Опоры воздушных линий электропередачи. Установка опор лэп Какие бывают опоры вл

Чаще всего мы представляем себе опору ЛЭП в виде решетчатой конструкции. Лет 30 назад это был единственный вариант, да и в наши дни их продолжают строить. На место строительства привозят набор металлических уголков и шаг за шагом свинчивают из этих типовых элементов опору. Затем приезжает кран и ставит конструкцию вертикально. Такой процесс занимает довольно много времени, что сказывается на сроках прокладки линий, а сами эти опоры с унылыми решетчатыми силуэтами весьма недолговечны. Причина — слабая защита от коррозии. Технологическое несовершенство такой опоры дополняет простой бетонный фундамент. Если сделан он недобросовестно, например с применением раствора ненадлежащего качества, то спустя какое-то время бетон растрескается, в трещины попадет вода. Несколько циклов заморозки-оттаивания, и фундамент надо переделывать или серьезно ремонтировать.

Трубки вместо уголков

О том, что за альтернатива идет на смену традиционным опорам из черного металла, мы спросили представителей ПАО «Россети». «В нашей компании, которая является крупнейшим электросетевым оператором в России, — говорит специалист этой организации, — мы давно пытались найти решение проблем, связанных с решетчатыми опорами, и в конце 1990-х начали переходить на гранные опоры. Это цилиндрические стойки из гнутого профиля, фактически трубы, в поперечном сечении имеющие вид многогранника. Кроме того, мы стали применять новые методы антикоррозионной защиты, в основном метод горячего цинкования. Это электрохимический способ нанесения защитного покрытия на металл. В агрессивной среде слой цинка истончается, но несущая часть опоры остается невредимой».

Помимо большей долговечности новые опоры отличаются еще и простотой монтажа. Никаких уголков больше свинчивать не надо: трубчатые элементы будущей опоры просто вставляются друг в друга, затем соединение закрепляется. Смонтировать такую конструкцию можно в восемь-десять раз быстрее, чем собрать решетчатую. Соответствующие преобразования претерпели и фундаменты. Вместо обычного бетонного стали применять так называемые сваи-оболочки. Конструкция опускается в землю, к ней крепится ответный фланец, а на него уже ставится сама опора. Расчетный срок службы таких опор — до 70 лет, то есть примерно в два раза больше, чем у решетчатых.

Опоры электрических воздушных линий мы обычно представляем себе именно так. Однако классическая решетчатая конструкция постепенно уступает место более прогрессивным вариантам — многогранным опорам и опорам из композитных материалов.

Почему гудят провода

А провода? Они висят высоко над землей и издали похожи на толстые монолитные тросы. На самом деле высоковольтные провода свиты из проволоки. Обычный и повсеместно применяемый провод имеет стальной сердечник, который обеспечивает конструктивную прочность и находится в окружении алюминиевой проволоки, так называемых внешних повивов, через которые передается токовая нагрузка. Между сталью и алюминием проложена смазка. Она нужна для того, чтобы уменьшить трение между сталью и алюминием — материалами, имеющими разный коэффициент теплового расширения. Но поскольку алюминиевая проволока имеет круглое сечение, витки прилегают друг к другу неплотно, поверхность провода имеет выраженный рельеф. У этого недостатка есть два последствия. Во‑первых, в щели между витками проникает влага и вымывает смазку. Трение усиливается, и создаются условия для коррозии. В результате срок службы такого провода составляет не более 12 лет. Чтобы продлить срок службы, на провод порой надевают ремонтные манжеты, которые также могут стать причинами проблем (об этом чуть ниже). Кроме того, такая конструкция провода способствует созданию вблизи воздушной линии хорошо различимого гула. Происходит он из-за того, что переменное напряжение 50 Гц рождает переменное магнитное поле, которое заставляет отдельные жилы в проводе вибрировать, что влечет их соударения друг с другом, и мы слышим характерное гудение. В странах ЕС такой шум считается акустическим загрязнением, и с ним борются. Теперь такая борьба началась и у нас.

«Старые провода мы сейчас хотим заменить на провода новой конструкции, которую разрабатываем, — говорит представитель ПАО «Россети». — Это тоже сталь-алюминиевые провода, но проволока там применяется не круглого сечения, а скорее трапециевидного. Повив получается плотным, а поверхность провода гладкая, без щелей. Влага внутрь попасть почти не может, смазка не вымывается, сердечник не ржавеет, и срок службы такого провода приближается к тридцати годам. Провода схожей конструкции уже используются в таких странах, как Финляндия и Австрия. Линии с новыми проводами есть и в России — в Калужской области. Это линия «Орбита-Спутник» длиной 37 км. Причем там провода имеют не просто гладкую поверхность, но и другой сердечник. Он выполнен не из стали, а из стекловолокна. Такой провод легче, но прочнее на разрыв, чем обычный сталь-алюминиевый».

Однако самым последним конструкторским достижением в данной области можно считать провод, созданный американским концерном 3M. В этих проводах несущая способность обеспечивается только токопроводящими повивами. Там нет сердечника, но сами повивы армированы оксидом алюминия, чем достигается высокая прочность. У этого провода прекрасная несущая способность, и при стандартных опорах он за счет своей прочности и малого веса может выдерживать пролеты длиной до 700 м (стандарт 250−300 м). Кроме того, провод очень стоек к тепловым нагрузкам, что обусловливает его использование в южных штатах США и, например, в Италии. Однако у провода от 3M есть один существенный минус — слишком высокая цена.

Оригинальные «дизайнерские» опоры служат несомненным украшением ландшафта, однако вряд ли они получат широкое распространение. В приоритете у электросетевых компаний надежность передачи энергии, а не дорогостоящие «скульптуры».

Лед и струны

У воздушных линий электропередач есть свои естественные враги. Один из них — обледенение проводов. Особенно это бедствие характерно для южных районов России. При температуре около нуля капли измороси падают на провод и замерзают на нем. Происходит образование кристаллической шапки на верхней части провода. Но это только начало. Шапка под своей тяжестью постепенно проворачивает провод, подставляя замерзающей влаге другую сторону. Рано или поздно вокруг провода образуется ледяная муфта, и если вес муфты превысит 200 кг на метр, провод оборвется и кто-то останется без света. В компании «Россети» есть свое ноу-хау по борьбе со льдом. Участок линии с обледеневшими проводами отключается от линии, но подключается к источнику постоянного тока. При использовании постоянного тока омическое сопротивление провода можно практически не учитывать и пропускать токи, скажем, в два раза сильнее, чем расчетное значение для переменного тока. Провод нагревается, и лед плавится. Провода сбрасывают ненужный груз. Но если на проводах есть ремонтные муфты, то возникает дополнительное сопротивление, и вот тогда провод может и перегореть.

Другой враг — высокочастотные и низкочастотные колебания. Натянутый провод воздушной линии — это струна, которая под воздействием ветра начинает вибрировать с высокой частотой. Если эта частота совпадет с собственной частотой провода и произойдет совмещение амплитуд, провод может порваться. Чтобы справиться с данной проблемой, на линиях устанавливают специальные устройства — гасители вибрации, имеющие вид тросика с двумя грузиками. Эта конструкция, имеющая свою частоту колебаний, расстраивает амплитуды и гасит вибрацию.

С низкочастотными колебаниями связан такой вредный эффект, как «пляска проводов». Когда на линии происходит обрыв (например, из-за образовавшегося льда), возникают колебания проводов, которые идут волной дальше, через несколько пролетов. В результате могут погнуться или даже упасть пять-семь опор, составляющих анкерный пролет (расстояние между двумя опорами с жестким креплением провода). Известное средство борьбы с «пляской» — установление межфазных распорок между соседними проводами. При наличии распорки провода будут взаимно гасить свои колебания. Другой вариант — использование на линии опор из композитных материалов, в частности из стеклопластика. В отличие от металлических опор, композитная имеет свойство упругой деформации и легко «отыграет» колебания проводов, нагнувшись, а затем восстановив вертикальное положение. Такая опора может предотвратить каскадное падение целого участка линии.

На фото отчетливо видна разница между традиционным высоковольтным проводом и проводом новой конструкции. Вместо проволоки круглого сечения использована предварительно деформированная проволока, а место стального сердечника занял сердечник из композита.

Опоры-уникумы

Разумеется, существуют разного рода уникальные случаи, связанные с прокладкой воздушных линий. Например, при установке опор в обводненный грунт или в условиях вечной мерзлоты обычные сваи-оболочки для фундамента не подойдут. Тогда используются винтовые сваи, которые ввинчивают в грунт как шуруп, чтобы достичь максимально прочного основания. Особый случай — это прохождение ЛЭП широких водных преград. Там используются специальные высотные опоры, которые весят раз в десять больше обычных и имеют высоту 250−270 м. Поскольку длина пролета может составлять более двух километров, применяется особый провод с усиленным сердечником, который дополнительно поддерживается грузотросом. Так устроен, например, переход ЛЭП через Каму с длиной пролета 2250 м.

Отдельную группу опор представляют конструкции, призванные не только держать провода, но и нести в себе определенную эстетическую ценность, например опоры-скульптуры. В 2006 году компания «Россети» инициировала проект с целью разработать опоры с оригинальным дизайном. Были интересные работы, но авторы их, дизайнеры, часто не могли оценить возможность и технологичность инженерного воплощения этих конструкций. Вообще надо сказать, что опоры, в которые вложен художественный замысел, как, например, опоры-фигуры в Сочи, обычно устанавливаются не по инициативе сетевых компаний, а по заказу каких-то сторонних коммерческих или государственных организаций. Например, в США популярна опора в виде буквы M, стилизованной под логотип сети фастфуда «Макдоналдс».

Опоры ВЛ предназначены для обеспечения требуемых расстояний между фазами и землей. Горизонтальное расстояние между центрами двух соседних опор одной линии называется пролетом. Различают переходный, промежуточный и анкерный пролеты. Анкерный пролет обычно состоит из нескольких промежуточных.

Типы опор

По числу цепей опоры классифицируются на одноцепные и двухцепные. ВЛ, имеющая две цепи, выполненная на двухцепных опорах, дешевле, чем две параллельные линии, выполненные на одноцепных опорах, и может быть сооружена в более короткий срок.

Опоры ВЛ делятся на две основные группы: промежуточные и анкерные. Кроме того, выделяют угловые, концевые и специальные опоры.

Промежуточные опоры устанавливают на прямых участках трассы. В нормальном режиме они воспринимают вертикальные нагрузки от массы проводов, изоляторов, арматуры и горизонтальные нагрузки от давления ветра на провода и опоры. При обрыве одного или нескольких проводов промежуточные опоры воспринимают дополнительную нагрузку, направленную вдоль линии, и подвергаются кручению и изгибу. Поэтому они изготавливаются с определенным запасом прочности. Число промежуточных опор на ВЛ составляет до 80 %.

Анкерные опоры устанавливают на прямых участках трассы для перехода ВЛ через инженерные сооружения или естественные препятствия. Их конструкция жестче и прочнее, так как они воспринимают продольную нагрузку от разности тяжения проводов и тросов в смежных анкерных пролетах, а при монтаже – от тяжения подвешенных с одной стороны проводов.

Рис. 2.1. План и профиль участка ВЛ:

А – анкерная опора, П – промежуточная опора, УП – угловая промежуточная опора, УА- угловая анкерная опора, КА- концевая анкерная опора

Концевые опоры являются разновидностью анкерных и устанавливаются в конце и начале линии. В нормальных условиях работы они воспринимают нагрузку от одностороннего тяжения проводов.

К специализированным относят транспозиционные опоры, конструкция которых позволяет изменить порядок расположения проводов на опоре; ответвительные - для устройства ответвления от магистральной линии и т.д.

Материал опор

Согласно нормам технологического проектирования воздушных линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше, рекомендуются следующие области использования различных материалов для изготовления опор.

Деревянные опоры (сосна, лиственница зимней рубки, для неответственных деталей – ель, пихта) с пропиткой антисептиком применяются для одноцепных ВЛ 35 - 150 кВ там, где использование древесины экономически выгодно. Преимущество деревянных опор обусловлено их низкой стоимостью, достаточно высокой механической прочностью, высокими электроизоляционными свойствами, дешевизной. Главный недостаток – недолговечность.

Железобетонные опоры используются в условиях равнинной местности для одноцепных линий 35 – 220 кВ, на всех двухцепных линиях - 35 – 110 кВ, на ВЛ - 500 кВ, проходящей в равнинной местности, где металлические опоры экономически нецелесообразны. Железобетонные опоры не разрешается применять на ВЛ, проходящей в горной или сильно пересеченной местности. Железобетонные опоры обладают высокой механической прочностью, долговечны, дешевы в эксплуатации, изготовлении и сборке по сравнению с металлическими. Их недостатком является большая масса, что увеличивает транспортные расходы. В железобетонных опорах основные усилия при растяжении воспринимает стальная арматура, так как бетон плохо работает на растяжение, но при сжатии основные нагрузки воспринимаются бетоном.

Совместная работа бетона и стали обусловлена следующими их свойствами. Бетон при твердении прочно скрепляется с арматурой за счет склеивания и трения, вызванного усадкой бетона при твердении, в результате чего происходит обжатие стержней арматуры бетоном. Вследствие этого при воздействии внешних усилий оба материала работают совместно, смежные участки бетона и стали получают одинаковые деформации. Сталь и бетон имеют примерно одинаковые коэффициенты линейного расширения, что исключает появление внутренних напряжений в железобетоне при изменениях наружной температуры. Бетон надежно защищает арматуру от коррозии и при скачках температуры воспринимает сжимающее напряжение. Недостаток железобетона – образование в нем трещин, особенно в местах соприкосновения с грунтом. Для повышения трещиностойкости применяют предварительное напряжение арматуры, которое создает дополнительное обжатие бетона. Основными элементами железобетонных опор являются стойки, траверсы, тросостойки и ригели. На железобетонных заводах стойки изготавливают либо на центрифугах, выполняющих формовку и уплотнение бетона, либо способом вибрирования, уплотняя бетонную смесь вибраторами. Способом центрифугирования изготавливают круглые полые конические и цилиндрические стойки, способом вибрирования – прямоугольные (ГОСТ 22387,0-85). Для двухцепных ВЛ напряжением более 35 кВ и выше используют центрифугированные стойки, имеющие маркировку СК (стойки конические) и СЦ (стойки цилиндрические). Стойки СК применяют на ВЛ 35-750 кВ двух типов: длиной 22,6 м и 26 м с соответственно верхним и нижним диаметрами 440/650 мм и 416/650 мм, изготовленные в одной унифицированной опалубке. Стойки СЦ изготавливают длиной 20 м и диаметром 800 мм. Для ВЛ 35 кВ используют вибростойки СВ длиной 16,4 м.

Металлические опоры применяются на двухцепных ВЛ 35-500 кВ, на одноцепных ВЛ 110, 220, 330 кВ, где невозможно или нецелесообразно применение железобетонных опор, на ВЛ 750 кВ. Основные конструкции металлических опор изготавливают из стали Ст3, наиболее напряженные узлы опор - из низколегированных сталей. Части опор подвергают заводской горячей оцинковке. Сборка опор производится с помощью болтовых соединений. Их преимущество перед железобетонными в том, что они позволяют создавать конструкции, рассчитанные на большие нагрузки и любые климатические условия, обладают высокой механической прочностью при относительно небольшой массе. Однако они достаточно дороги и подвержены коррозии. Стальные опоры могут быть по конструкции одностоечными (башенными) и портальными, а по способу закрепления на фундаментах – свободностоящими или с оттяжками.

Унификация опор

По результатам многолетней практики строительства и эксплуатации ВЛ определяются наиболее целесообразные и экономичные типы и конструкции опор и систематически проводится их унификация, которая позволяет использовать единую удобную систему обозначений и классификаций. Унификация позволяет сократить общее количество типов опор, количество типоразмеров деталей опор, подобрать при необходимости рациональную замену опор или их деталей, организовать их массовое производство на специализированных заводах. Согласно унификации, для каждого типа опоры установлены условия применения: напряжение ВЛ, число цепей, район по гололеду, максимальная скорость ветра, диапазоны марок проводов, марки тросов. Последняя унификация для стальных опор проводилась в 1995-96 гг., согласно ей, расширен диапазон применяемых сечений проводов, что позволяет обеспечить оптимальную плотность тока, унифицированы длины гирлянд изоляторов, выработаны рекомендации по учету степени загрязнения атмосферы при выборе изоляторов, внесены изменения в конструкции опор, изменены названия типов опор. По этим условиям в справочниках выбирается соответствующий тип опоры, в наименовании которого отражены следующие признаки:

1) вид опоры: П – промежуточная, У – угловая (промежуточная или анкерная), С – специализированная;

2) материал опор: Д – дерево, Б – железобетон, для металлических опор буквенное обозначение отсутствует;

3) номинальное напряжение ВЛ;

4) типоразмер – это цифра, отражающая прочностные свойства опоры: четная цифра присвоена двуцепной опоре, нечетная – одноцепной.

Например, ПБ35-3 – промежуточная железобетонная одноцепная опора для ВЛ напряжением 35 кВ (предназначена для строительства ВЛ в III-IV районах по гололеду, скорости ветра до 30 м/с, с проводами АС95/16-АС150/24 и тросом ТК-35).

Важнейшими характеристиками ВЛ, зависящими от типа опоры, являются понятия габарита и габаритного пролета. Габаритом Г называется наименьшее, допустимое ПУЭ, расстояние по вертикали между низшей точкой провисания провода до пересекаемых инженерных сооружений или поверхности земли, либо воды. Значения габарита определены из соображений безопасной эксплуатации ВЛ (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Габаритный пролет – это пролет, определяемый по условию допустимого расстояния от проводов до земли при условии установки опор на идеально ровной поверхности. Значения габаритных пролетов указываются в технических характеристиках опор.

Конструкция опор воздушных линий электропередачи

Конструкция опор

Конструкции опор воздушных линий электропередачи весьма разнообразны и зависят от материала, из которого изготавливается опора (металлическая, железобетонная, деревянная, стеклопластиковая), назначения опоры (промежуточная, угловая, транспозиционная, переходная и т.д.), от местных условий на трассе линии (населенная местнсть или ненаселенная, горные условия, участки с болотными или слабыми грунтами и т.п.), напряжения линии, количества цепей (одноцепная, двухцепная, многоцепная) и т.д.

В конструкции многих типов опор можно встретить следующие элементы:

1. Стойка – является основным неотъемлемым элементом конструкции опоры, в отличие от остальных элементов которые могут отсутствовать. Стойка предназначена для обеспечения требуемых габаритов проводов (габарит провода - вертикальное расстояние от провода в пролёте до пересекаемых трассой инженерных сооружений, поверхности земли или воды). В конструкции опоры может быть одна, две, три и более стоек.

а	б

Рисунок. Опоры ВЛ: а – двухстоечная опора; б – трехстоечная опора.

Стойка металлических опор решетчатого типа называется стволом. Ствол обычно представляет собой четырехгранную усеченную решетчатую пирамиду, выполненную из профилей стального проката (уголка, полосы, листа), и состоит из пояса, решетки и диафрагмы. Решетка, в свою очередь, имеет стержни-раскосы и распорки, а также дополнительные связи.



Рисунок. Элементы конструкции металлической опоры: 1 – пояс стойки опоры; 2 – стержни-раскосы, образующие решетку стойки; 3 – диафрагма; 4 – траверса; 5 – тросостойка.

2. Подкосы – применяются для угловых, концевых, анкерных и ответвительных опор ВЛ напряжением до 10 кВ. Они воспринимают на себя часть нагрузки опоры от одностороннего тяжения провода.



Рисунок. Угловая опора с двумя подкосами: 1 – стойка; 2 – подкос.

3. Приставка (пасынок) – частично заглубляемая в грунт, нижняя часть конструкции комбинированной опоры ВЛ напряжением до 35 кВ, состоящей из деревянных стоек и железобетонных приставок.
4. Раскосы – наклонные элементы опоры служащие для усиления её конструкции и соединяющие несколько элементов опоры между собой, например, стойку с траверсой, либо две стойки опоры.



Рисунок. Элементы конструкции комбинированной опоры: 1 – деревянная стойка опоры; 2 – железобетонная приставка (пасынок); 3 – раскос; 4 – траверса.

5. Траверса – обеспечивает крепление проводов линии электропередачи на определенном (допустимом) расстоянии от опоры и друг от друга.

Рисунок. Траверсы опор: а - для ж/б опоры 10 кВ; б - для ж/б опоры 110 кВ.

Чаще всего можно встретить траверсы в виде жесткой металлической конструкции, однако существуют также деревянные траверсы и траверсы из композитных материалов.



Рисунок. Траверса опоры ВЛ 110 кВ из композитных материалов

Кроме того, на V-образных опорах типа «набла» и П-образных опорах можно встретить так называемые гибкие траверсы.



Рисунок. Опора ВЛ с «гибкой» траверсой

В некоторых конструкциях опор траверсы могут отсутствовать, например, у деревянных или железобетонных опор ВЛ напряжением до 1 кВ, у опор ВЛ с самонесущими изолированными проводами напряжением до 1 кВ, у анкерных опор ВЛ любого напряжение, где каждая фаза крепится на отдельной стойке.



Рисунок. Опора без траверсы

6. Фундамент – конструкция, заделанная в грунт и передающая на него нагрузки от опоры, изоляторов, проводов и внешних воздействий (гололед, ветер).



Рисунок. Грибовидный железобетонный фундамент

Для одностоечных опор, у которых нижний конец стойки заделывается в грунт, фундаментом служит низ стойки; для металлических опор применяются свайные или сборные грибовидные железобетонные, а при установке переходных опор и опор на болотах - монолитные бетонные фундаменты.



Рисунок. Железобетонные сваи, применяемые в односвайных и многосвайных фундаментах опор ВЛ



Рисунок. Опора ЛЭП на свайном фундаменте

7. Ригель – увеличивает боковую поверхность подземной конструкции железобетонных стоек и подножников металлических опор. Ригели увеличивают способность фундамента выдерживать горизонтальные нагрузки, действующие на опору, препятствуя ее опрокидыванию от сил тяжения проводов, при сооружении опор в слабом грунте.



Рисунок. Грибовидный железобетонный фундамент (1) с тремя ригелями (2)

8. Оттяжки – предназначены для повышения устойчивости опор и воспринимают на себя усилия от тяжения провода.



Рисунок. Опора, закрепленная с помощью оттяжек

Верхняя часть оттяжки крепится к стойке или траверсе опоры, а нижняя часть к якорю или железобетонной плите. Кроме того, в конструкцию оттяжки может входить натяжная муфта – талреп.

Рисунок. Нижняя часть оттяжки

9. Тросостойка – верхняя часть опоры, предназначенная для поддерживания грозозащитного троса. Обычно представляет собой трапециевидный шпиль на верхушке опоры. На опоре может быть одна или две тросостойки (на П-образных опорах), так же бывают опоры без тросостойки.

Основными элементами воздушных линий являются провода, изоляторы, линейная арматура, опоры и фундаменты. На воздушных линиях переменного трехфазного тока подвешивают не менее трех проводов, составляющих одну цепь; на воздушных линиях постоянного тока - не менее двух проводов.

По количеству цепей ВЛ подразделяются на одно, двух и многоцепные. Количество цепей определяется схемой электроснабжения и необходимостью ее резервирования. Если по схеме электроснабжения требуются две цепи, то эти цепи могут быть подвешены на двух отдельных одноцепных ВЛ с одноцепными опорами или на одной двухцепной ВЛ с двухцепными опорами. Расстояние / между соседними опорами называют пролетом, а расстояние между опорами анкерного типа - анкерным участком.

Провода, подвешиваемые на изоляторах (А, - длина гирлянды) к опорам (рис. 5.1, а), провисают по цепной линии. Расстояние от точки подвеса до низшей точки провода называется стрелой провеса /. Она определяет габарит приближения провода к земле А, который для населенной местности равен: до поверхности земли до 35 и ПО кВ - 7 м; 220 кВ - 8 м; до зданий или сооружений до 35 кВ - 3 м; 110 кВ - 4 м; 220 кВ - 5 м. Длина пролета / определяется экономическими условиями. Длина пролета до 1 кВ обычно составляет 30…75 м; ПО кВ - 150…200 м; 220 кВ - до 400 м.

Разновидности опор электропередач

В зависимости от способа подвески проводов опоры бывают:

1. промежуточные, на которых провода закрепляют в поддерживающих зажимах;
2. анкерного типа, служащие для натяжения проводов; на этихопорах провода закрепляют в натяжных зажимах;
3. угловые, которые устанавливают на углах поворота ВЛ с подвеской проводов в поддерживающих зажимах; они могут быть промежуточные, ответвительные и угловые, концевые, анкерные угловые.

Укрупнено же опоры ВЛ выше 1 кВ подразделяются на два вида анкерные, полностью воспринимающие тяжение проводов и тросов в смежных пролетах; промежуточные, не воспринимающие тяжение проводов или воспринимающие частично.

На ВЛ применяют деревянные опоры (рис. 5Л, б, в), деревянные опоры нового поколения (рис. 5.1, г), стальные (рис. 5.1, д) и железобетонные опоры.

Деревянные опоры ВЛ

Деревянные опоры ВЛ все еще имеют распространение в странах, располагающих лесными запасами. Достоинствами дерева как материала для опор являются: небольшой удельный вес, высокая механическая прочность, хорошие электроизоляционные свойства, природный круглый сортамент. Недостатком древесины является ее гниение, для уменьшения которого применяют антисептики.

Эффективным методом борьбы с гниением является пропитка древесины маслянистыми антисептиками. В США осуществляется переход к деревянным клееным опорам.

Для ВЛ напряжением 20 и 35 кВ, на которых применяют штыревые изоляторы, целесообразно применение одностоечных свечеобразных опор с треугольным расположением проводов. На воздушных ЛЭП 6 -35 кВ со штыревыми изоляторами при любом расположении проводов расстояние между ними D, м, должно быть не меньше значений, определяемых по формуле

где U - линии, кВ; - наибольшая стрела провеса, соответствующая габаритному пролету, м; Ь - толщина стенки гололеда, мм (не более 20 мм).

Для ВЛ 35 кВ и выше с подвесными изоляторами при горизонтальном расположении проводов минимальное расстояние между проводами, м, определяется по формуле

Стойку опоры выполняют составной: верхнюю часть (собственно стойку) - из бревен длиной 6,5…8,5 м, а нижнюю часть (так называемый пасынок) - из железобетона сечением 20 х 20 см, длиной 4,25 и 6,25 м или из бревен длиной 4,5…6,5 м. Составные опоры с железобетонным пасынком сочетают в себе преимущества железобетонных и деревянных опор: грозоустойчивость и сопротивляемость гниению в месте касания с грунтом. Соединение стойки с пасынком выполняют проволочными бандажами из стальной проволоки диаметром 4…6 мм, натягиваемой при помощи скрутки или натяжным болтом.

Анкерные и промежуточные угловые опоры для ВЛ 6 - 10 кВ выполняют в виде Аобразной конструкции с составными стойками.

Стальные опоры электропередачи

Широко применяют на ВЛ напряжением 35 кВ и выше.

По конструктивному исполнению стальные опоры могут быть двух видов:

1. башенные или одностоечные (см. рис. 5.1, д);
2. портальные, которые по способу закрепления подразделяютсяна свободностоящие опоры и опоры на оттяжках.

Достоинством стальных опор является их высокая прочность, недостатком - подверженность коррозии, что требует при эксплуатации проведения периодической окраски или нанесения антикоррозийного покрытия.

Опоры изготавливают из стального углового проката (в основном применяют равнобокий уголок); высокие переходные опоры могут быть изготовлены из стальных труб. В узлах соединения элементов применяют стальной лист различной толщины. Независимо от конструктивного исполнения стальные опоры выполняют в виде пространственных решетчатых конструкций.

Железобетонные опоры электропередачи

По сравнению с металлическими более долговечны и экономичны в эксплуатации, так как требуют меньше ухода и ремонта (если брать жизненный цикл, то железобетонные - более энергозатратны). Основное преимущество железобетонных опор - уменьшение расхода стали на 40…75%, недостаток - большая масса. По способу изготовления железобетонные опоры подразделяются на бетонируемые на месте установки (большей частью такие опоры применяют зарубежом) и заводского изготовления.

Крепление траверс к стволу стойки железобетонной опоры выполняют с помощью болтов, пропущенных через специальные отверстия в стойке, или с помощью стальных хомутов, охватывающих ствол и имеющих цапфы для крепления на них концов поясов траверс. Металлические траверсы предварительно подвергают горячей оцинковке, поэтому они долгое время не требуют при эксплуатации специального ухода и наблюдения.

Провода воздушных линий выполняют неизолированными, состоящими из одной или нескольких свитых проволок. Провода из одной проволоки, называемые однопроволочными (их изготавливают сечением от 1 до 10 мм2), имеют меньшую прочность и применяются только на ВЛ напряжением до 1 кВ. Многопроволочные провода, свитые из нескольких проволок, применяются на ВЛ всех напряжений.

Материалы проводов и тросов должны иметь высокую электрическую проводимость, обладать достаточной прочностью, выдерживать атмосферные воздействия (в этом отношении наибольшей стойкостью обладают медные и бронзовые провода; провода из алюминия подвержены коррозии, особенно на морских побережьях, где в воздухе содержатся соли; стальные провода разрушаются даже в нормальных атмосферных условиях).

Для ВЛ применяют однопроволочные стальные провода диаметром 3,5; 4 и 5 мм и медные провода диаметром до 10 мм. Ограничение нижнего предела обусловлено тем, что провода меньшего диаметра имеют недостаточную механическую прочность. Верхний предел ограничен из-за того, что изгибы однопроволочного провода большего диаметра могут вызвать в его внешних слоях такие остаточные деформации, которые будут снижать его механическую прочность.

Многопроволочные провода, скрученные из нескольких проволок, обладают большой гибкостью; такие провода могут выполняться любым сечением (их изготавливают сечением от 1,0 до 500 мм2).

Диаметры отдельных проволок и их количество подбирают так, чтобы сумма поперечных сечений отдельных проволок дала требуемое общее сечение провода.

Как правило, многопроволочные провода изготавливают из круглых проволок, причем в центре помещается одна или несколько проволок одинакового диаметра. Длина скрученной проволоки немного больше длины провода, измеренной по его оси. Это вызывает увеличение фактической массы провода на 1 …2 % по сравнению с теоретической массой, которая получается при умножении сечения провода на длину и плотность. Во всех расчетах принимается фактическая масса провода, указанная в соответствующих стандартах.

Марки неизолированных проводов обозначают:

• буквами М, А, АС, ПС - материал провода;
• цифрами - сечение в квадратных миллиметрах.

Алюминиевая проволока А может быть:

• марки AT (твердой неоттоженной)
• AM (отожженной мягкой) сплавов АН, АЖ;
• АС, АСХС - из стального сердечника и алюминиевых проволок;
• ПС - из стальных проволок;
• ПСТ - из стальной оцинкованной проволоки.

Например, А50 обозначает алюминиевый провод, сечение которого равно 50 мм2;

• АС50/8 - сталеалюминевый провод сечением алюминиевой части 50 мм2, стального сердечника 8 мм2 (в электрических расчетах учитывается проводимость только алюминиевой части провода);
• ПСТЗ,5, ПСТ4, ПСТ5 - однопроволочные стальные провода, где цифры соответствуют диаметру провода в миллиметрах.

Стальные тросы, применяемые на ВЛ в качестве грозозащитных, изготавливают из оцинкованной проволоки; их сечение должно быть не менее 25 мм2. На ВЛ напряжением 35 кВ применяют тросы сечением 35 мм2; на линиях ПО кВ - 50 мм2; на линиях 220 кВ и выше -70 мм2.

Сечение многопроволочных проводов различных марок определяется для ВЛ напряжением до 35 кВ по условиям механической прочности, а для ВЛ напряжением ПО кВ и выше - по условиям потерь на корону. На ВЛ при пересечении различных инженерных сооружений (линий связи, железных и шоссейных дорог и т.д.) необходимо обеспечивать более высокую надежность, поэтому минимальные сечения проводов в пролетах пересечений должны быть увеличены (табл. 5.2).

При обтекании проводов потоком воздуха, направленным поперек оси ВЛ или под некоторым углом к этой оси, с подветренной стороны провода возникают завихрения. При совпадении частоты образования и перемещения вихрей с одной из частот собственных колебаний провод начинает колебаться в вертикальной плоскости.

Такие колебания провода с амплитудой 2…35 мм, длиной волны 1…20 м и частотой 5…60 Гц называются вибрацией.

Обычно вибрация проводов наблюдается при скорости ветра 0,6… 12,0 м/с;

Стальные провода не допускаются в пролетах над трубопроводами и железными дорогами.

Вибрация, как правило, имеет место в пролетах длиной более 120 м и на открытой местности. Опасность вибрации заключается в обрыве отдельных проволок провода на участках их выхода из зажимов изза повышения механического напряжения. Возникают переменные от периодических изгибов проволок в результате вибрации и сохраняются в подвешенном проводе основные растягивающие напряжения.

В пролетах длиной до 120 м защиты от вибрации не требуется; не подлежат защите и участки любых ВЛ, защищенных от поперечных ветров; на больших переходах рек и водных пространств требуется защита независимо от в проводах. На ВЛ напряжением 35 …220 кВ и выше защиту от вибрации выполняют путем установки виброгасителей, подвешенных на стальном тросе, поглощающих энергию вибрирующих проводов с уменьшением амплитуды вибрации около зажимов.

При гололеде наблюдается так называемая пляска проводов, которая, так же как и вибрация, возбуждается ветром, но отличается от вибрации большей амплитудой, достигающей 12… 14 м, и большей длиной волны (с одной и двумя полуволнами в пролете). В плоскости, перпендикулярной оси ВЛ, провод На напряжении 35 - 220 кВ провода изолируют от опор гирляндами подвесных изоляторов. Для изоляции ВЛ 6 -35 кВ применяют штыревые изоляторы.

Проходя по проводам ВЛ, выделяет теплоту и нагревает провод. Под влиянием нагрева провода происходят:

1. удлинение провода, увеличение стрелы провеса, изменение расстояния до земли;
2. изменение натяжения провода и его способности нести механическую нагрузку;
3. изменение сопротивления провода, т. е. изменение потерь электрической мощности и энергии.

Все условия могут изменяться при наличии постоянства параметров окружающей среды или изменяться совместно, воздействуя на работу провода ВЛ. При эксплуатации ВЛ считают, что при номинальном токе нагрузки температура провода составляет 60…70″С. Температура провода будет определяться одновременным воздействием тепловыделения и охлаждения или теплоотвода. Теплоотвод проводов ВЛ возрастает с увеличением скорости ветра и понижением температуры окружающего воздуха.

При уменьшении температуры воздуха от +40 до 40 °С и увеличении скорости ветра от 1 до 20 м/с тепловые потери изменяются от 50 до 1000 Вт/м. При положительных температурах окружающего воздуха (0…40 °С) и незначительных скоростях ветра (1 …5 м/с) тепловые потери составляют 75…200 Вт/м.

Для определения воздействия перегрузки на увеличение потерь сначала определяется

где RQ - сопротивление провода при температуре 02, Ом; R0] - сопротивление провода при температуре, соответствующей расчетной нагрузке в условиях эксплуатации, Ом; А/.у.с - коэффициент температурного увеличения сопротивления, Ом/°С.

Увеличение сопротивления провода по сравнению с сопротивлением, соответствующим расчетной нагрузке, возможно при перегрузке 30 % на 12 %, а при перегрузке 50 % - на 16 %

Увеличения потери AUпри перегрузке до 30 % можно ожидать:

1. при расчете ВЛ на AU =5% А?/30 = 5,6%;
2. при расчете ВЛ на А17= 10 % Д?/30 = 11,2 %.

При перегрузке ВЛ до 50 % увеличение потери будет равно соответственно 5,8 и 11,6 %. Учитывая график нагрузки, можно отметить, что при перегрузке ВЛ до 50 % потери кратковременно превышают допустимые нормативные значения на 0,8… 1,6 %, что существенно не влияет на качество электроэнергии.

Применение провода СИП

С начала века получили распространение низковольтные воздушные сети, выполненные как самонесущая система изолированных проводов (СИП).

Используется СИП в городах как обязательнаяпрокладка, как магистраль в сельских зонах со слабой плотностью населения, ответвления к потребителям. Способы прокладки СИП различны: натягивание на опорах; натягивание по фасадам зданий; прокладка вдоль фасадов.

Конструкция СИП (униполярных бронированных и небронированных, триполярных с изолированной или голой несущей нейтралью) в общем случае состоит из медной или алюминиевой проводниковой многопроволочной жилы, окруженной внутренним полупроводниковым экструдированным экраном, затем - изоляцией из шитого полиэтилена, полиэтилена или ПВХ. Герметичность обеспечивается порошком и компаундированной лентой, поверх которых расположен металлический экран из меди или алюминия в виде спирально уложенных нитей или ленты, с использованием экструдированного свинца.

Поверх подушки кабельной брони, выполненной из бумаги, ПВХ, полиэтилена, делают броню из алюминия в виде сетки из полосок и нитей. Внешняя защита выполнена из ПВХ, полиэтилена без гелогена. Пролеты прокладки, рассчитанные с учетом ее температуры и сечения проводов (не менее 25 мм2 для магистралей и 16 мм2 на ответвлениях к вводам для потребителей, 10 мм2 для сталеалюминиевого провода) составляют от 40 до 90 м.

При небольшом повышении затрат (около 20 %) по сравнению с неизолированными проводами надежность и безопасность линии, оснащенной СИП, повышается до уровня надежности и безопасности кабельных линий. Одним из преимуществ воздушных линий с изолированными проводами ВЛИ перед обычными ЛЭП является снижение потерь и мощности за счет уменьшения реактивного сопротивления. Параметры прямой последовательности линий:

• АСБ95 - R = 0,31 Ом/км; Х= 0,078 Ом/км;
• СИП495 - соответственно 0,33 и 0,078 Ом/км;
• СИП4120 - 0,26 и 0,078 Ом/км;
• АС120 - 0,27 и 0,29 Ом/км.

Эффект от снижения потерь при применении СИП и неизменности тока нагрузки может составлять от 9 до 47 %, потерь мощности - 18 %.

При прокладке воздушных линий электропередач помимо выбора кабеля необходимо также осуществлять и выбор опор, на которых он будет закреплен, а также изоляторов. Данную статью мы посвятим опорам воздушных линий электропередач.

Для устройства воздушных линий применяют металлические, железобетонные и деревянные, как их часто называют в обычной жизни, электроопоры.

Деревянные опоры

Изготавливаются, как правило, из сосновых бревен со снятой корой. Для ЛЭП с напряжением питания до 1000 В допускается применение и других пород деревьев, например, пихта, дуб, кедр, ель, лиственница. Бревна, которые впоследствии должны будут стать опорами линий электропередач, должны соответствовать определенным техническим требованиям. Естественная конусность ствола, проще говоря, изменение его диаметра от толстого нижнего конца (комля) к верхнему отрубу не должна превышать 8 мм на 1 метр длины бревна. Диаметр бревна на верхнем отрубе для линий с напряжением до 1000 В принимается не менее 12 см, для линий с напряжением выше 1000 В, но не выше 35 кВ – 16 см, а для линий с более высоким напряжением не менее 18 см.

Деревянные опоры могут применять для сооружения воздушных линий с напряжением не выше 110 кВ включительно. Наиболее широкое распространение деревянные опоры получили в воздушных линиях с напряжением до 1000 В, а также в линиях связи. Плюсом деревянных опор есть их относительно небольшая стоимость и простота изготовления. Однако есть и минус, существенный минус – они подвержены гниению и срок службы сосновых опор составляет порядка 4-5 лет. Для предохранения древесины от гниения ее пропитывают специальными антисептиками против гниения, например антраценовым или креозотовым маслом. Особенно тщательной обработке поддаются те части, которые будут вкапываться в землю, а также врубки концов, раскосов и траверс. Благодаря антисептикам срок службы увеличивается примерно в 2-3 раза. Для этой же цели довольно часто ноги деревянной электроопоры изготавливают из двух частей – основной стойки и стула (пасынка):

Где – 1) основная стойка, а 2) стул (пасынок)

При сильном загнивании нижней части достаточно сменить только пасынка.

Металлические опоры

Плюс – прочные и надежные в эксплуатации. Минус – необходим большой расход металла, что влечет за собой значительное увеличение стоимости (в сравнении с деревянными). Применяют металлические опоры воздушных линий электропередач, как правило, при напряжениях от 110 кВ, так как эксплуатация металлических опор вызвана с большими расходами на выполнение очень трудоемких и дорогостоящих работ по периодической покраске, предохраняющей от коррозии.

Железобетонные опоры

При промышленном процессе изготовления являются наиболее оптимальным вариантом для воздушных линий как до 1000 В, так и выше 1000 В. Применение железобетонных опор резко снижает эксплуатационные расходы, так как они практически не требуют ремонта. В настоящее время, практически повсеместно, при сооружении воздушных линий 6-10 кВ и до 110 кВ применяют железобетонные опоры. Особенно широкое распространение они получили в городских сетях до и выше 1000 В. Железобетонные опоры могут выполнятся как монолитными (литыми), так и в виде сборок, которые собираются непосредственно на месте монтажа. Прочность их зависит от способа уплотнения бетона, которых два – центрифугование и вибрирование. При использовании способа центрифугования получается хорошая плотность бетона, которая, впоследствии, оказывает хорошее влияние на готовое изделие.

На воздушных линиях электропередач применяют специальные, анкерные, угловые, концевые, промежуточные опоры.

Их назначение – жесткое закрепление на них проводов и линии. Места для их установки определяет проект. По своей конструкции анкерная опора должна быть прочной, так как при обрыве провода с одной стороны она должна выдержать механическую нагрузку проводов с другой стороны линии.

Анкерными пролетами называют расстояние между анкерными опорами. На прямолинейных участках (в зависимости от сечения проводов) анкерные пролеты имеют длину до 10 км.

Промежуточные опоры

Служат только для поддержки проводов на прямых участках линии между анкерными опорами. Из общего количества установленных на линии электроопор, промежуточные занимают порядка 80-90%.

Угловые опоры

Предназначены для установки в местах поворота трассы линии электропередач. Если угол поворота линии до 20 0 , то электроопора может изготавливаться по типу промежуточной, а если угол составляет порядка 20-90 0 , то по типу анкерной.

Имеют анкерный тип и устанавливаются в начале и в конце линий. Если в анкерных электроопорах сила одностороннего тяжения проводов может возникнуть только в аварийной ситуации, при обрыве провода, то в концевых электроопорах она действует всегда.

Специальные опоры

Представляют собой электроопоры повышенной высоты и применяются в местах пересечения линий электропередач ЛЭП с шоссейными и железными дорогами, реками, пересечении между самими ЛЭП и в других случаях, когда стандартной высоты электроопоры недостаточно для обеспечения необходимого расстояния до проводов. Промежуточные электроопоры линий с напряжением до 10 кВ выполняют одностоечными (свечообразными). В сетях низкого напряжения одностоечные опоры выполняют функции угловых или концевых опор, а также снабжаются дополнительно или оттяжками, прикрепленными в сторону, противоположную тяжению проводов, или подкосами (подпорками), которые устанавливаются со стороны тяжения проводов:

Для линий с напряжением 6-10 кВ электроопоры выполняются А-образными:

Также характеризуются воздушные линии и основными габаритами и размерами.

Габарит воздушной линии – вертикальное расстояние от самой низкой точки провода к земле или воде.

Стрела провеса – это расстояние между воображаемой прямой линией между точками крепления проводов на опоре и самой низкой точкой провода в пролете:

Все габариты ЛЭП строго регламентируются ПУЭ и напрямую зависят от величины напряжения питания, а также местности, по которой проходит трасса.

ПУЭ также регламентирует и другие габариты при пересечении и сближении ЛЭП как между собой, так и между линиями связи, авто- и железнодорожными магистралями, воздушными трубопроводами, канатными дорогами.

Для проверки запроектированной ЛЭП требованиям ПУЭ производятся расчеты на механическую прочность, методы которых даются в специальных курсах электрических сетей.