Опоры оцинкованные граненые
Опоры оцинкованные граненые: конструкция, технология, применение и нормативная база
Опоры оцинкованные граненые представляют собой специализированные металлоконструкции конической формы, собираемые из стальных листов, согнутых в грани. Основное назначение – выполнение функций несущего элемента в воздушных линиях электропередачи (ВЛ) напряжением от 35 кВ и выше, а также в контактных сетях электрифицированного транспорта и линиях освещения магистрального класса. Конструкция является полой, что обеспечивает значительное снижение веса и парусности по сравнению со сплошностенными элементами при сохранении высоких прочностных характеристик.
Конструктивные особенности и геометрия
Граненая коническая форма является ключевым фактором, определяющим механические свойства опоры. Сечение ствола представляет собой правильный многогранник, чаще всего с 12, 16 или 20 гранями. Количество граней напрямую влияет на приближение формы к идеальному кругу и, соответственно, на устойчивость к ветровым и гололедным нагрузкам.
- Ствол (тело опоры): Состоит из отдельных секций (пакетов), которые стыкуются между собой фланцевыми или втулочными соединениями. Длина каждой секции варьируется от 4.5 до 12 метров в зависимости от типа и назначения опоры.
- Грани: Изготавливаются методом холодного радиального гиба из листовой стали толщиной от 3 до 10 мм. Грани соединяются между собой продольными сварными швами.
- Траверсы: Несущие элементы для крепления изоляторов и проводов. Изготавливаются из гнутых профилей или труб, имеют сложную пространственную форму для обеспечения требуемых габаритов до проводов.
- Фундаментная часть (оголовок): Нижняя часть опоры, предназначенная для крепления к фундаменту. Обычно выполняется в виде усиленного пакета с фланцем или специальной опорной плитой.
- Люки и скобы: Предусматриваются для доступа внутрь опоры при монтаже и обслуживании, а также для подъема на вершину.
- Подготовка поверхности: обезжиривание, травление, промывка, флюсование.
- Погружение конструкции в ванну с расплавленным цинком при температуре 440-460°C.
- Контроль толщины покрытия, которая должна составлять не менее 80-120 мкм (для условий повышенной агрессивности – до 160 мкм).
- Промежуточные (П): Предназначены для поддержания проводов на прямых участках трассы. Рассчитаны в основном на вертикальные и поперечные нагрузки.
- Анкерные (А) или Угловые анкерные (УА): Устанавливаются на прямых участках для ограничения анкерного пролета, а также в местах изменения направления трассы. Воспринимают значительную продольную нагрузку от натяжения проводов.
- Угловые (У): Устанавливаются в точках поворота трассы. Воспринимают результирующую нагрузку от тяжения проводов.
- Концевые (К): Устанавливаются в начале и конце ВЛ, на подходах к подстанциям. Воспринимают одностороннее тяжение всех проводов.
- Ответвительные и транспозиционные: Специальные конструкции.
- Прямостоечные (стоячие): Монтируются непосредственно на фундамент (стаканного типа или на анкерных болтах).
- Портальные (ПК, ПА): Состоят из двух стоек (ног), соединенных ригелем. Требуют более сложного фундаментного основания.
- Вертикальные (G): Вес проводов, изоляторов, гололеда на проводах и элементах опоры, собственный вес конструкции.
- Горизонтальные поперечные (W): Давление ветра на провода и на опору, воздействие от угла поворота трассы.
- Горизонтальные продольные (T): Натяжение проводов в неработающем состоянии (обрыв, неравномерное тяжение), тормозные усилия в контактных сетях.
- Высокая прочность при малом весе.
- Отличная аэродинамика и низкая парусность.
- Долговечность (50+ лет) благодаря горячему цинкованию.
- Технологичность транспортировки и монтажа (секционность).
- Эстетичный внешний вид.
- Высокая начальная стоимость.
- Требовательность к качеству изготовления и сварки.
- Необходимость в специальном грузоподъемном оборудовании для монтажа.
- Риск повреждения цинкового слоя при транспортировке.
- Приемка и проверка комплектности на складе.
- Подготовка фундамента (закладных деталей или стакана).
- Сборка первой (нижней) секции с использованием крана.
- Последовательное наращивание секций с контролем вертикальности по отвесу или теодолиту.
- Крепление всех болтовых соединений с проектным моментом затяжки.
- Установка и выверка траверс.
- Монтаж арматуры (изоляторов, заземляющих устройств).
- ГОСТ 52695-2006: Опоры стальные граненые конические для воздушных линий электропередачи. Общие технические условия.
- СП 16.13330.2017 (актуализированная версия СНиП II-23-81*): Стальные конструкции.
- ГОСТ Р 58033-2017 (ЕН 1993-3-1:2006): Еврокод 3. Проектирование стаческих конструкций. Часть 3-1. Мачты и трубы.
- ПУЭ 7-е изд.: Правила устройства электроустановок.
- РД 34.20.185-94: Инструкция по проектированию стальных конструкций опор ВЛ.
- Отклонение оси опоры от вертикали: не более 1/200 от высоты опоры, но не более 150 мм для ВЛ до 500 кВ.
- Разность отметок опорных поверхностей смежных опор в пролете: не более 0.5 м.
- Зазор в стыковых фланцевых соединениях: не более 3 мм.
- Момент затяжки высокопрочных болтов: контролируется динамометрическим ключом согласно проекту.
Материалы и технология оцинкования
Для производства используется конструкционная сталь марок по ГОСТ 27772 (С235, С255, С275, С345) или аналогичных. Основным защитным покрытием является горячее цинкование по ГОСТ 9.307-89. Этот процесс обеспечивает создание на поверхности стали многослойного сплава железа и цинка, а также внешнего слоя чистого цинка.
Этапы горячего цинкования:
Такое покрытие обеспечивает два вида защиты: барьерную (изоляция металла от среды) и электрохимическую (протекторную). Срок службы оцинкованного покрытия в атмосферных условиях типа С1-С3 (по ISO 9223) составляет 50-70 лет и более.
Классификация и типы граненых опор
Классификация производится по нескольким ключевым признакам.
По назначению и функции в ВЛ:
По способу установки:
По напряжению ВЛ:
Геометрические размеры и изоляционные расстояния строго нормированы в зависимости от класса напряжения.
| Класс напряжения ВЛ, кВ | Высота опоры, типовой диапазон, м | Количество траверс, шт | Особенности конструкции |
|---|---|---|---|
| 35-110 | 16-26 | 1-2 | Компактные траверсы, часто одноцепное исполнение. |
| 150-220 | 24-42 | 2-3 | Усиленные траверсы, распространены двухцепные исполнения. |
| 330-500 | 32-50 | 3-4 | Наличие расщепленных фаз, V-образные оттяжки траверс. |
| 750-1150 | 45-65 и более | 4 и более | Сложные пространственные системы, многоярусные траверсы, системы грозозащиты. |
Проектирование и расчет нагрузок
Расчет опор выполняется в соответствии с требованиями серии стандартов ГОСТ Р 58033 (ЕН 1993-3-1) и отраслевых руководящих документов (РД). Основные нагрузки:
Расчет ведется на сочетания нагрузок в нормальном, аварийном и монтажном режимах работы ВЛ. Проверяется прочность элементов и соединений, общая устойчивость, деформативность (прогиб вершины).
Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами опор
| Тип опоры | Преимущества | Недостатки |
|---|---|---|
| Оцинкованные граненые | ||
| Железобетонные (вибрированные, центрифугированные) | Низкая стоимость, устойчивость к коррозии в агрессивных почвах. | Большой вес, хрупкость при транспортировке, низкая ремонтопригодность, склонность к образованию трещин. |
| Решетчатые (стальные, с окраской) | Меньшая металлоемкость для сверхвысоких напряжений, модульность. | Большая парусность, сложность защиты от коррозии (много стыков), необходимость периодической подкраски, менее эстетичны. |
Транспортировка, монтаж и эксплуатация
Транспортировка осуществляется пакетами секций на специальном подвижном составе. Для предотвращения повреждений используются деревянные прокладки и строповочные приспособления.
Основные этапы монтажа:
В эксплуатации требуется периодический визуальный осмотр состояния цинкового покрытия, болтовых соединений и сварных швов. Места механических повреждений цинка должны быть незамедлительно восстановлены цинкнаполненными составами (холодное цинкование).
Нормативные документы и стандарты
ГОСТ 9.307-89: Покрытия цинковые горячие. Общие требования и методы контроля.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем граненая опора принципиально отличается от трубчатой (конической)?
Граненая опора изготавливается из листовой стали, согнутой в грани, и собирается на продольных сварных швах. Трубчатая коническая опора производится методом радиальной гибки и продольной сварки цельного стального листа или на трубопрокатных станах, что делает ее более дорогой для больших диаметров. Граненая технология позволяет экономить металл и упрощает производство секций переменной толщины стенки.
Почему для защиты выбрано именно горячее цинкование, а не порошковая окраска или другие методы?
Горячее цинкование обеспечивает протекторную (катодную) защиту, которая работает даже при мелких повреждениях покрытия. Толщина покрытия (80-120 мкм и более) значительно превышает толщину лакокрасочных слоев. Оно имеет высокую адгезию (сплавление с основным металлом) и износостойкость. Порошковая окраска, хотя и долговечна, обеспечивает лишь барьерную защиту и при повреждении приводит к очаговой коррозии.
Как определяется толщина стенки ствола опоры?
Толщина стенки является переменной величиной по высоте опоры и определяется расчетом на прочность и устойчивость для каждого участка (пакета). Нижние секции, воспринимающие максимальные изгибающие моменты, имеют наибольшую толщину (до 8-10 мм). К вершине толщина уменьшается (до 3-4 мм). Это позволяет оптимизировать расход металла.
Каковы допустимые отклонения при монтаже?
Нормативными документами регламентируются:
Как производится ремонт поврежденного цинкового покрытия в полевых условиях?
Для ремонта используется технология «холодного цинкования». Поврежденный участок зачищается до чистого металла щеткой или абразивом. Затем в 2-3 слоя с межслойной сушкой наносится цинкнаполненный состав (содержание цинка в сухой пленке не менее 94%). Такое покрытие обеспечивает как барьерную, так и протекторную защиту и совместимо с основным горячеоцинкованным покрытием.
Каков расчетный срок службы оцинкованной граненой опоры?
При соблюдении условий производства, монтажа и эксплуатации расчетный срок службы стальной конструкции с горячеоцинкованным покрытием в атмосфере типов С1-С3 составляет не менее 50 лет. Фактический срок может превышать 70-80 лет, что подтверждается опытом эксплуатации первых линий с такими опорами, построенных в середине XX века.
В чем преимущество втулочного соединения секций перед фланцевым?
Втулочное (телескопическое) соединение, когда одна секция входит в другую, обеспечивает более плавное изменение жесткости по высоте, улучшает эстетический вид и снижает ветровую нагрузку за счет отсутствия выступающих фланцев. Однако оно требует более высокой точности изготовления и усложняет процесс монтажа и выверки. Фланцевое соединение проще в производстве и монтаже, обеспечивает легкий доступ к внутренней полости, но создает концентраторы напряжений и имеет большую парусность.