакадах, на двухуровневых эстакадах (оба уровня находятся над землей. По первому уровню проходят кабели, а по второму – едут машины). В скором времени планируется построить несколько десятков километров подобных эстакад, чтобы разгрузить московские улицы и кольцевую дорогу.
Таким образом, несмотря на упомянутые ограничения, и в Москве, и в Петербурге, и в других крупных городах страны имеются планы дальнейшего развития подземной прокладки кабелей. Ведь данная технология все же больше подходит современным мегаполисам.
В. НИКОЛЬСКАЯ, директор по исследованиям агентства ABARUS Market Research
