VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Опоры воздушных линий электропередачи предназначаются для закрепления проводов и тросов. Они делятся на две основные группы: промежуточные и анкерные. 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 [1,3,8,9].

По материалу изготовления опоры бывают деревянные, железобетонные и металлические. Деревянные опоры с пропиткой антисептиком применяются там, где использование древесины экономически выгодно. Преимущество деревянных опор обусловлено их низкой стоимостью, достаточно высокой механической прочностью, высокими электроизоляционными свойствами, низкой стоимостью. Главный недостаток – недолговечность (рис.1).

Рис. 1- Деревянные опоры	Рис. 2 - Железобетонные опоры	Рис. 3 - Металлические опоры

Железобетонные опоры используются в условиях равнинной местности, где металлические опоры экономически нецелесообразны. Такие 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 (рис. 2).

Металлические опоры позволяют создавать конструкции, рассчитанные на большие нагрузки и любые климатические условия, обладают высокой механической прочностью при относительно небольшой массе, однако они достаточно дорогостоящие и подвержены коррозии (рис. 3).

При проектировании опор воздушных линий электропередачи необходимо учесть множество факторов, так как они сооружаются в открытой местности и поэтому подвергаются различным атмосферным воздействиям, которые в зависимости от географического положения проявляются в той или иной степени и оказывают основное влияние на надежность работы линии. На работу линий влияют сочетания низких температур с наибольшими скоростями ветра, а так же температура, сопутствующая процессу гололедно-изморозевых образований. При расчете опор ВЛ и их элементов должны учитываться климатические условия - ветровое давление, толщина стенки гололеда, температура воздуха, степень агрессивного воздействия окружающей среды, интенсивность грозовой деятельности, пляска проводов и тросов, вибрация. Помимо этого на выбор опор влияет сфера их применения и назначение, длина линий и номинальное напряжение.

Опоры являются основным элементом линий электропередач, от качества их изготовления и от того, насколько они правильно установлены, зависит их работоспособность, функциональность, безопасность эксплуатации и бесперебойность электроснабжения. Именно этим факторам посвящается данная статья.

Все высоковольтные линии электропередач нуждаются в установке специальных элементов, обеспечивающих стабильность их работы. Металлическая опора – это основной конструктивный элемент сложной целостной системы высоковольтных линий. Этот тип инженерных сооружений устанавливают на прямых участках, через которые проходят высоковольтные линии [2,4,7].

Металлические опоры характеризуются высокой механической прочностью, они не деформируются и не повреждаются при перевозке от одного объекта к другому. Конструкции из металла адаптированы к самым суровым климатическим условиям и менее восприимчивы к воздействию окружающей среды. Большая механическая прочность стали позволяет создавать мощные и высокие металлические опоры, выдерживающие огромные механические нагрузки, а дополнительный слой цинка обеспечивает высочайшую антикоррозийную устойчивость.

Металлические опоры линий электропередачи обладают меньшей, чем железобетонные, массой и высокой механической прочностью. Это позволяет создавать опоры значительной высоты, рассчитанные на большие нагрузки. Их применяют на ЛЭП всех напряжений, часто в сочетании с железобетонными промежуточными опорами. Металлические опоры линий электропередачи незаменимы на линиях с большими нагрузками (например, на переходах).

Металлические опоры линий электропередачи изготовляют в основном из стали, в отдельных случаях из алюминиевых сплавов. По способу изготовления металлические опоры линий электропередачи делят на сварные, поступающие с заводов в виде готовых секций, и болтовые, которые собирают на трассе из отдельных элементов (раскосов, стержней, поясов) на болтах.

Многие повреждения металлических опор можно предупредить, выявив и устранив в процессе приемки дефекты фундаментов и при качественном выполнении работ при их установке.

В условиях эксплуатации железобетонные фундаменты повреждаются как от воздействий внешней среды, так и от больших внешних нагрузок. Трещины, получающиеся на поверхности фундаментов при воздействии эксплуатационных знакопеременных нагрузок, а также влаги, ветра и низкой темлературы, расширяются. Происходит разрушение бетона и обнажение арматуры. Поломка фундамента может произойти в результате несоосности его со стойками, что служит причиной появления больших изгибающих моментов. Аналогичное явление может произойти при размыве основания фундамента грунтовыми водами и отклонении его от вертикального положения. Для этого лучше всего приемку фундаментов производить во время строительства линии.

Опоры из металла делятся на две обширные группы – решётчатые и МГС (многогранные гнутые стойки).

Для расчета стальных конструкций используются следующие расчетные характеристики:

а) для растяжения, сжатия и изгиба при работе в упругой стадии используется расчетное сопротивление, определяемое по пределу текучести материала по формуле:

, (1)

б) при работе в упруго-пластической стадии – расчетное сопротивление., определяемое по формуле:

, (2)

где – предел текучести стали, МПа; – предел прочности стали, МПа; – коэффициент надежности по материалу.

В зависимости от назначения опор для каждой сферы подбирается оптимальная длина линий и номинальное напряжение. Для электроснабжения отдельных объектов и потребителей в любых населенных пунктах и правильного распределение мощности на предприятиях необходимая длина линий до 3 км, номинальное напряжение до 1 кВ.

При электроснабжении промышленных и сельских потребителей и энергораспределении внутри крупных производственных предприятий длина линий составляет от 15 до 3 км, номинальное напряжение от 1 до 10 кВ. При распределении мощности в крупном населенном пункте и обеспечении электричеством сельских потребителей длина линий от 30 до 10 км, номинальное напряжение от 20 до 35 кВ.

Для перераспределения мощности внутри энергетической системы либо предприятия электрической сети, снабжения электричеством производств и узлов крупных городов, энергоемких потребителей сельской местности, распределения мощности по крупному городу, а также электрификация трубопроводного или железнодорожного транспорта используют линии длиной от 100 до 25 км, номинальное напряжение от 110 до 150 кВ.

Распределение мощности по крупным энергетическим системам, снабжение электричеством потребителей, которые удалены от энергосистем и электрических станций, выделение мощности электрическим станциям, которые обладают небольшой мощностью, осуществляется с помощью линий длиной от 300 до 100 км, номинального напряжения от 220 до 330 кВ.

Развитие объединенных энергетических систем, а также единой энергетической системы государства, обеспечение связи между системами, выделение мощности крупными электрическими станциями, а также снабжение электричеством больших и энергоемких предприятий либо промышленных узлов реализуется при длине линий от 1000 до 200 км, номинальном напряжении от 400 до 500 кВ.

Для развития крупных энергосистем и создания единой системы энергетики государства, обеспечения связей между системами, выделения мощности крупными электрическими станциями используют длину линий от 2000 до 300 км, номинальное напряжение 750 кВ.

Развитие крупных энергетических систем, которые объединены между собой, создание единой государственной системы энергоснабжения, обеспечение связи между системами, выделение мощности крупными энергетическими станциями осуществляется при длине линий от 3000 до 500 км, номинальном напряжении 1150 кВ.

Ни одну сферу деятельности человека невозможно представить без электроэнергии. Столь широкое распространение объясняется ее способностью превращаться практически во все другие виды энергии (тепловую, механическую, звуковую, световую и т.п.); относительно просто передаваться на значительные расстояния в больших количествах; протекания с огромными скоростями электромагнитных процессов. Именно поэтому на этапе проектирования опор ЛЭП необходимо учесть все факторы для предотвращения обрыва подачи электричества.

Металлические опоры чаще всего устанавливают, предварительно собрав их на земле в горизонтальном положении. При этом подъем опоры осуществляют поворотом вокруг шарниров, прикрепленных к фундаменту, с помощью грузоподъемных кранов, монтажных стрел, такелажной оснастки и тяговых механизмов. Разумеется, проще и производительнее было бы поднять и установить на фундамент опору специальным краном-установщиком опор, однако такие краны тяжелы и дороги. Серийный выпуск специальных кранов уже налажен для монтажа железобетонных опор, для которых установка опор способом поворота почти не применяется.

Способ монтажа поворотом обладает некоторыми достоинствами, главным из которых является сравнительная легкость комплектации необходимой оснастки. К тому же оснастка и механизмы используются лишь непродолжительно, только на время подъема опоры, что позволяет одновременно собирать ряд одинаковых опор и поднимать их последовательно одним комплектом механизмов и приспособлений. При этом сборка опор и подъемной оснастки выполняется на земле в удобном положении, что облегчает осмотр, контроль, обеспечение качества и безопасности работ. Существенный недостаток этого способа - необходимость в большой свободной монтажной площадке для размещения собираемой опоры и монтажной оснастки и для передвижения тяговых механизмов в процессе подъема опоры. При плотной застройке такой площадки иногда невозможно найти, а при сложном рельефе местности организация площадки (например, в горах) может обойтись слишком дорого. К недостаткам нужно отнести также необходимость в мощных якорях и других приспособлениях, в результате этого установка поворотом высоких и тяжелых опор сложна, а в ряде случаев и нерациональна по технико-экономическим соображениям. Для подъема поворотом различных по массе и высоте опор приходится иметь оснастку и механизмы различных характеристик. Для доставки комплекта оснастки и тяжелых механизмов иногда сооружаются подъездные дороги.

Если в начале подъема грузоподъемный кран приподнимает верхушку опоры на определенную высоту, то после этого для дальнейшего подъема в работу вступает тяговый трактор, дотягивающий опору до вертикального положения с помощью тросов – «вожжей», прикрепленных к опоре. Другой трактор или кран осуществляет в конце подъема торможение опоры с помощью направленного в противоположную сторону тормозного троса. Затем крепят оттяжки, а тяговый и тормозной тросы сбрасывают. При такой организации работ не нужна монтажная стрела, для установки которой потребовалось бы больше времени (но тогда освободился бы кран).

Способ вертикального наращивания по сравнению со способом поворота весьма трудоемок и сложен, однако в определенных условиях его успешно применяют для многих типов решетчатых свободностоящих металлических опор, используя следующие преимущества этого способа: существенное уменьшение объема подготовительных работ, небольшую массу необходимого монтажного оборудования и приспособлений.

Болтовые промежуточные свободностоящие одностоечные опоры воздушных линий электропередач 110-330 кВ можно монтировать способом вертикального наращивания с помощью всего лишь одной монтажной мачты, блоков, монтажных лестниц и лебедки. После сборки нижней секции монтажную мачту переставляют на все четыре верхних угла смонтированной секции поочередно и с каждой стоянки монтируют соответственный поясной уголок следующей секции. Каждый поясной уголок поднимают вместе с прикрепленным к его верхнему концу блоком с пропущенной в него веревкой и затем пользуются им для подъема уголков обрешетки. На собранной стойке монтируют (с помощью той же монтажной мачты) тросостойку. Верхние траверсы монтируют секциями с помощью блоков, прикрепляемых к тросостойке, а нижние траверсы поднимают секциями с помощью блоков, подвешиваемых к верхним траверсам.

Рис. 4 – Монгаж опор воздушных линий электропередач

Использование качественных материалов при изготовлении фундаментов и опор линий электропередачи, правильно подобранный и добросовестно выполненный монтаж обеспечивают длительную и безопасную работу воздушных линий, бесперебойность подачи электроэнергии. Поскольку все элементы линии постоянно подвергаются различным атмосферным воздействиям, таким как ветер, гололед, перепады температур, невыполнение этих условий грозит авариями и быстрой потерей работоспособности [5,6,7].

Учитывая при проектировании воздушных линий факторы, перечисленные в данной статье, снижаются затраты на эксплуатационно-ремонтное обслуживание линий электропередачи, уменьшаются потери при передаче электроэнергии, снижается вероятность аварий.

Библиографический список

1. Крюков, К.П. Конструкции и механический расчет линий электропередачи / К.П. Крюков, Б.П. Новгородцев. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергия, 1979. – 312 с.

2. Шевченко, Н.Ю. Повышение эффективности реконструируемых воздушных линий электропередач, подверженных экстремальным метеовоздействиям / диссертация кандидата технических наук: дис. … канд. техн. наук: 05.09.03 / Шевченко Наталья Юрьевна. – Саратов, 2011. – 163 с.

3. Кесельман, Л.М. Основы механики воздушных линий электропередачи / Л.М. Кесельман. – М.: Энергоатомиздат, 1992.- 352 с.

4. Александров, Г.Н. Проектирование линий электропередачи сверхвысокого напряжения / Г.Н. Александров, В.В. Ершевич, С.В. Крылов и др.: под ред. Г.Н. Александрова и Л.Л. Петерсона.- Л.: Энергоатомиздат, 1983. – 368 с.

5. Мелькумов, В.Н. Промышленная безопасность помещений с электрооборудованием / В.Н. Мелькумов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. - 2008. - №3. - С. 176-182.

6. Чуйкин, С.В. Разработка программмы расчета ожидаемых нагрузок ветра на провода воздушных линий электропередачи / С.В. Чуйкин, Т.В. Дорофеева, Е.О. Кшевинская // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. – 2015. - №1 (18). – С. 23-29.

7. Петрикеева, Н.А. Пути снижения энергопотребления зданиями / Н.А. Петрикеева, А.Н. Садовников, А.В. Никулин // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. -2012. - № 1.- С. 13-17.

8. Петрикеева, Н.А. Расчет экономической эффективности применения конденсационных теплообменных устройств теплогенерирующих установок / О.А. Сотникова, Н.А. Петрикеева // Известия высших учебных заведений. Строительство и архитектура. - 2008. - № 1. - С. 113.

9. Чудинов, Д.М. Разработка алгоритма обоснования структуры энергокомплекса на базе возобновляемых источников энергии / Д.М. Чудинов, К.Н. Сотникова, М.Ю. Морозов, С.В. Чуйкин / Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. - 2009. - №1. - С.147-154.

Код для цитирования: Скопировать