Монтаж и эксплуатация электрических сетей

Опоры

При передаче электрической энергии по голым проводам, находящимся на открытом воздухе, следует исключить возможные аварийные режимы работы ЛЭП, такие как замыкание на землю и короткие замыкания (однофазные и междуфазные). Для этого провода воздушной линии должны размещаться на определенном расстоянии, не менее минимально допустимого, от земли, друг относительно друга, от различных объектов с которыми пересекается трасса ЛЭП и др. Опоры являются одним из главных конструктивных элементов линий электропередач, отвечающим за подвеску электрических проводов на определённом уровне.

Классификация опор.

Классифицировать опоры можно по различным признакам: по назначению (по характеру воспринимаемых нагрузок), по особенностям их конструкции, по материалу из которого изготовлена опора, по способу закрепления в грунте, по количеству цепей передачи электрической энергии и т.д.

В зависимости от назначения опоры, она должна выдерживать определенные нагрузки. По характеру воспринимаемых нагрузок опоры разделяются на два вида: воспринимающие усилие натяжение от проводов и тросов и не воспринимающие такого тяжения. В зависимости от этого применяют следующие типы опор:

• Промежуточные — устанавливаемые на прямых участках трассы, воспринимают вертикальные усилия от веса проводов, изоляторов, арматуры и горизонтальные нагрузки от давления ветра на опору и провода. Промежуточные опоры также могут устанавливаться в местах изменения направления трассы при углах поворота менее 20-30 градусов, в этом случае они воспринимают и поперечные нагрузки от тяжения проводов. В аварийном режиме (при обрыве одного или нескольких проводов) промежуточные опоры воспринимают нагрузку от тяжения оставшихся проводов, подвергаются кручению и изгибу. Поэтому их рассчитывают с определенным запасом прочности. Промежуточные опоры на линиях составляют 80-90%.
• Анкерные — устанавливаются в местах изменения направления трассы, числа, марок и сечения проводов, а также на пересечении ВЛ с различными сооружениями, воспринимают усилия натяжения проводов ВЛ.

На базе анкерных опор могут выполняться:

• концевые опоры - устанавливаются в начале и конце ВЛ, воспринимают односторонние усилия тяжения проводов,
• угловые опоры - устанавливаются в местах изменения направления трассы,
• ответвительные опоры - предназначены для выполнения ответвлений,
• перекрестные опоры - устанавливаются в местах пересечения трасс воздушных линий,
• переходные - устанавливаются в местах перехода трассы линии через различные препятствия (железные и автомобильные дороги, реки и водоемы и т.п.),
• транспозиционные опоры - предназначены для изменения расположения фаз на опоре.

В разделе ГАЛЕРЕЯ размещен фотоальбом "Классификация опор ВЛ по назначению". [Смотреть.]

По материалу, из которого изготавливаются, опоры могут быть:

• Деревянные. Первоначально все ВЛ до 220 кВ сооружались на деревянных опорах, пропитанных антисептиком. Деревянные опоры изготовляют из круглых брёвен леса не ниже III сорта, как правило, из сосны, лиственницы и ели. Древесина сосны и лиственницы содержит много смолы и поэтому хорошо противостоит действию влаги.

Прочность деревянных опор в значительной степени зависит от влажности древесины. При уменьшении влажности в деревянных опорах из-за усушки древесины нарушаются соединения: ослабляются гайки и бандажи. Чтобы получить древесину, пригодную для изготовления опор (с влажностью 18-22 %), ее сушат. Основным способом является атмосферная, т.е. естественная сушка на воздухе, которая хотя и является длительной, но дает наилучшие результаты.

Рисунок. Деревянные опоры ВЛ 110 кВ.

Кроме влажности на прочность древесины влияют также гниль, сучки, трещины и другие повреждения. Самым опасным пороком является гниль, возникающая от поражения древесины грибками. Для защиты от гниения древесину пропитывают маслянистыми и минеральными антисептиками. Лучше всего поддается пропитке сосна, наружные слои лиственницы и ели пропитываются антисептиками очень плохо.

В процессе эксплуатации пропиточный состав со временем вымывается из стойки опоры (через боковую поверхность из стойки может вымываться порядка 10% пропиточного состава, а через торцевые поверхности – около 90%), поэтому при установке деревянной опоры верхний торец необходимо закрывать крышкой (например, оцинкованной стальной или пластмассовой), а нижний торец – влагонепроницаемым материалом.

Деревянные опоры имеют ряд преимуществ:

1. Низкая стоимость. Деревянные опоры дешевле железобетонных и металлических опор;
2. Деревянная опора значительно легче железобетонной (примерно в 3 раза), что снижает затраты на их транспортировку к месту монтажа, кроме того для установки деревянных опор не требуется применение крановых механизмов большой грузоподъемности. При необходимости, деревянную опору можно установить в грунт вручную;
3. Хорошие диэлектрические свойства, что приводит к снижению токов утечки на ВЛ;
4. Деревянные опоры лучше выдерживают изгибающие нагрузки, чем железобетонные (примерно в 1,5-2 раза), поэтому они лучше противостоят гололедным и ветровым нагрузкам;
5. Снижается вероятность «эффекта домино». Так как железобетонная опора значительно тяжелее деревянной то, падая она может увлечь за собой соседние опоры по всему анкерному пролету, более легкая деревянная опора будет удерживаться на натянутых проводах, что сокращает количество аварийных отключений на линиях;
6. «Условно» высокий срок службы. В соответствии с ГОСТ 20022.0-93 [скачать/смотреть] средний срок службы деревянных опор может достигать 45-50 лет.

Недостатки деревянных опор:

1. При несоблюдении требований ГОСТ по производству стоек деревянных опор (что на практике случается довольно часто), а именно, технологии сушки и пропитки, срок их службы существенно снижается. При отсутствии пропитки срок службы деревянных опор составляет 4-6 лет;
2. Относительно легкая возгораемость, причиной которой могут быть пожары, удары молнии и токи утечки, возникающие при загрязнении или пробое изоляторов;


Рисунок. Один из недостатков деревянных опор - легкая возгораемость.

3. Применение для пропитки опасных/вредных химических веществ. Вещества выделяются из древесины при повышенных температурах, вызывают коррозию неоцинкованной линейной арматуры и затрудняют утилизацию опор.

В настоящее время деревянные опоры применяются, как правило, на ВЛ до 1 кВ.

• Металлические. Выполняют из стали специальных марок. Отдельные элементы соединяют сваркой или болтами. Для предотвращения окисления и коррозии поверхность металлических опор оцинковывают или периодически окрашивают специальными красками. Металлические опоры бывают решетчатого типа, а так же многогранные в виде гнутых стальных стоек.

а	б

Рисунок. Металлические опоры: а - решетчатого типа; б - из многогранных гнутых стоек.

Многогранные металлические опоры выполняются из стоек в виде полых усечённых пирамид из стального листа с поперечным сечением в форме правильного многогранника. Секции стоек соединяются между собой телескопическим или фланцевым соединениями. Траверсы таких опор выполняются многогранными, решётчатыми или изолирующими.

Преимущества многогранных опор ЛЭП:

1. Меньше сроки строительства. Сроки строительства ВЛ на многогранных опорах меньше чем у ВЛ выполненных железобетонными и металлическими решетчатыми опорами. Это обусловлено снижением трудозатрат за счет увеличенных пролетных расстояний, простоты установки многогранных опор, а также малого количества сборочных элементов.
2. Ниже затраты на транспортировку. Многогранные опоры отличает низкая стоимость транспортировки: в 1,5-2 раза дешевле решетчатых, и в 3-4 раза дешевле железобетонных опор. Длина секций 12 м позволяет использовать для перевозок стандартный габаритный транспорт. Телескопическая конструкция опор позволяет при транспортировке размещать одни секции внутри других.
3. Малый землеотвод. При применении многогранных опор затраты на постоянный землеотвод снижаются. По сравнению с железобетонными опорами выигрыш обеспечивается за счет меньшего количества опор при равном отводе на одну опору, а по сравнению с решетчатыми, за счет меньшего отвода под одну опору при примерно равном количестве опор.
4. Экономическая эффективность. С учетом выше приведенных преимуществ, использование при строительстве ВЛЭП стальных многогранных опор позволяет сэкономить до 10% денежных средств по сравнению с железобетонными и до 40% по сравнению с металлическими решетчатыми опорами.
• Железобетонные. Массовое внедрение данного типа опор началось в 50-х годах прошлого века взамен более дорогих металлических опор. Основными элементами железобетонных опор являются стойки, траверсы, тросостойки, надставки, оголовники, хомуты, оттяжки, различные узлы крепления и ригели.

Стойки железобетонных опор выполняют из бетона, армированного металлом.

Рисунок. Конструкция железобетонной опоры.

Сопротивление бетона растяжению на порядок ниже сопротивления сжатию, поэтому для увеличения прочности опор при растяжении в бетон закладывается стальная арматура. Примерно одинаковые коэффициенты температурного расширения стали и бетона исключают появление в железобетоне внутренних напряжений при изменениях температуры.

В настоящее время доля ВЛ с железобетонными опорами составляет около 80% протяженности всех строящихся линий.

Широкое распространение железобетонных опор ВЛ обусловлено относительной дешевизной конструкций, высоким уровнем унификации и типизации стоек опор, и наличием широкой производственной базы. Железобетонные опоры обладают высокой механической прочностью, долговечны (срок службы около 40 лет) и не требуют больших расходов при эксплуатации. Затраты труда на их сборку значительно ниже, чем на сборку деревянных и металлических опор решетчатого типа. Положительным качеством железобетона является также надежная защита металлической арматуры от коррозии. С целью предохранения арматуры от коррозии опоры на заводе-изготовителе покрываются гидроизоляцией – асфальтобитумным лаком.

Недостатком железобетонных опор является большая масса, что удорожает транспортные расходы и вызывает необходимость применения при сборке и монтаже кранов большой грузоподъемности. Железобетонные опоры ВЛ способны выдерживать в 2-3 раза меньшие аварийные нагрузки, чем металлические, и для строительства линий требуется вдвое больше опор. Кроме того, при растяжении сталь может удлиняться в 5-6 раз больше, чем бетон, вследствие чего в бетоне могут появляться трещины. Для повышения трещиностойкости железобетонных конструкций применяют предварительное напряжение арматуры, которое создает дополнительное обжатие бетона.

Железобетонные стойки кольцевого сечения (конические и цилиндрические) изготовляют на специальных центробежных машинах (центрифугах), формующих и уплотняющих бетон путем вращения формы вокруг ее оси. Стойки прямоугольного сечения изготовляют способом вибрирования, при котором уплотнение бетона в формах производят вибраторами. Для линий электропередачи напряжением 110 кВ и выше используют только центрифугированные стойки, а для опор ВЛ до 35 кВ – как центрифугированные, так и вибрированные.

а	б

Рисунок. Железобетонные стойки опор воздушных линий: а – прямоугольного сечения; б – кольцевого сечения.

Траверсы железобетонных опор изготавливаются металлическими. Также проводятся работы по созданию стеклопластбетонных траверс, в которых бетон армирован стекловолокном. Отдельные участки ВЛ с такими траверсами и опорами находятся в опытно-промышленной эксплуатации.

• Комбинированные. Для увеличения срока службы деревянных опор их выполняют составными: из более длинной основной деревянной стойки и короткого пасынка (приставки), как правило, железобетонного. Пасынок – часть опоры, которая заглубляется в землю.
• Композитные. Применение опор из композитных материалов при сооружении воздушных линий является последним достижением в электромонтажном производстве. Основа применяемого материала - стекловолокно. Достоинством композитных опор является: малый вес, упрощение процедуры хранения и транспортировки, простота монтажа и технического обслуживания данных опор, высокая прочность и долговечность, огнестойкость и экологичность, хорошие диэлектрические свойства. К недостаткам данного типа опор можно отнести: относительно высокую стоимость, а также отсутствие опыта их монтажа и эксплуатации. Опоры из композитных материалов в настоящее время применяются в основном для организации сетей наружного освещения, однако все больше сетевых компаний начинает использовать стеклопластиковые стойки при сооружения ВЛ среднего и высокого напряжения. [Читать подробнее о композитных опорах!]

По способу закрепления в грунте:

• Опоры, устанавливаемые непосредственно в грунт.

Рисунок. Опоры, установленные непосредственно в грунт.

• Опоры, устанавливаемые на фундаменты.


Рисунок. Металлическая опора, установленная на фундамент.

По количеству цепей:

• Одноцепные.
• Двухцепные.
• Многоцепные.

а	б	в

Рисунок. Опоры воздушных линий: а – одноцепные; б – двухцепные; в – многоцепные.

Опоры ВЛ различают также по конструкции, которая зависит от назначения ВЛ, ее напряжения, количества проводов и тросов, подвешиваемых на опоре, их расположения, климатических и других условий. Простейшая конструкция опоры — одиночный столб («свечка»). Кроме «свечки» применяют более сложные опоры: А-образные, треноги, П-образные (портальные), АП-образные и т.д.

В разделе ГАЛЕРЕЯ размещен фотоальбом "Классификация опор ВЛ по конструкции". [Смотреть.]

Кроме типовых конструкций опор ВЛ, на практике также можно встретить и уникальные опоры.

В разделе ГАЛЕРЕЯ размещен фотоальбом "Уникальные опоры воздушных линий". [Смотреть.]

По способу установки:

• Свободностоящие опоры.
• Опоры с оттяжками.

Рисунок. Опоры: а – свободностоящая; б – с оттяжкой.

Оба типа опор могут быть одностоечными и портальными. К свободностоящим опорам относят также А-образные опоры и опоры с подкосами. Свободностоящие опоры рассчитаны на передачу действующих на них нагрузок непосредственно через стойки на грунт или фундамент. Стойки опор с оттяжками передают на грунт или фундамент только вертикальные нагрузки; поперечные и продольные (относительно оси ВЛ) нагрузки передаются на грунт оттяжками, закрепленными за анкерные плиты.

Читайте далее о конструкции опор воздушных линий. [Прочитать!]

[Назад]      [Далее]