Изграждане на въздушни електропроводни линии

В продължение на много десетилетия въздушният пренос на електроенергия е един от най-важните елементи на модерните енергийни системи. Основната цел на преносните системи е доставянето на електрическа енергия от централите до индустриални предприятия и подстанции. Това се постига посредством въздушните електропроводни линии, които свързват електроцентралите към преносната мрежа, свързват две зони на преносните мрежи или едно електроразпределително дружество към друго и доставят електроенергия от различни области до разпределителните станции, които снабдяват с ток битовите и търговските клиенти.

С разширяването на икономическите региони отвъд националните граници са определени условията за преноса на електроенергия на големи разстояния и съответно за либерализация на електроенергийния пазар. Въздушните електропроводни линии са изключително дълготрайни активи, изискващи дългосрочни инвестиции с голям размер. Основните им конструктивни елементи са проводниците, изолаторите, стълбовете, фундаментите и арматурата.

Стълбове
Електропроводните стълбове са най-забележимата част от цялостната преносна система. Тяхната функция е да придържат разделени високонапреженовите проводници от структури в заобикалящата ги среда и един от друг, за да се предотврати възникването на неизправности. Основните физически размери на електропровода, включително височината на стълба, разстоянието между проводниците и дължината на изолатора, необходим за монтиране на проводника, се определят от електрическия потенциал (напрежението).

Имайки предвид тези размери, следващото изискване за електропроводните стълбове е да предоставят структурната якост за поддържане на нужните разстояния под товара от тежестта на проводниците, ветрови и сеизмични натоварвания, заледявания и други възможни въздействия. Разбира се, структурата трябва да отговаря на тези изисквания по възможно най-изгоден икономически начин. В резултат на това най-широко разпространени днес са стоманорешетъчните стълбове, които осигуряват висока якост с използването на минимални количества конструктивен материал. Последното изискване е наличието на подходящ фундамент, който да осигури достатъчна опора за стълба при проектните натоварвания.

Някои от въздействията на електропроводните линии върху околната среда са пряко свързани с изискванията към стълбовете. На първо място, физическите габарити на стълбовете, съответните конфигурации на проводниците и разстояния определят минималните размери на трасето, както и отстоянията до естествени или изкуствено създадени структури. Често, за да се спазят и поддържат тези отстояния, е необходимо по време на строителство и експлоатация да се премахне или подреже пречещата растителност. В допълнение, за изграждането на фундаментите са необходими изкопни дейности, изливане на бетон и пилотно фундиране.

Обикновено стоманорешетъчните стълбове се асемблират на части на мястото, където ще бъдат издигнати. Това позволява изграждането на стълбове с голяма височина – обикновено до 100 m, но в специални случаи са възможни и по-големи височини.

Проводници
Налични са много конструкции на проводниците, способни да отговорят на широка гама специфични изисквания. В миналото за изграждането на проводниците почти без изключение е използвана мед, поради високата й електропроводимост. Диаметърът на медните проводници обаче е определян в по-голяма степен в зависимост от необходимостта от механична якост, отколкото на по-добра проводимост.

Ниското съотношение якост/тегло на медта ограничава приемливите разстояния между стълбовете. Затова днес проводниците масово се изработват от алуминий, който се отличава с по-високо съотношение якост/тегло. Въпреки че медта е с по-висока проводимост от алуминия, по-ниската плътност на алуминия му осигурява съотношение проводимост/тегло два пъти колкото това на медта. Допълнителен стимул за използването на алуминий е фактът, че той е икономически по-изгоден от медта.

Начални етапи
Един от основните проблеми, свързани с електропроводните линии, е използването на зоната под тях. Първият етап от всеки проект за изграждане на въздушна електропроводна линия е определянето на възможно най-доброто трасе в зависимост от потенциалните последствия за засегнатите зони и разходите.
Въздушните електропроводни линии в близост до летища следва задължително да се отбележат на картите и да бъдат маркирани със светлоотразители и нощни светлинни индикатори.

Изграждането на въздушни електропроводи в извънградските райони може да окаже значими въздействия върху околната среда и биоразнообразието – например промяна на миграционните маршрути на някои животни, нарушаване на рибни хабитати при пресичане на водни басейни и др.
Всички тези фактори следва да се отчетат в началния етап на определяне на трасето, така че то да гарантира екологична съвместимост, ниско въздействие върху околната среда, възможност за разходно-ефективен процес на изграждане и ефективна експлоатация (ниски загуби).

Разбира се, трябва да се вземат предвид и природните или изкуствени препятствия (езера, планински вериги, градове, защитени територии и др.), възможната близост до трансформаторни подстанции и площадки за асемблиране, както и разходите за поддръжка и експлоатация.
Следва етапът на прецизно определяне на трасето, който включва записване и оценяване на характеристиките на терена. Тази процедура се осъществява поетапно, като във всеки следващ етап се разглеждат все повече детайли.

Отчитайки резултатите от предходния етап, се изготвя подробен план за изпълнение на въздушната електропроводна линия. Освен детайлно геоложко проучване, това включва и проектиране на стълбовете. Дизайнът на електропроводните стълбове зависи до голяма степен от топологичните условия (минимални отстояния от структури и дървета), ландшафтните аспекти (малка височина в населени области) и метеорологичните фактори (вятър, заледявания, опасност от лавини), както и от броя проводници.

С цел осигуряване на възможно най-високо ниво на работна безопасност, по продължение на цялото трасе се прави задълбочено проучване на ветровите условия. Установяват се отделни ветрови зони и стълбовете за тях се оразмеряват в съответствие с конкретните условия. Особено внимание следва да се отдели на секциите от трасето за електропроводната линия, в които топографията е такава, че благоприятства т. нар. “ефекти на фунията”, характеризиращи се с високи скорости на вятъра.

Пресичанията на планински върхове също следва да се смятат за критични участъци. Подобно зониране на трасето се прави и по отношение на натоварванията от заледявания, като стълбовете и проводниците в участъците с повишен риск от заледяване следва да са подсилени. В районите с риск от лавина стълбовете се проектират със специални конструктивни елементи, отклоняващи снежните маси, така че те да заобикалят стълба.
В началните етапи се определя и точната дължина на проводниците, като се отчетат местоположението, метеорологичните условия, топологията на трасето, температурното свиване и др.

Фази на изграждане
След приключване на подробното планиране и получаване на всички разрешителни, същинските дейности по изграждането на електропроводната линия на място могат да стартират. Преди обаче да се започне работа по издигане на въздушната електропроводна линия, е необходимо да се извършат някои подготвителни процедури – събаряне на дървета при преминаване на трасето през гористи местности, изграждане на пътища и спомагателни съоръжения (обикновено на всеки 20 km).

Фундаментите на стълбовете могат да са големи и скъпи за изграждане, особено ако геоложките условия са лоши, например в заблатени терени. Всяка структура може да бъде подсилена в значителна степен посредством използването на обтягащи въжета, които да поемат част от натоварването от проводниците.
Геоложките условия са от съществено значение за размерите на фундамента. С цел да се определят тези условия се провежда геотехническо проучване, като особено внимание следва да се обърне на нивото на подземните води, вида на почвата (песъчлива, глинеста и др.), наличието на агресивни условия.

При изключително агресивни условия е препоръчително да се използва специален бетон, за да се избегне увреждане на фундамента. Когато климатичните условия са екстремни, фундаментът трябва да е с по-висока якост и по-големи размери. Ако линията се изгражда в крайбрежна зона, трябва да се отчете, че ветровете в тези райони са по-силни. Размерът на стълба също е важен фактор при оценяване на натоварването върху фундамента и впоследствие при определянето на габаритите му.
След определяне на размера на фундамента могат да започнат строителните дейности по изграждането му, като се използва някой от следните методи:

• Стандартно оформяне на изкоп с определените размери и изливане на фундамента;
• Използване на шпунтови стени в тесни пространства – в четирите ъгъла на изкопа се притискат съединени стоманени листове, след което фундаментът се излива поетапно. Шпунтовите стени служат за укрепване на изкопа и предотвратяване на срутването на земни маси в него;
• Пилотно фундиране за изграждане на фундаменти с изключителна здравина – методът е подходящ за почви със слаба адхезия на частиците (песъчливи). В земята се набиват бетонни пилоти на дълбочина около 10 m, като над земната повърхност се оставя от 0,5 до 1 m. Горната част на бетонния пилот се избива и оставащата желязна арматура се огъва в горния слой на фундамента, който се излива отгоре. По този начин фундаментът е анкериран възможно най-добре и притежава отличен статичен носещ капацитет. Времето, необходимо за изграждането на фундамента, зависи от размерите му, но обикновено изливането на фундамент 5х5 m отнема около седмица.

Периодът за съхнене на фундамента зависи от сезона и метеорологичните условия. През лятото фундаментът е напълно готов след 1-2 седмици, докато през зимата съхненето продължава около 3-4 седмици.
Както вече бе споменато, докато бетонните и стоманените кръгли стълбове се доставят готови, стоманорешетъчните стълбове обикновено се транспортират на отделни сегменти, които после се асемблират на място. В зависимост от условията и теглото на елементите, асемблирането се осъществява с помощта или на кранове, или – в случай на много тежък терен – на хеликоптери.

След издигане на стоманената структура и поставянето на защитите от пренапрежение, се добавят изолаторите и кабелните макари. Когато трасето на въздушната електропроводна линия пресича транспортни маршрути като магистрали и железопътни линии, в зоната на пресичане се изгражда предпазно скеле, предотвратяващо риска за трафика при падане на някой от проводниците.