Опоры силовые трубчатые

Опоры силовые трубчатые: конструкция, применение и нормативная база

Опоры силовые трубчатые представляют собой класс опор воздушных линий электропередачи (ВЛ) и контактной сети, основным несущим элементом которых является стальная труба, используемая в качестве стойки. В отличие от многогранных конических опор (МКС), трубчатые опоры, как правило, имеют постоянный диаметр по всей длине или состоят из нескольких состыкованных труб. Они нашли широкое применение в сетях среднего и низкого напряжения, а также в качестве элементов более сложных конструкций в сетях высших классов напряжения.

Конструктивные особенности и материалы

Конструкция трубчатой опоры является пространственной ферменной системой. Основные элементы включают:

• Стойка (ствол): Выполнена из прямошовной или спиральношовной электросварной стальной трубы. Толщина стенки варьируется от 3 до 10 мм в зависимости от расчетной нагрузки и длины. Диаметр стойки может составлять от 76 мм для легких опор 10 кВ до 426 мм и более для промежуточных и анкерных опор 35-110 кВ.
• Траверсы: Предназначены для крепления изоляторов и проводов. Выполняются из гнутых профилей (швеллер, уголок) или труб меньшего диаметра. Конструкция траверсы определяет схему расположения проводов (треугольник, горизонталь, «бочка»).
• Оттяжки (раскосы) и система связей: Обеспечивают пространственную жесткость и устойчивость опоры. Выполняются из круглой стали, полосы или труб. В безраскосных конструкциях жесткость обеспечивается за счет увеличения диаметра и толщины стенки стойки.
• Оголовок: Верхняя часть стойки, к которой крепятся траверсы. Может быть выполнена как единое целое со стойкой или как отдельный сварной узел.
• Фундамент (закладная деталь): Для трубчатых опор наиболее характерно крепление к железобетонному фундаменту стаканного типа с помощью анкерных болтов. Также применяется прямое бетонирование нижней части стойки в пробуренном котловане (безфундаментный способ).
• Антикоррозионное покрытие: Наиболее распространенным и эффективным методом является горячее цинкование. Альтернативой выступают комбинированные покрытия (цинк-полимерные, грунт-эмаль), наносимые методом газотермического напыления или пневмораспылением.

Классификация и типы трубчатых опор

Классификация осуществляется по нескольким ключевым признакам:

По назначению в линии электропередачи:

• Промежуточные: Устанавливаются на прямых участках трассы. Воспринимают вертикальные нагрузки от веса проводов, изоляторов и гололеда, а также горизонтальные поперечные нагрузки от ветра на провода и опору.
• Анкерные: Устанавливаются на прямых участках для ограничения анкерного пролета, а также в местах изменения направления трассы, пересечениях с инженерными сооружениями. Воспринимают продольную нагрузку от несимметричного натяжения проводов и тросов. Конструктивно отличаются повышенной жесткостью и массой.
• Угловые: Устанавливаются в точках поворота трассы. Воспринимают результирующую нагрузку от натяжения проводов, направленную по биссектрисе угла поворота линии.
• Концевые: Устанавливаются в начале и конце линии, на подходах к подстанциям. Работают на неравенство натяжения проводов со стороны линии и со стороны подстанции (часто равное нулю).
• Ответвительные и транформаторные: Специализированные опоры для выполнения ответвлений от основной линии и установки силовых трансформаторов.

По количеству цепей:

• ОдноЦепные (для одной трехфазной цепи)
• ДвухЦепные (для двух трехфазных цепей)

По конструктивному исполнению стойки:

• Одностоечные (свободностоящие): Жесткость обеспечивается фундаментом и собственным моментом сопротивления стойки.
• С оттяжками (вантовые): Устойчивость обеспечивается системой стальных канатных оттяжек, закрепленных на анкерах. Позволяют использовать стойки меньшего диаметра и массы, но требуют большей площади отвода земли.
• Портальные: Состоят из двух трубчатых стоек, соединенных горизонтальной или треугольной траверсой. Применяются для ВЛ 110 кВ и выше, а также на подстанциях.

Область применения и преимущества

Трубчатые опоры доминируют в сетях 6-35 кВ, широко используются для ВЛ 110 кВ и в качестве элементов контактной сети железных дорог. Их применение также распространено в качестве опор наружного освещения, светофоров, антенных сооружений связи.

Основные преимущества:

• Высокая скорость монтажа: Готовые оцинкованные секции соединяются на болтах, что минимизирует сварочные работы на трассе.
• Меньшая металлоемкость по сравнению с некоторыми типами железобетонных опор при равной несущей способности.
• Длительный срок службы при качественном антикоррозионном покрытии (до 50 лет и более).
• Удобство транспортировки: Возможность перевозки комплектующих стандартным автотранспортом.
• Ремонтопригодность: Возможность замены поврежденного элемента (траверсы, раскоса) без демонтажа всей опоры.
• Эстетичность: Более современный и менее громоздкий вид по сравнению с железобетонными аналогами.

Ограничения и недостатки:

• Более высокая начальная стоимость по сравнению с железобетонными опорами.
• Необходимость надежной защиты от коррозии.
• Для свободностоящих опор высокого класса напряжения требуются массивные фундаменты.

Нормативная и расчетная база

Проектирование, изготовление и монтаж трубчатых опор регламентируется комплексом нормативных документов:

• ПУЭ (Правила устройства электроустановок) – определяют основные требования к ВЛ.
• СНиП 2.01.07-85
• (Нагрузки и воздействия) – содержит данные по ветровым, гололедным и климатическим нагрузкам.
• ГОСТ 32931-2015 – Опоры стальные трубчатые воздушных линий электропередачи. Общие технические условия. Ключевой стандарт, заменяющий устаревшие серии.
• ГОСТ 9.307-89 – Покрытия цинковые горячие.
• Серія 3.407.1-136 – Типові проекти сталевих опор для ВЛ 35-110 кВ (актуальна для Украины).

Расчет опор выполняется по методу предельных состояний на сочетания нагрузок: нормальный режим (гололед, ветер, низкая температура), аварийный режим (обрыв провода) и монтажный режим.

Сравнительная таблица характеристик трубчатых опор для ВЛ 10 кВ

Вопросы монтажа и эксплуатации

Монтаж включает этапы: подготовка фундамента (установка закладной детали, бетонирование), сборка опоры на земле (соединение секций, навеска траверс и изоляторов), подъем и установка стойки в стакан фундамента с последующим выверкой по вертикали, затяжка анкерных болтов и заполнение стакана бетонной смесью или цементно-песчаным раствором. Для безфундаментных опор используется техника бурения с последующим погружением стойки и бетонированием.

Эксплуатация требует периодических осмотров для контроля состояния антикоррозионного покрытия, проверки затяжки болтовых соединений, отсутствия деформаций и трещин в металле, особенно в зонах концентрации напряжений (сварные швы, отверстия).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем трубчатые опоры принципиально отличаются от многогранных конических (МКС)?

Основное отличие – в профиле стойки. Трубчатые опоры используют круглую трубу (постоянного сечения или составную), в то время как МКС изготавливаются из гнутых и сварных стальных листов, образуя многогранный конический ствол. МКС, как правило, обладают более высокой жесткостью на изгиб при меньшем весе и часто не требуют раскосов, что делает их более предпочтительными для ВЛ 110 кВ и выше в свободностоящем исполнении. Трубчатые опоры проще в изготовлении для небольших серий.

Какой срок службы у оцинкованной трубчатой опоры?

При соблюдении технологии горячего цинкования (толщина покрытия 80-120 мкм по ГОСТ 9.307) и в нормальных атмосферных условиях (неагрессивная среда) срок службы до первого капитального ремонта покрытия составляет 25-35 лет. Общий срок службы конструкции может превышать 50 лет при своевременном обслуживании и восстановлении защитного слоя.

Можно ли наращивать или ремонтировать трубчатую опору в процессе эксплуатации?

Да, это одно из преимуществ сборных металлоконструкций. Поврежденный элемент (раскос, участок траверсы) может быть заменен. Наращивание высоты опоры – более сложная процедура, требующая полного демонтажа траверс, приварки или болтового соединения дополнительной секции трубы, пересчета нагрузок и, возможно, усиления фундамента. Такие работы должны выполняться по проекту, согласованному с эксплуатирующей организацией.

Как выбрать между свободностоящей опорой и опорой с оттяжками?

Выбор определяется технико-экономическим расчетом. Свободностоящие опоры имеют меньший занимаемый периметр, но требуют более мощной стойки и фундамента. Опоры с оттяжками дешевле в изготовлении, но требуют значительной площади для размещения анкеров оттяжек (охранная зона становится шире), а также подвержены риску повреждения оттяжек при сельскохозяйственных работах. В стесненных условиях (насыпи, вырезы, городская застройка) предпочтительны свободностоящие опоры.

Каковы требования к фундаментам под трубчатые опоры?

Тип фундамента (стаканный, свайный, плитный, анкерный) выбирается по результатам инженерно-геологических изысканий. Основные параметры – глубина промерзания грунта, несущая способность, уровень грунтовых вод. Для стаканных фундаментов критически важна точность установки закладной детали (анкерных болтов) по осям и высоте. Зазор между стенкой стакана и стойкой после выверки заполняется бетоном класса не ниже В15.

Как учитывается гололедная нагрузка при подборе опоры?

Гололедная нагрузка является одним из ключевых расчетных случаев. В спецификации и типоразмере опоры всегда указывается район по гололеду (I-V) и ветру (I-VII), для которого она рассчитана. Например, обозначение «Опора ПУ110-3 для III района по гололеду» означает, что механическая прочность опоры обеспечена при толщине стенки гололеда, регламентированной для III района (по СНиП или актуальным нормам). Установка опоры, рассчитанной на меньший район, в местности с более тяжелыми условиями недопустима.