Гололёд, изморозь и мокрый снег на проводах ЛЭП: виды отложений и расчётная толщина

Зачем знать о гололёдных отложениях

Гололёдные отложения увеличивают вес проводов и тросов, ветровую площадь и натяжение, поэтому вместе с ветром определяют расчётные нагрузки на опоры и фундаменты. Общий обзор ветровых, гололёдных и температурных воздействий и расчётных режимов — в статье Нагрузки на опоры ЛЭП: ветер, гололёд; ветровые районы — в статье Ветровые районы Украины.

Виды отложений и их параметры

К гололёдным образованиям относят иней, кристаллическую и зернистую изморозь, гололёд и смешанные отложения. Иней и кристаллическая изморозь для проводов существенной дополнительной нагрузки не создают. Значительно более тяжёлые условия создают зернистая изморозь, гололёд и их смесь.

• Зернистая изморозь — рыхлый снегоподобный лёд, нарастающий с наветренной стороны проводов в морось, преимущественно ветреную, особенно в горах. Толщина отложений достигает многих сантиметров, объёмная плотность — до 0,4 г/см³. В горных районах диаметр отложений иногда достигает 150–200 мм, а держатся они 10 суток и дольше. Из-за большой парусности они могут вызвать значительные, а порой катастрофические нагрузки.
• Гололёд — слой плотного льда, нарастающий с наветренной стороны от намерзания капель переохлаждённого дождя или мороси. Его наблюдают преимущественно при температуре от 0 до −3 °C, реже — до −16 °C. Толщина корки достигает нескольких сантиметров (в отдельных районах 50–60 мм), плотность — 0,6–0,9 г/см³. Гололёд может образовываться от нескольких часов до нескольких суток и держаться до 15 суток. При большой толщине вес льда во много раз превышает вес самого провода, а рост парусности значительно увеличивает ветровое давление.
• Смесь гололёда и изморози в горных и предгорных районах иногда достигает 70 мм, а при чередовании слоёв — вдвое больше. Её плотность — от 0,2 до 0,6 г/см³ (в горах в среднем 0,35, на равнине 0,2 г/см³). Смесь может держаться на проводах до 40 суток.
• Мокрый снег налипает при температуре воздуха примерно до +1 °C. Если затем температура падает ниже нуля, снег примерзает и не осыпается от ветра. Плотность замёрзшего снега — от 0,1 до 0,5 г/см³, меньше, чем у льда, но размеры отложений могут быть очень большими (20–30, а иногда и 50 мм в диаметре). При поперечном ветре такие условия не легче, чем при гололёде.

Отложения могут образовываться и на самих опорах и создавать дополнительную нагрузку на стержни.

Количество отложений зависит от местных условий. Например, в центральной части Украины гололёдные отложения наблюдают сравнительно редко, вес их — 0,5–1 кг на метр провода, а в отдельных районах Донбасса гололёд и изморозь — обычное явление, вес отложений — 2–5 кг/м. Интенсивность и повторяемость гололёда растут с высотой местности над уровнем моря, а вблизи крупных водоёмов гололёды сильнее и чаще: влияние моря распространяется на десятки и сотни километров. В большинстве районов Украины встречается лёгкая кристаллическая изморозь, а сильные гололёды — в Западной Украине, Крыму и на Донбассе. Наихудшие условия — на открытых вершинах горных хребтов и наветренных склонах.

Метеостанции наблюдают обледенение на коротких проводах или стержнях диаметром 5 мм на высоте около 2 м, а провода линий подвешены значительно выше и имеют больший диаметр. Поэтому расчётную гололёдную нагрузку на провод линии определяют с поправочными коэффициентами на высоту подвеса и диаметр: она растёт с высотой, потому что на высоте скорость ветра выше и больше содержание переохлаждённых капель. По ПУЭ (ред. 2026 г.), п. 2.5.27, 2.5.35, рис. 2.5.1, характеристическое значение (Н/м), по которому вычисляют стенку гололёда, задают для провода диаметром 10 мм на высоте 10 м над землёй на равнине по карте из шести районов для среднего периода повторяемости 50 лет.

Районы по гололёду в ПУЭ: от 8 до 40 Н/м

ПУЭ (редакция 2026 г.) делят территорию Украины по гололёду на шесть районов (рис. 2.5.1). Для каждого района карта даёт характеристическую нагрузку gp, Н/м; стенку гололёда b для элементов опор сечением более 70 мм вычисляют по gp по формуле b = √(35,4 · gp + 25) − 5 (п. 2.5.35, 2.5.37).

Для линий классов безотказности 3КБ и 4КБ (110–330 и 500–750 кВ) значения gp берут по региональным картам из приложения А (отдельный альбом), для 1КБ и 2КБ (до 35 кВ) — по ним или по карте ПУЭ (табл. 2.5.2, п. 2.5.29).

На участках в труднодоступной местности, на плотинах ГЭС и вблизи прудов-охладителей gp при отсутствии данных наблюдений нужно увеличить на 2 Н/м (районы 1–3) или на 5 Н/м (районы 4–6) (п. 2.5.32); значения по карте разрешено уточнять по многолетним наблюдениям (п. 2.5.30).

Таблица воспроизводит легенду карты (рис. 2.5.1); для района 6 формула даёт b около 33 мм. Окончательные значения для конкретного объекта проектировщик берёт из действующего текста ПУЭ.

Пример: вес и парусность льда

Условный пример, не значение для района. Диаметр провода d = 10 мм, толщина стенки гололёда b = 10 мм, плотность 0,9 г/см³. Площадь кольца льда π · b · (d + b) = 3,14 · 10 · 20 ≈ 628 мм²; проверка через диаметр со льдом (d + 2b = 30 мм): π/4 · (30² − 10²) ≈ 628 мм². Лёд весит 6,28 см² · 100 см · 0,9 г/см³ ≈ 565 г на метр (0,57 кг/м).

На ровной местности при соседних пролётах 300 и 260 м весовой пролёт равен (300 + 260) / 2 = 280 м, и лёд на нём добавляет к весу провода 0,565 · 280 ≈ 158 кг. Диаметр со льдом 30 мм втрое больше диаметра провода, поэтому парусность провода на метр длины тоже растёт втрое.

От gp до нагрузки на провод

По ПУЭ (редакция 2026 г.) расчётная гололёдная нагрузка на провод, трос или другой круглый элемент диаметром до 70 мм равна Gmp = k1 · μ1 · gp · γfG, Н/м (п. 2.5.33, 2.5.34). Коэффициент k1 зависит от высоты приведённого центра тяжести провода: 5 м — 0,7; 10 м — 1,0; 20 м — 1,3; 30 м — 1,7; 50 м — 2,2; 70 м — 2,7; 100 м — 3,3 (табл. 2.5.3). Коэффициент μ1 зависит от диаметра и от самой нагрузки, для d = 10 мм он равен 1,0 (табл. 2.5.4). Коэффициент γfG зависит от периода повторяемости T: 5 лет — 0,46; 10 — 0,63; 15 — 0,72; 25 — 0,84; 50 — 1,00 (табл. 2.5.5).

Для проводов период T задаёт класс безотказности линии: 5, 10, 15 или 25 лет для 1КБ–4КБ (табл. 2.5.1); 2КБ соответствует линиям 1–35 кВ, 3КБ — 110–330 кВ (табл. 2.5.2). Для расчёта несущей способности опор и фундаментов периоды длиннее: 30, 50, 150 и 500 лет.

Условный пример для расчёта самого провода (п. 2.5.25), а не значение для реальной линии. Пусть gp = 15 Н/м, провод d = 10 мм (μ1 = 1,0), высота центра тяжести 30 м (k1 = 1,7). Линия 35 кВ (2КБ, T = 10 лет, γfG = 0,63): Gmp = 1,7 · 1,0 · 15 · 0,63 ≈ 16,1 Н/м. Линия 110 кВ (3КБ, T = 15 лет, γfG = 0,72): Gmp = 1,7 · 1,0 · 15 · 0,72 ≈ 18,4 Н/м. Разница около 14 %, потому что 0,72 ÷ 0,63 ≈ 1,14.

Гололёд на самой опоре

ПУЭ (ред. 2026 г.) требуют учитывать отложения на самой опоре не всегда. Для металлических опор из фасонного проката их учитывают, когда опора выше 50 м, стоит в 5-м или 6-м районе по гололёду либо в горах, где максимальная характеристическая гололёдная нагрузка превышает 30 Н/м; для железобетонных, многогранных и деревянных опор и металлических опор с трубчатыми элементами — не учитывают (п. 2.5.36).

Ветер при гололёде в ПУЭ

ПУЭ (ред. 2026 г.) задают ветер при гололёде отдельно. Для проводов и тросов, покрытых гололёдом, это линейная нагрузка в Н/м по отдельной карте (рис. 2.5.5, п. 2.5.54, 2.5.56). Для плоских элементов сечением более 70 мм (элементы опор, изоляторы) это характеристическое давление от 150 до 400 Па по карте из шести районов на высоте 10 м на равнине (рис. 2.5.4, п. 2.5.51, 2.5.53). В нормальном режиме такой ветер сочетают с гололёдом 0,9 от расчётного значения при температуре минус 5 °C (табл. 2.5.14, п. 2.5.61).

Чек-лист и типичные ошибки

Проверьте:

• вид отложений и плотность: 0,9 г/см³ — плотность льда (гололёда), а у изморози и мокрого снега плотность значительно ниже; для проводов ПУЭ (ред. 2026 г.) задают гололёд не плотностью, а нагрузкой в Н/м по району (рис. 2.5.1), а плотность льда 0,9 г/см³ называют лишь для элементов опор сечением более 70 мм (п. 2.5.37);
• район по гололёду, а с ним gp и стенку b — по карте ПУЭ или региональным картам, период повторяемости — по табл. 2.5.1, отдельно для проводов и для опор;
• диаметр провода, высоту подвеса и весовой пролёт (см. Расстояние между опорами ЛЭП);
• парусность — по диаметру со льдом.