Рис. 2-2. Промежуточная свободностоящая одностоечная опора линии 220 кВ сварных габаритных секций.
Стальные опоры, установленные на линиях электропередачи в СССР и за рубежом, имеют самые разнообразные решения по схемам и конструкциям. Это разнообразие типов объясняется в основном разработкой индивидуальных проектов опор для отдельных или нескольких линий, причем проектировщики, естественно, стремятся найти оптимальные решения в соответствии с особенностями конкретных линий.
Стальные опоры, применяемые на линиях электропередачи напряжением 35 кВ и выше, по конструктивному выполнению ствола могут быть сведены к двум основным схемам — башенным, или одностоечным (рис. 2-2), и портальным (рис. 2-3) опорам, по способу закрепления ствола на фундаментах — к свободностоящим опорам (рис. 2-2 и 2-3) и к опорам на оттяжках (рис. 2-4), а по способу соединения элементов, соединяемых друг с другом на болтах, и к болтовым конструкциям, собираемым из отдельных стержней на болтах.
При проектировании сварных опор необходимо учитывать транспортные условия: сварные секции должны иметь размеры, не выходящие за пределы габаритов железнодорожных вагонов; при этом сварные секции опор даже сравнительно небольшого поперечного сечения (0,75 X 0,75 м и 1,0Х1,0м) не обеспечивают полного использования грузоподъемности вагонов. Болтовые опоры комплектуются на заводах в пакеты и могут перевозиться любым видом транспортных средств, при этом обеспечивается их полная загрузка.
Железнодорожные габариты ограничивают поперечные размеры квадратных секций опор значением 2,7x2,7 м, а прямоугольных — размерами около 3,2X2,5 м. Поэтому в сварных опорах нижние секции, габариты которых превышают указанные размеры, приходится выполнять составными: из четырех секций и соединительной диафрагмы. Такие составные секции тяжелее и более сложны в изготовлении, чем сварные секции квадратного или прямоугольного сечения. При болтовых конструкциях, перевозимых россыпью и собираемых на пикете, размеры секций не ограничиваются транспортными габаритами, что дает возможность выполнять более легкие широкоствольные конструкции (см. рис. 2-2).
Широкоствольные конструкции имеют большую жесткость и поэтому более надежны в эксплуатации, особенно в районах с большими гололёдными нагрузками, так как у них дополнительные моменты от вертикальных сил на прогибах значительно меньше, чем у узкоствольных опор.
К числу преимуществ болтовых опор относятся также резкое снижение трудозатрат на их заводское изготовление по сравнению со сварными конструкциями и удобное выполнение горячей оцинковки.
К недостаткам болтовых опор следует отнести увеличение трудозатрат на их сборку на пикете по сравнению со сварными опорами. Суммарные трудозатраты на пикетах, однако, несколько снижаются за счет уменьшения трудозатрат на транспортировку и правку поврежденных во время транспортировки стержней сварных секций. По данным строительных организаций трудозатраты на сборку болтовых опор на 30—50% больше, чем на сборку сварных опор, а суммарные трудозатраты на изготовление, транспортировку и сборку болтовых опор примерно на 10% меньше.
Однако болтовые конструкции не всегда рациональны. Так, например, в конструкциях опор на оттяжках болтовые соединения раскосов с поясами нерациональны, так как при большом количестве элементов получается очень много болтов, что затрудняет сборку конструкции. В то же время размеры сварных секций опор на оттяжках сечением не более 1,0X1,0 м позволяют удовлетворительно использовать транспортные средства. На основании изложенного можно считать, что конструкции с поперечными размерами не более 1,0x1,0 м целесообразно выполнять сварными. Применение болтовых конструкций опор на оттяжках (см. рис. 2-9) обоснованно при строительстве линий в горных и труднодоступных районах.
Рис. 2-4. Промежуточная V-образная опора 330 кВ на оттяжках
Следует также отметить, что болтовые конструкции могут оказаться невыгодными при небольших сечениях поясов (при уголках 70X6 мм и менее). В этих случаях при переходе на болты потребуется увеличение сортамента поясов' по условиям размещения болтов, что увеличит вес конструкции опоры.
У свободностоящих опор ствол является самой тяжелой частью, поэтому на выбор оптимальной схемы ствола должно быть обращено особое внимание. Ствол опоры состоит из поясов, раскосов и диафрагм; оптимальная схема должна обеспечить наименьший суммарный вес этих элементов. При увеличении ширины ствола усилия в поясах, а вместе с этим и их вес уменьшаются, а длина и вес раскосов и диафрагм увеличиваются. Вследствие сложной зависимости веса отдельных элементов от действующих усилий при различной расчетной длине, ступенчатого изменения размеров сортамента проката и разнообразных конструктивных условий задача определения минимального веса ствола не может быть решена в общем виде; оптимальную схему ствола поэтому следует определять, как правило, путем последовательного расчета вариантов ствола с различными базами и разным наклоном поясов.
Ширину верхней части ствола нужно подбирать таким образом, чтобы при сварной конструкции было обеспечено крепление раскосов к поясам без фасонок, а при болтовой конструкции — с помощью одного болта. С другой стороны, излишнее уширение верхней части ствола приводит к недоиспользованию несущей способности поясов, так как сортамент поясов не следует принимать менее определенного профиля [(70-80)X6], чтобы избежать чрезмерных деформаций сварных конструкций и обеспечить возможность соединения поясов с раскосами при болтовых конструкциях. Практика проектирования показывает, что у одностоечных промежуточных опор 110—150 кВ ширину ствола вверху целесообразно принимать в пределах 750—1000 мм, у анкерных опор 1500—2000 мм. Для опор 220—330 кВ, рассчитываемых на подвеску проводов большего сечения и большие расчетные пролеты, ширина ствола у вершины промежуточных опор обычно составляет 1000—1400 мм, для анкерных опор — 1500—2000 мм.
База (ширина у основания) опоры определяется главным образом условиями закрепления опоры в грунте. С учетом применения сборных железобетонных фундаментов база опор принимается в зависимости от высоты опоры и нагрузки для линий ПО—150 кВ в пределах 2,0—3,0 м у промежуточных и 4,0—6,0 м у анкерных, для линий 220 и 330 кВ соответственно 4,5—5,5 и 8,0—10,0 м.
Ствол опоры может быть квадратного или прямоугольного сечения без перегиба или же с одним или несколькими перегибами поясов. Верхняя часть ствола может быть выполнена с наклонными или с вертикальными (параллельными) поясами. Как показано в главе пятой, выполнение ствола с наклонными поясами снижает усилия в раскосах, что позволяет уменьшить их вес, а таким образом и общий вес опоры. С другой стороны, выполнение верхней части ствола с вертикальными поясами упрощает крепление траверс и обеспечивает возможность принимать одинаковые конструкции верхних и нижних траверс на двухцепных опорах. С учетом изложенных соображений можно рекомендовать схему с вертикальными поясами для сварных конструкций опор линий напряжением 35, 110 и 150 кВ, у которых усилия в раскосах сравнительно невелики; схема с наклонными поясами более целесообразна для опор линий напряжением 220 кВ и выше.
Рис. 2:5. Схема треугольной решетки и перекрестной решетки с совмещенными и несовмещенными узлами: а — треугольная («в елку»); б — перекрестная с совмещенными узлами; в — перекрестная с несовмещенными узлами
В зависимости от соотношения нагрузок, действующих перпендикулярно линии и вдоль линии, следует принимать квадратное или прямоугольное сечение ствола опоры. Если нагрузки, действующие перпендикулярно и вдоль линии, отличаются друг от друга незначительно, то целесообразно применять стволы квадратного сечения, более простые в конструктивном и производственном отношении. Если же нагрузка, перпендикулярная линии, значительно превышает нагрузку вдоль линии, что обычно имеет место у промежуточных опор, особенно у двухцепных, то прямоугольная конструкция ствола будет более экономичной; подбирая соответствующие геометрические размеры, можно обеспечить равнопрочность опоры при воздействии поперечных и продольных нагрузок.
Решетки ствола одностоечных опор могут быть различных типов. При небольших нагрузках обычно применяется так называемая решетка в елку (рис. 2-5,а), смещенная на половину панели в соседних гранях. При больших нагрузках и широких стволах такая решетка невыгодна; в этих случаях применяется перекрестная решетка с совмещенными (рис. 2-5,6) или несовмещенными узлами (рис. 2-5, в) в двух смежных гранях. Последняя конструкция позволяет уменьшить гибкость, а таким образом и сечения поясов и облегчает расположение узлов в смежных гранях; однако при наклонных поясах ствола решетка с несовмещенными узлами требует увеличения количества типоразмеров раскосов примерно вдвое.
Решетка стоек портальных опор на оттяжках обычно выполняется «в елку». Решетки других типов применяются в специальных случаях.
Диафрагмы (см. рис. 1-1) должны быть установлены во всех сечениях, в которых приложены нагрузки (т. е. на отметках поясов траверс) и во всех сечениях перегиба поясов. Постановка диафрагм в сечениях, в которых приложены нагрузки, необходима для распределения нагрузок на все грани, а в сечениях перегиба поясов — для восприятия горизонтальных усилий, возникающих в местах перегиба. Требование постановки не менее двух диафрагм на каждую секцию и не реже чем через 8 м обосновано только при сварных конструкциях стволов опор для обеспечения их жесткости при действии на опору крутящих моментов, а также при транспортировке секций. С увеличением поперечных размеров ствола можно принимать большие расстояния между диафрагмами.
Рис. 2-6. Траверса из уголков
Траверсы опор башенного типа при небольших нагрузках могут быть выполнены из швеллеров без тяги. Такие конструкции являются наиболее простыми в производственном отношении, но получаются тяжелее, чем траверсы из уголков с тягами (рис. 2-6). Кроме того, при выполнении всей конструкции из уголкового проката применение швеллерных траверс приводит к увеличению количества профилей, используемых в конструкции опоры данного типа. При небольших вылетах траверсы из швеллеров могут быть выполнены без раскосов, при увеличении вылета требуется постановка распорок или раскосов. В траверсах из уголков раскосы обычно необходимы. Для уменьшения усилий в раскосах горизонтальной грани от действия горизонтальной силы целесообразно приближать точку пересечения поясов к точке приложения нагрузки; для совмещения этих точек необходимо изгибать пояса, что усложняет производство. Поэтому обычно применяются траверсы без изгиба поясов (рис. 2-6). Необходимость установки распорок и раскосов в вертикальных гранях траверс из уголков определяется сравнением вариантов.
Следует отметить, что длинные тяги траверс, не поддержанные решеткой в вертикальной грани, могут разрушаться от вибрации, возникающей от воздействия ветра на конструкцию опоры или передаваемой на опору при вибрации проводов. Поэтому при длине тяги более 3—4 м следует предусматривать решетку в вертикальных гранях траверс. В верхней грани траверс решетки не требуется, при наличии распорок или решетки в вертикальных гранях в верхней горизонтальной грани следует предусматривать распорки.
Рис. 2-7. Схема шпренгельной траверсы портальной опоры
Траверсы портальных опор на оттяжках выполняются балочными (см. рис. 2-3) или шпренгельными (рис. 2-7). Траверсы этих типов применяются также для портальных свободностоящих опор.
Тросостойки однотросовых опор башенного типа выполняются обычно симметричными (рис. 2-2); на двухцепных опорах иногда предусматривают несимметричные тросостойки для расположения троса по оси опоры. Последняя конструкция позволяет уменьшить высоту опоры, но несколько сложнее при изготовлении. Тросостойки опор портального типа выполняются в виде пространственных конструкций, закрепляемых на траверсах (см. рис. 2-4), или в виде продолжения ствола опоры (см. рис. 2-3).
Современная одноцепная унифицированная опора линии электропередачи 110 кВ показана на рис. 2-8, двухцепная на рис. 2-9. Верхние секции ствола этих опор сварные с параллельными поясами, в нижних секциях с наклонными поясами раскосы закрепляются на болтах. Базы обеих опор квадратные.
На линиях, проходящих в районах без интенсивного землепользования, особенно в северных районах СССР, часто применяются одностоечные опоры на оттяжках (рис. 2-10).
Рис. 2-8. Промежуточная одноцепная опора линии 110 кВ
Рис. 2-9. Промежуточная двухцепная опора линии 110 кВ
Рис. 2-10. Промежуточная одноцепная одностоечная опора на оттяжках линии
110—150 кВ
Опора закрепляется тремя оттяжками — двумя расщепленными и одной нерасщепленной. Нижние концы каждой пары расщепленных оттяжек крепятся к общему анкеру, а верхние концы — к противоположным сторонам траверсы. Такая система обеспечивает передачу на оттяжки усилий от крутящего момента, возникающего при обрыве провода. Третья нерасщепленная оттяжка расположена в плоскости траверс; для большей надежности эта оттяжка, как правило, выполняется из двух канатов.
Рис. 2-11. Промежуточная одноцепная опора линии 220 кВ
Рис. 2-12. Промежуточная двухцепная опора линии 220 кВ
Рис. 2-13. Промежуточная одноцепная портальная опора на оттяжках линии 500 кВ
Применяются также одностоечные опоры с тремя и четырьмя парами оттяжек, располагаемых симметрично относительно оси линии. Одностоечные опоры на оттяжках особенно удобны на пересеченной местности, где портальные опоры при поперечных косогорах должны иметь стойки различной длины.
На рис. 2-11 изображена промежуточная одноцепная, а на рис. 2-12 промежуточная двухцепная опора линии 220 кВ. Эти опоры, так же как и промежуточные опоры линий 330 кВ, выполнены со стволами без перегиба поясов, т. е. с наклонными поясами по всей высоте опоры. Такая схема требует применения различных траверс в каждом ярусе, но улучшает условия работы раскосов. Все секции промежуточных опор 220 и 330 кВ болтовые, так как сварные секции требуемой ширины неудовлетворительно загружают железнодорожный и автомобильный транспорт.
На линиях 500 кВ в СССР применяются только одноцепные опоры с горизонтальным расположением проводов — портальные на оттяжках (рис. 2-13), а в отдельных случаях свободностоящие типа «рюмка».
Для линии 750 кВ в СССР разработаны конструкции портальных опор на оттяжках, подобных опорам 500 кВ, а также V-образные опоры с расщепленными оттяжками (рис. 2-14).
Рис. 2-14. Промежуточная V-образная опора линии 750 кВ на оттяжках
Промежуточные угловые опоры применяются на линиях напряжением 35 кВ и выше. Опоры этого типа для линий 110 и 220 кВ отличаются от промежуточных опор линий тех же напряжений увеличенными вылетами траверс (с наружной стороны угла поворота) и усиленными стволами. Промежуточные угловые опоры 500 кВ выполнены двух типов: портальные на оттяжках для углов поворота до 5° и трехстоечные для углов 5-20°.
Анкерно-угловые опоры для линий электропередачи 35—330 кВ выполняются в виде башенных конструкций. Для уменьшения усилий в раскосах опор этого типа поперечные размеры ствола приходится увеличивать до размеров, исключающих приемлемую загрузку транспортных средств.
Рис. 2-15. Двухцепная анкерная угловая опора линий 110 и 150 кВ
Рис. 2-16. Одноцепная анкерная угловая опора линии 220 кВ
Рис. 2-17. Трехстоечная анкерная угловая опора линии 500 кВ
Поэтому стволы опор анкерного типа выполнены болтовой конструкции. Двухцепная анкерно-угловая опора линии 110—150 кВ представлена на рис. 2-15, одноцепная — линии 220 кВ — на рис. 2-16.
На линиях 500 кВ в настоящее время применяются анкерные угловые опоры, состоящие из трех отдельных стоек, так называемые трехстоечные опоры (рис. 2-17). Каждая фаза линии закрепляется по оси стойки, шлейфы обводятся через поддерживающие гирлянды, подвешиваемые на траверсах. Два грозозащитных троса закрепляются на крайних стойках.
Рис. 2-18. Переходная одноцепная промежуточная опора линии 110 кВ
Рис. 2-19. Переходная двухцепная промежуточная опора линии 220 кВ
В отдельных случаях на линиях 500 кВ применяются АП-образные анкерные угловые опоры, состоящие из пяти или шести наклонных стоек, траверсы и двух тросостоек. Опоры этого типа отличаются большой жесткостью; их недостатком является сложность изготовления и монтажа.
На переходах через судоходные реки и другие водные преграды необходима большая высота проводов над пересекаемой поверхностью воды. В большинстве случаев требуемый габарит над водой может быть обеспечен лишь при использовании специальных переходных опор. Опоры общей высотой до 100 м обычно выполняются из уголков, опоры высотой более 100 м — из стальных труб. Переходная одноцепная опора из уголков для линии 110 кВ показана на рис. 2-18. Вид двухцепной опоры из труб для линии 220 кВ дан на рис. 2-19.
