ОПОРНАЯ СТОЙКА ДЛЯ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Полезная модель относится к области строительства, в частности, к конструкции опорных стоек для высоковольтных линий электропередач (ВЛ).
Известны конструкции опорных стоек для высоковольтных линий электропередач, выполненные из дерева, из бетона, из металлического профиля. Деревянные опорные стойки, дешевые в производстве, но обладающие невысокими эксплуатационными свойствами (пожароопасные, подверженные гниению, недостаточно прочные), еще в прошлом веке были, практически, вытеснены более технологичными и более износостойкими опорными стойками из бетона, железобетона и металлического профиля. Технические условия и требования к конструкции опорных стоек были определены государственными стандартами, в частности, бетонные стойки должны соответствовать положениям ГОСТ 22687.0-85 (с изм. 1 1986) «Стойки железобетонные центрифугированные для опор высоковольтных линий электропередачи. Технические условия» [I], ГОСТ 22687. 1-85 «Стойки конические железобетонные центрифугированные для опор высоковольтных линий электропередачи. Конструкция и размеры» [2], ГОСТ 22687.2-85 «Стойки цилиндрические железобетонные центрифугированные для опор высоковольтных линий электропередачи. Конструкция и размеры» [3].
Металлические конструкции опорных стоек должны соответствовать положениям ГОСТ 23118-99 [4].
Бетонные стойки долговечнее деревянных в 2-3 раза, не возгораются, хорошо сопротивляются гниению и насекомым, однако, тяжелая
неразборная конструкция требует больших затрат на перевозку и монтаж. Кроме того, практически, полное отсутствие упругих свойств не позволяет бетонным стойкам выдерживать критические ветровые нагрузки. Мельчайшие трещины в теле опорной стойки ведут к ускоренному разрушению бетона в условиях влажности и морозов, поэтому в северных регионах срок эксплуатации бетонных стоек значительно ниже расчетного (менее 30 лет).
Пространственные опорные стойки, собранные из металлических элементов (как правило, из оцинкованного уголкового профиля) по [4], лишены многих из указанных недостатков. Они весьма технологичны в производстве и транспортировке. Однако, их стоимость значительно (в среднем в 2 раза) выше стоимости бетонных опорных стоек. Кроме того, у типовых металлических стоек и парусность выше, чем у бетонных стоек. Отмечается, что слабым местом пространственных опорных стоек является их склонность к скручиванию и полному разрушению при нарушении целостности, практически, любого из составляющих стойку элементов. Этот ограниченный запас прочности типовых металлических опорных стоек часто приводит к обрывам на линии, особенно на неохраняемых участках, где отмечаются акты вандализма. Действительно, несколько открученных гаек и удаление двух-трех реек катастрофически снижают сопротивляемость опорной стойки ветровым нагрузкам, поэтому эксплуатационным организациям приходится, порой, принимать меры по выводу из строя резьбовых соединений (приваривание гаек к болтам), чтобы предотвратить акты вандализма. Обледенение элементов пространственных опорных стоек в районах Дальнего Севера и, как следствие, их деформация, приводящая к разрушению опоры, также является слабым местом пространственных металлических опорных стоек.
Известны попытки повышения сопротивляемости металлических опорных стоек к ветровым нагрузкам и увеличения механической
прочности вдоль оси ВЛ за счет введения дополнительных ребер жесткости, выполненных из металлического профиля (см. патент РФ №2197587 [5] и опубликованную заявку на патент РФ №94020592 [6]). В решении [5], которое является наиболее близким к предлагаемому, опорная конструкция для ВЛ сохраняет пространственный принцип, заложенный в стандартные металлические опорные стойки, однако, для увеличения механической прочности опоры для нагрузок аварийных режимов, направленных вдоль оси ВЛ, она дополнительно включает боковые грани с ребрами жесткости, выполненные из секционно соединенных друг с другом гнутых металлических листов, составляющих ее треугольное поперечное сечение. При этом решетчатая конструкция опорной стойки сохраняется, но дополняется усиливающими элементами. К недостаткам этой конструкции следует отнести сложность монтажа, повышенную парусность, а также низкую сопротивляемость актам вандализма (например, откручиванию скрепляющих болтов).
Заявляемая в качестве полезной модели опорная стойка для высоковольтной линии электропередач отличается от известного решения [5] повышенной технологичностью изготовления и монтажа, существенным снижением парусности, высокой прочностью для нагрузок вдоль оси ВЛ, долговечностью и устойчивостью против актов вандализма. При этом стоимость установки и эксплуатации опорной стойки нового типа (включая изготовление, транспортировку, монтаж и обслуживание) не превышает аналогичных показателей для бетонных и значительно ниже пространственных металлических опорных стоек. Дополнительным преимуществом является то, что срок службы опорной стойки увеличивается в 1,5-2,0 раза. Характерно, что надежность предлагаемой опорной стойки значительно выше, чем у других известных конструкций, особенно в сложных гололедно-ветровых условиях.
Указанный технический результат достигается за счет того, что вместо пространственной решетчатой конструкции используют опорную стойку, которая по своей форме сходна с некоторыми моделями бетонных и железобетонных стоек, однако, выполнена из металла (например, из низкоуглеродистой стали), имеет сплошные цельнометаллические стенки, образующие полую конусообразную конструкцию. При этом, в целях повышения устойчивости к актам вандализма края, стенки гнутой из листового материала стойки или ее секции скрепляются болтовым или сварным креплением, расположенным с внутренней стороны стойки или ее секции.
Требуемая в различных условиях высота опорной стойки достигается за счет использования одной и более секций, при этом диаметр основания каждой секции незначительно превышает диаметр ее верхней части, что позволяет наращивать высоту опорной стойки, надвигая «елочкой» на верхнюю часть ниже расположенной секции более широкое основание выше расположенной секции. Для различных климатических зон, ветровых и ледовых нагрузок, а также числа секций (общей высоты стойки) необходимо использовать конструкции из металла разного качества и разной толщины. Теоретические расчеты прочности и экспериментальные данные позволяют рекомендовать использование металла (например, низкоуглеродистой стали) толщиной от 3 до 10 мм.
В зависимости от требуемой общей высоты опорной стойки и, соответственно, расчетной нагрузки, выбирают максимальный диаметр и число граней, составляющих опорную стойку секций.
На месте монтажа секции собираются в стойки с различным диаметром в нижней и верхней частях стоек, при этом, как правило, в поперечном сечении каждая стойка имеет от 6 до 24 граней и выполнена конусообразной с возможностью «елочного» соединения нижней,
верхней и, в случае необходимости, промежуточных стоек. Для повышения сопротивляемости коррозии все элементы стоек в процессе изготовления проходят процедуру горячего оцинкования.
Еще одним преимуществом предлагаемой конструкции является упрощенный способ установки опорной стойки, поскольку предлагаемая опорная стойка не предусматривает наличия фундамента, являющегося неотъемлемой частью пространственных металлических и бетонных опорных стоек. Для предлагаемой конструкции достаточно предусмотреть соответствующее заглубление нижней стойки в зависимости от характера грунта.
1
2
На Фиг.1 представлен общий вид предлагаемой опорной стойки на базе двух секций для ВЛ - 35 кВ, где Н - общая высота опорной стойки, H - высота нижней стойки (секции) 1, H - высота верхней стойки (секции) 2, d - максимальный диаметр стойки (секции) 2 (у нижнего торца), Т - траверсы крепления ВЛ.
Фиг.2 показывает поперечное сечение стойки по линии А-А.
Фиг.3 изображает стыковочный участок нижней и верхней стоек (секций)опорной стойки.
Как видно из Фиг.1 опорная стойка состоит в данном примере из двух частей: нижняя стойка 1 и верхняя стойка 2, состыкованных «елочкой» и образующих единую конусообразную конструкцию, лишенную выступающих частей и наружных крепежных элементов.
В поперечном сечении, представленном на Фиг.2, видно, что цельнометаллическая полая опорная стойка, приведенная в качестве примера на Фиг.1, имеет 12 граней, при этом толщина стенки 3 составляет t=6 мм.
На Фиг.3 видно, что в месте стыка секций 1 и 2 опорной стойки предусмотрено вхождение верхней части нижней секции 1 в нижнюю часть верхней секции 2 на оптимальную посадочную глубину Δh,
обеспечивая, таким образом, надежное крепление верхней секции преимущественно без использования дополнительных крепежных элементов.
Компьютерное моделирование ветровых и гололедных нагрузок в районах преимущественного использования предлагаемой опорной стойки, а также эксперименты с реально выполненными стойками опор позволили выявить наиболее рациональное соотношение между диаметром (d) нижней части верхней секции опорной стойки и посадочной глубиной (Δh) верхней секции на нижнюю. Таблица 1 показывает расчетные и практические параметры 30 различных видов типовых опорных стоек, предназначенных для различных климатических условий. Из приведенных в Таблице 1 данных видно, что при стандартных нагрузках зависимость посадочной глубины от диаметра нижней части верхней секции (верхней стойки) опорной стойки достаточно хорошо выражается экспериментально выведенной формулой: Δh=1,71d+10 см., где Δh - посадочная глубина, d - диаметр нижней части верхней секции (верхней стойки).
Таблица 1
№№ п/п
Толщина стенки (см)
Диаметр нижней части верхней секции (см)
Посадочная глубина в экспериментах(см)
Расчетная посадочная глубина (см)
1
0,3
18,4
40
41,5
2
0,3
23,4
50
50
3
0,35
24,3
50
51,6
4
0,35
25,9
56
54,3
5
0,35
27,7
60
57,4
6
0,35
29,6
60
60,6
7
0,4
30,1
60
61,5
8
0,4
31,9
66
64,5
9
0,4
031,3
66
63,5
10
0,4
33,6
70
67,5
11
0,45
33,7
70
67,6
12
0,45
37,6
76
74,3
13
0,45
40,4
80
79,1
14
0,45
38,2
76
75,3
15
0,45
40,7
80
79,6
16
0,45
43,4
86
84,2
17
0,45
43,5
86
87,4
18
0,45
47,3
90
90,9
19
0,5
59,6
110
111,9
20
0,45
43,3
86
84,0
21
0,45
43,3
86
87,0
22
0,5
63,9
117
119,3
23
0,6
43,3
86
84,0
24
0,6
46,1
90
88,8
25
0,6
52,8
100
100,3
26
0,6
58,4
106
109,9
27
0,6
49,4
96
94,5
28
0,6
70,5
130
130,6
29
0,6
52,8
100
100,3
30
0,6
77,0
135
141,7
Экспериментально было установлено, что при использовании опорных стоек нового типа возможно увеличение длины пролета ВЛ в 1,3 - 2,0 раза, что существенно удешевляет не только строительство ВЛ, но и значительно снижает эксплуатационные расходы по обслуживанию предлагаемых опорных стоек.
Как известно, эксплуатационные расходы по обслуживанию опор складываются из расходов на устранение обрывов ВЛ, антикоррозийной обработки элементов опорных стоек (например, окраска), восстановления изношенных или демонтированных крепежных элементов, регулирования нагрузки на траверсы и т.п.Испытания, проведенные в соответствии с требованиями РАО ЕС и АСК, подтвердили, что предлагаемая опорная стойка отвечает всем требованиям ГОСТ 23118-99[4], при этом по сравнению с бетонными опорами предлагаемая конструкция обеспечивает снижение эксплуатационных расходов по обслуживанию в 6-8 раз, а по сравнению с пространственными металлическими опорами в 4-6 раз.