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 быть прямыми 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.

Рис. 2. Цикл транспозиции проводов одноцепной линии

В зависимости от количества подвешиваемых на опорах цепей опоры могут быть одноцепные и двухцепные. Провода располагаются на одноцепных линиях горизонтально или треугольником, на двухцепных опорах – обратной ёлкой или шестиугольником. Наиболее часто встречающиеся расположения проводов на опорах схематически изображены на рис. 3.

Рис. 3. Наиболее часто встречающиеся расположения проводов и тросов на опорах:

а – расположение по вершинам треугольника; б - горизонтальное расположение; в – расположение обратной ёлкой

Там же указано и возможное расположение грозозащитных тросов. Расположение проводов по вершинам треугольника (рис. 3, а) широко распространено на линиях до 20-35 кВ и на линиях с металлическими и железобетонными опорами напряжением 35-330 кВ.

Горизонтальное расположение проводов применяют на линиях 35 кВ и 110 кВ на деревянных опорах и на линиях более высокого напряжения на других опорах. Для двухцепных опор более удобно с точки зрения монтажа расположение проводов по типу «обратная ёлка», но увеличивает массу опор и требует подвески двух защитных тросов.

Деревянные опоры широко применялись на воздушных линиях электропередач до 110 кВ включительно. Наиболее распространены сосновые опоры и несколько меньше опоры из лиственницы. Достоинства этих опор – малая стоимость (при наличии местной древесины) и простота изготовления. Основной недостаток – гниение древесины, особенно интенсивное в месте соприкосновения опоры с почвой.

Металлические опоры выполняются из стали специальных марок для линий 35 кВ и выше, требуют большого количества металла. Отдельные элементы соединяют сваркой или болтами. Для предотвращения окисления и коррозии поверхность металлических опор оцинковывают или периодически окрашивают специальными красками. Однако они обладают высокой механической прочностью и большим сроком службы. Устанавливают металлические опоры на железобетонных фундаментах. Эти опоры по конструктивному решению тела опоры могут быть отнесены к двум основным схемам – башенным или одностоечным, рис. 4, и портальным, рис. 5.а, по способу закрепления на фундаментах – к свободностоящим опорам, рис. 4 и 6, и опорам на оттяжках, рис. 5.а, б, в.

На металлических опорах высотой 50 м и более должны быть установлены лестницы с ограждениями, доходящими по вершины опоры. При этом на каждой секции опор должны быть выполнены площадки с ограждениями.

Рис. 4. Промежуточная металлическая опора одноцепной линии:

1 – провода; 2 – изоляторы; 3 – грозозащитный трос; 4 – тросостойка; 5 – траверсы опоры; 6 – стойка опоры; 7 – фундамент опоры

Рис. 5. 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

Рис. 6. Металлические свободностоящие двухцепные опоры:

а) – промежуточная 220 кВ; б) – анкерная угловая 110 кВ

Железобетонные опоры выполняются для линий всех напряжений до 500 кВ. Для обеспечения необходимой плотности бетона применяют виброуплотнение и центрифугирование. Виброуплотнение производится различными вибраторами. Центрифугирование обеспечивает очень хорошее уплотнение бетона и требует специальных машин – цинтрифуг. На воздушных линиях электропередач 110 кВ и выше стойки опор и траверсы портальных опор – центрифугированные трубы, конические или цилиндрические. Железобетонные опоры долговечнее деревянных, отсутствует коррозия деталей, просты в эксплуатации и поэтому получили широкое распространение. Они имеют меньшую стоимость, но обладают большей массой и относительной хрупкостью поверхности бетона, рис. 7.

Рис. 7. Промежуточные железобетонные свободностоящие одноцепные

опоры: а) – со штыревыми изоляторами 6-10 кВ; б) – 35 кВ;

в) – 110 кВ; г) – 220 кВ

Траверсы одностоечных железобетонных опор – металлические оцинкованные.

Срок службы железобетонных и металлических оцинкованных или периодически окрашиваемых опор велик и достигает 50 лет и более.