Стальные опоры

Добавлено 30.10.2025

Стальные опоры для воздушных линий электропередачи и освещения: классификация, конструкция, монтаж и эксплуатация

Стальные опоры являются несущими конструкциями, предназначенными для подвески проводов и грозозащитных тросов воздушных линий электропередачи (ВЛ) напряжением от 0.4 кВ до 1150 кВ, а также для установки светотехнического оборудования в системах наружного освещения. Их основная функция – обеспечение необходимых габаритов до земли и между фазами, восприятие механических нагрузок от веса проводов, гололеда, ветра и поддержание требуемого положения проводов в пролете. Конструктивно они представляют собой пространственные металлические сооружения, изготавливаемые преимущественно из стали углеродистых и низколегированных марок, защищенных от коррозии методом горячего цинкования.

Классификация стальных опор

Классификация стальных опор осуществляется по нескольким ключевым признакам, определяющим их назначение, конструктивное исполнение и условия работы.

1. По назначению на ВЛ

Промежуточные опоры (П): Устанавливаются на прямых участках трассы. Предназначены для поддержания проводов и тросов в анкерном пролете. В нормальном режиме воспринимают вертикальные и горизонтальные (поперечные) нагрузки. Составляют 80-90% всех опор на линии.
Анкерные опоры (А): Устанавливаются на пересечениях с инженерными сооружениями, в местах изменения трассы, на переходах через естественные преграды, а также на прямых участках для ограничения механической длины пролета. Рассчитаны на восприятие значительной продольной нагрузки от разности тяжения проводов и тросов в смежных пролетах. Имеют более жесткую и массивную конструкцию.
Угловые опоры (У): Устанавливаются в точках поворота трассы линии. Воспринимают результирующую нагрузку от тяжения проводов, направленную по биссектрисе угла поворота. При углах поворота более 20° часто выполняются как анкерно-угловые.
Концевые опоры (К): Разновидность анкерных опор, устанавливаются в начале и конце линии, а также на подходах к подстанциям. Воспринимают одностороннее тяжение всех проводов и тросов.
Специальные опоры: К ним относятся транспозиционные (для изменения расположения фаз), ответвительные, переходные (для больших переходов через реки, ущелья), опоры повышенной высоты и др.

2. По способу закрепления в грунте

Прямостоечные (железобетонный фундамент): Стержень опоры (стойка) устанавливается непосредственно в стакан фундамента или прикрепляется к закладным деталям. Требует устройства сборного или монолитного железобетонного фундамента.
Портальные с оттяжками: Конструкция удерживается в проектном положении с помощью стальных канатных оттяжек, заанкеренных в грунте. Обладает меньшей материалоемкостью, но требует большей площади отвода земли.
Силовые (забивные, винтовые): Опора представляет собой коническую стойку (сваю), которая погружается в грунт методом забивки или ввинчивания без устройства традиционного фундамента. Применяются в основном для ВЛ до 110 кВ и освещения.

3. По конструктивной форме

Одностоечные (мачтовые, «свечи»): Чаще применяются для ВЛ до 35 кВ и освещения. Могут быть свободностоящими или на оттяжках.
Портальные (П-образные, А-образные): Состоят из двух стоек, соединенных в верхней части траверсой или ригелем. Применяются для ВЛ 110 кВ и выше.
Трех- и четырехгранные пространственные конструкции (башни): Наиболее распространенный тип для ВЛ 220 кВ и выше. Обладают высокой пространственной жесткостью и несущей способностью.

4. По технологии изготовления

Сварные из листового проката: Изготавливаются из стального листа, раскроенного на полосы-«перьях», которые затем свариваются в многогранные секции. Современный, технологичный и экономичный тип.
Решетчатые (из уголков или труб): Собираются из отдельных элементов (прокатных уголков, труб) с помощью соединительных планок (раскосов) на болтах или сварке. Классическая, но более металлоемкая конструкция.

Конструктивные элементы и материалы

Конструкция стальной опоры состоит из следующих основных элементов:

Стержень (тело опоры/стойки): Основной несущий элемент. Для сварных опор – это граненая коническая секция. Для решетчатых – пространственная ферма.
Траверсы (консоли): Горизонтальные или наклонные элементы для крепления изоляторов и проводов. Определяют схему расположения фаз.
Оттяжки (ванты): Стальные оцинкованные канаты или полосы, предназначенные для обеспечения устойчивости одностоечных и портальных опор.
Фундамент (опорная часть): Передает нагрузки от опоры на грунт. Может быть отдельным (сборный/монолитный ЖБ) или являться частью силовой стойки.
Система молниезащиты и заземления: Молниеприемник (часто верх траверсы), спуск к заземляющему устройству в виде стальной полосы или катанки.
Ограждения, площадки для обслуживания, кронштейны для крепления СИП: Вспомогательные элементы.

Материалом для изготовления служит конструкционная сталь (например, Ст3, 09Г2С) с пределом текучести не менее 235-345 МПа. Основным методом защиты от коррозии является горячее цинкование, обеспечивающее срок службы покрытия 25-35 лет в умеренно агрессивной среде. В качестве альтернативы, особенно для ремонтных работ, применяются комбинированные покрытия (цинк-алюминий, холодное цинкование с покраской).

Нормативная база и проектирование

Проектирование стальных опор ведется в строгом соответствии с комплексом нормативных документов:

ПУЭ (Правила устройства электроустановок) – определяют электрические параметры (габариты, расстояния).
СНиП (СП) «Нагрузки и воздействия», «Стальные конструкции» – регламентируют расчет механических нагрузок.
ГОСТы: серия 52630 на стальные конструкции ВЛ, ГОСТ 23118 на стальные строительные конструкции, ГОСТ 9.307 на цинковые покрытия.
Серии типовых проектов: 3.407-150, 3.407.1-152, 3.407.1-136 и др.

Расчет опор выполняется по методу предельных состояний на сочетания нагрузок в нормальном, аварийном и монтажном режимах работы ВЛ. Ключевые нагрузки: от веса проводов с гололедом, ветровое давление на провода и на саму опору, разность тяжения проводов, температурные воздействия.

Сравнительные характеристики опор по классам напряжения

Параметр	ВЛ 0.4 кВ (СИП)	ВЛ 6-10 кВ	ВЛ 35 кВ	ВЛ 110 кВ	ВЛ 220 кВ
Преобладающий тип опоры	Силовая одностоечная, сварная	Промежуточная одностоечная, сварная или решетчатая	Промежуточная одностоечная или портальная	Промежуточная портальная или трехгранная	Промежуточная и анкерная, трех- или четырехгранная башня
Высота, м	8-11	10-13	12-16	17-23	25-42
Масса промежуточной опоры, кг	150-400	400-800	800-2000	2500-5000	7000-15000
Ширина основания (ригеля), м	0.3-0.5 (диаметр)	1.5-2.5	2.5-3.5	4-6	8-12
Материал траверс	Стальной гнутый профиль	Стальной гнутый или решетчатый уголок	Стальной уголок или труба	Стальной уголок, труба	Стальной уголок, труба
Тип фундамента	Забивная/винтовая свая, монолитный стакан	Монолитный стакан, свайный	Монолитный стакан, свайный	Закладная деталь в монолитную плиту/сваю	Закладная деталь в массивный монолитный фундамент

Монтаж, эксплуатация и диагностика

Монтаж стальных опор включает несколько этапов:

Подготовка трассы, развозка материалов.
Устройство фундаментов (забивка свай, бетонирование).
Сборка опоры на земле (при крупногабаритном исполнении).
Установка (подъем) опоры в проектное положение с помощью крановой техники или методом падающей стрелы.
Выверка и окончательное закрепление на фундаменте.
Монтаж траверс, изоляторов, проводов и тросов.

В процессе эксплуатации опоры подвергаются периодическим осмотрам (ежегодным, внеочередным после стихийных бедствий) и техническому диагностированию. Диагностика включает:

Визуальный осмотр на наличие механических повреждений, трещин, коррозии.
Контроль геометрического положения (отклонение от вертикали).
Измерение толщины цинкового покрытия и толщины металла ультразвуковым методом.
Контроль состояния сварных швов и болтовых соединений.
Проверка заземляющего устройства.

Основные дефекты: коррозионный износ (особенно в местах стока воды, у основания), повреждения от внешних воздействий (транспорт, вандализм), ослабление болтовых соединений, искривления.

Тенденции и инновации

Унификация и оптимизация профиля: Разработка новых сечений многогранных стоек, позволяющих снизить металлоемкость на 10-15% без потери несущей способности.
Применение высокопрочных сталей: Использование сталей с пределом текучести 390-450 МПа для ответственных переходных опор, что снижает их массу.
Модульные конструкции: Создание опор из унифицированных секций для упрощения логистики и монтажа в сложных условиях.
Винтовые сваи и безударные методы погружения: Широкое внедрение для минимизации земляных работ и воздействия на окружающую среду.
Мониторинг в реальном времени: Установка датчиков нагружения, наклона, вибрации на критических опорах (переходы, районы с гололедом).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Что экономичнее: стальные или железобетонные опоры?

Экономическая эффективность зависит от региона, типа линии, транспортной доступности и стоимости монтажа. Стальные опоры, как правило, имеют более высокую начальную стоимость, но дешевле в транспортировке (меньший объем) и монтаже (легче). Они долговечнее в агрессивных грунтах (при качественном цинковании) и обладают высокой ремонтопригодностью. Железобетонные опоры дешевле в производстве, но тяжелее, хрупче при транспортировке и ударных нагрузках, подвержены коррозии арматуры. Выбор делается на основе технико-экономического расчета для конкретного проекта.

2. Какой срок службы у оцинкованной стальной опоры?

Номинальный срок службы правильно спроектированной, изготовленной и установленной оцинкованной стальной опоры составляет 50-70 лет. Срок службы цинкового покрытия (толщиной 80-120 мкм по ГОСТ 9.307) в атмосфере промышленно-городского типа – не менее 25-30 лет до первого необходимого ремонта. В сельской и морской атмосфере срок может отличаться. После истечения срока службы покрытия опора требует обследования и, при сохранности металла, повторной антикоррозионной защиты.

3. Когда применяются портальные опоры с оттяжками?

Портальные оттяжные опоры применяются в основном на ВЛ 35-330 кВ в условиях слабых грунтов (торф, песок, вечная мерзлота), где устройство массивных фундаментов для свободностоящих опор технически сложно и экономически нецелесообразно. Они позволяют распределить нагрузку на большую площадь грунта через анкеры оттяжек. Недостаток – большая занимаемая площадь и необходимость защиты территории от несанкционированного доступа к оттяжкам.

4. Как определяется толщина металла и марка стали для опоры?

Толщина металла и марка стали определяются расчетом на прочность, устойчивость и выносливость в процессе проектирования. Исходными данными являются: класс напряжения ВЛ, климатический район (ветер, гололед), тип опоры (промежуточная, анкерная), инженерно-геологические условия. Для большинства опор ВЛ до 220 кВ используется сталь С245 (Ст3) и С345 (09Г2С). Для высоконагруженных переходных опор – С390, С440. Толщина листа в стволе сварных опор обычно составляет от 3-4 мм в верхней части до 6-10 мм у основания.

5. Каков порядок восстановления поврежденной опоры?

При серьезных повреждениях (искривление более допустимого, коррозионный износ свыше 30% сечения) опора подлежит замене. При локальных повреждениях (вмятина, местная коррозия) возможен ремонт:

Установка временной подпорки или переведение линии в ремонтное состояние.
Усиление поврежденного участка накладками (бандажами) с последующей сваркой и антикоррозионной обработкой.
Замена отдельной поврежденной секции (для составных опор).
Восстановление защитного покрытия на всей поверхности.

Все ремонтные работы должны выполняться по проекту, согласованному с эксплуатирующей организацией.

6. В чем преимущества многогранных конических опор перед решетчатыми?

Меньшая металлоемкость (на 15-25%) за счет оптимального сечения.
Высокая технологичность изготовления (автоматическая сварка, гибка).
Улучшенные аэродинамические свойства (меньшая ветровая нагрузка).
Эстетичный внешний вид.
Проще в обслуживании (отсутствие большого количества узлов, полок для сбора мусора).
Лучшее покрытие цинком за счет простой формы.

7. Как учитывается гололедная нагрузка при выборе опоры?

Гололедная нагрузка является одной из определяющих. Исходя из карт районирования по гололеду (ПУЭ, СНиП), для района будущего строительства ВЛ определяется толщина стенки гололеда (b, мм) на проводе. Эта величина напрямую влияет на расчетный вес проводов с отложениями, их парусность, а также на нагрузку на опоры. Для одного и того же класса напряжения в разных районах (например, III район b=15 мм и V район b=25 мм) типоразмер и несущая способность опор будут различаться. Проектировщик выбирает опору из типовой серии, рассчитанной на соответствующие нагрузки, или выполняет индивидуальный расчет.

Стальные опоры