ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

1.1. Основные термины и определения

Приведем основные термины и определения, применяемые для обозначения элементов воздушных линий электропередачи.

Промежуточные опоры - это устанавливаемые на прямых участках трассы опоры, к которым подвешиваются провода. Они рассчитываются на воздействие вертикальных (от собственного веса и веса гололеда) и ветровых нагрузок, направленных перпендикулярно к оси линии или под углом 45° к ней, на провода и тросы и проверяются на воздействие горизонтальных нагрузок в аварийном режиме при обрыве одного провода (либо троса), направленного вдоль оси линии.

Промежуточные угловые опоры - это опоры, устанавливаемые 15 местах поворота трассы линии на угол, не превышающий 10°.

Промежуточные переходные опоры, устанавливаемые в местах пересечения трассы линии с инженерными сооружениями или водными преградами, отличаются от других промежуточных опор большей высотой мест крепления проводов и тросов.

Анкерные опоры - это опоры, предназначенные для натяжения на них проводов и тросов. Различают анкерные опоры на прямых участках трассы линии, анкерно-угловые, концевые, переходные и транспозиционные.

Анкерные опоры на прямых участках трассы линии предназначены для натяжения на них проводов с обеих сторон опоры и, следовательно, воспринимают разность тяжений по проводам и тросам, обусловленную неодинаковой длиной приведенного пролета смежных анкерных участков. Они рассчитываются на воздействие редуцированного тяжения от обрыва одной или двух фаз либо одного троса.

Анкерно-угловые опоры - это опоры, устанавливаемые в точках, где меняется направление трассы линии на угол, превышающий 10°. Они также рассчитываются на воздействие редуцированного тяжения от обрыва одной или двух фаз либо одного троса.

Анкерные концевые опоры должны воспринимать полное тяжение всех проводов и тросов анкерного пролета со стороны одного из прилегающих пролетов.

Анкерные переходные опоры, применяемые в местах пересечения трассы линии с инженерными сооружениями или водными преградами, отличаются от других анкерных опор большей высотой мест крепления проводов и тросов.

Анкерные транспозиционные опоры - это опоры, предназначенные для изменения взаимного расположения проводов разных фаз. Провод, который соединяет провода фазы, находящиеся по обе стороны анкерной опоры, называется шлейфом.

Фундамент опоры - это конструкция (или нижняя часть опоры), заделанная в грунт либо опирающаяся на грунт и передающая на него нагрузки от массы опоры и воздействующих на нее внешних нагрузок.

Промежуточный пролет - расстояние между соседними промежуточными опорами.

Анкерный пролет - расстояние между осями двух ближайших анкерных опор.

Габаритный пролет - это пролет, длина которого соответствует допустимому вертикальному расстоянию (габариту) от нижней точки нижнего провода линии до земли.

Ветровой пролет - длина пролета, соответствующая горизонтальной ветровой нагрузке от проводов двух смежных полупролетов линии.

Весовой пролет - длина пролета, соответствующая вертикальной весовой нагрузке от проводов двух смежных полупролетов.

При неодинаковой высоте точек подвеса провода на соседних промежуточных опорах различают:

• большой эквивалентный пролет - пролет, соответствующий подвесу провода на уровне высокой опоры;
• малый эквивалентный пролет - пролет, соответствующий подвесу провода на уровне более низкой опоры.

Половина суммы длин большого и малого эквивалентных пролетов равна длине промежуточного пролета.

Приведенный пролет - средняя длина промежуточного пролета анкерного участка.

Визируемый пролет - пролет, в котором измеряется стрела провеса провода и троса при их монтаже на анкерном участке.

Критические пролеты - расчетные значения длин пролетов.

Первый критический пролет - пролет такой длины, при которой напряжения в материале провода в режимах наименьшей температуры и среднегодовых условий равны между собой и равны допустимым значениям.

Второй критический пролет - пролет такой длины, при котором напряжения в материале провода в режимах наименьшей температуры н наибольшей нагрузки равны между собой и равны допустимым значениям.

Третий критический пролет - пролет такой длины, при котором напряжения в материале провода в режимах среднегодовых условий и наибольшей нагрузки равны между собой и равны допустимым значениям.

Трасса линии - полоса земли вдоль оси воздушной линии, отведенная для ее строительства.

Пикетом на строительстве линии называется центр расположения опоры, закрепленный на трассе специальным пикетным знаком.

Материалы, применяемые при сооружении воздушных линий электропередачи, можно условно разделить:

• на конструкционные, из которых изготавливают опоры и фундаменты;
• проводниковые, из которых состоят провода и грозозащитные тросы, а также элементы заземляющих устройств;
• изоляционные (фарфор, стекло, полимеры), из которых изготавливают изоляторы, обеспечивающие изоляцию проводов друг от друга и от конструктивных элементов опор;
• вспомогательные (линейная арматура, горюче-смазочные материалы для эксплуатации машин и механизмов).

Воздушные линии электропередачи напряжением 35 кВ и выше в Республике Беларусь в настоящее время сооружаются на железобетонных опорах, напряжением 0,38 кВ - на железобетонных и на деревянных опорах с железобетонными приставками.

Первоначально все воздушные линии электропередачи напряжением до 220 кВ сооружались на деревянных опорах, пропитанных антисептиком. Однако непродолжительный срок их службы и частая повреждаемость предопределили применение более долговечных решетчатых металлических свободностоящих или на стальных оттяжках опор, но вместе с тем и более дорогих, требующих также значительных затрат времени на их сборку.

Непрерывный рост электропотребления и, следовательно, необходимость в сооружении в кратчайшие сроки новых линий электропередачи в условиях острого дефицита металла привело в 60-70-х годах прошлого века к массовому внедрению железобетонных изделий в практику электросетевого строительства. К началу 70-х годов были разработаны промежуточные, анкерно-угловые железобетонные опоры на напряжение до 330 кВ, а также двухцепные промежуточные опоры на напряжение 330 кВ.

Применение железобетонных опор на воздушных линиях электропередачи позволяло уменьшать расход металла, значительно снижать затраты на сборку опор на пикетах и тем самым сокращать продолжительность строительства линии. Железобетонные опоры требуют небольших затрат в процессе эксплуатации, а линии электропередачи считаются более эстетичными по сравнению с такими же линиями на металлических или деревянных опорах.

Экономия металла от замены металлических опор на железобетонные существенна. Так, на одну металлическую анкерно-угловую опору линии напряжением 330 кВ требуется (с учетом фундаментов) около 20 т металла, а на железобетонную (с учетом ригелей, анкерных плит, оттяжек) - около 3 т.

На строительстве линии напряжением 330 кВ Молодея но - Лида трестом «Западэлектроеетьстрой» впервые в СССР в 1971 г. были применены анкерно-угловые железобетонные опоры на цилиндрических центрифугированных стойках длиной 20 м с внешним диаметром 800 мм, а на линии напряжением 330 кВ Смоленская АЭС - Кричев в 1980 г. (гоже впервые в СССР) - двухцепные железобетонные промежуточные опоры.

Конструкция опоры для двухцепной линии электропередачи напряжением 330 кВ состоит из двух железобетонных стоек, скрепленных между собой двумя металлическими траверсами с консолями, расположенными в два яруса, и ветровыми металлическими связями (внутренние связи). Па верхней траверсе крепятся четыре фазы (две внутри опоры и две на консолях), на нижней траверсе каждая фаза крепится на своей консоли.

Анкерно-угловая железобетонная опора на напряжение 330 кВ имеет три стойки (под каждую фазу по одной стойке), соединенные жесткими связями. Стойки закрепляются оттяжками, соединенными с анкерными плитами. На больших углах поворота ставят дополнительно одну или две стойки, имеющие жесткую связь с основными. В слабых грунтах на каждую стойку устанавливают ригели и насыпают банкетки.

Отметим, что первая в СССР линия напряжением 110 кВ на железобетонных опорах была построена трестом «За- падэлектросетьстрой» (линия Василевичская ГРЭС - Ре- чица - Гомель).

Железобетоном называется бетон, имеющий стальную арматуру. Бетон представляет собой искусственный материал, получаемый в результате химической реакции, проходящей в смеси цемента, воды и заполнителя (песка, щебня, гравия). Бетон прочен на сжатие, но хрупок и плохо работает на растяжение (сопротивление бетона растяжению на порядок ниже сопротивления сжатию). Для увеличения прочности в бетон закладывается стальная арматура, принимающая на себя растягивающие усилия, коэффициент температурного расширения которой близок к коэффициенту температурного расширения бетона. Это обеспечивает их совместную работу и монолитность железобетона.

При растяжении сталь может удлиняться в 5-6 раз больше, чем бетон, вследствие чего в бетоне могут появиться трещины. Во избежание этого при изготовлении опор применяют предварительное натяжение стальной арматуры.

Основные технические характеристики бетона, из которого изготавливаются стойки для опор линий электропередачи, - клаес по прочности на сжатие (С), марки по морозостойкости (F), водонепроницаемости (W), средней плотности (D).

Класс бетона по прочности на сжатие в проектном возрасте (через 28 дней после изготовления) должен быть не менее С²⁵/зо (здесь 25 - значение нормативного сопротивления, Н/мм²; 30 - гарантированная прочность бетона, Н/мм²).

Марка бетона по морозостойкости должна быть не ниже F150. Здесь число 150 обозначает количество циклов замораживания и оттаивания, которые должен выдержать контрольный образец бетона.

Марка бетона по водонепроницаемости должна быть не менее W6. Здесь цифра 6 обозначает давление воды (в атмосферах), которое выдерживает контрольный образец бетона без ее просачивания через стенки образца.

Железобетонные стойки опор изготавливаются из тяжелого бетона средней плотности D2200...D2500, г.е. средняя плотность бетона равна 2200...2500 кг/м³.

В качестве напрягаемой продольной арматуры применяется горячекатаная гладкая арматурная сталь классов S500, S800, S1200, термомеханически упроченная арматурная сталь периодического профиля классов S500, S800 и арматурные канаты классов S1200, S1400. Здесь числа при обозначении S указывают предел текучести стали в ньютонах на квадратный миллиметр.

Поскольку бетон представляет собой пористый материал, то в него может проникать влага из окружающей среды, что делает его хорошим проводником электрического тока. Это позволяет использовать железобетонные фундаменты в качестве естественных заземлителей.

Для изготовления металлоконструкций опор применяется сталь с малым содержанием углерода, но может использоваться и низколегированная сталь, содержащая кроме углерода, кремния и марганца небольшое количество легирующих присадок (хром, никель, молибден, ванадий). Изделия из стали на открытом воздухе подвержены быстрой коррозии. Для защиты от атмосферной коррозии металлических опор и металлических траверс железобетонных опор применяют лакокрасочные покрытия, оцин- кование и алюминирование.

Лакокрасочные покрытия обладают малой стойкостью, их необходимо периодически (через 2-6 лет) восстанавливать, что требует значительных затрат труда эксплуатационного персонала.

Цинковое покрытие разрушается со скоростью до 3 мкм в год в сельской местности; до 6 мкм в год в городах и 4-18 мкм в год в промышленных зонах, что соответствует сроку службы оцинковки (20-25 лет). Следовательно, по истечении отмеченного срока, меньшего, чем срок службы линии, равный 50 годам, на стальные элементы опор должны наноситься лакокрасочные покрытия.

Стойкость более дорогого, чем цинковое, алюминиевого покрытия в 3-5 раэ выше. Такое покрытие может прослужить нормативный срок эксплуатации линии.

Кроме стали для изготовления металлоконструкций опор могут применяться алюминиевые сплавы, отличающиеся меньшим (в 2,9 раза) удельным весом, большой стойкостью к коррозии, нс требующие специальной защиты в течение всего срока эксплуатации линии и большей (почти в 10 раз) стоимостью. Следовательно, целесообразность применения опор из алюминиевых сплавов должна обосновываться технико-экономическим расчетом.

За рубежом на линиях напряжением до 110 кВ используются стальные опоры, пояса и решетки которых выполнены не из уголковой стали, а из круглых стержней. Элементы решетки из согнутых в холодном состоянии стальных стержней привариваются к поясам. Опоры изготавливаются секциями, которые затем покрываются цинком. Диаметр стержней для изготовления поясов - 26...45 мм, решетки - 12...20 мм.

Преимущества опор из круглых стержней по сравнению с опорами из других профилей:

• меньший вес;
• меньшее (почти в 2 раза), чем у уголков с такой же ветровой поверхностью, сопротивление ветру;
• простота сборки;
• более привлекательный внешний вид;
• меньшая нриметность на местности;
• меньшая подверженность коррозии.

Более 50 лет назад в США была построена первая линия электропередачи напряжением 115 кВ с применением стальных оцинкованных конических многогранных опор, наиболее полно удовлетворяющих требованиям эстетики, экологическим нормам и минимуму отчуждаемой земли для временного и постоянного использования.

В настоящее время в странах СНГ, в частности в России и Украине, разрабатываются и монтируются стальные опоры из многогранных гнутых стоек, изготовленных из 6, 10 или 12 металлических секций с толщиной стенки листа

6...14 мм для одноцепных и двухцепных линий напряжением до 330 кВ (рис. 1.1). Опора устанавливается на фун-

Рис.1.1. Двухцеиная анкерно-угловая опора из многогранных гнутых конических стоек для линий напряжением 330 кВ с двумя тросами. Толщина листа: первая секция - 18 мм, вторая - 16, третья - 14, четвертая - 12 мм; фланцы в зонах стыков секций показаны условно; гарантированная прочность бетона фундамента на сжатие - 15 Н/ммдаментный модуль, выполненный из металлической трубы со стенкой толщиной 10 мм (для линий напряжением

35.. .ПО кВ), или на набивной железобетонный фундамент с металлическим фланцем в верхней части (на напряжение 220...330 кВ).

Опоры из многогранных стоек отличаются меньшими затратами на транспортировку и сборку, благодаря чему уменьшается стоимость 1 км линии (на 8...15% и на 30...40% по сравнению с увеличившейся в последние годы стоимостью соответственно бетонных и металлических решетчатых опор линии напряжением 35...220 кВ), более низкими затратами на эксплуатацию. Стоимость 1 км одноцепной и двухцепной линий напряжением 330 кВ на многогранных и решетчатых металлических опорах примерно одинакова. Однако такие опоры уязвимы при лесных пожарах на трассе линий и выстрелах злоумышленников по ним из а втом атическо го ору ж и я.

Для сооружения заземляющих устройств применяется угловая, полосовая и круглая сталь с малым содержанием углерода. Для снижения коррозии заземлителей в настоящее время за рубежом наносится электролитическим способом медное покрытие толщиной 0,25 мм.

На воздушных линиях электропередачи применяются сталеалюминиевые провода с одним проводом в фазе (линии напряжением до 35...220 кВ) или несколькими проводами в фазе (2 - линии напряжением 330 кВ, 4-5 - линии напряжением 750 кВ). Площадь поперечного сечения проводов на линиях электропередачи напряжением до 220 кВ находится в пределах 35...400 мм², а на линиях напряжением 330...750 кВ - соответственно 2 х 240...4 к 600 мм². При этом отношение площади поперечного сечения алюминиевой части провода к площади поперечного сечения стальной части провода должно лежать в следующих пределах:

• в районах с толщиной стенки гололеда до 20 мм -
6.0. ..6.25 при площади поперечного сечения алюминиевой части до 185 мм²; 7,71...8,04 при площади до 240 мм² и более;
• в районах с толщиной стенки гололеда более 20 мм -
6.0. ..6.25 при площади поперечного сечения алюминиевой части до 95 мм²; 4,29...4,39 при площади 120...400 мм²;
7.71.. .8.04 при площади 450 мм² и более;
• на больших переходах с пролетами более 800 м -1,4 независимо от площади поперечного сечения алюминиевой части.

Отметим, что срок службы сталеалюминиевых проводов - не менее 40 лег (ГОСТ 839-80Е), что меньше срока службы линии напряжением 35 кВ и выше на металлических и железобетонных опорах, равного 50 годам.

Для защиты линии от прямых ударов молнии могут применяться стальные тросовые канаты, имеющие площадь поперечного сечения 35 мм² (для линий напряжением 35 кВ), 50 (для линий напряжением 110 кВ) и 70 мм²(для линий напряжением 220 кВ и выше), а также обычные или специальные сталеалюминиевые (АС70/72, АС94/141) одиночные либо расщепленные провода. По последним организуется высокочастотная связь. В настоящее время в качестве грозозащитных тросов применяются многопроволочные провода из алюмовелда (стальные проволоки, покрытые слоем алюминия толщиной 0,2...0,3 мм) без внутренней волоконно-оптической линии связи и с нею. 11а больших переходах линий электропередачи напряжением 220 кВ и выше используют стальные грозозащитные тросы диаметром 15,0 и 18,5 мм (площадь поперечного сечения - 140 и 200 мм² соответственно).

Для защиты от коррозии стальные канаты покрывают слоем цинка и защитной электросетевой смазкой.

В качестве изоляционных материалов на воздушных линиях электропередачи применяются в основном стеклянные изоляторы, но могут использоваться также фарфоровые и полимерные изоляторы. Стекло получают переплавкой кремнезема в виде песка с оксидами натрия, кальция, калия, свинца. Оно практически водонепроницаемо, его электрическая прочность выше, чем у фарфора. Масса и размер стеклянных изоляторов меньше, чем фарфоровых.