Опора линии электропередачи

Опора воздушной линии электропередачи (опора ЛЭП) — сооружение для удержания проводов и при наличии — грозозащитных тросов воздушной линии электропередачи и оптоволоконных линий связи на заданном расстоянии от поверхности земли и друг от друга.

Основные сведения

Опоры ЛЭП предназначены для сооружений линий электропередач при расчётной температуре наружного воздуха до −65 °C и являются одним из главных конструктивных элементов ЛЭП, отвечающим за крепление и подвеску электрических проводов на определённом уровне.

В зависимости от способа подвески проводов опоры делятся на две основные группы:

опоры промежуточные, на которых провода закрепляются в поддерживающих зажимах;
опоры анкерного типа, служащие для тяжения проводов; на этих опорах провода закрепляются в натяжных зажимах.

Эти виды опор делятся на типы, имеющие специальное назначение:

Промежуточные прямые опоры устанавливаются на прямых участках линии. На промежуточных опорах с подвесными изоляторами провода закрепляются в поддерживающих гирляндах, висящих вертикально; на опорах со штыревыми изоляторами закрепление проводов производится проволочной вязкой. В обоих случаях промежуточные опоры воспринимают горизонтальные нагрузки от давления ветра на провода и на опору и вертикальные — от веса проводов, изоляторов и собственного веса опоры.
Промежуточные угловые опоры устанавливаются на углах поворота линии с подвеской проводов в поддерживающих гирляндах. Помимо нагрузок, действующих на промежуточные прямые опоры, промежуточные и анкерно-угловые опоры воспринимают также нагрузки от поперечных составляющих тяжения проводов и тросов. При углах поворота линии электропередачи более 20° вес промежуточных угловых опор значительно возрастает. При больших углах поворота устанавливаются анкерно угловые опоры.

При установке анкерных опор на прямых участках трассы и подвеске проводов с обеих сторон от опоры с одинаковыми тяжениями горизонтальные продольные нагрузки от проводов уравновешиваются и анкерная опора работает так же, как и промежуточная, то есть воспринимает только горизонтальные поперечные и вертикальные нагрузки. В случае необходимости провода с одной и с другой стороны от опоры можно натягивать с различным тяжением проводов. В этом случае, кроме горизонтальных поперечных и вертикальных нагрузок, на опору будет воздействовать горизонтальная продольная нагрузка.

При установке анкерных опор на углах анкерно-угловые опоры воспринимают нагрузку также от поперечных составляющих натяжения проводов и тросов.

Концевые опоры устанавливаются на концах линии. От этих опор отходят провода, подвешиваемые на порталах подстанций.

Помимо перечисленных типов опор, на линиях применяются также специальные опоры: транспозиционные, служащие для изменения порядка расположения проводов на опорах; ответвлительные — для выполнения ответвлений от основной линии; опоры больших переходов через реки и водные пространства и т. д.

На линиях электропередач применяются деревянные, стальные и железобетонные опоры. Разработаны также опытные конструкции из алюминиевых сплавов и композитных материалов.

Сталь является основным материалом, из которого изготавливаются металлические опоры и различные детали (траверсы, тросостойки, оттяжки) опор. Достоинством стальных опор по сравнению с железобетонными является их высокая прочность при малой массе. Возможность повторного использования в течение всего периода эксплуатации.

По конструктивному решению ствола стальные опоры могут быть отнесены к трем основным схемам — башенным (одно- или многостоечным), портальным или вантовым, по способу закрепления на фундаментах — к свободно стоящим опорам и опорам на оттяжках, по способу соединения элементов разделяются на сварные и болтовые. Также стальные опоры делятся на опоры гибкой конструкции и опоры жёсткой конструкции.

Металлические опоры изготавливаются как из стального уголкового проката (применяется равнобокий уголок), так из гнутого стального профиля постоянного и переменного сечения (это сочетает в себе преимущества конструкций стальных многогранных опор ЛЭП и стальных решетчатых опор башенного типа), кроме того высокие переходные опоры могут быть изготовлены из стальных труб.

В СНГ насчитывается несколько основных центров производства стальных конструкций опор ЛЭП — центральный, уральский и сибирский.

Классификация опор

По назначению

Промежуточные опоры устанавливаются на прямых участках трассы ВЛ, предназначены только для поддержания проводов и тросов и не рассчитаны на нагрузки от тяжения проводов вдоль линии. Обычно составляют 80—90 % всех опор ВЛ.
Угловые опоры устанавливаются на углах поворота трассы ВЛ, при нормальных условиях воспринимают равнодействующую сил натяжения проводов и тросов смежных пролётов, направленную по биссектрисе угла, дополняющего угол поворота линии на 180°. При небольших углах поворота (до 15—30°), где нагрузки невелики, используют угловые промежуточные опоры. Если углы поворота больше, то применяют угловые анкерные опоры, имеющие более жёсткую конструкцию и анкерное крепление проводов.
Анкерные опоры устанавливаются на прямых участках трассы для перехода через инженерные сооружения или естественные преграды, воспринимают продольную нагрузку от тяжения проводов и тросов. Их конструкция отличается жесткостью и прочностью.
Концевые опоры — разновидность анкерных и устанавливаются в конце или начале линии. При нормальных условиях работы ВЛ они воспринимают нагрузку от одностороннего натяжения проводов и тросов.
Специальные опоры: транспозиционные — для изменения порядка расположения проводов на опорах; ответвлительные — для устройства ответвлений от магистральной линии; перекрёстные — при пересечении ВЛ двух направлений; противоветровые — для усиления механической прочности ВЛ; переходные — при переходах ВЛ через инженерные сооружения или естественные преграды.
Стилизованные опоры линии электропередачи – опоры-скульптуры, которые кроме основной функции удержания проводов, выполняют эстетическую.

По способу закрепления в грунте

Опоры, устанавливаемые непосредственно в грунт
Опоры, устанавливаемые на фундаменты
- классические (с широкой базой более 4 м2), как правило, рамные (каркасные) с заливкой бетоном или пригрузом, засыпанным песчано-гравийной смесью
- узкобазовые (менее 4 м2) (например: с креплением на стальную трубу, стальную винтовую или железобетонную сваю)

По конструкции

Свободностоящие опоры
- одностоечные
- многостоечные
Опоры с оттяжками
Вантовые опоры аварийного резерва

По количеству цепей

Одноцепные
Двухцепные
Многоцепные

По напряжению

Опоры подразделяются на опоры для линий 0.22, 0.4, 6, 10, 35, 110, 150, 220, 330, 400, 500, 750, 1150 кВ. Отличаются эти группы опор размерами и весом. Чем больше напряжение, тем выше опора, длиннее её траверсы и больше её вес. Увеличение размеров опоры вызвано необходимостью получения нужных расстояний от провода до тела опоры и до земли, соответствующих ПУЭ для различных напряжений линий.

По материалу изготовления

Железобетонные — выполняют из бетона, армированного металлом. Для линий 35—110 кВ и выше обычно применяют опоры из центрифугированного бетона. Достоинством железобетонных опор является их стойкость в отношении коррозии и воздействия химических реагентов, находящихся в воздухе. Основной недостаток значительный вес, относительно высокий процент возникновения дефектов при транспортировке (сколы, трещины) и выкрашивание бетона в приповерхностном слое грунта за счет воздействия влаги и циклического изменения температуры (замерзание-оттаивание).
Металлические — выполняют из стали специальных марок. Отдельные элементы соединяют сваркой или болтами. Как правило, для предотвращения окисления и коррозии поверхность металлических опор оцинковывают (в том числе методом газотермического напыления) или периодически окрашивают специальными красками.
- Металлические решётчатые опоры
- Металлические многогранные опоры
  - закрытого профиля (шести-, восьми- и т. д. гранники)
  - открытого профиля (треугольного и квадратного сечения)
- Опоры из стальных труб
Деревянные — выполняют из круглых брёвен. Наиболее распространены сосновые опоры и несколько меньше опоры из лиственницы. Деревянные опоры применяют для линий напряжением до 220/380 В включительно в СНГ и до 345 В в США, однако кое-где до сих пор можно увидеть применение деревянных опор в линиях 6, 10, 35 и 110 кВ. Основные достоинства этих опор — малая стоимость (при наличии местной древесины) и простота изготовления. Основной недостаток — гниение древесины, особенно интенсивное в месте соприкосновения опоры с почвой. Пропитка древесины специальным антисептиками (в странах СНГ повсеместно обычно применяют креозот) увеличивает срок её службы с 4—6 до 15—25 лет. Для увеличения срока службы деревянную опору обычно выполняют не из целого бревна, а составной: из более длинной основной стойки и короткого стула, пасынка, или железобетонной приставки. Стул скрепляют с основной стойкой при помощи проволочного бандажа либо цепи. Широко применяют составные деревянные опоры с железобетонными стульями. Деревянные опоры выполняют А-образными или П-образными. П-образная конструкция является более устойчивой, но требует больших капиталовложений из-за повышенного расхода материала по сравнению с А-образной.
Композитные — сравнительно новый тип опор. Получают распространение в США, Канаде, Норвегии, Китае. В России введено в экспериментальную эксплуатацию несколько участков ЛЭП различных классов напряжений с композитными опорами. Преимущества композитных опор обусловлены их диэлектрическими свойствами, хорошей устойчивостью к сложным климатическим условиям (ветер, гололед, циклы замораживание-оттаивание), а также малой массой, позволяющей вести их монтаж в труднодоступных местах.

Срок службы железобетонных и металлических оцинкованных или периодически окрашиваемых опор достигает 25 лет и более в определённых климатических условиях. Стоимость металлических и железобетонных опор значительно превышает стоимость деревянных опор. Выбор того или иного материала для опор обусловливается экономическими соображениями, а также наличием соответствующего материала в районе сооружения линии.

Дополнительные факты

На некоторых тепловых электростанциях роль опор выполняют дымовые трубы. Известны следующие примеры:

ТЭЦ в Архангельске (1 труба),
Выборгская ТЭЦ в Санкт-Петербурге (1 труба),
Ириклинская ГРЭС в Оренбургской области (3 трубы),
Каширская ГРЭС в Кашире (1 труба),
Конаковская ГРЭС в Тверской области (2 трубы),
Молдавская ГРЭС в Днестровске (3 трубы)
Scholven ГРЭС [1] в Гельзенкирхен (1 труба) [2]
Бурштынская ТЭС в Бурштыне (3 трубы)

Дымовые трубы в качестве опор
Конаковская ГРЭС
Выборгская ТЭЦ
Каширская ГРЭС
Бурштынская ТЭС

Унификация опор

На основании многолетней практики строительства, проектирования и эксплуатации ВЛ определяются наиболее целесообразные и экономичные типы и конструкции опор для соответствующих климатических и географических районов и проводится их унификация.

Обозначение опор

Для металлических и железобетонных опор ВЛ 35—330 кВ в СНГ принята условная система обозначения.

Цифры после букв обозначают класс напряжения. Наличие буквы «т» указывает на тросостойку с двумя тросами, буквы «п» — на изменение взаимного расположения проводов на опоре (обычно заключается в переносе проводов верхнего или нижнего яруса на средний ярус). Цифра через дефис указывает количество цепей: нечётное — одноцепная линия, четное — двух и многоцепные, или типоисполнение опоры. Цифра через «+» означает высоту приставки к базовой опоре (применимо к металлическим опорам). Система обозначений соответствует конструкторской документации заводов-изготовителей и может отличаться от условно принятой формы.

Примеры:

АС35/110П-1ТМ — металлическая (стальная) анкерная опора для ВЛ 35 и 110 кВ из гнутого профиля
У110-2+14 — металлическая анкерно-угловая двухцепная опора с подставкой 14 м;
УС110-3 — металлическая анкерно-угловая одноцепная специальная (с горизонтальным расположением проводов) опора;
УС110-5 — металлическая анкерно-угловая одноцепная специальная (для городской застройки — с уменьшенной базой и увеличенной высотой подвеса) опора (геометрически аналогична опоре У110-2+5);
ПС10П-6АМ — промежуточная стальная для ВЛ 10 кВ из гнутого профиля;
ПМ220-1 — промежуточная металлическая многогранная одноцепная опора;
У220-2т — металлическая анкерно-угловая двухцепная опора с двумя тросами;
ПБ110-4 — промежуточная железобетонная двухцепная опора;
ПМ110-4ф — промежуточная металлическая многогранная двухцепная опора с конструктивно отдельным фундаментом. У другого изготовителя имеет маркировку ППМ110-2 (переходная), хотя конструктивно аналогичная;
ПК110-1 — промежуточная композитная одноцепная опора для ВЛ 110 кВ;
ПК10-2И — промежуточная композитная опора для ВЛИ 10 кВ.

Самые высокие опоры

В настоящее время самые высокие опоры установлены на переходе ЛЭП-220 через морской пролив на архипелаг Чжоушань в Китае, конкретнее — на острове Дамао. Места установки опор: 29°56′02″ с. ш. 122°02′10″ в. д. и 29°54′41″ с. ш. 122°01′26″ в. д.. Высота обеих опор составляет 370 метров, каждая имеет вес 5999 тонн. Воздушный переход, построенный в 2009—2010 годах, имеет длину 2700 метров.

Самые высокие опоры ЛЭП в мире - в КНР - 380 м (2017)

В России высота самой высокой опоры ЛЭП, находящейся в городе Балаково, составляет 197 метров.Тип опоры АТ-178. Координаты опоры: 52°02′52″ с. ш. 47°46′41″ в. д.

Экзотические опоры

В мире построены уникальные и очень редкие опоры воздушных линий электропередачи. Выше речь шла о дымовых трубах электростанций, выполняющих роль опор. Также имеются опоры в виде джокера и Микки Мауса. В России к Зимней олимпиаде 2014 года по пути в Красную Поляну были установлены опоры в виде барса и летящего лыжника. А в 2016 году на территории Пермской ГРЭС в городе Добрянка возвели опоры для ЛЭП в виде огромных футболистов, приуроченные к Чемпионату мира по футболу-2018. Высота каждой опоры — 25 метров.

3 стилизованных опоры ЛЭП установлены в Калининградской области. Одна — в виде футбольного символа к Чемпионату мира по футболу 2018 года и две — в виде якорей. Инженерные сооружения смонтировали в 2018 году по индивидуальному проекту и по инициативе АО «Янтарьэнерго». Все опоры действующие. Конструкция в виде фигуры футбольного персонажа, который бьет по мячу, это часть воздушных линий 110 киловольт, которые связывают подстанции в Зеленоградске, Пионерском и поселке Муромское. Замена опоры проведена в рамках реконструкции этих линий. Нестандартная опора ЛЭП обеспечивает энергоснабжение международного аэропорта «Храброво» и Зеленоградского городского округа. Высота энергообъекта сопоставима с 12-этажным домом и составляет 37 метров. Еще одна достопримечательность Калининграда — самые высокие в стране стилизованные опоры ЛЭП 330 киловольт в виде якорей на берегу реки Преголи. Их высота — 112 метров. Опоры действующие, это часть линии электропередачи, которая строится для технологического присоединения Прегольской ТЭС. Надежность конструкций обеспечивают 240 свай. Опоры способны выдержать максимальный напор ветра до 36 м/с, устоять в жару и холод до + и — 35 градусов. По всей высоте опор установлено сигнальное освещение, что делает конструкции заметными в темное время суток для кораблей и жителей города.

Специальные модели

В России есть в нескольких местах электрические опоры специальной конструкции.