Что такое опора лэп. ЛЭП – это проводная или кабельная линия передачи электроэнергии. Какие бывают опоры ЛЭП? Классификация разновидностей

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.

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. Металлические опоры бывают решетчатого типа, а так же многогранные в виде гнутых стальных стоек.

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.

Железобетонные. Массовое внедрение данного типа опор началось в 50-х годах прошлого века взамен более дорогих металлических опор. Основными элементами железобетонных опор являются стойки, траверсы, тросостойки, надставки, оголовники, хомуты, оттяжки, различные узлы крепления и ригели.

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.

Комбинированные. Для увеличения срока службы деревянных опор их выполняют составными: из более длинной основной деревянной стойки и короткого пасынка (приставки), как правило, железобетонного. Пасынок – часть опоры, которая заглубляется в землю.

Композитные. Применение опор из композитных материалов при сооружении воздушных линий является последним достижением в электромонтажном производстве. Основа применяемого материала - стекловолокно. Достоинством композитных опор является: малый вес, упрощение процедуры хранения и транспортировки, простота монтажа и технического обслуживания данных опор, высокая прочность и долговечность, огнестойкость и экологичность, хорошие диэлектрические свойства. К недостаткам данного типа опор можно отнести: относительно высокую стоимость, а также отсутствие опыта их монтажа и эксплуатации. Опоры из композитных материалов в настоящее время применяются в основном для организации сетей наружного освещения, однако все больше сетевых компаний начинает использовать стеклопластиковые стойки при сооружения ВЛ среднего и высокого напряжения.

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:

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».

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 %.

Мировой опыт и первые шаги

Первые линии электропередачи появились в конце XIX века и конструктивно имели много общего с телеграфными и телефонными. В большинстве случаев допустимо было применять те же изоляторы, крепёжную арматуру и столбы, что и на линиях связи. Поскольку расстояния между опорами были невелики, 50-70 метров, наиболее часто использовались деревянные столбы с железными крючьями или горизонтальными консолями — траверсами. Выбор между крючьями и траверсами делался в зависимости от числа и сечения подвешиваемых проводов, а также места расположения линии. Крюки ввинчивались в столб с двух сторон в шахматном порядке, и на каждом из них располагалось по одному изолятору. На траверсах, как правило, размещалось от двух до восьми изоляторов в ряд. В тех случаях, когда требовалась повышенная механическая прочность, в качестве опор использовали клёпанные металлические мачты, так же снабжённые крючьями или траверсами. С внедрением трёхфазных сетей переменного тока 2 и 6,6 кВ стали появляться новые типы опор, рассчитанные на подвеску трёх (рис.1 ) или шести (для двухцепных линий) проводов, однако условия сооружения линий всё ещё позволяли обходиться простейшими конструкциями и подходами. Нередко размеры опор и условия монтажа проводов задавались на глаз опытным монтёром, а не получались в результате расчёта. Первые отечественные опоры для линий 6,6 кВ почти всегда были деревянными, для крепления проводов применялись крюки или металлические, реже - деревянные траверсы, на каждой из которых размещался один провод.

Использование трёхфазного переменного тока, стремительное развитие электротехнической отрасли и увеличение потребности в электроэнергии способствовали росту напряжений, применяемых в линиях передачи, тем самым делая возможным передачу больших мощностей на большие расстояния. Стали широко использоваться линии напряжением 30-60 кВ. Кроме того, начало входить в обиход понятие экономического пролёта - наиболее выгодного расстояния между опорами с точки зрения затрат на строительство линии. В связи с этим впервые возник значительный интерес к вопросам механического расчёта опор ЛЭП и создания новых специализированных конструкций - их использование позволяло увеличить длину пролёта и добиться значительной экономии в условиях высокой стоимости изоляции и арматуры.

С ростом напряжения всё большее предпочтение среди материалов для опор отдавалось стали: использовать деревянные конструкции было уже далеко не всегда возможно и выгодно (проблема заключалась в их низкой надёжности и малом сроке службы: опыт применения антисептиков для пропитки опор ЛЭП в начале XX века был ещё невелик). Стоит так же отметить, что фарфоровые штыревые изоляторы, применявшиеся в начале 20 века на линиях напряжением 30-60 кВ, представляли собой громоздкие, дорогие, сложные в производстве, транспортировке и монтаже составные конструкции (рис.3 ), поэтому проектировщики старались сократить количество изоляторов на линии. Металлические опоры давали возможность сооружать линии с более длинными пролётами, что, в частности, позволяло использовать меньше изоляторов. На рис. 4 в качестве примера представлен фарфоровый штыревой изолятор фирмы Locke , применённый на линии 60 кВ Замора-Гуанахуато. Высота изолятора составляла около 30 см, диаметр верхней юбки - 35 см, а масса - около 7 кг. На линию изоляторы поставлялись в виде двух половинок, окончательная сборка происходила в полевых условиях с помощью портланд-цемента.

В 1904 году для электроснабжения шахт в мексиканском штате Гуанахуато была построена одна из первых в мире линий, на которой использовались только металлические опоры (рис.5 ). Протяжённость трёхфазной одноцепной линии составляла 100 миль, а напряжение - 60 кВ. В постройке линии принимали участие американские инженеры. Опоры для линии были закуплены у американской компании Aeromotor Windmill , производившей ветряные мельницы. Мачты ветряных мельниц хорошо подходили для использования в качестве опор с точки зрения механической прочности и экономии, так как требовали лишь минимальных изменений в конструкции, связанных с установкой арматуры для крепления проводов. Мачта линии Замора-Гуанахуато имела высоту 40 футов (12 м) и состояла из четырёх уголков размером 3 х 3 х 3/16 дюйма, соединённых раскосами и диафрагмами из уголков меньшего размера. Наверху мачты располагалась металлическая траверса на два штыревых изолятора и 3 ½-дюймовая труба для крепления верхнего штыревого изолятора. Для подтверждения надёжности конструкции на заводе Aeromotor Windmill были проведены испытания экспериментальной опоры. Опору закрепили горизонтально к стене здания и подвесили за верхушку платформу со свинцовыми грузами. Труба верхнего изолятора начала отклоняться от горизонтального положения при нагрузке 900 фунтов (405 кг), при этом прогиба самой мачты не происходило. При нагрузке 1234 фунта (555 кг) прогиб трубы достиг 6 дюймов, после снятия нагрузки остаточный прогиб составил 1 дюйм. При нагрузке 1560 фунтов (702 кг) труба продолжила изгибаться, пока груз не оказался на земле. На всём протяжении линии, кроме короткого участка у Гуанахуато, где из-за особенностей местности пришлось применить 60-футовые опоры и удлинённые 400-метровые пролёты, длина пролёта составляла 132 метра.

Применение металлических опор на линии Замора-Гуанахуато вызвало существенный интерес в среде инженеров-электриков. В 1904-06 годах в США было сооружено ещё несколько линий с опорами аналогичной конструкции, в том числе закупленными у компании Aeromotor Windmill. Благоприятный опыт использования таких конструкций оказал значительное влияние на подход к проектированию опор более мощных линий.

Немаловажным фактором, поспособствовавшим распространению металлических опор, стало изобретение подвесных изоляторов. К 1907-08 годам в электроиндустрии остро стояла проблема линейной изоляции. При напряжении выше 50 кВ штыревые изоляторы становились слишком громоздкими, хрупкими и неудобными в монтаже, кроме того, они не отличались высокой эксплуатационной надёжностью. При напряжении свыше 80 кВ применение штыревых изоляторов становилось и вовсе невозможным. Подвесные изоляторы были в этом плане гораздо более выгодными, однако, для них требовались более высокие опоры. В 1907 году Эдвард Хьюлетт (Edward Hewlett) и Гэрольд Бак (Harold Buck) изобрели первый пригодный для промышленной эксплуатации подвесной изолятор (рис.6 ). В том же году появился первый подвесной изолятор «с шапкой и стержнем» конструкции Джона Данкана (John Duncan, рис.9 ). Впервые подвесные изоляторы Хьюлетта были применены в 1907 году на линии 100 кВ американской компании Muskegon & Grand Rapids Power Co. Линия была построена с использованием металлических опор, её протяжённость составила 35 миль. Изоляторы Данкана, имевшие более прогрессивную конструкцию, устанавливались на нескольких линиях в 1908 году, в частности, на линии 104 кВ, принадлежавшей компании Stanislaus Electric Power (рис.8), однако, показали низкую надёжность из-за плохого качества цемента, соединявшего крепёжную арматуру с фарфоровой изолирующей деталью. Аналогичные проблемы, связанные с качеством цементной связки, преследовали первые изоляторы «с шапкой и стержнем» фирмы Ohio-Brass . Тем не менее, преимущества подвесных изоляторов были очевидны. К 1910-11 годам подвесные изоляторы продолжали совершенствоваться, они уже производились рядом заводов США и Германии и получали всё более широкое применение (рис.7 ) как в США, так и в Европе: первая европейская линия электропередачи 100 кВ Lauchammer (1910 г.) была построена с применением только подвесных изоляторов и только металлических опор (рис.10 ).

В условиях бурного развития электрических сетей в 1910-20-х годах выделились два основных подхода к конструированию металлических опор: американский и немецкий.

В начале XX века США было создано множество различных видов опор, но, в основном, американский подход заключался в применении пространственных конструкций с широким основанием, составленных из стержней (уголков) сравнительно малых (по сравнению с европейскими конструкциями) сечений. Этот подход происходил из опыта строительства линий на металлических опорах в 1904-06 годах, о котором говорилось ранее. Стойки опор в плане - квадратные или прямоугольные, в некоторых случаях - треугольные. Каждая нога помещалась на отдельный фундамент. Расположение проводов могло быть как треугольным (рис.8,11 ) или вертикальным (рис.12 ), так и горизонтальным (рис.13-14 ). В 1920-30-х годах опоры американского типа применялись при длине пролёта до 250 м. В отечественной практике опоры американского типа также известны как «широкобазные».

Немецкий подход предполагал использование узких квадратных в плане стоек с основанием, помещённым на один массивный, компактный фундамент. Пояса (вертикальные уголки) соединялись перекрёстной или треугольной решёткой («змейкой»). В 1920-30-х годах опоры немецкого типа, также называемые «узкобазными», применялись при длине пролёта до 200 метров и получили значительное распространение в Европе, так как позволяли сократить расходы на отчуждаемую землю (рис.15, рис.4 ).

Во Франции существовала своя разновидность одноцепных узкобазных опор с горизонтальным и треугольным расположением проводов (рис.16 ).

Типы опор в зависимости от назначения

Условия работы опор на высоковольтных линиях существенно различаются в зависимости от места установки опоры и места прохождения линии По назначению опоры разделяются на несколько типов.

Промежуточная (рис.17-18 ) - опора, которая в режиме нормальной эксплуатации линии воспринимает только поперечные ветровые нагрузки и вес проводов, но не их тяжение (усилие, с которым натянут провод). Крепления проводов на промежуточных опорах делаются с таким расчётом, чтобы минимизировать повреждения опоры в случае аварии (обрыва проводов).

Анкерная (рис.19-20 ) - опора, на которой провода всегда закрепляются жёстко - «анкеруются», анкерная опора воспринимает продольное тяжение проводов (рис.21 ). Анкерные опоры стараются устраивать таким образом, чтобы в нормальном режиме эксплуатации тяжение проводов с двух сторон от опоры было одинаковым. Анкерные опоры устанавливают при переходах через инженерные сооружения, естественные препятствия и каждые 1-1,5 км (по нормам 1920-30-х годов для линий 30-115 кВ) для разбиения линии на анкерные участки. Концевая опора - разновидность анкерной, которая в нормальном режиме воспринимает одностороннее или существенно неравномерное тяжение и устанавливается в начале и конце линии, а также перед большими переходами через естественные препятствия. (крупные реки, водохранилища, ущелья и т.п.).

Угловая (рис.22 ) - опора, которая устанавливается в местах, где линия изменяет направление. В нормальном режиме работы угловая опора воспринимает несимметричные нагрузки от проводов, результирующая которых направлена по биссектрисе угла поворота; поэтому такие опоры всегда укрепляются соответствующим образом и имеют массивные фундаменты. По способу крепления проводов угловые опоры делятся на анкерно-угловые и промежуточные угловые.

Существуют также специальные типы опор: переходные, транспозиционные, ответвительные.

Опоры «Электропередачи»

В Российской Империи первые линии электропередачи 30 кВ стали строиться Обществом «Электропередача», в планы которого входило развёртывание в Богородском уезде Московской губернии местной высоковольтной распределительной сети для снабжения близлежащих частных фабрик. С самого начала было решено использовать для всех линий металлические опоры, но первую линию 30 кВ Электропередача - Зуево по ряду причин пришлось строить на деревянных опорах. Примерно, через год, в 1914 году, была построена вторая линия - на деревню Большие Дворы, на которой, как и на всех последующих, были применены уже только металлические опоры. Значительная часть линий Общества проходила по частным владениям, и за аренду земли под опоры взималась плата, из-за чего при рассмотрении конструкций было решено остановиться на опорах немецкого типа, занимавших меньшую площадь, чем американские. Опоры производились заводом Гюжона в Москве (ныне «Серп и Молот»), доставлялись в Богородский уезд в разобранном виде на платформах по Нижегородской железной дороге, а затем развозились по трассе на лошадях. Для линий 30 кВ применялись двухцепные опоры марки C-15 и D-15 высотой 15 метров (рис.23-24 ). Опора C-15 использовалась в качестве анкерной и угловой, D-15 была её облегчённой версией, выполненной из профилей меньшего сечения, и использовалась в качестве промежуточной и, иногда - анкерной. Ствол опор состоял из двух секций с треугольной решёткой. Пояса выполнялись из уголков с полкой 70 - 100 мм, раскосы и диафрагмы- из уголков с полкой 30 - 60 мм. В нижней части опоры раскосы крепились к поясам с применением косынок, а в верхней - внахлёст. Все соединения, кроме креплений траверс и секций (которые предусмотрены разъемными), выполнены заклёпочными, что обусловлено дешевизной заклёпок по сравнению с болтами и малым опытом использования сварки. Для укрепления проводов на опорах смонтированы три траверсы плоской конструкции, изготовленные из двух стальных полос каждая, и снабжённые проушинами для подвески гирлянд тарельчатых подвесных изоляторов или штырями для крепления штыревых изоляторов. Изначально на всех промежуточных и некоторых анкерных опорах линий 30 кВ применялись штыревые изоляторы, однако, в конце 1920-х годов они были заменены на гирлянды тарельчатых изоляторов для большей надёжности, при этом средние траверсы были удлинены проставками из уголков (рис.24 ).

В 1915 году Общество «Электропередача» завершило строительство линии электропередачи напряжением 70 кВ на Москву, которая связала станцию «Электропередача» с заводом Гюжона и МОГЭС. Для этой ЛЭП были применены 18-метровые опоры марок А-18 (анкерная, рис.25 ) и B-18 (промежуточная). Эти же опоры применялись и на линиях 30 кВ в качестве переходных и анкерных там, где требовалась повышенная надёжность. Ствол каждой из опор состоял из двух разъёмных секций. У В-18 решётки обеих секций были треугольными, выполненными аналогично опорам C и D.

У опоры A-18 нижняя секция имела перекрёстную решётку, между собой секции соединялись усиленными накладками. Все неразъёмные соединения на опорах А-18 и B-18, как и на 15-метровых, выполнены с применением заклёпок. Траверсы пространственной конструкции изготавливались из угловых профилей. На концах траверс были укреплены проушины для подвески тарельчатых изоляторов, предусмотрены съемные детали для подвески двухцепных гирлянд. Большинство опор имели вертикальное расположение проводов, но некоторые выполнялись с расположением проводов «бочкой». И 15-метровые, и 18-метровые опоры не имели специальных тросостоек, но были оснащены зажимами для крепления грозозащитного троса на верхушке ствола. Такое расположение обусловлено существовавшей в те годы теорией о действии защитного троса, согласно которой трос следовало крепить как можно ближе к фазным проводам, что увеличивало общую ёмкость линии и способствовало понижению величины перенапряжения при индуцированных волнах.

Конструкции опор A,B,C,D оказались удачными и продолжили использоваться и после Октябрьской революции почти без изменений. В 1940-50-е годы во время ремонтов на уже эксплуатирующиеся опоры этой серии иногда надстраивали сварные тросостойки высотой два метра (рис.26 ). Некоторые линии с опорами A,B,C,D сохранились и действуют по сей день.

Опоры ГОЭЛРО

Поскольку план ГОЭЛРО предполагал строительство мощных районных электростанций, предназначенных, в частности, для питания важных объектов промышленности, одним из ключевых его элементов было строительство сети магистральных и распределительных линий электропередачи. На первых порах в распределительных сетях главным образом использовались уже знакомые линии 30-35 кВ, для магистральных передач предполагалось освоить новый класс напряжений - 115 кВ. К 1918-20 годам в международной практике уже имелся достаточно большой опыт строительства и эксплуатации таких линий электропередачи. Лидирующие позиции в вопросах строительства электропередач 100 кВ и выше, а также производства арматуры для них занимали США и Германия. Именно на германский и американский опыт ориентировались отечественные инженеры при создании металлических опор ЛЭП для линий ГОЭЛРО.

На линиях напряжением 115 кВ и выше предпочтение отдавалось опорам американского типа. Из-за большого веса металлические опоры для линий такого напряжения, как правило, выполняются разъёмными, то есть опора закрепляется на подпятники заранее подготовленного фундамента. Промежуточные и анкерные опоры американского типа возможно было устанавливать без устройства бетонных фундаментов, что было весьма существенно, так как бетонирование фундаментов в полевых условиях в 1920-е годы считалось одним из наиболее сложных аспектов строительства линии. Кроме того, в отличие от Европы, не стоял вопрос о затратах на отчуждение земель под опоры.

Металлические опоры для линий электропередачи ГОЭЛРО изготавливались разными механическими заводами, наиболее крупные из них: ленинградский завод «Стальмост», «Серп и Молот» и «Парострой» в Москве, Краматорский завод в Донбассе.

Существенное влияние на выбор опор, особенно на первых порах, оказывала нехватка металла: металлические опоры старались применять для строительства лишь наиболее ответственных линий, или только в качестве анкерных или угловых. Важно отметить, что и в дальнейшем, несмотря на увеличение производства стали, на линиях всех классов напряжений значительное внимание уделялось расширению применения деревянных опор, как более экономичных в условиях низких цен на мачтовый лес. Увеличение срока службы деревянных опор достигалось за счёт использования антисептиков, рельсовых или бетонных пасынков. В 1929-30-х годах уже существовал и применялся типовой проект, включавший в себя не только промежуточные, но и анкерные, и угловые деревянные опоры для ВЛ 110 кВ. В 1930-х годах деревянные опоры стали применяться и на линиях 220 кВ.

На первой в СССР линии 115 кВ Каширская ГРЭС - Москва из-за дефицита металла пришлось применить только деревянные опоры. Каширская линия 1922 года была одноцепной, промежуточная и анкерная опоры показаны на рисунках 17 и 19 соответственно. Опоры этой линии не были обработаны антисептиками. Качество постройки оказалось низким, и линия постоянно выходила в ремонт из-за повреждений опор. В 1931 году параллельно старой была построена новая двухцепная линия Кашира - Москва на металлических опорах.

Другая линия электропередачи 115 кВ должна была связать Волховскую ГЭС с понизительной подстанцией в Ленинграде. Руководил проектированием линии профессор Н. П. Виноградов. В основном, установка опор этой линии была выполнена в 1924 году, а в 1926 году началась её эксплуатация. Промежуточные опоры для экономии металла делались деревянными (рис.28 ), с учётом опыта Каширской линии. В качестве анкерных, угловых, транспозиционных и переходных были применены опоры американского типа с горизонтальным расположением проводов (рис.27 ), конструкция которых была схожа с опорами линий компаний Вестингауз и Монтана Пауэр . Все неразъёмные соединения выполнялись с применением заклёпок. Линия Волхов-Ленинград была двухцепной, но каждая цепь располагалась на отдельных опорах. Такое решение, как и выбор горизонтального расположения проводов, объясняется соображениями надёжности и простоты монтажа и безопасности обслуживания. Опоры американского типа Волховской линии получили большое распространение в электрических сетях Ленинградской области и существовали в нескольких модификациях.

Подход, использованный при строительстве линии Волхов-Ленинград, применялся и в сетях Мосэнерго. В конце 1920-х - начале 1930-х годов многие второстепенные одноцепные линии 115 кВ Мосэнерго строились с использованием металлических опор только в качестве анкерных и угловых. В качестве примера можно привести линии Голутвин-Озёры и Кашира-Рязань. Проектно-конструкторское бюро Мосэнерго разработало собственные опоры американского типа, несколько отличавшиеся от Волховских (рис.29-30 ). В основе конструкции так же лежали решения, применённые на линиях компании Вестингауз . Существовало три марки металлических опор американского типа ПКБ Мосэнерго для линий с деревянными промежуточными опорами: анкерная АМ-101, угловая УМ-101 и транспозиционная ТАМ-101, а также две модификации: АМ-101+4 и УМ-101+4 с подставками четырехметровой высоты для использования в качестве переходных. В качестве промежуточных использовались П-образные деревянные опоры конструкции ПКБ Мосэнерго, аналогичные опорам Каширской и Волховской линий.

Шатурские опоры

Важным моментом в истории отечественных линий электропередачи стало строительство в 1924-25 годах линии ШГЭС - Москва. Это была первая в СССР ЛЭП 115 кВ, на которой использовались двухцепные металлические опоры. В проектировании опор принял участие Александр Васильевич Винтер, а также инженеры А. Горев, Г. Красин, А.Чернышёв . Маршрут линии Шатура-Москва проходил не только по Московской области и пригородам, но и по самому центру Москвы: линия пересекала Окружную железную дорогу у станции Угрешская и выходила к Москве-реке по Арбатецкой улице, откуда шла по Крутицкой, Краснохолмской, Котельнической и Москворецкой набережным к Зарядью, где располагалась концевая опора (рис.31 ), с которой линия пересекала Москву-реку и заходила на подстанцию Раушской ГЭС.

Для городского участка ЛЭП были спроектированы специальные узкобазные опоры с фундаментами особой конструкции (рис.32 ), на остальном протяжении линии использовались опоры американского типа (рис.18,20,33 ).

Для повышения механической надёжности опор была выбрана конструктивная схема «обратная ёлка», при которой траверсы сужались от верхней к нижней. Такая схема не являлась оптимальной с электрической точки зрения, но позволяла избежать повреждения опор и их траверс в случае обрывов и падения проводов. Для защиты от ударов молний над каждой цепью располагался грозотрос. На анкерных опорах были предусмотрены крепления для одноцепных и двухцепных гирлянд изоляторов, на угловых опорах на концах траверс закреплялись трапециевидные площадки для более удобной подвески двухцепных гирлянд при повороте линии на большие углы. Высота до нижней траверсы на анкерных и угловых опорах американского типа составляла 11 м, на промежуточных - 12 м, вертикальное расстояние между траверс на всех опорах - 3,1 м. Все опоры имели заклёпочную конструкцию, отдельные секции опор собирались на стапелях в заводских условиях и соединялись вместе уже на трассе, также посредством клёпки.

На основе опыта Шатурской линии 1925 года ПКБ Мосэнерго разработало типовой проект двухцепных опор американского типа для I-II климатических районов. Опоры этого проекта несколько отличались от установленных на Шатурской ЛЭП, но сохранили общие технические решения и характерный внешний вид, за который они получили название «шатурских», или «опор шатурского типа». В 1920-х годах опоры шатурского типа устанавливались, в основном, на линиях Мосэнерго: Электропередача - Москва, Кашира - Москва (рис.34 ), вторая линия Шатура - Москва, линии Московского электрокольца 110 кВ. А с конца 1920-х годов шатурские опоры стали широко применяться и в других регионах СССР.

В типовой проект входили следующие основные марки опор (рис.35 ): АМ-103 - анкерная, также допускавшая поворот линии на угол до 5º, ПМ-103 - промежуточная, УМ-102 - угловая для поворота на угол до 60º, УМ-103 - угловая для поворота на угол до 90º, ТАМ-103 - транспозиционная. По сравнению с опорами Шатурской линии 1925 года была уменьшена база, ширина ствола, для поясов были применены угловые профили меньшего размера. Кроме опор обычной высоты, имелись также повышенные модификации: АМ-103+4, АМ-103+6,8, УМ-102+6,8.

Все опоры представляли из себя клёпанные конструкции. На трассу опоры поступали в виде отдельных собранных в заводских условиях секций, которые соединялись на месте при помощи клёпки, иногда - на болтах.

Фундаменты промежуточных и анкерных опор выполнялись в виде четырёх подпятников из металлических профилей, закрепляемых в грунте без использования бетона при прохождении линии по нормальному грунту, с лёгким бетонным основанием при установке опоры на мелком торфяном болоте или на сваях при установке на глубоком болоте. Подпятники анкерных опор отличались большим размером, а также тем, что в их конструкции имелся лист из котельного железа, улучшавший работу на вырывание вдоль линии. Фундаменты угловых и концевых опор выполнялись всегда бетонными.

В 1929-31 годах появились «грозостойкие» опоры шатурского типа марок АМ-103г, ПМ-103г, УМ-102г, УМ-103г, АМ-103г+4, отличавшиеся тросостойками увеличенной высоты (рис.36 ). Кроме того, в проект были включены опоры немецкого типа следующих марок: анкерная АМ-102 и промежуточная ПМ-102 (рис.37 ).

В связи с тем, что в 1930-х годах в СССР шло освоение заводской сборки опор с применением сварки, к 1933 году появились сварные модификации опор шатурского типа.

Шатурские опоры новой серии состояли из сварных секций, изготавливаемых на заводе и соединяемых на трассе заклёпками или болтами. Сварные опоры имели аналогичное с заклёпочными технологическое членение, что позволяло применять при строительстве линий одинаковую оснастку и шаблоны и было удобно с точки зрения транспортировки. Использование сварки удешевило шатурскую конструкцию за счёт экономии металла и несколько упростило заводскую сборку, так как отпала необходимость в сверлении множества отверстий под заклёпки. Также отпадала надобность в клёпке в полевых условиях, так как готовые секции соединялись только на болтах. Тем не менее, как и в случае с заклёпочными опорами, где требуется строгий контроль за качеством клёпки, при производстве сварных опор требуется тщательная проверка отсутствия перекосов конструкции и сварных швов на предмет непроваров и трещин.

Существовали следующие марки сварных опор шатурского типа (рис.38-40 ): АМ-109г - анкерная, УМ-113г - угловая для поворота на угол до 90º, ПМ-109г - промежуточная, УМ-111г - угловая для поворота на угол до 35º, УМ-112г - угловая для поворота на угол до 60º. Опоры УМ-111г и УМ-112г по конструкции ствола аналогичны АМ-109г, но отличаются асимметричными траверсами. Все сварные опоры шатурского типа выполнялись «грозостойкими». Сварные соединения на опорах этой серии в верхней части ствола выполнялись с применением фасонок, раскосы и диафрагмы нижней части ствола и траверс приваривались внахлёст. Траверсы и тросостойки крепились к стволу на болтах. Верхняя и средняя секции представляют собой неразъёмные конструкции, а нижняя секция состоит из четырех частей, соединяемых болтами. На угловых опорах на концах траверс укреплены трапециевидные площадки для более удобного крепления гирлянд изоляторов. Как и в случае с заклёпочными опорами, существовали повышенные модификации с подставками высотой 6,8 метров аналогичной конструкции (рис.40 ). Узкобазные варианты сварных опор шатурского типа не выпускались. Сварные шатурские опоры продолжали устанавливать на строящихся линиях электропередачи вплоть до конца 1950-х годов.

Активно строились в период ГОЭЛРО и линии распределительных сетей меньшего напряжения, 30-35 кВ. На этих линиях существовало ещё большее разнообразие конструкций опор, чем на ВЛ напряжением выше 100 кВ. Так как опоры линий 35 кВ существенно меньше и легче опор линий 115 кВ, наибольшее распространение получили удобные при транспортировке и монтаже неразъёмные конструкции немецкого типа. Неразъёмные опоры устанавливались либо прямо в грунт, либо на бетонную подушку. Котлован фундамента мог засыпаться землёй или заливаться бетоном. Существовали, однако, и другие конструкции. Например, опоры линии 35 кВ Ивановской ТЭЦ-1 имели узкий ствол и широкое основание, такая компоновка в дальнейшем получила широкое применение и стала называться «смешанной», так как совмещала достоинства широкобазных и узкобазных опор. Также стоит отменить опоры плоской («гибкой») конструкции Земо-Авчальской линии 35 кВ 1929 года (рис.41 ).

В сетях Мосэнерго в 1920-х годах продолжали применяться спроектированные до октябрьской революции опоры А-18, B-18, C-15 и D-15. С другой стороны, в эти же годы ПКБ Мосэнерго спроектировало для линий 35 кВ новые двухцепные опоры немецкого типа следующих марок (рис.42 ): Н - промежуточная, НА - анкерная, НУ - угловая. Кроме того, существовала специальная одноцепная опора НБ. Литера Н буквально означала «немецкий тип». В отличие от опор A,B,C,D, на которых провода располагались вертикально или «бочкой», опоры немецкого типа были выполнены по схеме «обратная ёлка». Отсутствовала возможность установки штыревых изоляторов. Конструкция опор немецкого типа была клёпанной, ствол опоры состоял из двух секций, траверсы крепились к стволу на болтах. У первых опор немецкого типа было низкое расположение грозозащитного троса, как на опорах общества «Электропередача», но в дальнейшем все вновь устанавливаемые и уже эксплуатирующиеся опоры снабжались повышенной тросостойкой.

В связи с дефицитом металла при строительстве линий 35 кВ предпочтение отдавалось деревянными опорам. Целиком на металлических опорах строились только наиболее важные линии, в остальном, металлические опоры использовались в качестве угловых и анкерных в особо ответственных местах. Существовало большое количество конструкций деревянных опор для линий 35 кВ: одноцепная «свечка», «ласточкин хвост» (рис.43 ), А-образная опора «азик», одноцепные П-образные опоры. Опоры «свечка» и «азик» могли использоваться со штыревыми изоляторами. Двухцепные опоры «азик» со штыревыми изоляторами ВЭО-38 были применены на линии электропередачи 33 кВ АМО - Рублёвская насосная станция 1923 года постройки. Наибольшее же распространение получили П-образные опоры, которые по конструкции были аналогичны деревянным опорам ЛЭП 110 кВ.

Свирь и ДГЭС

Новые мощные гидроэлектростанции, сооружаемые по плану ГОЭЛРО, предназначались для снабжения электроэнергией крупных промышленных районов: заводов Ленинграда и строящихся промышленных гигантов Запорожья. Для выдачи мощностей станций потребителям необходимо было сооружать крупные магистральные линии и разветвлённые местные электросети, при этом уже освоенные классы напряжений 35 и 110-115 кВ уже не обеспечивали требуемую пропускную способность и не могли стать основой запланированных энергосистем. Во второй половине 1920-х годов в распоряжении советских инженеров имелся некоторый заграничный опыт как проектирования, так и эксплуатации линий напряжением выше 150 кВ. В США и странах Европы на тот момент существовали линии, работавшие на напряжении 220 кВ. Технические решения, выработанные для первых линий 154, 161 и 220 кВ, базируются как на иностранном опыте, так и на собственных, полностью оригинальных решениях.

В 1927 году началось строительство Нижнесвирской ГЭС в Ленинградской области. Для передачи энергии реки Свирь в Ленинград предстояло соорудить самую длинную и самую мощную в СССР ЛЭП. Руководил созданием линии профессор Н. П. Виноградов, разработавший ранее проект электропередачи Волхов - Ленинград. При составлении сметы в 1927 году рассматривалось два варианта строительства электропередачи Свирь-Ленинград: первый вариант представлял собой четырёхцепную линию напряжением 130 кВ, а второй - двухцепную линию 220 кВ. Стоимость сооружения линии по первому варианту была меньше, однако второй вариант позволял обеспечить большую мощность. В итоге для исполнения был выбран второй вариант. Линия электропередачи проходила по крайне заболоченным местам, однако, в результате тщательнейшего изучения всех возможных вариантов трассы был выбран наиболее проходимый и короткий. Длина трассы в своём конечном варианте составила 272 км, линия была способна передавать мощность до 240 мВт, что соответствовало пиковой планируемой мощности двух станций Свирского каскада. Две цепи передачи выполнялись в виде отдельных линий, что было сделано для повышения надёжности передачи и обеспечения безопасности персонала во время ремонта при отключении одной из цепей. По результатам экономического расчёта была выбрана длина пролёта в 300 м, длина анкерного участка - 3 км. Из соображений экономии и удобства обслуживания было выбрано горизонтальное расположение проводов. В первоначальном варианте каждая цепь защищалась одним сталеалюминиевым грозозащитным тросом.

Линия Свирь-Ленинград была первой из проектируемых в СССР ЛЭП напряжением выше 115 кВ, работа над проектом началась в 1926 году. Исходя из выбранного расстояния между проводами и высоты их подвески, в качестве основного рассматривался вариант опоры американского типа (рис.43 ). Но такой вариант не удовлетворял современным требованиям к проектированию ферменных конструкций. Требовалось, чтобы отношение длины стержней, из которых состоит конструкция, к минимальному радиусу инерции не должно было превосходить: 120-140 для основных стоек, 160 -180 - для второстепенных элементов и 200 - для вспомогательных, не несущих усилий деталей. При расчёте опоры на основании этого условия в конструкции получалось большое количество неработающих и слабоработающих элементов значительной длины, что при строительстве привело бы к перерасходу металла. Проектировщики опоры столкнулись с тем случаем, когда не рационально приспосабливать старые конструкции к новым условиям.

В ходе рассмотрения различных вариантов была выбрана Н-образная конструкция с наименьшей свободной длиной элементов фасадной решётки (рис.44 ), что позволило существенно сократить вес опоры по сравнению с первоначальным вариантом. Вес промежуточной опоры составлял 3,3 т, анкерной - 4,3 т. Было достигнуто сокращение веса, по сравнению с первоначальным вариантом, на 17% для промежуточной и на 12% для анкерной опор. Общая экономия металла для двух цепей линии составила 1120 т. Для подтверждения расчётов, проверки условий изготовления и получения фактических коэффициентов запаса прочности были изготовлены и испытаны две экспериментальные опоры (рис.45 ), промежуточная и анкерная. Проведённые натурные испытания подтвердили соответствие нормам и требованиям расчёта.

Хотя во время строительства линии Свирь-Ленинград уже существовала возможность изготовить опоры с применением сварки, из-за особой важности линии и из соображений надёжности все опоры были выполнены с использованием заклёпок. Как сказано выше, изначально каждая цепь защищалась одним грозотросом, расположенным на небольшой треугольной стойке над одной из ног опоры, но в последующие годы вся линия была оборудована двумя грозозащитными тросами. Для сохранности опор в случае обрывов проводов на всём протяжении линии, кроме переходов через инженерные сооружения, были применены выпускающие зажимы, хотя конструкция опор была рассчитана на полную одностороннюю нагрузку в случае несрабатывания зажима.

Линия электропередачи Свирь-Ленинград пережила Великую Отечественную войну, большинство её изначальных опор сохранились и продолжают эксплуатироваться по сей день.

Другим крупным объектом электосетевого строительства была стройка ДнепроГЭС. Энергосистема ДГЭС должна была питать регион Донбасса и крупные промышленные предприятия Запорожья, среди которых комплекс Днепрокомбината: Завод Ферросплавов, Металлургический завод и Алюминиевый Комбинат. Главные линии энергосистемы работали на напряжении 161 и 150 кВ, в распределительных сетях также использовалось напряжение 35 кВ. Кроме того, в Днепропетровске существовало кольцо линий 150 кВ, обеспечивающее более надёжную работу энергосистемы. Наиболее протяжённой линией была ЛЭП 161 кВ ДГЭС - Рыково (Донбасс), длина которой составляла 210 км, а общее протяжение линий, считая по одной цепи, составляло примерно 900 км.

Проектированием линий электропередачи для энергосистемы ДГЭС руководил профессор Н. П. Виноградов.

Условия механического расчёта опор были весьма сложными ввиду того, что линии электропередачи Днепростроя проходили по гололёдным районам. Из-за значительных ветровых нагрузок, вызывающих сильное отклонение изоляторов и проводов, расчётное расстояние между проводами достигало 6,4 м, что даже с учётом меньшего рабочего напряжения соответствовало параметрам линии Свирь-Ленинград. В связи с этим, а также для большей грозоустойчивости, было решено использовать для линий модифицированный вариант «свирских» опор с горизонтальным расположением проводов. Более низкое напряжение позволяло уменьшить габарит линии по высоте, в связи с чем верхняя часть опор была несколько упрощена, в то время как нижняя часть осталась без изменений.

Опоры были рассчитаны для использования при нормальной длине пролёта 220 м и сталеалюминиевом проводе марки АС сечением 120 мм 2 . В некоторых случаях такие же опоры использовались с проводом АС-150, но при уменьшенных пролётах. Вес промежуточной (рис.47 ) опоры составлял 3,28 т, анкерной (рис.46 ) - 4,6 т. Каждая линия защищалась двумя грозотросами. Для проверки правильности выбора конструкции был сделан проект опоры по американскому типу, расчёт показал, что применение опор свирского типа даёт экономию 20% экономию металла. Опоры свирского типа применялись на большинстве линий Днепростроя.

Иная конструкция опор была применена на весьма протяжённых, но менее ответственных линиях 161 кВ ДГЭС - Донбасс и ДГЭС - Днепропетровск-Каменское. При изучении различных вариантов двухцепных опор с горизонтальным расположением проводов для этих линий в числе прочих рассматривалась трёхстоечная опора с общей траверсой, но все варианты опор оказывались слишком тяжёлыми. Однако, неожиданные и благоприятные результаты были получены при разделении трёхстоечной двухцепной опоры с единой траверсой на три отдельные опоры, каждая из которых несла два провода (рис.48,50 ). Такой вариант обеспечивал существенную экономию металла по сравнению с использованием двух одностоечных опор. Размещение механически не связанных стоек на отдельных бетонных блоках позволяло избежать свойственных широкобазным опорам проблем с появлением напряжений, вызванных осадкой фундамента. Трёхстоечные опоры были более транспортабельны, обеспечивали более благоприятные условия монтажа проводов и изоляторов. Недостатками конструкции были объём фундаментов, больший, чем при использовании двух широкобазных опор, и возможность выхода из строя сразу обеих цепей при повреждении средней опоры. С учётом всех факторов применение трёхстоечной конструкции удешевляло строительство линии на 10% по сравнению с вариантом строительства двухцепной линии на одностоечных широкобазных опорах.

После того, как трёхстоечная конструкция была утверждена для использования на линиях ДГЭС - Донбасс и ДГЭС - Каменское, были построены две опытные опоры: сварная и клёпанная (рис.49 ). В июне 1930 года обе опоры успешно прошли испытания, причём сварная опора показала большие фактические коэффициенты запаса, чем клёпанная. На основании испытаний было принято решение об использовании электросварки для изготовления промежуточных опор. Это был первый значительный отечественный опыт в использовании сварных опор на высоковольтных линиях. Анкерные, угловые и специальные опоры выполнялись клёпанными.

Принятые типы опор использовались с выпускающими зажимами при пролётах до 235 м на всём протяжении лини, кроме особо гололёдных участков. На линии ДГЭС - Донбасс был применён провод СА-150, в связи с чем конструкции анкерных опор были усилены.

Для сокращения начальной стоимости линии ДГЭС - Донбасс и ДГЭС - Каменское строились в две очереди. По мере выхода ГЭС на полную мощность строилась сначала одна цепь каждой линии, затем достраивалась вторая. При этом в первую очередь строились две двухпроводные линии, у которых три провода были рабочими, а четвёртый оставался резервным до момента постройки третьей линии и введения в строй второй цепи.

Кроме обычных опор, для энергосистемы ДнепроГЭС были созданы уникальные переходные опоры различных конструкций, заслуживающие отдельного упоминания.

После ГОЭЛРО

Первые годы ГОЭЛРО, отмеченные интенсивным строительством ЛЭП разных классов напряжений с использованием самых разнообразных технических решений, были очень важны для накопления опыта проектирования и сооружения высоковольтных линий. В очень короткое время были освоены новые классы напряжений: 110-115 и 220 кВ. Уже в 1931-32 году обсуждалось создание электропередач напряжением 400 и 500 кВ, рассматривались различные конструкции опор, делались попытки экстраполировать на новые условия опыт проектирования линий Днепростроя и Свири. Что касается существующих классов напряжений, то совершенствование конструкций опор для них продолжалось. С одной стороны, большое внимание уделялось применению дерева: в конце 1930-х годов деревянные опоры стали использовать не только на линиях 35 и 110 кВ, но и на ЛЭП 220 кВ. С другой стороны, вступали в строй промышленные гиганты первых пятилеток, и дефицит конструкционного металла проходил, что позволяло шире использовать металлические опоры. Определённое внимание уделялось опорам из железобетона, но на тот момент связанные с их производством и установкой технические трудности всё ещё не позволяли широко их использовать.

Общей тенденцией был переход во второй половине 1930-х - начале 1940-х годов на заводскую сборку опор с применением электросварки: появились сварные модификации опор шатурского типа, о которых говорилось выше, сварные опоры для линий 35 и 220 кВ.

К концу 1930-х годов для линий 35 кВ были спроектированы унифицированные опоры сварной конструкции следующих марок (рис.51 ): А-37г - анкерная, П-37г - промежуточная и У-37г - угловая. Опоры были выполнены по схема «елка». Траверсы - швеллерные, плоской треугольной конструкции. По сравнению с предыдущими металлическими опорами для ЛЭП 35 кВ, была увеличена длина траверс и вертикальное расстояние между ними. Ствол состоял из двух сварных секций, соединяемых болтами. Опоры данного типа отличались простой конструкцией и сравнительно малой массой и применялись повсеместно до конца 1950-х годов.

Для активно строящихся линий 220 кВ к середине 1930-х годов был создан типовой проект одноцепных портальных опор, существенно отличавшихся от применённых на линиях ДГЭС и Свирь-Ленинград. Опоры портального типа состояли из двух узких стоек прямоугольного сечения, на которых размещалась горизонтальная траверса (рис.52 ). Каждая стойка укреплялась на отдельный компактный фундамент. Выбранная конструкция позволяла сделать опоры более технологичными, транспортабельными и сократить по сравнению с широкобазными опорами свирского типа механические напряжения, возникающие из-за осадки фундаментов стоек. Секции портальных опор изготовлялись в заводских условиях при помощи электросварки. На трассе готовые секции соединялись заклёпками, а в более поздние годы - болтами. Существовали промежуточный, анкерный и угловой вариант опоры. Портальные опоры этой серии применялись на линиях 220 кВ повсеместно и весьма продолжительное время - до конца 1950х годов. Среди них: ВЛ Сталиногорск - Москва, Рыбинск - Москва и другие. Появились также типовые переходные опоры для линий 220 кВ высотой 35 и 70 метров.

Отход от использования конструкций периода ГОЭЛРО начался в первые послевоенные годы. С одной стороны, до конца 1950-х продолжали строиться линии на опорах шатурского типа сварной конструкции и линии 220 кВ на свободностоящих порталах. С другой стороны, всё большее применение находили узкобазные опоры и конструкции так называемого «смешанного» типа. Опоры смешанного типа применялись на ЛЭП 35-220 кВ и имели такой же ствол, как узкобазные (немецкий тип), и сильно расширяющуюся к фундаменту нижнюю секцию. Таким образом, опоры смешанного типа объединяли в себе преимущества узкобазных и широкобазных. Появилось значительное разнообразие конструкций опор, созданных разными проектными институтами, лидером среди которых являлся ленинградский институт «Теплоэлектропроект» (ТЭП). Кроме того, появилось большее количество вариантов опор, учитывающих особенности разных климатических зон. В 1948 году появилась новая серия опор для линий 110 кВ, заменившая шатурские: опоры «крымского» типа (рис.53 ). По конструкции ствола эти опоры принадлежали к смешанному типу. Один из вариантов промежуточной опоры был узкобазным. При изготовлении секций на заводе использовалась электросварка, для соединения секций - болты. Траверсы были плоской конструкции, несущими элементами в них являлись швеллеры. Имелись варианты опор для подвески двух и одного грозозащитного троса. Опоры крымского типа вытеснили шатурские и получили очень широкое распространение на территории СССР, значительное число таких опор продолжает эксплуатироваться. Сварные опоры смешанного типа (крымского, ленинградского и другие) продолжали использоваться до середины 1960-х годов, в итоге они были вытеснены более технологичными унифицированными опорами болтовой конструкциями.

Кроме того, в послевоенные годы в СССР были сооружены первые линии электропередачи 400 и 500 кВ (рис.55 ). В них также отразился опыт, накопленный в период становления электросетевой отрасли. Некоторые общие технические решения, применённые при проектировании этих линий, обсуждались ещё в начале 1930-х годов (Рис.54 ).

Подытоживая статью, стоит ещё раз отметить, что годы работы общества «Электропередача», и первые годы ГОЭЛРО, когда шло активное строительство ЛЭП, и проходили проверку разные подходы и технические решения, были очень важны для накопления бесценного опыта проектирования и сооружения высоковольтных линий, а также для подготовки квалифицированных инженерных и технических кадров. Полученный опыт стал фундаментом для всего последующего развития отечественных электрических сетей и для создания объединённой энергетической системы.

Литература:

1. Инженер И.В. Линде, «Справочная книга для электротехниковъ» 11-е издание, вторая

государственная типография, 1920 г.

2. Кох, «Электропередача высокого напряжения», издательство Бюро Иностранной Науки и

Техники, Берлин, 1921 г.

3. А.А. Смуров, «Электротехника высокого напряжения и передача электрической энергии»,

типография им. Бухарина, Ленинград, 1925 г.

4. В.Э.К. бюро по высоким напряжениям, труды I всесоюзной конференции по электропередаче больших мощностей на большие расстояния токами сверхвысоких напряжений, ГЭИ М-Л, 1932 г.

5. Техническая Энциклопедия, глав. ред. Мартенс, том 20, ОГИЗ РСФСР, Москва, 1933 г.

6. Инж. В. В. Гульденбальк, Сооружение линий электропередач высокого напряжения, ОНТИ НКТП СССР, ГЭИ М-Л, 1934 г.

7. Электротехнический Справочник (подстанции и сети высокого напряжения) под общ. ред.

инженера М.В. Хомякова, ГЭИ Москва-Ленинград, 1942 г.

8. Электротехнический Справочник (электрические установки высокого напряжения, подстанции, сети и линии электропередач) под общ. ред. инж. М.В. Хомякова, ГЭИ Москва-Ленинград, 1950 г.

9. Линии электропередач и подстанции 400 кВ, ОРГЭНЕРГОСТРОЙ, Куйбышев, 1958 г.

Е.В.Старостин, «Мечты и мачты шатурских романтиков»

Рис.43 - фотография Дмитрия Новоклимова

В зависимости от способа подвески проводов опоры воздушных линий (ВЛ) делятся на две основные группы:

а) опоры промежуточные , на которых провода закрепляются в поддерживающих зажимах,

б) опоры анкерного типа , служащие для натяжения проводов. На этих опорах провода закрепляются в натяжных зажимах.

Расстояние между опорами (ЛЭП) называется пролетом , а расстояние между опорами анкерного типа - анкерованным участком (рис. 1).

В соответствии с пересечения некоторых инженерных сооружений, например железных дорог общего пользования, необходимо выполнять на опорах анкерного типа. На углах поворота линии устанавливаются угловые опоры, на которых провода могут быть подвешены в поддерживающих или натяжных зажимах. Таким образом, две основные группы опор - промежуточные и анкерные - разбиваются на типы, имеющие специальное назначение.

Рис. 1. Схема анкерованного участка воздушной линии

Промежуточные прямые опоры устанавливаются на прямых участках линии. На промежуточных опорах с подвесными изоляторами провода закрепляются в поддерживающих гирляндах, висящих вертикально, на промежуточных 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.

При необорванных проводах и тросах промежуточные опоры, как правило, не воспринимают горизонтальной нагрузки от тяжения проводов и тросов в направлении линии и поэтому могут быть выполнены более легкой конструкции, чем опоры других типов, например концевые, воспринимающие тяжение проводов и тросов. Однако для обеспечения надежной работы линии промежуточные опоры должны выдерживать некоторые нагрузки в направлении линии.

Промежуточные угловые опоры устанавливаются на углах поворота линии с подвеской проводов в поддерживающих гирляндах. Помимо нагрузок, действующих на промежуточные прямые опоры, промежуточные и анкерные 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. Поэтому промежуточные угловые опоры применяются для углов до 10 - 20°. При больших углах поворота устанавливаются анкерные угловые опоры .

Рис. 2. Промежуточные опоры ВЛ

Анкерные опоры . На линиях с подвесными изоляторами провода закрепляются в зажимах натяжных гирлянд. Эти гирлянды являются как бы продолжением провода и передают его тяжение на опору. На линиях со штыревыми изоляторами провода закрепляются на анкерных опорах усиленной вязкой или специальными зажимами, обеспечивающими передачу полного тяжения провода на опору через штыревые изоляторы.

При установке анкерных опор на прямых участках трассы и подвеске проводов с обеих сторон от опоры с одинаковыми тяжениями горизонтальные продольные нагрузки от проводов уравновешиваются и анкерная опора работает так же, как и промежуточная, т. е. воспринимает только горизонтальные поперечные и вертикальные нагрузки.

Рис. 3. Опоры ВЛ анкерного типа

В случае необходимости провода с одной и с другой стороны от анкерной опоры можно натягивать с различным тяжением, тогда анкерная опора будет воспринимать разность тяжения проводов. В этом случае, кроме горизонтальных поперечных и вертикальных нагрузок, на опору будет также воздействовать горизонтальная продольная нагрузка. При установке анкерных опор на углах (в точках поворота линии) анкерные угловые опоры воспринимают нагрузку также от поперечных составляющих тяжения проводов и тросов.

Концевые опоры устанавливаются на концах линии. От этих опор отходят провода, подвешиваемые на порталах подстанций. При подвеске проводов на линии до окончания сооружения подстанции концевые опоры воспринимают полное одностороннее тяжение .

Помимо перечисленных типов опор, на линиях применяются также специальные опоры: транспозиционные , служащие для изменения порядка расположения проводов на опорах, ответвительные - для выполнения ответвлений от основной линии, опоры больших переходов через реки и водные пространства и др.

Основным типом опор на воздушных линиях являются промежуточные, число которых обычно составляет 85 -90% общего числа опор.

По конструктивному выполнению опоры можно разделить на свободностоящие и опоры на оттяжках . Оттяжки обычно выполняются из стальных тросов. На воздушных линиях применяются деревянные, стальные и железобетонные опоры. Разработаны также конструкции опор из алюминиевых сплавов.
Конструкции опор ВЛ

1. Деревянная опора ЛОП 6 кВ (рис. 4) - одностоечная, промежуточная. Выполняется из сосны, иногда лиственницы. Пасынок выполняется из пропитанной сосны. Для линий 35-110 кВ применяются деревянные П-образные двухстоечные опоры. Дополнительные элементы конструкции опоры: подвесная гирлянда с подвесным зажимом, траверса, раскосы.
2. Железобетонные опоры выполняются одностоечными свободностоящими, без оттяжек или с оттяжками на землю. Опора состоит из стойки (ствола), выполненной из центрифугированного железобетона, траверсы, грозозащитного троса с заземллителем на каждой опоре (для молниезащиты линии). С помощью заземляющего штыря трос связан с заземлителем (проводник в виде трубы, забитой в землю рядом с опорой). Трос служит для защиты линий от прямых ударов молнии. Другие элементы: стойка (ствол), тяга, траверса, тросостойка.
3. Металлические (стальные) опоры (рис. 5) применяются при напряжении 220 кВ и более.

Вам могут быть интересны следующие материалы

Счетчики газа

Система отопления

Водоснабжение

Система вентиляции

Радиаторы

Водопровод

© 2024 Про уют в доме. Счетчики газа. Система отопления. Водоснабжение. Система вентиляции