Russian (CIS)English (United Kingdom)
ГлавнаяКонференцииВторая Международная конференция МГС → Многогранные гнутые стойки для опор ВЛ напряжением 6-10 кВ
Многогранные гнутые стойки для опор ВЛ напряжением 6-10 кВ

Многогранные гнутые стойки для опор ВЛ напряжением 6-10 кВ

 

УДК 621.315.66

 

Гунгер Ю.Р., к.т.н., Лавров Ю.А., к.т.н., ЗАО «ВНПО ЭЛСИ», г. Новосибирск,

Зевин А.А., д.т.н., ОАО «СевЗапНТЦ», г. Санкт-Петербург

 

Общие сведения.

До недавнего времени вопрос о том, какие конструкции опор применять при строительстве воздушных линий (ВЛ) электропередачи напряжением 6-10 кВ не стоял – наиболее распространенным являлся вариант строительства ВЛ на железобетонных опорах ПБ-10, выполненных с использованием стоек СВ-105 из вибрированного железобетона с расчетным изгибающим моментом 35 кН·м, и предусматривающих закрепление проводов на штыревых фарфоровых или стеклянных изоляторах. Аварийность ВЛ 6-10 кВ, выполненных подобным способом, в расчете на 100 км линий составляет 20-30 аварий в год для районов со сложными климатическими и грунтовыми условиями (районы Сибири и Крайнего Севера). Также следует отметить, что в этих районах существенно снижается срок службы железобетонных стоек, который составляет 7-10 лет вместо нормативных 40 лет.

В настоящее время наряду с железобетонными опорами на рынке появляются предложения по сооружению ВЛ 6-10 кВ с применением деревянных опор с хорошими антисептическими пропитками, с прогнозируемым сроком службы в 20-30 лет. Однако на взгляд авторов, у деревянных опор есть один существенный недостаток – проектирование ВЛ на этих опорах осуществляется в рамках некоторой неопределенности по реальным несущим механическим характеристикам деревянных опор, т.к. до настоящего времени не существует достоверных неразрушающих методов определения механической прочности деревьев. Таким образом, мы лишь приблизительно оцениваем, опоры с какой механической прочностью применяем при сооружении ВЛ. Такое положение дел приводит к тому, что деревянные опоры устанавливаются при проектировании и строительстве ВЛ с небольшими пролетами.

Низкая надежность железобетонных опор в районах со сложными грунтовыми условиями и с большими гололедно-ветровыми нагрузками, а также относительно небольшая механическая прочность деревянных опор не удовлетворяет некоторых ответственных потребителей, например нефтегазового комплекса, для которых очень важно обеспечение надежного электроснабжения объектов производственного процесса.

В этой связи в результате многолетних научно-исследовательских и инженерно-конструкторских работ, выполненных группой компаний ЭЛСИ, явились разработка, промышленное освоение и производство стальных опор из гнутого профиля серии С10П для ВЛ 6-10 кВ.

Сразу же отметим, что в любом случае, для районов с небольшими гололедно-ветровыми нагрузками и с хорошими грунтовыми условиями при строительстве ВЛ 6-10 кВ по экономическим соображениям целесообразно применение железобетонных и деревянных опор. Применение же стальных опор при строительстве ВЛ 6-10 кВ оправдано в районах с большими гололедно-ветровыми нагрузками, т.к. механическая прочность стальных опор существенно выше чем у железобетонных и деревянных опор, а также в районах со сложными грунтовыми условиями – когда требуется свайное закрепление опор или применение поверхностных фундаментов. Также применение стальных опор оправдано для труднодоступной местности, когда необходимо построить ВЛ по принципу «построил и забыл».

 

Конструктивные особенности стальных гнутых стоек для опор серии С10П и их основные преимущества по сравнению с железобетонными опорами.

Опоры серии С10П предполагают подвеску неизолированных и самонесущих изолированных проводов типа SAX (СИП-3) с сечением до 120 мм2, а также использование в качестве линейной изоляции наряду с традиционными штыревыми стеклянными изоляторами более прогрессивных подвесных полимерных изоляторов ЛК 70/10. Опоры серии С10П крепятся через фланец или пасынкованием стальными хомутами к свайному фундаменту из стальной трубы диаметром 219 или 325 мм.

На рис.1 показано сечение стойки опоры, которое меняется по высоте. Несущий момент стальной гнутой стойки из четырех граней составляет М1= 46 кН·м и М2=74 кН·м, соответственно вдоль и поперек оси ВЛ.

 

 

Рис. 1 Сечение стойки опоры серии С10П

 

Проектирование и строительство ВЛ 6-10 кВ на стальных опорах серии С10П дает следующие основные преимущества по отношению к варианту строительства ВЛ с применением типовых железобетонных опор (ЖБО):

- возможность многократного использования и большая долговечность (до 50 лет) стальных опор;

- больший габаритный пролет за счет более высокой механической прочности (несущая способность стальных опор серии С10П на изгиб составляет 74 кН×м против 35-50 кН×м для ЖБО), приводит к сокращению объема строительно-монтажных работ;

- меньший вес опор серии С10П ( 250-300 кг против 1150 кг для ЖБО ) приводит к сокращению объема перевозок и снижению объемов строительно-монтажных работ;

- увеличенные междуфазные расстояния на опорах серии С10П (230 см против 130 см для ЖБО ) позволяют избежать схлестывания проводов и их пережигания;

- высокая стойкость стальных опор к повреждениям при перевозках и проведении погрузочно-разгрузочных работ приводит к отсутствию отбраковки опор и к исключению возможности установки в ЛЭП опор с повреждениями, которые впоследствии могут привести к авариям;

- наличие решетчатой грани обеспечивает подъем персонала на опору при строительстве и обслуживании ВЛ, что делает возможным проведение монтажных и строительных работ без применения автовышек, а также обеспечивает более безопасный подъем на опору, чем для ЖБО опор при помощи лазов);

- использование подвесной полимерной изоляции позволяет исключить аварии, вызванные разрушением изоляторов и обрывом вязок, кроме того, полимерная изоляция имеет малый вес, повышенную долговечность, надежность, трекинго-эрозионную стойкость и устойчивость к фактам вандализма («расстрелу» изоляторов).

 

Сравнительные характеристики стальных опор из гнутых стоек для ВЛ 6-10 кВ.

Остановимся кратко на сравнительных характеристиках стальных опор для ВЛ 6-10 кВ, поскольку именно в этой части электросетевого строительства в последние годы наблюдается наибольшая конкуренция и наибольшее предложение новых конструкций. В качестве примера рассмотрим промежуточные опоры из гнутых стальных профилей трех типов, предусматривающих подвесное крепление проводов с использованием подвесных полимерных изоляторов (рис.2):

- опоры серии ПС10П - стальные опоры из гнутого профиля переменного по высоте сечения, разработанные в ЗАО «ВНПО ЭЛСИ», которые в настоящее время выпускаются по типовым проектам ЭЛ-ТП.010-05 (неизолированный провод) и ЭЛ-ТП.010.06 (изолированный провод), производитель опор – группа компаний ЭЛСИ;

- опоры серии ПС10-11Р по типовому проекту серии РЛ/99-373 «Металлические опоры ВЛ 6 (10) кВ из гнутого профиля» ЗАО ВНПО «РОСЛЭП», 2002 г., производитель опор ЗАО ВНПО «РОСЛЭП» и ДОАО «Электрогаз»;

- опоры серии ПС10-1 - стальные многогранные опоры по типовому проекту 22.0028 «Стальные многогранные опоры ВЛ 6-10 кВ» ОАО «РОСЭП», 2002 г., производитель опор – ООО «Опытный Завод Гидромонтаж».

Сравнение анкерно-угловых опор не будем проводить, поскольку их количество при строительстве ВЛ на порядок меньше, чем количество промежуточных опор.

 

Опора ПС10П-18Б Опора ПС10-11Р Опора ПС10-1

 

Рис.2 Схемы промежуточных опор из гнутых стоек различного конструктивного исполнения

 

Технические характеристики промежуточных опор.

В табл.1 приведены массогабаритные показатели для рассматриваемых типов опор и их технические характеристики. При определение габаритного пролета принимался 3 район по ветру и гололеду, местность ненаселенная, значения региональных коэффициентов по ветровой и гололедной нагрузкам, равными 1,0. Все данные для сравнения взяты из соответствующих типовых проектов разработчиков.

Из приведенных в табл.1 данных следует, что многогранные опоры ПС10-1 существенно проигрывают опорам из гнутого профиля по массе опор на 1 км ВЛ, этот показатель у многогранных опор хуже на 42%, чем у опор из гнутого профиля. Вызвано это неоптимальным сечением опор и низким подвесом проводов на опорах – всего 8 метров, что позволяет иметь стрелу провеса для ненаселенной местности всего в 2 метра против 2,8 и 3 метров у опор ПС10-11Р и ПС10П-18Б, соответственно. Следует также отметить, что из 8 м высоты подвеса нижнего провода 1,3 м приходится не на конструкцию опоры, а на высокий фундамент опоры. Подобная конструкция опоры вряд ли может рассматриваться как оптимальная.

В опорах ПС10-11Р и ПС10-1 следует отметить неоптимальную конструкцию верхней части опоры выше крепления нижних траверс, которая заключается в том, что эта часть опоры воспринимает нагрузки только от одного провода, а выполнена как продолжение стойки опоры, т.е. с необоснованным запасом по механической прочности. Конструкция опоры ПС10П-18Б в этом отношении более рациональна, поскольку стойка опоры заканчивается на высоте крепления траверсы, которая выполнена единой для проводов всех трех фаз без неоправданных механических запасов.

Таблица 1

Технические характеристики промежуточных опор из гнутых стоек различных конструкций

 

Тип опор

ПС10П-18Б

ПС10-11Р

ПС10-1

Масса опоры, кг

310

274

306

Толщина проката, мм

5

4

4

Высота опоры без фундамента, м

10,5

11,0

9,5

Междуфазное расстояние, м

2,2

2,0

2,0

Максимально допустимый тип проводов

АС 120/19

АС 120/19

АС 120/19

Высота подвеса нижнего провода, м

9

8,8

8,0

Габаритный пролет, м

79

70

55

Масса опор на 1 км ВЛ, т

3,92

3,91

5,56

Механическая прочность, кН·м

73

62

60

Диаметр фундаментной трубы, мм

219

219

325

Превышение фундамента над землей, м

1,2

1,6

1,3

Масса фундамента, заглубленного на 4 м, кг

218

235

340

Масса фундаментов на 1 км ВЛ, т

2,76

3,36

6,18

 

Толщина проката, из которого изготавливаются гнутые стойки опоры составляет 5 мм у опор ПС10П18Б и 4 мм у опор ПС10-11Р и ПС10-1. Важной характеристикой стальных опор является их стойкость к механическим повреждениям, которые могут возникнуть при погрузо-разгрузочных и монтажных операциях. Очевидно, что этот показатель лучше у опор с большей толщиной проката. До 2000 года опоры ЭЛСИ также изготавливались из проката толщиной 4 мм, переход при изготовлении опор на стальной лист толщиной 5 мм был вызван, в том числе, частыми повреждениями опор в процессе их доставки на место монтажа.

Междуфазные расстояния у рассмотренных опор отвечают их габаритных пролетам.

Анализ фундаментных решений показывает, что у опор ПС10П-18Б и ПС10-11Р несущая способность стоек согласована с несущей способностью фундамента - расчетный изгибающий момент для трубы из стали С345 диаметром 219 мм при толщине стенки 8 мм составляет 70 кН·м. У опор ПС10-1 фундамент из трубы диаметром 325 мм, стенка 8, по механической прочности избыточен – его несущая способность 163 кН·м, т.е. в 2,7 раза выше прочности самой опоры. Меньшие габаритные пролеты многогранных опор ПС10-1 и усиленный (перетяжеленный) фундамент приводят к тому, что масса фундаментов этих опор на 1 км ВЛ превосходит аналогичные показатели опор ПС10-11Р на 84 %, а опор ПС10П-18Б и вовсе на 124 %, т.е. масса фундаментов на 1 км ВЛ для опор П10-1 в 2,24 раза больше, чем для опор ПС10П-18Б.

Таким образом сравнение технических характеристик показывает, что наилучшими массогабаритными показателями обладают опоры ПС10П-18Б и несколько худшими – опоры ПС10-11Р и ПС10-1. Учитывая, что именно масса строительных конструкций отражает объемы физических работ и стоимость сооружения ВЛ, следует вывод, что стоимость строительства ВЛ 6-10 кВ на многогранных опорах будет примерно в 1,5 – 2 раза выше, чем стоимость ВЛ на опорах из гнутых стальных профилей переменного сечения ПС10П-18Б и ПС10-11Р.

Рассмотрим далее характеристики опор на стадиях от их изготовления до монтажа и эксплуатации.

Технологические характеристики.

Технология изготовления опор вытекает из конструкции их стоек (табл.2) и определяет производственные затраты и соответствующую составляющую в цене опор. Рассматриваемые конструкции стоек опор имеют сложную технологию изготовления - опоры ПС10П-18Б и ПС10-11Р ОЗГМ требуют ручной технологии производства, что может являться недостатком только для стран с высоким уровнем заработной платы. По состоянию на сегодняшний день в России большая доля ручного труда не является значительным недостатком, т.к. уровень заработных плат в России заметно ниже мировых стандартов. Более того, большая доля ручного труда на производстве решает важную социальную задачу занятости населения. Многогранные опоры ПС10-1 производятся на автоматизированной линии, что требует больших капитальных затрат на стадии создания производства, но позволяет получать экономию в процессе производства на заработной плате рабочего персонала. Таким образом, рассматриваемые конструкции стоек опор не имеют друг перед другом существенных преимуществ с точки зрения технологии производства.

Таблица 2

Технологические характеристики опор

 

Тип опор

Краткое описание конструкции и технологии.

ПС10П-18Б

Два стальных листа по одному гибу на листе, листы сварены между собой

прерывистым швом, одна решетчатая грань. Сложная технология, требует ручной сборки.

ПС10-11Р

Два стальные листа по три гиба на листе, сварены друг с другом планками по двум

граням. Сложная технология, требует ручной сборки.

ПС10-1

Замкнутый многогранник, 8 гибов, один сплошной шов. Сложная технология.

Автоматизированная сборка.

 

Транспортировка опор.

Транспортировка опор подразделяется на 3 этапа: первый этап – транспортировка железнодорожным транспортом с завода-изготовителя до станции назначения, второй этап – доставка опор автомобильным транспортом до приобъектного склада; третий этап – развозка опор по пикетам.

На первом этапе транспортировки возможна качественная упаковка опор в соответствии с согласованными с железной дорогой отгрузочными схемами. На втором и третьем этапах никакой упаковки при перевозках не производится.

Рассматриваемые стойки опор при транспортировке имеют идентичные поперечные размеры и съемные траверсы, что определяет примерно одинаковую эффективность загрузки транспортных средств при перевозках опор этих типов. По опыту перевозок опор ПС10П-18Б загрузка транспортных средств составляет 60 штук опор в железнодорожном полувагоне и 36 штук в автомобильном полуприцепе.

Следует отметить, что опоры ПС10-1 оснащены стэп-болтами, что затрудняет их транспортировку и выполнение погрузо-разгрузочных работ из-за выступающих по всей длине конструкции степ-болтов, которые могут повреждаться при перевозках и выполнении погрузо-разгрузочных работ. Опоры ПС10-11Р также могут быть оборудованы степ-болтами, в этом случае указанные недостатки также будут распространяться на эти опоры.

При такелажных работах опоры ПС10П-18Б и ПС10-11Р более удобны, поскольку могут браться крюками за раскосы и планки стоек, а опоры ПС10-1 могут браться только петлями, что не всегда удобно, особенно при разборе опор, складированных в навал.

Сборка и монтаж опор.

Сборка рассматриваемых типов опор является элементарной операцией и состоит в присоединении к стойкам опор траверс. Незначительное преимущество при этом имеют опоры ПС10П-18Б, т.к. у них траверса уже собрана на заводе целиком, а у опор ПС10-11Р и ПС10-1 каждая из трех траверс монтируется отдельно. На стадии монтажа у опор разных типов присутствуют существенные различия, заключающиеся в первую очередь в способе их присоединения к фундаменту (табл.3).

Таблица 3

Тип фундаментов и закрепления опор на фундаментах

 

Тип опор

Краткое описание конструкции и технологии

ПС10П-18Б

Фундамент – стальная труба, крепление двумя хомутами или фланцевое. Предусмотрено использование поверхностных и приповерхностных фундаментов.

ПС10-11Р

Фундамент – стальная труба, крепление путем обжатия несущей конструкции опоры или фланцевое.

ПС10-1

Фундамент – стальная труба, крепление фланцевое.

 

С точки зрения простоты, удобства и дешевизны установки опоры на фундамент, наиболее предпочтительным вариантом является установка стойки опоры на фундаментную трубу без фланца, т.к. фланцевое соединение предполагает наварку ответного фланца на фундаментную трубу, что является дополнительной трудоемкой технологической операцией. Такое крепление предусмотрено у опор ПС10П-18Б и ПС10-11Р. Однако, фланцевое крепление предпочтительнее в случае невертикального погружения свай, т.к. позволяет выровнять опору на прокладках.

Следует отметить не совсем удачное закрепление на фундаменте опор ПС10-11Р, когда закрепление выполняется обжатием несущих поясов конструкции. Согласно ГОСТ 8732-78 труба на металлургических комбинатах прокатывается с допуском в 1,25 % в каждую сторону, что для трубы диаметром 219 мм составляет 2,74 мм в каждую сторону. Таким образом, диаметр труб может отличаться друг от друга на 5,5 мм. Сама конструкция опоры также изготавливается с допуском в несколько миллиметров. В следствии указанных допусков возможно возникновение двух ситуаций – когда зазор между элементами опор и фундаментной трубой большой, и когда он отсутствует вообще. Это предположение подтверждается тем, что способ одевания опоры на фундамент при отсутствии рабочего зазора даже описан в п.8.4. типового проекта РЛ/99-373 ЗАО ВНПО «РОСЛЭП». И в том и в другом случае, при закреплении опоры на фундаментной трубе, в несущих поясах конструкции при затяжке крепежных болтов возникает предварительное напряжение стали, которое сохраняется во всех режимах эксплуатации опоры. В режиме воздействия максимальных внешних климатических нагрузок в одном из несущих поясов это предварительное напряжение вычитается из внешней нагрузки, а в другом – складывается с ней, что может привести к разрушению конструкции при нагрузках ниже расчетных.

Таким образом, наиболее удачным решением следует признать закрепление опор хомутами, как это сделано у опор ПС10П-18Б, или фланцами, что предусмотрено у всех рассматриваемых типов опор.

 

Монтаж и обслуживание проводов и узлов их подвески.

Удобство монтажа проводов определяется двумя факторами: возможностью легкого подъема на опору по ее конструктивным элементам и доступностью узлов подвески провода для монтажного и эксплуатационного персонала. Невыполнение этих условий приводит к необходимости применения при монтаже и обслуживании ВЛ автовышек, что делает эти операции более дорогостоящими и менее производительными, а зачастую и просто трудновыполнимыми, к примеру когда необходимо устранении аварий в сезон трудной доступности трассы ВЛ.

Этому требованию отвечает только одна из рассматриваемых опор – ПС10П-18Б. Опора ПС10-1 содержит для целей монтажа и обслуживания степ-болты, неудобство которых уже отмечалось. ЗАО ВНПО «РОСЛЭП», декларирует простоту выполнения верховых работ на опорах с применением монтажных лестниц. Однако, учитывая то, что длина таких лестниц должна составлять 9-10 метров и опирание нижней части этих лестниц осуществляется на абсолютно неподготовленную поверхность, простота этих работ не так неочевидна. Необходимо учитывать и тот факт, что персонал поднимается на опору не для осмотров, а для выполнения серьезной силовой работы, т.е. лестница должна выдерживать не только вес монтажника, но и передаваемые на нее противодействующие силы от производимых работ.

 

Итоговое сравнение промежуточных опор из гнутых стоек различных типов.

В табл.4 приведены итоговые показатели по пятибалльной системе для каждого из рассмотренных вариантов (табл.4). При этом следует отметить, что суммирование баллов проводилось без назначения им весовых коэффициентов, назначение которых еще более субъективная вещь, чем выставление самих бальных оценок. В любом случае, приведенное сравнение может рассматриваться как инструмент, который дает возможность любому потенциальному потребителю выставить свои баллы на основе приведенных выше рассуждений и назначить свои собственные весовые коэффициенты для различных рассмотренных показателей удобства и экономичности применения различных типов опор.

Итоги сопоставительного анализа показывают, что по ряду позиций опоры конструкции ЭЛСИ имеют некоторые преимущества по отношению к опорам других предприятий-изготовителей. Кроме того, сравнение номенклатуры опор в рассмотренных типовых проектах также говорит в пользу применения конструкций группы компаний ЭЛСИ – номенклатура типового проекта ЭЛ-ТП.010.05 насчитывает 49 конструкций, тогда как типовой проект РЛ/99-373 ЗАО ВНПО «РОСЛЭП» - 16 конструкций, а проект 22.0028 ОАО «РОСЭП» всего 8 конструкций.

.

Таблица 4

Итоговое сравнение по баллам

 

Показатель

ПС10П-18Б

ПС10-11Р

ПС10-1

Масса опор на 1 км ВЛ

5

5

3

Масса фундаментов на 1 км ВЛ

5

4

2

Устойчивость к повреждениям

5

4

4

Технология производства

4

4

4

Транспортабельность

5

5

4

Удобство погрузо-разгрузочных работ

5

4

3

Удобство сборки опор

5

5

5

Удобство монтажа и обслуживания проводов

5

3

5

ИТОГО БАЛЛОВ

39

34

30

 

 

Заключение.

1. Опоры для ВЛ 6-10 кВ из стальных гнутых стоек различного конструктивного исполнения имеют разные технические характеристики и, как следствие, потребительские свойства – экономичность и удобство применения опор при транспортировке, монтаже и эксплуатации. Сравнительный анализ выявил по ряду показателей определенные преимущества стальных опор из гнутых профилей группы компаний ЭЛСИ по отношению к многогранным опорам ООО «Опытный завод Гидромонтаж» и опорам ЗАО ВНПО «РОСЛЭП».

2. Приведенное в докладе сравнение может рассматриваться как инструмент для самостоятельного сравнительного анализа рассмотренных конструкций опор с собственными весовыми коэффициентами.

 



Фото-2
Печи
Фото-2
Фото-14
Печи
Фото-14
Фото-9
Монтаж
Фото-9
Фото-7
Монтаж
Фото-7


Сейчас 92 гостей онлайн
Применение полимерных стоек, как опор ВЛ, в ближайшие 10 лет:
 
Locations of visitors to this page