Вертикальные нагрузки на опоры линий электропередачи состоят

Составление расчётной схемы опоры

Вертикальные расчетные нагрузки состоят из нагрузки от: собственного веса опоры, веса проводов, веса тросов, веса гололеда на проводах и тросах, веса гирлянды изоляторов, монтажной нагрузки, принимаемых численно равными соответствующей массе.

Собственный вес опоры определяется из каталога унифицированных опор, по которому ранее был выбран тип опоры.

Расчетная нагрузка от веса опоры

Где 1,1 — коэффициент перегрузки;

Gос — собственный вес опоры равен 3377 кг.

Нагрузка от веса проводов без гололеда

Gо — удельный вес провода (Gо = 1.132 );

n — количество проводов в фазе (n=2).

1,1- коэффициент перегрузки.

Нагрузка от веса тросов без гололеда

где F_т — сечение троса (F_т =72,95 мм 2 );

_1т — удельная механическая нагрузка от собственного веса троса

Расчетная нагрузка от веса гололеда на проводе

где ₂ — удельная нагрузка от массы гололеда на проводе линии

2 — коэффициент перегрузки;

n — количество проводов в фазе (n=2 шт.).

Расчетная нагрузка от веса гололеда на тросе

где _2т — удельная нагрузка от массы гололеда на тросе линии (_2т= 0.00815);

2 — коэффициент перегрузки.

Вертикальную нагрузку от веса гололеда, образующегося на конструкциях опоры, учитывать не будем, считая, что приведенный центр тяжести проводов расположен ниже 25 м.

Нагрузка от собственного веса гирлянды изоляторов

где m — количество изоляторов в гирлянде (m=8 шт.);

— вес одного изолятора, принимаемого численно равным его массе (=5,7кг);

1,1 — коэффициент перегрузки.

Вертикальная нормативная нагрузка монтажника состоит из веса монтажных приспособлений и монтера с инструментами и принимается равной 150 кг. Расчетная вертикальная монтажная нагрузка G_м, определенная с учетом коэффициента перегрузки 1,3, равна 195 даН.

Найденные вертикальные нагрузки считаем приложенными в местах крепления изоляторов, т.е. к траверсам, а собственный вес опоры — в центре ее тяжести, расположенном на половине высоты опоры над землей.

Определение горизонтальных расчетных нагрузок на опору

Горизонтальные нагрузки на промежуточную опору в нормальном режиме эксплуатации линии возникают только от ветрового воздействия на конструкцию опоры, провода и тросы. При этом следует определить ветровую нагрузку на опору при направлении ветра, перпендикулярном оси линии, и при направлении ветра, составляющем угол 45° к трассе линии.

Ветровая нагрузка на конструкции опор линий определяется как сумма статической и динамической составляющих. Динамическая составляющая учитывает воздействие порывов ветра на конструкцию опоры.

В общем случае расчетное давление ветра на конструкцию опоры вычисляется по формуле

где V — нормативная скорость ветра для заданного района по ветру, (V=32м/с);

С_х — аэродинамический коэффициент обтекания пространственной конструкции опоры (С_х=0,55);

k_n — поправочный коэффициент, учитывающий возрастание скорости ветра по высоте (k_n=1,1);

S — площадь проекции средней части опоры по наружному обмеру, перпендикулярной направлению ветрового потока;

-угол между направлением действия ветра и осью линии (90 и 45);

— коэффициент, учитывающий динамическую составляющую ветровой нагрузки (=1,5);

(1. 1,2) — коэффициент перегрузки, принимается равным 1 — при наличии гололеда на проводах и тросах и 1,2 — при отсутствии гололеда на проводах и тросах.

Площадь приближенно находится как

S=S1+S2+S3=Н1В1+ Н2В2+ Н3В3=45,8 м 2 , (4.8)

где Н1,H2,H3 — высота основания, тела, тросостойки соответственно

(Н1=18,1 м, Н2=9,1 м, Н3=2,2 м);

В1,В2,В3 — ширина ствола основания, тела, тросостойки на уровне центра тяжести, расположенном на высоте 0,5Нi, значение В находим по формуле

где d₁ — ширина стойки опоры у ее основания (для В1 — d₁=2,908 м,

d₂ — ширина стойки опоры у ее вершины (для В1 — d₂=1 м, В2 — d₂=1 м,

Тогда (В1=1,954 м, В2=1 м, В3=0,65 м);

Площадь (S=21.24 мІ) приближенно находится как

где K_з — коэффициент заполнения равен 0,2.

S₁= S₂= 45,8 мІ- площади боковых поверхностей опоры

где a₁=2 м b1=0.85 м

С учетом сказанного, расчетное выражение (4.7) принимает вид:

· провода и тросы не покрыты гололедом, температура -5С, максимальная скорость ветра:

· провода и тросы покрыты гололедом, температура -5С, скоростной напор ветра 0,5q_макс:

· расчетная горизонтальная нагрузка от воздействия ветра на провод, свободный от гололеда:

где 1.2 — коэффициент перегрузки;

₄ — удельная механическая нагрузка от воздействия ветра на провод, не покрытый гололедом, определенная при угле = 90, (₄=0,005214).

· расчетная горизонтальная нагрузка от воздействия ветра на трос, свободный от гололеда:

где _4Т — удельная механическая нагрузка от воздействия ветра на трос, не покрытый гололедом, определенная при угле = 90, (_4Т=0,01 ).

· расчетная горизонтальная нагрузка от воздействия ветра на провод, покрытый гололедом:

где ₅ — удельная механическая нагрузка от воздействия ветра на провод, покрытый гололедом, определенная при угле = 90, (₅=0,015 ).

· расчетная горизонтальная нагрузка от воздействия ветра на трос, покрытый гололедом:

где _5Т — удельная механическая нагрузка от воздействия ветра на трос, покрытый гололедом, определенная при угле = 90, (_5Т= 0,045 ).

Монтаж и эксплуатация воздушных линий электропередачи

Конструкции опор воздушных линий электропередачи весьма разнообразны и зависят от материала, из которого изготавливается опора (металлическая, железобетонная, деревянная, стеклопластиковая), назначения опоры (промежуточная, угловая, транспозиционная, переходная и т.д.), от местных условий на трассе линии (населенная местнсть или ненаселенная, горные условия, участки с болотными или слабыми грунтами и т.п.), напряжения линии, количества цепей (одноцепная, двухцепная, многоцепная) и т.д.

В конструкции многих типов опор можно встретить следующие элементы:

Стойка – является основным неотъемлемым элементом конструкции опоры, в отличие от остальных элементов которые могут отсутствовать. Стойка предназначена для обеспечения требуемых габаритов проводов (габарит провода — вертикальное расстояние от провода в пролёте до пересекаемых трассой инженерных сооружений, поверхности земли или воды). В конструкции опоры может быть одна, две, три и более стоек.

а	б

Рисунок. Опоры ВЛ: а – двухстоечная опора; б – трехстоечная опора.

Стойка металлических опор решетчатого типа называется стволом. Ствол обычно представляет собой четырехгранную усеченную решетчатую пирамиду, выполненную из профилей стального проката (уголка, полосы, листа), и состоит из пояса, решетки и диафрагмы. Решетка, в свою очередь, имеет стержни-раскосы и распорки, а также дополнительные связи.

Рисунок. Элементы конструкции металлической опоры: 1 – пояс стойки опоры; 2 – стержни-раскосы, образующие решетку стойки; 3 – диафрагма; 4 – траверса; 5 – тросостойка.

Рисунок. Угловая опора с двумя подкосами: 1 – стойка; 2 – подкос.

Рисунок. Элементы конструкции комбинированной опоры: 1 – деревянная стойка опоры; 2 – железобетонная приставка (пасынок); 3 – раскос; 4 – траверса.

а	б

Рисунок. Траверсы опор: а — для ж/б опоры 10 кВ; б — для ж/б опоры 110 кВ.

Чаще всего можно встретить траверсы в виде жесткой металлической конструкции, однако существуют также деревянные траверсы и траверсы из композитных материалов.

Рисунок. Траверса опоры ВЛ 110 кВ из композитных материалов

Кроме того, на V-образных опорах типа «набла» и П-образных опорах можно встретить так называемые гибкие траверсы.

Рисунок. Опора ВЛ с «гибкой» траверсой

В некоторых конструкциях опор траверсы могут отсутствовать, например, у деревянных или железобетонных опор ВЛ напряжением до 1 кВ, у опор ВЛ с самонесущими изолированными проводами напряжением до 1 кВ, у анкерных опор ВЛ любого напряжение, где каждая фаза крепится на отдельной стойке.

Рисунок. Опора без траверсы

Рисунок. Грибовидный железобетонный фундамент

Для одностоечных опор, у которых нижний конец стойки заделывается в грунт, фундаментом служит низ стойки; для металлических опор применяются свайные или сборные грибовидные железобетонные, а при установке переходных опор и опор на болотах — монолитные бетонные фундаменты.

Рисунок. Железобетонные сваи, применяемые в односвайных и многосвайных фундаментах опор ВЛ

Рисунок. Опора ЛЭП на свайном фундаменте

Рисунок. Грибовидный железобетонный фундамент (1) с тремя ригелями (2)

Рисунок. Опора, закрепленная с помощью оттяжек

Верхняя часть оттяжки крепится к стойке или траверсе опоры, а нижняя часть к якорю или железобетонной плите. Кроме того, в конструкцию оттяжки может входить натяжная муфта – талреп.

Рисунок. Нижняя часть оттяжки

Рисунок. П-образная опора с двумя тросостойками: 1 – стойка; 2 – тросостойка; 3 – траверса.

а	б

Указанные выше элементы опор, в зависимости от класса напряжения ВЛ, могут существенно отличаться конструкцией и габаритами.

Кроме перечисленных выше, в конструкцию опор могут входить и другие элементы. Например, элементами железобетонных опор до 10 кВ являются штыри, оголовники, хомуты, различные узлы крепления и т.п.

а	б	в

Рисунок. Элементы конструкции железобетонных опор ВЛ 0,4-10 кВ: а – штыри, для крепления на них изоляторов; б – хомуты, для крепления траверсы к стойке опоры; в – узел крепления подкоса.

Читайте далее об условных обозначениях опор. [Прочитать!]

Содержание материала

Метод расчета металлических опор. Нагрузки на металлические опоры
Силы, воздействующие на опоры воздушных линий электропередачи и их основания, называются нагрузками. Расчет металлических опор производится по методу предельных состояний, то есть учитываются состояния, при достижении которых конструкция опоры перестает удовлетворять предъявляемым к ней требованиями по условиям эксплуатации [12, 13].
Предельные состояния подразделяются на две группы: группа 1: возможность дальнейшей эксплуатации полностью исключена (потеря устойчивости).
группа 2: эксплуатация возможна, но с ограничениями. Возможность возникновения предельного состояния зависит от:

1. механических свойств материалов конструкций или физических свойств грунта;
2. условий работы конструкций;
3. изменчивости нагрузок.

Мера изменчивости нагрузок называется коэффициентом перегрузки n [Приложение 2, табл. 2.5].
Нагрузки, соответствующие условиям эксплуатации опоры, называются нормативными нагрузками. К ним относятся все нагрузки, рассмотренные при расчете провода на прочность (параграф 2.3).
В расчетах опор и их оснований помимо нормативных нагрузок используют расчетные, получаемые путем умножения нормативных нагрузок на коэффициенты n [Приложение 2, табл. 2.5]. Коэффициенты определены в зависимости от режима работы воздушной линии.
Согласно [13] различают три режима, которые могут быть в процессе монтажа и эксплуатации воздушных линий.
Режим 1 — нормальный. Нормальным режимом называется работа линии при необорванных проводах и тросах. В этом режиме на опоры и их основания действуют следующие виды нагрузок (рис. 2.53, а, б):

1. постоянные: собственный вес опор Gоп [6, стр. 30-51, табл. 1.25-1.45], изоляторов G г [6, стр. 65-68, табл. 1.64-1.67], проводов G п и тросов G т без гололеда [6, стр. 53-59, табл. 1.47-1.57]; нагрузки от тяжений проводов ΔΤ п и тросов ΔΤ т при среднегодовой температуре и отсутствии гололеда и ветра;
2. кратковременные: от давления ветра на провода Qп, тросы Q т и опоры; от веса гололеда на проводах и тросах.

Работа линии в нормальном режиме происходит в течение большей части времени их эксплуатации, поэтому принимаемые в нормальном режиме нагрузки называют основными сочетаниями.
Режим 2 — аварийный. Аварийным режимом работы называется работа линии при обрыве проводов и тросов. Продолжительность воздействия нагрузок аварийного режима сравнительно невелика, поэтому в расчетах по аварийному режиму расчетные нагрузки и нормативные тяжения проводов умножаются коэффициенты. Схемы нагрузок на опоры в аварийном режиме приведены на рис. 2.54, а, б.
Режим 3 — монтажный. Монтажным режимом работы называется работа конструкции в условиях монтажа опор, проводов и тросов. Сочетания нагрузок в монтажном режиме относят к числу основных.

Рис. 2.53. Схемы нагрузок на опору в нормальном режиме работы воздушной линии: а — на промежуточную двухцепную; б — на анкерную

Рис. 2.54. Схемы нагрузок на опору в аварийном режиме работы воздушной линии: а — на промежуточную одноцепную; б — на анкерную

Опоры воздушных линий электропередачи отличаются от всех остальных инженерных сооружений, так как размеры инженерных сооружений определяются вертикальными нагрузками от собственного веса и полезными технологическими нагрузками, для которых предназначены сооружения. Основными нагрузками, определяющими размеры элементов опор и фундаментов, являются горизонтальные, а дополнительными — вертикальные.

Горизонтальные нагрузки состоят из:

1. ветровой нагрузки на конструкцию опоры. Для нормальных стальных опор высотой до 50 м полная ветровая нагрузка определяется по формуле:

Pоп = Сх·Qн · S ·β, (2.66)
где S — площадь проекции конструкции по наружному обмеру с наветренной стороны на плоскость, перпендикулярную направлению ветра, м2;
β — коэффициент, учитывающий динамическое воздействие порывов ветра: для стальных свободностоящих опор β = 1,5; для опор на оттяжках β = 1,65; для деревянных и железобетонных опор β = 1,65.

1. ветровой нагрузки на провода и тросы (параграф 2.3);
2. нагрузки от тяжения проводов и тросов.

Нагрузки от тяжения проводов и тросов определяют по выражению:
T = F · σ, (2.67)
где F — сечение провода, мм ;
σ — напряжение в проводе, определяемое из механического расчета, даН/мм2.
К вертикальным нагрузкам относят:

1. собственный вес опоры [6, стр. 30-51, табл. 1.25-1.45];
2. вес гирлянд изоляторов с арматурой [6,стр.65-68, табл.1.64-1.67];
3. вес проводов и тросов (параграфы 2.3 и 2.8);
4. вес монтера с монтажными приспособлениями. Нормативный вес монтажных приспособлений и монтера с инструментом принимается: для всех опор воздушных линий 500 кВ — 250 даН; для промежуточных опор линий 35-330 кВ с подвесными изоляторами — 150 даН; для анкерных опор — 200 даН; для всех опор линий со штыревыми изоляторами — 100 даН.

Пример 2.11
Пользуясь данными и результатами расчетов предыдущих примеров, определить нормативные и расчетные нагрузки на промежуточную металлическую опору П220-2 в нормальном режиме работы воздушной линии для дальнейшего выбора и проверки фундамента под опору.
Решение
1. Определим нормативные нагрузки.
На промежуточную опору в нормальном режиме работы воздушной линии действуют нагрузки, показанные на рис. 2.53, а:

собственный вес опоры [6, стр. 40, табл. 1.34]
собственный вес гирлянд изоляторов [6, стр. 65, табл. 1.65]

где nг — количество гирлянд изоляторов на опоре, шт;
Gг — вес одной гирлянды изоляторов, кг (пример 2.6);
собственный вес провода на весовой пролёт
lвес = 335 м, (пример 2.6); собственный вес 1 м провода Mп = 0,997 кг/м (даН/м) (пример 2.1), тогда с учетом двух цепей и трехфазной системы получим:
собственный вес троса на весовой пролёт
собственный вес 1 м троса — Mт = 0,6274 кг/м (даН/м) (пример 2.10), тогда

итого по постоянным нормативным нагрузкам

нагрузка от давления ветра на провода без гололеда (ветер направлен перпендикулярно оси линии)
с учетом трехфазной системы и двух цепей воздушной линии получим:

где р 4 — единичная горизонтальная нагрузка от давления ветра на провод, свободный от гололеда, даН/м (пример 2.1);
нагрузка от давления ветра на трос без гололеда определим единичную нагрузку от давления ветра на трос без гололеда, воспользовавшись расчетом одноименной удельной нагрузки (пример 2.10)

нагрузка от веса гололеда на проводах
с учетом трехфазной системы и двух цепей воздушной линии получим:

где р 2 — единичная нагрузка от массы гололедных отложений, даН/м (пример 2.1);
нагрузка на трос от веса гололеда
определим единичную нагрузку от массы гололедных отложении на трос, воспользовавшись расчетом одноименной удельной нагрузки (пример 2.10)

нагрузка от давления ветра на конструкцию опоры
ветровая нагрузка на конструкцию опоры определяется по формуле (2.66):
где Cx = 1,1 — аэродинамический коэффициент (пример 2.1);
Qн = 65 даН/м — скоростной напор ветра (пример 2.1);
S = 5,4 · 22,5 +1,4 · (6,5 + 6,5 + 5,5) = 147,4 м — площадь проекции конструкции по наружному обмеру с наветренной стороны на плоскость, перпендикулярную направлению ветра: 5,4 м — ширина базы опоры у основания; 22,5 м — высота опоры до нижней траверсы; 1,4 м — средняя ширина ствола опоры от нижней траверсы до верхушки тросостойки; 6,5 + 6,5 + 5,5 м — размеры опоры от нижней траверсы до средней, от средней до верхней и от верхней до верхушки тросостойки, соответственно, (Приложение 2, рис. 2.12, б).
β = 1,5 — коэффициент, учитывающий динамическое воздействие порывов ветра (параграф 2.9.4);
итого по кратковременным нормативным нагрузкам

2. Определим расчетные нагрузки.
Расчетные нагрузки получают путем умножения нормативных нагрузок на коэффициенты перегрузки в нормальных и аварийных режимах — n [Приложение 2, табл. 2.5]:
нагрузка от собственного веса конструкций опор, гирлянд изоляторов, веса проводов и тросов

нагрузка от веса гололеда на проводах и тросах

нагрузка от давления ветра на конструкцию опоры при наличии гололеда на проводах и тросах

нагрузка от давления ветра на провода и тросы, свободные от гололеда

итого по расчетным нагрузкам