Опоры ЛЭП

Воздушная линия является одним из способов передачи электрической энергии на расстояния при помощи опоры ЛЭП. Электрический ток передается по проводам, закрепленным на определенной, безопасной высоте над поверхностью земли. Провода при помощи изоляторов крепятся к надежным опорам, изготовленным из различных материалов.

Существует два типа опор ЛЭП, определяемых характером работы и способом подвески проводов:

• промежуточные – крепления только поддерживают провода, сила натяжения отсутствует или воздействует на опору частично;
• анкерные – провода закреплены в зажимах натяжения, на опоры в смежных пролетах действует продольная сила на
• тяжения проводов в полном объеме.

 

По месту расположения на линии электропередачи анкерные и промежуточные опоры могут быть прямыми или угловыми.

 На прямых зонах электрической линии промежуточная конструкция принимает:

• ветровые нагрузки, действующие на провода и саму опору параллельно поверхности земли;
• нагрузки, направленные перпендикулярно земле: собственный вес опоры и вес закрепленных и подвешенных на ней элементов.

 

 В аварийной ситуации на промежуточную опору действует нагрузка от тяжения оборванных проводов, а также скручивающие и изгибающие усилия. При расчетах таких конструкций учитывают аварийные моменты и применяют соответствующий коэффициент увеличения прочности. Процент использования промежуточных опор в линиях электропередач достигает 90%.

Рис. 1. Промежуточная опора.

Угловые промежуточные и анкерные опоры дополнительно к вышеперечисленным нагрузкам воспринимают действие поперечных сил натяжения проводов. С увеличением угла поворота растет нагрузка и масса промежуточной угловой опоры. На углах поворота более 30 градусов устанавливаются угловые анкерные опоры, обладающие большей жесткостью и прочностью.

Рис. 2. Анкерная опора

 

Анкерная опора в прямом отсеке электролинии при одинаковой силе натяжения проводов со стороны обеих смежных пролетов работает также как и промежуточная опора, воспринимая горизонтальные поперечные и вертикальные силы. Горизонтальные продольные усилия от проводов с двух сторон уравновешивают друг друга. В противном случае при разных силах натяжения с двух сторон на опору действует горизонтальное продольное усилие.

Анкерные опоры ставятся при изменении количества проводов, их марок, сечения, в местах обхода различных строений.

 

Анкерная угловая опора

На последних и начальных пролетах воздушной цепи на основе анкерных опор устанавливаются концевые стойки. На них воздействует усилие от одностороннего натяжения проводов. Провода, отходящие от концевых опор, крепятся на конструктивных элементах электрических подстанций.

Концевая опора

При прокладке электросетей может возникнуть потребность в изменении расположения проводов, для этого применяются транспозиционные анкерные опоры.

Транспозиционная опора

Ответвительные анкерные опоры позволяют делать разветвления проводов от центральной линии.

 Анкерная ответвительная опора

Перекрестные анкерные опоры помогают пройти участки встречи двух воздушных линий.

Для преодоления различных инженерных сооружений и естественных препятствий на трассе электрической линии возводят переходные опоры. 

По количеству линий (цепей) электропередач, прикрепленных к опорам, различают одноцепные, двухцепные, техцепные и  так далее опоры  воздушных линий.

В большинстве случаев применяются массовые, типовые опоры, называемые нормальными, в особых, уникальных случаях применяются специальные конструкции.

В качестве материалов при производстве опор ЛЭП применяются дерево, сталь, железобетон. При изготовлении отдельных образцов применяются сплавы на основе алюминия, многокомпонентные материалы.

Классификация опор по применяемым материалам

Деревянные опоры изготавливаются из бревен, полученных из стволов хвойных деревьев: чаще — сосны, реже -ели, лиственницы. Древесина этих деревьев содержит смолу, защищающую опоры от воздействия воды. Для защиты от гниения дерево, идущее на изготовление опор ЛЭП, пропитывают антисептическими составами. Для снижения вымывания в процессе эксплуатации септических растворов из массива древесины торцы опор защищаются от соприкосновения с внешней средой.

Оптимальная влажность для древесины, обеспечивающая нужную прочность опорных конструкций, составляет 18-22%. Для ее достижения материал подвергают сушке, чаще атмосферной, дающей наилучшие результаты. Важно, не пересушить бревна, так как излишняя сухость снижает прочностные показатели материала.

 Деревянные стойки имеют целый ряд достоинств:

• сравнительно невысокая стоимость, обеспеченная низкими трудозатратами на изготовление;
• небольшой вес;
• транспортировка и установка опорных элементов не требует больших трудовых ресурсов и мощной техники;
• не проводят электрический ток, что помогает снизить утечки тока и экономить электроэнергию.

 

Опоры из дерева хорошо противостоят изгибающим ветровым и гололедным нагрузкам, по этим показателям они примерно в 1,5-2 раза превосходят столбы из железобетона.

Гост 20022.0-93 определяет высокий срок эксплуатации деревянных опор  при условии сушки, пропитки от воздействия вредителей и гниения. При несоблюдении  защитных мероприятий срок эксплуатации деревянных стоек снижается во много раз.

К существенным недостаткам деревянных конструкций относится их низкая огнестойкость. Они могут легко воспламениться под воздействием ударов молнии, электрических разрядов и т.п. При возведении современных линий электропередач опоры из древесины практически не применяются.

 

Для металлических опор используются специальные стали. Отдельные части конструкции стыкуются с помощью сварки или болтовых соединений. Металлические профили опор покрываются снаружи антикоррозионными красками, защищающими сталь от окисления и разрушения в виде ржавчины.

•  Стальные опоры решетчатого типа собираются из металлических профилей в виде ажурной конструкции.  

 

Сборку  многогранных опор из стали осуществляют отдельными секциями из гнутого стального листа в виде усеченной пирамиды, полой внутри. В сечении такой пирамиды просматривается правильный многоугольник. Все части многогранной пирамиды соединяются с помощью фланцев или телескопически.

 

Поперечные перекладины для крепления оборудования могут быть в виде сплошной гнутой пирамиды из стального листа, решетчатой металлической конструкции или полимерной изолирующей консоли.

Применение многогранных опор позволяет:

• значительно сократить сроки прокладки  воздушных ЛЭП по сравнению с решетчатыми стальными или железобетонными конструкциями;
• уменьшить трудовые затраты за счет увеличения отдельных пролетов и уменьшения числа опор;
• снизить расходы на транспортировку конструкций, разный диаметр секций позволяет перевозить одни части внутри других и использовать стандартный транспорт для перевозки изделий до 12м.

 

Для размещения опоры многогранного сечения требуется меньшая земельная площадь, чем для решетчатой структуры.  Экономия на земельном отводе обеспечивается увеличением длины пролетов, уменьшением числа стоек.

Экономический эффект от применения многогранных опор при строительстве высоковольтных линий электропередач достигает 10 % по сравнению с установкой железобетонных конструкций и 40 % по сравнению со стальными решетчатыми элементами.

 

Во второй половине двадцатого века на смену дорогостоящим металлическим конструкциям пришли опоры из железобетона. Основная стойка изготавливается из бетона, усиленного металлической арматурой. Кроме стойки в ж/бетонной опоре присутствуют траверсы, оттяжки и другие элементы. Металлическая сердцевина увеличивает сопротивление бетона при растяжении.

Железобетонная опора

Металл и бетон примерно одинаково реагируют на изменение температурного режима, что позволяет снять внутренне напряжение бетона при температурных скачках.

Железобетонные опоры наиболее востребованная конструкция при возведении линий электропередач. Их доля в общей протяженности вновь возводимых электросетей достигает 80 процентов.

 

Промышленное производство железобетонных опор на основе максимальной унификации по типам и размерам обеспечило им широкую область применения и относительно  невысокую стоимость. Эти конструкции долговечны, имеют большой запас прочности, просты в эксплуатации, требуют меньших трудовых затрат по сравнению с металлическими и деревянными опорами.

Металлическая арматура бетонной конструкции надежно защищена от коррозии слоем бетона, который дополнительно  покрывается гидроизоляционным материалом.

 

Минусы железобетонных опор:

• большой вес и размеры;
• увеличение расходов на погрузку и транспортировку;
•  потребность подъемных машин с высокой грузоподъемностью;
• меньшая прочность по сравнению с металлическими опорами, как следствие, потребность в большем числе опорных конструкций.

 

Для увеличения прочности бетона при растяжении железную арматуру подвергают предварительному натяжению, что приводит к дополнительному сжатию бетона и препятствует образованию трещин.

Железобетонные стойки бывают конической и цилиндрической форм с сечением в виде кольца. Их делают на специальных центрифугах, где за счет центробежной силы создается плотная бетонная стенка опоры.

Для линий 35 — 110 кВ и выше всегда используются опоры, приготовленные на центробежных машинах.

Для уплотнения  бетонной смеси в опорах с сечением прямоугольного вида используются вибраторы.

 

При строительстве воздушных ЛЭП мощностью до 35 кВ можно применять как кольцевые опоры, так и стойки прямоугольного сечения.

Траверсы ж/бетонных стоек делают из металла. Существуют варианты траверс из бетона, армированного фиброй из стекловолокна.

 

Для продления периода эксплуатации конструкций из дерева, зачастую приходящих в негодность из-за гниения заглубленных в землю участков, применяют комбинированные опоры линий электропередач. В землю опускают короткий элемент опоры из железобетона (пасынок), к которому с помощью проволочного бандажа крепят основную длинную опору из дерева.

 

 В настоящее время в зарубежных странах широко применяются  опоры из композитных материалов, в частности, с применением армирования стекловолокном. В России пока накоплен недостаточный опыт использования новых материалов на основе пластика и стекловолокна.

 У композитных опор большое будущее – они обладают целым рядом преимуществ:

• малым весом;
• несложными условиями хранения и перевозки;
• простотой монтажных работ;
• огнестойкостью;
• хорошими диэлектрическими характеристиками.

 

 К минусам можно отнести высокую цену и малый масштаб применения.

 

Способ классификации опор ВЛ по методу крепления:

•  заглубленные в землю;
•   с фундаментным основанием. 

 Стальная опора, опирающаяся на фундамент

По количеству линий (цепей) электропередач, прикрепленных к опорам, различают одноцепные,  двухцепные, техцепные и  так далее опоры воздушных линий.

В большинстве случаев применяются массовые, типовые опоры, называемые нормальными, в особых, уникальных случаях применяются специальные конструкции.

 

Опоры подразделяют по типу конструкции, которая зависит от напряжения в проводах, их количества, расположения, природных условий.

 

 Простейшей конструкцией опоры является свободностоящий столб («свеча»). Более сложные опоры: в виде буквы А, треноги, портальные (в виде буквы П), АП-образные.

 

Опоры ВЛ по внешнему виду :

• 1- V – образная;
• 2 – Y-образная;
• 3 – тренога.

 

По методам установки опоры для проводов воздушных линий делятся на отдельностоящие и опоры на оттяжках. Первые передают нагрузки на основание непосредственно через себя. В опорах на оттяжках стойки передают на грунт только вертикальные нагрузки. Усилия от поперечных и продольных сил относительно оси ВЛ передаются на фундамент оттяжками с анкерными креплениями на специальных плитах.

 Единичные стойки или портальные опоры могут быть как свободными, так и с оттяжками.

А-образные стойки и опоры с подкосами считаются свободностоящими.