Переходы линий электропередачи через водные преграды

Некоторые воздушные линии (ВЛ) электропередачи высокого напряжения пересекают реки, протоки, проливы. В местах пересечений сооружаются специальные переходы. Переходы обычно состоят из высоких опор, ограничивающих большой пролет в месте пересечения водной преграды и обеспечивающих необходимый габарит при наивысшем уровне воды (размер Г на рис. 1, б) для прохождения судов, а также из концевых опор, отделяющих переход от линий электропередачи и воспринимающих тяжение всех проводов и тросов (на больших переходах провода и тросы крепятся не к концевым опорам, а к якорям). Отделение переходов вызвано тем, что для повышения надежности переходы сооружаются с более высокими запасами прочности, чем ВЛ. В России за последние 20 лет сооружено примерно 70 больших переходов. Наибольшее число переходов сооружено для ВЛ 110 и 220 кВ  —  по 35 — 38%, а для ВЛ 35 и 500 кВ  —  по 8 — 10%.
На больших переходах длина переходных пролетов достигает 1,5 — 1,7 км. Концевые опоры обычно устанавливаются на расстоянии, примерно равном половине переходного пролета, а при больших переходных пролетах  —  не менее 400 м.
Обычно переходы выполняются по следующим схемам: К-П-П-К (рис. 1, б) или К-А-А-К (рис. 1,о); реже  —  К-П-П-К (рис. 1,г), К-П-П-П-К (рис. l.e), К-А-К, К-А-А-А-К. Отдельные переходы выполняются по схеме Я-П-П-Я (рис. 1, 5).
Буквы в схемах обозначают следующее: К —  концевая опора, воспринимающая тяжение всех проводов и тросов перехода; П  —  промежуточная переходная опора, поддерживающая провода и тросы; А  —  анкерная переходная опора, испытывающая тяжение проводов и тросов, которые натянуты на нее; Я  —  якорь (один или несколько), воспринимающий тяжение всех проводов и тросов перехода.
Сооружение переходов весьма сложно, трудоемко и дорого, поэтому по мере возможности применяют более простые и дешевые технические решения. Например, установка одной из переходных опор на острове или даже на отмели позволяет значительно сократить высоту переходных опор и их переход.
В последнее время отдельные переходы ВЛ 110 и 220 кВ начали выполнять на так называемых, качающихся опорах (рис. 1,е). Каждая плоская качающаяся опора 6, шарнирно соединенная с двумя фундаментами, поддерживается в вертикальном положении четырьмя несущими стальными тросами 7. Провода 4, натянутые на концевые опоры 1, поддерживаются на качающихся опорах 6.
Схемы переходов на качающихся опорах можно обозначить следующим образом:

Рис. I. Схемы переходов: а, б  —  переходы по схемам К-А-А-К и К-П-П-К', в, г  —  переходы по схемам К-П-П-П-К К-П-К; д  —  переход по схеме Я-П-П-Я (показаны опора и якорь одного берега); е  —  переход на качающихся опорах; ж  —  подвеска провода на тросе; з  —  использование отвесных берегов для закрепления проводов; и  —  прохождение ВЛ по железнодорожному мосту
I — концевая опора; 2 — гирлянда изоляторов; 3  — переходная промежуточная или анкерная опора; 4 —  провод; 5 — подножник, используемый в качестве якоря; 6 —  переходная качающаяся опора; 7 — несущий трос; в — монолитный якорь

Рис. 2. Схема переходных опор. Опоры высотой более 100 м, б  —  одно- и двухцепные башенные, в  —  типа «рюмка». Опоры высотой от 75 до 100 м: г, д  —  одно- и двухцепные типовые 220 кВ; е  —  одноцепная на 750 кВ; ж  —  ЛП-образкая; з  —  четырехцепная. Опоры высотой до 75 м: и  —  трехстоечная; к  —  унифицированная приподнятая (повышенная) на 29 м; л, м —  качающиеся: и  —  на оттяжках. Концевые опоры; о, п  —  типовые одно- и двухцепные,  р  —  опора У39м-4с.

Здесь буквы в числителе показывают, как на опорах крепятся несущие тросы, а в знаменателе  —  провода.
При высоких берегах высота переходных опор уменьшается (рис. 1, а) или даже переходные опоры совсем не устанавливаются (рис. 1,з); при этом провода и тросы закрепляются на отвесных берегах, что значительно уменьшает стоимость перехода. В нашей стране примерно 25% переходов ВЛ сооружено в местах, где у реки один высокий берег, а 6% — два высоких берега.
Уменьшение высоты переходных опор  достигается применением тросовой подвески проводов (рис. 1, ж). Полное исключение переходных опор возможно благодаря использованию железнодорожного моста для прохождения ВЛ (рис. 1,и).
При проектировании переходов уделяется много внимания выбору места пересечения реки. Изучаются многолетние климатические и гидрологические данные, производятся тщательные геологические изыскания, уточняется судоходный габарит.
Реку пересекают только под прямым углом, стараясь использовать более узкое место, желательно с высокими берегами (или хотя бы с одним высоким берегом). Установка опор в местах, подверженных размыву, а также в зоне ледохода обычно не производится. Принимается во внимание возможность подъезда и подвоза конструкций, а также их монтажа.
Переходные опоры, изготавливаемые только из металла, применяются следующих конструкций:
Свободностоящие (без оттяжек): а) башенные одностоечные одно- (рис. 2, а) и двухцепные (рис. 2, б); б) башенные трехстоечные (рис. 2, и); в) АГ1-образные (рис. 2,ж); г) типа «рюмка» (рис. 2, в).
Качающиеся (рис. 2,л,м).
С оттяжками (рис. 2, и).
Если конструкции переходных опор полностью отличаются от конструкций опор, устанавливаемых на ВЛ, то такие опоры называются специальными переходными. На переходах также устанавливаются линейные опоры с подставками. Такие опоры называются повышенными.
Переходные опоры в зависимости от высоты делятся на три группы.
Опоры высотой до 75 м, устанавливаемые на переходах с пролетами до 750 м (рис. 2,и,и). На переходах с такими пролетами наряду с типовыми опорами нередко устанавливаются нетиповые опоры (линейные опоры с высокими подставками, качающиеся опоры, опоры на оттяжках, трехстоечные опоры и др.).
Опоры высотой от 70 до 100 м, обеспечивающие пролеты до 1000 — 1100 м. Для таких переходов предназначены не так давно разработанные типовые опоры башенного типа (рис. 2,г,д), сведения о которых приведены ниже, а также нетиповые опоры (рис. 2,е,ж,з).
Опоры высотой более 100 м могут быть в виде уникальных нетиповых башенных (рис. 2, а, б) или опор типа «рюмка» (рис. 2,в).
В нашей стране за последние 20 лет сооружено примерно 20 переходов с опорами высотой более 75 м. Наиболее высокие смонтированные в нашей стране переходные опоры приведены на рис. 2, а (опора АТ-188; масса 470 т, рассчитана на одну цепь 500 кВ или две цепи 220 кВ) и на рис. 2, б (опора массой 300 т, рассчитана на две цепи 220 кВ). Для переходов ВЛ 35 — 330 кВ с опорами высотой до 100 м разработаны и применяются типовые унифицированные переходные опоры для напряжений 35 — 100 кВ, 220 кВ и 330 кВ (рис. 2,г, д) (табл. 1). Однако окончательный выбор опор производят по расчетным нагрузкам и габаритам приближения проводов друг к другу и к телу опоры, поэтому иногда опоры применяются не на то напряжение, на которое они рассчитаны.
Все типовые переходные опоры  —  промежуточного типа, так как они легче переходных опор анкерного типа на 5 — 8%. Типовые переходные опоры высотой более 100 м пока не разработаны.
Опоры высотой до 100 м обычно изготавливаются из уголков; более высокие опоры целесообразно делать из стальных труб, что значительно уменьшает ветровые нагрузки на конструкцию опоры и на фундамент, а в ряде случаев дает экономию металла. Чаще применяются стальные бесшовные трубы диаметром до 400 мм, отдельные опоры изготавливаются из сварных труб диаметром до 1300 мм (например, АП-образные опоры).

Таблица 1
Характеристика типовых переходных и концевых опор

Примечания: 1. При дробном обозначении данные в числителе относятся к одноцепным опорам, а в знаменателе  —  к двухцепным. 2. В шифры опор входят расстояние до нижней траверсы Н в метрах, принимаемое по данным настоящей таблицы.

Кроме сравнительно недавно появившихся типовых, применяется еще целый ряд конструкций переходных опор. Например, на переходе ВЛ 750 кВ с пролетом 860 м были применены промежуточные переходные опоры башенного типа из уголков с анкерным креплением проводов средней фазы (рис. 2, а). Высота опор 79 м, масса 170 т. Качающиеся переходные опоры (рис. 2, л, м), предназначенные для двух цепей ВЛ 110 и 220 кВ, представляют собой плоские Л-образные конструкции, шарнирно соединенные с двумя фундаментами. Наверху расположена траверса для крепления четырех несущих тросов, удерживающих опору в вертикальном положении. Ниже расположены еще три траверсы для подвески проводов (применялся также вариант расположения проводов на двух траверсах, что позволяло несколько сократить высоту опоры, а следовательно, и ее массу). Применяются, кроме того, опоры 110 кВ типа СПК-74 высотой 74 м и массой 48 т, а также опоры 220 кВ типа СПК-86 высотой 86 м и массой 90 т.
Применение качающихся опор дает некоторую экономию металла и упрощает конструкцию фундамента переходной опоры. Переходы на опорах такой конструкции целесообразно сооружать в заливаемых при половодье поймах рек.
Трехстоечные опоры 500 кВ имеют три стойки (рис. 2, и), каждая из которых предназначена для подвески проводов одной фазы. Высота подвески проводов 50 м, масса каждой стойки 45 т. Применение такой опоры вместо тяжелой одностоечной трехфазной упрощает монтаж опоры.
Унифицированные анкерно-угловые линейные опоры 220 —  330 кВ (рис. 2, к) на подставках высотой до 29 м (есть набор подставок высотой 8; 16; 24 и 29 м) могут применяться на небольших переходах, что упрощает их монтаж. Переходные промежуточные опоры 110 кВ на оттяжках (рис. 2, к), например ППО-70 массой 27 т, пока не получили большого распространения.
В связи с ростом индустриализации иногда переход приходится сооружать в узком «коридоре». Примером переходной опоры для стесненных условий является четырехцепная переходная опора 330 кВ, имеющая массу 230 т (рис. 2,з).
Для использования в качестве концевых на переходах 220 и 330 кВ разработаны типовые опоры (рис. 2,о,и), рассчитанные на провода марок АС-300/204  —  АС-500/336 в фазе (табл. 1). Нa переходах 35 — 110 и 220 кВ с более легкими проводами в качестве концевых применяются нормальные анкерно-угловые опоры 220 и 330 кВ. Например, на переходе 110 кВ с качающимися опорами были применены в качестве концевых унифицированные линейные опоры У39м-4С, имеющие специальные тросостойки для подвески четырех несущих тросов (рис. 2, г).
Фундаменты переходных опор могут быть: 1) монолитными (бетонируемыми в котловане) железобетонными; 2) из железобетонных свай длиной 8 — 12 м (в отдельных случаях длина сваи доходит до 22 м), объединенных наверху монолитным железобетонным ростверком  —  конструкцией, распределяющей нагрузку между сваями; 3) из унифицированных железобетонных подножников (по 2 — 4 подножника под каждую «ногу» опоры), объединенных наверху стальными балками. Наиболее просто сооружать фундаменты последнего типа, однако они применяются только для закрепления переходных опор первой и второй групп в нормальных грунтах.
В качестве стационарных якорей используются конструкции из монолитного железобетона, унифицированные анкерные плиты или унифицированные подножники, стойки которых располагаются в направлении действия силы тяжения несущих тросов.
Примерно на 50% сооруженных переходов подвешены усиленные сталеалюминиевые провода на 25% — сталебронзовые, на 10%  —  стальные.