Опоры 20 метров

Опоры воздушных линий электропередачи высотой 20 метров: конструктивные особенности, типы и области применения

Опоры воздушных линий электропередачи (ВЛ) высотой 20 метров представляют собой ключевые инженерные сооружения, применяемые для подвески проводов и грозозащитных тросов на средних и высоких уровнях напряжения. Данная высота является одной из наиболее распространенных в сетях 35-110 кВ, а также в отдельных участках линий 220 кВ, где требования к габаритам и механической прочности диктуют использование промежуточных и анкерных конструкций повышенной надежности. Выбор 20-метровой опоры обусловлен необходимостью обеспечения нормативных расстояний от проводов до земли, пересекаемых объектов и между фазами при значительных механических нагрузках и длинах пролетов.

Классификация и типы опор высотой 20 метров

Опоры высотой 20 метров классифицируются по нескольким ключевым признакам: материалу изготовления, назначению (функции в трассе ВЛ), конструктивному исполнению и величине передаваемого напряжения.

1. По материалу изготовления

• Железобетонные (сборные и вибрированные): Наиболее массово применяемые в сетях 35-110 кВ. Изготавливаются из предварительно напряженного железобетона. Для достижения высоты 20 метров используются составные конструкции (например, две стойки СВ 110-5 по 10,5 метров каждая с дополнительной железобетонной или металлической пасынковой частью). Отличаются долговечностью (50 лет и более), стойкостью к агрессивным средам, но имеют значительную массу.
• Металлические (многогранные конические и решетчатые): Применяются на линиях 110-220 кВ, особенно в качестве анкерных, угловых и переходных опор. Изготавливаются из оцинкованной стали. Многогранные конические опоры (МГК) получили широкое распространение благодаря технологичности, относительно малой массе, удобству транспортировки и монтажа. Решетчатые конструкции (типа «куст») используются при особо высоких нагрузках.
• Деревянные (пропитанные): В современной практике для высоты 20 метров применяются редко, преимущественно в лесных районах для линий 35 кВ. Требуют специальной антисептической пропитки под давлением. Для достижения необходимой высоты могут компоноваться из нескольких частей.

2. По назначению в трассе ВЛ

• Промежуточные одно- и двухцепные: Устанавливаются на прямых участках трассы. Предназначены только для поддержки проводов и тросов. Рассчитаны на нормальные нагрузки от веса проводов, гололеда и ветра. Составляют 80-90% всех опор на линии.

Анкерные: Устанавливаются на прямых участках для восприятия продольной нагрузки от разности тяжения проводов в смежных пролетах (например, при обрыве провода). Имеют более жесткую и прочную конструкцию, часто выполняются с оттяжками. Высота 20 метров для анкерных опор актуальна для линий 110 кВ.

• Угловые: Устанавливаются в точках поворота трассы линии. Воспринимают результирующую нагрузку от тяжения проводов, направленную по биссектрисе угла поворота. Могут быть промежуточными (для углов до 20-30°) и анкерного типа (для больших углов).
• Концевые: Устанавливаются в начале и конце линии, на подходах к подстанциям. Воспринимают одностороннее тяжение всех проводов и тросов.
• Переходные: Опоры повышенной прочности и высоты (часто более 20 метров), устанавливаемые при пересечении ВЛ различных инженерных сооружений (автодорог, железных дорог, других ЛЭП, водных преград). Могут иметь высоту, увеличенную за счет удлиненных стоек или надставок.

Конструктивные особенности и расчетные нагрузки

Конструкция 20-метровой опоры представляет собой пространственную систему, рассчитываемую на восприятие постоянных и временных нагрузок согласно нормативным документам (ПУЭ, СНиП, серии 3.407.1).

• Постоянные нагрузки: Собственный вес опоры, проводов, тросов, линейной арматуры и изоляторов.
• Климатические нагрузки (ветровые и гололедные): Нагрузки от давления ветра на провода, тросы и конструкцию опоры, а также от веса гололедных отложений. Расчет ведется для конкретного ветрового района (I-VIII) и гололедного района (I-V). Наибольшие нагрузки возникают при сочетании гололеда с ветром пониженной скорости.
• Аварийные и монтажные нагрузки: Нагрузки, возникающие при обрыве одного или нескольких проводов, тросов, а также в процессе монтажа.

Для опор высотой 20 метров критически важным является расчет на устойчивость и прочность узла заделки в фундамент, а также учет гибкости ствола. Металлические опоры часто выполняются с переменным сечением по высоте (конические) для оптимизации материалоемкости.

Области применения и типовые проекты

Опоры высотой 20 метров находят применение в следующих основных сферах:

• ВЛ 35 кВ: Как правило, в качестве анкерных, угловых и переходных опор. Промежуточные опоры для 35 кВ часто имеют меньшую высоту (9-13 метров).

ВЛ 110 кВ: Основная область применения. Стандартные промежуточные одноцепные железобетонные опоры ПБ 110-5 (высота 17,5-19,5 м) и их металлические аналоги, а также двухцепные ПБ 110-6. Для анкерных опор используются усиленные конструкции типа УБ 110-5, УС 110-5.

• ВЛ 220 кВ: Применяются на участках с нестандартными условиями (например, в горной местности, при пересечениях), где требуются увеличенные габариты. Чаще это специальные металлические опоры.
• Подходы к подстанциям: Концевые опоры высотой 20 метров используются для ввода воздушных линий на ОРУ подстанций 110/35 кВ.

Таблица: Сравнительные характеристики типовых опор высотой около 20 метров

Тип опоры (по серии)	Материал	Назначение	Расчетное напряжение, кВ	Высота до нижней траверсы, м	Масса, т (приблизительно)	Особенности
ПБ 110-5	Железобетон	Промежуточная одноцепная	110	17,5	2.8 — 3.2	Сборная из двух стоек, универсальная
УС 110-5	Железобетон	Анкерно-угловая одноцепная	110	18.5	4.5 — 5.5	Усиленная, с оттяжками
П 110-6	Металл (МГК)	Промежуточная двухцепная	110	19.0	1.8 — 2.2	Многогранная коническая, малая парусность
У 110-3	Металл (решетчатая)	Анкерная одноцепная	110	20.5	3.0 — 4.0	Повышенная несущая способность

Фундаменты и заземление

Устойчивость 20-метровой опоры обеспечивается надежным фундаментом. Тип фундамента выбирается в зависимости от грунтовых условий и материала опоры:

• Для железобетонных опор: Применяются преимущественно свайные фундаменты (железобетонные сваи, погружаемые в грунт) или стаканные фундаменты (для плотных грунтов). Стойка опоры устанавливается в стакан и заливается бетонной смесью.
• Для металлических опор: Используются анкерные фундаменты с болтовыми соединениями (анкерами), замоноличенными в бетонный блок, либо плитные фундаменты. В слабых грунтах применяются свайные ростверки.

Заземление металлических и железобетонных опор ВЛ 35 кВ и выше является обязательным. Заземляющее устройство (контур) обеспечивает стекание тока молнии в землю и снижение шагового напряжения. Обычно состоит из горизонтального заземлителя (полосовая сталь), соединяющего все стойки в ряду, и вертикальных электродов.

Транспортировка, монтаж и эксплуатация

Транспортировка 20-метровых опор, особенно железобетонных, представляет собой сложную логистическую задачу из-за габаритов и массы. Составные опоры перевозятся по частям. Монтаж выполняется с применением грузоподъемных механизмов соответствующей грузоподъемности и высоты подъема (автокраны, краны-установщики). Процесс включает установку фундамента, сборку опоры (если она составная), подъем и установку в проектное положение, выверку, закрепление на фундаменте, монтаж траверс, изоляторов и, на завершающем этапе, проводов и тросов.

Эксплуатация включает периодические осмотры (визуальные, инструментальные), проверку целостности элементов, качества защитных покрытий (антикоррозионного для металла), состояния заземления, отклонения от вертикали.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем обусловлена именно высота 20 метров для опор ВЛ 110 кВ?

Высота определяется нормативными требованиями ПУЭ (Правила устройства электроустановок) к габаритному расстоянию от провода до земли. Для ВЛ 110 кВ в населенной местности оно должно быть не менее 7 м, в ненаселенной – 6 м. С учетом максимальной стрелы провеса провода (до 3-4 метров в длинном пролете при высокой температуре или гололеде), высоты траверсы (3-4 м) и запаса, необходимая высота крепления провода на опоре составляет 12-14 метров от земли. Конструктивная высота опоры в 20 метров обеспечивает выполнение этих условий с учетом заглубления фундамента.

Какие основные преимущества металлических МГК опор перед железобетонными?

• Меньшая масса (в 1.5-2 раза), что снижает затраты на транспортировку и упрощает монтаж.
• Большая конструктивная гибкость: легче создавать опоры сложной конфигурации (для больших углов поворота, переходные).
• Лучшее сопротивление ветровым и гололедным нагрузкам из-за аэродинамичной формы.
• Возможность наращивания высоты за счет добавления секций.
• Более длительный срок службы при качественном оцинкованном покрытии (до 50-70 лет).

Как рассчитывается и обеспечивается устойчивость 20-метровой опоры при ветровых нагрузках?

Устойчивость обеспечивается комплексно: правильным расчетом фундамента на опрокидывание и сдвиг, выбором типа опоры с достаточной жесткостью ствола, а в случае анкерных и угловых опор – применением оттяжек. Расчет ведется на наихудшее сочетание климатических факторов (гололед + ветер) с учетом коэффициента надежности. Для высоких металлических опор критическим параметром является также собственная частота колебаний, которая не должна совпадать с частотой вибрации от ветрового воздействия (явление резонанса).

Каковы особенности монтажа проводов на высоких опорах?

Монтаж проводов на опорах высотой 20 метров требует особого внимания к технике безопасности и применяемым технологиям. Используется метод натяжения провода участками между анкерными опорами. Провод раскатывается, соединяется в петли, затем натягивается лебедками до проектного тяжения с контролем по динамометрам или визуально (по стреле провеса). На промежуточных опорах провод закрепляется в поддерживающих гирляндах изоляторов. Все работы на высоте выполняются бригадами, имеющими допуск к верхолазным работам, с использованием монтажных люлек и страховочных систем.

Какой тип фундамента является наиболее надежным для 20-метровой металлической опоры в слабых (пучинистых) грунтах?

В слабых и пучинистых грунтах наиболее надежным и распространенным решением является свайный фундамент с ростверком. Сваи (железобетонные забивные или буронабивные) заглубляются ниже глубины промерзания, передавая нагрузку на более плотные слои грунта. Металлический ростверк (рама), объединяющий сваи, служит основанием для крепления опоры анкерными болтами. Такой фундамент эффективно противостоит силам морозного пучения и обеспечивает необходимую несущую способность.