Выбор материала опор воздушных линий электропередачи
Выбор материала опор воздушных линий электропередачи на основании минимума дисконтированных затрат
На выбор типа и материала одноцепных опор влияют: номинальное напряжение линии, марка провода, климатические условия (толщина стенки гололеда, скоростной напор ветра, температура наружного воздуха, интенсивность грозовой деятельности), условия прохождения трассы линии (горные и равнинные местности, территория городов, поймы рек и т.п.), характеристика грунтов (обводненные и необводненные, болота), наличие пересекаемых препятствий.
Металл как наиболее долговечный из применяемых в настоящее время материалов может быть использован при создании опор для любых условий и любого расположения проводов, обеспечивая требуемую высоту их подвеса.
Необходимость экономии стали, относящейся к дефицитным и дорогим материалам, заставила обратиться к ее заменителю — железобетону, в котором сочетаются положительные свойства его составляющих (бетона, хорошо сопротивляющегося сжатию, и стальной арматуры, хорошо работающей на растяжение).
В последние десятилетия воздушные линии электропередачи напряжением 6...20 кВ проектируются и сооружаются в основном на железобетонных опорах с нормативным сроком службы, равным 33 года. В Беларуси протяженность линий электропередачи напряжением 10 кВ составляет свыше 100 тыс. км; все воздушные линии этого класса напряжения выполнены на железобетонных опорах. Однако железобетонные опоры имеют большой вес, относительно хрупки, что ведет к их разрушению при воздействии значительных горизонтальных нагрузок.
В связи с тем что срок эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением 10 кВ, выполненных на железобетонных опорах, приближается к нормативному, предлагается вернуться к деревянным опорам, что обосновывается наличием достаточных собственных лесных ресурсов. Опоры из дерева отличаются небольшим собственным весом, достаточно высокой механической прочностью, простотой изготовления и электроизоляционными свойствами, способствующими повышению электрической прочности изоляции линии при атмосферных перенапряжениях. Однако в настоящее время стоимость деревянных опор превышает стоимость железобетонных; кроме того, даже пропитанная антисептиком (токсичным для человека) некачественная древесина в процессе эксплуатации подвержена загниванию, что снижает срок ее службы.
Ранее разрабатывались опоры из электроизоляционного бетона, у которых проводящая стальная арматура была заменена стеклопластиковой. После изготовления опоры подвергались термической обработке и пропитке композиционным компаундом. Один кубический метр электроизоляционного бетона в среднем в 2 раза дороже аналогичных железобетонных конструкций. Электроизоляционный бетон имеет низкую вероятность пробиваемости, высокие разрядные характеристики, позволяющие увеличивать грозоупорность линии и снижать количество ее аварийных отключений. Известно, что наибольшее количество перерывов электроснабжения потребителей происходит по причине повреждений воздушных линий электропередачи напряжением 6...20 кВ. Поэтому проектирование указанных линий электропередачи должно осуществляться с учетом количественных показателей надежности конструкции. Несмотря на то что количество отказов воздушных линий электропередачи напряжением 6...20 кВ из-за повреждения опор составляет до 20% общего количества отказов, продолжительность перерывов электроснабжения по этой причине — около
50% общей продолжительности отключения потребителей. Это связано с тем, что среднее время выполнения аварийных ремонтов по восстановлению поврежденных опор в 2 раза превышает время восстановления оборванных проводов или пробитых изоляторов.
Снижению прочности железобетонных опор в процессе эксплуатации в значительной мере способствуют токи однофазных замыканий на землю, появляющиеся, например, при пробое изолятора и длительно проходящие через токопроводящее тело опоры, что обусловлено изолированной нейтралью, применяемой в сети напряжением 10 кВ.
Таким образом, материал опор линий электропередачи необходимо выбирать с учетом не только стоимостных показателей, но и долговечности, безотказности, надежности грозозащиты.
Вначале установим на основе минимума дисконтированных затрат эффективность использования опор воздушных линий электропередачи напряжением 6...20 кВ, изготовленных из различных материалов (металл, железобетон, дерево, электроизоляционный бетон).
При единовременных капитальных вложениях К и постоянных годовых эксплуатационных расходах Я дисконтированные затраты Зд определяются так:
где а, = 10 — коэффициент приведения будущих издержек к начальному году.
Вариант с наименьшими дисконтированными затратами наиболее целесообразен.
Ориентировочное значение И определим следующим образом:
где ршл — норма (доля) амортизационных отчислений на полное восстановление линий; для линий напряжением до 20 кВ на металлических и железобетонных опорах/>ам л = 0,03; для линий на опорах из пропитанной древесины рамл = 0,04; ро р — доля отчислений от капитальных затрат на обслуживание, а также на капитальный и текущий ремонт; для линий на металлических и железобетонных опорах ро р = 0,026; для линий на деревянных пропитанных опорах/)0 р = 0,037 [32, с. 38]); AW— потери электроэнергии за год, кВт ч: AW= 3/2/"о/х-10-3; /-силатока, соответствующая его экономической плотности, А; г0 — удельное сопротивление единицы длины линии, Ом/км; / — длина линии, км; х — время потерь, ч; |3 — стоимость 1 кВт ч потерянной электроэнергии (можно принять равной 0,25 у.е.ДкВтч)).
Стоимость 1 км линии напряжением 10 кВ на опорах из металла равна 14 000 у.е. (26, с. 326], на опорах из железобетона — 1700, на деревянных опорах с железобетонными приставками — 1950 у.е. [25, с. 34].
С учетом выражения (1.32) формулу (1.31) можно записать в виде
Подставив указанные выше значения в выражение (1.33), при стоимости потерянной электроэнергии 418,4 у.е. получим:
3д1 = 5,295 тыс. у.е. — для линий с железобетонными опорами;
Зд2 = 22,417 тыс. у.е. — для линий с метахлическими опорами;
Здз = 5,930 тыс. у.е. — для линий с опорами из пропитанной древесины;
3Д4 = 6,826 тыс. у.е. — для линий с опорами из электроизоляционного бетона.
При определении дисконтированных затрат для линий с опорами из электроизоляционного бетона учитывалось, что стоимость опор, составляющая 65% стоимости линии, в 2 раза выше, чем обычных железобетонных опор.
Таким образом, дисконтированные затраты по линии с металлическими, деревянными опорами и опорами из электроизоляционного бетона превышают дисконтированные затраты по линии с железобетонными опорами соответственно в 4,23; 1,12 и в 1,29 раза.
Линии с железобетонными опорами наиболее целесообразны, так как обеспечивают минимальные дисконтированные затраты.
Известно, что срок службы линий электропередачи напряжением 6...20 кВ на деревянных опорах составляет 25 лет, что меньше нормативного срока службы таких же линий на железобетонных опорах, составляющего 33 года. Следовательно, через 25 лет после начала эксплуатации необходимы средства для сооружения новой линии электропередачи, которая будет обеспечивать передачу электроэнергии в течение 8 лет (33—25 = 8).
Для обеспечения сопоставимости рассматриваемых вариантов к учтенным в формуле (1.31) капиталовложениям на сооружение воздушных линий напряжением 10 кВ с деревянными опорами следует добавить расходы ДА-, которые предстоит сделать через 25 лет, т.е.
где 8/25 — доля использования капиталовложений для сопоставляемых вариантов; ?б — банковская процентная ставка за хранение в банке денег.
При ?б = 0,09 АК = 0,037а-, а дисконтированные затраты ЗдЗ для линий с опорами из пропитанной древесины будут равны 6,04 тыс. у.е., т.е. отличие от значения 5,93 тыс. у.е. составляет менее 2%.
Таким образом, учет разного срока службы деревянных и железобетонных опор не приводит к существенным изменениям дисконтированных затрат. Этот вывод справедлив и в случае, когда не учитывается то, что используется только 8/25 капиталовложений через 25 лет. Пусть все капитальные затраты включаются в затраты по сравниваемым вариантам. Тогда 3Д3 = 6,28 тыс. у.е. и отличие от принятого нами значения ЗдЗ = 5,93 тыс. у.е. составляет 5,8%, что также несущественно.
