ВОЗДУШНАЯ ЛИНИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ КЛАССА 6-10 кВ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области строительства, в частности к воздушным линиям электропередач класса 6-10 кВ, смонтированных на опорных конструкциях на земле.
Для воздушных линий электропередач класса 6-10 кВ в целях снижения ее стоимости и упрощения технологичности применялись опоры типа «столб» из железобетона.
По данным РАО «ЕЭС», воздушные линии электропередач класса 6-10 кВ являются наиболее аварийным элементом распределительных электрических сетей. Максимальная аварийность линий класса 6-10 кВ наблюдается в районах со сложными геологическими и климатическими условиями, причем именно на территории этих районов расположены основные добывающие мощности и значительная часть магистральных трубопроводов предприятий нефтегазового комплекса. В районах со сложными условиями аварийность этих линий возрастает до значения 23,8 аварий на 100 км в год, что в 100 раз и более превышает аварийность остальных элементов электрических сетей класса 6-10 кВ.
Высокая аварийность электрических сетей класса 6-10 кВ определяется техническими решениями, применяемыми при их массовом проектировании и строительстве. В настоящее время подавляющая часть таких электрических сетей представлена воздушными линиями, выполненными на опорах из железобетонных стоек, изготовленных из вибрированого железобетона с креплением проводов на штыревых фарфоровых или стеклянных изоляторах.
Результаты анализа показали, что источниками аварийности линий класса 6-10 кВ, по данным РАО «ЕЭС», являются: повреждение опор - 40%; повреждение изоляторов - 35%; повреждение проводов - 25%.
В свою очередь, основные причины аварийности линий на железобетонных опорах состоят в следующем:
- выпучивание опор с их последующим падением в пучинистых грунтах,
вызванное фиксированной длиной железобетонной стойки, не позволяющей заглублять опору более чем на 2-2,5 метра, что явно недостаточно для пучинистых грунтов;
- разрушение опор из-за физической коррозии бетона в обводненных или засоленных грунтах, в результате кристаллизации воды или соли в структуре бетона;
- разрушение опор при нагрузках ниже расчетных из-за установки в линии опор, поврежденных при перевозках, погрузоразгрузочных и монтажных работах в результате слабой стойкости бетона к ударным воздействиям;
- разрушение опор в результате электрокоррозии арматуры из-за воздействия токов замыкания на землю;
- обрыв проволочных вязок на изоляторах и разрушение изоляторов при воздействии больших динамических нагрузок от проводов, из-за жесткого крепления проводов на опорах при помощи штыревых изоляторов.
По данным эксплуатации опор типа мачты выявлено, что наибольшей долговечностью обладают мачты из стали.
Известна воздушная линия электропередач, провода которой смонтированы на дистантно расположенных по длине линии мачтовых опорных конструкциях в виде четырехгранных в сечении стойках, каждая из которых включает в себя две плоские решетчатые фермы, образующие одну пару противоположных боковых граней опорной конструкции, и две плоские скотные плиты, образующие другую пару противоположных боковых граней прикрепленные своими загнутыми краями внакладку к плоским продольным поясам смежных решетчатых ферм с помощью фигурных соединительных элементов и запорных устройств для навесных кожухов (US, патент №3959946, Е 04 С 3/30, 3/34, 52-731, опубл. 01.06.1976).
Недостаток таких воздушных линий электропередач заключается в высокой металлонасыщенности мачтовых конструкций, обусловленной дополнительной навеской на решетчатые фермы плоских плит для повышения механической прочности и эстетического вида стоек. Такие мачты имеют большой вес конструкции опоры, а при увеличении ее высоты для использования в качестве многоцепной опоры, возникает необходимость ее крепления боковыми оттяжками и усиления поясов для крепления траверс.
Кроме того, опорная конструкция имеет сложную систему соединительных элементов и запорных устройств для крепления структурных плит и кожухов к продольным поясам решетчатых ферм, что усложняет ее монтаж.
Известна воздушная линия электропередач, в которых провода смонтированы на опорных конструкциях в виде пространственной фермы многоугольного поперечного сечения, каждая из которых включает фигурные пояса, выполненные из листового материала, образующего при изгибе жесткий профиль, и прикрепленные к ним элементы решеток, при этом боковые пояса пространственной фермы выполнены трехгранным из отдельных металлических оплошных листов, изогнутых по всей высоте опорной конструкции, и включает в себя расположенные под тупым углом друг к другу плоскости в форме равнобедренных треугольников посередине и примыкающих к ним по двум боковым сторонам прямоугольников, образующих ребра жесткости поясов, причем плоскости треугольника и прямоугольников расположены наклонно к вертикальной оси пространственной фермы, а элементы решеток жестко прикреплены к крайним ребрам жесткости соседних боковых поясов и размещены с ними в одной плоскости каждой боковой грани пространственной фермы, при этом прямоугольные ребра жесткости соседних поясов расположены параллельно друг другу, концы элементов решеток смежных боковых граней фермы прикреплены к общим узлам на ее поясах, опорная конструкция в поперечном сечении у основания и узлах секционного соединения выполнена восьмиугольной, а вершина опорной конструкции в плане выполнена четырехугольной (RU, заявка №94020592, Е 04 Н 12/00, опубл. 1996).
Данная конструкция опоры линии электропередач принята в качестве прототипа для обоих заявленных объектов.
Опорная конструкция по данному решению обладает высокой механической прочностью за счет выбора рациональной конфигурации поперечного сечения, переменного по всей длине бескаркасной пространственной фермы. Данная конструкция представляет собой длинномерное изделие, особенности которого позволяют собирать и монтировать опору непосредственно на месте ее расположения, однако, такие опоры рациональны для линий передач высокого напряжения класса выше 35 кВ, и в силу высокой металлоемкости, влияющей на стоимость
строительных работ, не могут применяться для линий электропередач класса 6-10 кВ.
Существующие на сегодняшний день в России технические решения по повышению эксплуатационной надежности воздушных линий электропередач класса 6-10 кВ сводятся к строительству указанных линий в габаритах следующего класса напряжения, т.е. с применением опор 35 кВ, что приводит к неоправданно высоким затратам. Настоящая полезная модель ставит своей задачей разработать унифицированные стальные конструкции опор для линий класса 6-10 кВ, обладающие повышенной механической прочностью и одновременно позволяющие снизить затраты на сооружение линий в сложных климатических условиях.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи по повышению эксплуатационных показателей линий электропередач класса 6-10 кВ за счет выполнения стоек металлическими полыми с переменным сечением и с одной стороны открытыми, использования изолированных проводов, имеющих свободную подвеску на полимерных изоляторах.
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении долговечности и срока службы линий электропередач класса 6-10 кВ и уменьшении ремонтных работ.
Указанный технический результат для первого варианта исполнения достигается тем, что в воздушной линии электропередач класса 6-10 кВ, содержащей последовательно дистантно расположенные анкерные опоры и промежуточные опоры в виде мачт, нижняя часть каждой из которых закреплена в грунте и каждая из которых выполнена в верхней своей части с траверсами и возвышающейся над последними стойкой, а так же провода, нижние фазы из которых подвешены через изоляторы к траверсам, а верхняя фаза - через изолятор к стойке, на конечных участках линии электоропередач изолированные провода подвешены с натягом в горизонтальном направлении к анкерным опорам, выполненным в виде мачты с подкосом и траверсой с подвеской верхней фазы в ее средней части, а на участке между анкерными опорами провода подвешены к промежуточным выполненным со стойками опорам в виде мачты, в которых изолированные провода подвешены к свободным концам консольных траверс
и стойки через выполненные из полимерного материала подвесные изоляторы, а мачта для всех опор выполнена трехгранной с переменным по высоте сечением, две стороны которой образованы из гнутого по всей высоте опоры стального листа, а третья сформирована из раскосов из профиля, прикрепленных концами к краям гнутого стального листа по высоте последнего, причем нижняя часть мачты каждой опоры закреплена в металлической трубе, заглубленной в грунт.
Указанный технический результат для второго варианта исполнения достигается тем, что в воздушной линии электропередач класса 6-10 кВ, содержащей последовательно дистантно расположенные анкерные опоры и промежуточные опоры в виде мачт, нижняя часть каждой из которых закреплена в грунте и каждая из которых выполнена в верхней своей части с траверсой, а так же провода, нижние фазы из которых подвешены через изоляторы к свободным концам траверсы промежуточных опор, а верхняя фаза - через изолятор к траверсе в ее срединной части, на конечных участках линии электоропередач изолированные провода подвешены с натягом в горизонтальном направлении к анкерным опорам, выполненным в виде мачты с подкосом и траверсой с подвеской верхней фазы в ее средней части, а на участке между анкерными опорами изолированные провода подвешены к промежуточным опорам в виде мачт с траверсами через выполненные из полимерного материала подвесные изоляторы, а мачта каждой опоры выполнена трехгранной с переменным по высоте сечением, две стороны которой образованы из гнутого по всей высоте опоры стального листа, а третья сформирована из раскосов из профиля, прикрепленных концами к краям гнутого стального листа по высоте последнего, причем нижняя часть мачты каждой опоры закреплена в металлической трубе, заглубленной в грунт.
Причем для повышения технологичности конструкции и возможности транспортировки указанный гнутый стальной лист может быть выполнен из отдельных соединяемых между собой по высоте частей, образующих пояса.
Указанные признаки для каждого из вариантов исполнения являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель для каждого варианта исполнения поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения приведенными совокупностями признаков требуемого технического результата.
На фиг.1 - воздушная линия электропередач класса 6-10 кВ, первый вариант исполнения;
фиг.2 - воздушная линия электропередач класса 6-10 кВ, второй вариант исполнения.
Согласно настоящей полезной модели воздушная линия электропередач класса 6-10 кВ по первому варианту исполнения содержит последовательно и дистантно, то есть на заданном расстоянии друг от друга, расположенные промежуточные опоры 1 в виде мачт 2. Мачта для всех опор выполнена трехгранной с переменным по высоте сечением, две стороны которой образованы из гнутого по всей высоте опоры стального листа 3, а третья сформирована из раскосов 4 из профиля (прут из арматуры, уголок и т.д.), прикрепленных концами к краям гнутого стального листа по высоте последнего под углом друг к другу.
Стальные опоры из гнутых профилей переменного сечения для линий класса 6-10 кВ максимально используют достоинства стальных опор башенного типа и опор типа «столб». Так, мачта опор выполнена трехгранной, при этом две грани выполнены из листа переменного сечения, а третья грань - решетчатой, то такая схема опоры дает возможность, с одной стороны, сохранить узкую базу опоры (как у опор типа «столб»), а с другой, избежать присутствия замкнутых полостей и обеспечить легкий подъем на опору монтажного и обслуживающего персонала. Для решения проблемы вандалоустойчивости на опоры могут монтироваться антивандальные устройства, устанавливаемые и снимаемые специальными ключами.
Для облегчения транспортировки указанный гнутый стальной лист может быть выполнен из отдельных соединяемых между собой по высоте частей, образующих пояса, соединяемые между собой болтовыми соединениями.
Нижняя часть мачты каждой опоры закреплена в металлической трубе 5, заглубленной в грунт. Труба 5 устанавливается в сверленный котлован или забивается в грунт.
Каждая опора 1 выполнена в верхней своей части с траверсами 6 и возвышающейся над последними стойкой 7. В этой опоре нижние фазы проводов подвешены через изоляторы к траверсам, а верхняя фаза - через изолятор к стойке.
На конечных участках линии электоропередач самонесущие изолированные провода типа SAX (СИП-3) подвешены с натягом в горизонтальном направлении через изоляторы, в том числе выполненные полимерными, к анкерным опорам 8, выполненным в виде мачты с подкосом 9 и траверсой 10 с подвеской верхней фазы в ее средней части (нижние фазы подвешены по концам траверсы), а на участке между анкерными опорами 8 провода подвешены к промежуточным опорам 1 так, что изолированные провода подвешены к свободным концам консольных траверс и стойки через выполненные из полимерного материала подвесные изоляторы 11 типа ЛК 70/10.
Использование подвесной полимерной изоляции позволяет исключить аварии, вызванные разрушением изоляторов и обрывом связок, кроме того, полимерная изоляция по сравнению с традиционной (на основе стекла и фарфора) имеет малый вес, повышенную долговечность, надежность, трекинго-эрозионную стойкость и устойчивость к фактам вандализма («расстрелу» изоляторов).
По второму варианту исполнения при сохранении конструктивного исполнения анкерных опор и подвески к ним изолированных проводов, как это имеет место в первом варианте исполнения, вместо опор 1 используются опоры 12, каждая из которых закреплена в грунте так, как закреплены опоры по первому варианту, и каждая из которых выполнена в верхней своей части с траверсой 13, а нижние фазы изолированных проводов подвешены через полимерные изоляторы к свободным концам траверсы 13, а верхняя фаза - через полимерный изолятор к траверсе в ее срединной части. Полимерные изоляторы применяются те же, что и в первом варианте исполнения.
2
Механическая прочность мачты опоры на изгиб составляет 74 кНм против 35-50 кНм у железобетонных опор. Повышенная прочность мачты позволяет использовать на линиях электропередач класса 6-10 кВ провода сечением до 120 мм с увеличенными пролетами. Существенно, что увеличенные габаритные пролеты, в свою очередь, приводят к снижению
стоимости строительства таких линий. Опыт строительства линий класса 6-10 кВ на предлагаемых опорах в районах Крайнего Севера показывает, что стоимость строительства на опорах с полимерными подвесными изоляторами на 20-30% ниже, чем стоимость строительства линий на железобетонных опорах или опорах из стальных труб со штыревыми изоляторами. Также существенно сокращаются сроки строительства, что актуально для нефтегазодобывающих районов Западной Сибири, где строительный сезон ограничен зимним периодом.
Предлагаемые линии электропередач класса 6-10 кВ имеют следующие основные преимущества:
- возможность многократного использования стальных опор новых конструкций и увеличенный срок их службы (до 50 лет по сравнению с железобетонными опорами, фактический срок службы которых в районах с суровыми климатическими условиями не превышает 5...10 лет);
- больший габаритный пролет за счет более высокой механической прочности приводит сокращению транспортных перевозок, к сокращению расхода материалов и объема строительно-монтажных работ до 20-30% от общей стоимости линий (уменьшение количества опор и фундаментов);
- меньший вес опор (300...350 кг против 1150 кг для железобетонных опор) приводит к сокращению объема перевозок;
- высокая стойкость к повреждениям при перевозках и проведении погрузочно-разгрузочных работ приводит к отсутствию отбраковки опор и, как следствие, к исключению возможности установки в линиях опор с повреждениями, которые впоследствии могут привести к авариям;
- наличие решетчатой грани облегчает подъем на опору при строительстве и обслуживании линии, что делает возможным проведение монтажных и строительных работ без применения автовышек и делает подъем на опору более безопасным, чем для конструкций с использованием лазов;
- изготовление элементов конструкции мачты с рациональным распределением металла по сечению, чем обеспечивается максимальная жесткость и прочность элементов конструкции при снижении до 40% расхода металла.
Настоящая полезная модель промышленно применима.
По состоянию на 31 мая 2005 года на предлагаемых опорах построено более 2 тыс. км линий класса 6-10 кВ, большей частью в суровых климатических и грунтовых условиях Заполярья и Крайнего Севера. Примечательно, что на построенных ВЛ в процессе эксплуатации не зафиксировано ни одной аварии. Проектные, строительно-монтажные и эксплуатирующие организации положительно оценивают технико-экономические характеристики и надежность линий электропередач, построенных на трехгранных опорах.