Замена надземных силовых и телекоммуникационных кабелей на подземные
Бывший трансформатор опоры к югу от Маркгрёнингена, Германия. Сегодня опора несет только выключатель, питаемый двумя подземными кабелями.
Подземная линия электропередачи обеспечивает электроэнергию с помощью подземных кабелей. По сравнению с воздушными линиями электропередачи , подземные линии имеют меньший риск возникновения лесного пожара и снижают риск прерывания электроснабжения из-за отключений во время сильных ветров, гроз или сильных снегопадов или ледяных бурь. Дополнительным преимуществом подземной прокладки является эстетическое качество ландшафта без линий электропередачи. Подземная прокладка может увеличить капитальные затраты на передачу и распределение электроэнергии , но может снизить эксплуатационные расходы в течение срока службы кабелей.
История
Ранние подземные работы имели основу в детонации горнодобывающих взрывчатых веществ и подводных телеграфных кабелей. Электрические кабели использовались в России для детонации горнодобывающих взрывчатых веществ в 1812 году и для передачи телеграфных сигналов через Ла-Манш в 1850 году. [1]
С распространением ранних систем электроснабжения также стало увеличиваться и использование подземных линий. Томас Эдисон использовал подземные «уличные трубы» постоянного тока в своих ранних сетях распределения электроэнергии ; они были изолированы сначала джутом в 1880 году, а затем перешли на резиновую изоляцию в 1882 году. [1]
Последующие разработки произошли как в области изоляции, так и в технологиях изготовления: [1]
1925: На кабелях используется изоляция из герметичной бумаги
1930: ПВХ-изоляция, используемая в кабелях
1942: впервые использована полиэтиленовая изоляция на кабелях.
1962: Кабели с изоляцией из этиленпропиленовой резины стали коммерчески доступными.
1963: Появляются готовые кабельные аксессуары
1970-е годы: Появляются аксессуары для усаживающихся кабелей.
Воздушные кабели, по которым передается высоковольтное электричество и которые поддерживаются большими опорами , обычно считаются непривлекательной чертой сельской местности. Подземные кабели могут передавать электроэнергию через густонаселенные районы или районы, где земля дорогая или экологически или эстетически чувствительна. Подземные и подводные переходы могут быть практичной альтернативой для пересечения рек.
Преимущества
Менее подвержен повреждениям от суровых погодных условий (в основном молний , ураганов/циклонов/тайфунов, торнадо, других ветров и заморозков)
Снижение риска возгорания. Воздушные линии электропередач могут вызывать высокие токи короткого замыкания от контакта растительности с проводником, проводника с проводником или проводника с землей, что приводит к образованию больших горячих дуг. [2]
Уменьшение диапазона излучения электромагнитных полей (ЭМП) в окружающую среду. Однако, в зависимости от глубины залегания подземного кабеля, на поверхности может ощущаться большее ЭМП. [3] Электрический ток в проводнике кабеля создает магнитное поле, но более тесная группировка подземных силовых кабелей уменьшает результирующее внешнее магнитное поле и может быть обеспечено дополнительное магнитное экранирование. См. Электромагнитное излучение и здоровье .
Для прокладки подземных кабелей требуется более узкая окружающая полоса шириной около 1–10 метров (до 30 м для кабелей напряжением 400 кВ во время строительства), тогда как для воздушной линии требуется окружающая полоса шириной около 20–200 метров, которая должна постоянно оставаться свободной для обеспечения безопасности, обслуживания и ремонта.
Подземные кабели не представляют опасности для низколетящих самолетов или диких животных.
Подземные кабели имеют значительно меньший риск повреждения, вызванного деятельностью человека, такой как кража, незаконные подключения, [4] саботаж и ущерб от несчастных случаев. [5] [6]
Заглубление инженерных коммуникаций освобождает место для большего количества крупных деревьев на тротуарах [7] , что приносит пользу окружающей среде и повышает стоимость недвижимости. [8]
Недостатки
Маркер подземного кабеля. Маркеры устанавливаются на регулярных интервалах, чтобы обозначить маршрут и предупредить об опасности подкапывания кабеля.
Подземная прокладка обходится дороже, поскольку стоимость закапывания кабелей на линиях электропередачи в несколько раз выше, чем у воздушных линий электропередачи, а стоимость жизненного цикла подземного силового кабеля в два-четыре раза превышает стоимость воздушной линии электропередачи. Надземные линии стоят около 10 долларов за 1 фут (0,30 м), а подземные линии стоят от 20 до 40 долларов за 1 фут (0,30 м). [9] В сильно урбанизированных районах стоимость подземной передачи может быть в 10–14 раз дороже воздушной. [10] Однако эти расчеты могут не учитывать стоимость прерываний подачи электроэнергии. Разница в стоимости жизненного цикла меньше для распределительных сетей с низким напряжением, в диапазоне 12–28% выше, чем у воздушных линий эквивалентного напряжения. [11]
В то время как обнаружение и устранение обрывов воздушных проводов может быть выполнено за несколько часов, подземный ремонт может занять несколько дней или недель [12] , и по этой причине прокладываются резервные линии.
Места расположения подземных кабелей не всегда очевидны, что может привести к повреждению кабелей неосторожными землекопами или поражению электрическим током.
Эксплуатация становится сложнее, поскольку высокая реактивная мощность подземных кабелей создает большие зарядные токи и, таким образом, затрудняет контроль напряжения. Большие зарядные токи возникают из-за более высокой емкости подземных линий электропередач и, таким образом, ограничивают длину линии переменного тока. Чтобы избежать проблем с емкостью при прокладке под землей линий электропередач на большие расстояния, можно использовать линии HVDC, поскольку они не страдают от той же проблемы. [13]
В то время как воздушные линии можно легко повысить, изменив зазоры между линиями и опоры электропередач, чтобы передавать больше мощности, подземные кабели не могут быть повышены и должны быть дополнены или заменены для увеличения мощности. Компании по передаче и распределению электроэнергии обычно обеспечивают подземные линии перспективным будущим, устанавливая кабели с наивысшим номиналом, оставаясь при этом экономически эффективными.
Подземные кабели больше подвержены повреждениям из-за движения грунта. Землетрясение в Крайстчерче в Новой Зеландии в 2011 году повредило 360 километров (220 миль) высоковольтных подземных кабелей и впоследствии привело к отключению электроэнергии в значительной части города Крайстчерч, тогда как было повреждено всего несколько километров воздушных линий электропередачи, в основном из-за того, что фундаменты столбов были подвергнуты разжижению .
Поскольку подземный ремонт и проверка требуют рытья улиц, это создает заплатки и выбоины, что приводит к ухабистой и небезопасной езде для автомобилей и велосипедов. Коммунальные работы также увеличивают закрытие полос, что приводит к пробкам и увеличению стоимости работ по восстановлению покрытия местными органами власти. [14] [15]
В некоторых случаях преимущества могут перевесить недостатки, связанные с более высокими инвестиционными затратами, а также более дорогим обслуживанием и управлением.
Методы
Кабели под Бродвеем в 2013 году
Горизонтальное бурение – это метод, при котором используется буровое долото для горизонтального бурения, начинающегося в одной точке на поверхности земли и создающего дугу под землей, чтобы выйти на поверхность. Этот метод используется, когда предпочтительнее минимальное повреждение поверхности.
Прокладка траншей под землей - Другой метод прокладки линий электропередач под землей - это рытье траншей, прокладка линий электропередач в траншею и их засыпка. Это делается по всей длине линии электропередач. [16]
Канальный банк - Третий метод использует параллельные каналы, удерживаемые распорками с песком или бетоном, заполненным между каналами. Методы установки: канал и распорки, помещенные непосредственно в траншею, канал и распорки, помещенные в бетонные формы, или готовые секции бетона и канала. [17]
Правила
Европа
Регулятор Великобритании Управление рынков газа и электроэнергии (OFGEM) разрешает компаниям по передаче электроэнергии возмещать стоимость некоторых подземных линий в своих ценах для потребителей. Подземные линии должны находиться в национальных парках или обозначенных районах исключительной природной красоты (AONB), чтобы соответствовать требованиям. В 2021 году начались работы по проекту по заглублению 9 километров (5,6 миль) воздушных линий электропередачи напряжением 400 кВ, идущих от близлежащего Уинтерборн-Аббаса до Фрайар-Уоддона ( 50°40′08″ с.ш. 2°30′50″ з.д. / 50,669° с.ш. 2,514° з.д. / 50,669; -2,514 , к северо-западу от Уэймута ) в Дорсете AONB . Аналогичные схемы запланированы для Сноудонии , Пик-Дистрикта и Норт-Уэссекс-Даунс . [18]
Наиболее визуально навязчивые воздушные кабели основной сети электропередачи исключены из схемы. Некоторые подземные проекты финансируются за счет доходов от национальной лотереи.
Вся электроэнергия низкого и среднего напряжения (<50 кВ) в Нидерландах теперь поставляется под землей.
В Германии 73% кабелей среднего напряжения находятся под землей, а 87% кабелей низкого напряжения находятся под землей. Высокий процент подземных кабелей способствует очень высокой надежности сети (SAIDI < 20). [19] Для сравнения, значение SAIDI (минут без электричества в год) в Нидерландах составляет около 30, а в Великобритании — около 70.
Калифорния
В Соединенных Штатах правило 20 Комиссии по коммунальным услугам Калифорнии (CPUC) разрешает прокладку под землей электрических кабелей в определенных ситуациях. Проекты правила 20A оплачиваются всеми клиентами коммунальных компаний. Проекты правила 20B частично финансируются таким образом и покрывают стоимость эквивалентной воздушной системы. Проекты правила 20C позволяют владельцам недвижимости финансировать прокладку под землей.
Япония
Большая часть электроэнергии в Японии по-прежнему распределяется по воздушным кабелям. В 23 районах Токио , по данным Министерства строительства и транспорта Японии, по состоянию на март 2008 года всего 7,3 процента кабелей были проложены под землей.
Варианты
Компромиссом между подземными и воздушными линиями является установка воздушных кабелей. Воздушные кабели — это изолированные кабели, проложенные между столбами и используемые для передачи электроэнергии или телекоммуникационных услуг. Преимущество воздушных кабелей заключается в том, что их изоляция устраняет опасность поражения электрическим током (если кабели не повреждены). Еще одним преимуществом является то, что они не требуют затрат на закапывание (особенно высоких в каменистых районах). Недостатками воздушных кабелей являются то, что они имеют те же эстетические проблемы, что и стандартные воздушные линии, и что они могут быть повреждены штормами. Однако, если изоляция не разрушена при обрушении опоры или при ударе деревом, перерыва в обслуживании не происходит. Опасности, связанные с электричеством, сведены к минимуму, и повторная подвеска кабелей может быть возможна без прерывания подачи электроэнергии.
^ abc "История подземных силовых кабелей - Журналы и журналы IEEE". doi :10.1109/MEI.2013.6545260. S2CID 30589908. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
^ «Как линии электропередач вызывают лесные пожары?». Проект по смягчению последствий лесных пожаров в Техасе . 2014-02-13 . Получено 2018-05-13 .
^ «Подземные силовые кабели».
^ «Чтобы остановить хищение электроэнергии, Махараштра исследует подземную сеть поставок по всему штату». DNA India . 11 мая 2015 г. Получено 20 июля 2015 г.
^ «Тысячи жителей Виктории не смогут устроить вечеринку после того, как неконтролируемые воздушные шары врезались в линии электропередач». CBC . Получено 7 августа 2020 г.
^ "Грузовик зацепил линию электропередачи, нанеся серьезный ущерб центру города". The Mount Airy News . 22 июля 2020 г. Получено 7 августа 2020 г.
^ Письма в редакцию The State (требуется подписка)
^ "Городские леса | Американские леса". Архивировано из оригинала 2016-01-18 . Получено 2016-01-18 .
^ "Edison Electric Institute - Подземные и воздушные распределительные провода: вопросы для рассмотрения" (PDF) . Получено 11 ноября 2023 г. .
^ Данные по оценке затрат Департамента по развитию систем водоснабжения и электроснабжения Лос-Анджелеса
^ Ким, Ким, Чо, Сон, Квон, Чунг, Чой, Дже-Хан, Джу-Ён, Джин-Тэ, Иль-Кын, Бо-Мин, Иль-Ёп, Джун-Хо (20 марта 2014 г.). «Сравнение подземного кабеля и воздушной линии для низковольтной распределительной сети постоянного тока, обслуживающей повторитель связи». Energies . 7 (3): 1656–1672. doi : 10.3390/en7031656 .{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ «Должны ли линии электропередач быть под землей?» (PDF) . Получено 11 ноября 2023 г. .
^ "Подземная и воздушная передача и распределение" (PDF) . Получено 2019-05-09 .
^ "Ремонт дорожного покрытия в Бостоне". 9 июля 2018 г.
↑ Жители района Саут-Сити говорят, что из-за раскопок коммунальными службами на дорогах остаются неровности, 24 сентября 2019 г. , получено 19 марта 2022 г.
^ "Подземные линии электропередачи". Архивировано из оригинала 2021-12-21 . Получено 2019-05-09 .
^ "NEC 310.60" . Получено 2021-11-13 .
^ Бутройд, Джон (10 декабря 2021 г.). «Сила прошлого». Британская археология . № 182. Йорк. С. 49–50. ISSN 1357-4442.
^ «Netzausbau в Германии» (PDF) . kas.de (на немецком языке) . Проверено 11 ноября 2023 г.
Внешние ссылки
На Викискладе есть медиафайлы по теме Подземные линии электропередач .
Программа метрополитена города Сан-Диего
Американская лоббистская группа - Scenic America Архивировано 15.02.2019 в Wayback Machine
Группа лоббистов Великобритании - "REVOLT" Архивировано 17 октября 2016 г. на Wayback Machine
