Опоры и фундаменты воздушных линий электропередачи являются наиболее ответственными элементами линии, поскольку в аварийных ситуациях связанных с разрушением опор и фундаментов ВЛ устранение аварии требует в десятки раз больше времени, чем других элементов ВЛ - проводов, тросов, изоляции и арматуры.
Для сооружения линий электропередачи применяются следующие виды опор, различающихся по назначению: анкерные, угловые, концевые, промежуточно - угловые, промежуточные, ответвительные, транспозиционные, переходные. Наибольшее количество опор, до 85 - 90% на линиях электропередачи являются промежуточными.
Промежуточные опоры, это опоры на прямых участках трассы, к которым подвешиваются в поддерживающих зажимах между соседними анкерными опорами.
Анкерные опоры - это опоры, на которых производят натяжку проводов и тросов, провода крепятся в натяжных гирляндах.
Угловые опоры - это анкерно - угловые или промежуточно - угловые опоры, устанавливаемые в точках, где меняется направление трассы линии, т. е. углах поворота трассы.
Ответвительные опоры устанавливаются в точках ответвления ВЛ к промежуточным подстанциям.
Транспозиционные опоры - это опоры, где провода разных фаз меняют свое взаимное расположение, для уменьшения несимметрии фазных напряжений.
Концевые опоры отличаются тем, что рассчитаны на полное одностороннее тяжение всех проводов и тросов со стороны линии и устанавливаются рядом с ОРУ, для того, чтобы разгрузить приемные устройства ПС, которые не рассчитаны на большие тяжения проводов и тросов.
В целях сокращения количества типоразмеров опор на ВЛ, что способствует индустриализации строительства и облегчает в дальнейшем эксплуатацию, в качестве анкерных, анкерно-угловых, транспозиционных и концевых опор применяются анкерноугловые опоры одного типа.
Переходные опоры, особенно при переходах через широкие реки, водохранилища, ущелья (с пролетами более 700м) отличаются большой высотой и, как правило, изготавливаются индивидуально для каждой конкретной линии электропередачи.
По количеству цепей линии электропередачи делятся на одноцепные, двухцепные и многоцепные (которые применяются редко). Количество цепей определяется схемой электроснабжения в зависимости от передаваемой мощности, напряжения электропередачи и необходимости резервирования. Если по схеме электроснабжения требуется две цепи, то эти цепи могут быть подвешены на двух отдельных линиях с одноцепными опорами или на одной двухцепной линии с двухцепными опорами.
Как правило, одна двухцепная линия дешевле, чем две параллельные одноцепные линии, и может быть сооружена в более короткий срок.
Линия электропередачи класса напряжений 500 и 1150 кВ сооружаются всегда в одноцепном исполнении ввиду повышенных требований к их надежности.
Провода на опорах могут располагаться в один, два и три яруса. Расположение проводов в один ярус принято называть горизонтальным. Правила устройств электроустановок рекомендуют в районах с толщиной стенки гололеда 15 и 20 мм отдавать предпочтение горизонтальному расположению проводов, а в особо гололедных районах (свыше 20 мм) применение опор с горизонтальным расположением проводов является обязательным. Линии 500 и 1150 кВ выполняются только с горизонтальным расположением проводов.
На ВЛ 110 и 220 кВ провода располагают в два или три яруса, при котором находящиеся друг над другом провода имеют горизонтальное смещение - типа " треугольника", "бочка", прямая или обратная "елка".
По материалу изготовления опоры делятся на железобетонные, металлические (стальные, редко - из алюминиевых сплавов) и деревянные. Деревянные опоры ввиду дефицита длинноствольной древесины в Казахстане для ВЛ 110 кВ и выше не нашли применения. По конструктивному исполнению опоры делятся на свободностоящие и на оттяжках.
В настоящее время расчет опор и их оснований производится по методу предельных состояний, при котором различают три вида предельных состояний конструкции:
- по несущей способности;
- по деформациям и перемещениям;
- по трещиностойкости (рассчитываются только железобетонные опоры).
Согласно ГТУЭ и СНиП различают три расчетных режима, которые могут иметь
место в процессе монтажа и эксплуатации линии: нормальный, аварийный и монтажный.
Нормальным режимом называется работа линии при необорванных проводах и тросах. При работе в этом режиме на опоры и их основания воздействуют постоянные нагрузки от собственного веса опор, изоляторов, проводов и тросов без гололеда. При работе линии в нормальном режиме опоры подвергаются периодически воздействию кратковременных нагрузок - от давления ветра на провода, тросы и опоры, а так же от веса гололеда на проводах и тросах. К ним также относятся нагрузки от тяжения проводов и тросов сверх их значения при среднегодовой температуре.
Работа линии в нормальном режиме происходит в течении большей части времени ее эксплуатации, поэтому такие сочетания нагрузок называются основными и в расчетах опор по нормальному режиму принимают расчетные нагрузки без каких - либо понижающих коэффициентов.
Аварийным режимом называется работа линии при обрыве проводов и тросов. Продолжительность воздействия аварийных нагрузок сравнительно невелика, поэтому для них установлены меньшие коэффициенты перегрузок. Кроме того, расчетные нагрузки от веса гололеда и от тяжения проводов и тросов умножаются на коэффициенты сочетаний: 0,8 - для промежуточных опор и фундаментов: 0,9 - для анкерных опор и их фундаментов.
Монтажным режимом называется работа конструкций в условиях монтажа опор, проводов и тросов, например - при монтаже одной цепи проводов на двухцепной опоре, при одностороннем монтаже проводов и тросов на анкерной опоре и пр.
Основным направлением при проектировании и строительстве ВЛ 110 кВ и выше является применение типовых унифицированных опор и фундаментов из сборного железобетона заводского изготовления.
Типовые унифицированные конструкции опор имеют широкий диапазон возможности подвески проводов разного сечения. Например, на стальные унифицированные опоры ВЛ 110 кВ возможна подвеска проводов сечением 95, 120, 150, 185, 240 мм2 при расчетных климатических условиях со скоростью ветра до 36 м/с, с толщиной расчетной стенки гололеда до 20 мм.
В силу их тщательной конструктивной проработки, проведения комплексных испытаний в различных режимах (нормальных, аварийных, монтажных), длительной опытно - промышленной эксплуатации, типовые опоры и фундаменты обеспечивают высокий уровень надежности в эксплуатации, позволяют унифицировать оснастку и наборы машин и механизмов при проведении строительно - монтажных работ и в эксплуатации.
По сравнению с разработкой и применением на линиях электропередачи опор индивидуальной конструкции унифицированные опоры менее экономичны, но позволяют организовать их поточное изготовление и минимизировать транспортные расходы, например - болтовые варианты унифицированных стальных опор.
Следует отметить, что на определенном этапе электролинейного строительства, при почти полном отсутствии на территории Казахстана специализированных заводов - изготовителей опор и фундаментов для воздушных линий электропередачи 110 кВ и выше осуществить электролинейное строительство в требуемом объеме при проектировании и строительстве на индивидуально разработанных опорах и фундаментов для каждой конкретной ВЛ было бы просто невозможно.
На воздушных линиях электропередачи 110, 220 и 500 кВ применялись стальные и железобетонные опоры за исключением ВЛ 1150 кВ, где устанавливались только стальные опоры.
Техническая политика в линейном строительстве в последние 20 лет была направлена на максимальное использование железобетона, в основном центрифугированного, для опор линий электропередачи 110-220-500 кВ, что обеспечивает максимальную индустриализацию строительства и позволяет сократить эксплуатационные расходы.
В это же время происходила модернизация фундаментных конструкций опор с применением фундаментов с наклонными стойками, навесными плитами, составные фундаменты и т. п. с максимальной заводской готовностью.
Для линий, проходящих в тяжелых климатических условиях, не вписывающихся в область применения типовых опор разрабатывались усиленные опоры с минимально необходимым усилением типовых конструкций опор.
Так были разработаны промежуточные комбинированные опоры на оттяжках с железобетонными стойками и стальной траверсой для ВЛ 500 кВ Акмола-Есиль- Сарбай, ЮКГРЭС - Агадырь и др. Для ВЛ 500 кВ Алматы - Бишкек на тяжелых участках использовались анкерно-угловые и промежуточные стальные опоры по типовым схемам, но с увеличением сечения основных элементов конструкций.
На ВЛ 220 кВ Чу - Чатыркуль - Георгиевка - Бишкек для возможности организации в/ч связи были разработаны конструкции промежуточных и анкерно-угловых железобетонных опор с возможностью подвески расщепленного изолированного троса (провод АС 70/72).
В особогололедных районах для ВЛ 110 кВ использовались специально разработанные опоры с горизонтальным расположением проводов индивидуальной разработки.
Технические характеристики стальных и железобетонных опор, используемые в массовом порядке на воздушных линиях электропередачи в Казахстане представлены в таблицах 3.5.1 и 3.5.2.
Типовые опоры, как правило, имеют единообразное стандартизированное обозначение.
Стальные опоры в начале имеют буквенное обозначение:
П - промежуточная опора;
У - угловая.
Сочетания букв ПС обозначает промежуточную специальную опору (для горных, городских и прочих условий).
Далее идет цифровое обозначение напряжения 110, 220, 1150 кВ, за исключением стальных опор 500 кВ, на которых напряжение не указывается, например ПБ-2, У-2, а буква "Б" обозначает болтовой вариант опоры.
Для железобетонных опор первые буквы обозначают:
ПБ - промежуточная бетонная;
УБ - угловая бетонная.
Затем идет цифровое обозначение напряжения, на которое применяются опоры.
Во всех обозначениях последняя цифра, которая пишется через определяет ценность опоры - нечетная (1,3,5) - одноцепные опоры, четная (2,4,6) - двухцепные.
Для линий напряжения 1150 кВ типовые опоры не создавались, поэтому промежуточные опоры - ПОГ 1150-1, ПОГ 1150-5, ПОГ 1150-11 и угловые опоры У 1150-1, У 1150-3 считаются конструкциями индивидуальной разработки.
