Что может быть обыденнее линий электропередач? Опоры ЛЭП — одно из самых распространенных инженерных сооружений, и они все время у нас перед глазами. Однако и в этой сфере тоже есть свои технологические тонкости и даже простор для технического прогресса. Не очень заметные для нас воздушные линии электропередач обретают новый облик и новую конструкцию.

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

Почему гудят провода

«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.

Лед и струны

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.

Опоры-уникумы

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».

Опоры ВЛ делятся на анкерные и промежуточные . Опоры этих двух основных групп различаются способом подвески проводов. На промежуточных опорах провода подвешиваются с помощью поддерживающих гирлянд изоляторов. Опоры анкерного типа служат для натяжения проводов, на этих опорах провода подвешиваются с помощью натяжных гирлянд. Расстояние между промежуточными опорами называется промежуточным пролетом или просто пролетом, а расстояние между анкерными опорами – анкерным пролетом.

Анкерные опоры предназначены для жесткого закрепления проводов в особо ответственных точках ВЛ: на пересечениях особо важных инженерных сооружений (железных дорог, ВЛ 330-500 кВ, автомобильных дорог шириной проезжей части более 15 м и т.д.), на концах ВЛ и на концах прямых её участков. Анкерные опоры на прямых участках трассы ВЛ при подвеске проводов с обеих сторон от опоры с одинаковыми тяжениями в нормальных режимах работы ВЛ выполняют те же функции, что и промежуточные опоры. Но анкерные опоры рассчитываются также и на восприятие значительных тяжений по проводам и тросам при обрыве части из них в примыкающем пролете. Анкерные опоры значительно сложнее и дороже промежуточных и поэтому число их на каждой линии должно быть минимальным. В наихудших условиях находятся концевые анкерные опоры, устанавливаемые при выходе линии с электростанции или на подходах к подстанции. Эти опоры испытывают одностороннее тяжение всех проводов со стороны линии, так как тяжение проводов со стороны портала подстанции незначительно.

Промежуточные опоры устанавливаются на прямых участках ВЛ для поддержания провода в анкерном пролете. Промежуточная опора дешевле и проще в изготовлении, чем анкерная, так как благодаря одинаковому тяжению проводов по обеим сторонам она при необорванных проводах, т.е. в нормальном режиме, не испытывает усилий вдоль линии. Промежуточные опоры составляют не менее 80-90% общего числа опор ВЛ.

Угловые опоры устанавливают в точках поворота линии. Углом поворота линии называется угол в плане линии, дополнительный до 180° к внутреннему углу линии. Траверсы угловой опоры устанавливают по бессектрисе внутреннего угла линии. Угловые опоры могут быть анкерного и промежуточного типа. На них действуют нагрузки от поперечных составляющих тяжения проводов и тросов. Чаще всего при углах поворота линий до 20° применяют угловые опоры анкерного типа.

На ВЛ применяются специальные опоры следующих типов: транспозиционные – для изменения порядка расположения проводов на опорах; ответвительные – для выполнения ответвлений от основной линии; переходные – для пересечения рек, ущелий и т.д. Транспозицию применяют на линиях напряжением 110 кВ и выше протяженностью более 100 км для того, чтобы сделать ёмкость и индуктивность всех трех фаз цепи ВЛ одинаковыми. При этом последовательно меняют на опорах взаимное расположение проводов по отношению друг к другу на разных участках линии. Провод каждой фазы проходит одну треть длины линии на одном, вторую – на другом и третью – на третьем месте. Одно такое тройное перемещение проводов называют циклом транспозиции.

Наиболее распространенные расположения проводов и грозозащитных тросов на опорах: треугольником, горизонтальное, обратной ёлкой и бочкой. Расположение проводов треугольником применяют на одноцепных ВЛ 35-330 кВ с металлическими и железобетонными опорами. Горизонтальное расположение проводов используют на ВЛ 35-220 кВ с деревянными опорами и на ВЛ 330 кВ, в основном, в гололедных районах. Это расположение проводов позволяет применять более низкие опоры и уменьшает вероятность схлестывания проводов при образовании гололёда и пляске проводов. На двухцепных ВЛ расположение проводов обратной ёлкой удобнее по условиям монтажа, но увеличивает массу опор и требует подвески двух защитных тросов. Более экономичны и распространены в РФ на двухцепных ВЛ 35-330 кВ стальные и железобетонные опоры с расположением проводов бочкой .

Деревянные опоры в РФ широко применяют на ВЛ до 110 кВ включительно. Разработаны деревянные опоры также и для ВЛ 220 кВ, но они не нашли широкого распространения. Достоинство этих опор - малая стоимость и простота изготовления. Недостаток – подверженность древесины гниению, особенно в месте соприкосновения с почвой. Эффективное средство против гниения – пропитка специальными антисептиками.

Металлические опоры (стальные), применяемые на линиях электропередачи напряжением 35 кВ и выше, достаточно металлоемкие и требуют окраски в процессе эксплуатации для защиты от коррозии. Устанавливают металлические опоры на железобетонных фундаментах. Эти опоры по конструктивному решению тела опоры могут быть отнесены к двум основным схемам – башенным или одностоечным и портальным , а по способу закрепления на фундаментах – к свободностоящим опорам и опорам на оттяжках . Независимо от конструктивного решения и схемы металлические опоры выполняются в виде пространственных решетчатых конструкций. Анкерные опоры отличаются от промежуточных увеличенными вылетами траверс и усиленной конструкцией тела опоры.

Железобетонные опоры долговечнее деревянных, требуют меньше металла, чем металлические, просты в обслуживании и поэтому широко применяются на ВЛ до 500 кВ включительно. При изготовлении железобетонных опор для обеспечения необходимой плотности бетона применяются виброуплотнение и центрифугирование. На ВЛ 110 кВ и выше стойки опор и траверсы портальных опор – центрифугированные трубы, конические или цилиндрические. На ВЛ 35 кВ стойки - центрифугированные или из вибробетона, а для ВЛ более низкого напряжения – только из вибробетона. Траверсы одностоечных опор – металлические оцинкованные. Одностоечные опоры 6-10 кВ и 35-220 кВ бывают как свободностоящие (промежуточные), так и на оттяжках (анкерные угловые). Портальные опоры как свободностоящие, так и на растяжках применяются на ВЛ 330-500 кВ. Провод каждой фазы ВЛ 500 кВ расщеплен на три провода.

Опоры ВЛ делятся на анкерные и промежуточные. Опо­ры этих двух основных групп различаются способом под­вески проводов. На промежуточных опорах провода подве­шиваются с помощью поддерживающих гирлянд изолято­ров. Опоры анкерного типа служат для натяжения проводов, на этих опорах провода подвешива­ются с помощью подвесных гирлянд. Расстояние между промежуточными опорами называется промежуточным про­летом или просто пролетом, а расстояние между анкерны­ми опорами - анкерным пролетом.

1. Анкерные опоры предназначены для жесткого закрепле­ния проводов в особо ответственных точках ВЛ: на пересе­чениях особо важных инженерных сооружений (например, железных дорог, ВЛ 330-500 кВ, автомобильных дорог шириной проезжей части более 15 м и т. д.), на концах ВЛ и на концах прямых ее участков. Анкерные опоры на прямых участках трассы ВЛ при подвеске проводов с обеих сторон от опоры с одинаковыми тяжениями в нормальных режимах работы ВЛ выполняют те же функции, что и про­межуточные опоры. Но анкерные опоры рассчитываются также и на восприятие значительных тяжений по проводам и тросам при обрыве части из них в примыкающем пролете. Анкерные опоры значительно сложнее и дороже промежу­точных и поэтому число их на каждой линии должно быть минимальным.

В наихудших условиях находятся концевые анкерные опоры, устанавливаемые при выходе линии с электростан­ции или на подходах к подстанции. Эти опоры испытывают одностороннее тяжение всех проводов со стороны линии, так как тяжение проводов со стороны портала подстанции незначительно.

2. Промежуточные прямые опоры устанавливаются на прямых участках ВЛ для поддержания провода в анкерном пролете. Промежуточная опора дешевле и проще в изго­товлении, чем анкерная, так как благодаря одинаковому тяжению проводов по обеим сторонам она при необорван­ных проводах, т. е. в нормальном режиме, не испытывает усилий вдоль линии. Промежуточные опоры составляют не менее 80-90 % общего числа опор ВЛ.

3. Угловые опоры устанавливают в точках поворота линии.

Кроме нагрузок, воспринимаемых промежуточными прямыми опорами, на угловые опоры действуют также нагрузки от поперечных состав­ляющих тяжения проводов и тросов. Чаще всего при углах поворота линий до 20° применяют угловые опоры анкер­ного типа (см. рис. 1.). При углах поворота линии элек­тропередачи более 20° вес промежуточных угловых опор значительно возрастает.

Рис. 1. Схема анкерного пролета ВЛ и пролета пересечения с желез­ной дорогой.

4. Деревянные опоры широко применяют на ВЛ до 110кВ включительно. Разработаны деревянные опоры также и для ВЛ 220 кВ, но они не нашли широкого распространения. Достоинства этих опор - малая стоимость (в районах, располагающих лесными ресурсами) и простота изготовления. Недостаток - подверженность древесины гниению, особенно в месте соприкосновения с почвой. Эффективное средство против гниения - пропитка специальными антисептиками.

Опоры делают в большинстве случаев составными. Нога опоры состоит из двух частей длинной (стойки) и короткой (пасынка). Пасынок соединяют со стойкой двумя бандажами из стальной проволоки. Анкерные и промежуточные угловые опоры для ВЛ 6-10 кВ выполняются в виде А-образной конструкции.

Промежуточная опора представляет собой портал, имеющий две стойки с ветровыми связями и горизонтальную траверсу. Анкерные угловые опоры для В Л 35-110 кВ выполняются в виде пространственных А-П-образных конструкций.

5. Металлические опоры (стальные), применяемые на линиях электропередачи напряжением 35 кВ и выше , достаточно металлоемкие и требуют окраски в процессе эксплуатации для защиты от коррозии. Устанавливают металлические опоры на железобетонных фундаментах. Наиболее распространенная конструкция опоры 500 кВ - портал на оттяжках (рис.2). Для линии 750 кВ применяются как портальные опоры на оттяжках, так и V-образные опоры типа «Набла» с расщепленными оттяжками. Для использования на линиях 1150 кВ в кон­кретных условиях разработан ряд конструкций опор - пор­тальные, V-образные, с вантовой траверсой. Основным ти­пом промежуточных опор для линий 1150 кВ являются V-образные опоры на оттяжках с горизонтальным распо­ложением проводов (рис.2). Линию постоянного тока напряжением 1500 (±750) кВ Экибастуз-Центр проекти­руют на металлических опорах (рис.2).

Рис.2. Металлические опоры:

а - промежуточная одноцепная на оттяжках 500 кВ; б - промежуточная V-образная 1150 кВ; в - промежуточная опора ВЛ постоянного тока 1500 кВ; г - элементы пространственных решетчатых конструкций

6. Железобетонные опоры долговечнее деревянных, требу­ют меньше металла, чем металлические, просты в обслуживании и поэтому широко применяются на ВЛ до 500 кВ включительно. Проведена унификация конструкций металли­ческих и железобетонных опор для ВЛ 35-500 кВ. В ре­зультате сокращено число типов и конструкций опор и их деталей. Это позволило серийно производить опоры на за­водах, что ускорило и удешевило сооружение линий.

Классификация опор ЛЭП Промежуточные, на которых провода закрепляются в поддерживающих зажимах. Анкерного типа, служащие для натяжения проводов; на этих опорах провода закрепляются в натяжных зажимах. Промежуточные прямые — на прямых участках ЛЭП. Провода закрепляются в зажимах на гирляндах, либо проволочной вязкой. Промежуточные угловые — на углах до 20°. Анкерно–угловые — при больших углах поворота. Специальные — транспозиционные, ответвительные, переходные.

МАТЕРИАЛ ОПОР ЛЭП Железобетонные - из бетона, армированного металлом. Для линий 35- 110 к. В и выше обычно применяют опоры из центрифугированного бетона. Металлические (решетчатые, многогранные) - из стали специальных марок. Соединения элементов сваркой или болтами. Металл оцинковывают или периодически окрашивают специальными красками. Деревянные — в основном, сосновые опоры и реже из лиственницы. Применяют в России для ВЛ напряжением до 220 к. В (в США –до 330 к. В).

Обозначения опор Для металлических и железобетонных опор ВЛ 35- 330 к. В в России принята следующая система обозначений: П, ПС — промежуточные опоры ПВС- промежуточные опоры с внутренними связями ПУ, ПУС -промежуточные угловые ПП — промежуточные переходные У, УС — анкерно-угловые К, КС – анкерно-концевые Cистема обозначений иногда нарушается заводами-изготовителями.

Технология производства деревянных опор 1. Сортировка на линии с электронным считывающим устройством. 2. Окорка на линии, оборудованный окорочными станками, контроль качества обработки древесины и выбраковка. 3. Пропитка антисептиком. Пропитка и сушка в автоклавах способом «вакуум – давление – вакуум» . Глубина пропитки не менее 85% заболони. Фиксация пропитки в древесине перегретым паром. Длина автоклавов-27, 0 м. ; диаметр-2, 0 м; объем- 84, 78 куб. м.

Пропит ка и сушка д ре ве с ины Пропитка антисептиком ССА (медь, хром, мышьяк), ТУ 5314 -002 -05020332 -2005 Срок службы в контакте с почвой до 40 -45 лет, Опоры ЛЭП можно устанавливать непосредственно в грунт без применения железобетонных приставок (пасынков).

Производительность современного цеха пропитки до 200 опор в смену (2 сушильныых и 2 пропиточных автоклава). Годовой объем – до 120 000 опор. Стандартная длина опор составляет 6, 5 – 11 м. Цена порядка 50 -60 USD(шт). Отгрузка опор ЛЭП покупателям производится в полувагонах (норма погрузки до 4 вагонов в сутки) или автомобильным транспортом (норма погрузки до 20 автомобилей сутки).

Преимущества деревянных опор Деревянные опоры легче и дешевле железобетонных на 40 % Высокие изоляционные свойства древесины позволяют снизить число изоляторов на линиях 35 -110 к. В. Срок эксплуатации деревянных опор достигает 45 лет, что на 20% превышает срок эксплуатации железобетонных опор Эффективна эксплуатация ЛЭП в сейсмоактивных зонах. Деревянные опоры хорошо работают на изгиб и не ломаются при больших ветровых и ледовых нагрузках. При падении деревянных опор нет эффекта «домино», так как повреждённая опора удерживается на проводах. Химический состав пропитывающих веществ делает опоры устойчивыми к огню. Деревянные опоры имеют исключительно высокие диэлектрические свойства.

Многогранные конические опоры (МКО ЛЭП) Опоры представляют собой многогранную коническую конструкцию, изготовленную из стального листа. Опора может состоять из одной, двух и более секций. Длина секции – до 16 метров. Обычно, для удобства транспортировки, используются секции длиной до 11, 5 м, Соединение секций между собой возможно как фланцевое, так и безфланцевое (телескопическое). Высота опор: до 40 метров и более. Толщина стенки: от 3 до 12 мм. Диаметр опор: до 2 метров.

Установка опор многогранных металлических опор В грунт опоры устанавливаются либо непосредственно в пробуренную скважину, либо крепятся на фланцах к железобетонному фундаменту. Большое разнообразие типоразмеров многогранных металлических опор позволяет применять их в электроэнергетике (ВЛ 6 -35 к. В) , на железнодорожном транспорте и т. д.

Преимущества МКО ЛЭП Надежность. Многогранные конические опоры значительно надежнее ж/б и решетчатых, особенно в сложных гололедно-ветровых условиях. В аварийном режиме многогранная стальная опора выдерживает нагрузки в 2 -3 раза больше, чем ж/б опора. Адаптивность. Многогранные опоры, составляющие типовой ряд могут быть легко модифицированы путем увеличения или уменьшения высоты, толщины стенки, диаметра и т. д. Транспортабельность. Многогранные опоры в несколько раз легче бетонных и решетчатых. Промежуточная опора ВЛ-35 весит около 1 т. , аналогичная ж/б – 4 т. , решетчатая – 2 т. Удобство монтажа. Малый вес и высокая степень заводской готовности позволяют устанавливать опору за несколько часов. Долговечность. Срок службы многогранных опор (50 лет) в два раза выше, чем у ж/б опор. Экономичность. Капитальные затраты на сооружение 1 км ЛЭП на 25 – 50% ниже, чем при использовании ж/б и решетчатых опор. При этом эффект выше при сооружении ЛЭП в отдаленных и сложных регионах.

Срок службы железобетонных и металлических оцинкованных или периодически окрашиваемых опор достигает 50 лет и более. Стоимость металлических и железобетонных опор значительно превышает стоимость деревянных опор. Выбор того или иного материала для опор обусловливается экономическими соображениями, а также наличием соответствующего материала в районе сооружения линии.

Расположение проводов на опоре горизонтальное - в один ярус, вертикальное - один над другим в два-три яруса, с мешанное - вертикально расположенные провода смещены один относительно другого по горизонтали, “ треугольник” - на одноцепных опорах, “ зигзаг” — на промежуточных опорах одноцепных ВЛ; высота подвеса нижних проводов увеличивается в среднем на половину расстояния между нижней и верхней траверсами, что позволяет увеличить пролёт между опорами.

Опоры одноцепных ВЛ 6 -220 к. В рассчитаны на подвеску трёх фазных проводов. На опорах двухцепных ВЛ подвешивают две параллельно идущие цепи. На опорах ВЛ с расщеплёнными фазами (330 к. В и выше) подвешивается несколько проводов на фазу для устранения появления “короны”, создающей дополнительные активные потери и радиопомехи. При необходимости над фазными проводами подвешивается один или несколько грозащитных тросов.

ВЛ до 1 к. В — подвешивают от 2 -х до 5 -и проводов (однофазные и трехфазные ЛЭП), ВЛ 6 -220 к. В — по одному проводу на фазу, ВЛ 330 к. В — два провода (на фазу) горизонтально, ВЛ 500 к. В — три провода по вершинам треугольника, ВЛ 750 к. В — четыре или пять проводов, ВЛ 1150 к. В — восемь проводов.

Маркировка проводов Неизолированные провода. М - провод, состоящий из одной или скрученный из нескольких медных проволок. А - провод, скрученный из нескольких алюминиевых проволок. ПСО и ПС - провода, изготовленные из стали, соответственно однопроволочный и многопроволочный. В марке провода указывается и его номинальное сечение. Например, А-50 означает алюминиевый провод 50 мм². Для стальных однопроволочных проводов в марке указывают диаметр провода. Так, ПСО-5 означает однопроволочный стальной провод диаметром 5 мм

– АС - провод, состоящий из стального сердечника и алюминиевых проволок (получил наибольшее распространение). – АСКС - провод марки АС, но межпроволочное пространство стального сердечника, включая его наружную поверхность, заполнено нейтральной смазкой повышенной нагревостойкости. – АСКП - провод марки АС, но межпроволочное пространство всего провода, за исключением наружной поверхности, заполнено нейтральной смазкой повышенной нагревостойкости. – АСУ - сталеалюминиевые провода с усиленным стальным сердечником. – АСО - сталеалюминиевые провода с облегчённым стальным сердечником.

Изолированные провода Самонесущий изолированный провод(СИП) — многожильный провод, содержащий изолированные жилы и несущий элемент, предназначенный для крепления или подвески провода. Токоведущие жилы из медной или алюминиевой проволоки. Изолирующая оболочка из резины или ПХВ пластиката. Защитные покровы проводов с резиновой изоляцией в виде оплётки из волокнистых материалов, пропитанной противогнилостным составом. Провода с ПВХ-изоляцией обычно изготовляют без защитных покровов. Применяют также металлические защитные оболочки для защиты от механических повреждений. Защищённый провод — провод с экструдированной полимерной защитной изоляцией поверх токопроводящей жилы (исключается короткое замыкание между проводами при схлестывании и снижается вероятность замыкания на землю).

2 -х цепная ВЛ 330 к. В на решетчатых металлических опорах