Опоры воздушных линий электропередач

Воздушные линии напряжением 0,4-35 кВ

Воздушные линии напряжением до 1 кВ называют линиями низкого напряжения (НН), 1 кВ и более – высокого напряжения (ВН).

Низковольтные линии представляют собой простейшие сооружения в виде одиночных столбов, заглубленных непосредственно в землю, с укрепленными на них металлическими штырями и изоляторами, к которым прикреплены провода.

В качестве опор применяют деревянные, железобетонные и реже – металлические опоры. Последние, как правило, используют на ответственных пересечениях (железные электрифицированные дороги, автострады и др.). Деревянные опоры могут быть составными на деревянных или железобетонных приставках или из цельных бревен соответствующей длины и диаметра. На линиях 6-35 кВ подвешивают три провода, а на линиях 0.4 кВ опоры допускают совместную подвеску до восьми проводов марки А (Ап) сечением 16-50 мм2.

Линии ВН 3-10 кВ принципиально не отличаются от линий НН однако благодаря большим расстояниям между фазами и между проводами и землей размеры элементов – столбов, штырей, изоляторов – увеличены.

Железобетонные опоры ЛЭП разработаны и эксплуатируются в районах с расчетной температурой воздуха до -55°С. Основным элементом таких опор являются центрифугированные железобетонные стойки. Помимо центрифугированных стоек, в состав железобетонной опоры ЛЭП могут входить опорно-анкерные плиты, ригели, анкеры для оттяжек, нижняя бетонная крышка (подпятник) и металлоконструкции в виде траверс, надставок, тросостоек, оголовников, хомутов, оттяжек, внутренних связей, узлов крепления. Крепление металлоконструкций к стойке опоры осуществляется с помощью хомутов или сквозных болтов. Закрепление в грунте железобетонных опор производится путем установки их в цилиндрический котлован с последующим заполнением пазух песчано-гравийной смесью. Для обеспечения необходимой прочности заделки в слабых грунтах на подземной части опор ВЛ с помощью полухомутов закрепляются ригели. Главный недостаток опор из железобетона - низкие прочностновесовые характеристики, и как следствие высокие затраты при транспортировке из-за больших габаритов и массы изделий. Достоинство - высокая коррозионная стойкость к агрессивной среде.

Классификация железобетонных опор ВЛ

По назначению

Промежуточные опоры устанавливаются на прямых участках трассы ВЛ, предназначены только для поддержания проводов и тросов и не рассчитаны на нагрузки направленные вдоль линии электропередачи. Как правило общее число промежуточных опор составляют 80 - 90 % от всех опор ЛЭП.

Анкерные опоры применяются на прямых участках трассы ВЛ в местах перехода через инженерные сооружения или естественные преграды для ограничения анкерного пролета, а также в местах изменения числа, марок и сечений проводов линии электропередачи. Анкерная опора воспринимает нагрузку от разности тяжения проводов и тросов, направленную вдоль ЛЭП. Конструкция анкерных железобетонных опор ВЛ отличается повышенной прочностью. Это обеспечивается, в том числе, применением в опоре железобетонных стоек повышенной прочности.

Угловые опоры рассчитаны на эксплуатацию в местах изменения направления трассы ВЛ, воспринимают результирующую нагрузку от тяжения проводов и тросов смежных межопорных пролетов. При небольших углах поворота (15 - 30°), где нагрузки невелики, применяют угловые промежуточные опоры. При углах поворота более 30° используют угловые анкерные опоры, которые имеют более прочную конструкцию и анкерное крепление проводов.

Концевые опоры являются разновидностью анкерных и устанавливаются в конце и начале линии электропередачи, рассчитаны на нагрузку от одностороннего тяжения всех проводов и тросов.

Специальные опоры применяются для выполнения специальных задач: транспозиционные - для изменения порядка расположения проводов на опорах; переходные - для перехода линии электропередачи через инженерные сооружения или естественные преграды; ответвительные - для устройства ответвлений от магистральной линии электропередачи; противоветровые - для усиления механической прочности участка ЛЭП; перекрестные - при пересечении воздушных ЛЭП двух направлений.

По конструкции

Портальные железобетонные опоры ВЛ с оттяжками

Портальные свободностоящие опоры с внутренними связями

Одно-, двух-, трех- и многостоечные свободностоящие опоры

Одно-, двух-, трех- и многостоечные опоры с оттяжками

По количеству цепей

Одноцепные

Двухцепные

Многоцепные

Опоры ВЛ делятся на анкерные и промежуточные . Опо­ры этих двух основных групп различаются способом под­вески проводов. На промежуточных опорах провода подве­шиваются с помощью поддерживающих гирлянд изолято­ров. Опоры анкерного типа служат для натяжения проводов, на этих опорах провода подвешива­ются с помощью подвесных гирлянд. Расстояние между промежуточными опорами называется промежуточным про­летом или просто пролетом, а расстояние между анкерны­ми опорами - анкерным пролетом.

1. Анкерные опоры предназначены для жесткого закрепле­ния проводов в особо ответственных точках ВЛ: на пересе­чениях особо важных инженерных сооружений (например, железных дорог, ВЛ 330-500 кВ, автомобильных дорог шириной проезжей части более 15 м и т. д.), на концах ВЛ и на концах прямых ее участков. Анкерные опоры на прямых участках трассы ВЛ при подвеске проводов с обеих сторон от опоры с одинаковыми тяжениями в нормальных режимах работы ВЛ выполняют те же функции, что и про­межуточные опоры. Но анкерные опоры рассчитываются также и на восприятие значительных тяжений по проводам и тросам при обрыве части из них в примыкающем пролете. Анкерные опоры значительно сложнее и дороже промежу­точных и поэтому число их на каждой линии должно быть минимальным.

В наихудших условиях находятся концевые анкерные опоры, устанавливаемые при выходе линии с электростан­ции или на подходах к подстанции. Эти опоры испытывают одностороннее тяжение всех проводов со стороны линии, так как тяжение проводов со стороны портала подстанции незначительно.

2. Промежуточные прямые опоры устанавливаются на прямых участках ВЛ для поддержания провода в анкерном пролете. Промежуточная опора дешевле и проще в изго­товлении, чем анкерная, так как благодаря одинаковому тяжению проводов по обеим сторонам она при необорван­ных проводах, т. е. в нормальном режиме, не испытывает усилий вдоль линии. Промежуточные опоры составляют не менее 80-90 % общего числа опор ВЛ.

3. Угловые опоры устанавливают в точках поворота линии.

Кроме нагрузок, воспринимаемых промежуточными прямыми опорами, на угловые опоры действуют также нагрузки от поперечных состав­ляющих тяжения проводов и тросов. Чаще всего при углах поворота линий до 20° применяют угловые опоры анкер­ного типа (см. рис. 1.). При углах поворота линии элек­тропередачи более 20° вес промежуточных угловых опор значительно возрастает.

Рис. 1. Схема анкерного пролета ВЛ и пролета пересечения с желез­ной дорогой.

4. Деревянные опоры широко применяют на ВЛ до 110кВ включительно. Разработаны деревянные опоры также и для ВЛ 220 кВ, но они не нашли широкого распространения. Достоинства этих опор - малая стоимость (в районах, располагающих лесными ресурсами) и простота изготовления. Недостаток - подверженность древесины гниению, особенно в месте соприкосновения с почвой. Эффективное средство против гниения - пропитка специальными антисептиками.

Опоры делают в большинстве случаев составными. Нога опоры состоит из двух частей длинной (стойки) и короткой (пасынка). Пасынок соединяют со стойкой двумя бандажами из стальной проволоки. Анкерные и промежуточные угловые опоры для ВЛ 6-10 кВ выполняются в виде А-образной конструкции.

Промежуточная опора представляет собой портал, имеющий две стойки с ветровыми связями и горизонтальную траверсу. Анкерные угловые опоры для В Л 35-110 кВ выполняются в виде пространственных А-П-образных конструкций.

5. Металлические опоры (стальные), применяемые на линиях электропередачи напряжением 35 кВ и выше , достаточно металлоемкие и требуют окраски в процессе эксплуатации для защиты от коррозии. Устанавливают металлические опоры на железобетонных фундаментах. Наиболее распространенная конструкция опоры 500 кВ - портал на оттяжках (рис.2). Для линии 750 кВ применяются как портальные опоры на оттяжках, так и V-образные опоры типа «Набла» с расщепленными оттяжками. Для использования на линиях 1150 кВ в кон­кретных условиях разработан ряд конструкций опор - пор­тальные, V-образные, с вантовой траверсой. Основным ти­пом промежуточных опор для линий 1150 кВ являются V-образные опоры на оттяжках с горизонтальным распо­ложением проводов (рис.2). Линию постоянного тока напряжением 1500 (±750) кВ Экибастуз-Центр проекти­руют на металлических опорах (рис.2).

Рис.2. Металлические опоры:

а - промежуточная одноцепная на оттяжках 500 кВ; б - промежуточная V-образная 1150 кВ; в - промежуточная опора ВЛ постоянного тока 1500 кВ; г - элементы пространственных решетчатых конструкций

6. Железобетонные опоры долговечнее деревянных, требу­ют меньше металла, чем металлические, просты в обслуживании и поэтому широко применяются на ВЛ до 500 кВ включительно. Проведена унификация конструкций металли­ческих и железобетонных опор для ВЛ 35-500 кВ. В ре­зультате сокращено число типов и конструкций опор и их деталей. Это позволило серийно производить опоры на за­водах, что ускорило и удешевило сооружение линий.

Типы опор

Воздушные линии электропередачи. Опорные конструкции.

Опоры и фундаменты на воздушные линии электропередач напряжением 35-110 кВ имеют значительный удельный вес как в части материалоёмкости, так и в стоимостном отношении. Достаточно сказать, что стоимость смонтированных опорных конструкций на этих воздушных линиях составляет, как правило, 60-70 % полной стоимости сооружения воздушных линий электропередач. Для линий, расположенных на промышленных предприятиях и непосредственно прилегающих к ним территориях, этот процент может быть ещё выше.

Опоры воздушной линии предназначены для поддержания проводов линий на определённом расстоянии от земли, обеспечивающем безопасность людей и надёжную работу линии.

Опоры воздушных линий электропередач делятся на анкерные и промежуточные. Опоры этих двух групп различаются способом подвески проводов.

Анкерные опоры полностью воспринимают тяжение проводов и тросов в смежных с опорой пролётах, т.е. служат для натяжения проводов. На этих опорах провода подвешиваются с помощью подвесных гирлянд. Опоры анкерного типа могут быть нормальной и облегчённой конструкции. Анкерные опоры значительно сложнее и дороже промежуточных и поэтому число их на каждой линии должно быть минимальным.

Промежуточные опоры не воспринимают тяжение проводов или воспринимают его частично. На промежуточных опорах провода подвешиваются с помощью поддерживающих гирлянд изоляторов, рис. 1.

Рис. 1. Схема анкерного пролёта воздушной линии и пролёта пересечения с железной дорогой

На базе анкерных опор могут выполняться концевые и транспозиционные опоры. Промежуточные и анкерные опоры могут бытьпрямыми и угловыми .

Концевые анкерные опоры, устанавливаемые при выходе линии с электростанции или на подходах к подстанции, находятся в наихудших условиях. Эти опоры испытывают одностороннее тяжение всех проводов со стороны линии, так как тяжение со стороны портала подстанции незначительно.

Промежуточные прямые опоры устанавливаются на прямых участках воздушных линий электропередач для поддержания проводов. Промежуточная опора дешевле и проще в изготовлении, чем анкерная, так как в нормальном режиме не испытывает усилий вдоль линии. Промежуточные опоры составляют не менее 80-90 % общего числа опор воздушных линий.

Угловые опоры устанавливаются в точках поворота линии. При углах поворота линии до 20 о применяют угловые опоры анкерного типа. При углах поворота линии электропередачи более 20 о – промежуточные угловые опоры.

На воздушных линиях электропередач применяются специальные опоры следующих типов: транспозиционные – для изменения порядка расположения проводов на опорах; ответвительные – для выполнения ответвлений от основной линии; переходные – для пересечения рек, ущелий и т.д.

Транспозицию применяют на линиях напряжением 110 кВ и выше протяжённостью более 100 км для того, чтобы сделать ёмкость и индуктивность всех трёх фаз цепи воздушных линий электропередач одинаковыми. При этом последовательно меняют на опорах взаимное расположение проводов по отношению друг к другу. Однако такое тройное перемещение проводов называют циклом транспозиции. Линия делится на три участка (шага), на которых каждый из трёх проводов занимает все три возможных положения, рис. 2.

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.

Основные элементы воздушных линий. Опоры.

Опоры

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.

а	б

Рисунок. Опоры воздушных линий: а – промежуточная опора; б – анкерная опора.

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.

Рисунок. Анкерные опоры: а – угловая; б – ответвительная; в - транспозиционная.

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

По материалу, из которого изготавливаются , опоры могут быть:

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 средний срок службы деревянных опор может достигать 45-50 лет.

Недостатки деревянных опор:

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

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.

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.

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.

По способу закрепления в грунте:

По количеству цепей:

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.

Рисунок. Опоры воздушных линий: а – V-образная опора (типа «набла»); б – Y-образная опора; в – опора типа «тренога».

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

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

В разделе ГАЛЕРЕЯ размещен фотоальбом "Уникальные опоры воздушных линий".

По способу установки:

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 %.

В зависимости от способа подвески проводов опоры делятся на две основные группы:

опоры промежуточные, на которых провода закрепляются в поддерживающих зажимах;

опоры анкерного типа, служащие для натяжения проводов; на этих опорах провода закрепляются в натяжных зажимах.

Эти виды опор делятся на типы, имеющие специальное назначение.

Промежуточные прямые опоры устанавливаются на прямых участках линии. На промежуточных опорах с подвесными изоляторами провода закрепляются в поддерживающих гирляндах, висящих вертикально; на опорах со штыревыми изоляторами закрепление проводов производится проволочной вязкой. В обоих случаях промежуточные опоры воспринимают горизонтальные нагрузки от давления ветра на провода и на опору и вертикальные - от веса проводов, изоляторов и собственного веса опоры.

Промежуточные угловые опоры устанавливаются на углах поворота линии с подвеской проводов в поддерживающих гирляндах. Помимо нагрузок, действующих на промежуточные прямые опоры, промежуточные и анкерно-угловые опоры воспринимают также нагрузки от поперечных составляющих тяжения проводов и тросов. При углах поворота линии электропередачи более 20° вес промежуточных угловых опор значительно возрастает. При больших углах поворота устанавливаются анкерно угловые опоры.

Классификация.

По назначению

Промежуточные опоры устанавливаются на прямых участках трассы ВЛ, предназначены только для поддержания проводов и тросов.

Угловые опоры устанавливаются на углах поворота трассы ВЛ. При небольших углах поворота (до 15-30°), где нагрузки невелики, используют угловые промежуточные опоры.

Анкерные опоры устанавливаются на прямых участках трассы для перехода через инженерные сооружения или естественные преграды. Жесткие и прочные.

Концевые опоры - разновидность анкерных и устанавливаются в конце или начале линии.

Специальные опоры: транспозиционные, ответвлительные, перекрёстные, противоветровые.

По способу закрепления в грунте

Узкобазовая опора; Опоры, устанавливаемые непосредственно в грунт; Опоры, устанавливаемые на фундаменты

Классические (с широкой базой более 4 м2), как правило, рамные (каркасные) с заливкой бетоном или пригрузом, засыпанным песчано-гравийной смесью

Узкобазовые (менее 4 м2) (например: с креплением на стальную трубу, стальную винтовую или железобетонную сваю)

Специальная концевая опора - переход от воздушной линии к подземной кабельной линии

По конструкции

Вантовая опора ПС110ПВ-1М; Трехстоечная анкерно-угловая опора 35 кВ конструкции ГК ЭЛСИ; Свободностоящие опоры (одностоечные многостоечные); Опоры с оттяжками; Вантовые опоры аварийного резерва

По количеству цепей

Одноцепные; Двухцепные; Многоцепные

По напряжению

Опоры подразделяются на опоры для линий 0.4, 6, 10, 35, 110, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ. Отличаются эти группы опор размерами и весом. Чем больше напряжение, тем выше опоры, длиннее её траверсы и больше её вес. Увеличение размеров опоры вызвано необходимостью получения нужных расстояний от провода до тела опоры и до земли, соответствующих ПУЭ для различных напряжений линий.

По материалу изготовления

Железобетонные - выполняют из бетона, армированного металлом. Для линий 35-110 кВ и выше обычно применяют опоры из центрифугированного бетона. Достоинством железобетонных опор является их стойкость в отношении коррозии и воздействия химических реагентов, находящихся в воздухе. Основной недостаток значительный вес, относительно высокий процент возникновения дефектов при транспортировке.

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. Виды: Металлические решётчатые опоры, Металлические многогранные опоры, Опоры из стальных труб