Опоры лэп и их классификация. Как устроены опоры ЛЭП? Виды высоковольтных опор

12.03.2020

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

О том, что за альтернатива идет на смену традиционным опорам из черного металла, мы спросили представителей ПАО «Россети». «В нашей компании, которая является крупнейшим электросетевым оператором в России, — говорит специалист этой организации, — мы давно пытались найти решение проблем, связанных с решетчатыми опорами, и в конце 1990-х начали переходить на гранные опоры. Это цилиндрические стойки из гнутого профиля, фактически трубы, в поперечном сечении имеющие вид многогранника. Кроме того, мы стали применять новые методы антикоррозионной защиты, в основном метод горячего цинкования. Это электрохимический способ нанесения защитного покрытия на металл. В агрессивной среде слой цинка истончается, но несущая часть опоры остается невредимой».

Помимо большей долговечности новые опоры отличаются еще и простотой монтажа. Никаких уголков больше свинчивать не надо: трубчатые элементы будущей опоры просто вставляются друг в друга, затем соединение закрепляется. Смонтировать такую конструкцию можно в восемь-десять раз быстрее, чем собрать решетчатую. Соответствующие преобразования претерпели и фундаменты. Вместо обычного бетонного стали применять так называемые сваи-оболочки. Конструкция опускается в землю, к ней крепится ответный фланец, а на него уже ставится сама опора. Расчетный срок службы таких опор — до 70 лет, то есть примерно в два раза больше, чем у решетчатых.

Опоры электрических воздушных линий мы обычно представляем себе именно так. Однако классическая решетчатая конструкция постепенно уступает место более прогрессивным вариантам — многогранным опорам и опорам из композитных материалов.

Почему гудят провода

А провода? Они висят высоко над землей и издали похожи на толстые монолитные тросы. На самом деле высоковольтные провода свиты из проволоки. Обычный и повсеместно применяемый провод имеет стальной сердечник, который обеспечивает конструктивную прочность и находится в окружении алюминиевой проволоки, так называемых внешних повивов, через которые передается токовая нагрузка. Между сталью и алюминием проложена смазка. Она нужна для того, чтобы уменьшить трение между сталью и алюминием — материалами, имеющими разный коэффициент теплового расширения. Но поскольку алюминиевая проволока имеет круглое сечение, витки прилегают друг к другу неплотно, поверхность провода имеет выраженный рельеф. У этого недостатка есть два последствия. Во‑первых, в щели между витками проникает влага и вымывает смазку. Трение усиливается, и создаются условия для коррозии. В результате срок службы такого провода составляет не более 12 лет. Чтобы продлить срок службы, на провод порой надевают ремонтные манжеты, которые также могут стать причинами проблем (об этом чуть ниже). Кроме того, такая конструкция провода способствует созданию вблизи воздушной линии хорошо различимого гула. Происходит он из-за того, что переменное напряжение 50 Гц рождает переменное магнитное поле, которое заставляет отдельные жилы в проводе вибрировать, что влечет их соударения друг с другом, и мы слышим характерное гудение. В странах ЕС такой шум считается акустическим загрязнением, и с ним борются. Теперь такая борьба началась и у нас.

«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.

Оригинальные «дизайнерские» опоры служат несомненным украшением ландшафта, однако вряд ли они получат широкое распространение. В приоритете у электросетевых компаний надежность передачи энергии, а не дорогостоящие «скульптуры».

Лед и струны

У воздушных линий электропередач есть свои естественные враги. Один из них — обледенение проводов. Особенно это бедствие характерно для южных районов России. При температуре около нуля капли измороси падают на провод и замерзают на нем. Происходит образование кристаллической шапки на верхней части провода. Но это только начало. Шапка под своей тяжестью постепенно проворачивает провод, подставляя замерзающей влаге другую сторону. Рано или поздно вокруг провода образуется ледяная муфта, и если вес муфты превысит 200 кг на метр, провод оборвется и кто-то останется без света. В компании «Россети» есть свое ноу-хау по борьбе со льдом. Участок линии с обледеневшими проводами отключается от линии, но подключается к источнику постоянного тока. При использовании постоянного тока омическое сопротивление провода можно практически не учитывать и пропускать токи, скажем, в два раза сильнее, чем расчетное значение для переменного тока. Провод нагревается, и лед плавится. Провода сбрасывают ненужный груз. Но если на проводах есть ремонтные муфты, то возникает дополнительное сопротивление, и вот тогда провод может и перегореть.

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.

На фото отчетливо видна разница между традиционным высоковольтным проводом и проводом новой конструкции. Вместо проволоки круглого сечения использована предварительно деформированная проволока, а место стального сердечника занял сердечник из композита.

Опоры-уникумы

Разумеется, существуют разного рода уникальные случаи, связанные с прокладкой воздушных линий. Например, при установке опор в обводненный грунт или в условиях вечной мерзлоты обычные сваи-оболочки для фундамента не подойдут. Тогда используются винтовые сваи, которые ввинчивают в грунт как шуруп, чтобы достичь максимально прочного основания. Особый случай — это прохождение ЛЭП широких водных преград. Там используются специальные высотные опоры, которые весят раз в десять больше обычных и имеют высоту 250−270 м. Поскольку длина пролета может составлять более двух километров, применяется особый провод с усиленным сердечником, который дополнительно поддерживается грузотросом. Так устроен, например, переход ЛЭП через Каму с длиной пролета 2250 м.

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».

Основные элементы воздушных линий. Опоры.

Опоры

Опоры являются одним из главных конструктивных элементов линий электропередач, отвечающим за подвеску электрических проводов на определённом уровне.

Классификация опор.

Классифицировать опоры можно по различным признакам: по назначению (по характеру воспринимаемых нагрузок), по особенностям их конструкции, по материалу из которого изготовлена опора, по способу закрепления в грунте, по количеству цепей передачи электрической энергии и т.д.

В зависимости от назначения опоры, она должна выдерживать определенные нагрузки. По характеру воспринимаемых нагрузок опоры разделяются на два вида: воспринимающие усилие натяжение от проводов и тросов и не воспринимающие такого тяжения. В зависимости от этого применяют следующие типы опор:

Промежуточные - устанавливаемые на прямых участках трассы, воспринимают вертикальные усилия от веса проводов, изоляторов, арматуры и горизонтальные нагрузки от давления ветра на опору и провода. Промежуточные опоры также могут устанавливаться в местах изменения направления трассы при углах поворота менее 20-30 градусов, в этом случае они воспринимают и поперечные нагрузки от тяжения проводов. В аварийном режиме (при обрыве одного или нескольких проводов) промежуточные опоры воспринимают нагрузку от тяжения оставшихся проводов, подвергаются кручению и изгибу. Поэтому их рассчитывают с определенным запасом прочности. Промежуточные опоры на линиях составляют 80-90%.
Анкерные - устанавливаются в местах изменения направления трассы, числа, марок и сечения проводов, а также на пересечении ВЛ с различными сооружениями, воспринимают усилия натяжения проводов ВЛ.


а	б

Рисунок. Опоры воздушных линий: а – промежуточная опора; б – анкерная опора.

На базе анкерных опор могут выполняться:

концевые опоры - устанавливаются в начале и конце ВЛ, воспринимают односторонние усилия тяжения проводов,

угловые опоры - устанавливаются в местах изменения направления трассы,
ответвительные опоры - предназначены для выполнения ответвлений,
перекрестные опоры - устанавливаются в местах пересечения трасс воздушных линий,
переходные - устанавливаются в местах перехода трассы линии через различные препятствия (железные и автомобильные дороги, реки и водоемы и т.п.),
транспозиционные опоры - предназначены для изменения расположения фаз на опоре.

Рисунок. Анкерные опоры: а – угловая; б – ответвительная; в - транспозиционная.

В разделе ГАЛЕРЕЯ размещен фотоальбом "Классификация опор ВЛ по назначению".

По материалу, из которого изготавливаются , опоры могут быть:

Низкая стоимость. Деревянные опоры дешевле железобетонных и металлических опор;
Деревянная опора значительно легче железобетонной (примерно в 3 раза), что снижает затраты на их транспортировку к месту монтажа, кроме того для установки деревянных опор не требуется применение крановых механизмов большой грузоподъемности. При необходимости, деревянную опору можно установить в грунт вручную;
Хорошие диэлектрические свойства, что приводит к снижению токов утечки на ВЛ;
Деревянные опоры лучше выдерживают изгибающие нагрузки, чем железобетонные (примерно в 1,5-2 раза), поэтому они лучше противостоят гололедным и ветровым нагрузкам;
Снижается вероятность «эффекта домино». Так как железобетонная опора значительно тяжелее деревянной то, падая она может увлечь за собой соседние опоры по всему анкерному пролету, более легкая деревянная опора будет удерживаться на натянутых проводах, что сокращает количество аварийных отключений на линиях;
«Условно» высокий срок службы. В соответствии с ГОСТ 20022.0-93 средний срок службы деревянных опор может достигать 45-50 лет.

Недостатки деревянных опор:

В настоящее время деревянные опоры применяются, как правило, на ВЛ до 1 кВ.

Металлические. Выполняют из стали специальных марок. Отдельные элементы соединяют сваркой или болтами. Для предотвращения окисления и коррозии поверхность металлических опор оцинковывают или периодически окрашивают специальными красками. Металлические опоры бывают решетчатого типа, а так же многогранные в виде гнутых стальных стоек.

Рисунок. Металлические опоры: а - решетчатого типа; б - из многогранных гнутых стоек.

Многогранные металлические опоры выполняются из стоек в виде полых усечённых пирамид из стального листа с поперечным сечением в форме правильного многогранника. Секции стоек соединяются между собой телескопическим или фланцевым соединениями. Траверсы таких опор выполняются многогранными, решётчатыми или изолирующими.

Преимущества многогранных опор ЛЭП:

Меньше сроки строительства. Сроки строительства ВЛ на многогранных опорах меньше чем у ВЛ выполненных железобетонными и металлическими решетчатыми опорами. Это обусловлено снижением трудозатрат за счет увеличенных пролетных расстояний, простоты установки многогранных опор, а также малого количества сборочных элементов.
Ниже затраты на транспортировку. Многогранные опоры отличает низкая стоимость транспортировки: в 1,5-2 раза дешевле решетчатых, и в 3-4 раза дешевле железобетонных опор. Длина секций 12 м позволяет использовать для перевозок стандартный габаритный транспорт. Телескопическая конструкция опор позволяет при транспортировке размещать одни секции внутри других.
Малый землеотвод. При применении многогранных опор затраты на постоянный землеотвод снижаются. По сравнению с железобетонными опорами выигрыш обеспечивается за счет меньшего количества опор при равном отводе на одну опору, а по сравнению с решетчатыми, за счет меньшего отвода под одну опору при примерно равном количестве опор.
Экономическая эффективность. С учетом выше приведенных преимуществ, использование при строительстве ВЛЭП стальных многогранных опор позволяет сэкономить до 10% денежных средств по сравнению с железобетонными и до 40% по сравнению с металлическими решетчатыми опорами.

Железобетонные. Массовое внедрение данного типа опор началось в 50-х годах прошлого века взамен более дорогих металлических опор. Основными элементами железобетонных опор являются стойки, траверсы, тросостойки, надставки, оголовники, хомуты, оттяжки, различные узлы крепления и ригели.

Стойки железобетонных опор выполняют из бетона, армированного металлом.

Рисунок. Конструкция железобетонной опоры.

Сопротивление бетона растяжению на порядок ниже сопротивления сжатию, поэтому для увеличения прочности опор при растяжении в бетон закладывается стальная арматура. Примерно одинаковые коэффициенты температурного расширения стали и бетона исключают появление в железобетоне внутренних напряжений при изменениях температуры.

В настоящее время доля ВЛ с железобетонными опорами составляет около 80% протяженности всех строящихся линий.

Широкое распространение железобетонных опор ВЛ обусловлено относительной дешевизной конструкций, высоким уровнем унификации и типизации стоек опор, и наличием широкой производственной базы. Железобетонные опоры обладают высокой механической прочностью, долговечны (срок службы около 40 лет) и не требуют больших расходов при эксплуатации. Затраты труда на их сборку значительно ниже, чем на сборку деревянных и металлических опор решетчатого типа. Положительным качеством железобетона является также надежная защита металлической арматуры от коррозии. С целью предохранения арматуры от коррозии опоры на заводе-изготовителе покрываются гидроизоляцией – асфальтобитумным лаком.

Недостатком железобетонных опор является большая масса, что удорожает транспортные расходы и вызывает необходимость применения при сборке и монтаже кранов большой грузоподъемности. Железобетонные опоры ВЛ способны выдерживать в 2-3 раза меньшие аварийные нагрузки, чем металлические, и для строительства линий требуется вдвое больше опор. Кроме того, при растяжении сталь может удлиняться в 5-6 раз больше, чем бетон, вследствие чего в бетоне могут появляться трещины. Для повышения трещиностойкости железобетонных конструкций применяют предварительное напряжение арматуры, которое создает дополнительное обжатие бетона.

Железобетонные стойки кольцевого сечения (конические и цилиндрические) изготовляют на специальных центробежных машинах (центрифугах), формующих и уплотняющих бетон путем вращения формы вокруг ее оси. Стойки прямоугольного сечения изготовляют способом вибрирования, при котором уплотнение бетона в формах производят вибраторами. Для линий электропередачи напряжением 110 кВ и выше используют только центрифугированные стойки, а для опор ВЛ до 35 кВ – как центрифугированные, так и вибрированные.

Рисунок. Железобетонные стойки опор воздушных линий: а – прямоугольного сечения; б – кольцевого сечения.

Траверсы железобетонных опор изготавливаются металлическими. Также проводятся работы по созданию стеклопластбетонных траверс, в которых бетон армирован стекловолокном. Отдельные участки ВЛ с такими траверсами и опорами находятся в опытно-промышленной эксплуатации.

Комбинированные. Для увеличения срока службы деревянных опор их выполняют составными: из более длинной основной деревянной стойки и короткого пасынка (приставки), как правило, железобетонного. Пасынок – часть опоры, которая заглубляется в землю.

Композитные. Применение опор из композитных материалов при сооружении воздушных линий является последним достижением в электромонтажном производстве. Основа применяемого материала - стекловолокно. Достоинством композитных опор является: малый вес, упрощение процедуры хранения и транспортировки, простота монтажа и технического обслуживания данных опор, высокая прочность и долговечность, огнестойкость и экологичность, хорошие диэлектрические свойства. К недостаткам данного типа опор можно отнести: относительно высокую стоимость, а также отсутствие опыта их монтажа и эксплуатации. Опоры из композитных материалов в настоящее время применяются в основном для организации сетей наружного освещения, однако все больше сетевых компаний начинает использовать стеклопластиковые стойки при сооружения ВЛ среднего и высокого напряжения.

По способу закрепления в грунте:

По количеству цепей:

Опоры ВЛ различают также по конструкции , которая зависит от назначения ВЛ, ее напряжения, количества проводов и тросов, подвешиваемых на опоре, их расположения, климатических и других условий. Простейшая конструкция опоры - одиночный столб («свечка»). Кроме «свечки» применяют более сложные опоры: А-образные, треноги, П-образные (портальные), АП-образные и т.д.

Рисунок. Опоры воздушных линий: а – V-образная опора (типа «набла»); б – Y-образная опора; в – опора типа «тренога».

В разделе ГАЛЕРЕЯ размещен фотоальбом "Классификация опор ВЛ по конструкции".

Кроме типовых конструкций опор ВЛ, на практике также можно встретить и уникальные опоры.

В разделе ГАЛЕРЕЯ размещен фотоальбом "Уникальные опоры воздушных линий".

По способу установки:

Основные сведения

Несколько нетиповых опор линии электропередачи.

Верхняя часть железобетонной опоры ЛЭП (220/380 В)

Опоры ЛЭП предназначены для сооружений линий электропередач при расчётной температуре наружного воздуха до –65 °C и являются одним из главных конструктивных элементов ЛЭП, отвечающим за крепление и подвеску электрических проводов на определённом уровне.

В зависимости от способа подвески проводов опоры делятся на две основные группы:

опоры промежуточные, на которых провода закрепляются в поддерживающих зажимах;
опоры анкерного типа, служащие для натяжения проводов; на этих опорах провода закрепляются в натяжных зажимах.

Эти виды опор делятся на типы, имеющие специальное назначение.

Промежуточные прямые опоры устанавливаются на прямых участках линии. На промежуточных опорах с подвесными изоляторами провода закрепляются в поддерживающих гирляндах, висящих вертикально; на опорах со штыревыми изоляторами закрепление проводов производится проволочной вязкой. В обоих случаях промежуточные опоры воспринимают горизонтальные нагрузки от давления ветра на провода и на опору и вертикальные - от веса проводов, изоляторов и собственного веса опоры.
Промежуточные угловые опоры устанавливаются на углах поворота линии с подвеской проводов в поддерживающих гирляндах. Помимо нагрузок, действующих на промежуточные прямые опоры, промежуточные и анкерно-угловые опоры воспринимают также нагрузки от поперечных составляющих тяжения проводов и тросов. При углах поворота линии электропередачи более 20° вес промежуточных угловых опор значительно возрастает. При больших углах поворота устанавливаются анкерно угловые опоры.

При установке анкерных опор на прямых участках трассы и подвеске проводов с обеих сторон от опоры с одинаковыми тяжениями горизонтальные продольные нагрузки от проводов уравновешиваются и анкерная опора работает так же, как и промежуточная, то есть воспринимает только горизонтальные поперечные и вертикальные нагрузки. В случае необходимости провода с одной и с другой стороны от опоры можно натягивать с различным тяжением проводов. В этом случае, кроме горизонтальных поперечных и вертикальных нагрузок, на опору будет воздействовать горизонтальная продольная нагрузка.

При установке анкерных опор на углах анкерно угловые опоры воспринимают нагрузку также от поперечных составляющих тяжения проводов и тросов.

Концевые опоры устанавливаются на концах линии. От этих опор отходят провода, подвешиваемые на порталах подстанций.

Помимо перечисленных типов опор, на линиях применяются также специальные опоры: транспозиционные, служащие для изменения порядка расположения проводов на опорах; ответвительные - для выполнения ответвлений от основной линии; опоры больших переходов через реки и водные пространства и т. д.

На линиях электропередач применяются деревянные, стальные и железобетонные опоры. Разработаны также опытные конструкции из алюминиевых сплавов.

Сталь является основным материалом, из которого изготавливаются металлические опоры и различные детали (траверсы, тросостойки, оттяжки) опор. Достоинством стальных опор по сравнению с железобетонными является их высокая прочность при малой массе.

По конструктивному решению ствола стальные опоры могут быть отнесены к двум основным схемам - башенным (одностоечным) и портальным, по способу закрепления на фундаментах - к свободностоящим опорам и опорам на оттяжках, по способу соединения элементов разделяются на сварные и болтовые.

Опоры изготавливаются из стального уголкового проката, причем в подавляющем большинстве случаев применяется равнобокий уголок, высокие переходные опоры могут быть изготовлены из стальных труб.

В СНГ насчитывается несколько основных центров производства стальных конструкций опор ЛЭП - центральный, уральский и сибирский.

Классификация опор

По назначению

Концевая анкерная опора

Промежуточные опоры устанавливаются на прямых участках трассы ВЛ , предназначены только для поддержания проводов и тросов и не рассчитаны на нагрузки от тяжения проводов вдоль линии. Обычно составляют 80-90 % всех опор ВЛ.
Угловые опоры устанавливаются на углах поворота трассы ВЛ, при нормальных условиях воспринимают равнодействующую сил натяжения проводов и тросов смежных пролётов, направленную по биссектрисе угла, дополняющего угол поворота линии на 180°. При небольших углах поворота (до 15-30°), где нагрузки невелики, используют угловые промежуточные опоры. Если углы поворота больше, то применяют угловые анкерные опоры, имеющие более жёсткую конструкцию и анкерное крепление проводов.
Анкерные опоры устанавливаются на прямых участках трассы для перехода через инженерные сооружения или естественные преграды, воспринимают продольную нагрузку от тяжения проводов и тросов. Их конструкция отличается жесткостью и прочностью.
Концевые опоры - разновидность анкерных и устанавливаются в конце или начале линии. При нормальных условиях работы ВЛ они воспринимают нагрузку от одностороннего натяжения проводов и тросов.
Специальные опоры : транспозиционные - для изменения порядка расположения проводов на опорах; ответвлительные - для устройства ответвлений от магистральной линии; перекрёстные - при пересечении ВЛ двух направлений; противоветровые - для усиления механической прочности ВЛ; переходные - при переходах ВЛ через инженерные сооружения или естественные преграды.

По способу закрепления в грунте

Опоры, устанавливаемые непосредственно в грунт
Опоры, устанавливаемые на фундаменты

Специальная концевая опора - переход от воздушной линии к подземной кабельной линии

По конструкции

Свободностоя́щие опоры
Опоры с оттяжками

По количеству цепей

Одноцепные
Двухцепные
Многоцепные

По напряжению

Опоры подразделяются на опоры для линий 0,4, 6, 10, 35, 110, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ. Отличаются эти группы опор размерами и весом. Чем больше напряжение, тем выше опоры, длиннее её траверсы и больше её вес. Увеличение размеров опоры вызвано необходимостью получения нужных расстояний от провода до тела опоры и до земли, соответствующих ПУЭ для различных напряжений линий.

По материалу изготовления

Железобетонная опора

Железобетонные - выполняют из бетона, армированного металлом. Для линий 35-110 кВ и выше обычно применяют опоры из центрифугированного бетона. Достоинством железобетонных опор является их стойкость в отношении коррозии и воздействия химических реагентов, находящихся в воздухе.
Металлические - выполняют из стали специальных марок. Отдельные элементы соединяют сваркой или болтами. Для предотвращения окисления и коррозии поверхность металлических опор оцинковывают или периодически окрашивают специальными красками.

Металлические решётчатые опоры
Металлические многогранные опоры

Деревянные - выполняют из круглых брёвен. Наиболее распространены сосновые опоры и несколько меньше опоры из лиственницы. Деревянные опоры применяют для линий напряжением до 220/380 В включительно в СНГ и до 345 В в США, однако кое-где до сих пор можно увидеть применение деревянных опор в линиях 6, 10 и 35 кВ. Основные достоинства этих опор - малая стоимость (при наличии местной древесины) и простота изготовления. Основной недостаток - гниение древесины, особенно интенсивное в месте соприкосновения опоры с почвой. Пропитка древесины специальным антисептиками увеличивает срок её службы с 4-6 до 15-25 лет. Для увеличения срока службы деревянную опору обычно выполняют не из целого бревна, а составной: из более длинной основной стойки и короткого стула, пасынка, или железобетонной стойки. Стул скрепляют с основной стойкой при помощи проволочного бандажа. Широко применяют составные деревянные опоры с железобетонными стульями. Деревянные опоры выполняют А-образными или П-образными. П-образная конструкция является более устойчивой, но требует бо́льших капиталовложений из-за повышенного расхода материала по сравнению с А-образной.

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.

Унификация опор

На основании многолетней практики строительства, проектирования и эксплуатации ВЛ определяются наиболее целесообразные и экономичные типы и конструкции опор для соответствующих климатических и географических районов и проводится их унификация.

Обозначение опор

Для металлических и железобетонных опор ВЛ 35-330 кВ в СНГ принята следующая система обозначения.

Цифры после букв обозначают класс напряжения. Наличие буквы «т» указывает на тросостойку с двумя тросами, буквы «п» - на изменение взаимного расположения проводов на опоре (обычно заключается в переносе проводов верхнего или нижнего яруса на средний ярус). Цифра через дефис указывает количество цепей: нечётное - одноцепная линия, четное - двух и многоцепные, или типоисполнение опоры. Цифра через «+» означает высоту приставки к базовой опоре (применимо к металлическим опорам). Cистема обозначений иногда нарушается заводами-изготовителями.

У110-2+14 - металлическая анкерно-угловая двухцепная опора с подставкой 14 м;
УС110-3 - металлическая анкерно-угловая одноцепная специальная (с горизонтальным расположением проводов) опора;
УС110-5 - металлическая анкерно-угловая одноцепная специальная (для городской застройки - с уменьшенной базой и увеличенной высотой подвеса) опора (геометрически аналогична опоре У110-2+5);
ПМ220-1 - промежуточная металлическая многогранная одноцепная опора;
У220-2т - металлическая анкерно-угловая двухцепная опора с двумя тросами;
ПБ110-4 - промежуточная железобетонная двухцепная опора;
ПМ110-4ф - промежуточная металлическая многогранная двухцепная опора с конструктивно отдельным фундаментом. У другого изготовителя имеет маркировку ППМ110-2 (переходная), хотя конструктивно аналогичная

Проектирование

Научно-исследовательская лаборатория конструкций электросетевого строительства (НИЛКЭС), входит в состав СевЗап НТЦ .
НТЦ электроэнергетики (ранее РОСЭП)

Самые высокие опоры

В настоящее время самые высокие опоры установлены на переходе через реку Янцзы в Китае в местечке Янгун (Jiangyin). Место установки опор 31.971389 , 120.053333 31°58′17″ с. ш. 120°03′12″ в. д. / 31.971389° с. ш. 120.053333° в. д. (G) (O) и на 31.951111 , 120.048056 31°57′04″ с. ш. 120°02′53″ в. д. / 31.951111° с. ш. 120.048056° в. д. (G) (O) на ВЛ 500кВ. Высота обеих опор составляет 346,5 метров, каждая имеет вес 4192 т. Переход, построенный в апреле 2004 года, имеет длину 2303 м.

См. также

Литература

Электромонтажные работы. В 11 кн. Кн. 8. Ч. 1. Воздушные линии электропередачи: Учеб. пособие для ПТУ. / Магидин Ф. А.; Под ред. А. Н. Трифонова. - М.: Высшая школа, 1991. - 208 с. ISBN 5-06-001074-0 .
Мельников Н. А. Электрические сети и системы. - М.: Энергия, 1969. - 456 с.
Крюков К. П. , Новгородцев Б. П. Конструкции и механический расчет линий электропередачи. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1979. - 312 с.
ИОЛИТ М Каталог описаний и чертежей опор воздушных линий . Архивировано из первоисточника 18 октября 2012. Проверено 28 сентября 2012.

Ссылки

Опоры линий электропередачи будут выглядеть по-человечески . статья о дизайнерском конкурсе фирмы Landsnet . Мембрана (2 сентября 2010). Архивировано из первоисточника 19 мая 2012.

Энергетика
структура по продуктам и отраслям

Электроэнергетика :
электроэнергия

Традиционная

Тепловые электростанции	Конденсационная электростанция (КЭС) Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ)
Гидроэнергетика	Гидроэлектростанция (ГЭС) Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС)
Атомная	Атомная электростанция (АЭС) Плавучая атомная электростанция (ПАТЭС)

Альтернативная

Геотермальная	Геотермальные электростанции (ГеоТЭС)
Гидроэнергетика	Малые гидроэлектростанции (МГЭС) Приливные электростанции (ПЭС) Волновые электростанции Осмотические электростанции
Ветроэнергетика	Ветряные электростанции (ВЭС)
Солнечная	Солнечные электростанции (СЭС)
Водородная	Водородные электростанции Установки на топливных элементах
Биоэнергетика	Биоэлектростанции (БиоТЭС)
Малая	Дизельные электростанции Газопоршневые электростанции Газотурбинные установки малой мощности Бензиновые электростанции

Электрическая сеть

Электрические подстанции Линии электропередачи (ЛЭП) Опоры линий электропередачи

Теплоснабжение :
теплоэнергия

Децентрализованное

К основным элементам воздушных линий электропередач относятся: провода, траверсы, изоляторы, арматура, опоры, грозозащитные тросы, разрядники, заземление, секционирующие устройства, волоконно-оптические линии связи (в виде отдельных самонесущих кабелей, либо встроенные в грозозащитный трос, силовой провод), вспомогательное оборудование для нужд эксплуатации (аппаратура высокочастотной связи, ёмкостного отбора мощности и др.), а также элементы маркировки высоковольтных проводов и опор ЛЭП для обеспечения безопасности полётов воздушных судов(опоры маркируются сочетанием красок определённых цветов, провода авиационными шарами для обозначения в дневное время, для обозначения в дневное и ночное время суток применяются огни светового ограждения).

Виды и классификация опор ЛЭП

Опоры ЛЭП предназначены для сооружений линий электропередач и являются одним из ее главных конструктивных элементов, отвечающим за крепление и подвеску электрических проводов на определённом уровне.

В зависимости от способа подвески проводов опоры делятся на две основные группы:

§ опоры промежуточные, на которых провода закрепляются в поддерживающих зажимах;
§ опоры анкерного типа, служащие для натяжения проводов; на этих опорах провода закрепляются в натяжных зажимах.
§ Эти виды опор делятся на типы, имеющие специальное назначение.
§ Промежуточные прямые опоры устанавливаются на прямых участках линии. На промежуточных опорах с подвесными изоляторами провода закрепляются в поддерживающих гирляндах, висящих вертикально; на опорах со штыревыми изоляторами закрепление проводов производится проволочной вязкой.

Рисунок 4. Схема анкерованного участка воздушной линии

§ В обоих случаях промежуточные опоры воспринимают горизонтальные нагрузки от давления ветра на провода и на опору и вертикальные -- от веса проводов, изоляторов и собственного веса опоры.
§ Промежуточные угловые опоры устанавливаются на углах поворота линии с подвеской проводов в поддерживающих гирляндах. Помимо нагрузок, действующих на промежуточные прямые опоры, промежуточные и анкерно-угловые опоры воспринимают также нагрузки от поперечных составляющих тяжения проводов и тросов. При углах поворота линии электропередачи более 20° вес промежуточных угловых опор значительно возрастает. При больших углах поворота устанавливаются анкерно угловые опоры.

При установке анкерных опор на углах анкерно-угловые опоры воспринимают нагрузку также от поперечных составляющих тяжения проводов и тросов.

Рисунок 5. Анкерно-угловая опора многоцепной линии

Помимо перечисленных типов опор, на линиях применяются также специальные опоры: транспозиционные, служащие для изменения порядка расположения проводов на опорах; ответвительные -- для выполнения ответвлений от основной линии; опоры больших переходов через реки и водные пространства и т. д.

По конструктивному решению ствола стальные опоры могут быть отнесены к двум основным схемам -- башенным (одностоечным) и портальным, по способу закрепления на фундаментах -- к свободностоящим опорам и опорам на оттяжках, по способу соединения элементов разделяются на сварные и болтовые.

В СНГ насчитывается несколько основных центров производства стальных конструкций опор ЛЭП -- центральный, уральский и сибирский

Классификация опор ЛЭП

Опоры линий электропередач подразделяются по следующим критериям.

По назначению:

§ Промежуточные опоры устанавливаются на прямых участках трассы ВЛ, предназначены только для поддержания проводов и тросов и не рассчитаны на нагрузки от тяжения проводов вдоль линии. Обычно составляют 80--90 % всех опор ВЛ.
§ Угловые опоры устанавливаются на углах поворота трассы ВЛ, при нормальных условиях воспринимают равнодействующую сил натяжения проводов и тросов смежных пролётов, направленную по биссектрисе угла, дополняющего угол поворота линии на 180°. При небольших углах поворота (до 15--30°), где нагрузки невелики, используют угловые промежуточные опоры. Если углы поворота больше, то применяют угловые анкерные опоры, имеющие более жёсткую конструкцию и анкерное крепление проводов.
§ Анкерные опоры устанавливаются на прямых участках трассы для перехода через инженерные сооружения или естественные преграды, воспринимают продольную нагрузку от тяжения проводов и тросов. Их конструкция отличается жесткостью и прочностью.
§ Концевые опоры -- разновидность анкерных и устанавливаются в конце или начале линии. При нормальных условиях работы ВЛ они воспринимают нагрузку от одностороннего натяжения проводов и тросов.
§ Специальные опоры: транспозиционные -- для изменения порядка расположения проводов на опорах; ответвлительные -- для устройства ответвлений от магистральной линии; перекрёстные -- при пересечении ВЛ двух направлений; противоветровые -- для усиления механической прочности ВЛ; переходные -- при переходах ВЛ через инженерные сооружения или естественные преграды.

По способу закрепления в грунте

§ Опоры, устанавливаемые непосредственно в грунт
§ Опоры, устанавливаемые на фундаменты

По конструкции

§ Свободностоящие опоры
§ Опоры с оттяжками
а) промежуточная одноцепная на оттяжках 500 кВ
б) промежуточная свободностоящая опора

По количеству цепей

§ Одноцепные
§ Двухцепные
§ Многоцепные

Рисунок 6. Металлические опоры

По напряжению

Опоры подразделяются на опоры для линий 0,4, 6, 10, 35, 110, 220, 330, 500, 750 кВ. Отличаются эти группы опор размерами и весом. Чем больше напряжение, тем выше опоры, длиннее её траверсы и больше её вес. Увеличение размеров опоры вызвано необходимостью получения нужных расстояний от провода до тела опоры и до земли, соответствующих ПУЭ для различных напряжений линий.

По материалу изготовления

§ Железобетонные -- выполняют из бетона, армированного металлом. Для линий 35--110 кВ и выше обычно применяют опоры из центрифугированного бетона. Достоинством железобетонных опор является их стойкость в отношении коррозии и воздействия химических реагентов, находящихся в воздухе.
§ Металлические -- выполняют из стали специальных марок. Отдельные элементы соединяют сваркой или болтами. Для предотвращения окисления и коррозии поверхность металлических опор оцинковывают или периодически окрашивают специальными красками.

Рисунок 7. Железобетонная опора ЛЭП

Рисунок 8. Металлическая опора ЛЭП

§ Метталлические опоры в свою очередь подразделяются на:
§ Металлические решётчатые опоры
§ Металлические многогранные опоры
§ Деревянные -- выполняют из круглых брёвен. Наиболее распространены сосновые опоры и несколько меньше опоры из лиственницы. Деревянные опоры применяют для линий напряжением до 220 кВ включительно в СНГ и до 345 кВ в США. Основные достоинства этих опор -- малая стоимость (при наличии местной древесины) и простота изготовления. Основной недостаток -- гниение древесины, особенно интенсивное в месте соприкосновения опоры с почвой. Пропитка древесины специальным антисептиками увеличивает срок её службы с 4--6 до 15--25 лет. Для увеличения срока службы деревянную опору обычно выполняют не из целого бревна, а составной: из более длинной основной стойки и короткого стула, пасынка, или железобетонной стойки. Стул скрепляют с основной стойкой при помощи проволочного бандажа. Широко применяют составные деревянные опоры с железобетонными стульями. Деревянные опоры выполняют А-образными или П-образными. П-образная конструкция является более устойчивой, но требует больших капиталовложений из-за повышенного расхода материала по сравнению с А-образной.

Рисунок 9. П-образная деревянная опора ЛЭП

Опоры ВЛ предназначены для обеспечения требуемых расстояний между фазами и землей. Горизонтальное расстояние между центрами двух соседних опор одной линии называется пролетом. Различают переходный, промежуточный и анкерный пролеты. Анкерный пролет обычно состоит из нескольких промежуточных.

Типы 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 и опоры. При обрыве одного или нескольких проводов промежуточные 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. 2.1), дополняющий до 180 0 внутренний угол линии. Если угол поворота трассы меньше 20 0 , устанавливают угловые промежуточные опоры, если больше 20 0 – угловые анкерные (рис. 2.1).

Рис. 2.1. План и профиль участка ВЛ:

А – анкерная опора, П – промежуточная опора, УП – угловая промежуточная опора, УА- угловая анкерная опора, КА- концевая 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 изменить порядок расположения проводов на опоре; ответвительные - для устройства ответвления от магистральной линии и т.д.

Материал опор

Согласно нормам технологического проектирования воздушных линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше, 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 – 110 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 скачках 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 – прямоугольные (ГОСТ 22387,0-85). Для двухцепных ВЛ напряжением более 35 кВ и выше используют центрифугированные стойки, имеющие маркировку СК (стойки конические) и СЦ (стойки цилиндрические). Стойки СК применяют на ВЛ 35-750 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 ВЛ 35-500 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 опор - из 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.

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 опоры 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 1995-96 гг., 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 опор: Д – дерево, Б – железобетон, для металлических опор буквенное обозначение отсутствует;

3) номинальное напряжение ВЛ;

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

Например, ПБ35-3 – промежуточная железобетонная одноцепная опора для ВЛ напряжением 35 кВ (предназначена для строительства ВЛ в III-IV районах по гололеду, скорости ветра до 30 м/с, с проводами АС95/16-АС150/24 и тросом ТК-35).

Важнейшими характеристиками ВЛ, зависящими от типа опоры, являются понятия габарита и габаритного пролета. Габаритом Г называется наименьшее, допустимое ПУЭ, расстояние по вертикали между низшей точкой провисания провода до пересекаемых инженерных сооружений или поверхности земли, либо воды. Значения габарита определены из соображений безопасной эксплуатации ВЛ (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Габаритный пролет – это пролет, определяемый по условию допустимого расстояния от проводов до земли при условии установки опор на идеально ровной поверхности. Значения габаритных пролетов указываются в технических характеристиках опор.