Вышки электропередач против подземных систем: сравнение стоимости, обслуживания и эффективности

Вы когда-нибудь задумывались, зачем нужны подземные кабельные системы, если опоры линий электропередачи уже установлены? Влияет ли это на эффективность передачи электроэнергии или на другие факторы, например, на стоимость строительства? В этой статье представлено подробное сравнение и анализ опор линий электропередачи и подземных систем, с упором на три аспекта: стоимость, обслуживание и эффективность. Цель данной статьи — предоставить надежную основу для принятия решений энергетическими компаниями, инжиниринговыми подрядчиками и планировщиками проектов.

Что такое опоры линий электропередачи и подземные кабельные системы?

Базовое определение передающей башни

Вышки электропередачи , также известные как опоры линий электропередачи, представляют собой стальные или бетонные конструкции, используемые для поддержки и защиты высоковольтных линий электропередачи. Обычно они изготавливаются из уголковой стали или стальных труб, собираются с помощью болтов или сварки и способны выдерживать вертикальные нагрузки и боковое натяжение линий. К распространенным типам относятся подвесные опоры, натяжные опоры, угловые опоры и концевые опоры, каждый из которых выбирается в зависимости от выравнивания линии, пролета и нагрузки. Основная функция опоры линии электропередачи — поддержание безопасной высоты проводников, обеспечение безопасного расстояния между линиями и от земли, а также предотвращение коротких замыканий между фазами и потенциальных опасностей для персонала и объектов.

Введение в подземные кабельные системы

Подземные кабельные системы передают электроэнергию путем прокладки изолированных кабелей под землей. Они используют многослойную изоляцию и экранирующие конструкции, прокладывая высоковольтные кабели в подземных трубах, туннелях или траншеях для защиты от внешних помех и ущерба окружающей среде. Подземные кабели обычно состоят из проводника, изоляции, экрана и защитных слоев, что делает их пригодными для использования в городских условиях, где пространство ограничено или эстетически некрасиво.

Сравнение применимых сред и ограничений

Опоры линий электропередачи больше подходят для передачи электроэнергии на большие расстояния высокого напряжения, особенно в открытой или сельской местности. Они относительно экономичны в изготовлении и просты в обслуживании. Подземные кабельные системы часто используются в городских центрах, экологически уязвимых районах или районах с высокими требованиями к остроте зрения. Однако они характеризуются длительным периодом строительства, высокой стоимостью и сложным обслуживанием. В целом пригодность каждой системы зависит от рельефа местности, окружающей среды, бюджета и технических требований проекта.

Сравнение стоимости опор линий электропередачи и подземных кабелей

Анализ стоимости строительства

Стоимость материалов, проектирования и установки опор линий электропередачи:  Для строительства воздушной линии обычно требуются сталь, бетонные фундаменты, проводники и изоляторы. На этапе проектирования необходимо провести расчеты нагрузки, анализ вибраций, вызванных ветром, и оптимизировать линию. Монтаж включает в себя сборку башни, заливку фундамента и монтаж проводника. Для сравнения, стоимость опоры ЛЭП за километр относительно невелика, особенно в районах с равнинным рельефом и благоприятными условиями строительства.

Расходы на земляные работы, прокладку, изоляцию и защиту подземных кабелей: Подземные системы требуют рытья траншей, строительства труб или туннелей, а также использования высокоэффективных изоляционных материалов и гидроизоляции. В ходе строительства необходимо решать такие вопросы, как подземные препятствия, объезд транспорта и защита окружающей среды. Эти факторы существенно увеличивают стоимость строительства, особенно в густонаселенных городских районах, где стоимость километра зачастую в несколько раз превышает стоимость воздушных линий электропередачи.

Различия в стоимости при разных уровнях напряжения: С ростом уровня напряжения увеличиваются требования к толщине изоляции и экранированию подземных кабелей, что приводит к экспоненциальному росту затрат. Опоры линий электропередачи, хотя для них также требуются материалы более высокой прочности, испытывают меньшее увеличение общей стоимости.

Поэтому воздушные линии электропередачи, как правило, более экономичны для передачи электроэнергии высокого или сверхвысокого напряжения на большие расстояния.

Долгосрочные эксплуатационные расходы

Техническое обслуживание и частота: Линии электропередачи расположены над землей, благодаря чему места неисправностей легко обнаруживаются, а техническое обслуживание выполняется относительно просто и быстро. Неисправности подземных кабелей трудно обнаружить, для этого требуется специализированное испытательное оборудование и земляные работы, что приводит к более высоким затратам на техническое обслуживание.

Стоимость жизненного цикла:  Анализ окупаемости инвестиций: Срок службы воздушных линий электропередачи обычно составляет 40–60 лет, тогда как подземные кабели из-за старения изоляции и воздействия влаги имеют более короткий срок службы и более высокие затраты на замену. На протяжении всего жизненного цикла опоры линий электропередачи обеспечивают превосходную окупаемость инвестиций.

Внешние факторы, влияющие на затраты: Сложный рельеф местности, неблагоприятные геологические условия, требования городского планирования и экстремальные погодные условия — все это может повлиять на расходы. Например, строительство воздушных линий электропередачи сложнее в горных районах или районах, подверженных землетрясениям, в то время как подземные кабели сталкиваются с такими проблемами, как грунтовые воды или коррозия почвы. Эти факторы должны быть всесторонне оценены на начальном этапе планирования.

Техническое обслуживание и надежность опор линий электропередачи и подземных систем

Простота обслуживания:

• Поскольку линии электропередачи открыты, осмотр и техническое обслуживание удобны, а такие технологии, как инспекции с помощью дронов и инфракрасное тепловидение, могут повысить эффективность.
• С другой стороны, подземные кабели требуют тестирования и точного позиционирования перед раскопками и ремонтом, что занимает много времени и затрагивает большую территорию.

Риск отключения электроэнергии:

• Воздушные линии электропередачи более подвержены влиянию погодных условий (таких как удары молний и тайфуны), но неисправности можно быстро устранить, а отключения электроэнергии становятся короче.
• Подземные кабели менее восприимчивы к воздействию окружающей среды, но в случае возникновения неисправности ремонт занимает больше времени, что повышает риск отключения электроэнергии.

Технические требования к техническому обслуживанию:

• Техническое обслуживание воздушной линии в первую очередь предполагает капитальный ремонт механических и структурных деталей и имеет умеренный уровень технической сложности.
• С другой стороны, подземные кабели предъявляют более строгие требования, включая электрические испытания, восстановление изоляции и контроль окружающей среды. Затраты на рабочую силу и оборудование значительно выше, чем на опоры линий электропередачи.

Сравнение эффективности и производительности опор линий электропередачи и подземных кабелей

Эффективность трансмиссии

Различия в проводимости воздушных и подземных линий электропередачи:

• Подземные кабели имеют плохой отвод тепла, что приводит к более высокому повышению температуры проводника и ограниченной пропускной способности по току.
• С другой стороны, проводники, установленные на опорах линий электропередачи, обладают превосходной теплоотдачей, что позволяет им проводить более высокие токи и повышать эффективность передачи.

Анализ дальности передачи и потерь мощности:

• Подземные кабели имеют значительный емкостной эффект, что приводит к значительным потерям реактивной мощности на больших расстояниях передачи, что делает их непригодными для передачи на сверхдальние расстояния.
• Однако воздушные линии электропередачи на опорах могут обеспечить низкие потери энергии при правильном проектировании, что делает их пригодными для передачи электроэнергии большой мощности на большие расстояния.

Факторы безопасности и окружающей среды

Влияние опор линий электропередачи на землепользование и окружающую среду: Воздушные линии требуют более широкого коридора, занимают сравнительно большую площадь и влияют на ландшафт. Однако процесс строительства занимает меньше времени, а воздействие на окружающую среду можно контролировать.

Риски, связанные с рассеиванием тепла подземными кабелями и строительством: хотя подземные системы визуально не влияют на внешний вид, они создают значительные помехи во время строительства, что может повлиять на подземную трубопроводную сеть и экологическую среду. Также затруднено рассеивание тепла, что требует мер по охлаждению, увеличивает потребление энергии и затрудняет обслуживание.

Применимые сценарии и рекомендации по выбору

Когда выбирать опору линии электропередачи: подходит для проектов по передаче электроэнергии на большие расстояния, большой мощности и с ограниченным бюджетом, особенно в сельской местности или пригородах, где она представляет собой более экономически эффективное решение.

Когда следует выбирать подземную систему: подходит для проектов в густонаселенных городских районах, с высокими требованиями к озеленению или с ограниченным рельефом. Несмотря на высокую стоимость, он позволяет удовлетворить пространственные и эстетические требования.

Примеры применения гибридных решений: в некоторых проектах используется комбинация воздушных и подземных решений, например, использование опоры линии электропередачи на окраине города и переход на подземные кабели в центре города, чтобы сбалансировать экономические и экологические соображения.

Заключение

Опоры линий электропередачи и подземные кабельные системы имеют свои преимущества и недостатки, и выбор зависит от масштаба проекта, бюджета, экологических и технических требований. С точки зрения стоимости опоры линий электропередачи имеют преимущества, в то время как подземные кабельные системы больше подходят с точки зрения эстетики и пространственных ограничений. Учитывая простоту обслуживания и долгосрочную эффективность, опоры линий электропередачи остаются предпочтительным вариантом для большинства проектов по передаче электроэнергии на большие расстояния.

Лицам, принимающим решения по проекту, рекомендуется тщательно оценить рельеф местности, потребности в нагрузке, экологические требования и долгосрочные стратегии обслуживания на раннем этапе планирования. При необходимости они могут объединить преимущества обоих вариантов для достижения оптимального решения. Как профессиональный производитель опор линий электропередачи, JOISYNC предлагает комплексную поддержку на этапах проектирования, производства и монтажа для обеспечения безопасности проекта и максимальной экономической эффективности.