Типы опор ЛЭП. Виды опор лэп. Опоры воздушных линий электропередач. Их устройство и основные типы Типы опор воздушных линий электропередачи

Железобетонные опоры - это основной несущий элемент в системе электропередач. На них приходятся повышенные нагрузки от окружающей среды, потому одновременное применение металла и бетона вполне целесообразно. Есть различные виды опор, каждый из них имеет определенное предназначение. Технология установки осложняется тем, что даже в обычном исполнении конструкция имеет значительный вес и для монтажа нуждается в использовании спецтехники.

Общее описание

В основе опоры находится бетон, который армирован железным каркасом. С учетом предназначения могут использоваться различные цементные составы. К примеру, обслуживание ЛЭП бетонной опоры 40−100 кВ выполняется при помощи конструкций из центрифугированных цементных растворов.

К основным достоинствам, которые имеют ЖБ опоры, относится стойкость к коррозии, а также к действию химических элементов и веществ, содержащиеся в воздухе.

Однако у этих конструкций существуют и определенные недостатки. Для начала это значительный вес, из-за которого осложняются и рабочие манипуляции по их доставке и монтажу. При этом железобетонные опоры СВ имеют значительную чувствительность к механическим повреждениям. К примеру, во время транспортировки эти конструкции нередко деформируются - на поверхности можно увидеть сколы и трещины.

Принцип устройства

Опоры могут оборудоваться стальным каркасом, который формируется с помощью металлической арматуры. За счет этого конструкция получает высокую прочность, а также защиту от агрессивных факторов внешней среды.

При этом арматура используется для крепления проводов на траверсах либо крюках. Во втором варианте применяются опоры, где еще на заводе выполняются необходимые отверстия для установки крюков.

Необходимо заметить, что оснащение функциональными элементами может производиться еще до того, как был выполнен монтаж этих конструкций на требуемом участке. Такая особенность отличает железобетонные опоры от деревянных, оснащение которых может производиться лишь после установки.

Классификация по способу монтажа

Есть различные варианты монтажа ж б опор. В этом случае речь идет о способах установки в грунте - с монтажом на фундаментной основе и с погружением в землю. При этом опоры, крепящиеся на фундаменте, тоже могут быть двух видов: традиционные и узкобазовые. Последний тип - это конструкция, устанавливающаяся на железобетонные или металлические сваи:

1. Первый вид подразумевает погружение в грунт с дальнейшей заливкой цементным раствором. Эта опора еще называется каркасной или рамной. Ее применяют в роли элемента для обустройства фундаментов.
2. Конструкции, напрямую фиксирующиеся в земле, как правило, используют в роли несущих элементов линий электропередач, осветительных систем и т. п.

Сферы использования

По большому счету, надежная и простая железобетонная опора обусловила огромную сферу использования этой конструкции. Сегодня можно выделить следующие разновидности железобетонных опор с учетом их предназначения:

Особенности ЛЭП конструкций

Ж/Б опоры считаются наилучшим решением для организации поддержки высоковольтных линий электропередач. Деревянные и железные аналоги тоже используются в этих целях, однако у них есть ряд значительных ограничений. Но и железобетонные конструкции имеют ограничения по нагрузкам на электросетях, с которыми у них есть возможность работать.

При этом могут производиться опоры для электролиний с показателем 15−1200 кВ. В таком большом диапазоне существуют конструкции с различными характеристиками. Чем больше подаваемое напряжение, тем больший размер и вес траверсов у железобетонной опоры.

Если линии электропередач расположены приблизительно на одном удалении от поверхности земли и нагрузка на опоры одинаковая, то чем обусловлена необходимость изменения показателей конструкции? Это вполне логично с учетом технологических требований, которые регламентируются различными нормативными актами по расстояниям от электропередачи до опоры и поверхности грунта в зависимости от подаваемого тока.

Технология установки

К процессу установки приступают лишь после окончания подготовки строительной площадки и доставки всех комплектующих для монтажа. Затем производится анализ грунта, разрабатывается схема и проводится заземление. Лишь после этого производят сборку конструкции и основных частей:

Начинать завершающий этап засыпки грунта можно лишь после того, как произведена проверка уровня конструкции.

Проведение ремонтных работ

Выполнение ремонтных работ на ж/б опорах по исправлению сколов и расщелин выполняют полимерцементными составами и лакокрасочными материалами. Небольшие поверхностные расщелины обрабатывают слоем лакокрасочного состава, а сколы покрывают полимерцементными веществами. В определенных ситуациях опоры могут усилить стальными либо железобетонными бандажами.

Ремонт провода включает: установку новых зажимов, замену определенных частей гирлянд, разрядников, штырей, крючков, изоляторов, сварку троса и т. д. Чаще всего процесс монтажа во время ремонта производится такими же способами, как и при установке тросов. Потому далее описана лишь технология работ, которая определяется особенностью ремонта высоковольтных линий и установкой их на токоведущих частях, расположенных в труднодоступных местах под напряжением.

Замену тросов проводят, как правило, полностью на анкерном участке. Из-за большой сложности этих работ при нехватке времени линию могут подключить к напряжению, оставляя вытянутый трос на промежуточных столбах на гирляндах, при этом его соединяют временно на петли анкерных опор специальными зажимами. При последующем отключении выполняют перекладку троса, монтаж зажимов и установку вибрационных гасителей. Во время значительного объема работ производят пофазную замену кабеля. Перекладку троса в зажимы зачастую выполняют без отключения напряжения.

Ремонт отдельных участков

Ремонт отдельных участков выполняют разными способами, они определяются масштабностью деформации. Во время обрыва нескольких проводов может устанавливаться специальная муфта либо бандаж. Если необходимо, то поврежденный участок обрезают и меняют на новый.

Ремонт троса в пролете производят чаще всего без его опускания. Размер вставки обязан четко подходить по длине обрезанной части - иначе может случиться разрегулировка провесной стрелы. Провод вставки обязан быть такой же марки и иметь такое же направление витков, как и заменяемый.

Перед обрезкой провода с двух сторон от участка повреждения вставляются монтажные зажимные клинья (на тросе сечением больше 350 мм2 - по три) и провод затягивается с помощью лебедок, затяжных гаек или полиспастов. После затяжки обрезают поврежденное место и подготавливают вставку такого же размера с допуском на крепление соединителей. После соединяют вставку с заменяемым участком соединителями и попускают затяжное устройство, передавая этим самым натяжку троса на вставку.

Работы по ремонту проводов проводят чаще всего на отключенных электролиниях. Если ремонт обусловлен обрезанием троса, то его с двух сторон необходимо заземлить. При наличии напряжения участок намечаемого разрезания предварительно нужно шунтировать куском троса, подсоединяя его с двух сторон разреза ремонтируемой части провода.

Замену арматуры и изоляторов производят, как правило, с отключением электролинии. На отключенных от пинания опорах в 30−120 кВ замену цельных гирлянд производят с телескопической вышки или с траверса. Во время работы с траверса трос подтягивают лебедкой таким образом, чтобы была возможность свободно рассоединить гирлянду. На место поврежденного изолятора ставится новый.

Во время использовании вышки ее размещают под гирляндой, после выдвигают телескоп так, чтобы масса троса была принята корзиной и можно было ее рассоединить. Передача массы провода на телескоп вышки допустима с учетом грузоподъемности последней более 450 кг. Во время превышения максимального веса вышку применяют лишь для удобства монтажа.

Замена изоляторов

Замену изоляторов выполняют с предварительной разгрузкой от тяжения троса. Для удобства работ применяют телескопическую вышку. На тросе крепится монтажный зажим со шнуром, который подтягивают с помощью лебедки через установленный блок. После снижения тяжения в гирлянде в последней меняют сломанные изоляторы. Замену значительных подвесных конструкций выполняют, как правило, с опусканием проводов.

Замена изоляторов без отключения напряжения является трудоемкой задачей, которая требует особых правил безопасности. Для выполнения работ используют разные приспособления: изолирующие прижимы и тяги, а также средства безопасности - вышки и площадки, изготовленные из изоляционного материала, а также поворотные краны, которые крепятся на траверсах.

Системы распределения и передачи электроэнергии охватывают города, деревни и иные объекты, расположенные на отдельных участках. Помимо транспортировки электроэнергии на значительные расстояния, железобетонные опоры эффективно используются во время передачи электричеств а с подстанций к потребителям, а также для обустройства освещения дорожных покрытий и улиц.

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.

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.

Опоры ВЛ предназначены для обеспечения требуемых расстояний между фазами и землей. Горизонтальное расстояние между центрами двух соседних опор одной линии называется пролетом. Различают переходный, промежуточный и анкерный пролеты. Анкерный пролет обычно состоит из нескольких промежуточных.

Типы опор

По числу цепей опоры классифицируются на одноцепные и двухцепные. ВЛ, имеющая две цепи, выполненная на двухцепных опорах, дешевле, чем две параллельные линии, выполненные на одноцепных опорах, и может быть сооружена в более короткий срок.

Опоры ВЛ делятся на две основные группы: промежуточные и анкерные. Кроме того, выделяют угловые, концевые и специальные опоры.

Промежуточные опоры устанавливают на прямых участках трассы. В нормальном режиме они воспринимают вертикальные нагрузки от массы проводов, изоляторов, арматуры и горизонтальные нагрузки от давления ветра на провода и опоры. При обрыве одного или нескольких проводов промежуточные опоры воспринимают дополнительную нагрузку, направленную вдоль линии, и подвергаются кручению и изгибу. Поэтому они изготавливаются с определенным запасом прочности. Число промежуточных опор на ВЛ составляет до 80 %.

Анкерные опоры устанавливают на прямых участках трассы для перехода ВЛ через инженерные сооружения или естественные препятствия. Их конструкция жестче и прочнее, так как они воспринимают продольную нагрузку от разности тяжения проводов и тросов в смежных анкерных пролетах, а при монтаже – от тяжения подвешенных с одной стороны проводов.

Рис. 2.1. План и профиль участка ВЛ:

А – анкерная опора, П – промежуточная опора, УП – угловая промежуточная опора, УА- угловая анкерная опора, КА- концевая анкерная опора

Концевые опоры являются разновидностью анкерных и устанавливаются в конце и начале линии. В нормальных условиях работы они воспринимают нагрузку от одностороннего тяжения проводов.

К специализированным относят транспозиционные опоры, конструкция которых позволяет изменить порядок расположения проводов на опоре; ответвительные - для устройства ответвления от магистральной линии и т.д.

Материал опор

Согласно нормам технологического проектирования воздушных линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше, рекомендуются следующие области использования различных материалов для изготовления опор.

Деревянные опоры (сосна, лиственница зимней рубки, для неответственных деталей – ель, пихта) с пропиткой антисептиком применяются для одноцепных ВЛ 35 - 150 кВ там, где использование древесины экономически выгодно. Преимущество деревянных опор обусловлено их низкой стоимостью, достаточно высокой механической прочностью, высокими электроизоляционными свойствами, дешевизной. Главный недостаток – недолговечность.

Железобетонные опоры используются в условиях равнинной местности для одноцепных линий 35 – 220 кВ, на всех двухцепных линиях - 35 – 110 кВ, на ВЛ - 500 кВ, проходящей в равнинной местности, где металлические опоры экономически нецелесообразны. Железобетонные опоры не разрешается применять на ВЛ, проходящей в горной или сильно пересеченной местности. Железобетонные опоры обладают высокой механической прочностью, долговечны, дешевы в эксплуатации, изготовлении и сборке по сравнению с металлическими. Их недостатком является большая масса, что увеличивает транспортные расходы. В железобетонных опорах основные усилия при растяжении воспринимает стальная арматура, так как бетон плохо работает на растяжение, но при сжатии основные нагрузки воспринимаются бетоном.

Совместная работа бетона и стали обусловлена следующими их свойствами. Бетон при твердении прочно скрепляется с арматурой за счет склеивания и трения, вызванного усадкой бетона при твердении, в результате чего происходит обжатие стержней арматуры бетоном. Вследствие этого при воздействии внешних усилий оба материала работают совместно, смежные участки бетона и стали получают одинаковые деформации. Сталь и бетон имеют примерно одинаковые коэффициенты линейного расширения, что исключает появление внутренних напряжений в железобетоне при изменениях наружной температуры. Бетон надежно защищает арматуру от коррозии и при скачках температуры воспринимает сжимающее напряжение. Недостаток железобетона – образование в нем трещин, особенно в местах соприкосновения с грунтом. Для повышения трещиностойкости применяют предварительное напряжение арматуры, которое создает дополнительное обжатие бетона. Основными элементами железобетонных опор являются стойки, траверсы, тросостойки и ригели. На железобетонных заводах стойки изготавливают либо на центрифугах, выполняющих формовку и уплотнение бетона, либо способом вибрирования, уплотняя бетонную смесь вибраторами. Способом центрифугирования изготавливают круглые полые конические и цилиндрические стойки, способом вибрирования – прямоугольные (ГОСТ 22387,0-85). Для двухцепных ВЛ напряжением более 35 кВ и выше используют центрифугированные стойки, имеющие маркировку СК (стойки конические) и СЦ (стойки цилиндрические). Стойки СК применяют на ВЛ 35-750 кВ двух типов: длиной 22,6 м и 26 м с соответственно верхним и нижним диаметрами 440/650 мм и 416/650 мм, изготовленные в одной унифицированной опалубке. Стойки СЦ изготавливают длиной 20 м и диаметром 800 мм. Для ВЛ 35 кВ используют вибростойки СВ длиной 16,4 м.

Металлические опоры применяются на двухцепных ВЛ 35-500 кВ, на одноцепных ВЛ 110, 220, 330 кВ, где невозможно или нецелесообразно применение железобетонных опор, на ВЛ 750 кВ. Основные конструкции металлических опор изготавливают из стали Ст3, наиболее напряженные узлы опор - из низколегированных сталей. Части опор подвергают заводской горячей оцинковке. Сборка опор производится с помощью болтовых соединений. Их преимущество перед железобетонными в том, что они позволяют создавать конструкции, рассчитанные на большие нагрузки и любые климатические условия, обладают высокой механической прочностью при относительно небольшой массе. Однако они достаточно дороги и подвержены коррозии. Стальные опоры могут быть по конструкции одностоечными (башенными) и портальными, а по способу закрепления на фундаментах – свободностоящими или с оттяжками.

Унификация опор

По результатам многолетней практики строительства и эксплуатации ВЛ определяются наиболее целесообразные и экономичные типы и конструкции опор и систематически проводится их унификация, которая позволяет использовать единую удобную систему обозначений и классификаций. Унификация позволяет сократить общее количество типов опор, количество типоразмеров деталей опор, подобрать при необходимости рациональную замену опор или их деталей, организовать их массовое производство на специализированных заводах. Согласно унификации, для каждого типа опоры установлены условия применения: напряжение ВЛ, число цепей, район по гололеду, максимальная скорость ветра, диапазоны марок проводов, марки тросов. Последняя унификация для стальных опор проводилась в 1995-96 гг., согласно ей, расширен диапазон применяемых сечений проводов, что позволяет обеспечить оптимальную плотность тока, унифицированы длины гирлянд изоляторов, выработаны рекомендации по учету степени загрязнения атмосферы при выборе изоляторов, внесены изменения в конструкции опор, изменены названия типов опор. По этим условиям в справочниках выбирается соответствующий тип опоры, в наименовании которого отражены следующие признаки:

1) вид опоры: П – промежуточная, У – угловая (промежуточная или анкерная), С – специализированная;

2) материал опор: Д – дерево, Б – железобетон, для металлических опор буквенное обозначение отсутствует;

3) номинальное напряжение ВЛ;

4) типоразмер – это цифра, отражающая прочностные свойства опоры: четная цифра присвоена двуцепной опоре, нечетная – одноцепной.

Например, ПБ35-3 – промежуточная железобетонная одноцепная опора для ВЛ напряжением 35 кВ (предназначена для строительства ВЛ в III-IV районах по гололеду, скорости ветра до 30 м/с, с проводами АС95/16-АС150/24 и тросом ТК-35).

Важнейшими характеристиками ВЛ, зависящими от типа опоры, являются понятия габарита и габаритного пролета. Габаритом Г называется наименьшее, допустимое ПУЭ, расстояние по вертикали между низшей точкой провисания провода до пересекаемых инженерных сооружений или поверхности земли, либо воды. Значения габарита определены из соображений безопасной эксплуатации ВЛ (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Габаритный пролет – это пролет, определяемый по условию допустимого расстояния от проводов до земли при условии установки опор на идеально ровной поверхности. Значения габаритных пролетов указываются в технических характеристиках опор.

Электричество в наше время это основной вид энергии используемый повсюду. Повсеместное использование её стало возможным благодаря электрическим сетям , которые объединяют источники и потребителей электроэнергии. Линии электропередачи или сокращённо ЛЭП выполняют функцию транспортировки электричества. Они прокладываются либо над поверхностью земли и именуются «воздушными», либо заглубляются в землю и или под воду и именуются «кабельными».

Воздушные линии электропередачи, несмотря на их сложную инфраструктуру получаются более дешёвыми по сравнению с кабельными линиями. Сам по себе высоковольтный кабель является дорогим и сложным изделием. По этой причине этими кабелями прокладываются только некоторые участки на трассе воздушной ЛЭП в тех местах, где невозможно установить опоры с проводами, например через морские проливы, широкие реки и т.п. Кабелями прокладываются электрические сети в населённых пунктах, где сооружение опор также невозможно из-за городской инфраструктуры.

ЛЭП, несмотря на большую протяжённость это всё те же электрические цепи, для которых закон Ома применим так же, как и для остальных. Поэтому экономичность ЛЭП напрямую связана с увеличением напряжения в ней. Сила тока уменьшается, а вместе с ней и потери становятся меньше. По этой причине, чем дальше от электростанции расположены потребители, тем более высоковольтной должна быть ЛЭП. Современные сверхдальние ЛЭП передают электрическую энергию с напряжениями в миллионы вольт.

Но увеличение напряжения с целью уменьшения потерь имеет ограничения. Причиной их является коронный разряд. Это явление проявляется, вызывая ощутимые потери энергии, начиная с напряжений выше 100 киловольт. Жужжание и потрескивание высоковольтных проводов является следствием коронного разряда на них. По этой причине, с целью уменьшения потерь на коронный разряд, начиная с 220 киловольт, применяется два провода и более для каждой фазы воздушной ЛЭП.

Протяжённость линий электропередачи и рабочее напряжение их являются взаимосвязанными.

• С напряжениями от 500 киловольт работают сверхдальние ЛЭП.
• 220 и 330 киловольт это напряжения для магистральных линий электропередачи.
• 150, 110, и 35 киловольт это напряжения распределительных ЛЭП.
• Напряжения 20 киловольт и менее характерны для местных электросетей, по которым снабжаются электроэнергией конечные потребители.

Опоры для проводов

Кроме проводов в состав линий электропередачи в качестве главных конструктивных элементов входят опоры. Их назначение это удерживание проводов. В каждой ЛЭП есть несколько разновидностей опор, что показано на изображении ниже:

Анкерные опоры воспринимают большие нагрузки и поэтому имеют прочную жёсткую конструкцию, которая может быть весьма разнообразной. Все опоры соприкасаются со слабым или сырым грунтом через бетонный фундамент. В прочном грунте делаются скважины, в которые непосредственно погружаются опоры ЛЭП. Примеры конструкций металлических анкерных опор показаны на изображении далее:

Опоры также могут быть изготовлены с применением бетона или древесины. Деревянные опоры хотя и менее долговечные, но в полтора раза более дешёвые в сравнении с металлическими и бетонными конструкциями. Особенно оправдано их применение в регионах с сильными морозами и большими запасами древесины. Наиболее широкое распространение деревянные опоры получили в электросетях с напряжением до 1000 Вольт. Конструкция таких опор показана на изображении далее:

Провода линий электропередачи

Провода современных ЛЭП в основном изготовлены из алюминиевой проволоки. Для местных линий электропередачи применяются провода из чистого алюминия. Ограничением является длина пролёта между опорами в 100 – 120 метров. Для более протяжённых пролётов применяются провода из алюминия и стали. Такой провод имеет внутри стальной трос, охваченный алюминиевыми жилами. Трос воспринимает механическую нагрузку, алюминий – электрическую.

Полностью стальные провода применяются только на непротяжённых участках, где необходима максимальная прочность при минимальном весе провода. Все линии электропередачи с напряжением выше 35 киловольт снабжены стальным тросом для защиты от удара молний. Провода из меди и бронзы в настоящее время применяются только в ЛЭП специального назначения. Медная и алюминиевая проволока используется для изготовления полых трубчатых проводов. Это делается для уменьшения потерь в коронном разряде и для уменьшения радиопомех. Изображения проводов различной конструкции показаны далее:

Провод для линий электропередачи выбирается с учётом условий работы и возникающих при этом механических нагрузок. В тёплое время года это ветер, который раскачивает провода и увеличивает нагрузку на разрыв. Зимой к ветру добавляется гололёд. Слой льда на проводах своим весом существенно увеличивает нагрузку на них. Тем более что понижение температуры приводит к уменьшению длины проводов и усиливает внутренне напряжение в их материале.

Изоляторы и арматура

Для безопасного соединения проводов с опорами используются изоляторы. Материалом для них служит либо электротехнический фарфор, либо закалённое стекло, либо полимер, как показано на изображении ниже:

Стеклянные изоляторы при одних и тех же условиях получаются меньше и легче, чем фарфоровые. Конструктивно изоляторы разделяют на штыревые и подвесные. Штыревая конструкция для ЛЭП с напряжением выше 35 киловольт не применяется. Механические нагрузки, воспринимаемые подвесными изоляторами больше, нежели у штыревых изоляторов. По этой причине подвесная конструкция может применяться и на более низких напряжениях вместо штыревых изоляторов.

Подвесной изолятор состоит из отдельных чашек, соединённых в гирлянду. Число чашек зависит от напряжения ЛЭП. Для соединения чашек в гирлянду и всех остальных креплений проводов и изоляторов применяется специальная арматура. Надёжность, прочность и долговечность в условиях открытой среды определяют такие материалы для изготовления арматуры как сталь и чугун. При необходимости получения повышенной стойкости к коррозии выполняется покрытие деталей цинком.

К арматуре относятся различные зажимы, распорки, гасители вибрации, сцепные соединители, промежуточные звенья изоляторов, коромысла. Общее представление об арматуре даёт изображение ниже:

Защитные приспособления

Ещё одним компонентом устройства линий электропередачи являются конструкции защищающие оборудование, присоединённое к ЛЭП от атмосферных и коммутационных перенапряжений. От ударов молний защитой являются трос, протянутый выше всех проводов линии электропередачи и молниеотводы, которые обычно устанавливаются вблизи подстанций. Защитные промежутки располагаются на опорах ЛЭП. Пример такого промежутка показан на изображении слева. Вблизи подстанций устанавливаются трубчатые разрядники, в которых внутри есть искровой промежуток. Если он пробивается и при этом возникает дуга питаемая током короткого замыкания, выделяется газ, который гасит эту дугу.

Все технические и организационные нюансы по устройству линий электропередачи регулируются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Какие – либо отступления от этих правил категорически запрещаются и могут рассматриваться как преступление той или иной тяжести в зависимости от последствий оного.