Russian (CIS)English (United Kingdom)
ГлавнаяКонференцииПубликации → Опоры для линий 0,4-10 кВ. Новые решения
Опоры для линий 0,4-10 кВ. Новые решения
Опубликовано в Энергетика и электрификация №8(217), август 2001  

В.Д. Семенко, В.И. Костиков

Трудно оценить социальные и экономические последствия стихийного бедствия 26 - 28 ноября 2000 г., когда была оборвана 20931 линия электропередачи и уничтожено 307 тыс. железобетонных опор. Даже по самым оптимальным расчетам восстановительные работы растянутся на годы. Пострадала больше всего низковольтная сеть 0,4 - 10 кВ, в которой основным несущим провода элементом были железобетонные стояки опор трапециидального сечения, изготавливаемые из вибрированного бетона с предварительным напряжением арматуры и без напряжения. Все железобетонные стойки опор ВЛ 0,4 - 10 кВ изготавливались серийно, с нормируемыми параметрами надежности, проходили испытания, а случилось то что случилось....

В настоящее время делается все возможное, чтобы усовершенствовать конструкцию вновь выпускаемых стоек опор. Решаются вопросы, связанные с внедрением арматуры, изготавливаемой в соответствии с новым ДСТУ. На ВЛ 0,4 - 10 кВ установят железобетонные вибрированные стойки с равноценными или даже улучшенными на тысячные доли показателями надежности опор. Но гарантирует ли это от повторения системной аварии? К сожалению, нет.

Проектировщики железобетонных опор занимались и занимаются поисками путей повышения надежности сельских электрических сетей. Еще до 1991 г. были разработаны конструкции железобетонных опор ВЛ 0,4 кВ с изолированными проводами, опор ВЛ 10 кВ на железобетонных стойках кольцевого сечения, намечалось создание бетонных стоек со стекло-пластиковой арматурой. Проделана огромная работа по совершенствованию стоек овального сечения, изготавливаемых методом напорного бетонирования; институт «Сельэнергопроект» (Москва) проектировал железобетонные центрифугированные стойки для ЛЭП повышенной надежности и районов, где предъявляются повышенные требования к эстетическому виду опор ВЛ.

В то же время имеем то, что имеем, а именно - проекты 10 - 20-летней давности и работы по их усовершенствованию.

Еще в 1991 г. доктор технических наук Р.Я. Федосенко (ВНИНЭ) в одной из своих работ писал: «Экономичность и надежность ВЛ на железобетонных опорах должна достигаться за счет прочности элементов». Но материалы тогда были сплошным дефицитом, труд ничего не стоил, а добиться изготовления стоек, длина которых превышает длину опалубок на 0,5 м (мера, обеспечивающая экономичность и надежность опор ВЛ 10 кВ), не удалось до настоящего времени.

До сих пор не налажено производство стоек длиной 11 м с расчетным моментом 50 кН, обеспечивающих надежность В Л 10 кВ с проводами АС 70/11 и АС 95/16 в обычных и «тяжелых» зонах. Сказались консерватизм руководителей заводов строительной индустрии, отсутствие проектов стоек и форм для их изготовления.

Четыре года работы и миллион долларов понадобилось научно-исследовательскому отделу корпорации АRLО для усовершенствования своих опор и патентования их в 43 странах мира. Эти опоры используются многими энергокомпаниями США, Японии, Австралии. Использование 60 заполненных бетоном телескопических опор из полых стальных стоек позволило компании «Комновелт Эдисон, СЕСО» еще в 70-х гг. получить экономию 350 тыс. дол. Еще в 70-90 гг. в связи с ужесточением экономических требований энергокомпании за рубежом были вынуждены применять свободностоящие опоры со стойками трубчатого или многогранного сечения. В США и Японии велись широкомасштабные работы по исследованию конструкций опор вышеназванных сечений. Так, компанией «Мейер индастриз» были изготовлены опоры с 12-угольным сечением. Длина стоек составляла от 21,336 до 27,432 м (вес 1315 и 1814 кг), угловые опоры имели стойки длиной 32,614 м. Благодаря небольшому весу при установке использовано несложное оборудование. При хороших погодных условиях вся операция по установке может быть завершена за 15 мин. В один из самых удачных дней бригада из трех человек на ВЛ 115 кВ установила 16 опор - более 3,2 км линий.

Защитное покрытие состояло из слоя цинковой грунтовки 0,08 мм, на которую наносился слой эпоксидного компаунда «bitumastik» толщиной 0,4 мм. На отметке земля-воздух на стойку одевался пояс шириной 610 мм (305 мм в пробуренном котловане). Покровный слой серого силикон - акрилового покрытия на всю стойку наносился на заводе-изготовителе. Заполнение скважин предполагалось грунтом, вынутым из котлована, однако подрядчик предложил применить двухкомпонентную смесь полиуретана, которая при смешивании вспенивалась с увеличением объема в 15 раз, что и принято заказчиком.

В 80-е гг. по инициативе НПО «Союзэнергопром» институтами «Энергосетьпроект» и «Сельэнергопроект» разработаны опоры на оттяжках для ВЛ 110, 220 и 500 кВ со стойками многогранного сечения. Ствол опоры состоит из двух обечаек, получаемых гнутьем на кромкогибочных прессах, свариваемых затем двумя продольными швами с помощью сварочного полуавтомата.

Опоры были разработаны для отдаленных районов нефтяных месторождений. Применены обычные стали, однако отмечается, что перспективным является изготовление опор с многогранными стойками из сталей с повышенной коррозийной стойкостью.

Данные разработки использованы в пособии к СНиПП-23 - 81* «Стальные конструкции», в котором сказано, что элементы из гнутого многогранного профиля могут применяться в качестве стоек свободностоящих опор, опор на оттяжках и с внутренними связями.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что массовые конструкции ВЛ опор во всем мире близки как по конструктивным схемам, так и по технологии их изготовления.

Что же касается опор 0,4 - 10 кВ, то Украина, как и страны СНГ, продолжает движение по ранее выбранному маршруту.

В данной статье предпринята попытка обосновать применение на ВЛ низких напряжений конструкций металлических опор и намечены возможные пути снижения их веса, чтобы компенсировать затраты при изготовлении снижением затрат при транспортировке, монтаже опор, а также снижением эксплуатационных издержек. Как известно, нагрузки от проводов на опоры ВЛ строго ориентированы. Оправдано при этом применение стоек трапециевидного и овального сечений, вытянутых вдоль оси, по которой действуют максимальные изгибающие моменты. Данное решение реализовано в железобетонных вибрированных стойках, в стойках овального сечения, получаемых методом напорного бетонирования, и в металлических многогранных стойках компании «Мейер индастриз», которая для промежуточных опор приняла сечение вытянутого 12-угольника. Стойки симметричного сечения в зонах приближения к нейтральным линиям изгиба не нагружаются, в то время как толщина стенки для симметричного металлического многогранника практически одинакова, т.е. имеет место неоправданный расход материала в зонах близких к нейтральным линиям сечений при изгибе. Поэтому когда встал вопрос определения сечений для металлических стоек низковольтных опор, несимметричным сечениям было отдано предпочтение. Изготовление стволов опор планируется из двух - трех обечаек, получаемых гнутьем на кромкогибочных прессах. В связи с тем, что изготовление стволов не привязано к специальным формам, длины стволов для различных ВЛ могут быть подобраны с наибольшей оптимизацией. Собственно стволы могут быть как со сплошными, так и с перфорированными стенками. При этом штампованные детали могут быть использованы в качестве диафрагм, если это потребуется, в качестве лопастей винтовых анкеров и т.д.

Соединения обечаек, в зависимости от условий поставки, могут быть неразъемными: сварка - продольными швами с помощью сварочных автоматов и полуавтоматов; соединения - с помощью электрозаклепок; клеевые соединения. Либо разъемными: винтовые, болтовые, соединения шпильками -диафрагмами, постановкой наружных хомутов обручей.

Антикоррозийная защита современными полимерными материалами в заводских условиях может обеспечить сроки эксплуатации металлоконструкций опор, в зависимости от коррозийной активности среды на трассах ВЛ, до 10 -15 лет. Цинковое покрытие, нанесенное методом горячего цинкования толщиной 60 мкм, обеспечивает срок службы опоры не менее 25 лет. Применение технологий и материалов, созданных в Украинском Государственном научно - исследовательском конструкторско - технологическом институте эластомерных материалов и изделий (УНИКТИ «ДИНТЭМ») позволяет обеспечить защиту кормовой части металлических стоек опор ВЛ, сохраняющей эксплуатационные свойства в различных средах в широком диапазоне температур и влажности, что особенно важно при сохранении принятой технологии установки опор в пробуренные котлованы.

Учитывая вышеприведенное, считаем, что перед проектировщиками, заводами-изготовителями стальных конструкций и энергостроителями должна быть поставлена следующая цель - создание высокоэффективных стальных стоек опор ВЛ 0,4 - 10 кВ. Стойки должны быть разработаны как для массового использования в строительстве, так и для быстрого восстановления линий электропередачи в случае стихийных бедствий и различных аварийных ситуаций. Стойки должны быть конкурентно способны на мировом рынке - и это по силам украинским организациям.

Для начала можно сформулировать технические условия для стальных стоек опор ВЛ 0,4 - 10 кВ (которые в дальнейшем могут быть применены для стоек опор высших напряжений и опор для внутригородского освещения, троллейбусных и трамвайных линий, на железнодорожном транспорте и т.д.). Необходимо обеспечить:

  • разновидность поперечных сечений, наиболее оптимально воспринимающих внешние нагрузки; симметричность сечений не должна быть определяющей;
  • максимальное соответствие длины стоек требованиям габаритов ВЛ с ориентировкой главным образом на гололедно - ветровые нагрузки, зависящие от климатического района расположения объекта;
  • оптимальность конструктивных решений по устранению колебаний, облегчению по сравнению с железобетоном стволов стальных стоек, с этой целью предусмотреть применение перфорированных стенок; оптимальный подбор толщин стенок стоек однотипных конструкций с учетом различных гололедно - ветровых нагрузок;
  • простоту в изготовлении, разъемность обечаек должна предусматриваться с учетом способа доставки конструкций от завода-изготовителя до места окончательной сборки и установки; при этом коэффициент использования грузоподъемности транспортных средств по габариту (или объему) должен быть максимальным; (особенно это существенно для международных перевозок морским и железнодорожным транспортом);
  • высокотехнологическую сборку и установку в любых условиях на пикете как силами монтажных организаций, так и силами ремонтных бригад эксплуатирующих организаций;
  • ремонтопригодность;
  • использование наряду с традиционными способами закрепления опор в грунте, установку их в сверленных котлованах с заполнением пазух грунтощебенночными фракциями, бетоном, либо приемлемыми саморасклинивающимися полимеррастворами.

Целесообразно также применение стальных многогранных стоек в качестве верхних частей комбинированных сталежелезобетонных опор; при этом подземная часть опор может быть выполнена из железобетонной детали, устанавливаемой в сверленный котлован; из забивной или бурозабивной сваи; верхняя часть многогранной стойки устанавливается на нижнюю стальную часть, имеющую лопасти анкерной заделки.

По предварительным расчетам стальные стойки многогранного сечения с габаритами на высоте, соответствующими предусматриваемым проектам и габаритам железобетонных вибрированных стоек, в зависимости от толщин стенок имеют вес, указанный в таблице.

Длина стоек, М Вес, кг, при толщине стенок, мм

Вес ж/б стоек, кг
d=4 d=5 d=6
9,5 328 410 492 750
10,5 393 490 588 1180
11,0 418 523 627 1130

При этом прочностные характеристики стальных стоек (С245) имеют запасы по сравнению с железобетонными стойками порядка 4 - 5, а прогибы стоек по сравнению с контролируемыми прогибами, указанными ГОСТ и ТУ для железобетонных стоек, имеют запасы 7 - 8. Конечно же следует иметь в виду, что новые стойки должны пройти все требуемые ДСТУ испытания на специализированных полигонах. Но уже в настоящее время можно сделать следующие предварительные выводы:

  • рассмотренные конструкции стоек 12 типов сечений с тремя типами толщин стенок требуют детальных исследований;
  • данные типы сечений подбирались из условий минимального количества гибов при изготовлении обечаек стволов стоек, поиск следует продолжить;
  • определенная экономия может быть получена при исследованиях и применении перфорации стенок;
  • хотя изготовление стальных стоек обходится дороже на 10 — 20 %, но зато есть выигрыш в транспортных расходах, монтаже, ниже трудоемкость и энергоемкость, короче сроки изготовления.

Аналогов предлагаемых конструкций многогранных стоек из тонколистового металла, разработка которых доведена до проектных решений, как в электросетевом строительстве, так и в смежных отраслях в Украине и за рубежом нет.

Стальные оцинкованные и окрашенные опоры имеют эстетические характеристики, труднодостижимые при использовании деревянных и железобетонных опор.

Мировая практика показывает: обеспечение требуемой надежности ВЛ возможно только при использовании металлических опор. Заводы металлоконструкций Украины, имеющие достаточные мощности для изготовления 40 - 100 тыс. т металлоконструкций в год, при условии получения утвержденной проектной документации и результатов испытаний опытных образцов, вполне могут подготовить и поставить стальные многогранные опоры в количестве, достаточном для строительства ВЛ как в Украине, так и за рубежом.

 

© Семенко В.Д., Костиков В.И., 2001

 





Сейчас 51 гостей онлайн
Применение полимерных стоек, как опор ВЛ, в ближайшие 10 лет:
 
Locations of visitors to this page