ev-E2778

11

и льда, непрерываемость работы линий в случае падения опоры или провода с опоры;

-повышение уровня электро- и пожаробезопасности;

-снижение материальных и трудовых затрат на ремонтно-техническое и

оперативное обслуживание сети 0,4 кВ за счет отсутствия просеки для трассы и, следовательно, ухода за ней, совмещения подвески на одной опоре проводов разных напряжений, надежности применения повышенных сечений проводов (до 120 мм2), расширение диапазона работ, выполняемых под напряжением и др.

В настоящее время существует еще одна группа линий напряжением610 кВ, на которых применяются защищенные провода марок«SAX» (Финляндия), сечением от 35 до 240 мм2 и СИП-3 («Заря», Санкт-Петербург), сечением 50 ÷ 150 мм2. Эти провода подвешивают на изоляторах и монтируют как неизолированные. Они изолируются от среды атмосферостойким сшитым полиэтиленом, выдерживающим вибрации проводов и определенные механические нагрузки. Наличие изоляции позволяет уменьшить расстояния между фазами, сузить трассу ВЛ, исключить специальные мероприятия по защите проводов от электрической дуги по всему протяжению линии. Пример конструкции защищенного провода приведен на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Внешний вид провода «SAX»

Линии электропередачи, выполненные с использованием таких проводов, называют защищенными (ВЛЗ). Исследования показали, что эти линии более надежны, имеют большую пропускную способность за счет меньшего реактивного сопротивления, большую электробезопасность, экономически целесообразнее, а также позволяют совместную подвеску на одних опорах с ВЛИ0,4 кВ ВЛЗ 6 ÷ 10 кВ. Такие решения рекомендуются к применению особенно в лесных районах Северо-Запада Европейской части России.

В качестве грозозащитных тросов на ВЛ ПУЭ рекомендуют применять стальные канаты, изготовленные из оцинкованных проволок для особо жестких агрессивных условий работы (ОЖ) и по способу свивки нераскручивающиеся (Н). Сечение грозозащитного троса выбирается из следующих условий:

-для ВЛ 35 кВ без пересечений - 35 мм2;

-для ВЛ 35 кВ в пролетах пересечений с железными дорогами в районах по гололеду I и II - 35 мм2;

12

-для ВЛ 35 кВ в остальных районах по гололеду и на ВЛ, сооружаемых на двухцепных опорах - 50 мм2;

-для ВЛ 110 кВ - 50 мм2;

-для ВЛ 220 кВ и выше - 70 мм2.

Сечение троса выбирается в зависимости от величины токов коротких замыканий в сети, номинального напряжения линии, сечения и марки проводов, а также величины пролета между опорами. Если грозозащитный трос ВЛ используется в качестве канала высокочастотной связи, то возрастают требования к его материалу – материал должен обладать высокой проводимостью. В этих случаях в качестве грозозащитных тросов используют провода АСУС-70 или АСУС-95 или соответствующие им -70/72АС и АС-95/141, а также АЖС70/39. Применяют также сталеалюминиевые тросы, изготовленные по типу «алюмовелд». Каждая проволока здесь имеет стальной сердечник, покрытый алюминиевой оболочкой. Физико-механические характеристики грозозащитных тросов приведены в табл. Б1 приложения Б.

В настоящее время разработаны различные модификации грозозащитных тросов, содержащих встроенный оптический кабель, который используется в качестве линии связи. Верхний повив у таких кабелей содержит стальные проволоки, плакированные алюминием, и проволоки из алюминиевого сплава, а внутренняя часть представляет собой собственно оптоволоконный кабель. Поскольку такой трос выполняет две функции, причем канал связи в таком исполнении является наиболее оптимальным по надежности, то на вновь проектируемых ВЛ 220 кВ и выше в настоящее время располагают именно их.

3. Опоры воздушных линий электропередачи

Опоры ВЛ предназначены для обеспечения требуемых расстояний между проводами и землей.

3.1. Типы и классификация 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, тросы и опоры. При обрыве одного или нескольких проводов проме-

13

жуточные 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.

Угловые опоры устанавливаются на углах поворота трассы ВЛ. Углом поворота линии называется угол в плане линии(рис. 3.1), дополняющий до 180° внутренний угол линии. Если угол поворота трассы меньше 20°, устанавливают угловые промежуточные опоры, если больше 20° – угловые анкерные.

Рис. 3.1. План и профиль участка ВЛ:

А – анкерная опора, П – промежуточная опора, УП – угловая промежуточная опора, УАугловая анкерная опора, КАконцевая 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 изменять порядок расположения проводов на опоре; ответвительные - для устройства ответвления от магистральной линии и т.д.

14

3.2. Материал опор

Согласно нормам технологического проектирования воздушных линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше[8], 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 ÷ 150 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 снижении 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 – четырехугольные. Для двухцепных ВЛ напряжением более35 кВ и выше используют центрифугированные стойки, имеющие маркировку СК (стойки конические)

15

и СЦ (стойки цилиндрические). Стойки СК применяют на ВЛ35-750 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 ВЛ35 ÷ 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 опориз 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.

В последнее время в России налажен выпускмногогранных конических стальных опор. За рубежом они успешно эксплуатируются уже более20 лет, в России устанавливаются на вновь строящихся ВЛ и при замене старого оборудования с 2000 года. Такая опора представляет собой конструкцию, состоящую из одной, двух, трех (в зависимости от требуемой высоты) секций, изготовленных из стального листа толщиной от3 до 12 мм и в сечении представляющих собой двенадцатигранник диаметром в основании от 2 м. Длина секции до 16 м, чаще 11,5 м, что обусловлено требованиями транспортировки. Сборка опоры выполняется вкладыванием одной секции в другую(телескопическое соединение), возможно фланцевое соединение секций. Используются опоры высотой 40 м и более. В грунте такие опоры закрепляются либо в специально пробуренных скважинах, либо крепятся фланцами к железобетонному фундаменту. Такие опоры имеют ряд преимуществ перед железобетонными и традиционными решетчатыми металлическими.

Эти опоры при сопоставимых размерах выдерживают большую нагрузку, чем железобетонные, особенно в сложных гололедно-ветровых условиях. Опоры вандалоустойчивы, их конструкция меньше разрушается при авариях. Легко модифицируются при изменении толщины стенки, диаметра, числа секций, что позволяет находить оптимальные проектные решения для конкретной трассы. Не разрушаются при перевозке, не требуют сложных погрузочно-разгрузочных механизмов, так как их вес значительно меньше, чем у железобетонных и решетчатых.

Срок службы этих опор50 лет, а использование полимерных покрытий позволяет существенно его продлить.

16

Небольшой вес и удобная конструкция сборки позволяют бригаде монтажников устанавливать по 10 ÷ 15 опор в день, тогда как на монтаж одной решетчатой опоры требуется от трех до пяти дней.

Капитальные затраты на сооружение ВЛ с использованием многогранных опор на 15 - 50 % ниже, эксплуатационные затраты ниже на порядок, чем при использовании традиционных металлических или железобетонных опор.

Многогранные опоры рекомендуется использовать в качестве опор контактной и осветительной сети в железнодорожном транспорте и коммунальном хозяйстве, а также в качестве телекоммуникационных мачт.

Характеристики проверены при эксплуатации на участках ВЛ35 кВ и 110 кВ ОАО «Мосэнерго», ВЛ 110 кВ «Шарья–Мантурово», ВЛ 110 кВ «Вой- Вож–Помоздино» (республика Коми), аттестованы для внедрения в эксплуатацию одностоечные многогранные опоры ВЛ 330 кВ.

3.3. 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 опор 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 1996 г., 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 опоры: Д – дерево, Б – железобетон, для металлических решетчатых опор буквенное обозначение отсутствует, для многогранных используется буква М;

3)номинальное напряжение ВЛ;

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

17

Например, ПБ35-3 – промежуточная железобетонная одноцепная опора для ВЛ напряжением 35 кВ (предназначена для строительства ВЛ вII-III районах по гололеду, скорости ветра до 30 м/с, с проводами АС-95/16-АС-150/24 и тросом ТК-35), ПМ 110-2 – промежуточная двухцепная металлическая многогранная опора, предназначенная для применения вI ÷ V ветровом районах, в I ÷ VI и особом гололедных районах.

Важнейшими характеристиками ВЛ, зависящими от типа опоры, являются наименьшее расстояние проводов до земли и габаритный пролет. Наименьшие расстояния по вертикали между низшей точкой провисания провода до пересекаемых инженерных сооружений или поверхности земли, либо воды приведены в ПУЭ (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Характер		Расстояние от провода до земли (габарит), м,
			при номинальном напряжении ВЛ
местности
	до 35 кВ		110 кВ	220 кВ	330 кВ	500 кВ		750 кВ
Ненаселенная	6,0		6,0	7,0	7,5	8,0		12
Населенная	7,0		7,0	8,0	11,0	15,5		23
Труднодоступная	5,0		5,0	6,0	6,5	7,0		10

Значения габаритных пролетов указываются в технических характеристиках опор.

При механическом расчете проводов и тросов используется величина расчетного расстояния между двумя соседними опорами, так называемый расчетный пролет lР . При расстановке опор на идеально ровной поверхности

lР = lгаб . Но опыт проектирования показывает, что усредненное значение пролета вследствие неровности местности меньше габаритного, поэтому длина расчетного пролета lР определяется выражением:

lР = a ×lгаб ,

где lгаб - длина габаритного пролета, м.

a - коэффициент, значение которого принимается равнымa = 0,8÷0,9 в соответствии с местностью, для которой проектируется участок ВЛ.

18

3.4. Расположение проводов и тросов на опоре

При выборе типа опоры необходимо наметить желаемое расположение проводов на опоре. С точки зрения электрических процессов в ВЛ провода желательно располагать симметрично в углах равностороннего треугольника. Удобно использовать опоры портального типа с горизонтальным расположением проводов в одной плоскости, но эти опоры дороги. Поэтому наиболее распространенным является размещение проводов в углах неравностороннего треугольника на одноцепных опорах (рис. 3.2 а) и на двухцепных – в виде «бочки» (рис. 3.2 б), «прямой елки» (рис. 3.2 в), «обратной елки» (рис. 3.2 г).

а)

б)

в)

г)

Рис. 3.2. Расположение проводов на опоре

В особых районах по гололеду и районах с частой пляской проводов, а также на ВЛ 500 кВ и выше провода располагают горизонтально.

Согласно ПУЭ, воздушные линии напряжением 110 кВ и выше на металлических и железобетонных опорах должны быть защищены по всей длине грозозащитными тросами. Линии 35 кВ защищаются тросами только на подходах к подстанциям (на участках протяженностью 1 ÷ 2 км). Линии 220 кВ на подходах к подстанциям (до двух км) защищаются двумя тросами.

Линии с расположением проводов согласно рис. 3.2, защищаются одним тросом (рис. 3.3 а), линии с горизонтальным расположением проводов – двумя тросами (рис. 3.3 б). Линии 220 и 330 кВ на опорах высотой35 ÷ 45 м иногда защищаются двумя тросами на подходах к подстанциям, а в отдельных случаях (в районах с сильной грозовой активностью) – по всей длине.

При одном грозозащитном тросе защитный угол a должен быть не более 30°, а при двух тросах – не более 20º.

Конструкции железобетонных, стальных унифицированных и многогранных опор в одноцепном и двухцепном исполнении приведены на рис. В1 и В2 приложения В. Основные размеры опор, область их применения и характеристики в табл. В1 приложения В.

a

а)

19

С

h

a

б)

Рис. 3.3. Расположение грозозащитных тросов на опорах

4.Расчет проводов и тросов на механическую прочность

4.1.Расчет ветровых и гололедных нагрузок

Для обеспечения надежной работы ВЛ в естественных условиях необходимо учитывать скорость ветра, гололедно-изморозевые отложения, изменения температуры воздуха в районе, где проходит трасса ВЛ, грозовую активность, степень агрессивности окружающей среды, интенсивность вибрации и пляски проводов.

Определение расчетных условий по ветру, гололеду, грозовой активности и пляске проводов производится на основании карт районирования территории РФ, приведенных в ПУЭ. Для определения ветровых и гололедных нагрузок на элементы ВЛ принимаются климатические условия, которые повторяются хотя бы 1 раз за 25 лет.

Расстояние от проводов (или троса) до земли меняется по длине пролета. Поэтому для упрощения расчетов используется понятие высоты приведенного центра тяжести проводов - hпр . При этом считается, что провод не провисает, а

расположен горизонтально на высоте равной hпр . Величина hпр , м, определяется по формуле:

h	= h	-	2	[f ],	(4.1)
пр	ср		3

где hср – средняя высота подвеса проводов (или троса) на опоре, м;

[f ] - допустимая стрела провеса провода (или троса), м. Значение hср для проводов определяется по формуле:

		m
		å hi
h	=	i =1	- l,
ср		m

20

где hi - расстояние от земли до i-й траверсы опоры, м; m – количество проводов на опоре;

l- длина гирлянды изоляторов, м.

Для предварительных расчетов длины гирлянд изоляторов могут быть

приняты следующими: для ВЛ 35 кВ – 0,6 м; для ВЛ 110 кВ – 1,3 м; для ВЛ

150 кВ – 1,6 м; для ВЛ 220 кВ – 2,4 м.

Значение hсрт определяется высотой подвеса троса над землей:

hт	= h	+ h	+ h ,
ср	2	4	1
где h2, h1 - расстояния по рис. В1, В2 и табл. В1 приложения В, м;
h4 – расстояние между нижней и верхней траверсами опоры.
Допустимая стрела провеса провода, м, определяется по формуле:
[f ]= h2 - l - Г ,				(4.2)

где h2 – расстояние от земли до нижней траверсы, м;

l- длина гирлянды изоляторов, м;

Г– наименьшее расстояние по вертикали от проводов до поверхности земли

(табл.3.1.)

Допустимая стрела провеса троса, м, определяется по формуле:

é	т ù	т	- (Г + n ×h3 + z ),	(4.3)
ë f	û	= hср

где z – наименьшее допустимое расстояние по вертикали между проводом и тросом в середине пролета, м.

Расстояние z определяется ПУЭ в зависимости от расчетной длины пролета (табл. 4.1). Промежуточные значения определяются путем линейной интерполяции.

Таблица 4.1

Длина пролета l р , м	100	150	200	300	400	500	600
Расстояние z, м	2,0	3,2	4,0	5,5	7,0	8,5	10,0

При определении ветровых нагрузок на провода и тросы ВЛ принято использовать не скорость ветра V , а ветровое давление W, который определяется по формуле:

W= V 2 .

1,6

Ветровое давление представляет собой давление воздуха, движущегося со скоростью V, на один квадратный метр поверхности. По величине ветрово-

го давления вся территория РФ разделена на восемь районов. Для каждого из