При прокладке воздушных линий электропередач помимо выбора кабеля необходимо также осуществлять и выбор опор, на которых он будет закреплен, а также изоляторов. Данную статью мы посвятим опорам воздушных линий электропередач.

Для устройства воздушных линий применяют металлические, железобетонные и деревянные, как их часто называют в обычной жизни, электроопоры.

Деревянные опоры

Изготавливаются, как правило, из сосновых бревен со снятой корой. Для ЛЭП с напряжением питания до 1000 В допускается применение и других пород деревьев, например, пихта, дуб, кедр, ель, лиственница. Бревна, которые впоследствии должны будут стать опорами линий электропередач, должны соответствовать определенным техническим требованиям. Естественная конусность ствола, проще говоря, изменение его диаметра от толстого нижнего конца (комля) к верхнему отрубу не должна превышать 8 мм на 1 метр длины бревна. Диаметр бревна на верхнем отрубе для линий с напряжением до 1000 В принимается не менее 12 см, для линий с напряжением выше 1000 В, но не выше 35 кВ – 16 см, а для линий с более высоким напряжением не менее 18 см.

Деревянные опоры могут применять для сооружения воздушных линий с напряжением не выше 110 кВ включительно. Наиболее широкое распространение деревянные опоры получили в воздушных линиях с напряжением до 1000 В, а также в линиях связи. Плюсом деревянных опор есть их относительно небольшая стоимость и простота изготовления. Однако есть и минус, существенный минус – они подвержены гниению и срок службы сосновых опор составляет порядка 4-5 лет. Для предохранения древесины от гниения ее пропитывают специальными антисептиками против гниения, например антраценовым или креозотовым маслом. Особенно тщательной обработке поддаются те части, которые будут вкапываться в землю, а также врубки концов, раскосов и траверс. Благодаря антисептикам срок службы увеличивается примерно в 2-3 раза. Для этой же цели довольно часто ноги деревянной электроопоры изготавливают из двух частей – основной стойки и стула (пасынка):

Где – 1) основная стойка, а 2) стул (пасынок)

При сильном загнивании нижней части достаточно сменить только пасынка.

Металлические опоры

Плюс – прочные и надежные в эксплуатации. Минус – необходим большой расход металла, что влечет за собой значительное увеличение стоимости (в сравнении с деревянными). Применяют металлические опоры воздушных линий электропередач, как правило, при напряжениях от 110 кВ, так как эксплуатация металлических опор вызвана с большими расходами на выполнение очень трудоемких и дорогостоящих работ по периодической покраске, предохраняющей от коррозии.

Железобетонные опоры

При промышленном процессе изготовления являются наиболее оптимальным вариантом для воздушных линий как до 1000 В, так и выше 1000 В. Применение железобетонных опор резко снижает эксплуатационные расходы, так как они практически не требуют ремонта. В настоящее время, практически повсеместно, при сооружении воздушных линий 6-10 кВ и до 110 кВ применяют железобетонные опоры. Особенно широкое распространение они получили в городских сетях до и выше 1000 В. Железобетонные опоры могут выполнятся как монолитными (литыми), так и в виде сборок, которые собираются непосредственно на месте монтажа. Прочность их зависит от способа уплотнения бетона, которых два – центрифугование и вибрирование. При использовании способа центрифугования получается хорошая плотность бетона, которая, впоследствии, оказывает хорошее влияние на готовое изделие.

На воздушных линиях электропередач применяют специальные, анкерные, угловые, концевые, промежуточные опоры.

Их назначение – жесткое закрепление на них проводов и линии. Места для их установки определяет проект. По своей конструкции анкерная опора должна быть прочной, так как при обрыве провода с одной стороны она должна выдержать механическую нагрузку проводов с другой стороны линии.

Анкерными пролетами называют расстояние между анкерными опорами. На прямолинейных участках (в зависимости от сечения проводов) анкерные пролеты имеют длину до 10 км.

Промежуточные опоры

Служат только для поддержки проводов на прямых участках линии между анкерными опорами. Из общего количества установленных на линии электроопор, промежуточные занимают порядка 80-90%.

Угловые опоры

Предназначены для установки в местах поворота трассы линии электропередач. Если угол поворота линии до 20 0 , то электроопора может изготавливаться по типу промежуточной, а если угол составляет порядка 20-90 0 , то по типу анкерной.

Имеют анкерный тип и устанавливаются в начале и в конце линий. Если в анкерных электроопорах сила одностороннего тяжения проводов может возникнуть только в аварийной ситуации, при обрыве провода, то в концевых электроопорах она действует всегда.

Специальные опоры

Представляют собой электроопоры повышенной высоты и применяются в местах пересечения линий электропередач ЛЭП с шоссейными и железными дорогами, реками, пересечении между самими ЛЭП и в других случаях, когда стандартной высоты электроопоры недостаточно для обеспечения необходимого расстояния до проводов. Промежуточные электроопоры линий с напряжением до 10 кВ выполняют одностоечными (свечообразными). В сетях низкого напряжения одностоечные опоры выполняют функции угловых или концевых опор, а также снабжаются дополнительно или оттяжками, прикрепленными в сторону, противоположную тяжению проводов, или подкосами (подпорками), которые устанавливаются со стороны тяжения проводов:

Для линий с напряжением 6-10 кВ электроопоры выполняются А-образными:

Также характеризуются воздушные линии и основными габаритами и размерами.

Габарит воздушной линии – вертикальное расстояние от самой низкой точки провода к земле или воде.

Стрела провеса – это расстояние между воображаемой прямой линией между точками крепления проводов на опоре и самой низкой точкой провода в пролете:

Все габариты ЛЭП строго регламентируются ПУЭ и напрямую зависят от величины напряжения питания, а также местности, по которой проходит трасса.

ПУЭ также регламентирует и другие габариты при пересечении и сближении ЛЭП как между собой, так и между линиями связи, авто- и железнодорожными магистралями, воздушными трубопроводами, канатными дорогами.

Для проверки запроектированной ЛЭП требованиям ПУЭ производятся расчеты на механическую прочность, методы которых даются в специальных курсах электрических сетей.

Линии электропередач (ЛЭП) являются одними из важнейших компонентов современной электрической сети. Линия электропередач - это система энергетического оборудования, выходящая за пределы электростанций и предназначенная для дистанционной передачи электроэнергии посредством электрического тока.

Линии электропередач разделяют на кабельные и воздушные. Кабельная линия электропередачи - это линия электропередачи, выполненная одним или несколькими кабелями, уложенными непосредственно в землю, кабельные каналы, трубы, на кабельные конструкции. Воздушная линия электропередачи (ВЛ) - это устройство, предназначенное для передачи и распределения электрической энергии по проводам, которые находятся на открытом воздухе.

Для устройства воздушных линий электропередач применяются специальные конструкции - опоры воздушной линии электропередач. Опоры ЛЭП - это специальные сооружения, предназначенные для удержания проводов воздушных линий электропередач на заданном расстоянии от поверхности земли и друг от друга.

Система опор воздушных линий электропередач была разработана в начале ХХ века, когда начали появляться первые мощные электростанции, и стало возможным осуществлять передачу электроэнергии на большие расстояния. До середины ХХ века раскатка проводов под опоры ЛЭП проходила по земле. Но такой способ раскатки имел множество недостатков: протащенный по земле провод получал многочисленные повреждения и требовал ремонта уже в процессе монтажа. Мелкие царапины и сколы становились причиной коронного разряда, приводящего к потерям передаваемой энергии.

В пятидесятых годах ХХ столетия в Европе был разработан специальный метод монтажа электропроводов - так называемый метод тяжения. Метод тяжения подразумевает под собой раскатку провода сразу на установленные опоры лэп с помощью специальных роликов, без опускания провода на землю. С одного конца воздушной линии устанавливается натяжная машина, с другого - тормозная. Благодаря этому методу при строительстве ЛЭП значительно снизилась возможность повреждения электропроводов и сократились расходы на ремонт, что, в свою очередь, привело к сокращению потерь передаваемой электроэнергии. Преимущество данного метода выражается и в том, что присутствие естественных (реки, озера, леса, горы и т.д.) и искусственных (автомобильные и железные дороги, здания и т.п.) преград облегчает и ускоряет монтаж ЛЭП. В России технология монтажа опор ЛЭП «под натяжением» применяется с 1996 года и на данный момент является наиболее целесообразным и популярным способом возведения опор воздушных линий электропередач.

В современном строительстве опоры ЛЭП применяются также в качестве опор для удержания заземленных молниеотводов и оптоволоконных линий связи. Также их используют в качестве освещения пространства на магистралях, улицах, площадях и т.п. в темное время суток. Опоры ВЛ предназначены для сооружений линий электропередач при расчетной температуре наружного воздуха до -65˚С включительно.

Опоры делятся на две основные группы, в зависимости от способа подвески проводов:

• промежуточные опоры ЛЭП. Провода на этих опорах закрепляются в поддерживающих зажимах;
• опоры анкерного типа. Провода на опорах анкерного типа закрепляются в натяжных зажимах. Данные опоры служат для тяжения проводов.

Две основные группы делятся на типы, имеющие специальные назначение:

• промежуточные прямые опоры. Устанавливаются на прямых участках линии и предназначаются для поддержания проводов и тросов и не рассчитаны на нагрузки от тяжения проводов вдоль линии. На промежуточных опорах с подвесными изоляторами провода закрепляются в специальных поддерживающих гирляндах, которые расположены вертикально. На опорах со штыревыми изоляторами закрепление проводов осуществляется проволочной вязкой. Промежуточные прямые опоры воспринимают горизонтальные нагрузки от давления ветра на провода и на опору и вертикальные - от веса проводов и собственного веса опоры ЛЭП;
• промежуточные угловые опоры. Устанавливаются на углах поворота линии с подвеской проводов в поддерживающих гирляндах. Помимо нагрузок, которые действуют на промежуточные прямые опоры, промежуточные опоры также воспринимают нагрузки от поперечных составляющих тяжения проводов и тросов;
• анкерно-угловые опоры. Устанавливаются при углах поворота ЛЭП более 20˚, имеют более жесткую конструкцию, чем промежуточные угловые опоры и рассчитаны на значительные нагрузки;
• анкерные опоры. Специальные анкерные опоры устанавливаются на прямых участках трассы для осуществления перехода через инженерные сооружения или естественные преграды. Воспринимают продольную нагрузку от тяжения проводов и тросов;
• концевые опоры. Являются разновидностью анкерных опор, устанавливаются в конце или начале ЛЭП и рассчитаны на восприятие нагрузок от одностороннего натяжения проводов и тросов;
• специальные опоры, которые включают в себя: транспозиционные - служат для изменения порядка расположения проводов на опорах; ответвлительные - для устройства ответвлений от магистральной линии; перекрестные - используются при пересечении ВЛ двух направлений; противоветровые - для усиления механической прочности ВЛ; переходные - при переходах ВЛ через инженерные сооружения или естественные преграды.

По способу закрепления в грунт поры делятся:

По конструкции опоры ЛЭП разделяются:

• свободностоящие опоры. В свою очередь, делятся на одностоечные и многостоечные ;
• опоры с оттяжками;
• вантовые опоры аварийного резерва.

Опоры ЛЭП подразделяются на опоры для линий с напряжением 0.4, 6, 10, 35, 110, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ. Эти группы опор отличаются размерами и весом. Чем больше напряжение, проходящее по проводам, тем выше и тяжелее опора. Увеличение размеров опоры вызвано необходимостью получения нужных расстояний от провода до тела опоры и до земли, соответствующих ПУЭ (Правила устройства электроустановок) для различных напряжений линий.

По материалу изготовления опоры ЛЭП делятся на деревянные, металлические и железобетонные. Выбор вида опор ЛЭП обычно основывается на наличии соответствующих материалов в районе постройки линии электропередачи, экономической целесообразностью и техническими характеристиками строящегося объекта. Деревянные опоры применяют для линий с незначительным напряжением, до 220/380 В. Однако при таких преимуществах как низкая стоимость и простота изготовления, деревянные опоры имеют существенные недостатки: опоры из дерева недолговечны (срок службы составляет 10 - 25 лет), не обладают высокой прочностью, материал остро реагирует на изменения климатических условий.

Металлические опоры значительно прочнее деревянных, однако требуют постоянного техобслуживания - поверхность конструкций и соединительные элементы приходится периодически окрашивать или оцинковывать для предотвращения окисления или коррозии.

Высокая прочность и стойкость материала к деформации, коррозии и резкой смене климата, большой срок эксплуатации конструкций (порядка 50-70 лет), пожаростойкость, высокая технологичность и низкая стоимость - одни из немногих причин, которые позволяют сказать: железобетон является наиболее целесообразным решением для производства опор ЛЭП в России. Ведь в стране, имеющей огромную площадь и разнообразный климат, возникает необходимость не только в большом количестве протяженных линий связи, но и в высокой надежности в условиях резкой смены погодных условий и уровня влажности. Наличие качественных железобетонных опор для линий электропередач - важнейшее условие обеспечения стабильности в работе электроэнергетики. Группа компаний «Блок» производит и поставляет на строительный рынок только высококачественную продукцию из , в строгом соответствии с ГОСТ и СНиП.

Железобетонные стойки опор ЛЭП различаются на два типа по способу изготовления.

• вибрированные стойки опор. Метод изготовления, при котором бетонная смесь во время заливки в форму подвергается вибрации, благодаря которой обеспечивается увеличение плотности и однородности бетона при меньшем расходе цемента. Изготавливаются как из предварительно напряженного, так и ненапряженного железобетона и используются в качестве стоек и подкосов в опорах ЛЭП напряжением до 35 кВ, а также в качестве опор освещения;
• центрифугированные стойки опор. Метод приготовления бетонной смеси, при которой обеспечивается равномерное распределение смеси, следовательно, каждый участок получается полностью уплотненным. Центрифугированные стойки опор предназначаются для линий электропередач напряжением 35-750 кВ.

Конструктивно железобетонные опоры ЛЭП представляют собой вытянутые стойки с различные сечением в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации и нагрузок. Конструкция стоек опор также предполагает наличие закладных деталей для установки зажимов, траверс и креплений для жестокого или шарнирного закрепления проводов, а также и плит для увеличения несущей функции изделий.

По типу конструкции железобетонные опоры делятся на основных вида:

• цилиндрические стойки опор;
• конические стойки опор.

Железобетонные опоры ЛЭП представлены широкой номенклатурой.

Для высоковольтных ЛЭП изготавливаются центрифугированные цилиндрические и конические опоры в соответствии с ГОСТ 22687.2-85 «Стойки цилиндрические железобетонные центрифугированные для опор высоковольтных линий электропередачи» и ГОСТ 22687.1-85 «Стойки конические железобетонные центрифугированные для опор высоковольтных линий электропередачи» соответственно.

Вибрированные стойки изготавливаются в соответствии с ГОСТ 23613-79 «Стойки железобетонные вибрированные для опор высоковольтных линий электропередачи. Технические условия», ГОСТ 26071-84 «Стойки железобетонные вибрированные для опор воздушных линий электропередачи напряжением 0,38 кВ. Технические уcловия» и сериями 3.407.1-136 «Железобетонные опоры ВЛ 0,38 кВ» и 3.407.1-143 «Железобетонные опоры ВЛ 10 кВ».

Специальные двустоечные опоры изготавливаются в соответствии с серией 3.407.1-152 «Унифицированные конструкции промежуточных двустоечных железобетонных опор ВЛ 35-500 кВ».
Серия 3.407.1-157 «Унифицированные железобетонные изделия подстанций 35-500 кВ» включает в себя вибрированные конические стойки с прямоугольным сечением центрифугированные цилиндрические стойки.Серия 3.407.1-175 «Унифицированные конструкции промежуточных одностоечных железобетонных опор ВЛ 35-220 кВ» содержит указания по изготовлению конических стоек опор.

Железобетонные центрифугированные опоры контактной сети и освещения изготавливаются по серии 3.507 КЛ-10 «Опоры контактной сети и освещения».

В качестве материала для изготовления железобетонных стоек опор ЛЭП используется устойчивый к электрокоррозии и коррозии от воздействия окружающей среды портландцемент различных классов по прочности на сжатие, от В25. В качестве заполнителей применяется мелкофракционный песок и гравийных щебень. Для каждого проекта подбирается различный вариант приготовления бетонной смеси: вибрирование применяется для стоек опор ЛЭП напряжением до 35 кВ и опор освещения, центрифугирование - для опор линий электропередач напряжением 35-750 кВ. Марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости назначаются в зависимости от условий эксплуатации и климата в зоне строительства, от F150 и от W4 соответственно. Дополнительно в бетон стоек опор добавляют специальные пластифицирующие и газововлекающие добавки.

Бетон стоек опор ЛЭП армируется предварительно напряженной арматурой для придания большей прочности изделиям. Все детали армирования и закладные изделия в обязательном порядке покрываются специальным веществом против внутренней коррозии.

В качестве рабочей арматуры применяется сталь следующих классов:

• стержневая термически упрочненная периодического профиля класса Ат-VI по ГОСТ 10884-71 при эксплуатации стоек в районе строительства с расчетной температурой наружного воздуха не ниже -55°С;
• стержневая горячекатаная периодического профиля классов А-IV и А-V. При расчетной температуре наружного воздуха ниже -55°С сталь этих классов следует применять в виде целых стержней мерной длины.В качестве поперечной арматуры применяется арматурная проволока класса В-I. Для изготовления хомутов, заземляющих проводников и монтажных петель применяется горячекатаная гладкая арматурная сталь класса А-I.

Маркировка стоек по ГОСТ 23613-79.

В обозначении марки стойки буквы и цифры означают: СВ - стойка вибрированная;дополнительные буквы «а» и «б» - варианты исполнения стоек, где:

• «а» - наличие в стойках закладных изделий (штырей) и отверстий для крепления проводов;
• «б» - наличие в стойках отверстий для крепления анкерных плит;
• цифра после букв - длину стойки в дециметрах;
• цифра после первого тире - расчетный изгибающий момент в тонна-сила-метрах;
• цифра после второго тире - проектную марку бетона по морозостойкости.

Для стоек, выполненных из сульфатостойкого цемента, после проектной марки бетона по морозостойкости ставится буква «с».

Для стоек, предназначенных к применению в районах с расчетной температурой наружного воздуха ниже -40°С или при наличии агрессивных грунтов и грунтовых вод, в третью группу марки включают также соответствующие обозначения характеристик, обеспечивающих долговечность стоек в условиях эксплуатации:М - для стоек, применяемых в районах с расчетной температурой наружного воздуха -40°С;

Для стоек, применяемых в условиях воздействия агрессивных грунтов и грунтовых вод - характеристики степени плотности бетона: П - повышенная плотность, О - особо плотный.

По ГОСТ 22687.1-85 и ГОСТ 22687.2-85 марка стойки состоит из буквенно-цифровых групп, разделенных дефисом.

Первая группа содержит обозначение типоразмера стойки, включающего:

буквенное обозначение типа стойки, где:

• СК - конические;
• СЦ - цилиндрические;
• далее указывается длина стойки в метрах в целых числах.

Вторая группа включает обозначения: несущей способности стойки и области ее применения в опоре и характеристики напрягаемой продольной арматуры:

• 1 - для арматурной стали класса A-V или Ат-VCK;
• 2 - то же, класса A-VI;
• 3 - для арматурных канатов класса К-7 при смешанном армировании;
• 4 - то же, класса К-19;
• 5 - для арматурных канатов класса К-7;
• 0 - для арматурной стали класса A-IV или Ат-IVK.

В третьей группе при необходимости отражают дополнительные характеристики (стойкость к воздействию агрессивной среды, наличие дополнительных закладных изделий и т.д.).

Маркировка по серии 3.407.1-136 для конструкций элементов опор ВЛ 0,38 кВ состоит из буквенно-цифрового обозначения.

В первой части указывается обозначение типа опоры ЛЭП:

• П - промежуточная;
• К - концевая;
• УА - угловая анкерная;
• ПП - переходная промежуточная;
• ПОА - переходная ответвительная анкерная;
• Пк - перекрестная.

Во второй части - типоразмер опоры: нечетные номера для одноцепных опор, четные - для восьми- и девятипроводных ВЛ.

Маркировка по серии 3.407.1-143 для опор ВЛ 10 кВ имеет в первой части буквенное обозначение типа опоры:

• П - промежуточная;
• ОА - ответвительная анкерная;
• И т.д.

Во второй части - цифровой индекс 10, указывающий на напряжение ВЛ.

В третьей части, через тире, пишется номер типоразмера опоры.

Элементы опор, в которую входят плиты и анкеры, маркируются буквенно-числовым обозначением.П - плита, АЦ - анкер цилиндрический.

Через дефис указывается номер типоразмера изделий.

Маркировка железобетонных промежуточных одностоечных опор по серии 3.407.1-175 и двустоечных опор по серии 3.407.1-152 состоит из буквенно-числового обозначения.

Первая цифра означает порядковый номер региона, в котором применяется опора;

Последующее сочетание букв - тип опоры:

• ПБ - промежуточная бетонная;
• ПСБ - промежуточная специальная бетонная;
• Последующая группа цифр - напряжение ВЛ в кВ, в габаритах которого выполнена опора;
• Следующее после тире число - порядковый номер опоры ЛЭП, в унификации, при этом нечетные номера принадлежат одноцепным опорам, а четные - двуцепным.

Маркировка изделий опор по серии 3.407.1-157:

Первая группа буквенно-цифрового обозначения включает литеры условного наименования изделий и основные габаритные размеры в дециметрах, где:

• ВС - вибрированная стойка.

Вторая группа, через дефис, обозначает несущую способность в кН.м;

Третья группа, через дефис, обозначает конструктивные особенности (вариант армирования, наличие дополнительных закладных деталей).

Маркировка опор серии 3.407-102 включает в себя следующие наименования:

• СЦП - стойка цилиндрическая полая;
• ВС - вибрированная стойка;
• ВСЛ - вибрированная стойка для осветительных линий и железнодорожных сетей;
• Далее следует цифра, означающая типоразмер изделия.

Маркировка опор контактной сети и освещения по серии 3.507 КЛ-10 состоит из буквенно-цифровых обозначений.

Центрифугированные опоры ЛЭП (выпуск 1-1):

• ОКЦ - опоры наружного освещения с кабельной подводкой питания;
• ОАЦ - анкерные опоры наружного освещения с воздушной подводкой питания;
• ОПЦ - промежуточные опоры наружного освещения с воздушной подводкой питания;
• ОСЦ - совмещенные опоры контактной сети и наружного освещения с кабельной подводкой питания.

Первая цифра после букв, через дефис, обозначает горизонтальную нормативную нагрузку на опору в центнерах, вторая - длину опоры в метрах.

Вибрированные опоры (выпуски 1-2, 1-4, 1-5):

• СВ - стойка вибрированная наружного освещения с кабельной или воздушной подводкой питания;
• Следующая после букв цифра указывает нормативный изгибающий момент в заделке, в тм;
• Вторая цифра, через дефис, указывает длину стойки в метрах.

Ненапряженные вибрированные стойки (выпуск 1-6):

• Первая группа содержит буквенное обозначение типа конструкции, СВ - стойка вибрированная, и числовое – длина стойки в дециметрах;
• Вторая группа - условное обозначение несущей способности.

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».

Конструкция опор воздушных линий электропередачи

Конструкция опор

Конструкции опор воздушных линий электропередачи весьма разнообразны и зависят от материала, из которого изготавливается опора (металлическая, железобетонная, деревянная, стеклопластиковая), назначения опоры (промежуточная, угловая, транспозиционная, переходная и т.д.), от местных условий на трассе линии (населенная местнсть или ненаселенная, горные условия, участки с болотными или слабыми грунтами и т.п.), напряжения линии, количества цепей (одноцепная, двухцепная, многоцепная) и т.д.

В конструкции многих типов опор можно встретить следующие элементы:

1. Стойка – является основным неотъемлемым элементом конструкции опоры, в отличие от остальных элементов которые могут отсутствовать. Стойка предназначена для обеспечения требуемых габаритов проводов (габарит провода - вертикальное расстояние от провода в пролёте до пересекаемых трассой инженерных сооружений, поверхности земли или воды). В конструкции опоры может быть одна, две, три и более стоек.

а	б

Рисунок. Опоры ВЛ: а – двухстоечная опора; б – трехстоечная опора.

Стойка металлических опор решетчатого типа называется стволом. Ствол обычно представляет собой четырехгранную усеченную решетчатую пирамиду, выполненную из профилей стального проката (уголка, полосы, листа), и состоит из пояса, решетки и диафрагмы. Решетка, в свою очередь, имеет стержни-раскосы и распорки, а также дополнительные связи.



Рисунок. Элементы конструкции металлической опоры: 1 – пояс стойки опоры; 2 – стержни-раскосы, образующие решетку стойки; 3 – диафрагма; 4 – траверса; 5 – тросостойка.

2. Подкосы – применяются для угловых, концевых, анкерных и ответвительных опор ВЛ напряжением до 10 кВ. Они воспринимают на себя часть нагрузки опоры от одностороннего тяжения провода.



Рисунок. Угловая опора с двумя подкосами: 1 – стойка; 2 – подкос.

3. Приставка (пасынок) – частично заглубляемая в грунт, нижняя часть конструкции комбинированной опоры ВЛ напряжением до 35 кВ, состоящей из деревянных стоек и железобетонных приставок.
4. Раскосы – наклонные элементы опоры служащие для усиления её конструкции и соединяющие несколько элементов опоры между собой, например, стойку с траверсой, либо две стойки опоры.



Рисунок. Элементы конструкции комбинированной опоры: 1 – деревянная стойка опоры; 2 – железобетонная приставка (пасынок); 3 – раскос; 4 – траверса.

5. Траверса – обеспечивает крепление проводов линии электропередачи на определенном (допустимом) расстоянии от опоры и друг от друга.

Рисунок. Траверсы опор: а - для ж/б опоры 10 кВ; б - для ж/б опоры 110 кВ.

Чаще всего можно встретить траверсы в виде жесткой металлической конструкции, однако существуют также деревянные траверсы и траверсы из композитных материалов.



Рисунок. Траверса опоры ВЛ 110 кВ из композитных материалов

Кроме того, на V-образных опорах типа «набла» и П-образных опорах можно встретить так называемые гибкие траверсы.



Рисунок. Опора ВЛ с «гибкой» траверсой

В некоторых конструкциях опор траверсы могут отсутствовать, например, у деревянных или железобетонных опор ВЛ напряжением до 1 кВ, у опор ВЛ с самонесущими изолированными проводами напряжением до 1 кВ, у анкерных опор ВЛ любого напряжение, где каждая фаза крепится на отдельной стойке.



Рисунок. Опора без траверсы

6. Фундамент – конструкция, заделанная в грунт и передающая на него нагрузки от опоры, изоляторов, проводов и внешних воздействий (гололед, ветер).



Рисунок. Грибовидный железобетонный фундамент

Для одностоечных опор, у которых нижний конец стойки заделывается в грунт, фундаментом служит низ стойки; для металлических опор применяются свайные или сборные грибовидные железобетонные, а при установке переходных опор и опор на болотах - монолитные бетонные фундаменты.



Рисунок. Железобетонные сваи, применяемые в односвайных и многосвайных фундаментах опор ВЛ



Рисунок. Опора ЛЭП на свайном фундаменте

7. Ригель – увеличивает боковую поверхность подземной конструкции железобетонных стоек и подножников металлических опор. Ригели увеличивают способность фундамента выдерживать горизонтальные нагрузки, действующие на опору, препятствуя ее опрокидыванию от сил тяжения проводов, при сооружении опор в слабом грунте.



Рисунок. Грибовидный железобетонный фундамент (1) с тремя ригелями (2)

8. Оттяжки – предназначены для повышения устойчивости опор и воспринимают на себя усилия от тяжения провода.



Рисунок. Опора, закрепленная с помощью оттяжек

Верхняя часть оттяжки крепится к стойке или траверсе опоры, а нижняя часть к якорю или железобетонной плите. Кроме того, в конструкцию оттяжки может входить натяжная муфта – талреп.

Рисунок. Нижняя часть оттяжки

9. Тросостойка – верхняя часть опоры, предназначенная для поддерживания грозозащитного троса. Обычно представляет собой трапециевидный шпиль на верхушке опоры. На опоре может быть одна или две тросостойки (на П-образных опорах), так же бывают опоры без тросостойки.

С полным перечнем опор ВЛ, представленных на нашем сайте, можно ознакомиться на вкладках, представленных ниже. Выберите сначала материал, из которого изготовлена опора, а затем номинал напряжения линии. После этого перейдите на страницу с перечнем опор ВЛ. Обратите внимание, что список опор постоянно обновляется.

Опоры линий электропередачи являются, пожалуй, одним из самых сложных элементов ЛЭП. При проектировании и строительстве этих сооружений необходимо принимать во внимание как климатические, так и грунтовые характеристики местности. В настоящее время производители опор стремятся к удешевлению производства и повышению прочностных характеристик изделий.

В виду этого разрабатываются различные конструкции, позволяющие снизить нагрузки на фундамент и обеспечить устойчивую эксплуатацию в различных режимах работы.

На нашем сайте Вы можете ознакомиться как со старыми, так и с новыми разработками российских инженеров.

Классификация по назначению

Каждая марка опор предназначен для выполнения своей конкретной функции. Именно поэтому конструкции делят на основные типы в зависимости от назначения:

1. промежуточные опоры — самый распространенный тип опор, рассчитаны на вертикальные нагрузки от веса проводов, устанавливаются только на прямых участках линии;
2. анкерные опоры — также устанавливаются на прямых участках трассы, однако провода на них крепятся анкерно. Таким образом опоры рассчитаны на продольные нагрузки от тяжения проводов;
3. угловые опоры — устанавливаются на углах трассы. Крепление проводов на них также в большинстве случаев анкерное, однако бывают исключения в виде промежуточных угловых опор;
4. концевые опоры — монтируются обычно перед подстанциями. Нагрузки воздействуют на них, в основном, с одной стороны линии;
5. транспозиционные — предназначены для выполнения транспозиции проводов ВЛ;
6. ответвительные — устанавливаются в местах ответвлений линии на смежное направление;
7. переходные — для обеспечения габарита над инженерным сооружением или естественной преградой.

Классификация по материалам изготовления

Конструкции устанавливаются в различных климатических, геосейсмических условиях. При этом стоит обратить внимание, что многие типы опор предназначены для эксплуатации в условиях городской застройки. Таким образом в каждом из случаев требуется использовать подходящий материал для изготовления стоек.

Деревянные опоры

Деревянные опоры ЛЭП широко распространены в условиях сельской местности, однако не стоит забывать, что соответствующие деревянные конструкции также применяются и на линиях вплоть до 220кВ.

Конструкции из дерева применяются чаще всего на линиях низшего напряжения, при этом они имеют ряд преимуществ:

1. относительная долговечность (до 50 лет при соответствующей пропитке);
2. небольшой вес;
3. простота строительства и транспортировки;
4. невысокая стоимость.

Железобетонные опоры

Железобетонные опоры устанавливаются на линиях напряжением менее 500 кВ. В основном это промежуточные опоры, не воспринимающие на себя нагрузку от тяжения проводов и тросов. В случае использования железобетонных стоек в качестве анкерных опор, их укрепляют укосами или оттяжками.

ЖБ опоры производятся из предварительно напряженного железобетона и имеют ряд преимуществ:

1. несложные конструктивные особенности;
2. не требуют сложной дополнительной сборки;
3. не подвержены гниению, как деревянные опоры;
4. в некоторых случаях возможна установка непосредственно в грунт;
5. относительно несложное строительство линии.

Стальные опоры

Стальные опоры на линиях 0,4-10 кВ ставятся крайне редко. Их прерогатива это линии среднего напряжения и выше. Опоры из металла в основном используются в качестве анкерных, однако при напряжении сети более 110 кВ применяются и промежуточные стальные опоры.

Конструкции могут быть изготовлены как из профиля и уголков, так и методом проката, так как в освещении зачастую используются металлические опоры на основе труб. Среди преимуществ опор такого типа можно отметить их износостойкость и долговечность, а также возможность изготовления очень высоких конструкция для обеспечения безопасного перехода через инженерные сооружения и естественные преграды.

Типовые проекты представлены для каждого из типов опор. В результате Вы будете уверены в своем выборе, так как ознакомитесь со всей необходимой документацией.