overheadlines_#01-2010

3 34 54 84

ВОЗДУШНЫЕ ЛИНИИНаучно-технический журнал

ISSN 2219-5319

Идеология проектирования ВЛ в стесненных условиях

Рациональные решения сечений стоек опор ВЛ 35–750 кВ

Применение программного комплекса EnergyCS Line

Опоры, используемые в зонах схождения лавин

проектирование конструкции опор новые технологии другие вопросы

w w w. o v e r h e a d l i n e s . r u №1/2010

ВО

ЗД

УШ

НЫ

Е Л

ИН

ИИ

№ 1

/201

0

СОДЕРЖАНИЕ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

В.И. Костиков, О.В. Семенко. Идеология проектирования ВЛ в стесненных условиях. Критерии применимости опор на МГС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

С.В. Турбин , Н.С. Шалыгина. Методика определения предельных нагрузок на металлические опоры ВЛ . . . . . 14

С.И. Нескин, Е.Ю. Семенов. Разноречивость методик расчета фланцевых соединений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

В.И. Костиков, О.В. Семенко. Натурные испытания опор на МГС. Требования к современному полигону . . . . . . . . 23

КОНСТРУКЦИИ ОПОР

Р.Н. Зджанский. Многосвайные ростверки (МСР) на узколопастных винтовых сваях (УВС) . . . . . . . . . . . . . 28

Р.Н. Зджанский, В.И. Костиков, С.И. Нескин. Рациональные решения сечений стоек опор ВЛ 35–750 кВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

В.И. Костиков, С.И. Нескин. Усиленные закрепления свободно стоящих опор ВЛ на стойках многогранного профиля (МГС) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

А.В. Рощин, В.И. Костиков. Некоторые аспекты реконструкций ВЛ в стесненных условиях. Применение опор на МГС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Н.Б. Ильичев. Применение программного комплекса EnergyCS Line при проектировании ВЛ и ВОЛС с подвеской на опорах ВЛ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Стив Колтарп, Тим Вайд. Стоя в полный рост наперекор погоде. Суровая погода подтверждает правильность решения сетевой компании установить стеклопластиковые опоры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60


Пилотный выпуск № 1, 2010

Издатель журнала – ООО «Издательство «Научные основы и технологии»Журнал издается при поддержке Группы компаний «Энергобуд»

Главный редактор А.Н. Аввакумов

Редакционная коллегияВ.А. Майоров, Генеральный директор ОАО «Центр инжиниринга и управления строительством Единой энергетической системы» (Россия)В.Т. Жидков, Генеральный директор ОАО «Инженерный центр ЕЭС» (Россия)В.К. Индан, ООО «Сетьстройпроект» (Россия)Л.И. Качановская, Директор ПЦ «Севзапэнергосетьпроект» (Россия)М.Б. Гершкович, Генеральный директор ДЗМК «МЕТАКО» (Россия)В.В. Лях, Заслуженный энергетик Украины, директор ГП «Укрсельэнергопроект» (Украина)В.Д. Семенко, Заслуженный энергетик Украины, почетный энергетик СНГ, директор ЦВЭТ «ЭП» (Украина)В.Ф. Скляров, Председатель украинского НК CIGRE, министр энергетики Украины с 1988 по 2003 гг. (Украина)

Российские полимерные композиции («Силор, Спрут») для ремонта и восстановления эксплуатационных свойств, усиления и упрочнения, для антикоррозионной защиты железобетонных и металлических конструкций ВЛ (фундаменты, опоры, мачты, столбы и прочее) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

ДРУГИЕ ВОПРОСЫ

Т.В. Перинский. Режимы работы вдольтрассовых ВЛ 10 кВ магистральных газо- и нефтепроводов, оснащенных автоматическими пунктами секционирования и регуляторами напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

М.В. Закржевский, М.В. Ледина. Применение материалов концерна BASF для повышения долговечности железобетона фундаментов и опор ВЛ на стадиях изготовления, монтажа и эксплуатации . . . . . . . . . . . . . . . 81

Р. Йонссон, Э. Торстейн, И. Иваницкая. Опоры, используемые в зонах схождения лавин, для ВЛ 420 кВ в Исландии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

ЧИТАЙТЕ В СЛЕДУЮЩЕМ НОМЕРЕ

Ю.А. Лавров. Особенности проектирования и эксплуатации кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена среднего и высокого напряжения

Н.А. Сенькин. Современные технологии проектирования и строительства ВЛ 110–500 кВ

М.С. Ермошина. Развитие архитектурных форм в электросетевом строительстве

Выпускающий редактор Алексей АндриенкоДизайн и верстка Валерий СмирновКорректор Ольга Камнева

Отдел рекламы:Касьянова Дарья, Никитина Светлана[email protected]

Подписка:Соколова Ольга, Попова Екатерина[email protected]

Адрес197342, Россия, Санкт-Петербург, а/я 20Тел.: +7 (812) 655-08-37Факс: +7 (812) 655-08-37Эл. почта: [email protected]

Содержание и рефераты статей представлены на сайте www.overheadlines.ru

Требования к представлению материалов приведены на сайте www.overheadlines.ru

Авторы, опубликованных работ получают один экземпляр журнала.

При перепечатке ссылка на журнал «Воздушные линии» обязательна.

Ответственность за содержание рекламы несет рекламодатель

Тираж 2000 экземпляровПилотный номер жЖурнал распространяется по подпискеЦена договорная

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 0

3

проектирование

ИДЕОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ В СТЕСНЕННЫХ УСЛОВИЯХ.КРИТЕРИИ ПРИМЕНИМОСТИ ОПОР НА МГС

В.И. Костиков, инженер ОАО «ПРОМиК»

О.В. Семенко, инженер ОАО «ПРОМиК»

Передача электроэнергии по воздушным лини-ям (ВЛ) по сей день остается самым дешевым спо-собом передачи электроэнергии, а в классах сверх-высокого напряжения практически единственным. Поскольку строительство новых ВЛ встречает до-статочно проблем, а в населенных пунктах оно и вовсе запрещено законодательством, то наряду с другими элементами сети, остро стоит вопрос уве-личения пропускной способности существующих ВЛ и их надежности [6].

Понятно, что увеличение пропускной способ-ности существующих ВЛ неминуемо приводит к необходимости их реконструкции.

Увеличение пропускной способности ВЛУвеличение количества ВЛНаиболее простым способом увеличения про-

пускной способности сетей электропередачи яв-ляется строительство новых ВЛ и подстанций (ПС). Что сопряжено с огромными трудностя-ми. Так, СНиП 2.07.01–89* «Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских по-селений» прямо говорит, что при реконструкции городов следует выносить за пределы селитебной территории существующие воздушные линии электропередачи напряжением 35–110 кВ или выше и заменять их на кабельные, а в крупнейших городах – также заменять существующие откры

тые понизительные подстанции глубокого ввода закрытыми. Того же мнения единодушно придер-живаются российские и украинские ПУЭ.

То есть нормы действующего законодательства прямо запрещают строительство ВЛ на сели-тебной территории. Исключения могут быть, но только в тех случаях, когда обосновано, что иное техническое решение невозможно, только в преде-лах действующего коридора существующих ВЛ и только по согласованию с местными органами власти, территориальными общинами и землевла-дельцами, что (вместе взятое) даже теоретически мало реально.

Поэтому единственной возможностью увеличе-ния пропускной способности существующих элек-трических сетей является увеличение пропускной способности существующих ВЛ электропередачи с модернизацией действующих подстанций. Уве-личение пропускной способности ВЛ возможно разными способами:

• повышением эксплуатационной температуры провода;

• расщеплением фазы и/или увеличением коли-чества проводов в фазе;

• увеличением класса напряжения;• увеличением количества цепей;• комбинацией вышеперечисленных вариантов.Остановимся на них подробнее.

В . И . К о с т и к о в , О . В . С е м е н к о

УДК 621.315.17

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 04


Повышение эксплуатационной температуры провода

Простое увеличение электрической нагрузки системы приводит к повышению температуры провода. Без ущерба для прочности провода мож-но добиться его работы с температурой до +90 °С. Так примерно и происходит в часы пиковой на-грузки на энергосистему дневного и вечернего максимумов. Но это повышение температуры кратковременно. Если же такую температуру сде-лать постоянной рабочей температурой провода, то запасы прочности (оборудования ПС и элемен-тов ВЛ) будут уменьшены и надежность системы значительно снизится. Кроме того, из-за линейно-го расширения при нагреве стрела провиса про-вода увеличится и не будет соблюден требуемый минимальный габарит до земли, а в часы пиковых нагрузок жарким летом провод вообще будет «ло-житься на землю». Это, безусловно, недопустимо, так как может привести к серьезным авариям, в том числе и с человеческими жертвами, особенно на территориях с постоянным или частым пребы-ванием людей.

За рубежом существуют ВЛ электропередачи с рабочей температурой провода +130 и даже +150 °C, но это линии, специально рассчитанные на такую рабочую температуру провода, поэтому все вы-шеуказанные вопросы учтены еще при проектиро-вании ВЛ.

То есть простое увеличение нагрузки системы невозможно. Требуется проведение специальных мероприятий по реконструкции оборудования ПС и полный перерасчет ВЛ с увеличением высоты подвеса провода (высоты опор) или уменьшением длины пролетов (перерасстановкой опор), что тре-бует полного перепроектирования ВЛ и серьезной ее реконструкции. Практически строительства но-вой ВЛ взамен существующей.

Расщепление фазы и/или увеличение количества проводов в фазе

Вопросами повышения пропускной способно-сти ВЛ, в том числе за счет увеличения количества проводов в расщепленной фазе, занимается груп-па ученых Санкт-Петербургского государственно-го политехнического университета [11]. Согласно данным их исследований [12] оптимальное рас-стояние между проводами в фазе (d), для обе-спечения эффективного использования проводов (и соответственно для обеспечения максимально возможной пропускной способности линий с уве-личением числа проводов в фазе) при треугольном расположении фаз определяется формулой

где D0 — межфазное расстояние; n — количество проводов в фазе; Нэ.1 — высота подвеса крайних фаз; Нэ.2 — высота подвеса средней фазы; r0 — ра-диус провода; zв — волновое сопротивление ВЛ.

Исходя из формулы видно, что сохранение опти-мального расстояния между проводами в фазе (d) при увеличении числа проводов в фазе (n) воз-можно только при уменьшении межфазного рас-стояния (D0). Поэтому уменьшение межфазных расстояний на ВЛ позволяет расширить диапазон изменения числа проводов в фазе в большую сто-рону. Как правило, увеличение числа проводов в фазе в два раза по сравнению с минимальным числом (определяемым требованием ограничения коронного разряда) при уменьшении межфазных расстояний не вызывает каких-либо конструктив-ных осложнений [11].

Таким образом, варьирование количества про-водов в фазе обеспечивает возможность создания воздушных линий практически любой необходи-мой пропускной способности без использования каких-либо источников реактивной мощности (синхронных и статических тиристорных компен-саторов, продольной емкостной компенсации ин-дуктивного сопротивления линии и т. п.) [12]. Для компенсации избыточной зарядной мощности та-ких линий необходимо использование управляе-мых шунтирующих реакторов трансформаторного типа [13, 14].

То есть расщепление фазы (для ВЛ 110–220 кВ) или простое увеличение количества проводов в фазе (для ВЛ 330 кВ и выше) невозможно. Тре-буется проведение специальных мероприятий по реконструкции оборудования ПС и полный пере-расчет ВЛ с корректировкой длин пролетов (пере-расстановкой опор) и полной заменой специфика-ции изоляции и линейной арматуры, что требует полного перепроектирования ВЛ и серьезной ее реконструкции – практически строительства но-вой ВЛ взамен существующей.

Увеличение класса напряженияУвеличение класса напряжения существующих

ВЛ на первый взгляд никаких особых проблем не вызывает. Для этого нужно демонтировать суще-ствующую ВЛ и на ее месте (в существующем ко-ридоре) построить новую более высокого класса напряжения.

πНЭ.2 – НЭ.1

5


Но здесь следует отметить, что энергосистемы различных регионов бывшего СССР проекти-ровались и строились в разное время, на разном оборудовании и с разной планируемой текущей и перспективной нагрузкой. Поэтому сегодня реги-ональные энергоснабжающие организации стал-киваются с большими, порой «неподъемными» проблемами.

Если МОЭСК, например: имеет в своем рас-поряжении все классы напряжения, то МРСК Северо-Запада имеет распределительные сети 10 и 110 кВ при магистральных 330 кВ. Потребность в обеспечении увеличивающегося энергопотре-бления региона диктует простое, казалось бы, ре-шение — перевести часть линий распределитель-ной сети в повышенный класс напряжения с 10 и 110 кВ на 20 и 220 кВ соответственно. Но посколь-ку оборудование 20 и 220 кВ на ПС сети Северо-Запада отсутствует в принципе, то это решение приведет к таким объемам реконструкции всей сети Северо-Запада, что даже при наличии значи-тельных средств вряд ли это под силу компании в ближайшей обозримой перспективе.

За рубежом с этими проблемами столкнулись достаточно давно и решают их по-разному. В этом году продолжается масштабная модернизация сетей электроснабжения Сеула (Южная Корея). Распределительные сети города прокладывают-ся сверхпроводящим кабелем. При номинальном напряжении 20 кВ сверхпроводящий кабель по-зволяет передавать нагрузку обычной сети 154 кВ. Вещь, безусловно, на сегодня дорогая, но стои-мость площади городской территории, высвобож-даемой при демонтаже сети (ЛЭП и ПС) 154 кВ дает, очевидно, достаточно средств для реализа-ции такого проекта.

Учитывая цены на землю в крупных городах России и Украины, уже сегодня можно успешно применять эту технологию сетях Москвы, Киева, Санкт-Петербурга.

Увеличение количества цепейЭто, наверное, один из самых доступных способов

увеличения пропускной способности сети. Состоит он в том, что на одних и тех же опорах прокладыва-ются несколько ВЛ одновременно. Иногда несколь-ких классов напряжения. Этот способ дает возмож-ность строить новые ВЛ путем увеличения цепности существующих и не выходя при этом, что очень важно, за границы уже существующих коридоров. Задействование дополнительных ячеек у генерации и расширение РУ на ПС, как правило больших тех-нических проблем не вызывает.

Основная техническая сложность состоит в кон-струкции многоцепных опор и методах их закре-пления. Большое количество цепей передает на опоры нагрузки, которые значительно превышают обычные [4]. В обычных решетчатых конструкци-ях оптимизация распределения нагрузок на опору достигается за счет увеличения базы опоры, при-менения нескольких стоек, использования боль-шего сечения элементов; у опор на МГС за счет угла наклона образующей (конусность), увеличе-ния толщины стенок секций, оптимизации коли-чества граней [5].

Чем тяжелее опора и меньше ее база, тем боль-шая нагрузка передается на фундамент, соответ-ственно усложняется конструкция фундамента. Таким образом, говоря о многоцепной опоре, мы уже практически должны говорить о связке «опора–фундамент» как о едином целостном эле-менте ВЛ.

Если двухцепные ВЛ одного класса напряжения уже стали у нас более-менее привычными, то мно-гоцепные ВЛ, тем более с цепями разного класса напряжений, сегодня еще экзотика и их строи-тельство тормозится не столько из-за технических или экологических проблем, сколько из-за боязни чиновников, в том числе и руководителей энерго-систем и энергоснабжающих организаций.

Таким образом, анализируя вышесказанное, можно заметить, что о каком бы из видов рекон-струкции не шла речь, мы практически говорим о строительстве новой ВЛ взамен старой, что впря-мую запрещено действующим законодательством Украины и России. А поскольку ликвидировать систему электроснабжения населенных пунктов не возможно, приходится констатировать, что каких бы законы и постановления не принимали, чтобы не оговаривали в требованиях нормативной доку-ментации, обойтись без прохождения ВЛ 35–500 кВ по селитебной территории пока невозможно.

Проблемы, возникающие при увеличении про-пускной способности ВЛ

Раз обойтись без прохождения ВЛ 35–500 кВ по селитебной территории пока не возможно, рас-смотрим основные проблемы, возникающие при прохождении ВЛ по селитебной территории.

Ширина коридора действующей ВЛ, проходя-щей по населенной местности, определяется ши-риной санитарно-защитной или охранной зоны. Охранная зона — это коридор вдоль оси ВЛ, куда может упасть провод при обрыве. Его границы нормируются несколькими метрами от проекции


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 06


на землю максимально отклоненного крайнего провода. Санитарно-защитная зона — это коридор вдоль оси ВЛ, за границами которого напряжен-ность электрического поля не превышает значе-ния 1 кВ/м. Поскольку у ВЛ до 220 кВ санитарно-защитная зона заведомо меньше охранной, в нормативных документах нормируется только охранная зона.

Застройка в зоне отчуждения ВЛКоридор ВЛ практически является зоной от-

чуждения, но в реальной жизни он, как правило, плотно застроен гаражами, дачными времянками, складскими и производственными помещениями, а сегодня зачастую и жилыми домами. Поэтому нормативные документы вынуждены допускать прохождение ВЛ над постройками, пытаясь нор-мировать хотя бы какие-то технологические габа-риты. Основная борьба идет с жилыми строения-ми, правда, не слишком успешная.

В этой мизансцене и развивается драма под на-званием «Реконструкция ВЛ». На одном из участ-ков большого коридора ВЛ в Бескудниково над плотной застройкой гаражно-складских помеще-ний проходит сразу три ВЛ 500 кВ и две ВЛ 220 кВ, одна из которых, причем внутренняя, реконструи-ровалась нами в двухцепную (рис. 1). Требование одновременного соблюдения минимального габа-

рита до крыш строений, технологического рассто-яния до соседних ВЛ (при увеличении цепности!), невозможность подстановки дополнительных опор сделали бы эту работу невыполнимой, если бы не МГС (рис. 7). Три основных достоинства МГС: адаптивность, компактность и эстетичность раскрываются здесь в полной мере [2].

Компактность, а опоры на МГС бесспорно мож-но отнести к компактным [15], позволяет за счет относительно небольшого диаметра стойки умень-шить расстояние от оси опоры до крайнего прово-да, что дает возможность эффективно бороться с увеличением ширины санитарно-защитной и/или охранной зоны, повышать цепность, сохраняя тех-нологические расстояния до соседних ВЛ [4].

Адаптивность позволяет, оптимизируя толщи-ну металла, количество граней и конусность, до-биться необходимой прочности конструкции, ее способности нести необходимые технологические, ветровые и гололедные нагрузки, не уменьшая при этом существующей длины пролета [5]. А на особо стесненных участках плотной городской за-стройки в 9 случаях из 10 приходится идти «пикет в пикет» [4].

Эстетичность опор на МГС позволяет без осо-бенных проблем согласовывать реконструкцию ВЛ с местными органами архитектуры, местным населением, органами власти [1].

Рис. 1. Аэрофотосъемка участка коридора ВЛ в БескудниковоКрасным обозначены ВЛ 500 кВ, желтым — ВЛ 220 кВ, коричневым — ВЛ 110 кВ, синим — реконструируемая ВЛ 220 кВ (довеска второй цепи 220 кВ)

7


Ширина коридора ВЛШирина коридора ВЛ, как мы уже говорили, нор-

мируется в основном размерами охранной зоны, но для ВЛ, классом напряжения выше 220 кВ, на пер-вый план выходит уже санитарно-защитная зона (СЗЗ). Для облегчения задачи проектировщикам и сокращения срока проектирования ВЛ расчет ширины санитарно-защитной зоны, как правило, не требуется. ПУЭ нормирует его в зависимости от класса напряжения ВЛ. Эта ширина не опти-мальна, но она гарантирует, что напряженность поля на границе нормируемого коридора заведомо будет ниже 1 кВ/м. Такой подход вполне прием-лем в «чистом поле», но на участках ВЛ, прохо-дящих по территории населенной местности, где идет тяжелая борьба за каждый сантиметр шири-ны коридора, проведение расчета напряженности электромагнитного поля промышленной частоты (ЭМП ПЧ) может дать экономию в несколько ме-тров. Кроме того, проведенный расчет позволяет рассматривать вопрос применения специальных мер по уменьшению вредного воздействия ЭМП ПЧ, а это еще дополнительно несколько метров уменьшения ширины коридора.

Напряженность ЭМП ПЧ (санитарно-защитная зона)

В сложившихся условиях тема влияния ВЛ на окружающую среду действительно приобрела

огромное значение. Этой теме в 2005 году CIGRE посвятила отдельный отчет [10], в котором иссле-довала зависимость влияния электрических пара-метров одно- и двухцепной ВЛ 400 кВ на окружа-ющую среду от конфигурации этих линий (схемы расположения фаз, межфазного расстояния, ко-личества проводов в фазе, их сечения, расстояния между ними и т. п.).

Из графиков распределения напряженности электрического поля (рис. 2 и 3) от одно- и двух-цепных ВЛ 400 кВ с разной конфигурацией фаз (рис. 4 и 5) хорошо видно, что, например, при за-мене одноцепной ВЛ с горизонтальным располо-жением фаз (Horizontal) на двухцепную с верти-кальным (Vertical) или вертикально-зеркальным (Low impedance) ширина СЗЗ не только не уве-личивается, но и гарантированно сокращается на 8–9 м. Кроме того, при вертикально-зеркальном расположении фаз напряженность поля у ствола опоры на уровне траверс также находится в преде-лах 1–1,5 кВ/м, что дает возможность уменьшить габарит для безопасного подъема на опору, то есть сделать опору еще компактнее.

Согласно общим выводам исследования (табл. 1) электрическая составляющая ЭМП ПЧ резко уменьшается при уменьшении межфазного рас-стояния с одновременным уменьшением расстоя-ния между проводами в фазе и увеличением мини-мального габарита до земли.

V — класс напряжения ВЛ; C — тип провода; S — межфазное расстояние; d — расстояние между проводами в фазе; hc — минимальный габарит до земли; n — количество проводов в фазе

0–50 –40 –30 –20 –10 10 20 30 40

V = 400 кВС = RailS = 10 мd = 400 ммhc = 8,5 мn = 2

V = 400 кВС = RailS = 10 мd = 400 ммI = 1000 Аhc = 8,5 мn = 2

500 –50 –40 –30 –20 –10 10 20 30 40 500

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Расстояние от центральной оси, м

400 кВ – одноцепная линия

Электрическое поле на высоте 1 м над землей

400 кВ – двухцепная линия

Электрическое поле на высоте 1 м над землей

Расстояние от центральной оси, м

Vertical

E, к

В/м

E, к

В/м

Horizontal AlternativeDelta Vertical Low impedanceDanube

Рис. 2. Распределение напряженности электрического поля на расстоянии от центральной оси одноцепной ВЛ 400 кВ

Рис. 3. Распределение напряженности электрического поля на расстоянии от центральной оси двухцепной ВЛ 400 кВ


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 08


Все вышеописанное безусловно интересно, но имеет практический смысл только в случае, когда заказчику ВЛ удается согласовать проект рекон-струкции с местным населением и местными ор-ганами власти.

Работа с местным населениемВ настоящее время, когда любые работы на ВЛ,

проходящей по селитебной территории, встреча-ют ожесточенное сопротивление местного населе-ния (пусть даже построившегося в охранной зоне ВЛ незаконно) и равнодушно-выжидательное от-

ношение местных органов власти, на первый план выходят вопросы согласования с ними основных проектных решений. Часто протест рождается даже в ущерб собственным интересам просто от непонимания цели проводимых работ.

Анализируя собственный достаточно богатый опыт проектирования реконструкции ВЛ, прохо-дящих по проблемным участкам, вынуждены кон-статировать, что вопросы уменьшения ширины СЗЗ, минимизации объема сносимых строений, площади вырубки зеленых насаждений ставятся заказчиком и решаются проектировщиками в пер-

Таблица 1. Исследование параметров (Influence of parameters)

Параметр (Parameter) Электрическая составляю-щая ЭМП ПЧ (EF)

Магнитная составля-ющая ЭМП ПЧ (MF)

Радиопомехи (RI) Акустический шум (AN)

Межфазное расстояние (Phase to phase distance) возрастает (increase)

Резко возрастает (Strong increase)


Незначительно убывает (Slight decrease)

Резко убывает (Strong decrease)

Минимальный габарит до земли (Conductor height above ground) возрастает (increase)





Количество проводов в фазе (Number of sub-conductors) возрастает (increase)


Незначительный эффект (no significant effect)



Расстояние между проводами в фазе (Sub-conductors spacing) возрастает (increase)

Незначительно возрастает (Slight increase)




Общая площадь сечения фазы (Total conductor cross-section) повышается (increase)





d

Конфигурация фаз одноцепной линии 400 кВ Конфигурация фаз двухцепной линии 400 кВ

Дельтовидноерасположение фаз

Горизонтальное (слойное)расположение фаз

Вертикальноерасположение фаз

Вертикальноерасположение фаз

ВертикальноHзеркальноерасположение фаз

Дунайское расположение фаз

Треугольноерасположение фаз

d d

d

d

d d d

d d

d d

d

d

a a′

b b′ c c′

S S

S

d

d

d

d

a′a

b′b

c′c

d

d

S SS

S

S

S

d

a′

a

b′b

c′

c

d

S

S

S

S

S S

S

S

Рис. 4. Конфигурация фаз одноцепной ВЛ Рис. 5. Конфигурация фаз двухцепной ВЛ

9


вую очередь зачастую даже в ущерб технологиче-ской части и/или экономии материалов.

Так, в проекте реконструкции ВЛ 220 кВ «ТЭЦ-26 – Ясенево» (Москва) в месте прохождения ВЛ по территории Битцевского парка, вблизи МКАД применена интересная технология наращивания опор без снятия провода. Стандартным опорам У220-2+14 добавляется вставка 6,4 м с траверсой от типовой опоры У110 с соответствующим усиле-нием необходимых элементов опоры. В результате получилась опора У220/110-2+6,4+14, рассчитан-ная на подвеску трех цепей: 2×220 + 1×110 кВ.

Абсолютное лидерство в проектах реконструк-ции ВЛ на проблемных участках безусловно при-надлежит опорам на МГС:

• для проекта реконструкции ВЛ 220 кВ «ТЭЦ-27 – Уча» (Москва), участок заходов на ПС 220 кВ «Уча» разработана серия трехцепные, анкерно-угловых и промежуточных опор на МГС УМ220/110-3*, ПМ220/110-3* (рис. 6), позволив-шая, за счет добавления цепи 110 кВ почти вдвое сократить ширину существующего коридора;

• для участков ВЛ 220 кВ «ТЭЦ-27 – Бес-кудниково» (Москва) разработана специальная серия анкерно-угловых и промежуточных двух-цепных одностоечных опор на МГС УММ220-2т*,

ПММ220-2т* (рис. 7) для параллельной подве-ски цепей с разным сечением провода (АС400 и АС500);

• для ВЛ 220 кВ «Очаково–Красногорская» (Москва) разработана специальная серия анкерно-угловых и промежуточных двухцепных шестия-русных опор на МГС УМ220-2тВ.*, ПМ220-2тВ.* (рис. 7) с вертикальным одно- и двухсторонним расположением фаз;

• для участков ВЛ 220 кВ «Очаково–Западная» (Москва) разработана специальная серия анкерно-угловых и промежуточных трех- и четырехцепных двухстоечных опор на МГС УМ220-4.2*, ПМ220-4.2* и УМ220-3.2*, ПМ220-3.2* (рис. 9) с верти-кальным расположением фаз.

При разработке проекта внешнего электроснаб-жения ЭСПК в Днепропетровской области (г. Дне-пропетровск, Украина) производится реконструк-ция двух существующих ВЛ 154 кВ (сведение двух одноцепных ВЛ 154 кВ в одну двухцепную) с прокладкой в освободившейся части коридора двухцепной ВЛ 330 кВ «ПДТЭС – Печная». На от-дельных участках в зоне плотной жилой застрой-ки ВЛ проектируется в четырехцепном варианте. Безусловно, такие проектные решения возможны только при условии применения компактных опор

Рис. 6. УМ220/110-3*, ПМ220/110-3*

33,5 41

12

5

5

7

21

33,5

Опора УМ 220/110H3* Опора ПМ 220/110H3*

41

30,529,5

9,58,5

2019

Сек. № 3(h = 8 мм)

Сек. № 4(h = 5 мм)

Сек. № 3(h = 8 мм)

Сек. № 2(h = 10 мм)

Сек. № 1(h = 10 мм)

Сек. № 2(h = 12 мм)

Сек. № 1(h = 14 мм)

Dв = 0,401

Dв = 0,909

Dв = 0,463Dн = 0,463

Dн = 2,05 Dн = 0,96

Dн = 0,812

Dв = 0,815

Dн = 0,649

Dв = 0,648

Dн = 0,486

Dв = 0,475

Dв = 0,302

Dн = 0,96

11,5

1,5

2322

1

1

3,5

1,5 1,5

3 3

3 3

4 4

5

5

6

3 4,5

3 4,5

3 4,5

5 5

13

1 1 1


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 010


на МГС. Особого внимания заслуживает конструк-тивное решение перехода ВЛ 330 кВ через реку Самара. Переход выполняется по схеме К-А-А-К. Двухцепные анкерные переходные опоры высотой 102 м имеют диаметр в комле 6 м и выполнены на 24-гранных стойках МГС, передающих на фунда-менты нагрузку 6000 тн.м.

Здесь важно отметить, что во всех описанных случаях речь идет о проектировании узкоспеци-альных опор, разработанных для индивидуальных условий конкретных участков ВЛ. Это не слу-чайно. Сегодня при проектировании ВЛ на особо сложных участках, проходящих по селитебным территориям, типовое проектирование не при-менимо. Назрело время индивидуального подхо-да, применения новых специальных технологий. Но даже учитывая все плюсы индивидуального подхода к проектированию каждого участка ВЛ, сопротивления местного населения избежать не удается.

Мы только начинаем сталкиваться с этой про-блемой и здесь в помощь можно взять уже до-статочно богатый зарубежный опыт. Например, в США существует специальный раздел проектов «Соглашения с землевладельцами» (Agreement with Landowners). В этом разделе разрабатывает-

ся перечень мероприятий, необходимых для ин-формирования общественности о целях проекта, о специальных мерах по минимизации вредного влияния проектируемой ВЛ на окружающую сре-ду, применяемых принципиальных технологиче-ских решениях, PR-акций, необходимых действий для согласования проводимых работ с местными общинами и органами власти, календарный гра-фик этих работ, расчет их бюджета.

Анализ опыта заказчиков ВЛ из более чем двад-цати стран Европы; Японии, США и Австралии показал [9], что вне зависимости от того, определе-на ли местным законодательством обязательность процедуры работы с местным населением, наибо-лее благоприятные результаты дает применение комплекса мер, которые CIGRE сформулировала как «Ключевые компоненты успеха»:

• заблаговременное начало мероприятий по предпроектной подготовке и внутренней экспер-тизе предлагаемых решений;

• после проведенного по собственной инициа-тиве опережающего исследования природных и социальных факторов окружающей среды в зоне планируемой трассы линии электропередачи, об-народование результатов и предполагаемых мер по уменьшению влияния ВЛ на окружающую сре-

Рис. 7. УММ220-2т*, ПММ220-2т*

1,6

3,2 3,2

3,2 3,2

3,2 3,2

11

4

6,5

1,25

3

3

36,5

23

41

41

32,531,5

11,510,5

2221

5

6

6

22

40

40

Опора УММ 220H2т* Опора ПММ 220H2т*

Dв = 0,6

Dв = 0,852

Dн = 0,875

Dв = 1,162

Dн = 1,177

Dв = 1,467Dн = 1,467

Dв = 1,011

Dн = 1,01

Dв = 0,833

Dн = 0,836

Dв = 0,648

Dв = 0,5

Dн = 0,663

Dн = 1,793 Dн = 1,207

30,531,5

Сек. № 4(h = 8 мм)

Сек. № 4(h = 6 мм)

Сек. № 3(h = 8 мм)

Сек. № 2(h = 10 мм)

Сек. № 1(h = 12 мм)

Сек. № 3(h = 10 мм)

Сек. № 2(h = 12 мм)

Сек. № 1(h = 14 мм)

10,5

2120

1,6

11


ду и передача их для исследования заинтересован-ным экспертам и организациям;

• привлечение максимального количества не-зависимых внешних экспертов при рассмотрении проекта;

• разработка при подготовке информации к слушаниям, возможно большего количества ва-риантов для увеличения вероятности успешного утверждения проекта;

• обеспечение максимального количества как можно более подробной информации для пред-ставления проекта в наиболее выгодном свете;

• обеспечение информации об альтернативах (например варианты конструкции опор, рекон-струкции ВЛ с понижением класса напряжения, пр.), чтобы обеспечить выбор вариантов, которые будут рассмотрены в процессе слушаний и обсуж-дений;

• максимальное использование всех доступных методов информирования заинтересованной об-щественности, включая СМИ, информационные бюллетени, рекламные вкладыши, статьи в мест-ных газетах и т. д.;

• максимальная адаптация информации для участников обсуждения (общественных слуша-ний);

• обеспечение максимально открытой и про-зрачной процедуры обсуждения (общественных

слушаний) с широким диапазоном представите-лей и заинтересованных групп;

• вовлечение общины и групп представителей землевладельцев в рассмотрение вариантов про-екта исходя из потребности в линии, альтернати-вах организации передачи электроэнергии, выбо-ра коридора трассы, вариантов и ранжирования критериев выбора трассы;

• привлечение представителей местной власти как наблюдателей на встречах и консультациях.

Нормативная и законодательная базаАнализ нормативной и законодательной базы

Украины и России, касающейся вопроса строи-тельства новых и реконструкции существующих ВЛ, весьма не утешителен. Этот вопрос хотя и является первичным с точки зрения организации планировки и застройки городских и сельских поселений, занимает третьестепенное положение с точки зрения нормативного обеспечения и за-конодательного закрепления ответственности за нарушение этих нормативов. В хозяйственных спорах между владельцем ВЛ и частным застрой-щиком (часто недобросовестным) обычно побеж-дает последний. В этом, одна из причин дефицита мощности в крупных городах, системных аварий энергоснабжения, недоотпуска электроэнергии потребителям.

Рис. 8. УММ220-2тВ*, ПММ220-2тВ*

1

4,5 2,5

4,5

4,5

4,5

4,5

4,5

4,5

2,5 2,5

4,5

4,5

4,5

4,5

4,5

4,5

2,5

4,5

4,5

4,544

44Dв = 0,6 Dв = 0,6

Dв = 0,863

Dн = 0,878

Dв = 1,119

Dн = 1,141

Dв = 1,408Dн = 1,408

Dв = 1,562Dн = 1,562

Dв = 1,706Dн = 1,706

Dн = 1,85

Dв = 0,864

Dн = 0,878

Dв = 1,119

Dн = 1,141

Dв = 1,408Dн = 1,408

Dв = 1,562Dн = 1,562

Dн = 1,706

33,532,5

Сек. № 5(h = 10 мм)

Сек. № 6(h = 10 мм)

Сек. № 5(h = 12 мм)

Сек. № 4(h = 14 мм)

Сек. № 3(h = 16 мм)

Сек. № 2(h = 16 мм)

Сек. № 1(h = 18 мм)

Сек. № 4(h = 12 мм)

Сек. № 3(h = 14 мм)

Сек. № 2(h = 16 мм)

Сек. № 1(h = 16 мм)

11,5

5,5

2322

4,5

14,5

6

1

4,5

4,5

4,5

4,5

4,5

20

49,5

49,5

3938

28,5

17

11

5,5

27,5

6


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 012


Пути оптимизации при проектировании ВЛ. Выводы и рекомендации

Дефицит мощности в крупных городах требует увеличения пропускной способности электри-ческих сетей. Нормы действующего законода-тельства Украины и России прямо запрещают строительство ВЛ на селитебной территории. Поскольку ликвидировать систему электроснаб-жения населенных пунктов невозможно (наобо-рот, ее срочно нужно развивать и расширять), то обойтись без прохождения ВЛ 35–500 кВ по селитебной территории тоже пока невозможно. Хотя бы существующих ВЛ, проходящих в дей-ствующих коридорах.

Коридоры ВЛ практически являются зоной от-чуждения, но в реальной жизни они, как правило, плотно застроены, поэтому нормативные доку-менты вынуждены допускать прохождение ВЛ над постройками, что встречает бурное сопротив-ление местного населения и равнодушное отно-шение органов власти, занявших в этом конфлик-те выжидательную позицию. Конфликт между юридическим «запрещено» и фактическим «не-обходимо» в ближайшие годы не разрешим.

Единственный выход из создавшегося положе-ния — реконструкция существующих ВЛ.

О каком из видов реконструкции не шла бы речь, мы практически говорим о строительстве новой ВЛ взамен старой в границах существую-щего коридора. Требования к ВЛ, проектирую-щейся в существующем коридоре, очень и очень жесткие:

• преодоление сопротивления местного населе-ния;

• соблюдение габаритов охранной зоны (ОЗ);• необходимость уменьшения ширины СЗЗ;• минимизация объема сносимых строений;• сокращение площади вырубки зеленых на-

саждений;• соблюдение минимального габарита до крыш

строений, уже попавших в ОЗ;• соблюдение технологического расстояния до

соседних ВЛ;• невозможность подстановки дополнительных

опор.

Для выполнения этих требований необходимо коренным образом менять идеологию проекти-рования, подготовки и проведения строительных работ ВЛ.

1. По согласованию с заказчиком отметить и вве-сти специальный раздел проекта реконструкции ВЛ «Соглашения с землевладельцами». В этом разделе разрабатывать перечень мероприятий, не-обходимых для информирования общественности о целях проекта, о специальных мерах по мини-мизации вредного влияния проектируемой ВЛ на окружающую среду, применяемых принципиаль-ных технологических решениях ВЛ и производ-ства работ, PR-акций, необходимых действий для согласования проводимых работ с местным насе-лением и органами власти, календарный график этих работ, расчет их бюджета. Стоимость реали-зации вышеназванных мероприятий (бюджет раз-дела) включать в сводный сметный расчет стоимо-сти строительства (инвесторскую смету).

2. По мере необходимости выполнять расчет на-пряженности ЭМП ПЧ и на основании этого мак-симально применять все возможные мероприятия по минимизации его влияния на окружающую среду.

3. Активно применять в проектах новые техно-логии и конструкторские решения, позволяющие минимизировать площадь для организации СМР

Рис. 9. УМ220-4.2В на испытаниях в г. Хотьково

13


(монтаж провода под тяжением, новые типы фундаментов и технологии монтажа опор, позво-ляющие выполнять СМР в стесненных условиях пр.).

4. Отказаться от типового проектирования. Применять индивидуальный подход к проекти-рованию каждого участка ВЛ, проходящего по се-литебной территории. Разрабатывать серии узко-специальных опор, максимально учитывающих индивидуальные технологические требования и конкретные условия указанных участков.

Как показывает опыт, для решения поставлен-ных задач, а именно: создания компактных ВЛ на узкобазых опорах, идеально подходят МГС. Их экономическая эффективность при строительстве обычных ВЛ уже не вызывает сомнений, а с уче-том экономичности затрат на эксплуатацию про-сто бесспорна.

В рассмотренной же нами ситуации, когда без применения МГС многие задачи не имеют техно-логического решения, их достоинства раскрыва-ются в наибольшей степени.

Литература1. Крылов С.И. Легкие эстетичные опоры для

ВЛ СВН. М. Электро. – 2005. – № 3.2. Вариводов В.Н., Казаков С.Е. и др. Сталь-

ные многогранные опоры для распределительных электрических сетей – М. Электро. – 2005. – № 2.

3. Казаков С.Е. Экономическая целесообраз-ность применения опор на многогранных гнутых стойках (МГС) в классах напряжения 35–500 кВ. Российская государственная программа разработ-ки и внедрения МГС на опорах ВЛ 35–500 кВ в 2006–2007 гг. Николаевка (АРК) Сборник докла-дов первой международной конференции «Много-гранные гнутые стойки (МГС)», 2006.

4. Костиков В.И. Многоцепные опоры на базе МГС. Многоцепные ВЛ с цепями разного класса напряжений. Перспективы. Проблемы. Николаев-ка (АРК) Сборник докладов первой международ-ной конференции «Многогранные гнутые стойки (МГС)», 2006.

5. Белоцерковский Л.Я. Особенности проекти-рования ВЛ 35 кВ и выше на базе МГС. Николаев-ка (АРК) Сборник докладов первой международ-ной конференции «Многогранные гнутые стойки (МГС)», 2006.

6. Коган Ф.Л., Каверина Р.С. Комплекс работ и предложений по повышению надежности ВЛ на стадии их проектирования и эксплуатации. – М. Материалы конференции Электроэнергетическо-го Совета СНГ, 2007.

7. Кутузова Н.Б. Опыт проектирования и эксплу-

атации ВЛ 1150 кВ переменного тока Экибастуз-Урал с точки зрения влияния на окружающую среду. – М. Материалы конференции Электроэ-нергетического Совета СНГ, 2007.

8. Айзенберг Л.О., Хволес Е.А. Сооружение воз-душных линий электропередачи над ценными лес-ными массивами. – М. Материалы конференции Электроэнергетического Совета СНГ, 2007.

9. CIGRE, Working Group B2.15. Consultations Models for Overhead Line Projects, #274, Paris, 2005.

10. CIGRE, Working Group B 2.06. The Influence Of Line Configuration On Enveronment Impacts Of Electrical Origin, #278, Paris, 2005.

11. Александров Г.Н. Воздушные линии повы-шенной пропускной способности Электричество. 1981. – № 7.

12. Александров Г.Н. Оптимизация конструкции воздушных линий электропередачи повышенной пропускной способности Электричество. 1991. – № 1.

13. Силовые трансформаторы: Справ. книга под ред. С.Д. Лизунова и А.К. Лоханина. – М.: Энерго-издат, 2004. – 616 с.

14. Александров Г.Н., Лунин В.П. Управляемые реакторы. СПб.: Центр подготовки кадров СЗФ АО «ГВЦ Энергетики». 2-е изд. 2004. – 212 с.

15. Александров Г.Н. Оптимальные конструкции компактных линий 220–1150 кВ. – М.: Материа-лы конференции Электроэнергетического Совета СНГ, 2007.


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 014


ВведениеВ работе [1] был обоснован и введен расчетный

режим для ВЛ от совместного действия ветра и гололеда с учетом реальной плотности гололедо-изморозевых отложений. Также было пересмо-трено районирование расчетных климатических нагрузок, таких как ветровое давление на провод, покрытый гололедом, вес гололеда, ветровой на-пор при гололеде. Это изменило «баланс сил» между вертикальной и горизонтальной состав-ляющей суммарной гололедно-ветровой нагруз-ки. Учитывая тот факт, что ветровое давление на провод, покрытый гололедом, учитывает такую вероятностную характеристику, как наветренная площадь провода с гололедом, которая является функцией плотности гололедных отложений, то поэтому ветровое давление на конструкцию также будет несколько отличаться от ветрового давле-ния на провод. Помимо климатических нагрузок на опоры также действуют тяжения проводов и тросов, которые также непосредственно зависят от климатических параметров.

Приведенная в данной работе методика по-зволяет оценить степень влияния каждого из климатических параметров на результирующее напряженно-деформируемое состояние элементов металлической опоры ВЛ с учетом одинаковой ве-роятности их проявления. Одним из основных ре-зультатов использования данной методики явля-ется определение предельных нагрузок, которые может выдержать существующая конструкция

опоры ВЛ, запроектированная по раннее действо-вавшим нормативам. В данном случае в качестве объекта исследования принята одноцепная про-межуточная металлическая опора П-110-1, одна-ко полученные результаты применимы для всех металлических опор, а с учетом определенной до-работки могут использоваться и для железобетон-ных конструкций промежуточных опор.

Приведенная ниже методика является логиче-ским продолжением методики описанной в [2] с учетом требований новых нормативов [1, 3]. В связи с тем что в основу методики положены раннее проведенные исследования, посвященные разработке новых методов нормирования клима-тических нагрузок для ВЛ [4, 5], с учетом требова-ний [6] данная проблема является своеобразным «белым пятном», т.е. в данной области практиче-ски отсутствуют какие-либо исследования.

Основные положения методики определе-ния предельных нагрузок на опоры ВЛ при гололедно-ветровых воздействиях

Существуют несколько расчетных режимов для промежуточных опор воздушных линий электропе-редачи, которые нормируются требованиями ПУЭ [1]. При проведении реконструкции число расчет-ных режимов может быть существенно увеличено. Как правило, при проектировании реконструкции добавляются расчетные режимы, связанные с ава-рийными нагрузками, а возможные сочетания кли-матических нагрузок не учитываются.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ НАГРУЗОК НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ОПОРЫ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ

С.В. Турбин , Н.С. Шалыгина, Донбасская национальная академия строительства и архитектуры

УДК 621.315

15


Рассмотрим расчетный режим совместного дей-ствия ветра с гололедом. В данном случае нор-матив [6] рекомендует учитывать три расчетных подрежима:

• режим максимального веса гололедных отло-жений при сопутствующем ветре;

• режим максимального скоростного напора ве-тра и сопутствующий вес гололедных отложений;

• режим максимальных размеров гололеда при сопутствующем ветре.

В данном случае для визуализации методики бу-дем использовать один расчетный режим, который в данном случае будет максимальным по какому- либо параметру, имея в виду, что для получения количественных результатов необходим совмест-ный учет трех расчетных режимов.

В ветро-гололедном режиме конструкция про-межуточной опоры ВЛ воспринимает следующие нагрузки:

• вес проводов, тросов и изоляторов;• собственный вес конструкций опоры;• вес гололеда на проводах и тросах;• ветровой напор на провода и тросы, покрытые

гололедом, с учетом плотности гололедных отло-жений;

• ветровой напор на конструкцию опоры.Все указанные нагрузки имеют собственные ко-

эффициенты надежности по нагрузке, и с учетом возможных сочетаний, определяемых долей со-ставляющих от гололеда и ветра в суммарной на-грузке, могут существенно отличаться и вносить различный «вклад» в результирующее НДС ука-занного расчетного режима.

В общем случае при расчетах металлических опор создается расчетная схема, после определе-ния усилий в которой выполняется подбор от-дельных элементов. При проектировании рекон-струкции задача несколько видоизменяется, т. е. согласно существующей конструкции создается расчетная схема, которая проверяется на соответ-ствие расчетным нагрузкам.

Учитывая все вышесказанное, результирующее усилие в элементе опоры ВЛ можно записать сле-дующим образом:

где — напряжения в элементе от соб-

ственного веса проводов, тросов и опоры; — соответственно напряжения в

элементе от ветрового давления на провода и трос, покрытые гололедом, от веса гололеда на прово-дах и тросах, ветрового давления на конструкцию опоры.

cyR

Отделив варьируемые параметры в левой части от определенных параметров получим:

(2)Таким образом, на основании выражения (2)

можно достоверно определить напряжения в эле-менте, которые обусловлены действием клима-тических, т. е. варьируемых во времени нагрузок. С учетом требований [7] и принципа суперпози-ции сил запишем (2) следующим образом:

(3)

где — усилия в элементе метал-лической конструкции от единичных нагрузок, от веса гололеда, ветрового давления на конструк-цию опоры и ветрового давления на провода, по-крытые гололедом;

— искомые предельные усилия от веса гололеда, ветрового давления на конструк-цию опоры и ветрового давления на провода по-крытые гололедом; — характеристики элемента согласно [7].

Для каждой метеостанции Украины и для каж-дого исследуемого параметра климатической на-грузки (в данном случае для расчетных значений N) справедливо следующее выражение:

(4)где Т — средний период повторяемости клима-

тической нагрузки, лет; — параметры климатической нагрузки

по данной метеостанции.Выразив из (4) период повторяемости получим

выражение (5)

где а, функции ; х — расчетное значение нагрузочного параметра.

Выражение (5) для каждого нагрузочного па-раметра содержит два неизвестных: х и Т. Таким образом, с учетом (3) получаем систему четырех уравнений с четырьмя неизвестными:

Решение (5) позволит определить предельные нагрузки на исследуемую конструкцию, а также определить период повторяемости указанных на-грузок.

,

, ,

cyR .

cyd

RWNWNgN

N , N , N

g , W , W

, , d

TN )ln(

a b

(1)

W

W

g

cyd

ggg RWNWNgN

(6)

С . В . Ту р б и н , Н . С . Ш а л ы г и н а

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 016


расчетов представлены в табл. 1.

Вероятность непревышения нагрузок за последующие 50 лет эксплуатации со-ставляет 0,1674. Причем данная величина характеризует также величину безотказ-ности опоры в целом, для второго расчет-ного (менее «слабого») элемента пояса траверсы St2 вероятность непревышения нагрузок за тот же срок службы составля-ет 0,999974 (табл. 2). Для остальных эле-ментов опоры значения вероятности не-превышения нагрузок в ветро-гололедном режиме практически равняются единице.

В табл. 3 для сравнения приведены расчетные характеристики для элемента U3 опоры П-110-1 с описанными выше характеристиками, при условии рас-положения участка ВЛ в зоне действия метеостанций Киев и Херсон.

Повысить характеристики конструк-ции опоры в целом можно путем увели-чения сечения элемента. В данном случае решение уравнения (6) относительно Тх 150 для элемента U3 позволяет сделать следующие выводы. Вероятность не-превышения нагрузок за последующие 50 лет эксплуатации составляет 0,844,

Пример определения предельных на-грузок на металлическую промежуточ-ную опору

В качестве примера применения при-веденной методики рассмотрим опору П-110-1 (рис. 1), которая была запро-ектирована для второго гололедного (в = 10 мм) и третьего ветрового районов (q = 500 Па). В данном случае, ветро-вой пролет при использовании провода АС240/32 и троса С-50 составляет 380 м. Для данной опоры в гололедно-ветровом режиме определяющими являются пояса средней и верхней секции. Однако из-за дискретности сортамента в указанных выше элементах металлической опоры существует определенный запас прочно-сти, а наиболее нагруженным элементом является пояс верхней секции U3 ниже траверс в месте изменения угла наклона поясов. (см. рис. 1).

Несущая способность наиболее нагру-женного элемента за вычетом напряже-ний от собственного веса составляет:

Далее задаемся сочетаниями климати-ческих параметров, на пример, по метео-станции Донецк.

Основной проблемой определения трех предельных нагрузок является тот факт, что их периоды повторяемости должны быть одинаковыми. Так как за-висимость между средним периодом повторяемости и величиной климатиче-ской нагрузки достаточно хорошо опи-сывается логарифмической функцией (4), зададимся в первом приближении соотношением веса гололеда, ветрового напора на провод, покрытый гололедом, и ветровым напором при гололеде. Так, по метеостанции Донецк принимаем следующие значения:

(8)Далее решаем систему уравнений (6)

итерационным методом, при необходи-мости корректируя множители между предельными нагрузками в соотноше-нии (8), с учетом того, что усилие в эле-менте не может превышать предельную несущую способность, а периоды по-вторяемости воздействий должны быть одинаковыми. Результаты проведенных

Таблица 1. Расчетные характеристики для элемента U3 по метеостанции Донецк

Вес гололеда

Ветровой напор при гололеде

Ветровой напор на провод,покрытый гололедом

Период повторяемости нагрузки, Т, лет

14,2 13,2 13,9

Расчетное значение нагрузки, Н/м (Па)

10,8 135,8 5,98

Напряжения в элементе, от действия нагрузки, МПа

91 104,29 69 746,51

Таблица 2. Расчетные характеристики для элемента St2 по метеостанции Донецк

Вес гололеда


Ветровой на-пор на провод, покрытый гололедом

Период повто-ряемости нагрузки, Т, лет

977 427,8 880 564,1908 543 269,9


48 598,6813187 26,37363

Рис. 1. Расчетная схема опоры П-110-1

N = 1,9 N = 43,19 N .

(7)Ryγc – σпрсв + σоп

св = 165 МПа

17


что практически равняется величине нормируе-мой стандартами МЭК и СИГРЕ [6] (табл. 4) и лишний раз подтверждает работоспособность методики. Таким образом, величина вероятности непревышения расчетных значений нагрузок уве-личилась с 0,1674 до 0,844699 при увеличении се-чения одного элемента всего на 4 см2. Увеличение сечения элемента U3 в два раза приводит к увели-чению надежности до 0,9927. Такое существенное изменение надежности конструкции промежуточ-ной опоры объясняется несколькими факторами, основным из которых является то, что остальные элементы опоры, для которых гололедно-ветровой режим является определяющим, имеют суще-ственные запасы.

Таблица 3. Расчетные характеристики для элемента U3 по метеостанциям Киев и Херсон

Вес гололе-да


Ветровой напор на провод, покрытый гололедом

Киев

Период повторяемо-сти нагрузки, Т, лет

40,2127 40,86796622 40,06155


16,22 47,87285294 2,385294

г. Херсон


226,8911 228,450547 228,3604


9,98 196,618961 6,480519

Таблица 4. Расчетные характеристики для элемента St2 по метеостанции Донецк с учетом усиления

Вес гололе-да


Ветровой напор на провод покрытый гололедом

С учетом усиления элемента U3 до требований ПУЭ


148,376 146,8309587 137,864


18,7 236,2214802 10,40623

При увеличении площади элемента U3 в два раза


3264,232 2983,47969 2422,243


29 361,7032967 15,93407

ЗаключениеПолученная методика является продолжением

комплекса проведенных раннее исследований в области оценки остаточного ресурса эксплуати-руемых конструкций воздушных линий электро-передачи. Данная методика позволяет решать обратную задачу — при проектировании увели-чивать сечения наиболее нагруженных элементов до достижения определенного уровня надежности конструкции в целом. Дальнейшим развитием приведенных исследований будет учет направле-ния ветра и корректное описание его как вероят-ностного процесса. Представляется необходимым оценить динамическое воздействие ветра на кон-струкции воздушных линий, а для возможности вероятностного учета нагрузок от обрывов прово-дов необходимо выполнить значительный объем исследований по определению прочностных ха-рактеристик проводов и тросов, и, как следствие, определить принципы координации прочности для эксплуатируемых ВЛ.

Литература1. Правила устройства электроустановок. Глава

2.5. Воздушные линии электропередачи напряже-нием выше 1 кВ до 750 кВ. — Киев, 2006. — 190 с.

2. Методика определения остаточного ресурса опор воздушных линий электропередачи Горохов Е.В., Гримуд Г.И., Турбин С.В., Шелихова Е.В. // Донецкий ПромстройНИИпроект: Ежегодный научно-технический сборник «Современные про-блемы строительства». — Донецк, 2002. — Т. 2. — С. 105–113.

3. ДБН В.1.2.-2:2006. Система забезпечення надiйностiта безпеки будiвельних об`єктiв. На-вантаження і впливи. Норми проектування. — Київ, 2006.

4. Нормування ожеледно-вітрових навантажень для Українських ПУЕ. Горохов Є.В., Турбін С.В., Гримуд Г.І., Лях В.В.// Металевiі конструкцiї. Т. 7, — № 1. – 2004. – С. 13–20.

5. Основнiнові положення глави 2.5 «Повiтряннї електропередавання напругою вище 1 кВ до 750 кВ» «Правил улаштування електроустановок» Броницький М.А., Лях В.В., Стафйчук В.Г., Турбн С.В.//Іiнформацiний збiрник «Розподльчі мережи». — Київ.: Укрсiльенергопроект. — 2006. —№ 1, С. 16—28.

6. IEC 60826 Design criteria of overhead transmission lines // 11/165A/CDV. — Ed. 3. 2002. — 186 p.

7. СНиП II—23—81*. Стальные конструкции. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. — 96 с.

С . В . Ту р б и н , Н . С . Ш а л ы г и н а

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 018


Ни для кого не секрет, что компания ПРОМиК специализируется на проектировании и строи-тельстве опор линий электропередачи на стойках МГС. В основном закрепление опор на стойках МГС в грунте и крепление секций опор между собой выполняется на фланцевых соединениях. Соответственно, можно сказать, что расчет флан-цевых соединений является одним из основных. На сегодняшний день существует ряд методик для их расчета как с использованием электронных та-блиц MS Excel, так и с привлечением программ-ных комплексов для выполнения расчетов мето-дом конечных элементов (МКЭ) на ПВЭМ, таких как «Scad», «Лира». Однако наряду с такими яв-ными преимуществами, как уменьшение сроков выполнения и увеличение точности расчетов, ши-рокое использование вышеупомянутых комплек-сов приводит к неопределенности в результатах расчета. Неопределенность заключается в несо-впадениях более точных результатов расчетных моделей (МКЭ) и результатами эмпирических формул, заложенных в нормативных документах. При этом необходимо отметить, что не всегда име-ет место сходимость результатов при выполнении дублирующих расчетов.

Таким образом, возникает резонный вопрос: так какая же из методик все-таки правильная?

Чтобы ответить на этот вопрос наглядно, нами были произведены расчеты по методикам, приве-денным в следующих книгах:

• Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. «Резьбовые и фланцевые соединения». М.: Машиностроение, 1990 (А).

• МДС 31-4.2000. Пособие по проектированию анкерных болтов для крепления строительных конструкций и оборудования (к СНиП 2.09.03-85) (Б).

На конкретном примере фланцевого соедине-ния проведены расчеты по вышеперечисленным методикам. Полученные результаты приведены в сводной таблице вместе с результатами «Scad» (В) и «Лира» (Г). Также, для примера, в сравнитель-ную таблицу добавлен пример польских опор (Д), которые массово импортируются на Украину и проходят надлежащие экспертизы и проверки. Ре-зультаты расчетов разбиты на блоки «А, Б, В, Г, Д» в соответствии с вышеизложенными методиками (см. приложения А, Б, В, Г, Д).

N = 4.41 тс (расчетная нормальная сила); M = 62,09 тс×м. (расчетный изгибающий мо-

мент)А. Расчет фланцевого соединения по И.А. Бир-

гер, Г.Б. Иосилевич. Резьбовые и фланцевые сое-динения. М.: Машиностроение, 1990.

РАЗНОРЕЧИВОСТЬ МЕТОДИК РАСЧЕТАФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

С.И. Нескин, руководитель группы строительства ОАО «ПРОМиК»

Е.Ю. Семенов, инженер-строитель ОАО «ПРОМиК»

Исходные данные рис. 1

Mx 62,09 тс·м момент поперек траверс

My 0,42 тс·м момент вдоль траверс

N 4,41 тс усилие на растяжение

n 24 шт. количество болтов

f0 (Aбn) 3,52 см2 площадь болта

R (Dб/2) 400 мм радиус по болтам

Dв 650 мм внутренний диаметр фланца толщиной h

Dн 880 мм наружный диаметр фланца толщиной h

σстmin 10 кгс/см2 запас на раскрывание стыков

E1×f1 / E0×f0 1 отношение жесткостей

1. Условия прочности фланца1.1. Расчет по переменной податливости (усло-

вие прочности болта)

Максимальное напряжение в болте при расчете по переменной податливости*, кгс/см2 :

σ0max =2 ⋅ Mx

n ⋅ f0 ⋅ R (1,5 + 2 )E1 ⋅ f1

E0 ⋅ f0

УДК 621.315

19


1.2. Расчет соединения с фланцами

изгибающий момент в опасном сечении*принят запас η = 1.

1.3. Расчет прочности фланца (пластилина)

Б) Определение усилий анкерных болтов флан-цевого соединения по МДС 31-4.2000 Пособие по проектированию анкерных болтов для крепле-ния строительных конструкций и оборудования (к СНиП 2.09.03–85).

P = –N|n + My1|Σy2i ,

σ0max 1049,95 кгс/см2 максимальное напряжение в болте при расчете по переменной по-датливости*

F' 3695,83 кгс усилие в болте при расчете по переменной податливости*

Aст 2762,42 см2 площадь стыка

Wст кгс момент сопротивления стыка

V 1441,01 кгс необходимая сила затяжки болта

Qб = V + F' 5136,84 кгс наибольшее усилие в болте

Ry 3500 кгс/см2 расчетное сопротивление по пределу текучести (СНиП II-23–81*)

Qб (Fр) 5136,84 кгс расчетная нагрузка, действующая на болт

0,6×σT 2100 кгс/см2

I1 75 мм расстояние от центра сечения до оси болта

D1 643 мм средний диаметр трубы в сечении

M1 190,82 кгс×см изгибающий момент в сечении*

SI 7 мм толщина трубы в месте перехода к фланцу

kf 6 мм катет сварного шва

σn 677,46 кгс/см2 напряжение изгиба в опасном сечении фланца

σn ≤ 0,6×σв выполняется условие прочности на изгиб в опасном сечении фланца*

Dб 800 мм диаметр окружности осей болтов

D1 643 мм средний диаметр кольцевой пло-щадки контакта фланца и трубы

Dв 650 мм внутренний диаметр фланца тол-щиной h

Dн 880 мм наружный диаметр по фланцу

h 18 мм толщина фланца

σ кгс/см2 напряжение во фланце

0,7×σT 2450 кгс/см2

σ < 0,7×σT выполняется условие прочности фланца

черные значения НД

синие задаваемые

красные формула

Рис. 1.

* Методика расчета по И.А. Биргер Резьбовые и фланцевые соединения. М.: Машиностроение, 1990.

где N — расчетная нормальная сила; M — расчет-ный изгибающий момент; n — общее количество болтов; y1 — расстояние от оси поворота до наи-более удаленного болта в растянутой зоне стыка; yi — расстояние от оси поворота до i-го болта, при этом учитываются как растянутые, так и сжатые болты.

M1 = ηFp ⋅ l1π ⋅ D1

σ = = 0,83 ⋅ < 0,7 ⋅ σT6 ⋅ Fp (Dб – D1)

π ⋅ Dв ⋅ h2 ⋅ ln(Dн/Dв)Fp (Dб – D1)

Dв ⋅ h2 ⋅ lg(Dн/Dв)

С . И . Н е с к и н , Е . Ю . С е м е н о в

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 020


исходные данные рис. 1

N, тс My, тс×м r(y1), м n, шт. y2i

0,0600 4 0,0144

0,1480 4 0,0876

0,2520 4 0,2540

0,3160 4 0,3994

0,3760 4 0,5655

0,4000 4 0,6400

4,4 62,1 0,4000 24 Σy2i 1,9610 12 484

В. Результаты расчета фланцевого соединения по (МКЭ) программному комплексу «Scad» (ис-ходные данные. рис. 1.)

Далее представлены результаты расчета по ПК «Scad»: максимальное усилия в болте составляет 12 тс; максимальные напряжения при толщине фланца 30 мм кольцевые 2887 кгс/см2, радиаль-ные 2174 кгс/см2.

Рис. 3. Фланец 1. Усилия в болтах

Рис. 4. Фланец 1. Кольцевые напряжения

Рис. 5. Фланец 1. Радиальные напряжения

Г. Результаты расчета фланцевого соединения по МКЭ программным комплексом «Лира»: ис-ходные данные рис. 1.

Рис. 2

21


Стоит также обратить особое внимание на то, что наши коллеги из Польши используют 16-ти миллиметровые фланцы при нагрузках, превос-ходящих рассмотренные нами в 2 раза. И эти опо-ры уже два года как продуктивно работают в За-порожской области. При этом вне зависимости от увеличения нагрузок толщина фланца остается постоянной, увеличиваются лишь марка и количе-ство болтов.

Ключевые положения результатов расчетов сформулированы в виде постулатов для удобства конструктивной и иной критики.

1. Речь идет о фланцевых соединениях, а не о креплении анкерными болтами строительных конструкций и оборудования к железобетонным и прочим элементам (фундаментам и т. д.) по по-собию к СНиП 2.09.03–85. Почему-то именно по-лученные усилия в болтах по этому пособию кон-структора используют для принятия решений по фланцевым соединениям.

2. По совершенно непонятной мотивации про-исходит деление применимости методик, изло-женных в строительной, машиностроительной технической литературе и НД. Что касается ме-тодики машиностроительной литературы, ис-пользуемой в данном расчете (как бы не харак-терно для строительных конструкций), то речь все-таки идет о теории напряжения во фланце-вом соединении.

3. Ручные расчеты фланцевого соединения – действительно присутствующего (рис. 1) в кон-струкции представленного расчета, с учетом пере-менной податливости дает уменьшение усилия в болте почти в два раза, чем с учетом по постоян-ной податливости (Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. М.: Машино-строение, 1990.).

4. Ручные расчеты (пособие к СНиП) и расчеты, проведенные по ПК «Scad» «Плита» и т. п., лишь подтверждают сходимость результатов задачи из-начально отличающей от действительной.

В ходе сравнительного анализа были произведе-ны следующие расчеты:

1. Расчет по переменной и постоянной податли-вости.

2. Подбор толщины опасного сечения фланцев.3. Расчет прочности фланца.Результаты расчетов были сведены в таблицу:

Наименование Методика расчета

А Б В Г Д

Максимальный момент, кгс·м

62 090 62 090 62 090 62 090 105 322 960 306

Количество болтов, шт.

24 24 24 24 18 38

Диаметр болта, мм

24 24 24 24 36 48

Максимальное усилие в болте от внешней нагрузки, кгс

3696 12 484 10 822 12 000 — —

Максимальное усилие затяжки болта, кгс

1441 1441 — — — —

Полное усилие в болте, кгс

12 500 12 484 10 822 12 000 — —

Толщина фланца, мм

29 28 18 30 16 16

А — Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения;

Б — МДС 31-4.2000 Пособие по проектирова-нию к СНиП 2.09.03-85;

В — (МКЭ) ПК «Лира»;Г — (МКЭ) ПК «Scad»;Д — «КROMISSBIS» Польша.

При сравнении полученных данных мы видим, что максимальное усилие в болте от внешней на-грузки по пунктам Б, В, Г остается практически неизменным, так же как и полное усилие в болте. Но если обратить внимание на толщину фланца, то сразу становится понятно, что создатели про-граммного комплекса «Scad» принимают прилич-ный запас, а авторы ПК «Лира» явно переценива-ют возможности 18-ти миллиметровой пластины. Что же касается методик нормативной литерату-ры, разрыв по всем пунктам невелик.

С . И . Н е с к и н , Е . Ю . С е м е н о в

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 022


5. Некорректная постановка задания при прове-дении расчетов по ПК «Scad» лишь подтверждает, несходимость результатов задачи, изначально от-личающей от действительной (фланцевого соеди-нения), т. е. граничными условиями закрепления, типом задания конечного элемента, а также подат-ливости (жесткости) их соединения.

6.1. Возможность использования высокопроч-ных болтов без предварительного натяжения (СНиП II-23–81*, т. 5, примечание) лишь не оправданно завышают стоимость их и повышают податливость стягиваемых элементов, чем увели-чивают дополнительные нагрузки на болт.

6.2. Контактную податливость можно не учиты-вать, если шероховатость поверхности стыковых деталей не выше Rz = 40 мкм, и рабочая нагрузка на одиночное соединение меньше или равна (0,5–0,6) силе затяжки (предварительного натяжения).

6.3. При неудовлетворительном прилегании де-талей по стыку податливость промежуточных де-талей значительно превышает расчетную. Сильная затяжка (предварительное натяжение) приводит к более плотной посадке (речь не идет о фракцион-ности соединения), что снижает дополнительные нагрузки именно на болт.

6.4. Результаты исследований показали, что опи-санная схематизация приемлема для соединений с тонкими фланцами, податливыми при изгибе. В этом случаи расчет удовлетворительно согласу-ется с экспериментом при высоких напряжениях затяжки 0,5–0,7 предела текучести материала бол-та, и такой внешней нагрузке, при которой проис-ходит лишь небольшое раскрытие стыка.

7. Что касается затяжки болтов (предваритель-ного натяжения), то при выполнении работ в по-левых условиях, исходя из возможностей приме-нения плоских гаечных ключей длиной 20–25 см, с удлинением плеча до 48 см, можно создать дав-ление на рукоятку ключа не более 100 даН, пред-варительная затяжка болта М24 может достигнуть с учетом двух рабочих No = 2×100×48/2.4 = 4000 даН.

8. Если деформации изгиба появляются при на-гружении соединения, никакие эмпирические ре-комендации не позволят достаточно эффективно оценить изгибную податливость промежуточных деталей, которая нелинейно зависит от действую-щих усилий.

Так же представляем результаты расчета по ПК «ANSYS» исходные данные рис. 1, которые не вошли в выше представленную таблицу, но пред-ставляющие собой определенный характер для дискусий.

Подводя итог, хотелось отметить, что с точки зре-ния авторов не имеет значения какой методикой пользоваться для расчета фланцевых соединений: будь-то нормативная литература или программ-ный комплекс. В основе любого метода должна стоять теория о напряжении во фланцевом соеди-нении и, соответственно, нецелесообразно отде-лять различные методики, имеющие одну приро-ду. Вопрос состоит в том, какая из существующих методик наиболее точная и практичная.

23


В связи с бурным развитием сетей электропере-дач и одновременным ужесточением требований к ним и условий их прохождения многократно воз-растают требования к опорам ВЛ. Необходимость повышения надежности ВЛ, диктуемое ПУЭ по-следних редакций как в Украине, так и в России, значительное усложнение условий прохождения ВЛ, особенно по селитебной территории, ведут к необходимости разработки новых типов традици-онных опор ВЛ, внедрению качественно новых ви-дов опор, например, опор на МГС.

Кроме того, современные требования к проек-тированию воздушных линий электропередачи приводят к тому, что становится экономически нецелесообразно применять унифицированные конструкции опор с их последующей привязкой к местности. Более обоснованным представляет-ся подход к индивидуальному проектированию отдельных участков линии, которые отличают-ся либо технологическими требованиями, либо величиной внешних, в первую очередь, клима-тических нагрузок. Приведенные особенности приводят к необходимости проектирования опти-мальных конструкций для отдельных участков с последующей расчетной проверкой прочности и деформативности каждой опоры по профилю трассы ВЛ.

Естественно, что отказ от годами наработанных и проверенных конструкций в пользу более эко-номичных требует не только тщательнейшей про-верки расчетов, но и подтверждения правильности этих расчетов натурными испытаниями.

За время строительства ВЛ в мире накоплен значительный опыт проведения испытаний и все построенные для этих целей полигоны рассчита-ны на стандартную линейку конструкций и при-лагаемых нагрузок. Проведенный обзор и анализ технических решений существующих испытатель-ных полигонов позволили определить примерные технические характеристики к «среднестатисти-ческому» испытательному полигону.

Примерные технические характеристики стан-дартного полигона:

Проект полигона, программа испытаний и си-стема управления испытаниями разрабатываются в соответствии со стандартом МЭК 652 (IEC 652) «Испытание опор воздушных линий электропере-дачи механическими способами».

Обычно полигон включает испытательный стенд и несколько вспомогательных сооружений (рис. 1):

• силовой пол 1 с размерами в плане 25×25 м или 30×30 м;

• опорные силовые балки 2 под базы испыты-ваемых опор;

• металлическая силовая башня нормального режима 3 и силовая башня аварийного режима 4 (высота башен 50–70 м);

• натяжные устройства, изготовленные на основе полиспастов 5, натяжных тросов 6, якорей и силовых площадок 14 и 15, оборудованных лебедками 8;

• электрические динамометры растяжения 9, контролирующие усилия, прикладываемые натяж-ными устройствами к испытываемой опоре 10;

• монтажная (сборочная) площадка 7.

НАТУРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ОПОР НА МГС.ТРЕБОВАНИЯ К СОВРЕМЕННОМУ ПОЛИГОНУ


О.В. Семенко, инженер ОАО «ПРОМиК»


УДК 620.178.4

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 024


Такой сравнительно компактный и малобюджет-ный полигон позволяет испытывать достаточно большую номенклатуру изделий и конструкций.

1. Башенные сооружения:• металлические решетчатые башни (опоры

ЛЭП, порталы ПС, башни связи, опоры и порталы контактной сети ж.д., стойки освещения, др. кон-струкции);

• железобетонные стойки и конструкции на их основе (опоры ЛЭП, порталы ПС, башни связи, опоры и порталы контактной сети ж.д., стойки освещения, др. конструкции);

• деревянные опоры ВЛ, пр.2. Мачтовые сооружения:• мачты связи;• мачты грузовых подъемных устройств, пр.3. Элементы строительных конструкций:• металлические решетчатые балки, колонны,

пр.;• железобетонные балки, колонны, пр.4. Сцепная арматура:• сцепная арматура ВЛ, блоки;• сцепная арматура систем оттяжек, полиспа-

стов, пр.;• изоляторы, изолирующие траверсы ВЛ, др.5. Тросы:• провода ВЛ, грозозащитные тросы;• тросы, канаты, полиспасты;• оттяжки, гибкие связи, др.Технические возможности полигонов, предна-

значенных для проведения механических испыта-ний опор линий электропередачи, определяются четырьмя взаимосвязанными параметрами:

• силовой пол, характеризующийся размерами в плане, величиной максимального опрокидываю-щего момента, значением предельной сосредото-ченности нагрузки на отрыв, универсальностью размещения испытательного оснащения;

• силовые башни, определяющие максимальные габариты опор, величину максимального опроки-дывающего момента, значение предельной сосре-доточенности нагрузки, воспринимаемой башней; универсальность размещения на башне испыта-тельного оснащения для натяжных устройств;

• лебедки (гидроцилиндры) натяжных устройств, определяющие максимальное усилие натяжения, количество одновременно работаю-щих натяжных устройств;

• система управления испытаниями, определяющая время выхода опоры на необходимый режим, полноту и достоверность экспериментальных данных.

Именно по этим основным параметрам и прово-дился анализ отобранных полигонов. Отбор поли-гонов проводился по географическому признаку (оценка в целом мирового опыта проведения ис-пытаний). К сожалению не все данные оказались доступными для исследования, поэтому часть из них в сводной таблице отсутствует, хотя это не значительно повлияло на полноту и целостность анализа.

11

3

96

4

11

5

13

15

12

27

8

12

145 109

6

Рис. 1. Схема полигона для испытаний опор линий электропередачи и башенных сооружений:

1 — силовой пол; 2 — опорные силовые балки; 3 — силовая башня нормального режима; 4 — силовая башня аварийного режима; 5 — полиспасты натяжного устройства; 6 — тросы натяжного устройства; 7 — монтажная площадка; 8 — ручные лебедки натяжных устройств; 9 — электрические динамометры; 10 — испытываемая опора; 11 — оттяжки; 12 — силовые фермы нормального режима; 13 — силовые фермы аварийного режима; 14 — силовая площадка башни нормального режима; 15 — силовая площадка башни аварийного режима

25


Общий анализ данных по перечисленным поли-гонам говорит о том, что все они рассчитывались на испытания стандартных металлических решет-чатых опор, применявшихся (и применяющихся) в мире по сей день.

Единственный резко выделяющийся своими ха-рактеристиками полигон (Ваши, Индия) постро-ен недавно и рассчитан на испытания достаточно мощных опор с базой 20×20 м при максимальной высоте опоры 80 м и максимальном моменте до 20 000 тм.

Усредненные данные по остальным полигонам выглядят следующим образом:

В части системы управления испытаниями все полигоны оснащены электронной системой съема информации; теодолиты заменены на электрон-ные теодолиты или тахеометры; на некоторых полигонах введены системы визуализации испы-таний (видеомониторинг). Система приложения нагрузок практически на всех испытательных по-лигонах автоматизирована. Это позволяет мини-мизировать время нагружения конструкции до за-данного уровня и повышает оперативность работы с системой, что особенно важно при проведении испытаний опор до разрушения.

Не смотря на достаточно большую номенклатуру испытываемых изделий, старые полигоны имеют ряд

серьезных ограничений, не дающих возможности ис-пользовать их для испытаний новых конструкций.

Во-первых, геометрия новых видов опор (напри-мер, на МГС) не позволяет крепить их к силовому полу без специальных достаточно мощных пере-ходных устройств, а линейка размеров базы опор на МГС столь широка, что заготовка достаточного количества этих переходников финансово и тех-нически мало реальна.

Во-вторых, при испытании угловых опор (прак-тически самых ответственных конструкций в це-почке надежности ВЛ) к ним прикладываются обычные линейные нагрузки с последующим их пересчетом в угловые, т. е. расчет проверяется рас-четом, что в большинстве случаев ведет к накопле-нию погрешности и необходимости обеспечения дополнительных запасов прочности.

В-третьих, существующая концепция проекти-рования достаточно мощных опор, расчитанных на значительные пролеты (в том числе и многоцеп-ных), предъявляет жесткие требования к несущей способности таких элементов испытательного по-лигона, как силовые башни и силовой пол; возника-ют вопросы о возможности нагружения и контроля прилагаемых нагрузок на многоцепные опоры на некоторых существующих полигонах и т. д.

Сегодняшняя ситуация диктует необходимость применения, наряду с унифицированными опора-ми, специальных опор и специальных фундамен-тов к ним (несущих на порядки большие нагруз-ки). Такие опоры (в том числе на МГС), в силу их ответственности, требуют особенно тщательного подхода к механическим испытаниям. Рассмо-тренные выше полигоны по своим параметрам уже не в состоянии, или практически не в состоянии, обеспечить реализацию необходимых программ.

Рис. 2. Полигон EUCOMSA в Утрере (Испания), 1970

1 Танамо Япония 1978 г. Владелец не известен.

2 Аль-Бабтейн Саудов-ская Аравия

1991 г. Al-Babtain Pwr&Telc Co.

3 Дамп Бразилия — DAMP Electric

4 Манхейм Германия 1959 г. ABB Corp.

5 Тестина Италия 1936 г. ABB Solution SpA.

6 Эукомза Испания 1970-е Eucomsa Co.

7 Бангалор Индия 1960 г. Испытательный ин-ститут

8 Джайпур Индия — Владелец не известен

9 Ваши Индия 1990-е Владелец не известен

10 Кливленд Ю.Африка — Владелец не известен

11 Czestochowa Польша 1991 г. Kromiss-Bis, Sp. z o.o.

12 Хотьково Россия 1954 г. ОРГРЭС

13 Макеевка Украина 1995 г. ДонНАСА

База опоры Порядка 18×18, 20×20 м.

Высота опоры Порядка 65–70 м.

Максимальный момент Порядка 4000–6000 тм (за исключе-нием Италии и Испании — 12 500 и 12 000 тм соответственно)

Нагрузка на ногу опоры (вырыв)

Порядка 300–400 тн (Испания — 750 тн)

Нагрузка в каждой точке Порядка 30–50 тн

Количество точек приложе-ния нагрузок

Порядка 30–50

В процессе работы рассмотрены следующие полигоны:


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 026


Значит, необходима проработка модели ком-плексного испытательного полигона (КИП), отвечающего сегодняшним (и завтрашним) по-требностям, и оснащенного самым современным оборудованием и системами управления, контро-ля и измерений (комплексной автоматизирован-ной системой управления испытаниями с выхо-дом в Интернет в режиме реального времени).

Наличие такого полигона позволит качествен-но, а главное быстро проводить испытания прак-тически всех видов и типов опор, включая специ-альные (в том числе переходные) а также других строительных конструкций.

Комплексный испытательный полигон (КИП) должен иметь на следующие основные параме-тры:

Типы испытываемых изделий и конструкций1. Башенные сооружения:• металлические решетчатые башни (опоры

ЛЭП, порталы ПС, башни связи, опоры и пор-талы контактной сети ж.д., стойки освещения, др. конструкции);

• многогранные металлические стойки и кон-струкции на их основе (опоры ЛЭП, порталы ПС, башни связи, опоры и порталы контакт-ной сети ж.д., стойки освещения, др. кон-струкции);

• железобетонные стойки и конструкции на их основе (опоры ЛЭП, порталы ПС, башни связи, опоры и порталы контактной сети ж.д., стойки освещения, др. конструкции);

• деревянные опоры ВЛ, пр.2. Мачтовые сооружения:• мачты связи;• мачты грузовых подъемных устройств, пр.3. Элементы строительных конструкций:• металлические решетчатые балки, колонны, пр.;• многогранные металлические балки, колонны, пр.;• железобетонные балки, колонны, пр.4. Элементы конструкций фундаментов:

• узколопастные винтовые анкеры;• металлические и железобетонные сваи;• ригели и ригельные системы, пр.5. Сцепная арматура:• сцепная арматура ВЛ, блоки;• сцепная арматура систем оттяжек, полиспа-

стов, пр.;• изоляторы, изолирующие траверсы ВЛ, др.6. Тросы:• провода ВЛ, грозозащитные тросы;• тросы, канаты, полиспасты;• оттяжки, гибкие связи, др.7. Другие типы изделий и конструкций.

В конструкции предлагаемого полигона нужно заложить ряд ноу-хау:

1. Страховочные тросы — возможность макси-мально приблизить силовую башню к силовому полу, чем значительно сокращается площадь всего силового стола.

2. Объединение нагрузочных башен нормально-го и аварийного режимов в одну общую силовую башню — возможность испытания угловых опор на реальные (а не пересчитываемые) нагрузки.

3. Круглый силовой пол — возможность испыта-ния угловых опор на реальные (а не пересчитывае-мые) нагрузки; испытание башен с любой конфи-

Базу опоры 20×20 м

Высоту опоры 70 м (при поуровневом испытании — не ограничена)

Максимальный момент 20 000 тм

Нагрузку на ногу опоры (вырыв) 1000 тн

Нагрузку на ногу опоры (сжатие) 1000 тн

Нагрузку в каждой точке, до 60 тн

Количество точек приложения нагрузок 72

Система управления испытаниями Комплексная автоматизированная система управления испытаниями с выходом в Интернет в режиме реального времени

27


гурацией основания (четырехгранные квадратные и прямоугольные, трехгранные, многогранные, круглые, пр).

4. Специальный стенд для испытания фунда-ментов — испытания любых сборных фундамен-тов (как прямых, так и наклонных) в грунтовых смесях с характеристиками, максимально прибли-женными к реальным.

Решаемые КИП задачиI. Испытания на механическую прочность опыт-

ных образцов изделий и конструкций.II. Разработка технологической, методической и

нормативной документации для внедрения опыт-ных образцов новых конструкций и технологии их применения.

III. Подготовка персонала строительно-монтаж-ных и эксплуатирующих организаций для практи-ческой работы по новым технологиям.

Таким образом, к выполнению полномасштаб-ных испытаний новых высотных конструкций, было бы логично добавить и функции учебно-испытательного центра (УИЦ), занимающегося отработкой технологий сборки новых видов опор, их монтажа и обслуживания (с разработкой ППР, технологических карт, пр.), а также обучения этим новым технологиям персонала строительно-монтажных и эксплуатационных организаций.

Кроме того, из соображений элементарной логи-ки напрашивается придание УИЦ функции обу-чения (с выдачей соответствующих документов и сертификатов) по следующим специальностям:

• ПТЭ, ПТБ;• монтажники-электролинейщики;• промышленные альпинисты, верхолазы, мон-

тажники-высотники;• электромонтажники по работе с напряжением

свыше 1000 В;• люлечники, стропальщики, сварщики (3–4 р.);• операторы установок по завинчиванию узко-

лопастных винтовых анкеров, др.

Безусловно, полигон такого уровня, оснащен-ный самыми современными системами расчета, контроля и мониторинга испытаний, не может быть малобюджетным. Но необходимо также признать, что роль, которую он играет в цепочке «проектирование — производство — испытания — строительство — эксплуатация ВЛ» становится на сегодняшнем этапе гораздо весомей.

Эта проблема уже назрела и чувствуется уже се-годня. Ее решение можно, наверное, отсрочить на какое-то время, но чем позже ее решать, тем боль-шие убытки будут нести организации-заказчики реконструкции электрических сетей.

Литература1. Правила улаштування електроустановок. Гл.

2.5 «Повiтрянi лiнiї електропередавання напругою вище 1 кВ до 750 кВ». — Київ: ОЕП “ГРIФРЕ”, 2006. — 190 с.

2. Правила устройства электроустановок. Гл. 2.5.

«Воздушные линии электропередачи напряжени-ем выше 1 кВ». — М., 2003. — 156 с.

3. IEC 60826 Design criteria of overhead transmission lines//11/165A/CDV. — Ed. 3. 2002. — 186 p.


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 028

конструкции опор

Потребность в эффективных закреплениях опор, наиболее рациональных в исполнении, экономичных по материалоемкости и трудозатратам, надежных в эксплуатации и способных выдерживать незаурядные нагрузки, характерные для опор на базе МГС, стоит достаточно остро.

Поиск конструкций фундаментов опор воздушных линий электропередачи, удовлетворяющих таким высоким требованиям, приводит к решению, под-сказанному самой природой, — корневидному фундаменту, представляющему собой куст свай с наклонной заделкой в грунт, собранных у поверхности в еди-ный ростверк (рис. 1).

МНОГОСВАЙНЫЕ РОСТВЕРКИ (МСР) НА УЗКОЛОПАСТНЫХ ВИНТОВЫХ СВАЯХ (УВС)

Р.Н. Зджанский, инженер-проектировщик ОАО «ПРОМиК»

Сваи УВС

Бетоннаяотмостка

Анкернаякассета

Фундамент МСР

Монолитныйж/б ростверк

Рис. 1. Принципиальная схема фундамента МСР на сваях УВС

УДК 621.315

29


При этом возможно использование различных материалов как для свай, так и для ростверка.

Количество, диаметр и заглубление свай зави-сит от конкретных грунтовых и эксплуатацион-ных условий и определяется расчетом. Исходя из этого, инженерами ОАО «ПРОМиК» разработаны несколько типов ростверков.

Развивая данное направление в конструирова-нии фундаментов, рассмотрим возможность ис-пользования в МСР винтовых свай.

Применение винтовых свай обеспечит увели-чение эффективности и надежности закрепления фундаментов без нарушения естественной струк-туры грунта при уменьшении до минимума земля-ных работ и, как следствие, сохранении окружаю-щей среды. К числу достоинств винтовых свай можно отнести малую трудоемкость, безударное погружение, высокую точность установки в плане и по высоте, что решает проблемы строительства закреплений в сложных геологических и стеснен-ных городских условиях, позволяя проведение работ в непосредственной близости к подземным коммуникациям. Повышенная несущая способ-ность приведет к значительному уменьшению расходов строительных материалов на сооруже-ние фундаментов по сравнению с использованием фундаментов на забивных сваях.

Массовое применение винтовых свай сдержива-ется отсутствием легких, маневренных, конструк-тивно несложных машин, обладающих хорошей проходимостью в условиях бездорожья. Однако на сегодняшний день в практике электросетево-го строительства на территории СНГ накопился определенный опыт применения фундаментов на винтовых сваях, который показал их эксплуатаци-онную надежность, высокую экологичность, воз-можность круглогодичного ведения строительно-монтажных работ.

Для МСР уместно использование свай с лопа-стями малых диаметров (узколопастных). При-менение лопастей малых диаметров (101–381 мм) позволяет погружение свай малыми моментами и свай с разнесенными витками лопастей.

Результаты испытаний свай с разнесенными вит-ками лопастей (испытания СЗО Энергосетьпро-

ект) свидетельствуют о том, что при включении в работу верхнего витка лопастей максимальные на-пряжения между лопастями перераспределяются, и несущая способность сваи увеличивается при-мерно на 30%. СЗО Энергосетьпроект были разра-ботаны и испытаны сваи диаметром 200–300 мм. Модельные и натурные испытания в соответ-ствии с ГОСТ 5686–78 «Сваи, методы полевых испытаний» подтвердили результаты теорети-ческих расчетов несущей способности винтовых свай. Многие решения института Энергосеть-проект были заимствованы у известной амери-канской фирмы «A.B. Chance», в которой, начи-ная с 1912 года, были разработаны сотни видов винтовых свай и большое количество бурильно-кранового оборудования: с гидромеханическим приводом, с электрическим приводом; сравни-тельно простые приспособления, навешиваемые на деррик-краны и экскаваторы, позволяющие погружать винтовые сваи как строго вертикаль-но, так и практически под любым углом. Специ-альная серия свай этой фирмы разработана для выполнения установки вручную. Также фирмой «A.B. Chance» накоплен большой практический опыт выполнения инженерно-геологических испытаний, разработана методика контроля не-сущей способности винтовых свай в различных грунтах, позволяющая отслеживать работу как отдельных свай, так и свай в составе отдельных кустов и полей.

Таким образом, говоря о применении узколо-пастных винтовых свай в многосвайных роствер-ках, можно опираться на имеющуюся расчетно-теоретическую базу. А значит, есть все предпосылки для практического воплощения фундаментов на МСР, включая натурные испытания, наладку про-изводства по изготовлению УВС в Украине, нали-чие специального оборудования для погружения свай (пусть и зарубежного), а также современных материалов антикоррозионной защиты стальных конструкций.

В качестве демонстрационного материала пред-ставлены схемы и таблицы несущей способно-сти свай, разрабатываемых ОАО «ПРОМиК» (см. рис. 2, табл. 1, 2).

Р. Н . З д ж а н с к и й

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 030


38

38

43

0

43

0

43

0

43

0

43

0

43

0

43

01H1

1 1

76

5

76

5

76

5

76

5

76

5

76

5

76

5

94

0

15

00

20

35

31

00

12

20

20

35

31

25

hз = 2130

hз = 2700

hз = 4300

hз = 2400

hз = 4300

hз = 3230hз = 3230

п/c 1.1 п/c 1.2 п/c 1.3 п/c 1.4 п/c 2.1 п/c 3.1 п/c 3.2

1. Унификация ведется по направляющей секции анкера и по оголовку.2. Расстояния от концов удлинений до лопастей принимаются конструктивно.3. Схема оголовка см. лист 1.4. Расчет ведется с учетом среднего арифметического диаметра лопастей сваи:H для п/с 1.1–1.4: ∅ср = 228,6 ммH для п/с 2.1: ∅ср = 270,9 ммH для п/с 3.1–3.2: ∅ср = 292,1 мм

Рис. 2. Схема винтовых свай КС-38

31


Винтовые сваи (анкера) для устройства МСР приведены в табл. 1

Таблица 1. Характеристики грунтов

Наименование грунта

Виды песчаных и показатели текучести глинистых грунтов

Условный № грунта

Характеристики грунтов

Нормативные значения Расчетные значения

φ II, град СII, кН/м2 γ, кН/м2 φI, град СII, кН/м2 γ i, кН/м2 ψ I, град

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ПЕСЧАНЫЕ ГРУНТЫ Пески гравелистые и крупные 1 43 2 20,0 39 0,67 24,0 36

2 40 1 20,0 35

3 38 — 20,0 34

Пески средней крупности 4 40 3 19,0 35 2 19,0 39

5 38 2 19,0 34 1,3 19,0 36

6 35 1 18,5 32 0,67 18,5 32

Пески мелкие 7 38 6 18,5 34 4 18,5 37

8 36 4 18,5 33 2,7 18,5 36

9 32 2 18,0 29 1,3 18,0 29

10 28 — 18,0 25 — 18,0 25

Пески пылеватые 11 36 8 18,0 33 5,3 18,0 35

12 34 6 18,0 31 4 18,0 32

13 30 4 17,5 27 2,7 17,5 28

14 26 2 17,5 23 1,3 17,5 24

СУПЕСЬ 0 ≤ IL ≤ 0,25 15 30 21 20,0 27 14 20,0 33

16 29 17 19,5 26 11,3 19,5 29

17 27 15 19,0 24 10 19,0 27

18 24 13 17,5 22 8,7 17,5 24

0,25 ≤ IL ≤ 0,75 19 28 19 19,0 25 12,7 19,0 28

20 26 15 18,5 24 10 18,5 26

21 24 13 18,0 22 8,75 18,0 24

22 21 11 17,5 19 7,3 17,5 21

23 18 9 17,0 16 6 17,0 18

СУГЛИНКИ 0 ≤ IL IL ≤ 0,25 24 26 47 20,0 23 31 20,0 31

25 25 37 19,5 23 24,7 19,5 29

26 24 31 19,0 22 21 19,0 27

27 23 25 18,0 21 17 18,0 25

28 22 22 18,0 20 15 18,0 23

29 20 19 18,0 18 13 18,0 21

0,25 ≤ IL ≤ 0,5 30 24 39 18,0 22 26 19,0 28

31 23 34 18,5 21 23 18,5 27

32 22 28 18,0 20 19 18,0 25

33 21 23 18,0 19 15 18,0 23

34 19 18 18,0 17 12 18,0 20

35 17 15 18,0 15 10 18,0 18

0,5 ≤ IL ≤ 0,75 36 19 25 19,0 17 17 19,0 21

37 18 20 18,5 16 13 18,5 19

38 16 16 18,0 14 11 18,0 18

39 14 14 18,0 13 9 18,0 15

40 12 12 17,5 11 8 17,5 13

ГЛИНЫ 0 ≤ IL ≤ 0,25 41 21 81 18,0 19 54 18,0 32

42 20 68 18,0 18 45 18,0 29

43 19 54 18,0 17 36 18,0 26

44 18 47 18,0 16 31 18,0 24

45 16 41 17,5 14 27 17,5 22

46 14 36 17,5 13 24 17,5 19

0,25 ≤ IL ≤ 0,5 47 18 57 17,5 16 38 17,5 25

48 17 50 18,0 15 33 17,5 23

49 16 43 17,0 14 29 17,0 22

50 14 37 17,0 13 25 17,0 20

51 11 32 16,5 10 21 16,5 16

0,5 ≤ IL ≤ 0,75 52 15 45 17,5 14 30 17,5 22

53 14 41 17,5 13 27 17,5 20

54 12 36 17,0 11 24 17,0 17

55 10 33 17,0 9 22 17,0 15

56 7 29 16,5 6 19 16,5 11

Р. Н . З д ж а н с к и й

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 032


Таблица 2. Несущая способность винтовых свай, кН

Услов-ный номер грунта

При глубом заложения h и среднем диаметре d = 228,6 мм

Услов-ный номер грунта

При глубом заложения h и среднем диаметре d = 228,6 мм

Схема 1 Схема 2 Схема 3 Схема 1 Схема 2 Схема 3

Под-схема 1

Под-схема 2

Под-схема 3

Под-схема 4

Под-схема 1

Под-схема 1

Под-схема 2

Под-схема 1

Под-схема 2

Под-схема 3

Под-схема 4

Под-схема 1

Под-схема 1

Под-схема 2

2,13 2,7 3,23 4,3 2,4 3,23 4,3 2,13 2,7 3,23 4,3 2,4 3,23 4,3

1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8

1–3 грунт

136 256 423 945 198 438 1010 30 грунт 104 156 222 385 136 231 423

4 грунт 144 268 440 975 208 456 1041 31 грунт 112 176 259 477 149 269 518

5 грунт 118 219 361 797 171 374 855 32 грунт 92 145 213 393 123 222 429

6 грунт 96 178 293 647 140 305 698 33 грунт 73 116 171 316 98 178 348

7 грунт 133 243 393 854 191 408 914 34 грунт 55 86 127 233 74 133 259

8 грунт 116 212 346 754 167 359 810 35 грунт 42 65 95 173 56 101 195

9 грунт 76 139 226 491 110 236 534 36 грунт 70 108 157 285 93 165 314

10 грунт 47 86 140 303 69 148 335 37 грунт 54 83 122 221 72 128 247

11 грунт 130 234 376 806 185 390 864 38 грунт 805 912 1015 1221 858 1015 1226

12 грунт 105 188 303 649 149 315 700 39 грунт 653 746 834 1011 699 834 1015

13 грунт 70 124 199 422 100 208 461 40 грунт 478 545 608 735 512 608 738

14 грунт 43 76 122 258 63 129 287 41 грунт 200 304 435 761 260 449 821

15 грунт 120 200 306 605 164 317 653 42 грунт 162 245 351 614 211 363 666

16 грунт 101 168 259 515 138 269 558 43 грунт 126 191 274 480 165 284 523

17 грунт 82 137 209 413 113 218 451 44 грунт 105 159 227 397 137 236 435

18 грунт 67 110 167 327 91 175 360 45 грунт 2409 2598 2778 3138 2503 2778 3146

19 грунт 100 165 251 493 136 261 535 46 грунт 2014 2176 2331 2641 2095 2331 2649

20 грунт 82 137 209 413 113 218 451 47 грунт 125 188 268 465 163 278 508

21 грунт 67 110 167 328 92 175 360 48 грунт 104 156 222 385 136 231 423

22 грунт 48 78 118 228 66 125 254 49 грунт 2172 2334 2488 2797 2253 2488 2804

23 грунт 200 304 435 761 260 449 821 50 грунт 1776 1915 2048 2314 1846 2048 2320

24 грунт 157 247 362 666 208 374 717 51 грунт 1118 1200 1279 1436 1159 1279 1439

25 грунт 133 211 311 579 177 322 626 52 грунт 1484 1592 1694 1900 1538 1694 1905

26 грунт 112 177 262 489 149 272 530 53 грунт 1250 1343 1432 1609 1297 1432 1613

27 грунт 91 145 215 401 122 223 438 54 грунт 928 994 1058 1184 961 1058 1187

28 грунт 78 125 185 345 105 193 378 55 грунт 675 720 762 847 698 762 849

29 грунт 62 98 145 267 84 151 296 56 грунт 366 386 405 443 376 405 444

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 034


В настоящее время в электросетевом строи-тельстве все более широкое применение получа-ют многогранные гнутые стойки (МГС) опор ВЛ, а значит, назревает необходимость в оптимизации характеристик сечений, способной дать ощутимый экономический эффект.

Из общей теории стальных конструкций из-вестно, что с увеличением показателей геоме-трических характеристик (площади, моментов инерции, моментов сопротивления, радиусов инерции) прочность сечения повышается. Ана-логичный результат достигается и путем транс-формации сечения при неизменных показателях его площади в требуемых плоскостях.

При необходимости сохранения наружных па-раметров стойки либо изменения наружных пара-метров, не изменяя конструктив стойки в составе опоры, улучшение восприятия внешней нагрузки опорой ВЛ можно достичь оптимизацией сечения путем усиления дополнительными элементами. Так, на характеристики стоек опор ВЛ большое

РАЦИОНАЛЬНЫЕ РЕШЕНИЯ СЕЧЕНИЙ СТОЕК ОПОР ВЛ 35–750 кВ

Р.Н. Зджанский, инженер-проектировщик ОАО «ПРОМиК» В.И. Костиков, инженер ОАО «ПРОМиК»С.И. Нескин, руководитель группы строительства ОАО «ПРОМиК»

Рис. 1. Предложение усиления стоек (МГС)

влияние оказывает усиление жесткости стоек в требуемых опоре плоскостях восприятия внеш-них нагрузок, которые могут учитываться с раз-личной степенью асимметрии: вдоль траверс, по-перек траверс и т. д.

На одностоечные свободно стоящие опоры в эксплуатационных условиях действуют не толь-ко горизонтальные, но и вертикальные нагрузки, создаваемые проводами, оборудованием, а также гололедными нагрузками. Последние в отдель-ных районах страны значительны. Отклонение жестких стоек от проектного (вертикального) по-ложения вследствие изгиба меньше, чем нежест-ких, и поэтому изгибающие моменты, создавае-мые вертикальными нагрузками, для них также меньше.

В зависимости от соотношения вертикальных и горизонтальных нагрузок усиление жесткости стоек за счет увеличения характеристик нагру-женных зон во многих случаях позволяют улуч-шить показатели ВЛ.

Развертка стойки

8 9 10 11 12 1 2 3 4

I

II

III

20

00

5 6 7

Линии гиба

Зоны усиления, определяемые расчетом опоры

20

00

А7

8

9

410

11 3

12

Сечение стойки

1

2

5

6

Ось передачинагрузки на стойку

R9

Линия гиба

А

Технологическийзазор

УДК 621.315

35


Для количественной оценки влия-ния увеличения жесткостных ха-рактеристик нагруженных зон рас-смотрены варианты усиления стоек опоры ПМГ-500 с двенадцатигран-ным сечением в виде окружности и в виде эллипса, эквивалентным по площади (см. рис. 2a, b).

Далее представлен графический анализ перемещений стоек с выше-названными сечениями, наиболее наглядно иллюстрирующий зависи-мость отклонения стоек при одина-ковом загружении от вариантов уси-ления. Графический анализ проведен с помощью программного комплекса «Лира 9.0» (см. рис. 3–5).

Данный пример позволяет сделать следующие выводы:

1. Стойки опор для районов с малы-ми нагрузками принимать в качестве базовых (например для РКУ I, II).

2. При увеличении нагрузок вводить различные варианты усиления. Проведенные испытания ба-зовых схем опор и утверждение методик расчетов усиления позволят не проводить повторные испы-тания, что даст возможность получить различные модификации опор ВЛ 35–750 кВ для разных рай-онов СНГ с минимальными затратами.

3. В качестве усиления опор со стойками МГС можно предложить композитную арматуру.

Что такое композитная арматура?Композитная арматура для армирования бетон-

ных конструкций FRP-Rebar (Fiber Reinforced Plastic reinforcing Bar — полимерная арматура, упрочненная непрерывным волокном) пред-ставляет собой стеклопластиковые или базаль-топластиковые стержни диаметром от 4 до 40 мм, длиной до 12 м (или скрученные в бухты) с ребристой поверхностью спиралеобразного про-филя. Композитная арматура предназначена для применения в бетонных конструкциях с предна-пряженным или ненапряженным армированием взамен традиционной стальной арматуры.

Чем композитная арматура лучше стальной?Композитная арматура во многом превосходит

стальную:•композитная арматура прочнее стальной в

1,5–2 раза;•имеет высокий модуль упругости при неболь-

шом коэффициенте относительного удлинения, высокую стойкость к стрессовым нагрузкам, об-

Рис. 2a. Двенадцатигранное сечение по окружности

Рис. 2b. Двенадцатигранное сечение по эллипсу

ладает прекрасными реологическими характери-стиками;

•композитная арматура не подвержена корро-зии, весьма слабо меняет свои механические свой-ства под воздействием кислот, солей и щелочей;

•легче стальной в 3,5–4 раза;•является диэлектриком, радиопрозрачна, маг-

нитоинертна (исключено изменение прочностных свойств композитной арматуры под воздействием электромагнитных полей);

•не теряет свои прочностные свойства под воз-действием сверхнизких температур;

•коэффициент теплового расширения компо-зитной арматуры соответствует КТР бетона, что исключает прорывы армирования и трещинообра-зование в защитном слое бетона под воздействием тепловых циклов;

•коэффициент теплопроводности композит-ной арматуры в десятки раз (соизмеримо с дере-вом) ниже, чем у стали; композитная арматура — основной армирующий материал многослойных теплосберегающих строительных конструкций, обеспечивающий эффективную теплоизоляцию и отсутствие мостиков холода в течение длитель-ного срока эксплуатации многослойных теплоизо-лирующих ограждающих конструкций и фасадов благодаря низкому коэффициенту теплопровод-ности, высокой коррозионной стойкости и отсут-ствию градиентного промерзания утеплителя по длине арматуры.

Осьтраверс



а) без усиления б) усиление — 4 кр. ∅20 в) усиление — 2 — δ = 12


а) без усиления б) усиление — 4 кр. ∅20 в) усиление — 2 — δ = 12



Р. Н . З д ж а н с к и й , В . И . К о с т и к о в , С . И . Н е с к и н

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 036


Рис. 3b. Анализ перемещений (круг)

Рис. 3а. Анализ перемещений (эллипс)

37


Рис. 4a. Эллипс, усиленный стержнями

Рис. 4b. Круг, усиленный стержнями


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 038


Рис. 5b. Круг, усиленный пластинами

Рис. 5a. Эллипс, усиленный пластинами

39


Основные технические характеристики композитной арматуры АКС и АКБ (ТУ У 25.3-21191464-023:2008)

Наименование показателя Норма

Марка АКС Марка АКБ

Внешний вид Однородный пруток, бежевого цвета, без пустот

Однородный пруток, бежевого цвета, без пустот

Номинальный диаметр, dн, мм dн ± 5% dн ± 5%

Масса нетто одного погонного метра арматуры, m, грамм m ± 5% m ± 5%

Относительное удлинение после разрыва, не более 3 3

Разрушающее напряжение при растяжении, МПа, не менее 700–900 800–1200

Коэффициент относительного удлинения, % 2,5–3,0 2,5–3,0

Модуль упругости при растяжении 25–35 ГПа 30–40 ГПа

Модуль упругости при изгибе 25–30 ГПа 25–35 ГПа

Коэффициент теплопроводности, Вт/м⋅ч⋅°С 0,5 0,3

Водопоглощение, %, не более 0,05 0,05

Сравнительные цены на стальную и стеклопластиковую арматуру за 1 пог. м на октябрь 2008 г.

Диаметр арматуры Стальная арматура А500, грн/м. Композитная арматура АКСП*, грн/м

∅4 0,8 1,0

∅5 1,2 1,2

∅8 3,4 3,0

∅10 4,8 4,0

∅12 6,8 5,0

Цены на стальную и композитную арматуру на октябрь 2008 г. и прогноз на 2009 г., грн

Диаметр арматуры

Цена на композитную арматуру типа АКСП*, грн/м, конец 2008 г.

Ожидаемая цена на композитную арматуру типа АКСП41, гри/м в 2009 г.

Ожидаемая цена на стальную арма-туру грн/м в 2009 г.

∅4 1,0 0,9 1,1

∅5 1,2 1,1 1,6

∅8 3,0 2,8 4,4

∅10 4,0 3,5 6,2

∅12 5,0 4,2 9,0

* Арматура композитная АКСП выпускается по ТУ У 25.3-21191464-023:2008.

Сравнительная стоимость арматуры в 2008 г.

Диаметр арматуры, мм

Сталь Композит Сталь Композит

Диаметр арматуры, мм

Це

на

за п

ого

нн

ый

ме

тр, г

рн

Це

на

за п

ого

нн

ый

ме

тр, г

рн

9876543210

4 5 8 10 12

9876543210

4 5 8 10 12

Ожидаемая стоимость арматуры в 2009 г.

Пройдя этапы усиления стоек МГС, проведя надлежащие испытания и проверку методик в соот-ветствующих НИИ, мы подойдем и к этапам, когда возможно будет использовать не только усиление нагруженных областей стоек опор ВЛ, но и заняться вопросом преднапряжения усиливающих стойки стержней. А преднапряжение МГС, как и преднапряжение железобетонных стоек, открывает широкое поле деятельности в сфере достижения экономии на ВЛ 35–750 кВ при увеличении надежности соб-ственно самих опор.

Сравнительные графики цен на розничном рынке Украины демонстрируют целесообразность замены стальной арматуры на композитную во многих строительных армированных бетонных конструкциях.

ПрогнозыОбъемы производства композитной арматуры АКСП непрерывно растут, рост производства от со-

тен к тысячам тонн в месяц в 2009 году привело к снижению цен на 7–15%. Увеличение стоимости газа свыше $300 за 1000 м3 и цен на нефть свыше $100 (0,7 Brent/03 Urals) приведут к повышению цен на стальной прокат в среднем на 30%.


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 040


УСИЛЕННЫЕ ЗАКРЕПЛЕНИЯ СВОБОДНО СТОЯЩИХ ОПОР ВЛ НА СТОЙКАХ МНОГОГРАННОГО ПРОФИЛЯ (МГС)


С.И. Нескин, руководитель группы строительства ОАО «ПРОМиК»

Сегодня все чаше мы сталкиваемся с конструк-циями башенных и мачтовых сооружений (опоры ЛЭП, антенно-мачтовые сооружения и др.) с ис-пользованием многогранных гнутых стоек МГС. И если, в основном, эти изделия относительно не-сущей способности изготовления, монтажа нашли свое обоснование в нормативных документах, во-просы несущей способности основания и фунда-ментов пока еще слабо отражены.

Хотелось бы остановиться на не менее важном конструктивном элементе как фундаменты (за-крепления) под эти сооружения. Вопрос касается определения несущей способности основания и фундаментов, а именно, речь пойдет о закрепле-нии опор ЛЭП на базе стоек МГС. Опыт проек-тирования закрепления — по данным сооруже-ниям на базе МГС в данный момент на Украине не достаточно велик. С достаточной степенью приближения можно считать что наиболее близ-кими к сооружениям на базе МГС по схемам за-крепления являются закрепления опор на цен-трифугированных железобетонных стойках. Для подобных типовых решений момент в заделке не превышает 50–100 тм. в зависимости от диаметра стоек. Величина опрокидывающего момента для опор на базе МГС достигает 700 тм и более. Вы-сокие нагрузки на фундамент объясняются воз-можностью использовать несущую способность поперечного сечения стоек МГС при значитель-ном (по сравнению с железобетонными опорами) увеличении высоты и величины приложения на-грузки.

Рассмотрим данный вопрос на примере закре-пления опоры УМД 110-2.30+10 участок ВЛ 110 кВ «Полтава–ТМЗ» (см. приложения 1–3).

Основные положения по расчету закрепленияРасчет закрепления выполнен в основном в со-

ответствии с разделом 11 «Пособие по проектиро-ванию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01–83)».

Расчет основания стойки по устойчивости на опрокидывание. Закрепление считается устойчи-вым, если обеспечивается условие:

Расчет закрепления по деформациям. Закрепле-ние стоек в грунте должны удовлетворять требо-ваниям расчета по деформациям, если обеспечи-вается условие:

Расчет по несущей способности материала стойки фундамента. Несущая способность по ма-териалу ствола фундамента будет обеспечена при выполнении условия:

Несущая способность ствола фундамента по материалу определялась при рассмотрении напряженно-деформированного состояния из-гибаемого трубобетонного элемента. Принимаем, что эпюра в сжатой зоне сечения в бетоне и трубе и в растянутой зоне в трубе — треугольная. Бетон в растянутой зоне не работает. Соблюдаются ги-потеза плоских сечений и условие статики. В ре-зультате решения интегрального уравнения, вы-шеизложенных условий получаем уравнение для расчета несущей способности изгибаемых трубо-бетонных элементов:

Q ≤ ,γc2 ⋅ Qu

γn

β ≤ βu ,

Mp < M .

УДК 621.315

41


Как показали экспериментальные исследования, коэффициенты эффективности для трубобетона при изгибе имеют небольшую величину. Прини-маем αu = α (табличное значение) и βu = 1,15. При этом формула для вычисления несущей способно-сти изгибаемого трубобетонного элемента примет вид:

M = d/(2(1 + |cosα|))·(αuRmFm + βuRbFbω2)

где ω2 = sin3 α/3+(πα)/8+ sin 4α/32;α — угол ограничения высоты сжатой зоны зави-сит от (r/t) и (n = Em/Eb)

Для условий Москвы и Московской области по данной методике рассчитаны более 20 типов фун-даментов, в том числе и на нагрузки, превышаю-щие 1500 тм. Выполненные в натуре фундаменты за период 2006–2008 годы восприняли не самые максимальные нагрузки, однако эксплуатацион-ных свойств не потеряли и показали свою жизнен-ную способность.

Учитывая, что опыт мировой практики приме-нения опор на стойках МГС насчитывает около 40 лет, надеемся, что попытка поднять вопрос о за-креплении опор позволит не оставаться на месте. Надеемся обратить внимание читателя на возмож-ное решение данной проблемы.

Литература1. Пособие по проектированию оснований зда-

ний и сооружений (к СНиП 2.02.01–83).2. Плакидюк В.М. «Многогранные гнутые стой-

ки (МГС). Сфера применения и конструктивные преимущества. Зарубежный опыт». Первая Меж-дународная конференция «Многогранные гнутые стойки». 2006.

3. Романов П.И., Чернова Т.Ю. «Проблемы и особенности закрепления опор АМС на стойках из многогранного профиля» Первая Международ-ная конференция «Многогранные гнутые стойки». 2006.

4. Стороженко Л.И. Трубобетонные конструк-ции. Киев: Будiвельник, 1978.

M = r2/(1+|cos |)× t uRm+r uRb 2)

В . И . К о с т и к о в , С . И . Н е с к и н

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 042


40

00

0

300

1400

ФланецH1

3500

10

00

ТраверсаH101

5500

15

00


3500


3500


5500


3500


25

00

04

00

04

00

07

00

0

Монтажная схема опорыУМД110H2.30+10

Се

кци

я 1

, h =

12

мм

11

50

0

Се

кци

я 2

, h =

10

мм

11

00

0С

екц

ия

3, h

= 8

мм

11

50

0

Се

кци

я 4

, h =

6 м

м9

00

0

Ось

ВЛ

50

50

Арм. сетка типа 2c

25002000

20

00

Ось ВЛ

Ось траверсбиссектриса угла

(грунт с ненарушенной структурой)

Закрепление опоры УМД110H2.30+10

Лист 32Узел Г

Лист 32по Узлу Г

Лист 31Узел A

Лист 33Узел В

Лист 32Узел Б

<1:6

Пломба ж.б. бетон кл. В15

Трамбованный бетон кл. В15

Арм. сетка типа 2c

10

65

0

5×2

00

0 =

10

00

0

60

0

50

50

01

65

0

11

15

0

Трамбованный бетон кл. В15

∅1420

30

00

Обетонка бетон кл. В15

23

50

Обетонка бетон кл. В15

12

00

100

тр. 30×2L = 3500

тр. 1420×12L = 2000

тр. 630×8L = 2100

тр. 630×8L = 2100

2 тр. 630×8L = 6000

4 шт.t = 12

4 шт.t = 12

А

А

АА

a/2

a/2

Пломба ж.б. (4,0×4,0×0,6(h) м)бетон кл. В15

Приложения1. Монтажная схема опоры УМД 110-2.30+10.2. Схема закрепления опоры УМД 110-2.30+10.3. Расчет закрепления опоры УМД 110-2.30+10. Вынос ВЛ110 кВ Полтава-ТМЗ

(Шпартовка–Промузел) на участке оп. № 56/19 – № 59/22.

43


Расчет закрепления опор выполнен по двум предельным состояниям: по устойчивости и деформа-циям, в соответствии с разделом 11 «Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01–83)» Нормативный документ (1) gс2 – коэфф. усл. работы на горизонтальные нагруз-ки по Х (п.11.21, табл.140)

Коэффициент надежности по назначению, принимаемый равным для опор:• промежуточных прямых — 1,0;• анкерных прямых без разности тяжений — 1,2;• угловых (промежуточных и анкерных), анкерных (прямых и концевых) с разностью тяжений, пор-

талов открытых распределительных устройств — 1,3;• специальных — 1,7.

1. Нагрузки от внешних воздействий

Наименование Расчетные по 1 предел. сост. (Х)

Расчетные по 2 предел. сост. (Х)

gс2 — (т.140) 0,72

М — изгибающий момент, тс·м 342,89 239,41 476,23 332,52

N — продольная сила, тс 19,80 14,60 19,80 14,60

Q — поперечная сила, тс 12,00 8,30 16,70 11,50

Н — приведенная высота приложения гор. силы, м 28,52 28,91

2. Характеристики (геометрические, физ.-мех.)

Сверленый котлован D = 1,40 10,50

γс2

— коэфф. усл. работы закрепления (табл.141) 0,91142857

γn — коэфф. надежности (п.11.9) 1,3

f — коэфф. трения грун. по бетону (табл.142) 0,45

D(bL) — диаметр (ширина) стойки, м 1,4

d — глубина заделки, м 10,20

F — площадь, м2 1,5386

u — периметр, м 4,396

I — момент инерции, м4 0,1884785

bb1

— ширина верхнего ригеля, м 1,26

Lb1

— длина верхнего ригеля, м 6

zb1

— расстояние до верхнего ригеля, м 1,65

bb2

— ширина нижнего ригеля, м 0

Lb2

— длина нижнего ригеля, м 0

zb2

— расстояние до нижнего ригеля, м 0

tb*

— толщина ригеля 0

h* — высота банкетки 0

zb1*

— расстояние ригеля банкетки, м 0

Lb1*

— длина ригеля банкетки, м 0

Расчет закрепления опор 05-08/1220-330ВЛ-P.Исходные данные опор УМД110-2.30+10 (загрузка 2)


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 044


* При наличии почвенно-растительного слоя более 0,3 м (п. 11.18 «Пособие к СНиП 2.02.01–83), толщина фактическая, уменьшенная на 0,3 м с характеристиками по подстилающему слою, умножен-ным на коэффициент (коэффициент для песков плотных — 0,7; средней плотности — 0,85; рыхлых — 1,0; глинистый грунт IL ≤ 0,5 – 0,9 IL > 0,5 – 1,0).

Разрез по СКВ. γc2, по т. 141

Наименование грунта Характеристики грунтов

норм. расч. 1 пред. расч. 2 пред.

hср, м hi, м γc2 γ, кН/м3 с, кПа φ, гр. Е, МПа γ, кН/м3 с, кПа φ, гр. γ, кН/м3 с, кПа φ, гр.

3,00 Почвенно-растительный слой

2,70 0,00 (–0,3 м) почво раст. слой* 9,57 17,10 16 9,18 8,61 4,66 13 8,61 15,39 15

3,40 0,80 1,40 Ил суглинистый 8,15 0,00 0 0,00 8,15 0,00 0 8,15 0,00 0

4,60 1,60 1,40 СуглинистыйТугопласт

9,57 19,00 18 10,20 9,57 5,18 16 9,57 19,00 18

6,40 2,00 1,15 Песок пылеватый насыщенный 9,16 1,00 24 7,50 9,16 0,25 22 9,16 1,00 24




10,80

10,80

d, м 10,20 0,911

h, м 10,50

Осредненное значение(g = тс/м3, c = тс/м2, E = тс/м2)

0,94 0,82 21 985,30 0,91 0,22 18 0,91 0,78 20

Грунтовые условия в месте установки опоры по материалам опор УМД 110-2.30+10 (загрузка 2)инженерно-геологических изысканий: черт. 313-07-1.01.00-IГ скв. 1 (заключение, раздел 2, с. 7)

Расчет основания стойки по устойчивости на опрокидывание

Закрепление считается устойчивым, если обе-спечивается условие

(1)

Предельная горизонтальная нагрузка Qu в об-щем случае при наличии верхнего и нижнего ри-гелей определяется по формуле

(1)

,2

n

uc QQ

. 290 (1)

Q F fu p d[ { ( ( , ) , ] / ( ) }2 3 0 5 1 5 1 3 2 13 2

F z d F z db b d b b d1 1 1 2 2 21( / ) ( / )

fF( )] / ( ),1

0.9933192

0.03088

0.62

17.861263

1.7511042

0.03452

19.459569

1 0 03, ;cI

ffbddl

2,

cI IIc2 45

2tg ,

IId1

2 452

tg ,

,2

45tg21

Im

cI

I,

,arctg0p

ctg II

0.0641268

1.4672093

2.054093

187.11

21.336368

0

0.0864706

,

245tg3

5tg2

alc

kC d

balal

l1 ;

b b kl l al ,

,2

dbF lI

p

;3,011

1111b

bcblbb lmzbblF

F l b b m d z lb b l b c bb

2 2 2 22

10 3,

,

F l b m h zb b b c b ,

d

lb

bb f

d1

12;

0.0308824

2.7957614

0.1140297

0

0.0476185

-0.0475082

d

lb

bb f

d2

22;

;dH

;.11

p

b

FF

;22

p

b

FF

.p

F FfFf

B 3 0 56251 5 1

,,

45


Расчет закрепления по деформациям опор УМД 110-2.30+10 (загрузка 2)

Закрепления стоек в грунте должны удовлетво-рять требованиям расчета по деформациям

(1)

где β — угол поворота стойки под действием го-ризонтальных нагрузок;

βu — предельно допустимая величина угла пово-рота по указаниям п. 11.16.


-0.3738341

0.6356351

0.635635147.48697411.9556410.01735053.4313965

Qu, 17.212446

2*Qu/ n 12.067627 Q , 12.024

)/([3])233)(12({[(

111 db

d

dzfC

)].1(6/[)03125,0)]}1(3)1/( 212 Fdb fdz

B B C2 2

2

,

,2

n

uc QQ

u ,

8.28 / 2 985.30

d, 10.20

2.7957614

0.2013817

4.9

0.006

0,01 0,02 . (

IL<= 0,5)

0 75 6 32

, ( );

QEd

H

bd

l

fbd

l

;dH

QH

Условие выполняетсяДля предотвращения нарушения остаточной де-

формации грунта принята установка ж.б. пломбы.

7.56

0.2179931

4.8

0.006

2bA

0 75 6 5 6 11 22

, [( ) ( ) ];

QEd

H b b

213

dAb

bbf

Ad2 2

3

Ab1

bbf

Ad1

12

3

223

dAb

u,

7.56

0.217993

7

0

0

0

0.009234

. .

2bA

bbf

Ad2

22

3

223

dAb

u

10

ν, νb1, νb2

9

8

7

6

5

4

3

2

1

00,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

b1/d, 3Ab1/d2, 3Ab2/d2

0,8 0,9 1

Для ригельного закрепления без банкетки

Для безригельного закрепления

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 046


В требованиях НД озвучено:(Л4.) 7.9. «При реконструкции городов следует

предусматривать вынос за пределы селитебной территории существующих воздушных линий электропередачи напряжением 35–110 кВ и выше или замену воздушных линий кабельными, а в крупнейших городах в случаях целесообразности застройки освобождаемой территории жилыми или общественными зданиями — также замену су-ществующих открытых понизительных подстан-ций глубокого ввода закрытыми».

(Л5.) 2.5.210. «Прохождение ВЛ по населенной местности следует выполнять в соответствии с требованиями строительных норм и правил. Пла-нировка и застройка городских и сельских посе-лений (ВЛ 110 кВ и выше следует размещать за пределами селитебной территории)».

Обойтись без прохождения ВЛ 35–500 кВ по селитебной территории в ближайшее время не удастся.

Сломать сложившуюся систему электроснаб-жения населенных пунктов не возможно, да и не стоит такая задача.

В то же время в процессе эксплуатации ВЛ есть ряд причин, по которым необходима их рекон-струкция:

1.0. Изменение условий эксплуатации с про-хождением по населенным пунктам:

• увеличение пропускной способности линии электропередачи приводит к необходимости ре-конструкции существующей ВЛ для работы на более высоком классе напряжения с сохранением трассы, всех металлических анкерно-угловых и промежуточных опор, проводов;

• необходимость увеличения электрической на-грузки системы электропередачи (при условии, что это увеличение признано целесообразным)

без ущерба для прочности провода и повышения его температуры до + 90 °С (для сравнения — по зарубежным данным называется цифра + 150 °С);

• изменение типов местности — «ненаселенная» становится «населенной», появляются строения или зеленые насаждения;

• выявление во время детальных обследований и паспортизации действующих линий электропе-редачи непроектных пролетов между опорами с отступлениями от требований нормируемых габа-ритов: отклонением фактических стрел провеса от проектных, допущенных при монтаже проводов, при сдаточных геодезических замерах в части фик-сации температур воздуха с последующей цепоч-кой ошибок и отступлений от требуемых норм;

• естественная вытяжка проводов, зависящая от многих причин, которые должны учитываться на стадии проектирования ВЛ, однако часть из них может быть исправлена только при эксплуатации.

2.0. Появление условий, которые приводят к изменениям на трассах ВЛ 35–330 кВ:

• строительство новых и реконструкция суще-ствующих автодорог (при реконструкции может быть изменена категория автодороги, следователь-но, и габариты приближений на пересечении);

• строительство на пересечениях трамвайных и троллейбусных путей и линий;

• электрификация железных дорог или пуск на электрифицированных дорогах скоростных поездов.

По перечисленным и другим условиям требу-ется реконструкция ВЛ 35–500 кВ независимо от того, разрешают это градостроительные нормы или нет.

Сколько бы (ссылаясь на вышеприведенное либо нет) не принималось новых законов, решать вопросы реконструкции существующих ВЛ при-дется.

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ РЕКОНСТРУКЦИЙ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ В СТЕСНЕННЫХ УСЛОВИЯХ. ПРИМЕНЕНИЕ ОПОР НА МГС

А.В. Рощин, вице-президент ОАО «ПРОМиК»

В.И. Костиков, главный инженер проектов ОАО «ПРОМиК»

УДК 69.059.7 (62-112.5)

47


Чтобы успокоить «горячие» головы можно ска-зать следующее.

1. Ранее вопросы реконструкции ВЛ решались одним из нижеприведенных способов либо их комплексом:

1.1. Постановкой дополнительных опор в про-летах, в которых не обеспечиваются допустимые вертикальные расстояния от проводов до земли либо до пересекаемых объектов;

1.2. Реконструкцией существующих опор с уста-новкой их на новых пикетах существующей трасы ВЛ;

1.3. Уменьшением стрелы провеса провода установкой изолирующих распорок массой, со-ставляющей 20–30% от массы провода в пролете. При этом утяжеленные распорки должны быть расположены не ближе 1/30 и не далее 1/6 длины пролета от опоры. Специальные утяжеленные рас-порки могут быть выполнены из различных типов стеклопластиковых, фарфоровых или стеклянных изоляторов, а также их комбинаций;

1.4. Установкой существующих опор на новых подставках;

1.5. Если позволяют условия, рассматриваются также варианты сооружения временных обходных участков линий на облегченных опорах. Такие мероприятия позволяют до минимума сократить сроки отключений основной линии, но в большин-стве случаев эти мероприятия оставались на бума-ге как слишком сложные и дорогостоящие.

Однако приведенные выше методы реконструк-ции ВЛ в населенной местности не являются про-стыми и эффективными по стоимости. Увязка отключений на пересечениях ВЛ между собой либо на пересечениях с железной дорогой в новых условиях — особая тема. Лица, заинтересованные в подобной корректировке, должны в совершен-стве владеть искусством проведения переговоров с различными собственниками. До недавних пор только при техническом перевооружении суще-ствующих ВЛ (с повышением напряжения) воз-можно было получить положительный экономи-ческий эффект, сохраняя существующие трассы и часть конструктивных элементов ВЛ. В современ-ных условиях при увеличении количества землев-ладельцев по трассе ВЛ получение такого эффекта становится проблематичным. Пересогласование мест установки опор по трассе не всегда возмож-но. Проведение строительно-монтажных работ без ущерба для строительных организаций при ста-рых технологиях возможно только на аварийно-восстановительных работах.

В зарубежной практике энергетического строи-тельства наиболее приемлемым для работ по ре-конструкции на существующих трассах ВЛ при-знан способ, предусматривающий увеличение высоты существующих опор.

Фирмой ABB Leitungsbau GmbH (Германия) разработан метод подъема опор с проводами с ис-пользованием следующей оснастки:

• подъемное оборудование состоит из четырех башен, длина которых регулируется (по принципу телескопа);

• каждая из поддерживающих башен опирается на свой фундамент;

• поддерживающие башни с помощью лебедок и ствола существующей опоры устанавливаются в вертикальном положении и крепятся растяжками к якорям;

• верхняя, отделяемая часть существующей опо-ры, раскрепляется полиспастами в двух уровнях;

Рис. 1

А . В . Р о щ и н , В . И . К о с т и к о в

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 048


• у отметки разделения существующей опоры крепятся подвижная (верхняя) и неподвижная (нижняя) грузовые рамы;

• верхняя рама с закрепленной на ней верхней частью существующей опоры передвигается вверх по направляющим рельсам, закрепленным на под-держивающих башнях;

• подъем системы рама — опора — провода произ-водится четырьмя гидравлическими домкратами;

• верхняя часть опоры гарантированно удержи-вается системой изменяемых длину растяжек и полиспастов в вертикальном положении.

Требуется приблизительно 30 мин., чтобы поднять верхнюю часть существующей опоры и закрепить верхнюю раму на проектируемой отметке. Во время подъема запрещено находиться в опасной зоне.

Система оснащена датчиками в ключевых точ-ках в углах поднимающей структуры и управляет-ся из центральной станции вне опасной зоны. Как только верхняя часть системы поднята на требуе-мую высоту и закреплена, бригада монтажников может вставить новую промежуточную секцию

или удалить нижнюю часть существующей опоры и заменить новой конструкцией.

По сообщению АВВ, метод использовался при-близительно в 25 случаях корректировки габари-тов опор 110 кВ (рис. 1).

Рассмотренные методы имеют как преимуще-ства, так и недостатки. Оборудование, применяе-мое ABB Leitungsbau GmbH, по мнению авторов, сложно в эксплуатации, требует большого объема подготовительных и демонтажных работ на пике-те, должно обслуживаться специально подготов-ленным, квалифицированным персоналом. В обо-зримом будущем для такого оборудования должен быть обеспечен определенный фронт работ.

На Украине был предложен метод использова-ния трубчатых телескопических стоек — «песоч-ниц». Данный метод по проекту Киевского инсти-тута УкрНИИПроектстальконструкция позволил решить задачу подъема конструкций покрытия 32-метрового пролета отделения вакуумирован-ной стали Новолипецкого металлургического комбината. Одновременный подъем покрытия

Домкрат Домкрат

Последовательность работ по подъему опор типа

ПБ 110-8 ЦП 26

1. Определиться с выносом осей и отметок планово-высотного обо-снования работ2. Установить упорные бандажи на стойку3. Установить пасынки4. Снять крепление ригелей опоры5. Установить пропускное кольцо и выполнить работы по устройству железобетонной пломбы6. Установить «песочницы» и домкраты7. Закрепить элементы страховки стойки8. С помощью домкратов вывести стойку опоры на требуемую от-метку9. Установить опорные балки10. Заполнить объем старой бурки и пазухи по пропускному кольцу11. Снять домкраты и песочницы12. Технологические перерывы, мероприятия техники безопас-ности оговариваются конкретным проектом и ППР корректировки габаритов ПБ 110-8

1. Определиться с выносом осей и отметок планово-высотного обо-снования работ2. Если требуется, выполнить усиление поднимаемой части опоры и фундаментов. Выполнить устройство оснований и опорных частей песочниц3. Установить опорную диафрагму и элементы усиления частей опо-ры с последующим креплением упорных узлов4. Установить песочницы на упорные узлы опоры и диафрагмы5. Закрепить элементы страховки6. Установить домкрат и вывести поднимаемую часть опоры на требуемую отметку7. Присоединить новую секцию8. Проверить все узлы крепления9. Демонтировать элементы упорных узлов, диафрагм, песочницы, снять домкрат, элементы страховки10. Мероприятия по усилению техники безопасности оговаривают-ся конкретным проектом и ППР корректировки габаритов ЦП 26

Рис. 2. Принцип работы комплекта «песочниц»

49


произвели в осях 1–7 (на 72-метровом участке цеха на 4-х колоннах с каждой стороны пролета одновременно работало 8 домкратов грузоподъ-емностью 100 тс каждый). Конструкции покрытия площадью 2300 м2 без перекосов были подняты на высоту 800 мм.

В тресте Центростальконструкция разработано принципиально новое монтажное приспособле-ние для посадки башен на фундаменты при монта-же способом поворота. Приспособление включает также песочные домкраты.

Песочницы позволяют производить подъем и опускание конструкций без использования подкла-док при спуске домкратов и смягчать последствия их неравномерной совместной работы (рис. 2).

Предполагается, что каждая песочница должна комплектоваться силовой стойкой, двумя поддер-живающими стойками и гидравлическим домкра-том. Верх трех стоек крепится в районе узла кон-струкции, предназначенной для подъема.

На основании устанавливаются поддерживаю-щие стойки и гидравлический домкрат, на кото-рый крепится силовая стойка. При ходе поршня домкрата вверх поднимается силовая стойка и увеличивается длина поддерживающих стоек; пе-сок из внутреннего цилиндра через отверстия в

поршне пересыпается в наружный цилиндр каж-дой поддерживающей стойки.

При ходе поршня домкрата вниз опускается силовая стойка, увеличивая ее длину; песок из внутреннего цилиндра силовой стойки через от-верстия в поршне пересыпается в наружный ци-линдр; длина поддерживающих стоек остается неизменной до следующего цикла работы гидрав-лического домкрата; поддерживающие стойки гарантированно воспринимают нагрузки от под-нимаемой системы, возможную ветровую, препят-ствуют перекосам во время подъема.

В таблице приведен примерный перечень работ по корректировке габаритов одностоечных опор.

На рис. 3 и 4 представлены системы увеличения высоты подвески провода на промежуточных опорах:

• металлической, типа ЦП 26;• железобетонной центрифугированной стойке.• Предполагаемая технология корректировки га-

баритов приемлема практически для всех случаев и задач электросетевой эксплуатации.

• Проработаны схемы корректировки высот опор, пригодные практически для всех ВЛ 35–330 кВ с опорами унификации 1962 года и по настоящее время, не исчерпавших свой ресурс по несущей способности.

Упорныйбандаж

Опорные балки

Пасынки показаны условно

Заполнение объема старой бурки

Ж.Б. пломба

Рис. 3. Подъем опоры типа ПБ 110-8 Рис. 4. Подъем опоры типа ЦП 26


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 050


• Устройство сравнительно не сложно в изго-товлении, транспортировке, монтаже, работе, де-монтаже. Возможно выполнение работ на любых пикетах.

• Выполнение работ согласуется с правила-ми охраны труда и техники безопасности при строительно-монтажных работах на эксплуати-руемых энергоустановках.

Предложение не привело к результату — внедре-нию на ВЛ.

Авторы заранее благодарны за все замечания, дополнения и предложения по данному вопросу.

Да, это не «панацея»… но попробуем посмотреть, что делать заказчикам и подрядчикам на трассах реконструируемых ВЛ в условиях действия за-конов «о земле», «о землевладельцах» и полной незащищенности владельцев ВЛ на не «своих» трассах и привлекаемых для выполнения работ по реконструкции этих же ВЛ подрядчиков.

Считаем: Выполнены требования гл. 3 (л.2.) «Порядок разработки, согласования и утвержде-ния проектной документации».

В данной главе СНиП собраны основные требо-вания организации проектирования. Что касается организационных вопросов проведения согла-сований и утверждений проектов, то по мнению авторов, нечеткость требований позволила соз-дать очень много согласовывающих организаций, функционирование которых чаще всего — непрео-долимый барьер на пути от проекта до ввода объ-екта в эксплуатацию.

Проект выполнен, согласован и утвержден. Ре-шены «стратегические задачи». Далее начинаются работы тактического обеспечения:

1. Подготовительные работы, выполняемые без отключения ВЛ:

• подать заявки на отключение реконструируе-мой ВЛ и пересекаемых ВЛ;

• подать заявку на остановку движения по основ-ным и подъездным дорогам на период демонтажа (монтажа) проводов и троса на переходе;

• укомплектовать бригады квалифицированными рабочими для производства работ, произвести изуче-ние проектной документации и проинструктировать рабочих по безопасным методам ведения работ;

• укомплектовать бригады необходимыми меха-низмами, оборудованием, приспособлениями, та-келажем, инструментом и защитными средствами по охране труда;

• выполнить другие организационно-техничес-кие мероприятия, которые потребуются в ходе подготовки к основным работам.

2. Подготовительные работы:• выполнить ограждение опасной зоны произ-

водства монтажных работ сигнальным огражде-нием, вывесить предупредительные плакаты и надписи;

• подготовить опору к демонтажу (убрать вокруг опоры растительность, освободить фундаменты от насыпанного на них грунта, очистить анкерные болты от ржавчины, смазать их и поочередно про-крутить все болты до полного скручивания с них гаек);

• вокруг опоры выполнить планировку и подго-товить площадки для установки монтажного кра-на, телескопических вышек, других механизмов, также для сборки конструкций новой опоры и вы-кладки демонтированных стоек опоры;

• провести обследование реконструируемой ВЛ и выполнить на ней ремонтные работы, которые обеспечивают безопасное ведение работ на ВЛ при ее реконструкции;

• привезти на место сборки конструкции новой опоры и выполнить необходимую подготовку для ее монтажа;

• подготовить якоря для закрепления на них де-монтируемого провода и троса;

• установить защиты над пересекаемыми объек-тами (ВЛ, ж.д. с контактными проводами, линией связи, автодорогами, ж.д.) на переходе и на смеж-ном пролете;

• подготовить котлованы для установки фунда-ментов, завезти и установить фундаменты.

3. Выполнить основные работы по реконструк-ции:

• отключить реконструируемую ВЛ;• получить наряд-допуск на производство работ

на отключенной реконструируемой ВЛ;• разрезать шлейфы на смежных опорах для сни-

жения наводящего напряжения на реконструируе-мой ВЛ от параллельно проходящих действующих ВЛ 110 кВ, установить на них заземления;

• с помощью мобильного стрелового крана уста-новить собранную опору и закрепить в проектном положении;

• установить с телескопических вышек, в соот-ветствии с проектом, натяжные зажимы для кре-пления натяжных гирлянд изоляторов;

• отключить пересекаемые на переходе ВЛ кон-тактные провода и остановить движение транс-порта на переходе (по заранее поданной заявке);

• установить дежурные посты на дороге с обеих сторон движения поездов с участием ответствен-ных наблюдающих от железной дороги;

51


• последовательно, по фазам, демонтировать провод на существующей опоре, выполнить пере-закрепление натяжных гирлянд изоляторов (для сокращения продолжительности остановки дви-жения поездов работы по демонтажу проводов и троса вести параллельно сразу на фазах двумя-тремя звеньями) и смонтировать новый провод;

• выполнить демонтаж грозозащитного троса со старой опоры и монтаж его на новой опоре;

• сдать смонтированный переход ВЛ через до-рогу ответственным представителям дороги и экс-плуатирующей организации ВЛ 110 кВ для возоб-новления движения по дороге на переходе;

• демонтировать защиты на переходе;• выполнить соединение шлейфов на опорах,

где они были разрезаны;• снять заземление, сдать реконструированную

ВЛ эксплуатирующей организации для постанов-ки ее под напряжение.

Учитывая, что по трассе ВЛ насчитывается ино-гда очень много пересечений (пересечений через железные дороги, пересечений через электрифи-цированные железные дороги), реализация проек-та потребует от заказчика и подрядчика больших усилий, затрат, а главное, согласованных действий в части получения разрешительных документов на производство работ.

Так как много разных органов, много разных требований…

1. Требуется единое издание, в котором по типу «Бюллетеня строительной техники» будет публи-коваться распорядительная, нормативная и т. п. документация. Нормативные документы и требо-вания, изложенные в бюллетене, будут являться окончательными и не подлежащими корректировке для всех субъектов хозяйственной деятельности.

2. Необходима законодательная база, позволяю-щая на всех стадиях рабочих процессов выполнять работы в охранных зонах, действующих ВЛ с упро-щенной схемой согласований. Например, должно быть достаточно уведомления заинтересованных лиц и организаций, а также возмещения затрат от деятельности по восстановлению работоспособно-сти ВЛ.

3. Должен быть установлен и юридически оформлен порядок утверждения проектов ВЛ, обязывающий владельцев земли и объектов всех форм собственности к безусловному исполнению утвержденного проекта.

1. Авторы определили:1.1. В энергетическом проектировании отсут-

ствуют опыт применения различных норм про-

ектирования, принятых в других странах, — ANSI, ASTM, DIN и др.

1.2. В условиях действия ПУЭ-7 применение каких-либо унифицированных опор, разработан-ных для диапазона проводов и климатических условий СССР, не приемлемо в большинстве слу-чаев конкретной установки на трассах ВЛ.

1.3. Невозможность использования програм-много обеспечения, разработанного в рамках САПР ВЛ институтами Энергосетьпроект и Тяж-промэлектропроект в 1970-х – 1990-х гг. Програм-мы выполнены по нормам, не признанным за ру-бежом.

1.4. Ни в России, ни на мировом рынке опоры ЛЭП унификации СССР востребованы быть не могут по следующим причинам:

1.4.1. В опорах применены стали с низкими прочностными показателями;

1.4.2. В схемах опор элементы работают на «пол-ной» своей длине, вспомогательные элементы, снижающие расчетные длины основных элемен-тов, отсутствуют;

1.4.3. Применение 7–10 типоразмеров углового проката на одной опоре ведет к увеличению ее ве-совых показателей;

1.4.4. Ограничение количества болтов в узлах и стыках, а следовательно, увеличение их диаметров ведет к увеличению сечений элементов;

1.4.5. Траверсы с параллельными поясами на опорах башенного типа за рубежом отсутствуют;

1.4.6. Крепление опор на фундаментах с помо-щью анкерных болтов практически не применяет-ся;

1.4.7. Применение метода поворота при уста-новке опор в проектное положение приводит в ко-нечном итоге к их утяжелению, а методы монтажа рядовых опор с использованием падающих стрел даже у нас используются не часто;

1.4.8. Опоры на железобетонных стойках — яв-ление крайне редкое, даже на низковольтных ВЛ.

1.5. Ни нормы СССР, ни вновь разрабатываемые нормативные документы не признаны в качестве международных стандартов. До тех пор пока рас-четные программы не сертифицированы между-народно признанными фирмами, результатами расчетов по ним можно пользоваться только вну-три страны. При этом не имеют значения уровень разработки и опыт специалистов — разработчиков программ. С утверждением в Росси и ПУЭ-7 даже действующая программа SAPR-VL для проектов в России требует корректировки.

1.6. Специфичность условий строительства ВЛ в мире такова, что создание опоры ВЛ, удовлет-


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 052


воряющей одновременно заказчиков из Европы, Африки и Южной Америки, скорее всего, задача нереальная. Да такая задача в настоящий момент и не решается.

Выполнение ряда проектов в России и на Укра-ине стало возможным лишь при следующей тех-нологии:

1. Отказ от «бездумного» применения действую-щих проектов унифицированных опор и разработ-ки новых унификаций (испытания, сертификация действительны только для конкретной ВЛ; при изменении условий трасс может измениться все).

2. Для каждой вновь проектируемой ВЛ разра-батываем либо выбираем из числа унифицирован-ных группу опор, рассчитываемую на конкретные условия.

Задание на разработку серии или группы опор должно отражать:

• нормы на проектирование технологической части ВЛ;

• нормы на проектирование строительной части ВЛ;

• марку и количество проводов и тросов;• реальные климатические условия;• степень загрязнения по трассе ВЛ;• тип изоляции для разных опор;• район по пляске;• характер рельефности прохождения трассы ВЛ;• наличие особенностей пересечений трассой

ВЛ других инженерных сооружений;• расположение проводов на опорах;• высоту до нижнего провода для основной про-

межуточной опоры;• региональные коэффициенты на ветер и го-

лолед (эти коэффициенты указываются при вы-полнении проектов в России по ПУЭ-7, 2003). В конечном счете от них зависят вес опор, который может колебаться от –20 до +40% по сравнению с ПУЭ-6 (1986) при одинаковом ветре и толщине стенки гололеда независимо от районирования;

• марки сталей и тип стоек;• количество типоразмеров опор с учетом по-

нижающих и повышающих подставок, а также на-личия двух- или однотросовых участков ВЛ. Для анкерно-угловых опор после камеральной прора-ботки трассы должен указываться диапазон углов поворота трассы (например: от 0 до 30, от 30 до 60 и от 60 до 90 или от 0 до 15, от 15 до 45, от 45 до 60). В типоразмерах опор при необходимости должны учитываться концевые, транспозиционные и дру-гие специальные опоры;

• дополнительные требования к технологиче-ским нагрузкам на опоры, связанные с возможно-

стью временного включения проектируемой ВЛ.3. КМ на серию или группу опор разрабатыва-

ется до расстановки опор по профилю и утверж-дается заказчиком. В состав КМ помимо нагрузок на опоры, силового расчета и чертежей опор вклю-чаются чертежи и расчеты по технологической ча-сти, а именно:

• чертежи и (или) расчеты габаритов всех опор;• комплектация гирлянд, используемых на раз-

рабатываемых опорах;• механический расчет проводов и тросов для

габаритных пролетов;• расчет ветровой нагрузки на гирлянды изоля-

торов;• расчет минимально допустимого ветрового

пролета на промежуточные опоры;• проверочные расчеты расстояний между про-

водами и между проводами и тросами, включая расчет максимального напряжения в тросах по условиям грозозащиты;

• при больших токах КЗ на подходах к ПС про-верочный расчет проводов на схлестывание при работе АПВ и проверка троса на термическую устойчивость;

• проверочный расчет по допустимому уровню радиопомех и короне на проводах фазы ВЛ;

• для ВЛ 330 кВ и выше проверочный расчет на-пряженности электрического поля под проводами ВЛ, для двухцепных опор расчеты должны рас-пространяться и на опоры.

4. После расстановки опор по профилю выпол-няется проверка каждой опоры по прочности и в случае необходимости (появление специфи-ческого характера технологических нагрузок) корректируется КМ в части уточнения сечения применяемых элементов. И только после этого заказ можно передавать разработчикам КМД — заводам-изготовителям.

Внедрение данной технологии проектирования позволило разработать для ВЛ 110–220–330 кВ принципиально новые типы опор.

Точнее сказать, опоры на стойках МГС вовсе не новые, и не забытое старое. Данный тип опор в на-стоящее время наиболее полно решает все выше-стоящие вопросы на ВЛ 35–500 кВ:

1. Простота проектирования конструкций, прак-тически полное совпадение расчетных и факти-ческих параметров опор (2–3%), быстрая перена-ладка производства с одного типа опор на другой и высокая производительность позволяют опера-тивно проектировать, выпускать и устанавливать опоры, в максимальной степени отвечающие усло-виям конкретной ЛЭП (по габаритам, несущей

53


способности, методам закрепления в грунте и т. п.). Все это позволяет уже на стадии проектирования линий электропередачи рассматривать большое количество вариантов строительства и выбирать из них наиболее предпочтительный.

2. Хорошие эксплуатационные характеристики: высокая надежность, отсутствие катастрофиче-ских разрушений при обрыве провода, стабиль-ность характеристик опор на протяжении всего срока эксплуатации, низкие текущие затраты по эксплуатации линий электропередачи.

3. Возможность создания, по типу узкобазых опор решетчатых, опор с высокой несущей спо-собностью.

4. Простота и высокая скорость монтажа много-гранных опор. Как правило, монтаж одной опоры занимает 0,5–2 ч. В литературе приводится при-мер, когда бригада из трех человек установила за одну рабочую смену 16 многогранных опор (3,2 км) на строительстве ВЛ 115 кВ.

5. Уменьшенный землеотвод, экологическая безо-пасность, простота утилизации, эстетика и ряд дру-гих положительных качеств многогранных опор.

6. Снижение стоимости строительства — эконо-мия затрат на строительство: 20–30% для распре-делительных сетей и от +10% сетей свыше 300 кВ.

Нами созданы 74 типа опор 110–220–330 кВ.Даже при такой малой номенклатуре опор уда-

лось развязать ряд сложных узлов сетей Москвы и области. При этом не нужно рассматривать МГС как некую универсальную технологию, призван-ную вытеснить с рынка все другие виды опор и стоек. Просто это технология, открывающая новые широкие возможности для различного вида кон-струкций, имеющая свои недостатки, достоинства, а в ряде случаев просто незаменимая. Разумный и взвешенный подход к определению сферы при-менения МГС позволяет во многом существенно удешевить строительство ВЛ и их дальнейшую эксплуатацию, а в ряде случаев получить изящное техническое решение задач, которые прежде не имели решения.

В «Технической политике» ФСК ЕЭС, докумен-те, который определяет политику технического развития магистральных сетей РФ на ближай-шие годы, записано, что применение опор на МГС (ММО) обязательно для классов напряжением до 220 кВ включительно, в более высоких классах — по обоснованиям. Таким образом, по мере увели-чения номенклатуры многогранных опор и нара-щивания мощностей по их производству, сфера их применения будет расширяться.

Литература1. Градостроительный кодекс Российской Феде-рации.2. СНиП РФ «Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений.3. СНиП РФ «Организация строительства» (СНиП 12.01–2004).4. СНиП 2.07.01–89* «Градостроительство. Пла-нировка и застройка городских и сельских посе-лений».5. Правила устройства электроустановок. Раздел 2. Передача электроэнергии. — 7-е изд. М.: Изд-во НЦ-ЭНАС, 2003.

6. СО153-34.20.186–2003 «Рекомендации по технологическому проектированию воздушных линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше».7. Электрические сети и системы. Украина. — 2003 — № 3; 2005 — № 2.8. Werner Krischke. Raising 110 kV power line towers Without downtime // ABB Review. — 1995. — № 4. — P. 60–68.9. Серия 1.420.2-28. Реконструкция стальных кар-касов производственных зданий. Вып. 1, Локальная реконструкция. ГПИ Ленстальконструкция, 1991.10. Электрические сети и системы. Украина. № 5–6, 2004.


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 054

новые технологии

ВведениеПроектирование воздушной линии электропере-

дачи представляет собой достаточно трудоемкий процесс с большим количеством расчетов. Авто-матизация этого процесса, как правило, приводит к очень существенному сокращению трудозатрат, заметному уменьшению сроков проектирования и повышению качества полученных решений. В настоящее время на рынке программного обе-спечения имеется достаточно большое количество программ, которые предназначены для приме-нения при решении задач такого класса. К таким программам относятся Model Studio CS ЛЭП, ЛЭП2009 и многие другие.

Чаще всего программы для проектирования ВЛ представляет собой компьютерную реализацию стандартных проектных процедур, ориентирован-ных на ручные методы расчета. Однако примене-ние специализированных компьютерных подходов позволяет получать действительно оптимальные решения при меньших усилиях. При этом непо-нятный на первый взгляд, с точки зрения интуи-ции, интерфейс после небольшого обучения по-зволяет решать задачу гибко, четко и быстро, а, при необходимости — выполнять возвраты и вно-сить изменения с минимальными трудозатратами. Одним из программных продуктов, реализующих такой подход к проектированию ВЛ, является про-граммный комплекс EnergyCS Line. Особенности EnergyCS Line в вычислительном плане состоят в следующем:

• рассматривается единая модель линии с под-веской системы фазных проводов, грозозащитных

тросов и, возможно, самонесущих волоконно-оптических кабелей (ВОК);

• при расчетах в описании кривой провисания проводов, тросов и кабелей применяется уравне-ние цепной линии;

• уравнение состояния провода трансцендент-ное, решается численным методом;

• при расчете анкерных участков применяется два подхода: в первом, используемом для предва-рительного расчета, при расстановке опор исполь-зуется понятие «приведенный пролет»; во втором для уточненного расчета стрел провисания прово-да производится решение систем уравнений со-стояния провода для каждого пролета, при этом учитываются отклонения гирлянд изоляторов и упругие деформации опор.

Данный программный комплекс имеет откры-тую информационную модель. Основной интер-фейс программного комплекса табличный, то есть модель линии электропередачи представляется совокупностью взаимосвязанных таблиц, благо-даря которым пользователь может получить до-ступ ко всем данным сразу по своему усмотрению. Такой подход, в отличие от графического, позво-ляет наиболее существенно снизить трудозатраты при полном контроле расчетчика за результатами. Важным преимуществом такого подхода являет-ся его слабая зависимость от графической плат-формы. Таким образом, AutoCAD используется только для формирования выходных документов, и при необходимости AutoCAD можно поменять на другую графическую систему без какого-либо снижения функциональности.

ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ENERGY CS LINE ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ И ВОЛС С ПОДВЕСКОЙ НА ОПОРАХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ

Н.Б. Ильичев, к.техн.н., доцент кафедры ЭСП и ДЭ Ивановского государственного

энергетического университета, главный специалист CSoft-Иваново

УДК 621.315.1

55


Структура информационной моделиВ одном проекте могут содержаться описания

множества линий и множества трасс. При этом для каждой линии и для каждой отпайки предусматри-вается ввод отдельной трассы. Для каждой линии или отпайки возможен свой способ нумерации опор. Список трасс описывается таблицей трасс, которая имеет вид, представленный на рис. 2.

Программный комплекс позволяет получить комплект табличных документов и чертежей, но при этом не привязан жестко к AutoCAD, а может использовать и другие чертежные системы.

Перечисленные особенности позволяют решать практически весь комплекс расчетных задач про-ектирования ВЛ при расстановке опор как по от-носительно ровной поверхности, так и при рас-четах пролетов больших переходов и в сложных условиях рельефа, в том числе и с учетом аварий-ных режимов, связанных с обрывом фаз в произ-вольном пролете участка.

Основной подход к проектированию — таблич-ный. Результаты можно визуализировать сред-ствами программного комплекса (рис. 3) или фор-мированием итоговых графических документов с применением внешней графической системы, на-пример, AutoCAD (рис. 4).

Синтез модели линииРешение комплексной задачи состоит из следу-

ющих этапов.1. Анализ профиля трассы и других исходных

данных на проектирование ВЛ. Ввод описания профиля осуществляется «закачкой» табличных данных из таких программ, как AutoCAD Civil, Credo, GeoniCS или др. Кривая поверхности мо-жет быть прочитана непосредственно из чертежей AutoCAD или BricsCAD.

2. Обработка данных профиля, добавление ин-

Рис. 1. Структура модели линии

Рис. 2. Таблица со списком трасс

ЛинииHтрассы

Профиль трассы

Анкерные опоры

Промежуточные опоры

Анкерные участки

Пересечения

Муфты соединительные и условные

Монтажная ведомость ВОК

Строительные длины ВОК

Рис. 3. Пример изображения схемы расстановки опор в программе

формации о пересечениях, расстановка анкерных опор по линии трассы. Для расстановки анкерных опор может использоваться план, подготовлен-ный в AutoCAD или BricsCAD, возможно, что с растровой сканированной картой-подложкой. Для анкерных опор, обозначенных блоками специаль-ного типа, могут автоматически определяться ко-ординаты.

3. Автоматическое формирование таблицы ан-керных опор и таблицы анкерных участков. Руч-ная обработка таблицы анкерных участков, ко-торая включает задание особенностей подвески проводов на отдельных участках, задание особых габаритов, ограничений опор по нагрузочной спо-собности и др.

Н . Б . И л ь и ч е в

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 056


4. Предварительная автоматическая расстанов-ка опор вдоль линии трассы с учетом горизонталь-ных ограничений, накладываемых пересечениями. При этом выполняется оптимизация расстановки за счет последних неполных пролетов анкерных участков. Оптимизация выполняется с целью обе-спечения наибольшей равномерности расстанов-ки опор или с целью обеспечения одинаковых га-баритов на всех пролетах участка.

5. Анализ результатов расстановки опор по трас-се, проверка габаритов пересечений. В тех слу-чаях, когда габарит в результате автоматической расстановки не обеспечен, проектировщиком при-нимается решение об установке повышенных или пониженных опор и, в связи с чем возможна новая расстановка промежуточных опор на отдельных участках.

6. Проверка расстояний между грозозащит-ным тросом и верхними фазами. В случае невоз-можности обеспечения необходимых расстояний трос-провод возможно применение следующих решений: ослабление максимального допустимого натяжения провода, уменьшение длин пролетов, применение опор с повышенными тросостойками, применение тросов, допускающих большее натя-жение, если это допустимо опорами.

7. Нумерация опор по заданному правилу для каждого топологического участка линии (для ли-нии и всех отпаек).

Анализ модели линииДля опор, расставленных по трассе, можно по-

лучить решение следующих задач:• оценка габаритов линии над землей и над пе-

ресечениями;• оценка расстояния между проводом и грозоза-

щитным тросом;• определение нагрузки на элементы опор во

всех расчетных режимах;• определение нагрузки на фундаменты;• оценка устойчивости подвесных гирлянд изо-

ляторов для опор, расположенных в ложбинах в режиме низшей температуры;

• оценка возможности подвески оптического ка-беля на спроектированную линию;

• выполнение расчета тяжений и стрел провиса-ния проводов с учетом отклонений гирлянд изоля-торов от вертикали, без допущения о равенстве тя-жений во всех пролетах участка для всех режимов;

• расчет стрел провисания в режиме обрыва прово-да с учетом отклонения промежуточных опор под дей-ствием несбалансированного тяжения при обрыве.

Рис. 4. Пример чертежа с опорами, расставленными по профилю трассы

57


Документирование результатовПрограмма позволяет получить следующие ито-

говые документы.1. Таблица монтажных стрел и тяжений для всех

анкерных участков, для всех или отдельных про-летов.

2. Таблица тяжений и напряжений в проводе и в тросе для всего множества расчетных режимов провода.

3. Таблица проверок проводов по условиям схле-стывания от ветра.

4. Ведомость опор.5. Ведомость проводов и тросов.6. Ведомость гасителей вибрации.7. Ведомость арматуры и гирлянд изоляторов.8. Таблица расчета нагрузок на опору и нагрузок

на фундаменты.9. Табличную ведомость пересечений с оформ-

лением результатов проверки габаритов.10. Чертеж-план трассы с нанесением расстав-

ленных опор и маркировок на топографическую подоснову.

11. Чертеж-профиль трассы с нанесением опор и графическим оформлением пересечений на исхо-дный профиль трассы или формирование нового документа с описанием профиля трассы, возмож-но, с небольшой ручной доработкой.

12. Ведомость вырубки просек и ведомость от-чуждаемых земель должны войти в пакет формиру-емых документов в ближайшее время (см. рис. 4).

Все табличные документы формируются с ис-пользованием заранее заготовленных шаблонов MS Word с автоматическим заполнением штампов. Средство автоматического заполнения штампов может адаптироваться под использование в систе-ме технического документооборота и электронно-го архива. Шаблоны могут быть исправлены под требования конкретного заказчика. Предусмотрен пакетный режим формирования итоговых доку-ментов, позволяющий получить комплект доку-ментов по нажатию кнопки (см. рис. 5, 6).

Графические документы формируются с ис-пользованием AutoCAD, BricsCAD или другой чертежной системы, поддерживающей объектную модель AutoCAD.

Проектирование ВОЛСПрименение программы эффективно при про-

ектировании ВОЛС с подвеской кабеля на опорах ВЛ. В программе рассматривается проектирова-ние ВОЛС, встроенного в грозозащитный трос (ОКГТ) и ВОЛС с использованием самонесущих оптических кабелей (ОКСН).

Подвеска ВОЛС предполагает следующие до-полнительные расчеты:

1. Расчет натяжения ВОЛС для обеспечения за-данных габаритов и исключения схлестывания с фазными проводами.

2. Расстановка соединительных муфт, подвеши-ваемых на опорах ВЛ.

Рис. 5


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 058


3. Определение строительных длин кабеля с це-лью формирования заказа на их поставку.

4. Подсчет необходимого количества специаль-ной арматуры для подвески ВОК.

5. Оценка нагрузочной способности опор с уче-том подвески ВОК.

6. Проверка пересечений с учетом особенностей подвески ОКСН.

7. Расчет напряженностей электрического поля на поверхности оболочки ОКСН.

8. Профиль трассы с графическим оформлени-ем пересечений и схемой расположения соедини-тельных муфт.

В программе предполагается два случая проек-тирования:

1. Исходные данные предоставлены в формате программы, проект ВОЛС рассматривается как этап проекта ВЛ.

2. Исходные данные предоставляются в таблич-ном виде, проект ВЛ сделан в другой организации с использованием других программных средств, возможно, что линия давно построена и существу-ет уже много лет.

Если в первом случае проектирования ВОК мо-жет выполняться вслед за проектированием ВЛ и факт подвески кабеля может учитываться в при-нятии решения по расстановке опор, то для вто-рого случая предусмотрен механизм ввода модели ВЛ и ее предварительный расчет.

Если исходные данные о ВЛ предоставлены в электронном виде, в виде таблиц MS Excel или MS Word, то может быть выполнен формализо-ванный ввод модели, включающий ввод списка опор с их координатами и пикетами, параметров подвески проводов, используемых гирлянд изоля-торов, таблица-ведомость пересечений с допусти-мыми габаритами и т. п. Перед расчетом подвески ВОК моделируются провисание фазных проводов в расчетных режимах по фактическим замерам или по проектным данным.

Расчет натяжения ОКГТ не отличается от соот-ветствующего расчета для грозозащитного троса. Просто в составе проекта будут дополнительные таблицы, необходимые для описания подвески ОКГТ.

Подвеска ОКСН может выполняться следую-щими способами:

• реди фазных проводов;• на нижних траверсах опор;• выше или ниже нижней траверсы на заданной

высоте.В зависимости от способа подвески изменяется

и расчет натяжения.Механические свойства ОКСН и металличе-

ских проводов существенно различаются. С одной стороны ОКСН обладает повышенной эластич-ностью, то есть имеет меньшее значение модуля упругости, с другой стороны он имеет существен-

Рис. 6

59


но меньший коэффициент температурного линей-ного удлинения (для некоторых марок ОКСН он может иметь отрицательное значение). В таких условиях выбор исходного и расчетного режимов не может выполняться по тому же алгоритму, что и для металлических проводов. То есть правила на основе критических пролетов в данном случае не приемлемы. Критичным режимом для ОКСН яв-ляется режим наибольшей нагрузки, а наибольшая стрела провисания имеет место при гололеде без ветра. Еще одним критичным условием является возможность схлестывания кабеля с фазными про-водами при ветре. Кроме того, при подвеске ОКСН на опорах существующей ВЛ возникает проблема, связанная с тем, что опоры уже значительно нагру-жены существующими фазными проводами и гро-зозащитными тросами, и подвеска ОКСН может быть недопустима или возможна с существенными ограничениями по допустимому тяжению.

EnergyCS Line позволяет решить на единой мо-дели все вопросы подвески оптического кабеля, оценки нагрузочной способности опор и взаимо-действия оптического кабеля с фазными прово-дами, включая расчет напряженности на поверх-ности кабеля и поиск способа подвески кабеля с целью обеспечения наименьшей напряженности электрического поля.

Итоговыми документами при проектировании ВОЛС являются:

• таблица монтажных стрел и тяжений оптиче-ского кабеля по расчетным участкам и по проле-там (по всем или выборочно);

• монтажная ведомость ВОЛС, представляющая перечень опор с указанием марок соединительных муфт, обозначением строительных длин, описани-ем особенностей подвески ВОК на каждой опоре;

• таблица строительных длин оптического кабе-ля с указанием марок кабеля и строительных длин каждого строительного участка, при этом длины определяются с учетом снижений на опорах и с учетом коэффициента запаса;

• ведомость арматуры, примененной с оптиче-ским кабелем;

• ведомость пересечений с указанием габаритов оптического кабеля;

• профиль трассы с расставленными опорами и графическим оформлением каждого пересечения и обозначением опор, на которых размещаются муфты.

Программный комплекс используется рядом ор-ганизаций, которые занимаются проектированием ВЛ разных классов напряжений или проектирова-нием ВОЛС. Опыт показал, что возможно само-стоятельное освоение программы на основе руко-водства по эксплуатации. Применение программы позволяет существенно сократить трудоемкость проектных работ и повысить качество проектиро-вания.


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 060


Потеряв более 120 деревянных опор во время урагана Айк в сентябре 2008 года WKRECC ре-шила сделать пробную установку семи композит-ных опор RStandard. Случай проверить композит-ные опоры «в деле» не заставил себя ждать, когда в январе 2009 года по территории WKRECC про-шла ледяная пурга, происходящая в этом районе раз в 100 лет. Эта пурга уничтожила более 1600 деревянных опор; в то же время ни одна из ком-позитных опор, установленных в тех же цепях с поврежденными деревянными и металлически-ми опорами, не пострадала. WKRECC потратила несколько недель на восстановление электропита-ния своим потребителям.

Ураган АйкЗападный Кентукки — это безмятежное место с

плавными перекатами холмов, петляющими река-ми и ручьями и массой деревьев. WKRECC обе-спечивает электроэнергией 38 000 потребителей, проживающих в четырех районах Западного Кен-тукки. Около 100 работников кооператива делают все возможное, чтобы их 11 подстанций, 24 км ма-гистральных и 6437 км распределительных сетей надежно передавали и распределяли электроэнер-гию, поставляемую Энергетической Компанией Долины Теннеси (Tennessee Valley Authority, TVA). В этой области США преобладают сельскохозяй-ственные угодья и изменения происходят относи-

тельно медленно. Однако изменения пошли гораз-до быстрее, когда по этим местам ударили не одно, а два масштабных природных явления за период менее пяти месяцев.

Сначала прошел ураган Айк, выбравший нео-бычный путь на север вглубь континента, как раз по территории, обслуживаемой WKRECC. Ураган принес устойчивые ветры скоростью свыше 145 км/ч, повалил тысячи деревьев и поломал более 120 деревянных опор, выбив электроснабжение значительной части сети на недели. Соседняя сеть, примыкающая к WKRECC с востока, столкнулась с аналогичными разрушениями, которые, однако, не коснулись дюжины опор RStandard, установ-ленных ими возле Цинцинатти, Огайо, США. Произведенные RS Technologies опоры «пережи-ли» ураган без повреждений. В WKRECC это взя-ли на заметку.

В принципе, еще до урагана WKRECC плани-ровало купить 7 композитных опор для пробной установки. Причин попробовать композитные опоры было несколько: высокая прочность, дол-гий срок эксплуатации, отсутствие обслуживания, инертные материалы, безопасные для окружаю-щей среды, малый вес и модульный дизайн, силь-но облегчающий установку. Эти преимущества помогли компенсировать заметно более высокую закупочную цену композитных опор, которая при-близительно в 2 раза превышает цену деревянных

СТОЯ В ПОЛНЫЙ РОСТ НАПЕРЕКОР ПОГОДЕ.Суровая погода подтверждает правильность решения сетевой компании установить стеклопластиковые опоры

Стив Колтарп (Steve Coltharp, [email protected]),

Тим Вайд (Tim Veid, [email protected]),

Сельская Электрическая Кооперативная Корпорация Западного Кентукки

(Western Kentucky Rural Electric Cooperative Corp., WKRECC)

УДК 621.315.1 (619.17)

61


опор, подлежавших замене. Однако стоимость перевозки композитных опор была вдвое меньше, чем деревянных, плюс по информации подряд-чиков, устанавливавших их, композитные опоры были заметно легче и быстрее в установке, что тоже дало экономию денег.

В рамках работ по восстановлению линий, по-врежденных ураганом Айк в октябре 2008 года, композитные опоры были установлены вдоль до-роги неподалеку от склада WKRECC. Следующая опора в цепи была металлической и стояла через дорогу возле перекрестка.

Ледяная пургаWKRECC не пришлось долго ждать событий,

подтвердивших, что решение купить эти опоры оказалось правильным. 27 января 2009 года огром-ная полоса США подверглась жестокому «избие-нию» штормом, покрывшим все толстым слоем ле-дяной глазури. Более 1600 деревянных опор было повалено. Многие из них были сломаны как зубо-чистки, под нагрузкой от обледеневших проводов, или упавших больших ветвей, а зачастую и целых деревьев. WKRECC полностью потеряла систему, питающуюся от TVA, у которой самой восстанов-ление магистрального электроснабжения заняло пять дней. У WKRECC же ушел 21 день на полное восстановление электроснабжения потребителей, да и то это стало возможно только благодаря по-мощи 500 добровольцев из Северной Каролины, Алабамы, Миссисипи, Флориды и Теннеси.

На время аврального периода реконструкции на складе WKRECC стало слегка тесновато. Помимо складирования материалов, складской комплекс стал местом сбора и питания добровольцев до пол-ного окончания экстренных работ.

Прочность и стойкостьПосреди разрухи вдоль дороги от склада, на

участке, где были установлены композитные опо-ры, единственной пострадавшей оказалась метал-лическая опора, треснувшая в двух местах. Други-ми словами, композиты выдержали паспортную нагрузку, плюс обледенение, плюс часть нагрузки, ранее несомой стальной опорой, стоявшей на про-тивоположной стороне дороги. Такое стало воз-можно благодаря тому, что композитные опоры способны поглощать большое количество энер-гии высокой нагрузки, оставаясь в зоне упругой деформации. Разумеется, прочность и упругость этих опор в столь экстремальных условиях произ-вели сильное впечатление и оказались приятным сюрпризом.

По результатам такого положительного опыта WKRECC решило установить три композитных опоры большого диаметра на выходе с новой под-станции, критичной с точки зрения бесперебой-ности работы сети. Опять же монтаж и установка этих опор были простыми и быстрыми.

Ненамного позже после окончания строитель-ства подстанции в сентябре 2009 года WKRECC заказало еще 20 опор RStandard для новой рас-пределительной сети 7,2 кВ длиной 2438 м и воздушным кабелем с несущим тросом («spacer cable») сечением 200 мм2. Отзывы подрядчи-ка подтвердили, что легковесные композитные опоры были просты в монтаже и установке. Для установки траверс, крепежа и навесного обору-дования композитные опоры можно сверлить «в поле», с чем подрядчик легко справился. Мон-таж прошел быстро, в течение короткого време-ни был натянут кабель, и линию запустили в экс-плуатацию.

Рис. 1. Поскольку композитных опор не было в запасе, на смену металлической опоре, треснувшей во время ледяного шторма, пришлось поставить деревянную

С т и в К о л т а р п , Ти м В а й д

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 062


Получив свежий опыт экстремальных погодных явлений, WKRECC в настоящее время пересма-тривает свой подход к инвестиционным решени-ям по опорам, ранее сводившийся, в основном, к рассмотрению только закупочных цен. Как указы-валось выше, использование композитных опор дает существенную экономию затрат на перевоз-ку и установку по сравнению с деревянными. Есть ещё фактор прочности, играющий важную роль в обеспечении бесперебойности электроснабжения и резком снижении затрат на эксплуатацию и ре-монт. В отличие от деревянных опор, допустимая нормативная нагрузка на композитные опоры не снижается с возрастом. Более того, их прочность дает гораздо большую гибкость в решении задач по ремонту или надстройке линий с использова-нием проводников большего размера, или при увеличении расстояния между опорами, или при использовании проводов с большим провисом.

Преимущества в проведении монтажных работПоскольку композитные модули RStandard по-

лые, методика их установки и элементы крепления отличаются от традиционных. В то же время все крепежные детали легкодоступны, и монтажники считают процесс установки крепежа относитель-но легким. Отверстия делаются сквозными, а для равномерного распределения нагрузки поперек опоры с обеих сторон используются изогнутые шайбы. Несколько облегчает работу монтажников еще и использование легких композитных тра-верс, работать с которыми на высоте заметно про-ще. Это существенно снижает риск травм спины и внепланового выбытия персонала. Кроме того, композитные стойки и траверсы являются диэлектриками, что добавляет еще один «компо-нент» безопасности.

Композитные опоры RStandard выдерживают не только суровые погодные условия, как недав-но выяснили в WKRECC, но они еще и не боят-ся птиц, термитов, не гниют и не поддерживают горение. Ожидается, что время на инспекцию и обслуживание композитных опор существенно со-кратится. С точки зрения экологии композитные опоры гораздо предпочтительней, поскольку не имеют токсичной защитной пропитки, загрязняю-щей почву и грунтовые воды, а заодно создающей проблемы с утилизацией деревянных опор.

Расходы на эксплуатацию и аварийную заме-ну опор являются существенной статьей бюдже-та любой сетевой компании. Модульный дизайн RStandard позволяет комбинировать модули в опоры необходимой высоты и несущей способно-

сти. Это означает, что WKRECC может хранить на складе всего несколько разных модулей, из которых можно быстро собрать необходимое ко-личество любых опор нужной высоты и несущей способности. Требуемая комбинация модулей мо-жет быть быстро отправлена на место установки на 5-метровой бортовой платформе без получения разрешения на перевоз длинномерных грузов.

Еще одно неочевидное, но заслуживающее вни-мания достоинство таких опор заключается в воз-можности, по необходимости, наращивать высоту уже установленных опор. Для сетевых компаний, предоставляющих еще и услуги мобильной связи и широкополосного интернета, это отличная воз-можность для размещения транспондеров в рам-ках существующего землеотвода.

Последним, но не менее важным аргументом в пользу композитных опор, оказался их срок службы. Если у WKRECC и оставались какие-то сомнения по поводу закупки композитных опор, они были развеяны гарантиями произво-дителя: гарантия отсутствия дефектов на 41 год (бесплатная замена в случае выявления дефекта в течение 41 года) и гарантия надежности — бес-платная замена любого модуля, который выйдет из строя из-за нагрузок, созданных ветром, голо-ледом, снегом или разрядами молний в течение всего срока эксплуатации. Имея такие гарантии, руководство WKRECC посчитало, что согласие на установку опор RStandard в своей сети ему ничем не угрожает.

Гарантированная надежностьОсторожность и скептицизм в отношении «по-

жизненной гарантии» — вещи вполне естествен-ные и понятные. Однако все опасения WKRECC были развеяны на следующий же день после ле-дяного шторма, когда стало очевидно, насколько композитные опоры более надежны, чем деревян-ные и стальные. Слова производителя, подтвер-дившиеся на деле, заслужили наше уважение.

Надежность продукции дополнилась прекрасной технической поддержкой, которую производитель предоставил во время проектирования, установки и монтажа опор. Сотрудники RS Technologies при-ехали на место установки и ответили на все вопро-сы. Работать с ними было легко, а необходимые технические спецификации по различным местам установки были предоставлены своевременно.

Композитные опоры RStandard прекрасно под-ходят для инфраструктурных объектов высокой важности или располагаемых в тяжелых услови-ях. Наверное, пройдет время, прежде чем компо-

63


зитные опоры станут повседневностью. И на это, безусловно, есть несколько причин. Одна их них — привычка: монтажники и ответственные за при-нятие решений о закупке руководители имеют за плечами большой опыт работы с деревянными опорами. Кроме того, достаточно много средств было инвестировано в оборудование для уста-новки и обслуживания деревянных опор. Многим хорошо знакомы реалии работы с годовыми бюд-жетами и старые привычки рассматривать только закупочную цену, не учитывая в анализе сроки и стоимость полного цикла эксплуатации.

Одним из подходов к внедрению композитных опор, способствующим улучшению надежности сетей, может быть замена каждой 5-й или 6-й де-ревянной опоры на композитную в качестве меры предосторожности для снижения вероятности и размеров аварий, вызванных каскадными разру-шениями. Такой подход к планированию может быть особенно полезен в областях, подверженных не только сильным снегопадам и гололеду, но и ураганам и смерчам.

Стоимость полного цикла эксплуатацииПо мере распространения информации о воз-

можностях модульных композитных опор, низ-ких затратах на монтаж и обслуживание, а также сроках службы, подход к принятию решений о вы-боре опор безусловно изменится. Некоторые сети будут по-прежнему покупать деревянные опоры из-за их низкой стоимости, однако стоимость та-ких инвестиционных решений, безусловно, будет возрастать по мере старения деревянных опор и не

только благодаря все возрастающим расходам на их обследование и обслуживание, но, главным об-разом, из-за существенного снижения надежности и, соответственно, возрастания рисков аварий на таких линиях.

Как и во многих других случаях принятия инве-стиционных решений, доступность и надежность оказываются на разных чашах весов, и нахожде-ние баланса требует проведения сравнительных экономических расчетов с учетом полного цикла эксплуатации. Именно такой подход использует-ся при выборе трансформаторов, что приводит не только к снижению общей стоимости или суммар-ных расходов, но и к существенному увеличению надежности трансформаторного оборудования. Точно также композитные опоры, более дорогие в закупке, оказываются наиболее экономичным ре-шением, если учитывать затраты на будущую экс-плуатацию и замену опор.

ПриложениеКомпания RS Technologies выпускает 9 ком-

позитных модулей, из которых собирается свы-ше 200 типоразмеров стоек трех категорий несу-щей способности в диапазоне длин от 11 до 53 м. Библиотека геометрических и прочностных харак-теристик опор RStandard доступна пользователям широко распространенного по всему миру САПР PLS-Pole™, с помощью которого рассчитываются и проектируются индивидуальные опоры. В ар-сенале компании есть одно-, двух- и четырехсто-ечные опоры для линий от 0,38 до 330 кВ. Опоры RStandard установлены и успешно эксплуатиру-

Рис. 2. Анкерная терминальная композитная опора (темно-серая, ближе к лесу) была использована для вывода линии 69 кВ с выключателя новой подстанции

С т и в К о л т а р п , Ти м В а й д

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 064


10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

Сроки эксплуатации, лет

600 542,8

Удельная прочность, кПа⋅м3/кг

500

400

300

200

100

RStandard Сталь Дерево Бетон0

57,1 53,420,1

RStandard Сталь Дерево

4000

Масса 23 м опоры (Class 1 CSA), кг

3000

2000

1000

Бетон

3856

1676

993

536

1676

993

536

ются во всех ветровых и гололедных районах — от Багамских островов до Канадской тундры.

Опоры RStandard рассчитаны на минимальный срок эксплуатации от 65 лет (для районов с интен-сивным ультрафиолетовым излучением) до 125 лет.

Большинство модулей, используемых для опор высотой до 23 м, могут быть перенесены вручную. Сборка модулей может осуществляться в произ-вольном порядке. Модульность опор обеспечивает возможность их последующего наращивания в со-ответствии с изменениями требований в будущем.

Перевод статьи из журнала Transmission & Distribution World предоставлен с разрешения фирмы RS Technologies (Calgary, AB, Canada) компанией POLYCOMTEC ([email protected], т. +7.499.408.6709), представляющей интересы RS Technologies на территории СНГ.

Опоры RStandard устанавливаются в грунт (если грунт способен нести соответствующую нагрузку) и не требуют сооружения фундамента. Малый вес опор и диэлектрические свойства позволяют ис-пользовать более легкую технику и снижают трав-матизм при монтажных работах.

Во многих случаях, в частности, в труднодо-ступных местах с тяжелыми климатическими условиями и/или агрессивными грунтами, опоры RStandard оказываются значительно привлека-тельнее традиционных аналогов.

65


Веселовский Роман Александрович, доктор химических наук, профессор, академик Украинской технологической академии, лауреат Государственных премий СССР и УССР, заслуженный изобретатель УССР, член International Swiss Bonding (Швейцария), президент Veselovsky International Adhesives (США).

Р.А. Веселовский родился в 1937 году в г. Таш-кенте, окончил Казанский химикотехнологичес-кий институт. После окончания института работал на Урале в ракетном НИИ. В 1963 году закончил аспирантуру в Физико-химическом институте им. Л.Я. Карпова в Москве, затем работал в Националь-ной Академии Наук Украины, в Институте химии высокомолекулярных соединений.

Роман Александрович ведущий специалист в об-ласти исследования адгезии полимеров, автор 8 мо-нографий, 150 патентов и авторских свидетельств и более 200 статей в научных журналах.

Основополагающими трудами в этой области явились его монографии «Регулирование адгезии полимеров» (СССР, 1986), «Адгезия полимеров» (США, 2002), «Адгезия полимеров» (Китай, 2004).

Теоретические исследования в этой области Р.А. Веселовский успешно использовал при созда-нии новых полимерных композиционных матери-алов. Так, впервые в мире им были созданы клеи для ремонта трубопроводов и судов под водой и в среде нефтепродуктов, для склеивания тканей жи-вого организма без осушки и др. Эти работы были отмечены Государственными премиями.

В настоящее время Р.А. Веселовский участву-ет в управлении Научно-технического центра (Москва), создает новые материалы для восста-новления разрушающихся бетонных и металличе-ских конструкций и сооружений.

Именно материалы, разработанные Р.А. Весе-ловским, были использованы при восстановлении Останкинской телебашни (Москва), газопровода через реку Лена (Россия), многих ТЭЦ, портов, трубопроводов и др.

Особенные вехи:Герметизация Северомуйского тоннеля Байка-

ло-Амурской магистрали 1982–83 гг.При строительстве Северомуйского тоннеля в

него ворвалась подземная река. Для блокирования воды была создана полимерная композиция, име-ющая хорошую адгезию к граниту в воде. Время отверждения композиции составляло несколько секунд. В устье подземного потока был пробурен шпур и в поток начала выбрасываться компози-ция. Она налипала на стенки потока и отвержда-лась. Через несколько минут поток был перекрыт.Скорость потока составляла до 40 м/с.

Ремонт железобетонных хранилищ нефти и ма-зута для Миннефтепрома СССР.

В 1985 г. Веселовский Р.А. был награжден Го-сударственной премией СССР за разработку и внедрение технологии восстановления нефтяных резервуаров, подводных трубопроводов и корпу-сов судов на основе применения специальных по-лимерных клеев.

« Н Т Ц Р. А . В е с е л о в с к о г о »

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 066


РОССИЙСКИЕ ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИИ(«СИЛОР, СПРУТ») ДЛЯ РЕМОНТА И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ, УСИЛЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ, ДЛЯ АНТИКОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ (фундаменты, опоры, мачты, столбы и прочее)

«НТЦ Р.А. Веселовского» представляют полимерные композиции и авторские передовые технологии, имеющие опыт применения более 30 лет.Материалы и технологии применяются как в новом строительстве, так и при восстановлении зданий и сооружений для продления срока их эксплуатации.

Значительный объем железобетонных конструк-ций находится в аварийном состоянии.

Проблема широко известна: происходит физи-ческая коррозия бетона опор, установленных в об-водненных или засоленных грунтах, в результате многократного замерзания воды или кристаллиза-ции соли в структуре бетона.

Разрушение железобетонных конструкций чаще всего происходит через стадию развития и на-копления системы трещин под воздействием различных факторов, вплоть до нарушения гео-метрии элементов конструкций и оголения арма-туры. Вследствие него возникает необходимость комплексного решения проблем, встающих при ремонте конструкций из бетона и железобетона: увеличение прочности бетона, ремонт трещин, восстановление геометрии бетона, гидроизоляция бетона, антикоррозионная защита.

Часть 1. Железобетон — устройство бетонопо-лимерных конструкций — дисперсное армирова-ние бетона и как результат разновидность предва-рительно напряженного состояния материала.

Пример работ, которые проводились в 2009 г. на Предприятии электрических сетей ПС-220 кВ «РПП-2» (г. Вологда)

Этап 1Проведение откопки опоры.Очистка щетками, фрезой до 0,8 мм.Удаление слабосвязанного бетона.Зачистка арматура.Клеесварочные стыки с новой арматурой.При очистке воду не использовать — лучше су-

шить опору.Ведь опора много лет и так постоянно насыще-

на водой — проблема для обеспечения адгезии на-формовываемого ремонтного состава.

УДК 66.06 (619.17)

67


Этап 2

Пропитка деградированного железобетона по-лимером «Силор».

Применяются малярные технологии, при необ-ходимости — инъектирование.

В результате:• повышается прочность;• купируются очагии скрытой рыхлости бетона

и остатки коррозии арматуры;• происходит лечение трещин;• обеспечивается высокая адгезия между ста-

рым и новым бетоном;• идет антикоррозионная защита арматуры.Все большее применение в качестве ремонтных

находят составы, включающие органические и не-органические вяжущие. Наиболее часто использу-ются композиции на основе эпоксидных смол, по-лиизоционатов, метилметакрилата, стирола.

Из-за сравнительно высокой вязкости полимер-ные материалы на основе эпоксидных смол приме-няются для инъектирования трещин с раскрытием от 0,2 мм. Для пропитывания бетона применяются в основном низковязкие материалы на основе по-лиизоционата, полиэпоксидов, как грунтовочные составы перед основными покрытиями, но ком-плексно проблема не решается.

Процессы пропитывания бетона полимерными композициями на основе стирола, метилметакри-лата и влияние этих пропитываний на физико-механические и эксплуатационные характеристи-ки бетона изучаются уже несколько десятилетий

в США, Германии, Японии и других странах. В России на базе научных школ МИСИ, НИИЖБ, ВНИИФХ бетонополимеры детально изучались такими авторами, как Баженов, Угинчус, Улицкая, Марчукайтис, Никонов, Патуроев, Шейнич и др.

Однако указанные составы для глубокого про-питывания бетона также не нашли широкого применения на реальных объектах, так как это связано с необходимостью дополнительной под-готовки поверхности бетона перед пропитыва-нием, сушке, вакуумированию. Кроме того, они многокомпонентны и неизбежно разделяются при пропитывании бетона, что вынуждает вводить избыток инициаторов, что негативно влияет на строительно-технические свойства отремонтиро-ванного бетона.

Бетонополимеры — цементные бетоны, которые после завершения процессов твердения и структу-рообразования подвергаются пропитке различны-ми моно- и олигомерами с их последующей поли-меризацией в поровой структуре бетона.

Пропитка обеспечивает возможность получения бетонополимеров, обладающих высокими плотно-стью и прочностью.

Полимер как бы заклеивает дефекты структу-ры цементного камня, заполнителя и контактной зоны и связывает тысячами нитей различные участки бетона, повышая их сопротивление на-грузке и трещиностойкость, обеспечивает газо- и водонепроницаемость.

Сетка полимера в бетоне — дисперсное армиро-вание особого рода.

При полимеризации мономер стремится сокра-титься в объеме, что вызывает обжатие в мине-ральной части материала и создается разновид-ность предварительно напряженного состояния материала, что также способствует повышению прочности.

Полимер способствует значительному повыше-нию прочности сцепления между заполнителем и цементным камнем (так, прочность сцепления цементного раствора с гранитом и известняком повышается с 1–2 МПа в обычном бетоне до 8–9МПа).

Повышается адгезия цементного камня к сталь-ной арматуре, и соответственно улучшается со-вместная работа арматуры и бетонополимера.

Разделение многокомпонентных систем при пропитывании бетона

Эпоксидная композиция Полиуретаны Полиэфирные материалы

Бетон — сорбент, который в процессе проникновения разделяет многокомпонентные материалы на отдельные ингредиенты, в результате чего они теряют способность отвердевать (нарушается их эквимольное соотношение)

Результат пропитывания — раз-деление

Эпоксидная смолаглубже затвердитель

ПолиизоцианатПолиоль

ПолиэфирСтирол


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 068


Эффективные решения• зонное пропитывание наиболее важных участ-

ков с целью придания им необходимых свойств (мест расположения арматуры, напряженных мест, участков износа и т. п.);

• разновидность зонной обработки — обработ-ка поверхностных слоев. При небольшом расходе мономера (0,3–1 кг/м2 бетона) такая обработка обеспечивает значительное (в несколько раз) по-вышение морозостойкости, коррозионной стойко-сти и улучшение других свойств железобетоннных конструкций и изделий, обеспыливание;

• обработка полимерами для повышения долго-вечности изделий, работающих в суровых клима-тических условиях или агрессивных сред;

• обработка для получения изделий с особыми свойствами (износостойких, электроизоляцион-ных, электропроводных, декоративных, газоне-проницаемых и др.).

Анализ показывает, что сейчас нет средства, которое с такими затратами материалов и труда обеспечивало бы подобное превращение бетона в

материал, обладающий таким набором защитных свойств.

Характеристики мономера «Силор» и техноло-гий

Полимерные композиции на основе мономеров изоцианатов («Силор») имеют преимущества при решении задач по ремонту бетона, так как отверди-телями для них являются вода и щелочь, которые уже присутствуют в бетоне, и они легко могут мо-дифицироваться. Поэтому на их основе возможно создание ремонтных композиций для комплекс-ного ремонта железобетона.

«Силор» рекомендован к применению в «Руко-водстве по ремонту бетонных и железобетонных конструкций транспортных сооружений с уче-том обеспечения совместимости материалов» (ЦНИИС, Москва, 2005 г.): «для герметизации и заполнения узких трещин, упрочнения и защиты бетона и других пористых материалов от коррозии как эксплуатируемых, так и новых сооружений можно использовать композицию Силор».

Свойство бетонов и бетонополимеров

Наименование Бетонополимер Исходный бетон

Предел прочности, МПа, при:

сжатии 100–200 30–50

растяжении 6–19 2–3

изгибе 14–28 5–6

Модуль упругости при сжатии, МПа 3,5•104–5•104 2,5•104–3,5•104

Предельная деформация при сжатии 0,002 0,001

Прочность сцепления с арматурой, МПа 10–18 1–2

Деформация усадки 0–5•10–5 50•10–5

Деформация ползучести 6•10–5–8•10–5 40•10–5–60•10–5

Электрическое сопротивление, Ом 1014 105

Водопоглощение, % 0,01 3–5

Морозостойкость, стандартные циклы 1000 200

Коррозионная стойкость к сульфатам и кислотам Высокая Недостаточная

Влияние начальной прочности бетона на прочность бетонополимера

Прочность бетона до обработки, МПа

Содержание полимера в бетоне, %

Прочность бетонополимера, МПа

Коэффициент упрочнения

40 5 110 2,75

30 5,5 120 5

20 6 130 6,5

Степень повышения прочности бетона оценивается коэфициентом упрочнения — отношение проч-ности бетонополимера к прочности исходного бетона.

Резюме: бетонополимеры — это новые строительные материалы, со своей технологией, свойствами, методами расчета, рациональной областью применения.

69


Этап 3. Восстановление геометрии железобе-тонных конструкций

1. Пластифицирующая добавка «Силор-СИ» по-зволяет из доступного сырья получать полимер-цементно-песчаные бетоны. Добавка блокирует разделение компонентов бетонной смеси по плот-ности, структура раствора близка к консистенции пластилина. Раствор не оплывает, что дает воз-можность работать без армирования без опалубки. Добавка повышает морозостойкость, прочность бетона и раствора. В результате ее применения со-кращается расход цемента на 15–20% без ухудше-ния свойств бетона. Добавляется в раствор.

2. На базе «Силор-Т» можно получать полимер-бетоны с регулируемым временем набора проч-ности и любым наполнителем (полимерсмеси). Такой полимер позволяет выполнять решения по ремонту в труднодоступных местах, применяя «подручные» наполнители и обеспечивая очень быстрый набор прочности наформовываемого ма-териала.

Этап 4. Финишная защита железобетонных конструкций

После высыхания нового бетона он покрывает-ся пигментированным полимером «Силор-КМ». Полимер выполняет функции лакокрасочного по-крытия с упрочняющим и пропиточным эффектом. Расход полимера 0,2–0,3 кг/м2. Одновременно про-исходит выполнение герметизации стыка бетон–металл, устройство гидроизоляции и антикоррози-онной защиты. По «Силор» возможна покраска.

Свойства бетонополимера Технология

- Непроницаемость (вода, хлориды, соли)- Упрочнение пропитываемых конструкций- «лечение трещин»- Повышение трещиноустойчивости- Устойчивость к ударным нагрузкам- Стойкость к знакопеременным нагрузкам- Повышение морозостойкости более F400- Водонепроницаемость более W20- Водопоглощение 0,03%- Снижение истираемости- Полное обеспыливание- Устойчивость к агрессивным средам- Покрытие не горит

Температура нанесения: от –20 до +60 °CТемпература эксплуатации: от –60 до +100 °CВремя полимеризации: 2–12 ч.Время отверждения: 2–5 с.Адгезия к бетону: не менее 3,2 МПаНаносится кистями, валиками и пульверизаторами до полного насыщенияГлубина пропитки кистью: 0,5–15 ммГлубина пропитки методом глубокого импрегнирования: 15–50 ммГлубина пропитки при импрегнировании методом инъекции под давлением: до сквозного проникновения

Таблица расчета. Количество добавки от веса затворяемого цемента

0,02% 0,07% 0,2% Без

Удобоукладываемость, подвижность смеси 7 8 6 10

Прочность на сжатие бетонных образцов по ГОСТ 10180–90 1 сут 18 20 13 11

7 сут 42 42 29 23

21 сут 46 57 55 30

Прочность на изгиб бетонных образцов по ГОСТ 10180–90 1 сут 1,8 1,0 0,9 1,7

7 сут 8,8 1,7 1,9 3,7

21 сут 9,1 3,6 4,0 5,4

Водопоглощение по ГОСТ 1273.5-84 9 9 9 13


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 070


Подведение итогов:• стоимость восстановления: 1200 руб. за 1 м2.

под ключ с материалами;• расход материалов: до 1 кг/м2 — 1 слой, потом

300 г/м2;• срок выполнения работ: от 1–2 дней, объем ра-

бочего времени 3–4 ч на опору;• надо выдерживать послойную полимеризацию;• экологически чистые и нетоксичные;• полимеры готовы к употреблению — не надо

воды, электричества, приготавливать;• можно наносить при отрицательной температуре.Подводные покрытия изготавливаются на осно-

ве композиции «Спрут», «Силор-Т».Методы восстановления и усиления полимер-

ными композициями «Силор» и «Спрут»:• пропитыванием «Силор» достигается усиле-

ние железобетона;• устройство приливов-башмаков по адгезион-

ной промазке;• устройство железобетонных рубашек по адге-

зионной промазке;• прибетонировка по адгезионной промазке с

анкеровкой арматуры в усиливаемой опоре;• усиление и повышение сейсмостойкости

поверхностно-оклеечным стеклопластиком (про-питывание и наклейка стеклоткани, стеклохолста, базальтовой ткани, углеткани);

• усиление и упрочнение поверхностно-мастичным покрытием (пропитывание и нанесение мастики на основе полимерной композиции «Спрут» с прочны-ми наполнителями — корундовый порошок, базаль-товые чешуйки, керамошарики);

• усиление приклеиванием дублирующих ме-таллических элементов, обойм.

Упрочняющие покрытия были использованы для защиты от разрушения бетона и металла в зоне переменного уровня (нижний бьеф плотины ГЭС, опоры мостов, причальные сооружения Новорос-сийского порта, десятков судов, сотен нефтяных резервуаров и т. д.).

Рекомендуем использовать для защиты фунда-мента от песковыдувания.

Резюме:1. Использование данной технологии позволяет

восстанавливать железобетонные конструкции с коррозией бетона до 60–70% и делает возможным их дальнейшее функциональное использование на протяжении десятилетий без замены.

2. Использование полимеров в системах усиле-ния снижает материалоемкость систем усиления и обеспечивает антикоррозионную защиту.

Суть технологии по восстановлению железобе-тонной конструкции заключается в обеспечении необходимой адгезии старого и нового наформи-ровываемого бетона, его упрочнения, гидроизоля-ции и химзащите.

Часть 2. Металлармированные полимерные по-крытия

Предлагается рассмотреть опыт применения комбинированного покрытия «Силор-Гр» и «Силор-У» для антикоррозионной защиты новых металлоконструкций, для их защиты в условиях, исключающих возможность тщательной очистки металла от коррозии, влаги и остатков старого ла-кокрасочного покрытия.

Опыт применения, г. Вологда, 2009 г.1. Очистка проводится металлической щеткой.

Конструкции зачищаются от пластовой коррозии и слабосвязанной краски. Тщательной зачистки нет.

2. Наносится «Силор-Гр», при расходе 0,2–0,3 кг/м2. «Силор-Гр» пропитывает ржавчину.

«Силор-Гр», обладая высокой липкостью и эла-стичностью, прочно приклеивается к металлу, продуктам его коррозии, остаткам любых лако-красочных материалов как в сухом, так и во влаж-ном состоянии.

3. Наконец следует нанесение финишного слоя «Силор-У» с добавлением в состав пигмента алюми-ниевой пудры. Расход полимера 0,2–0,3 кг/м2.

71


«Силор-У» — раствор полиуретанового олиго-мера. Композиция содержит в своем составе про-текторы, ингибиторы коррозии, поверхностно-активные вещества, позволяющие наносить композицию даже на мокрые поверхности. После полимеризации образуется упругая прочная плен-ка, стойкая к абразивному истиранию, действию ультрафиолета и других агрессивных факторов внешней среды, обеспечивающая длительную за-щиту металлоконструкций от коррозии.

Имеется апробированное решение для антикор-розионного покрытия металлических фундамен-тов, опор, свай. По техническому заданию ООО «ПКБ им. Железкова В.Н.» была создана компо-зиция «Силор-км1» специально для покрытия винтовых свай.

Использование полимеров «Спрут» и «Силор» помогает решить следующие проблемы:

• коррозию металлоконструкций опор (сплош-ная, язвенная, щелевая);

• неплотное прилегание пяты опоры к поверх-ности фундамента;

• деформацию элементов конструкции опоры (прогибы, местная погнутость);

• дефекты сварных швов (плешины, непровары, шлаковые включения);

• отрывы элементов конструкции опор;• отсутствие отдельных элементов (раскосов,

диафрагм) опор;• дефекты заклепочных и болтовых соедине-

ний;• трещины, осыпание фундаментов, коррозия

арматуры фундаментов;

• отсутствие защиты фундамента от песковыду-вания и от действия агрессивных вод;

• образование наледей;• упрочнение грунтов (прочность грунтов на

сжатие после упрочнения — до 100 МПа).

Применение полимерной композиции «Спрут-Плюс» целесообразно для изготовления по-лимербетонов с использованием эффективных приемов уплотнения. При использовании этой композиции в качестве вяжущего с наполните-лем кварцевым песком получаются материалы с исключительно высокими прочностными харак-теристиками.

Возможный состав полимерраствора (рас-ход компонентов по отношению к композиции «Спрут-Плюс»):

полимерная композиция «Спрут-Плюс»: 100%;кварцевый песок: 60%.Так как в композицию введен ускоритель (на-

фтенат кобальта), максимальная выдержка поли-мерраствора составляет 2–3 сут. По результатам твердения данного полимерного композита мож-но получить исключительные характеристики:

плотность: 1315 кг/м3;предел прочности на сжатие: 67,22 МПа;предел прочности при сгибе: 37,22 МПа.Приведенный состав полимерраствора возможно

использовать для ремонта трещин и швов. Введе-нием наполнителя (в количестве от 30 до 80% масс.) можно регулировать вязкость, увеличивать твер-дость и прочность полимера в отвержденном со-стоянии. В качестве наполнителей могут исполь-зоваться мелкоразмолотые кварц, тальк, сажа, резина, асбест, стекловолокно и другие материа-лы.

Применение полимерного клея «Спрут» регла-ментировано РД 212-0163–91 (Инструкция — система защиты от коррозии и старения, ремонт судовых конструкций и монтаж механизмов поли-мерными клеями от 1991 г.), вообще — с 1979 г.

Применение полимерного клея «Спрут» регла-ментировано РД 39-30-968–83 (Инструкция по ремонту трубопроводов и резервуаров с помощью полимерных клеевых композиций от 1983 г.). В инструкции описаны технологии:

• ликвидации свищей;• герметизации трубопроводов, металличе-

ских и железобетонных резервуаров;• нанесения усиленной изоляции;


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 072


• формирования герметизирующих бандажей на трубопроводах и резервуарах;

• антикоррозионной защиты трубопроводов и металлических резервуаров;

• противоэрозионной защиты железобетон-ных резервуаров;

• теплоизоляции нефтепроводов и резервуаров.В 1985 г. группе (В.Д. Черняев, К.А. Забела,

Ю.Н. Значков, Р.А. Веселовский и др.) присужде-на Государственная премия СССР за разработку и внедрение технологии восстановления нефтяных резервуаров, подводных трубопроводов и корпу-сов судов на основе применения специальных по-лимерных клеев.

Рассмотрим метод восстановления несущей спо-собности элементов металлических конструкций на основе полимера «Спрут».

Адгезионное упрочнение армированными поли-мерными покрытиями в процессе эксплуатации — решение по восстановлению и усилению изношен-ных элементов.

Процесс получения металлополимерных мате-риалов основывается на явлении адгезии — сце-пления клея (адгезива) с матрицей. Прочность та-кого соединения зависит от степени адгезии, т. е. степени взаимодействия между полимером и ме-таллом.

Полимеры входят в состав металлополимерных конструкций в виде тонких слоев и прослоек, по-крытий и клеевых соединений. Свойства этих материалов при слоистом, волокнистом и диспер-сионном армировании зависят от прочности сце-пления арматуры с матрицей.

Формат данной статьи не позволяет исчерпы-вающе изложить теоретические выкладки и ре-зультаты практических испытаний и применений полимерных композиций. Тем не менее хочется выделить некие главные достижения в исследова-нии металлополимерных конструкций.

1. Прочностные свойства образцов после воз-действия температуры.

Поскольку элементы, изготовленные из ком-позиционного материала, могут работать в усло-виях резкого изменения температур, возникают опасения, что в силу различия коэффициентов линейного расширения возможно отслаивание ар-мированного полимерного покрытия от металли-ческой поверхности, т. е. нарушение адгезионной прочности. Коэффициент линейного расширения армированного полимерного покрытия в интерва-ле 293–373 К — 9·10–5, а коэффициент линейного расширения металла — 12·10–6.

Исследования показали, что армированное поли-мерное покрытие увеличивает прочность элемента главным образом в экстремальных условиях, когда разрушающая нагрузка на элемент превышает пре-дел упругости материала подложки, т. е. покрытие начинает принимать на себя нагрузку при пласти-ческом деформировании стали.

2. Прочностные свойства образцов после корро-зионных испытаний.

3. Оценка адгезионной прочности покрытий в сложных условиях.

Армированные полимерные покрытия, исполь-зующиеся для восстановления прочности, жест-кости и герметичности изношенных элементов металлических конструкций, эксплуатируются, а часто и наносятся в присутствии воды (морской воды) или нефтепродуктов. Практический инте-рес представляет оценка адгезионной прочности покрытий в этих условиях. Получены положи-тельные результаты по возможности применения полимеров в таких условиях.

4. Необходимо отметить, что относительные де-формации армированного полимерного покрытия при разрыве на порядок выше, чем у металла.

Кроме того, предел прочности материала покры-тия также почти на порядок выше, чем предел проч-ности клеевого соединения металла с металлом.

Участки поверхностного слоя металла являются концентраторами напряжения, которые резко сни-жают прочность металлополимерного элемента.

5. Установлена нелинейная зависимость проч-ности клеевых соединений от толщины армиро-ванного полимерного слоя покрытия.

Прочность композиционного материала, МПа (снижение прочности)

Состояние образцов Спрут-ВАК Спрут-5М Спрут-9М

После циклического воз-действия температуры

350 (–5,5%) 340 (–5,5%) 347 (–5,8%)

После длительного воз-действия повышенной температуры

355 (–4,2%) 362 (–4,1%) 365 (–4,5%)

Контрольные 370 360 365

Прочность композита, МПа (снижение/повышение прочности композита)

Состояние образцов Спрут-ВАК Спрут-5М Спрут-9М

После 500 циклов нагружения

360 (–2,7%) 350 (–2,8%) 354 (–3,0%)

После выдержки в нефти, 50 сут

371 (+1%) 362 (+1,1%) 365 (+1%)

После выдержки в морской воде, 50 сут

355 (–4,1%) 335 (–6,9%) 339 (–7,1%)

После выдержки на открытом воздухе, 1 год

350 (–5,4%) 340 (–5,6%) 344 (–5,8%)

Образцы с корродированной поверхностью

372 (+1%) 363 (+1,1%) 366 (+1,1%)

Контрольные 370 360 365

73


6. Получены важные результаты по кинетике нарастания внутренних напряжений в клеевом соединении.

Увеличение внутренних напряжений в клеевом шве по сравнению с напряжением в армированном полимерном покрытии связано также с более не-равномерным распределением внутренних напря-жений по площади шва.

Снижение внутренних напряжений в клеевых швах позволяет увеличить прочность клеевых металлополимерных соединений, производить склеивание деформируемых поверхностей, когда толщина шва не лимитируется, т. е. использовать клеевые композиции для получения работоспо-собных армированных полимерных покрытий, применяемых для упрочнения металлических по-верхностей различных изделий.

6. Установлено изменение адгезионной проч-ности при испытании соединений на сдвиг в за-висимости от способа обработки металлической поверхности перед склеиванием.

7. Получены данные по прочности клеевых сое-динений с наполнителем при нормальном отрыве в зависимости от марки наполнителя.

8. Установлена зависимость трещиностойкости клеевых соединений от содержания наполнителя с композицией Спрут-5М.

9. Интересные результаты для конструирования усиляющих систем получены в результате иссле-дований влияния наполнителей на прочность кле-евых композиций со сталью Ст3.

10. Исследования на устойчивость к вибрацион-ным нагрузкам проводились по заказу.

При испытаниях наблюдалось, что армирован-ное полимерное покрытие способно поглощать вибрацию за счет явления внутреннего дефор-мирования, т. е. материал покрытия поглощает энергию путем преобразования ее в тепло за счет

Сталь Ст3

— токарная обработка поверхности;

— обработка поверхности наждачной бумагой;

— грунтовка поверхности эпоксидным грунтом;

— обработка поверхности водным раствором серной кислоты с хромпиком

0

5

10

15

20 1 2 3 1 2 3

τ, МПа

Сплав АМг

1 — СпрутHВАКHА; 2 — СпрутH9М; 3 — СпрутH5М

14στ, МПа

12

10

8

6

4

2

4

5

1

32

0 10 20 30

— СпрутH5М — СпрутH9М

40 %вес.

Наполнители:1 — портландHцемент;2 — алюминиевая пудра;3 — графит;4 — стеклянные микросферы;5 — стекловолокно.

400

G, Дж/м2

350

300

250

3

2

4 5

1

200

150

100

500 10 20 30 40 %вес.

Наполнители:1 — портландHцемент;2 — алюминиевая пудра;3 — графит;4 — стеклянные микросферы;5 — стекловолокно.

— кварцевая мука

— железный порошок

СпрутHВАКHАτ, МПа

20

15

10

5

0

при сдвиге

СпрутH9М

— графит

— асбестовая крошка

20

25

15

10

5

0

σ, МПа

при равномерном отрыве

СпрутHВАКHА СпрутH9М


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 074


внутреннего трения. Демпфирование оказывает непосредственное влияние на характер вибрации материала — значительно уменьшает частоту соб-

Предел прочности «отработавшего» материала по сравнению с пределом прочности «неработавшего» материала снизился

Количество циклов нагрузки Снижение по основе Снижение по утку

7,0•106 на 2,0% на 7,8%

10,7•106 циклам на 10,4% на 9,1%

10,1•106 циклам на 9,0% на 10,6%

Клеевая композиция

Среда Предел прочности МПа при: Ударная вязкость, Дж/м2

Твердость, по Бринеллю, МПаизгибе растяжении сдвиге

Спрут-ВАК-А На воздухе 300 320 110 4,5•105 600

Спрут-5М 290 310 110 4,0•105 550

Спрут-ВАК-А Под водой 240 260 90 3,6•105 550

Спрут-5М 180 200 70 2,0•105 510

Спрут-ВАК-А В нефти 180 195 70 2,7•105 530

Спрут-5М 240 260 90 3,4•105 540

Эпоксиды Воздух 150 70 1,5–2,5•105 100–150

7

6

5

4

3

5 10 15 20 25

2

1

0

3

2

1

0100 200

1

2 3 42

1

3 4

300Ra, мкм

от величины шероховатости от солености воды

соленость, %

σ, МПа σ, МПа

1 — сталь Ст3; 2 — СпрутH9М; 3 — СпрутH5М; 4 — эпоксидная смола

13. Получена зависимость предела прочности армированного полимерного покрытия на основе

14. Получена зависимость адгезии металла к покрытию при равномерном отрыве

Клеевая Композиция Среда Величина адгезии покрытия МПа при:

изгибе растяжении сдвиге

Спрут -ВАК-А на воздухе 26 35 28

Спрут-5М 24 32 26

Спрут -ВАК-А под водой 21 28 22,5

Спрут-5М 14,5 19 15,5

Спрут -ВАК-А в нефти 15,5 21 17

Спрут-5М 19 25,5 21

ственных колебаний и, что более важно, снижает амплитуду колебаний при частотах, близких к зоне резонанса.

11. В результате исследований на ударную прочность полимерных покрытий выяснилось, что при толщине композита в 3 мм появление тре-щин обнаруживается при энергии удара не менее 80 кН/см2, что является хорошим показателем.

12. Исследования зависимости адгезии льда к полимерным покрытиям практичны — рекоменду-ем «Спрут» в качестве защитных от обледенения элементов конструкций.

различных клеевых композиций от рабочей среды формирования

75


Резюме: С самого начала цель создания компо-зиционных материалов состояла в том, чтобы до-стичь комбинации свойств, которыми не обладает отдельный монолитный материал, в первую оче-редь — высокой удельной прочности и жесткости.

Различным сочетанием матрицы (подложки) и армирующего материала в виде дисперсных ча-стиц, сеток, волокон, фольги, а также сочетанием различных слоев можно получить упрочнение в десятки раз.

Можно обеспечить снижение веса элемента кон-струкции при одновременном увеличении его не-сущей способности.

В этом случае конструктор должен уже не выби-рать материал, а конструировать его ориентируясь на эксплуатационные условия.

15. Вышеприведенные графики и таблицы по-могли определить некую оптимальную схемы ар-мирования полимерного покрытия металлом для определенной задачи.

На основе клеевой композиции «Спрут-ВАК-А»

Таблица схем армирования

Схема 1 Схема 2 Схема 3 Схема 4 Схема 5

Состав слоев ПолимерСталь

ПолимерСтальПолимерСталь

ПолимерСплав АмгПолимерСталь

ПолимерСтальПолимерСплав Амг

ПолимерСтальПолимерСплав АмгПолимер

Резюме: Существенно снижается время на вос-становление элемента.

Применение полимерных композиций позволя-ет по-новому взглянуть на систематизацию эле-ментов с точки зрения ремонто- и работоспособ-ности.

Принимая во внимание функциональные воз-можности полимерных композиций значительно увеличивается количество ремонтопригодных элементов. Не каждый с точки зрения существую-щих норм неремонто- и неработоспособный эле-менты подлежит замене.

Опыт применения полимерных композиций по-зволяет уменьшить ареал технически невозмож-ных, либо экономически нецелесообразных реше-ний.

Зависимость механических свойств композиционного материала от типа армирования

Тип армирования

Ударная вязкость,Дж/м2

Предел прочности МПа при: Модуль упругости МПа при:

изгибе растяжении изгибе растяжении

Схема 1 5,6·105 290 — 2·104 —

Схема 2 7,5·105 300 — 4·104 —

Схема 3 8,5·105 310 250 3·104 4,5•104

Схема 4 8,0·105 300 220 2,8·104 4,0•104

Схема 5 6,5·105 280 — 2,8·104 —

Видно, что при оптимальной конструкции (схема 3) композиционного материала можно повысить мо-дуль упругости при изгибе и растяжении соответственно до 3,0·104 и 4,5·104 МПа и ударную вязкость — до 8,5·105 Дж/м2 вместо 4,5·105 Дж/м2 у неармированного металлом покрытия.

Литература1. Труды Р.А. Веселовского на сайте http://aaa.

gorodok.net2. Баженов Ю.М. Бетонополимеры, 1983; Техно-

логия бетонов, 1987.3. Корягин С.И. Несущая способность компози-

ционных материалов. — Калининград, 1996.4. Руководство по ремонту бетонных и железо-

бетонных конструкций транспортных сооружений

было проведено несколько типов армирования, различающихся толщиной металла и расположе-нием металлических пластин из стали Ст3 и спла-ва Амг(фольга). Испытания проводились на воз-духе.

с учетом обеспечения совместимости материалов. М.: НИИ транспортного строительства, (ЦНИ-ИС) 2005.

5. Берг О.Я., Рожков А.И. Исследование неупру-гих деформаций и структурных изменений вы-сокопрочного бетона при длительном действии сжимающих напряжений. Тр. ЦНИИС. М., 1969 — Вып. 70. — С. 11–18.


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 076

другие вопросы

Основными задачами распределительного сете-вого комплекса являются обеспечение бесперебой-ного электроснабжения потребителей, прежде всего потребителей I категории, а также обеспечение по-казателей качества электроэнергии в соответствии с ГОСТ 13109. Для решения этих задач должны применяться передовые технологии и инновацион-ные решения. При этом должно соблюдаться необ-ходимое условие об оптимизации инвестиций, что-бы принятые меры, с одной стороны, обеспечивали максимальную эффективность решения поставлен-ных задач, с другой стороны, были экономически целесообразны. Данные вопросы также актуальны при проектировании систем электроснабжения линейных потребителей магистральных газо- и нефтепроводов, учитывая роль трубопроводного транспорта в экономике России.

Магистральные газо- и нефтепроводы — зона от-ветственных потребителей, аварии на трубопрово-дах наносят огромный вред окружающей среде. Все это накладывает дополнительные требования по обеспечению надежного электроснабжения, кото-рые зафиксированы в Руководящих документах на проектирование магистральных газо- и нефтепрово-дов. Электроснабжение линейных потребителей ма-гистральных газо- и нефтепроводов осуществляется от вдольтрассовых ВЛ 10 кВ. Обычно вдольтрассо-вая ВЛ проходит в одном техническом коридоре с магистральным трубопроводом. ВЛ характеризует-ся большой протяженностью (до 200 км) от одного источника до другого, сравнительно небольшими нагрузками, наличием двух источников питания, неразветвленностью. Многие ВЛ проходят по неза-селенным территориям с неразвитой инфраструк-турой, в районах с холодным климатом.

Потребителями линейной части магистральных газо- и нефтепроводов являются узлы пуска, при-ёма и пропуска средств очистки и диагностики, станции катодной защиты, узлы запорной армату-ры (линейные и береговые), пункты наблюдения на реках, узлы регуляторов давления, объекты си-стемы связи. Большинство из перечисленных по-требителей относятся к I и II категориям электро-примеников, для которых необходимо наличие не менее двух взаимно резервируемых источников. А для потребителей I категории необходимо, что-бы резервирование обеспечивалось автоматиче-ски.

Схема вдольтрассовой ВЛ представлена на рис. 1.

Задачи по сетевому секционированию, отклю-чению поврежденного участка ВЛ и автоматиче-скому вводу резерва на линии 10 кВ ложится на пункты секционирования 10 кВ, состоящих из вакуумного выключателя и микропроцессорной защиты.

Обычно пункт секционирования располагается в районе магистральной задвижки (для нефтепро-вода) или кранового узла (для газопровода), рас-стояние между ними определяется технологиче-скими особенности трубопровода, особенностями рельефа местности, наличием пересекаемых во-дных преград, инженерных сооружений, автомо-бильных и железных дорог.

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ВДОЛЬТРАССОВЫХ ВЛ 10 КВМАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗО- И НЕФТЕПРОВОДОВ,ОСНАЩЕНЫХ АВТОМАТИЧЕСКИМИ ПУНКТАМИ СЕКЦИОНИРОВАНИЯ И РЕГУЛЯТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЯ

Т.В. Перинский, начальник технического отдела ЗАО «Инновационная Энергетика»

Рис. 1АВР

10 кВ 10 кВ

— пункт секционирования

УДК 621.315.1

77


Типовая схема электроснабжения линейный по-требителей представлена на рис. 2.

Электроснабжение линейных потребителей должно сохраняться в независимости от положе-ния коммутационного аппарата пункта секциони-рования 10 кВ, что достигается с помощью АВР на стороне 0,4 кВ (см. рис. 2). Таким образом, должно обеспечиваться наличие напряжения хотя бы на одной из ВЛ 10 кВ, питающей блок-бокс. Данное требование сформулировано в п. 9.18 РД-23.040.00-КТН-110-07 «Магистральные нефте-проводы. Нормы Проектирования»: «При проек-тировании вдольтрассовой ВЛ-6(10) кВ должно быть обеспечено селективное отключение любого поврежденного участка линии, расположенно-го между двумя ближайшими автоматическими пунктами секционирования. Отключение должно обеспечиваться автоматически, действием защит». Реализацию этих требований рассмотрим на при-мере автоматического пункта секционирования АПС/NOVA-10-12,5/630 УХЛ1 (далее АПС/NOVA).

АПС/NOVA состоит из вакуумного выключа-теля наружной установки, шкафа управления с микропроцессорным устройством, монтажным комплектом, комплектуется ОПН и трансформа-торами собственных нужд.

Вакуумный выключатель имеет встроенные транс-форматоры тока (далее ТТ) и датчики напряжения

(ДН). Особенности вдольтрассовых ВЛ 10 кВ дик-тует следующие требования к выключателю:

• минимальное обслуживание в течение всего срока службы;

• стойкость к внешним воздействиям, в том чис-ле климатическим, механическим, электромагнит-ным, воздействию солнечного излучения и т. д.;

• выполнение не менее 2-х циклов АПВ;• приемлемые массо-габаритные показатели для

снижения транспортных расходов на расходов на монтаж;

• встроенные ТТ должны обеспечивать требуе-мую точность измерения в диапазонах первичных токов от 5–10 Ам до нескольких килоампер, так как значения трехфазных токов КЗ могут менять-ся в зависимости от направления питания.

Наличие первой категории электроприемников и большая протяженность ВЛ также диктует осо-бые требования к микропроцессорным устрой-ствам пунктов секционирования:

• наличие двух групп уставок токовых защит;• наличие функции автоматической смены групп

уставок при изменении конфигурации сети;• наличие функции АВР;• наличие функции «блокировка от встречного

включения» (в случае, когда коммутационный ап-парат разомнут, и имеется напряжение с двух сто-рон от него, команда на включение блокируется);

• наличие функции «определение места повреж-дения;

• работа токовых защит как по времязависимым, так и по времянезависимым характеристикам;

• интеграция в систему телемеханики по сухим контактам или по интерфейсу связи;

• обеспечение селективной работы токовых защит.Реализация автоматического выделения по-

врежденного участка ВЛ 10 кВ на примере про-екта «Северо-Европейский газопровод, участок КС Шексна-КС Бабаево» с применением АПС/NOVA поясняется на рис. 3.

10 кВ

0,4 кВ

АВР

БлокHбокс системы э/снаблежния

линейных потребителей

Рис. 2

0,6 км

1,2 км 18,8 км 13 км 25 км 26 км 15 км 22 км 1,3 км 1,35 км

2,3 км

3 км

АПС1 АПС2 АПС3 АПС4 АПС5 АПС6 АПС7 АПС8 АПС9

АПС10

РП КС2

0,33 км

РП КС1

КС1 КС2

Рис. 3

Т. В . П е р и н с к и й

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 078


Учитывая, что ВЛ имеет питание с двух сторон, все АПС имеют две группы уставок: нормальную и альтернативную. В качестве сетевого пункта АВР целесообразно использовать АПС5, так как он делит ВЛ примерно на 2 равные части. Осталь-ные АПС работают в режиме секционирования. В нормальном режиме АПС5 разомкнут, осталь-ные АПС замкнуты, участок КС1-АПС5 питается от РП10 кВ КС1, участок КС2-АПС5 питается от РП10 кВ КС2. Тогда для АПС1, АПС2, АПС3, АПС4 и АПС5 нормальная группа уставок токо-вой защиты будут приняты для режима «Питание всей линии от КС1», альтернативная группа уста-вок токовой защиты для режима «Питание всей линии от КС2». Для АПС6, АПС7, АПС8, АПС9 и АПС10 нормальная группа уставок будет принята для режима «Питание всей линии от КС2», аль-тернативная — для режима «Питание всей линии от КС1».

При использовании времятоковой характери-стики (далее ВТХ) с постоянным значением вре-мени (по аналогии с реле РТ-40) селективность работы токовых защит может быть обеспечена только отстройкой по времени. В этом случае для АПС, ближайших к источнику, в точках с боль-шой величиной токов КЗ времена срабатывания защит могут превышать 1 с. В связи с этим для выполнения токовых защит целесообразно при-

менять времязависимую токовую характеристику с отстройкой по току. В данном примере выбрана нормальная инверсная характеристика по МЭК 255-04.

Уставки токовых защит представлены в таблице.Вид ВТХ для режима «Питание всех линии от

РП КС1» представлен на рис. 4, для режима «Пи-тание всех линии от РП КС2» — на рис. 5.

Обязательное условие работы противоаварий-ной автоматики — выполнение автоматического переключения АПС с нормальной группы уставок на альтернативную для обеспечения селективно-сти токовых защит в послеаварийном режиме.

Сигналом для автоматического переключения группы уставок должно стать длительное отсут-ствие напряжения со стороны основного источни-ка. Выдержка времени должна быть больше, чем время АПВ, но меньше чем время АВР АПС5. Для данной линии принимаются следующие уставки:

• отсутствие напряжение — измеряемой фазное напряжение 3,5 кВ и ниже;

• выдержка времени для автоматической смены уставок — 6 с;

• выдержка времени АВР — 8 с.Алгоритм работы при отключении одного из ис-

точников (например, КС1):1) отключение выключателя на РП КС1 по сиг-

№ АПС АПС1 АПС2 АПС3 АПС4 АПС5 АПС6 АПС7 АПС8 АПС9 АПС10

I уст, А Норм. группа

170 100 60 45 35 42 55 70 100 160

I уст, А Альтерн. группа

10 15 20 25 30 29 24 20 15 10

Рис. 4

0

0,5

1

1,5

2

2,5

10 100 1000 10000

АПС1 АПС2 АПС3 АПС4


АПС9 АПС10

I, А

t, сВТХ АПС

79


налу ЗМН (во избежание «встречного» включе-ния);

2) автоматическое переключение группы уста-вок на АПС1, АПС2, АПС3, АПС4, АПС5 с нор-мальной на альтернативную;

3) включение АПС5 АВР;4) питание всей линии от КС2.Алгоритм работы при устойчивом межфазном

КЗ на участке между АПС2 и АПС3 (см. рис. 3):а) отключение АПС2;б) смена уставок на АПС3, АПС4, АПС5;в) включение АПС5 АВР;г) отключение АПС3;д) результат — выделение поврежденного участка.

Для повышения эффективности эксплуата-ции, т. е. улучшение ведения режимов, ускорение ликвидации нарушений и аварий, повышение на-дежности работы вдольтрассовой ВЛ и снижение численности эксплуатационного персонала сек-ционирующие пункты должны быть интегриро-ваны в систему автоматизации и телемеханизации линейной части магистральных газо- и нефтепро-водов и иметь возможность телеуправления, теле-сигнализации и телеизмерения.

В части телеуправления должно быть обеспечено:• включение/отключение выключателя;• ввод/вывод АВР;• ввод/вывод автоматической смены групп уставок;• ввод/вывод АПВ;• ввод необходимой группы уставок.На диспетчерских пункт должна выдаваться

следующая информация:

- в части телесигнализации:• положение выключателя;• срабатывание токовых защит;• состояние (введено/выведено) и готов-

ность АВР;• состояние АПВ;• текущая группа уставок;• наличие напряжения на ВЛ со стороны

основного и резервного источника;• внутренняя неисправность;• отсутствие оперативного питания.

- в части телеизмерения:• значения токов и напряжений;• расстояние до места повреждения.

Телемеханизация секционирующих пунктов мо-жет быть обеспечена с использованием волоконно-оптических линий связи или радиоканала на вы-деленной частоте. В качестве резервной связи возможно применением GSM-канала.

Необходимым условием работоспособности электрооборудования линейный потребителей также является обеспечение качества электро-энергии по ГОСТ 13109. Одним из основных требований данного ГОСТ является обеспечение нормально допустимого и предельно допустимого значения установившегося отклонения напряже-ния соответственно ±5 и ±10%.

Учитывая значительную протяженность ВЛ, при определенных режимах работы, например при пи-тании всей ВЛ 10 кВ только от одного источника, в конце линии отклонение напряжения может пре-вышать допустимые 10%. Данный вопрос особен-но актуален для магистральных нефтепроводов,

Рис. 5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

10 100 1000 10000I, А

t, с



АПС2 АПС1

ВТХ АПС

Т. В . П е р и н с к и й

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 080


• уставка по напряжению;• выдержка времени;• диапазон чувствительности.Уставка по напряжению — значение напряже-

ния, которое ПАРН должен автоматически под-держивать.

Выдержка времени — время реакции шкафа управления на изменение напряжения в линии. Диапазон значений от 5 до 180 с.

Диапазон чувствительности — интервал значе-ний измеряемого напряжения, при выходе за ко-торый шкаф управления через выдержку времени подает команду на переключение.

Алгоритм работы демонстрируется на рис. 6.

В примере выбраны следующие параметры на-стройки шкафа управления:

• уставка по напряжению — 10 кВ;• выдержка времени — 30 с;• диапазон чувствительности — 200 В (±100 В).Изменения напряжения на ВЛ 10 кВ могут быть

вызваны не только изменением нагрузки, но и другими процессами, в том числе коммутациями, замыканиями на землю, грозовыми перенапряже-ниями, режимами работ ВЛ 35 и 110 кВ. ПАРН будет реагировать на изменения длительностью, определяемой уставкой выдержки времени. Это позволяет оптимально использовать коммутаци-онный ресурс переключателя.

Выбор места установки ПАРН производится на основании расчетов падения напряжения на ВЛ. Для вдольтрассовой ВЛ, имеющей питание с двух сторон, выбор места установки ПАРН следует про-изводить для двух режимов питания: прямого и об-ратного. Выбор места установки должен быть опти-мальным для всех возможных режимов работы вдольтрассовых ВЛ. Если установка ПАРН в одной точке не обеспечивает нормального уровня напря-жения, возможна установка двух или более ПАРН в каскад. При установке ПАРН в каскад выдержка времени регулирования должна быть меньше у того ПАРН, который находится ближе к источнику.

В настоящее время ПАРН эксплуатируется на нескольких участках ВЛ 10 кВ нефтепровода «Восточная Сибирь – Тихий океан».

Таким образом, задачи по обеспечению надеж-ности и качества электроснабжения линейных по-требителей магистральных газо- и нефтепроводов могут успешно решаться с применением автома-тических пунктов секционирования и регулято-ров напряжения.

где линейными потребителями являются электро-двигатели магистральных задвижек. В настоящее время в Российской Федерации для регулиро-вания напряжения на ВЛ широко используются Пункты автоматического регулирования (ПАРН) с вольтодобавочными трансформаторами.

ПАРН состоит из:• вольтодобавочных трансформаторов (далее

ВДТ), в составе ПАРН может быть два или три ВДТ;

• низковольтных шкафов контроля и управле-ния на базе микропроцессорных устройств;

• ограничителей перенапряжений нелинейных (ОПН);

• разъединителей;• монтажного комплекта для установки элемен-

тов ПАРН на опорах ЛЭП.ПАРН автоматически регулирует напряжение,

обеспечивая его нормальный уровень по всей дли-не ЛЭП.

Особенности вдольтрассовых ВЛ 10 кВ диктует следующие требования к ПАРН:

• работа в автоматическом режиме;• минимальное обслуживание в течение всего

срока эксплуатации;• высокий коммутационный и механический ре-

сурс переключателя;• возможность работы при прямом и обратном

направлениях мощности с различными уставками по регулированию напряжения с автоматическим переключением с одного режима на другой;

• самодиагностика с определением остаточного ресурса;

• возможность размещения в утепленном блок-контейнере для территорий с холодных климатом.

При настройке шкафов управления ПАРН вво-дятся три основных параметра для прямого и об-ратного направления мощности:

10,8U, кВ

t, с

10,6

Диапазон чувствительности — 200 В (±100 В)

30 с — выдержка времени

10,4

10,2

9,8

9,6

9,4

9,2

10

Рис. 6

81


ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ КОНЦЕРНА BASFДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА ФУНДАМЕНТОВ И ОПОР ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ НА СТАДИЯХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, МОНТАЖА И ЭКСПЛУАТАЦИИ

М.В. Закржевский, М.В. Ледина, ООО «БАСФ Строительные системы»

В России специальные продукты строитель-ной химии применяются сравнительно недавно. Большинство организаций, работающих в строи-тельной отрасли, применяют традиционные мате-риалы, давно не отвечающие современным усло-виям и требованиям. Вопроса о требованиях к современным ремонтным материалам хотелось бы коснуться отдельно. В настоящее время вся нор-мативная база в данной области ориентирована на лабораторные испытания традиционных материа-лов на цементной основе. Производители новых материалов произвольно модифицируют давно существующие традиционные методики, получая при этом нереальные результаты, которые впо-следствии не подтверждаются на практике. Свой-ства подобных материалов не подлежат сравнению из-за отсутствия сопоставимых критериев. Все это создает неразбериху и дополнительные проблемы для потребителей.

Компания «БАСФ Строительные системы» по-шла в данном вопросе по несколько иному пути. Все выпускаемые материалы проверяются в заводской лаборатории как по отечественным методикам, так и на соответствие требованиям европейского стан-дарта EN 1504 «Материалы и системы для ремон-та и защиты бетонных конструкций». При этом коренное отличие данных подходов заключается в следующем: если традиционные методы лабо-раторных испытаний направлены на определение физико-механических характеристик самого мате-риала, то в стандарте EN 1504 впервые прописаны требования к композитной системе, состоящей из ремонтного материала, ремонтируемой поверхно-сти и контактного слоя. Основным нормируемым показателем прочности данной системы является

сохранение адгезии. Впервые в реальных условиях ремонта бетона можно сравнить технические харак-теристики материала, поскольку данный стандарт не только устанавливает минимальные требования к рабочим характеристикам, но определяет и стан-дартизирует методы испытаний.

Европейский стандарт EN 1504 «Материалы и системы для ремонта и защиты бетонных кон-струкций» предназначен для всех, кто связан с ре-монтом бетона. Данный стандарт представляет со-бой систему требований, методов и подходов для решения всевозможных задач по ремонту, защите, усилению и восстановлению бетонных конструк-ций и сооружений. В нем впервые рассматривают-ся все аспекты ремонта и защиты, включая:

• определения и правила ремонта;• необходимость правильной диагностики при-

чин повреждения, выполняемой до определения метода ремонта;

• детальное понимание потребностей клиента;• требования к техническим характеристикам и

методам испытаний;• контроль заводского производства и оценку

соответствия;• контроль на строительной площадке.В основной части стандарта приводятся базо-

вые правила, которые должны применяться при необходимости защиты или ремонта бетонных наземных, подземных, надводных или подводных сооружений. Встречающиеся на практике дефек-ты бетонных конструкций подразделяются на две группы: повреждения бетона (механические, хи-мические, физические) и повреждения из-за воз-действия арматуры (карбонизация, воздействие хлоридов, блуждающие токи).

М . В . З а к р ж е в с к и й , М . В . Л е д и н а

УДК 691.33

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 082


Европейский стандарт определяет 4 класса ре-монтных смесей — R4, R3, R2, R1. Эти классы затем подразделяются на конструкционный и не-конструкционный ремонт, то есть такие способы применения, где в проекте должна рассматривать-ся передача нагрузки или, наоборот, только вос-становление защитной функции бетона.

Часть 2 стандарта называется «Системы защиты поверхности бетона». В ней системы защиты поверх-ности в зависимости от механизма действия и обла-сти применения подразделяются на три группы.

1. Гидрофобизация

• обработка бетона эмульсиями и растворами для получения водонепроницаемой поверхности;

• поры и капилляры покрываются гидрофобным слоем изнутри, но не заполняются;

• на поверхности бетона отсутствует пленка;• вид бетона не изменяется или имеются неболь-

шие изменения;• защита от атмосферных воздействий.

2. Пропитка

• обработка бетона для упрочнения и уплотне-ния поверхностного слоя;

• поры и капилляры частично или полностью заполняются;

• после обработка образуется прерывистая тон-кая пленка на поверхности;

• связующими растворами могут быть, напри-мер, органические полимеры.

3. Покрытие

• обработка для получения сплошного защитно-го слоя на поверхности бетона;

Характеристики ремонтных материалов на цементной основе при конструкционном и неконструкционном ремонтеРабочие характеристики Метод

испытанияТребования

Конструкционный Неконструкционный

Класс R4 Класс R3 Класс R2 Класс R1

Прочность на сжатие EN 12190 ≥ 45 МПа ≥ 25 МПа ≥ 15 МПа ≥ 10 МПа

Содержание ионов хлорида EN 1015-17 ≤ 0,05% ≤ 0,05%

Адгезионное сцепление EN 1542 ≥ 2 МПа ≥ 1,5 МПа ≥ 0,8 МПа

Ограниченное сжатие/расширение EN 12617-4 Адгезия Нет требований

≥ 2 МПа ≥ 1,5 МПа ≥ 0,8 МПа

Стойкость к карбонизации EN 13295 dk ≤ контрольного бетона Нет требований

Совместимость тепловых свойств замерзание/оттаивание

EN 12617-4 Сила сцепления после 50 циклов Визуальный контроль

≥ 2 МПа ≥ 1,5 МПа ≥ 0,8 МПа

Стойкость после удара «грозового дождя» EN 12617-4 Сила сцепления после 30 циклов Визуальный контроль

≥ 2 МПа ≥ 1,5 МПа ≥ 0,8 МПа

Совместимость тепловых свойств/циклы работы в сухом состоянии

EN 12617-4 Сила сцепления после 30 циклов Визуальный контроль

≥ 2 МПа ≥ 1,5 МПа ≥ 0,8 МПа

Модуль упругости EN 13412 ≥ 20 ГПа ≥ 15 ГПа Нет требований

Стойкость к скольжению EN 13036-4 Класс I: > 40 ед. измерения при испытании в мокром состоянииКласс II: > 40 ед. измерения при испытании в сухом состоянииКласс III: > 55 ед. измерения при испытании в мокром состоянии

Класс I: > 40 ед. измерения при испытании в мокром состоянииКласс II: > 40 ед. измерения при испытании в сухом состоянииКласс II: > 40 ед. измерения при испытании в сухом состоянии

Капиллярная абсорбция EN 13057 ≤ 0,5 кг/м2.ч0,5 ≤ 0,5 кг/м2.ч0,5 Нет требований

83


• толщина слоя обычно составляет от 0,1 до 5,0 мм;• связующими растворами могут быть, напри-

мер, органические полимеры, органические по-лимеры с цементом в качестве заполнителя или с гидравлическим цементом, модифицированным дисперсией полимеров.

Вообще выбор материала для ремонта, защиты или гидроизоляции является сложным процессом, зависящим от множества различных факторов. В первую очередь следует определить причины и степень разрушения, то есть насколько данный дефект влияет на несущую способность конструк-ции. Само по себе это уже определяет выбор ма-териала для конструкционного или неконструк-ционного ремонта. При этом важна точная оценка условий работы ремонтируемой конструкции, то есть насколько ремонтный материал должен быть, например, сульфатостойким, морозостойким или устойчивым к истиранию. Но основным критери-ем выбора материала должна быть его совмести-мость с ремонтируемой поверхностью.

Совместимостью называется соответствие фи-зических, химических и электрохимических ха-рактеристик ремонтной и существующей систем. Это соответствие является обязательным, если ре-монтная система должна выдерживать все усилия и напряжения, вызываемые полной нагрузкой, и при этом не терять своих свойств и не разрушать-ся в конкретных условиях окружающей среды и в течение определенного временного промежутка. Под ремонтной системой, в данном случае, под-разумевается композитная система, состоящая из ремонтного материала, контактного слоя и ремон-тируемого бетона. Однако для хорошей работы данной системы требуется максимальное соответ-ствие физико-механических и прочих характери-стик ремонтного материала подобным характери-стикам ремонтируемого бетона.

Речь идет о том, что материалы, различные по химическому составу, имеют разный модуль упру-гости, коэффициент температурного расширения и т. д. Следовательно, в одних и тех же условиях они будут работать по-разному. Из-за этих разли-чий обычно и происходит разрушение композит-ной системы по контактному слою. Таким обра-зом, можно сделать вывод о том, что для ремонта цементобетонных конструкций наиболее пригод-ны материалы на цементной основе, как наиболее схожие по характеристикам.

Материалы серии EMACO® производства ООО «БАСФ Строительные системы» давно приме-няются для ремонта различных сооружений во

многих отраслях промышленности и транспорта. В области энергетики материалы серии EMACO® широко применяются для ремонта дымовых труб, градирен, опор и фундаментов ЛЭП. Новое по-коление данных материалов — линия EMACO® Fast, обладающая сверхбыстрым набором проч-ности и твердеющая при отрицательных темпе-ратурах (до –20 °С) без дополнительного про-грева, позволяет осуществлять быстрый ремонт и аварийно-восстановительные работы практиче-ски в любое время года.

Одна из последних разработок концерна БАСФ — материалы серии EMACO® NanoCrete, разрабо-танные с применением нанотехнологий. Эти уни-кальные материалы позволяют наносить слои от 3 мм до 80–100 мм как на горизонтальных, так и на вертикальных и потолочных поверхностях, что очень актуально для ремонта опор ЛЭП.

Еще одно из направлений — химические добав-ки для сборного и монолитного бетона. Комплекс добавок GLENIUM® ACE — новое поколение суперпластификаторов на основе поликарбок-силатного эфира для производства железобе-тонных конструкций и изделий. Система ACE (Admixture Controlled Energy) представляет со-бой систему оптимизации контроля энергии, управляемую добавками. Добавки GLENIUM® ACE рекомендуются для приготовления высоко-подвижных бетонных смесей, предназначенных для производства железобетонных конструкций и изделий на заводах сборного железобетона, при производстве самоуплотняющегося бетона при наличии густого армирования, для безвибраци-онного формования изделий.

Химическая добавка GLENIUM® Stream пред-ставляет собой водный раствор синтетических полимеров, который регулирует вязкость бе-тонной смеси и предотвращает водоотделение в само-уплотняющемся бетоне.

Здесь приведена только небольшая часть номен-клатуры продукции производства ООО «БАСФ Строительные системы», но она дает представле-ние о том, что данные материалы позволяют обе-спечить высокое качество как на стадии произ-водства отдельных конструкций на заводах ЖБИ (добавки в товарный бетон), так и на стадии экс-плуатации, когда при производстве ремонтных ра-бот осуществляется также защита арматуры, а так-же защита и гидроизоляция поверхности бетона. Все эти мероприятия позволяют не только повы-сить качество ремонта, но значительно увеличить долговечность отремонтированных конструкций.

М . В . З а к р ж е в с к и й , М . В . Л е д и н а

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 084


Краткий обзорЭтот документ описывает факторы, влияющие

на внешний вид и конструкцию двух ВЛ 420 кВ, Fljótsdalslína 3 и 4, расположенных в зонах схож-дения лавин в восточной части Исландии. Он представлен описанием нагрузок снежной лавины, конструктивных решений и методиками сборки и установки опор. Приводится итог по 83 опорам, находящимся в зоне, подверженной сходу лавин и повышенным требованиям по эксплуатацион-ной надежности, предъявляемым к двум линиям электропередачи, поскольку линии обеспечивают электроснабжение алюминиеплавильного завода.

1. ВведениеLandsnet закончил конструирование двух одно-

цепных ВЛ 420 кВ Fljótsdalslína 3 и 4 (FL3 и FL4) в конце 2006 г. Линии эксплуатируют под напря-жением 245 кВ в течение первого года. ВЛ отходят от подстанции Fljοtsdalur, расположенной около гидроэлектростанция Fljótsdalsstöð, и заканчива-ются на Alcoa Fjarðarál, алюминиеплавильном за-воде в Reyðarfjörður. Общая длина линий 102 км, в том числе FL3 — 49 км и FL4 — 53 км. Линии рас-положены на высоте 20–620 м над уровнем моря и проходят параллельно на расстоянии 60 м друг от друга примерно на 80% трассы (рис. 1). Они про-ходят через зоны высоких механических нагрузок, где подвергаются риску сильного гололедообразо-вания, налипания мокрого снега, сильным ветро-вым нагрузкам, сходу снежных лавин, наводне-ний, частой пляске проводов и т. д. Требования по эксплуатационной надежности, предъявляемые к Fljótsdalslínur 3 и 4 значительно повысились, так как это единственные линии, снабжающие алюми-ниеплавильный завод Reyðarfjörður.

Линии спроектированы на 326 опорах, 83 из ко-торых находятся в зоне, подверженной сходу ла-вин. Из 83-х опор 44 параллельны. Расщепленные фазы ВЛ выполнены по большей части из сдвоен-ных проводов 865-AL3/44-ST4 (диаметр — 39 мм, расчетная сила — 312 кН). В участках с сильным гололедообразованием по соображениям безопас-ности FL3 заменены на симплексные проводники 1288-AL3/183-ST4A (диаметр — 49,9 мм, расчет-ная сила — 604 кН). Грозозащитные тросы рас-положены только вблизи подстанции и только 4 опоры, разработанные для зон схождения лавин, оснащены грозовыми тросами.

2. Нагрузки снежной лавиныОпасность обрушения снежной лавины на участ-

ках прохождения ЛЭП была тщательно изучена специалистами путем исследования территории,

ОПОРЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ЗОНАХ СХОЖДЕНИЯ ЛАВИН, ДЛЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ 420 КВ В ИСЛАНДИИ

Рагнар Йонссон (Linuhönnun Consulting Engineers, Suðurlandsbraut 4a, IS-108 Reykjavík, ICELAND),

Эгилл Торстейн (Linuhönnun Consulting Engineers, Suðurlandsbraut 4a, IS-108 Reykjavík, ICELAND)

Ирина Иваницкая (Addison Engineering St.Petersburg (www.addison-engineering.net))

Рис. 1

УДК 621.315.1

85


• толщина ядра 2–3 м;• верхняя граница ядра (соответствующая снеж-

ному покрову предыдущей лавины) 5–8,5 м;• плотность на границе между сальтационным

слоем и снежным облаком 15 кг/м3;• плотность сальтационного слоя 0,10 с · V;• конечное давление на вершине снежного об-

лака 150 Пa;• толщина снежного облака 15–35 м;• коэффициент единичного усилия Cf = 1,5 для

опор круглого и эллиптического сечения внутри ядра и сальтационного слоя, Cf = 1,2 внутри снеж-ного облака.

Помимо давления лавины допускается, что опо-ры могут подвергаться воздействию камней и участков породы, переносимых хвостом лавины. Средний диаметр обломков камней принят 50 см и за их скорость принимается величина, равная 80% от установленной скорости лавины.

Требования по безопасности были установлены для того, чтобы сократить потенциальные каскад-ные аварии. Продольная нагрузка всех фаз проме-жуточных опор была принята равной каждоднев-ной (обычной) нагрузке на расщепленную фазу, составляющей 111–136 кН для каждой фазы, без учета других нагрузок на опору.

3. Разработка опор, расположенных в зонах схождения лавин

В Исландии только несколько опор ВЛ 33–132 кВ расположены в зонах схождения лавин, поскольку ВЛ 245 и 420 кВ не используются в таких регионах на рис. 3 и 4 показаны примеры простых мер защи-ты: формирование груды камней с плугообразной деревянной структурой внутри и более поздняя версия опорной стойки со стальным клином (плу-гом).

анализа метеорологических данных и историче-ских сведений о схождении лавин в данном регио-не, моделирования снежного сдвига и расчета ко-нечных расстояний и скорости схождения лавины (Jónsson и др. (2005), Margreth и Ammann (2004)). Опасность и нагрузки снежной лавины были рас-считаны для каждой отдельной опоры.

Базовое усилие на заданной высоте под влия-нием препятствия, вызванного снежной лавиной, может быть выражено следующим выражением:

F = p · Cf · A = (0,5 · ρ · V2) · Cf · A,

где Cf — коэффициент единичного усилия; p — динамическое давление; A — проекция площа-ди препятствия, перпендикулярная направлению воздействия лавины; ρ — плотность; V — скорость схождения лавины.

Нагрузка от снежной лавины разделяется услов-но на три слоя; плотная сердцевина лавины, сальта-ционный слой и снежное облако. Сальтационный слой является промежуточным между довольно плотным по текучести ядром лавины и турбу-лентным снежным облаком; физически является переходным слоем. Крутящиеся части верха ядра лавины могут, таким образом, быть найдены внизу сальтационного слоя, поскольку менее сплоченные части лавины собираются вверху, образуя снежное облако. Плотность и скорость снежного потока яв-ляются двумя величинами, которые увеличивают давление лавины. Задаваясь определенной скоро-стью определенных точек снежной лавины во всех слоях, давление лавины становится функцией от плотности. Таким образом, высшее значение дав-ления связано с плотностью сердцевины лавины и впоследствии понижается с увеличением вы-сотной отметки. После расчета снежных слоев и предыдущих лавин наивысшая отметка границы ядра лавины простирается на высоту 5–8,5 м над уровнем земли показывает расположение опор на границе давления ядра лавины, за исключением фактора формы показано на рис. 2. Соответствую-щие скорости распространения лавины колеблют-ся в пределах 5–49 м/с для опор FL3 и FL4.

Следующие параметры были заданны для каж-дой опоры: толщина существующего снежного покрова от предыдущих лавин, толщина ядра ла-вины, толщина снежного облака, скорость схож-дения и направление лавины. Те же параметры даны для каждого пролета между опорами. Ниже приведены некоторые основные значения, опреде-ляющие нагрузку лавины:

• скорость лавины (V) 5–49 м/с;• плотность ядра (ρ) 300 кг/м3;

Рис. 2

Р. Й о н с с о н , Э . То р с т е й н , И . И в а н и ц к а я

в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 086


Был произведен расчет надежности и экономи-ческой эффективности конструкций, противосто-ящих нагрузкам снежной лавины и были выделе-ны три основные типа:

1. Решетчатая опора, защищенная специальной наклонной плуговидной или клиновидной кон-струкцией.

2. Решетчатая опора, построенная на бетонных колоннах/стенах, которые разработаны для со-противления лавинным нагрузкам и перенаправ-ления потока насколько это возможно.

3. Опора трубчатого сечения, разработанная для сопротивления лавинным нагрузкам.

Решения на опорах с оттяжками не предлагают-ся ввиду уязвимости оттяжек, подверженных воз-действию лавин. На рис. 5–9 показывают приме-ры опор, используемых в других странах в зонах, подверженных воздействию лавин.

Исследование показало, что единичный трубча-тый стальной ствол будет лучшей альтернативой в толчковой зоне ядра лавины. Факторы, влияющие на это решение:

Рис. 5

Рис. 6

Рис. 8Рис. 7

Рис. 4

Рис. 3

87


• высокая стоимость фундаментов, так как это важно для уменьшения нагрузок на фундамент, особенно опрокидывающего момента;

• все элементы, расположенные внутри зоны воздействия ядра лавины, должны быть компакт-ными и способными выдерживать высокие мест-ные сжимающие нагрузки;

• разнонаправленность обрушения снежных ла-вин. Многие опоры могут быть подвержены лави-нам, сходящим с противолежащих склонов и до-лин, в дополнение к направленным изменениям в потоке с основного склона;

• более экономично строить прочные опоры, чем усиливать их с помощью дополнительных наклон-ных конструкций (типа «плуг» или «клин»);

• внешний вид опор ВЛ имеет большое значе-ние. Опоры с трубчатыми стволами имеют отно-сительно законченный красивый внешний вид;

• относительная простота принятой конструк-ции при переменных нагрузках снежной лавины между опорами.

Из конструктивных схем, исследованных в тече-ние тендерного проекта, была выбрана Y-образная, трубчатая опора, так как она позволяет миними-зировать площадь, подвергаемую воздействию лавинных нагрузок, и благодаря этому уменьшает опрокидывающий момент (рис. 10). Это влияет на сохранение целостности как опор, так и фунда-ментов. Итоговое экономическое сравнение также указывает на экономические преимущества в при-менении бетонного колонного фундамента, закан-чивающегося на уровне земли, что противостоит

выталкиванию фундамента даже выше ожидаемой зоны воздействия ядра лавины. В качестве значи-мых факторов здесь выступали относительная скорость и простота сооружения с использовани-ем трубчатых стальных секций ствола опоры в от-личие, от использования бетона.

Местоположение опор было тщательно выбрано для минимизации лавинных нагрузок. В дальней-шем это помогло разместить опоры двух линий, расположенных параллельно друг другу, и избе-жать их смещения вдоль оси линии. Поэтому было важно поддерживать достаточное расстояние между параллельными линиями таким образом, чтобы при разрушении опоры на одной линии не страдала бы соседняя опора другой линии. Кроме необходимости соблюдать требуемые габариты подвески провода, высота опор была определена такой, что средняя высота подвески провода рас-полагалась бы выше сальтационного слоя.

ВЛ в зонах действия лавин время от времени разрабатываются с анкерными опорами (т. е. без промежуточных опор), чтобы минимизировать разрушение соседних опор при аварии на одной из них (рассмотренно Андерсеном и Шауером). Следует отметить, что это приводит к частичному увеличению эксплуатационной надежности ли-нии передачи. Главная же цель состоит в сокраще-нии каскадных аварий, но не может гарантировать непрерывность эксплуатационных функциональ-ных возможностей ЛЭП. Стоимость, связанная со строительством лавинных анкерных опор, как по-лагали, перевешивала ограниченное увеличение эксплуатационной надежности.

h

0,0 м

Сальтационный слой лавины

Тело лавины

Рыхлый снежный слойПрессованный снежный слой

Снежное облако

pa = 0

ps = 0

p = 0

p3

p

p2

p1

h3

ψ3

h2

h1

ha

hs

ψ2

Рис. 10Рис. 9


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 088


4. Описание лавинных опор для FL3 и FL44.1. Трубчатая Y-образная опораБыло построено 83 Y-образные опоры и из них

81 предназначена для противостояния лавинным нагрузкам. В том числе 70 опор были промежу-точными и 13 опор анкерного типа. Эти опоры были разработаны и применены в Митасе, Тур-ция. Трубчатые стойки опоры были произведены методом холодного гнутья и сварки стальных пла-стин. Стандартное 12-гранное поперечное сечение было использовано для всех опор, кроме 11 про-межуточных опор с самыми высокими лавинны-ми нагрузками, для которых полуэллиптическое многогранное поперечное сечение использовалось до Y-образных соединений. Цель этого состояла в том, чтобы увеличить предельный изгибающий момент, не увеличивая площадь участков, под-вергаемых лавинным нагрузкам. Все опоры были оптимизированы с учетом нагрузок и усилий раз-ных режимов.

Все стержневые соединения являются болтовы-ми и фланцевыми (рис. 11). Практические ограни-чения ширин, длин и масс были приняты в про-цессе разработки проекта исходя из технологии производства и транспортировки. Защита опор от коррозии производилась методом горячего цин-кования погружением. Наиболее избирательного подхода требует гальваническая обработка секций стволов опор либо потому, что их габариты пре-вышают размеры ванн, используемых в процессе гальванизации, либо из-за сложностей с их загруз-кой. Эти большие секции или частично оцинко-вывают, используя металлизацию и окраску для деталей с двухсторонней системой фланцев, или полностью металлизируют и окрашивают. Все опоры оборудованы лестницами, включая плат-формы для отдыха и страховочные оттяжки. Смо-тровое отверстие устраивается близко к основа-нию каждой опоры, чтобы обеспечить визуальный осмотр внутренней части основания.

На рис. 12 приведены основные размеры 40-метровой промежуточной опоры.

Основные параметры Y-образных опор поред-ставлены в табл. 1. Два типа натяжных гирлянд изоляторов, используемых в области действия лавин; 1×300 кН и 2×210 кН. Ряды гирлянд изо-ляторов состоят из трех или четырех рядов с проч-ностью на разрыв 3×400 кН или 4×400 кН.

4.2. Концевая опора в FljótsdalurДве концевые опоры на подстанции в Fljótsdalur

были разработаны для зон схождения лавин. Они были также разработаны со специальным акцен-том на внешнем виде с привлечением архитекто-

13250

13250

∅1300

∅1533

∅1649

∅1808

16

00

04

00

00

11

00

05

50

07

50

0

13250

Рис. 11

Рис. 12

89


ров. Дизайн деталей и продукции был выполнен Птижан (Petit Jean), Франция. Концевые опо-ры выполнены методом холодного гнутья в виде многогранной трубчатой стальной опоры, полуэл-липтического сечения с болтовыми фланцевыми соединениями, подобными другим лавинным опо-рам для FL3 и FL4. Одна из концевых опор изо-бражена на рис. 13.

Таблица 1

Тип опоры Промежуточные опоры Анкерно-угловые опоры

Количество шт. 70 13

Средняя высота м 32 22,2

Высота цепи (подвески) м 24–40 22–24

Вес опоры т 27–54 55–65

Угол линии º 0 8–71

Основание Марка листовой стали — S355NL S355NL

Размеры основания м 1,4–1,8 2,1–2,65

Толщина стали мм 15–20 20

Материал фланцевых болтов — Grade 8,8 Grade 8,8

Кол-во фланцевых болтов шт. 24 24

Размер фланцевых болтов — M45–M60 M64–M58

Соединение с фундаментом Материал анкерных болтов — S355J2G3 S355J2G3

Кол-во анкерных болтов шт. 24–52 38–52

Размер анкерных болтов — M64 M64

Нагрузка на основание Макс. опрокидывающий момент МН·м 8–31,3 20–34,5

Макс. сдвигающая сила на основ. МН 3–4,1 1–3,4

4.3. ФундаментыВсе фундаменты для лавинных опор выполня-

ются из монолитного бетона с анкерными болта-ми/стержнями M64, 28–52 шт. в зависимости от типа и размера опоры. Скальные болтовые фунда-менты зачастую используются в условиях, когда заглубление в скалу находится в пределах 4 м, в противном случае используется бетонная поду-шка (рис. 14). Объем бетона, используемого при устройстве фундаментов, колеблется в пределах от 45 до 315 м3, со средним значением в 124 м3. Вершина фундамента отливается со специальной бетонной «втулкой», расположенной выше уров-ня плоскости базы опоры внутри секции основа-ния. Цель состоит в том, чтобы передать горизон-тальные усилия сдвига непосредственно от опоры фундаменту через «втулку» вместо передачи уси-лий через анкерные болты. Чтобы получить не-подвижную посадку после монтажа опоры, рассто-яние между бетонным фундаментом и основанием

Рис. 14Рис. 13


в о з д у ш н ы е л и н и и 1 / 2 0 1 090


опоры должно быть заполнено жидким раствором (см. рис. 15).

5. Сборка и установкаСборка и установка всех опор для FL3 и

FL4, включая лавинные опоры, производилась Dalekovod (Хорватия) и Elektrovod (Словакия) совместно. Относительно большие габариты сек-ций лавинной опоры требовали использования подъемных кранов большой грузоподъёмности. Достаточный доступ для подъемных кранов был обеспечен в течение фазы подготовки строитель-ной площадки сооружением подъездных путей и прямоугольных площадок под опоры, приблизи-тельно 12×12 м. Используя подъемные краны, от-дельные секции ствола опоры устанавливались и собирались на анкерных болтах. Более легкие сек-ции заранее монтировались на земле и затем под-нимают на место как показано на рисунках ниже.

6. ВыводыИз-за характера и суровости нагрузок лавины на

FL3 и FL4 габариты всех структурных элементов, включая опоры и фундаменты, могут сильно отли-чаться от нормы по сравнению с традиционными конструкциями линий электропередачи. Это дает множество практических ограничений в процессе конструирования, включая выбор материалов, из-готовление деталей и нанесение защитного покры-тия, транспортировку, сборку и монтаж. В отличие от более традиционного проекта линий электро-передачи, проект, разработанный для лавинных нагрузок такой величины, требует чрезвычайно тщательных приготовлений, включая обширный структурный и экономический анализ возможных

Отверстия для бетонирования

Дренажнаятруба

30 ‰

135°

Закладные трубы заземления

Бетонная пломба, безусадочный бетон

Трамбованный грунт

Анкерные болты

Водоотвод констр. схема

конструктивных решений для каждого из компо-нентов системы.

7. БлагодаримFljótsdalslína 3 и 4 построены Landsnet • Управ-

ление проектом Landsvirkjun • Инженеры-консультанты Línuhönnun, Afl engineering & Mott MacDonald • Консультанты по лавинам Orion, Verkfræðistofa Austurlands & NGI • Контроль FSJV • Технический проект Hönnun • Архитек-тор конечных опор Hornsteinar • Подрядчик по устройству дорог Ístak • Подрядчик по фунда-ментным работам Héraðsverk • Подрядчик по мон-тажу провода и тросов JV Dalekovod & Elektrovod • Поставщик трубчатых Y-образных опор Mitas • Подрядчик по концевым опорам PetitJean • Под-рядчик по решетчатым опорам Sa-Ra • Подрядчик по поставке провода Midal Cables • Подрядчик по поставке изоляторов Sediver • Подрядчик по вы-полнению СМР Dalekovod • Подрядчик по по-ставке грозотроса Swedwire AB.

СсылкиAnderson, B.C., and G.D. Schildt. 1991. Проект

стальных структур опор, противостоящих снеж-ной лавине. Канадская электрическая ассоциация, подраздел обслуживания Линии передачи. Май 1991, Торонто.

Jónsson, Á., S. Bakkehøi and S. Hauksson. 2008. Риск схождения лавины на ВЛ 420 кВ в Исландии. Интернациональный симпозиум по смягчающим мерам против снежных лавин, Egilsstaðir, Ислан-дия, 11−14 марта 2008.

Jónsson, Á., S. Bakkehøi, S. Hauksson. 2005. ВЛ 420 кВ Fljуtsdalslnur 3 и 4 Исследования снеж-ных лавин и оползней. Снежные лавины. Orion, Verkfræðistofa Austurlands и Norges Geotekniske Institutt (NGI).

Margreth, S., and W. Ammann. 2004. Обзор опас-ности схождения лавины для ВЛ Fljótsdalslínur 3 и 4 в Исландии. SLF Expert Report G2004.16. Davos.

Schauer, H. 1981. Эффект пылевидных лавин в проекте и поведение высоковольтных линий пере-дачи в Австрии. В слушаниях Международной Конференции по крупным системам высокого напряжения, Cigré. Стокгольм, 1981. Страницы 22–81.

Tourreil, C. 2000. Rätia Строительство новой си-стемы сверхвысокого напряжения в швейцарских Альпах. INMR. Июль/август 2000.

Рис. 15

Умный подход к решению больших задач

Строительная химия BASF

ООО «БАСФ Строительные системы» 119017, Москва, Кадашевская наб. 14, к.3. Тел.: +7 495 225-6436 Факс: +7 495 225-6417 [email protected], www.stroysist.ru

EMACO®

Ремонт бетона

MBrace® Усилениежелезобетонныхконструкций

UCRETE®

Полимерные полыв агрессивнойвнешней среде

CONIROOF®

Гидроизоляциякровли

MASTERSEAL®

Гидроизоляциябетона

MASTERFLOW®

Высокоточнаяцементацияоборудования

MASTERTOP®

Декоративные полы

MASTERTOP® Полимерныепромышленные полы

Добавкидля бетона

PCI®

Укладкакерамическойплитки

PCI®

Укладканатурального камня

MEYCO®

Подземноестроительство

ПОДПИСКАНаучно-технический журнал «Воздушные ли-

нии распространяется исключительно по подпи-ске. Цена подписки на 2011 год составляет 4000 рублей. Периодичность выхода – ежеквартально.

ОформлениеОформить подписку можно одним из несколь-

ких способов:1. Обратившись в издательство по тел.: (812)

655-08-37 или по эл. почте [email protected]. Заполнив на сайте overheadlines.ru форму он-

лайн заказа.3. Оплатив квитанцию, напечатанную на этой

странице.Оплата:Частные лицаВ любом банке переводом на счет при наличии

расчетного счета. – При оформлении заказа на сайте выберите в качестве способа оплаты «Счет на оплату»

В Сбербанке по квитанции, распечатанной с на-шего сайта или напечатанной на этой странице. – При оформлении он-лайн заказа выберите «Кви-танция для оплаты в Сбербанке»

Юридические лицаПри оформлении заказа выберите «Счет на

оплату».ДоставкаОчередной номер высылается по почте. Стои-

мость доставки включена в цену подписки. От-ветственность за сохранность журнала во время пересылки несет «Почта России». – Пожалуйста, вскрывайте заказ сразу после его получения.

По всем возникающим вопросам обращайтесь к менеджерам отдела продаж по тел.: (812) 655-08-37, или задайте его, направив письмо по адресу [email protected].

В Украине подписка осуществляется через ООО НПП «Идея»

Украина, 83001, г. Донецк, ул. Артема, д. 84Тел.: +38 (562) 304-20-22Эл. почта: [email protected]

3 34 54 84


ISSN 2219-5319

Идеология проектирования ВЛ в стесненных условиях

Рациональные решения сечений стоек опор ВЛ 35–750 кВ

Применение программного комплекса EnergyCS Line

Опоры, используемые в зонах схождения лавин

проектирование конструкции опор новые технологии другие вопросы

w w w. o v e r h e a d l i n e s . r u №1/2010

ВО

ЗД

УШ

НЫ

Е Л

ИН

ИИ

№ 1

/201

0

Documents

overheadlines_#01-2010