ОПОРА ДЛЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Полезная модель относится к электроэнергетическому строительству и может быть использована при изготовлении промежуточных, анкерных, угловых и иных опор для двухцепных воздушных линий (ВЛ) электропередачи напряжением 6-10 кВ.
Известна одностоечная промежуточная опора с трехярусной подвеской фазных проводов двух цепей ВЛ на двухконсольных траверсах (см. патент RU 2667945 С1, МПК: Е04Н 12/10, опубл. 25.09.2018).
Стойка этой опоры имеет решетчатую конструкцию, что обеспечивает ее высокую несущую способность. Однако, подобные ферменные стойки трудоемки в изготовлении, имеют большой вес, занимают сравнительно большую площадь и требуют применения специальной тяжелой техники для доставки и установки, а потому их применение целесообразно для линий высокого и сверхвысокого напряжения.
Известна опора для воздушных линий электропередачи, содержащая стойку, сформированную из телескопически состыкованных трубчатых секций, симметрично отходящие от стойки консоли-траверсы для подвески электрических проводов и опорную пластину с ребрами жесткости на нижнем конце стойки для закрепления на основании (патент DE 2742417, МПК: Е04Н 12/08, опубл. 29.03.1979). Секции стойки и траверсы имеют конусную форму.
Известна одностоечная металлическая опора линии электропередач, содержащая сужающуюся по высоте полую стойку в виде многогранной усеченной пирамиды, с траверсами для подвески проводов и фланцем на нижнем торце для соединения с фундаментом (см. патент RU 138695 U1, МПК: Е04Н 12/00, опубл. 20.03.2014).
К недостаткам обоих вышеупомянутых аналогов можно отнести трудоемкость изготовления и монтажа, что обусловлено большим количеством секций и их формой, для получения которой требуется применение специального оборудования.
Наиболее близким по назначению и конструктивному исполнению аналогом для заявляемого устройства является опора ВЛ 6-10 кВ из стальных труб для районов Крайнего Севера, выполненная по Проекту ОАО РАО «ЕЭС России», ОАО «РОСЭП» 2005 г. (https://meganorm.ru/Data2/1/4293836/4293836005.pdf).
Ближайший аналог характеризуется следующими признаками, сходными с существенными признаками предлагаемой полезной модели, а именно: опора включает фундамент в виде трубы, соединенную с фундаментом стойку, выполненную из прямой трубы круглого сечения, одинакового по всей длине стойки, и снабженную ступенями лестничного марша, на стойке закреплены посредством сварки консольные траверсы для подвески проводов, также выполненные из стальных труб.
Существенным достоинством ближайшего аналога являются простота конструкции и низкая трудоемкость изготовления, малые габариты и вес опоры, что способствует простоте ее транспортировки и установки.
К недостаткам ближайшего аналога следует отнести невысокую несущую способность опоры и низкую эксплуатационную надежность, что обусловлено использованием для изготовления стойки и траверс бурильных труб с диаметром 168 мм и толщиной стенки 7,3 мм, а также неравномерностью распределения нагрузок в основании стойки, в зоне закрепления к фундаменту, так как при установке стойка опускается нижним концом в трубу фундамента до фиксирующей шпильки и приваривается к ней. В этом случае невозможно обеспечить высокую точность соединения и равномерность зазора по периметру стойки.
В силу своей невысокой несущей способности известная конструкция, используемая для одноцепных ВЛ, не может быть применена при возведении двухцепных линий электропередачи.
Решаемая полезной моделью техническая проблема заключается в создании малогабаритной и технологичной конструкции опоры, простой и удобной для транспортировки и монтажа, и при этом обладающей высокой несущей способностью и эксплуатационной надежностью, достаточной для возведения двухцепных линий электропередачи.
Упомянутая техническая проблема решена благодаря тому, что в конструкции опоры для воздушных линий электропередачи, содержащей фундамент в виде трубы, соединенную с ним трубчатую стойку со ступенями лестничного марша, и консольные траверсы для подвески проводов, выполненные из стальных труб, соединенных со стойкой посредством сварки, согласно заявляемой полезной модели, стойка выполнена из стальной трубы диаметром от 300 до 400 мм с толщиной стенки от 8 до 12 мм, траверсы выполнены из стальных труб диаметром от 150 до 200 мм и закреплены в трех уровнях по высоте стойки на расстоянии 1200±200 мм друг от друга, при этом нижний конец стойки и верхний конец трубы фундамента снабжены фланцами для их соединения.
Вышеупомянутая совокупность отличительных признаков позволяет получить технический результат, заключающийся в повышении несущей способности и эксплуатационной надежности опоры, обеспечении возможности ее использования для двухцепных линий электропередачи, при сохранении малогабаритности и технологичности конструкции.
Несущая способность - это способность конструкции выдерживать нагрузку, обеспечивая нормальное функционирование изделия, способность противостоять воздействиям без механического разрушения.
Несущая способность определяется величиной нагрузки, отвечающей предельному состоянию сооружения по прочности, превышение которой приводит к появлению пластических деформаций, трещин, недопустимых перемещений элементов конструкции, их разрушению.
На основе предлагаемой конструкции могут быть изготовлены опоры различного назначения: промежуточные, анкерные, угловые и т.д.
В предпочтительных частных случаях реализации полезной модели фундамент выполнен из трубы того же диаметра, что и стойка.
С целью дополнительного повышения нагрузки, при размещении опоры в ответственных местах (в концевых, угловых, переходных точках линии электропередачи), она снабжена подкосом, выполненным из трубы одного со стойкой диаметра. Один конец подкоса закрепляется к стойке под нижней траверсой, а другой - к отдельно стоящему фундаменту, например посредством кронштейнов на болтовом соединении.
Унификация элементов опоры, а именно использование для стойки, подкоса и фундамента труб одного диаметра, способствует упрощению и повышению технологичности изготовления и монтажа.
Предпочтительно, для изготовления элементов опоры используют электросварные прямошовные трубы.
Оптимальной длиной используемых труб является 12 метров. Такая длина достаточна для изготовления стоек опор с заданными свойствами и обеспечивает простоту и удобство транспортировки, как исходных материалов, так и готового изделия.
Как правило, высота стойки опоры не превышает 12-ти метров. При этом увеличение высоты опоры может быть обеспечено соответствующим поднятием оголовка фундамента относительно уровня земли. Стальные элементы опоры, предпочтительно, защищены антикоррозионным покрытием, нанесенным методом горячего или холодного цинкования.
Для подвески самонесущих проводов траверсы снабжены, предпочтительно, штыревыми полимерными изоляторами.
Сущность полезной модели, достигаемый технический результат и возможность промышленной применимости поясняются приведенными ниже примерами осуществления и чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - промежуточная опора, в двух видах, выполненная согласно предлагаемой полезной модели;
на фиг. 2 - анкерная опора в двух видах;
на фиг. 3 - анкерно-угловая опора в двух видах.
На фиг. 1 приведен пример промежуточной двухцепной опоры для воздушных линий электропередачи напряжением 6-10 кВ, выполненной согласно заявляемой полезной модели, из электросварных прямошовных труб. Опора включает установленную на фундаменте 1 стойку 2 с консольными траверсами 3 для подвески проводов, размещенными в трех уровнях по высоте стойки 2. Стойка 2 и траверсы 3 выполнены из стальных труб круглого сечения, одинакового по всей длине. По высоте стойки 2, начиная с высоты около двух метров, закреплены скобы 4, образующие ступени лестничного марша.
Стойка 2 выполнена из трубы с диаметром от 300 до 400 мм и толщиной стенки от 8 до 12 мм. Для изготовления траверс использованы трубы с диаметром, значение которого соответствует интервалу 150-200 мм. Траверсы соединены со стойкой посредством сварки. Стальные элементы опоры могут быть огрунтованы и окрашены либо защищены антикоррозионным покрытием, нанесенным методом горячего или холодного цинкования.
Фундамент 1 выполнен в виде трубы, предпочтительно, одного со стойкой 2 диаметра. Для возможности их соединения нижний конец стойки 2 и верхний конец трубы фундамента 1 снабжены фланцами 5, выполненными с отверстиями под болтовые соединения и усиленными ребрами жесткости в виде косынок, равномерно распределенных по окружности вокруг соответствующей трубы.
Конструкция опоры характеризуется простотой и технологичностью изготовления, небольшими габаритами и весом, что обеспечивает простоту транспортировки и установки. При этом использование для стойки 2 трубы с диаметром 300-400 мм и толщиной стенки 8-12 мм обеспечивает высокие прочностные характеристики, необходимые для надежной работы опоры под нагрузкой двух цепей проводов, в том числе в районах с сильной ветровой и гололедной нагрузкой.
В частности обеспечивается требуемая величина момента сопротивления сечения (W) и допустимая величина перемещения верха конструкции опоры под действием эксплуатационных нагрузок.
Значение момента сопротивления сечения определяется формой, размерами и расположением сечения, т.е. для круглой и ровной трубы момент сопротивления сечения напрямую зависит от ее диаметра и толщины стенки.
Момент сопротивления сечения трубы (кольца) относительно центральной оси z равен моменту сопротивления сечения относительно оси z может быть рассчитан по формуле (см. Справочник по сопротивлению материалов, Фесик. С.П., Киев: Буддвельник, 1982 г, с. 263):
y
3
где: W - момент сопротивления относительно центральной оси у, в мм;
z
3
W - момент сопротивления относительно центральной оси z, в мм;
D - наружный диаметр сечения трубы в мм;
t - толщина стенки трубы, в мм.
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 (см., например, 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).
Как показали расчеты, использование тонкостенных труб с толщиной стенки менее 8 мм, и труб меньшего диаметра, менее 300 мм, либо не обеспечивает минимально необходимую величину момента сопротивления сечения, либо ведет к превышению максимально допустимой величины перемещения верха конструкции опоры под действием возникающих при эксплуатации нагрузок.
Использование труб с толщиной стенки более 12 мм и/или с диаметром более 400 мм - ведет к потере технологичности конструкции, сложностям и удорожанию транспортировки и монтажа.
Выполнение консольных траверс 3 из стальных труб с диаметром от 150 до 200 мм способствует минимизации габаритов и металлоемкости конструкции при обеспечении необходимой прочности и несущей способности, достаточной для подвески двух цепей проводов.
В отличие от ближайшего аналога траверсы 3 размещают в трех уровнях по высоте стойки 2. Оптимальное расстояние h между уровнями составляет 1200 мм, при этом допускается отклонение от него в большую или меньшую сторону, но не более 200 мм. Такое закрепление траверс обеспечивает возможность подвески двух цепей проводов, с одной стороны, и соблюдение требований безопасности работы проводов в пролете и безопасность подъема человека на опору - с другой, что также необходимо для надежной и долговечной эксплуатации опоры.
Расстояние между траверсами менее 1000 мм не обеспечит упомянутых требований безопасности, увеличение межтраверсного расстояния более 1400 мм нецелесообразно по причине увеличения высоты стойки опоры и, соответственно, величины изгибающего момента, действующего на стойку опоры, что повлечет за собой увеличение сечения стойки опоры.
Использование фланцевого закрепления стойки на фундаменте позволяет добиться точности соосности соединения и равномерности распределения нагрузок по сечению опоры, что также способствует повышению надежности ее работы и несущей способности.
При этом болтовое соединение является разборным, что повышает ремонтопригодность конструкции, при необходимости опора может быть легко демонтирована.
Для изготовления элементов опоры, предпочтительно, используют электросварные прямо шовные трубы со стандартной длиной 12 м. Такой материал является широко доступным, обеспечивает простоту доставки и позволяет формировать опоры в одну секцию.
В большинстве случаев востребованных опор в двухцепных линиях электропередачи высота стойки 2 не превышает 12-ти метров и изготавливается из единой трубы. При необходимости увеличение высоты опоры может быть обеспечено свариванием труб для увеличения высоты стойки либо использованием более высокого фундамента 1.
На фиг. 2 и 3 представлены примеры исполнения, соответственно, двухцепной анкерной и анкерно-угловой опор, выполненных согласно заявляемой полезной модели.
От промежуточной опоры (фиг. 1) их отличает наличие подкоса 6, выполненного из трубы одного со стойкой 2 диаметра. Один конец подкоса 6 закреплен к стойке 2, а другой - к отдельно стоящему фундаменту 7. Закрепление подкоса 6 может быть любым. В приведенных на чертежах примерах использованы кронштейны и болтовые соединения.
Для подвески самонесущих изолированных проводов на опорах используют, предпочтительно, штыревые полимерные изоляторы.
На базе электросварных круглых труб из углеродистой стали с диаметром D=325 мм и толщиной стенки s=8 мм были изготовлены образцы двухцепной промежуточной и двухцепной анкерно-угловой опоры с высотой подвеса нижних проводов 8,320 м, высотой подвеса средних проводов 9,520 м и высотой подвеса верхних проводов 11,720 м.
Стойка опоры устанавливается на трубу фундамента, диаметром 325 мм с оголовком через фланец на болтах. Горизонтально расположенные траверсы выполнены из электросварных труб круглого сечения диаметром 159 мм.
Опоры были рассчитаны, исходя из условий эксплуатации в III районе по гололеду и V ветровом районе.
Образцы прошли испытания по проверке прочности и деформативности на соответствие требованиям СНиП II-23-81 «Механические испытания элементов линий электропередачи».
Как отмечено в протоколах испытаний, образцы опор соответствуют требованиям прочности, согласно которым, в течение одной минуты опора должна выдержать во всех режимах предельные нагрузки, равные 102, 5% от расчетных, без видимых деформаций и разрушений элементов или составляющих частей, и требованиям деформативности, т.е. не превышают допустимых предельных значений отклонения верха стойки при нормативных нагрузках и после разгрузки.
Упомянутые результаты действительны для всех опор, выполненных из труб, параметры которых соответствуют интервалам, приведенным в формуле.
Приведенные примеры являются иллюстративными и не исключают иных вариантов исполнения опоры, очевидных для специалиста в данном уровне техники.