Промежуточная опора воздушной линии электропередачи

Полезная модель относится к энергетическому строительству, конкретнее к опорным конструкциям для линий электропередачи высокого напряжения.
Известна промежуточная одностоечная опора для двухцепной линии электропередачи, содержащая решетчатую стойку из угловых профилей, на которой друг над другом закреплены по две консоли нижней, средней и верхней фазонесущих траверс, и две консоли тросовых траверс (см. патент RU 174512, МПК: Е04Н 12/10, опубл. 18.10.2017). Стойка имеет поперечное сечение в форме квадрата, постепенно расширяющееся книзу с образованием в основании широкой базы, размеры которой тем больше, чем выше класс напряжения ЛЭП и больше число размещенных цепей.
Существенными недостатками подобных опор с широкой базой являются: большая земельная площадь, отчуждаемая под строительство ЛЭП, а также сложности устройства фундамента, обычно включающего до двух-четырех свай на каждую «ногу» стойки.
Наиболее близким аналогом для заявляемого технического решения является промежуточная опора для воздушной линии электропередачи, конструкция которой раскрыта в патенте на полезную модель RU 192468 U1, МПК: Е04Н 12/10, опубл. 17.09.2019. Эта опора содержит установленную на фундаменте стойку с несущими поясами из угловых профилей, соединенных элементами решетки с образованием четырех решетчатых граней стойки, и закрепленные в верхней части стойки траверсы для подвешивания проводов. Стойка имеет прямоугольное поперечное сечение, меньшие стороны которого ориентированы вдоль оси линии электропередачи.
К достоинствам этой конструкции следует отнести узкую опорную базу, позволяющую закрепить стойку на фундаменте из двух отдельно стоящих свай, что способствует минимизации земельной площади, отчуждаемой под строительство опоры, а значит и в целом под строительство линии электропередачи.
К недостаткам наиболее близкого аналога можно отнести слишком узкие грани опоры, ориентированные вдоль оси линии электропередачи. Как отмечено в описании полезной модели RU 192468, ширина этих граней в основании стойки составляет 0,6-0,8 м, при соотношении сторон прямоугольного сечения 1:(2,5÷4,5). Такая опора сильно ограничена допустимым моментом от действия горизонтальных сил вдоль оси ВЛ (ветровая нагрузка, нагрузки от монтажа проводов, нагрузки при обрыве проводов) и имеет невысокую эксплуатационную надежность.
Предлагаемое техническое решение направлено на решение проблемы повышения эксплуатационной надежности опоры с одновременным сохранением упомянутого достоинства ближайшего аналога - минимальной занимаемой площади под строительство высоковольтной линии электропередачи.
Техническим результатом полезной модели является создание узкобазной конструкции опоры воздушной линии электропередачи, характеризующейся повышенным осевым сопротивлением изгибу, эксплуатационной надежностью и оптимальной металлоемкостью.
Технический результат достигается в конструкции промежуточной опоры воздушной линии электропередачи, содержащей установленную на фундаменте четырехгранную стойку с несущими поясами из угловых профилей, соединенных элементами решетки, и закрепленные на ней траверсы для подвешивания проводов, причем стойка имеет прямоугольное поперечное сечение, меньшие стороны которого ориентированы вдоль оси линии электропередачи. Суть решения заключается в том, что согласно заявляемой полезной модели, соотношение сторон поперечного сечения в основании стойки составляет 1:(2,1÷2,4) при величине меньших сторон от 0,9 до 1,1 м, при этом все четыре грани стойки выполнены с постепенным сужением в направлении вершины.
В отличие от ближайшего аналога в предлагаемой конструкции увеличена ширина граней, ориентированных вдоль оси ВЛ - по линии действия максимальной боковой силы и момента, а также изменено соотношение сторон прямоугольного поперечного сечения в основании стойки.
Как показали проведенные расчеты, изменение соотношения сторон сечения в основании стойки до 1: (2,1÷2,4) и увеличение ширины стойки вдоль оси ВЛ до 0,9 до 1,1 м (по сравнению с 0,6-0,8 м в прототипе), привело к увеличению момента осевого сопротивления изгибу на 66%, а в целом несущей способности конструкции на 27%, по сравнению с ближайшим аналогом.
При этом, при таких параметрах, сохраняется неравностороннее прямоугольное сечение, развитое (вытянутое) поперек оси ВЛ, что способствует устойчивости опоры в отношении основных рабочих нагрузок при минимальности занимаемой земельной площади.
Дальнейшее расширение основания стойки нецелесообразно, т.к. ведет к потере упомянутых результатов, а меньшее не позволит их достигнуть.
Еще одним отличием предлагаемой опоры является то, что все четыре грани стойки выполнены с постепенным сужением в направлении вершины, благодаря чему достигается оптимизация металлоемкости конструкции и компенсация ее некоторого утяжеления, обусловленного расширением стойки в основании.
Возможность такого сужения определяется тем, что максимальная нагрузка на изгиб действует в зоне основания опоры, а значит увеличение ширины граней, ориентированных вдоль оси линии электропередачи, целесообразно именно в нижней части стойки, а в верхней ее части ширина этих граней может быть уменьшена.
Для расчета момента сопротивления изгибу конструкции прямоугольного сечения может быть использована любая известная методика, например см. кн. Сопротивление материалов, А.В. Дарков, Г.С. Шпиро, Москва: «Высшая школа», 1989 г, с. 247. Для расчетов надежности конструкции, как правило, используют известный метод расчета по предельным состояниям, заключающийся в назначении таких условий работы конструкции, при которых исключается возможность наступления расчетного предельного состояния, при котором конструкция теряет возможность сопротивляться внешним воздействиям и перестает удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям (например, см. Справочник по сопротивлению материалов, Фесик. С.П., Киев, 1982 г, с. 16-20 или кн. Крюков К.П. Конструкции и расчет металлических и железобетонных опор линий электропередачи. Л. «Энергия», 1975 г, с. 23-39).
С целью дополнительного повышения эксплуатационной надежности стойка может быть снабжена размещенной в основании диафрагмой жесткости, выполненной в виде пересекающихся стержней, закрепленных концами на противолежащих элементах решетки и соединенных между собой в месте пересечения.
Суть полезной модели, возможность ее промышленной применимости и достигаемые технические результаты поясняются приведенными ниже примерами осуществления и чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - общий вид опоры, изометрия;
на фиг. 2 - опора, вид спереди;
на фиг. 3 - вид опоры сбоку;
на фиг. 4 - поперечное сечение стойки в основании.
Промежуточная опора воздушной линии электропередачи содержит установленную на фундаменте 1 четырехгранную решетчатую стойку 2 (см. фиг. 1-3), в верхней части которой закреплены двухконсольные траверсы 3-5 для подвешивания проводов 6 (показаны условно-схематично).
Грани стойки 2 сформированы несущими поясами 7 из угловых профилей и соединяющими их элементами решетки 8, при этом в сечении стойка 2 имеет форму прямоугольника (см. фиг. 4).
Более узкие грани (а) стойки ориентированы вдоль оси 9 воздушной линии электропередачи (далее - оси ВЛ), более широкие грани (в) ориентированы поперек оси 9, при этом все четыре грани стойки 2 постепенно сужаются от основания в направлении вершины.
Соотношение сторон прямоугольного поперечного сечения в основании стойки составляет 1:(2,1÷2,4).
В предпочтительных примерах реализации конструкции, поперечное сечение в основании стойки 2 имеет следующие значения, мм: 970×2050, 950×2050, 1010×2200, 1000×2200, а также возможны любые промежуточные варианты.
Конкретное сечение рассчитывается на основании заданных исходных параметров известными способами и соответствует соотношению 1:(2,1÷2,4). При этом ширина более узких граней (а) (меньшая сторона поперечного сечения) в основании стойки 2 составляет от 0,9 до 1,1 м.
Благодаря расширенной вдоль оси ВЛ базе, стойка имеет повышенное сопротивление к изгибающим нагрузкам, возникающим, например при обрыве проводов и в других нештатных ситуациях. В то же время развитое поперек оси ВЛ прямоугольное сечение стойки 2 обеспечивает устойчивость опоры в отношении основных рабочих нагрузок.
В результате обеспечивается высокая эксплуатационная надежность опоры и в рабочих режимах, и в аварийных ситуациях. Как показали проведенные расчеты, конструкция опоры отличается повышенной устойчивостью в отношении постоянных рабочих нагрузок (преимущественно от веса проводов, грозотросов и изоляторов), а также в отношении кратковременных ветровых, гололедных, изгибающих и скручивающих аварийных нагрузок, возникающих при обрыве проводов и других подобных ситуациях.
При этом при указанных параметрах сохраняется узкая база опоры, конструкция которой может быть установлена на фундаменте из двух свай, что способствует минимизации площадей, занимаемых под строительство высоковольтных линий электропередачи.
Неравностороннее прямоугольное сечение стойки является наиболее выгодным в плане металлоемкости. Целям экономии материала и облегчения конструкции способствует и выполнение всех граней стойки с переменной шириной, уменьшающейся от основания стойки к ее вершине.
С целью повышения жесткости, в основании стойки 2 целесообразно разместить диафрагму жесткости. Диафрагма жесткости может быть выполнена в виде пересекающихся стержней 10 и 11 (см. фиг. 4). Последние закреплены концами на противолежащих элементах решетки 8' и 8'' и сварены между собой в месте пересечения. Аналогичные диафрагмы жесткости могут быть установлены в уровнях закрепления траверс.