Опоры прямостоечные
Опоры прямостоечные для воздушных линий электропередачи и контактной сети
Опоры прямостоечные представляют собой несущие конструкции вертикального типа, предназначенные для подвески проводов и грозозащитных тросов воздушных линий электропередачи (ВЛ) всех классов напряжения, а также для контактной сети электрифицированного транспорта (железные дороги, трамвай, троллейбус). В отличие от портальных и А-образных конструкций, они выполняются в виде одиночного вертикального ствола (стойки), который может быть как постоянного, так и переменного сечения. Основная функция – восприятие всех механических нагрузок (весовых, ветровых, гололедных, тяжения проводов) и передача их через фундамент в грунт.
Классификация прямостоечных опор
Прямостоечные опоры систематизируют по нескольким ключевым признакам, определяющим их конструктивное исполнение, материал и назначение.
1. По материалу изготовления
- Железобетонные (ЖБ): Наиболее распространенный тип для ВЛ 6-110 кВ, реже – 220 кВ. Изготавливаются из предварительно напряженного железобетона методом центрифугирования (стойки цилиндрические) или вибропрессования (конические стойки). Преимущества: долговечность (50 лет и более), стойкость к коррозии, низкие эксплуатационные затраты. Недостатки: большая масса, хрупкость при транспортировке и ударных нагрузках, высокая трудоемкость монтажа.
- Стальные: Применяются для ВЛ всех классов напряжения, включая ультравысокое (750 кВ, 1150 кВ). Выполняются в виде конических или цилиндрических многогранных стоек (граненых), собираемых из секций, либо в виде решетчатых мачт. Преимущества: высокая механическая прочность, меньший вес по сравнению с ЖБ при равной несущей способности, простота монтажа и транспортировки. Недостатки: необходимость защиты от коррозии (оцинковка, окраска), более высокая начальная стоимость.
- Деревянные: Используются преимущественно на ВЛ 0.4-10 кВ в лесных регионах. Материал – пропитанные антисептиком сосна или лиственница. Преимущества: низкая стоимость, простота обработки, диэлектрические свойства. Недостатки: ограниченный срок службы (20-30 лет), горючесть, подверженность гниению.
- Композитные: Современные опоры из полимерных композитных материалов (стеклопластик). Обладают малым весом, абсолютной коррозионной стойкостью, являются диэлектриками. Применяются в особых условиях (прибрежные зоны, химически агрессивные среды, стесненные городские условия). Основной недостаток – высокая стоимость и вопросы долговечности при длительном УФ-воздействии.
- Прямостоечные с подземной частью (заглубляемые): Стойка является продолжением надземной части и устанавливается непосредственно в котлован с последующей засыпкой и трамбовкой грунта или бетонированием. Характерно для ЖБ и деревянных опор.
- Прямостоечные, устанавливаемые на фундамент: Стойка (обычно стальная) крепится анкерными болтами к отдельно возводимому фундаменту (железобетонный монолитный, сборный или свайный). Это наиболее распространенный способ для стальных опор ВЛ высокого напряжения.
- Промежуточные: Составляют 80-90% всех опор на трассе. Предназначены для поддержания проводов на прямых участках линии. Рассчитаны в основном на вертикальные и поперечные нагрузки. Провода закреплены в поддерживающих гирляндах, допускающих продольное смещение.
- Анкерные: Устанавливаются на прямых участках для ограничения анкерного пролета, в местах изменения количества, сечения или марки проводов, а также на пересечениях с инженерными сооружениями. Воспринимают значительное одностороннее тяжение проводов и тросов. Провода закреплены в натяжных гирляндах жестко.
- Угловые: Устанавливаются в точках поворота трассы ВЛ. Воспринимают равнодействующую сил натяжения проводов смежных пролетов. Могут быть промежуточными (при малых углах поворота) и анкерными (при больших углах).
- Концевые: Являются разновидностью анкерных и устанавливаются в начале и конце линии, на подходах к подстанциям. Воспринимают одностороннее тяжение всех проводов.
- Специальные: Ответвительные, переходные (для пересечения рек, ущелий), транспозиционные (для перемены местами фаз проводов).
- Стойка: Коническая или цилиндрическая, с предварительным напряжением арматуры. Имеет стальные закладные детали (оголовки, хомуты) для крепления траверс.
- Траверса: Железобетонная или стальная горизонтальная или наклонная конструкция, закрепляемая на стойке и предназначенная для подвески проводов и изоляторов. Может быть одно-, двух- или многоярусной.
- Подкосы (ригели): Дополнительные железобетонные элементы, увеличивающие жесткость конструкции, применяются преимущественно на анкерно-угловых опорах.
- Сбор нагрузок: Учитываются постоянные (вес проводов, тросов, арматуры, самой опоры) и временные нагрузки (ветер на провода и опору, гололед, тяжение проводов в различных режимах – нормальном, аварийном, монтажном). Особое внимание уделяется комбинациям нагрузок.
- Определение расчетных усилий: Рассчитываются изгибающие моменты, поперечные и продольные силы в наиболее нагруженных сечениях (у обреза фундамента, в местах изменения сечения стойки, в узлах крепления траверс).
- Проверка прочности и устойчивости: Для ЖБ стоек проверяют прочность нормальных и наклонных сечений по бетону и арматуре, трещиностойкость. Для стальных – проверяют общую и местную устойчивость стенки и поясов стойки, прочность сварных и болтовых соединений, фланцев.
- Расчет фундаментов: Для стальных опор рассчитывают железобетонные фундаменты стаканного типа или на анкерных болтах на выдергивание, сдвиг и опрокидывание. Для ЖБ опор – проверяют несущую способность грунта и устойчивость против опрокидывания.
- Визуальный осмотр на наличие коррозии, трещин, отклонений от вертикали.
- Измерение крена (отклонения вершины от вертикали).
- Контроль защитных покрытий (лакокрасочных, оцинковки).
- Для ЖБ опор – измерение ширины раскрытия трещин, определение прочности бетона неразрушающими методами (склерометр, ультразвук).
- Контроль состояния фундаментов (обнажение арматуры, раскрытие трещин в бетоне).
- Унификация и оптимизация: Создание унифицированных семейств стальных многогранных опор, позволяющих покрыть широкий диапазон нагрузок и климатических условий минимальным набором типоразмеров.
- Внедрение высокопрочных сталей: Применение сталей с повышенным пределом текучести (до 590 МПа и выше) для снижения массы конструкции.
- Развитие композитных технологий: Увеличение доли композитных опор для ВЛ 6-35 кВ в специфических условиях, отработка технологий их соединения и крепления.
- Цифровизация: Оснащение критически важных опор датчиками крена, напряжения, вибрации для перехода к системе предиктивного (предсказательного) технического обслуживания.
- Меньшая масса (в 2-4 раза), что снижает затраты на транспортировку и упрощает монтаж в труднодоступной местности.
- Высокая прочность и сейсмостойкость.
- Возможность наращивания высоты за счет дополнительных секций.
- Отсутствие проблем с трещинообразованием при динамических нагрузках.
- Более длительный срок службы при качественном цинковании (до 50-70 лет).
2. По способу установки и закрепления в грунте
3. По несущей функции в трассе ВЛ
Конструктивные особенности и основные параметры
Конструкция прямостоечной опоры определяется ее назначением, классом напряжения, климатическими условиями района строительства (ветровой район, гололедная зона, температура) и требованиями нормативных документов (серии стандартов, типовые проекты).
Железобетонные прямостоечные опоры
Изготавливаются по сериям 3.407-115 (для ВЛ 35-110 кВ), 3.407-136 (для ВЛ 6-10 кВ) и другим. Основные элементы:
Таблица 1. Характеристики типовых железобетонных стоек для ВЛ 10 кВ
| Марка стойки | Длина, м | Расчетный изгибающий момент у грунта, кН*м | Масса, т | Применение |
|---|---|---|---|---|
| СВ 95 | 9.5 | 32 | 1.1 | Промежуточная для I-II ветровых районов |
| СВ 110 | 11.0 | 50 | 1.6 | Анкерно-угловая, промежуточная для тяжелых условий |
| СК 10.5 | 10.5 | 60 | 1.8 | Анкерно-угловая, конического сечения |
Стальные прямостоечные опоры (многогранные конические)
Представляют собой коническую граненую стойку, собранную из нескольких секций, соединенных фланцами на болтах. Изготавливаются из листовой стали, оцинковываются горячим способом. Крепление к фундаменту – через анкерную плиту в основании. Траверсы – стальные, пространственной конструкции, прикрепляются к стволу болтами. Обладают высокой унификацией и адаптивностью под различные условия.
Таблица 2. Сравнительные характеристики стальных прямостоечных опор для ВЛ 110 кВ
| Тип опоры | Высота до нижней траверсы, м | Масса металлоконструкции, т | Расчетная нагрузка на фундамент, кН | Область применения |
|---|---|---|---|---|
| П110-1 (промежуточная) | 14.5 | 2.8 — 3.5 | 200 — 300 | Прямые участки, нормальные условия |
| У110-1 (угловая промежуточная) | 15.0 | 4.0 — 5.0 | 350 — 500 | Углы поворота до 30° |
| А110-1 (анкерная) | 16.0 | 6.5 — 8.0 | 800 — 1200 | Анкерные пролеты, пересечения |
Расчет и проектирование прямостоечных опор
Расчет выполняется по методу предельных состояний в соответствии с требованиями СП 20.13330 (Нагрузки и воздействия) и отраслевых нормативов (ПУЭ, СТО 56947007-29.120.70). Опору рассматривают как жестко защемленную в грунте или на фундаменте консольную балку.
Монтаж, эксплуатация и диагностика
Монтаж прямостоечных опор включает подготовку трассы, устройство фундаментов (для стальных), установку стойки с помощью кранов, монтаж траверс и арматуры. Для ЖБ опор обязателен визуальный контроль на отсутствие трещин. Эксплуатация предполагает периодические осмотры (плановые, внеочередные). Диагностика включает:
Тенденции и перспективы развития
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Как определить необходимый тип железобетонной стойки для проекта ВЛ 10 кВ?
Выбор осуществляется по серии рабочих чертежей (например, серия 3.407-136). Ключевые параметры: длина стойки (определяет высоту подвеса провода), расчетный изгибающий момент у заделки (зависит от ветрового района, гололедной зоны, типа опоры – промежуточная или анкерная) и наличие подкоса. Необходимо выполнить сбор нагрузок согласно ПУЭ и сопоставить полученный момент с паспортным значением стойки.
2. Каковы главные преимущества стальных многогранных опор перед железобетонными?
3. Как бороться с коррозией на стальных опорах?
Основной метод – горячее цинкование всей металлоконструкции. Для ремонта поврежденного покрытия в полевых условиях применяют цинкнаполненные краски (холодное цинкование) по системе «цинковый спрей + покрывной финишный слой». Регулярные осмотры и своевременный ремонт локальных повреждений – обязательное условие.
4. Каковы допустимые отклонения опор от вертикали после монтажа?
Нормы регламентированы ПУЭ и РД. Для свободностоящих прямостоечных опор ВЛ 35 кВ и выше отклонение вершины от вертикали не должно превышать 1% от высоты опоры, но не более 150 мм. Для ВЛ 6-10 кВ – обычно не более 100 мм. Превышение этих значений требует проведения обследования и, возможно, усиления фундамента или распорок.
5. Когда требуется замена железобетонной прямостоечной опоры?
Показания к замене: наличие сквозных трещин в стойке шириной более 0.5 мм (кроме технологических), обнажение и коррозия напрягаемой арматуры, отклонение от вертикали, превышающее допустимые нормы, значительное разрушение бетона в зоне заделки (уровня земли) с потерей сечения более 15-20%, исчерпание несущей способности при реконструкции линии.
6. Какой тип фундамента предпочтительнее для стальной прямостоечной опоры в слабых грунтах?
В условиях слабых, обводненных или пучинистых грунтов применяются фундаменты глубокого заложения: свайные (буронабивные или забивные) с ростверком, к которому крепится стойка. Это позволяет передать нагрузку на более плотные слои грунта и избежать негативного влияния сил морозного пучения.