Russian (CIS)English (United Kingdom)
ГлавнаяКонференцииВторая Международная конференция МГС → Недостатки многогранных стоек при их использовании в качестве опор воздушных линий электропередачи
Недостатки многогранных стоек при их использовании в качестве опор воздушных линий электропередачи

Недостатки многогранных стоек при их использовании в качестве опор воздушных линий электропередачи и способы их устранения.

 

УДК 621.315.66

 

Гунгер Ю.Р., к.т.н., ЗАО «ВНПО ЭЛСИ»

 

 

Многогранные стойки (МГС) широко применяются в странах Северной Америки уже в течение нескольких десятилетий. Несколько позже применение МГС началось в Западной Европе, а в последние 10 лет и в наиболее промышленно развитых странах азиатско-тихоокенского региона.

Необходимо отметить, что сама идея МГС ни для кого не нова. Конструкции МГС появились в США в начале 1970-х годов. Сразу же после начала производства МГС в США была предпринята попытка создания аналогичных конструкций в СССР, для чего на Волгоградском заводе металлоконструкций была создана соответствующая технологическая линия по производству опор линий электропередачи (ЛЭП) на базе МГС. В течение нескольких лет этот завод выпускал ограниченными партиями опоры серии ПМ и ПМО для ЛЭП напряжением 110 и 220 кВ, однако широкого распространения в то время эти конструкции не нашли, очевидно из-за сложной и дорогостоящей технологии производства и малой производительности завода-изготовителя. На сегодняшний день технологическая линия на этом заводе не функционирует.

В последние годы в России, Украине и в ряде других постсоветских стран возобновился интерес к МГС. Основная область применения МГС – опоры ЛЭП, антенные и прожекторные мачты, мачты освещения и мачты ветровых электростанций. Компанию по внедрению МГС в России активно проводит Федеральная Сетевая Компания РАО ЕЭС. При этом МГС по непонятным причинам преподносятся как идеальное и безупречное техническое решение. На взгляд автора этого доклада ситуация не столь радужна, и МГС все-таки имеют свои недостатки, причем эти недостатки легко устранимы при небольшом изменение конструкции МГС. Рассмотрим эту ситуацию подробнее.

Для начала обратимся к тому, откуда взяла начала сама идея создания МГС. Конструкция МГС рождена в США и фактически представляет собой полый стальной аналог ствола дерева. МГС представляет собой некоторое приближение к конусу, при этом многогранность конструкции долгое время определялось технологией производства при помощи листогибочных прессов. В настоящее время во Франции освоена технология изготовления стальных конических труб, которые являют собой полный аналог полого ствола дерева, и по терминологии уже не относятся к многогранным стойкам. Правильнее всю группу этих конструкций, как многогранных, так и конических было бы называть «стальные стойки сплошного переменного по высоте сечения».

Конструктивные недостатки опор ЛЭП на МГС.

Итак, конструкция МГС смоделировано с природного объекта – дерева. С точки зрения природы ствол дерева имеет оптимальную механическую конструкцию и представляет собой конус, сечение которого уменьшается с увеличением высоты в соответствии с уменьшающимся изгибающим моментом, который воздействует на ствол от ветрового давления на кроны и ствол дерева. При этом ствол дерева симметричен, что обеспечивает ему равную прочность во всех направлениях, что совершенно логично, т.к. у здорового дерева и ствол и крона симметричны, а ветер может дуть с любой стороны, т.е. дерево обязано быть равнопрочным во всех направлениях. Если мы обратимся к тем техническим сооружениям, для которых используются МГС, то мы увидим, что требованию равнопрочности во всех направлениях должна отвечать только те сооружения, для которых возможно возникновение равных изгибающих нагрузок во всех направлениях. В свою очередь, этому требованию отвечают те технические сооружения, которые сами имеют осевую симметричную конструкцию и несут на себе осевую симметричную нагрузку. К таким сооружениям мы можем отнести антенные и прожекторные мачты, мачты ветровых электростанций и с некоторой долей натяжки мачты освещения. Что касается таких сооружений, как опоры ЛЭП, для которых МГС используются наиболее часто, то здесь ситуация иная – опоры ЛЭП несут совершенно несимметричные нагрузки. Из этого несоответствия симметричности МГС и несимметричности нагрузок, воздействующих на опоры ЛЭП, вытекает первый недостаток МГС. Рассмотрим это обстоятельство подробнее.

На опоры ЛЭП воздействуют два основных типа изгибающих нагрузок:

- направленные перпендикулярно оси ЛЭП нагрузки рабочих режимов, которые создаются ветровым давлением на провода, грозозащитные тросы и на саму конструкцию опоры;

- направленные вдоль оси ЛЭП нагрузки аварийных режимов, возникающие при обрыве проводов или грозозащитных тросов.

Необходимо отметить, что существует такой расчетный режим, как ветер под углом 45 градусов, однако, за те 20 лет, которые мы занимаемся разработкой опор, этот режим ни разу не был определяющим, в силу чего его можно не рассматривать.

На рис.1. показано сечение МГС и силы, воздействующие на стойки опор ЛЭП и вызывающие изгибающие усилия. Очевидно, что в такой конструкции и при таких направлениях воздействия сил, нагрузки от каждой из рассматриваемых сил будут максимальными в гранях, расположенных по оси воздействия сил, и равными нулю по нейтральным осям симметрии. Соответственно, рассматриваемое сечение неоптимально, в нем недоиспользуются механические свойства стали, что ведет к повышенному расходу материала на изготовление конструкции.

 

 


Fав.

 

 

Fраб.

 

 

 

 

 

 

 

 

 



Рис.1. Сечение МГС и воздействующие на него силы.

Кроме отмеченной выше неоптимальности сечения МГС с точки зрения направления приложения нагрузок существует еще одна неоптимальность, вызванная разной величиной нагрузок рабочих и аварийных режимов. Нагрузки рабочих режимов определяются сечением проводов, климатическим ветровым районом и длиной пролета, а аварийные нагрузки – типом и сечением провода. Таким образом, нагрузки аварийных и рабочих режимов практически никогда не совпадают по величине. В такой ситуации механическая прочность МГС должна быть выбрана по значению максимальной нагрузки. В силу симметричности конструкции МГС ее прочность в другом направление будет такой же, тогда как нагрузка в этом направление меньше, и, соответственно, в этом направлении такая прочность не требуется. В результате МГС по одному из направлений приложения нагрузок имеют избыточную механическую прочность, и, следовательно, обладают лишним весом и более высокой ценой.

Безусловно, крайне трудно и, наверное, нецелесообразно проектировать индивидуальные опоры под каждую конкретную ЛЭП, соблюдая при этом полное соответствие несущей способности стойки нагрузкам рабочих и аварийных режимов. Однако, можно выявить тенденции в соотношении нагрузок рабочих и аварийных режимов по классам напряжения и сечениям проводов и выполнить оптимизацию конструкций внутри классов напряжения ЛЭП. В ближайшее время мы планируем выполнить такую работу.

Уже в настоящее время идея оптимизации опор ЛЭП на МГС реализована нами в конструкции опор серии С10П для ЛЭП напряжением 6-10 кВ. Как известно, ЛЭП 6-10 кВ проектируются на пониженное тяжение проводов. Этот факт приводит к тому, что нагрузки рабочих режимов в ЛЭП 6-10 кВ почти вдвое превышают нагрузки аварийных режимов: так нагрузка аварийного режима составляет 257 кгс, а нагрузка рабочего – 528 кгс. Такое соотношение нагрузок позволило нам создать опору с несущей способностью поперек оси ЛЭП 74 кНм, а вдоль оси ЛЭП – 46 кНм. Использование в качестве стоек опор ЛЭП 6-10 кВ симметричных МГС сплошного сечения приводит к тому, что опоры получаются заметно перетяжеленными. Вес на 1 км ЛЭП промежуточных опор ПС10-1, выполненных на таких МГС, на 41,7 % выше веса опор ПС10П-18Б, что явно говорит о неоптимальности конструкции опоры ПС10-1. При этом нас удивляет позиция разработчика опор ПС10-1 – ОАО РОСЭП и их производителя – ОАО «Опытный завод Гидромонтаж», которые в ряде своих публикаций пытаются перевернуть ситуацию с ног на голову, представляя излишний запас прочности опор ПС10-1 в направлении вдоль оси ЛЭП в качестве никому непонятного преимущества. Очевидно, что производство опор с прочностью вдоль оси ЛЭП, вдвое превышающей максимальные нагрузки, которые могут возникнуть в этом направлении, ведет только к увеличение веса и цены опоры, но никак не к повышению надежности ее работы.

Монтажные недостатки опор ЛЭП на МГС.

При разработке опор ЛЭП необходимо учитывать целый комплекс вопросов, в том числе удобство конструкций опор в монтаже и эксплуатации. В этом смысле конструкция МГС, являющаяся, как мы уже определили, аналогом ствола дерева, не является оптимальной. Природа, создавая дерево, никак не задумывалась о его монтаже и эксплуатации – деревья растут сами по себе и не требуют никакого верхового обслуживания. К сожалению, технический прогресс не достиг уровня выращивания МГС на трассе ЛЭП и по этой причине нам необходимо выполнять монтаж уже готовых конструкций, а в последующем выполнять их эксплуатацию.

Необходимо отметить что ЛЭП являются линейными протяженными объектами, зачастую ЛЭП проходят в стороне от транспортных коммуникаций, а также в условиях труднодоступной местности. Если говорить о труднодоступной местности, то, может быть, это не актуально для Украины, но в России под эту терминологию подходит большая часть ее территории, а именно: европейский север РФ, практически вся Сибирь, Якутия, Дальний Восток, Чукотка, Сахалин и Камчатка. Приведенные выше обстоятельства требуют максимального упрощения монтажных и эксплуатационных операций.

Первое требование, предъявляемое к конструкции опор ЛЭП с точки зрения удобства их монтажа, это удобство выполнения такелажных работ и установки опор в рабочее положение. Именно здесь начинаются первые проблемы применения МГС. На стадии разгрузки и сборки такелаж МГС может осуществляться на удавках или «полотенцах», что хотя и не очень удобно из-за того, что нужно точно определить место крепления такелажных приспособлений с тем, чтобы они не «поехали» по гладкой конусной поверхности, но, тем не менее приемлемо.

Проблема, возникающая на стадии установки опор ЛЭП на МГС уже серьезнее – закрепить удавку на конической поверхности невозможно, что требует строповки опоры под нижнюю траверсу. Строповка под нижнюю траверсу требует привлечение крановой техники с достаточно длинными стрелами. В свою очередь такая техника не всегда присутствует у монтажных организаций, а если она и есть, то она достаточно тяжела и обладает плохой проходимостью, что делает крайне трудной доставку такой техники на пикет к месту установки опор ЛЭП.

Следующая проблема при установке МГС – отцепка стропа после установки МГС в рабочее положение – удавка не пойдет вниз по расширяющемуся конусу, а подняться монтажнику на опору для отцепления удавки на опору возможно только по специальным приспособлениям (если они предусмотрены) или при помощи автоподъемника. Эта проблема усложняет монтаж и увеличивает его время.

В процессе монтажа проводов монтажникам требуется несколько раз подниматься на каждую опору ЛЭП:

- при монтаже изолирующих подвесок;

- при монтаже монтажных роликов;

- при подъеме проводов с одной стороны опоры;

- при подъеме проводов с другой стороны опоры;

- при визировании проводов (на некоторые опоры);

- при перекладке проводов из монтажных роликов в зажимы.

В случае с МГС, не имеющих собственных конструктивных элементов, по которым возможен подъем монтажного персонала на опору, необходимо использование внешних специальных приспособлений или автоподъемников, что усложняет монтаж и увеличивает его время.

Эксплуатационные недостатки опор ЛЭП на МГС.

Первый эксплуатационный недостаток МГС относится к сложности подъема на МГС без применения специальных приспособлений или автоподъемников. Учитывая то, для России характерна труднодоступность большей части трасс ЛЭП на протяжении большей части года, актуальна возможность подъема на опору без применения дополнительных приспособлений и применения спецтехники. Простота подъема на опоры эксплуатационного персонала необходима для устранения аварий, связанных с повреждениями проводов и изоляции, т.к. эти аварии могут быть устранены вручную и составляют большую часть аварий ЛЭП.

Разработчики и изготовители опор ЛЭП на МГС замкнутого сечения декларируют срок эксплуатации таких опор в 2 раза больший, чем для опор с разомкнутого сечения. Это положение основывается на предположении о том, что замкнутые полости подвержены коррозии только с внешней поверхности, в то время, как разомкнутые конструкции корродируют с двух сторон. Однако, подобное утверждение справедливо в одном единственном случае – когда на протяжении всего срока службы конструкции обеспечивается ее полная герметичность. В случае разгерметизации конструкции внутри ее будет скапливаться конденсат, который будет приводить к интенсивной коррозии изнутри конструкции в силу того, что образовавшийся конденсат не имеет возможности высохнуть. В таком случае коррозия замкнутой конструкции будет гораздо более быстрой, чем коррозия разомкнутых проветриваемых конструкций. Подобная ситуация наблюдалась в СССР на переходных опорах из труб, в которых были некачественно выполнены сварные соединения фланцев – сквозная коррозия изнутри труб была зафиксирована через несколько лет эксплуатации. Возможность образования конденсата внутри замкнутых полостей МГС является вторым их эксплутационным недостатком.

Способы устранения недостатков МГС.

Все отмеченные выше недостатки МГС могут быть решены одним простым способом – размыканием их сечения, которое может быть выполнено в одной, двух или четырех плоскостях. Размыкание МГС в трех полостях для опор ЛЭП неэффективно, но может применяться для МГС, используемых для антенных сооружений. В табл. 1. приведены недостатки МГС, используемых в качестве опор ЛЭП и возможное размыкание МГС для устранения этих недостатков.

Таблица 1.

Типы размыкания сечения МГС с целью устранения недостатков МГС.

Недостатки МГС

Тип размыкания сечения МГС

Наличие стали на нейтральных осях сечения

В четырех плоскостях

Симметричная несущая способность

В одной, двух или четырех плоскостях

Неудобство выполнения такелажных работ

В одной, двух или четырех плоскостях

Невозможность подъема на МГС по ее элементам

В одной, двух или четырех плоскостях

Наличие замкнутых полостей

В одной, двух или четырех плоскостях

 

Размыкание сечения МГС может быть выполнено путем удаления стали из одной или нескольких граней с соединением оставшихся граней между собой раскосами или планками. Некоторые возможные разомкнутые сечения МГС приведены на рис.2.. При таком изменение конструкции достигается ее разомкнутость, а раскосы или планки могут использоваться для выполнения такелажных работ и для подъема по ним монтажного персонала. Несимметричность несущей способности конструкции может достигаться удалением одной или двух сплошных граней, При удалении четырех граней несимметричность должна достигаться изменением расстояний между оставшимися гранями МГС в одной из плоскостей.

В настоящее время на предложенные способы поданы 2 заявки на изобретение и получено положительное решение о выдаче одного патента на полезную модель.

ВЫВОДЫ.

Многогранные стойки при их использовании в качестве стоек опор ЛЭП имеют ряд недостатков:

Конструктивные недостатки состоят в неэффективности сечения и в его несоответствии величинам воздействующих нагрузок, что приводит к излишнему расходу стали;

Монтажные недостатки, состоящие в сложности и неудобстве выполнения такелажных работ и работ по установке опор;

Эксплуатационные недостатки, связанные с невозможностью подъема на опоры без применения специальных устройств или механизмов и с наличием замкнутых непроветриваемых полостей.

Выявленные недостатки многогранных стоек при их использовании в качестве стоек опор ЛЭП могут быть устранены путем размыкания сплошного сечения МГС по одной, двум или четырем плоскостям с введением в конструкцию МГС раскосов или планок.

 

 

 

 

 

 



Фото-3
Печи
Фото-3
Фото
Монтаж
Фото


Сейчас 42 гостей онлайн
Применение полимерных стоек, как опор ВЛ, в ближайшие 10 лет:
 
Locations of visitors to this page