Способ установки опор линий электропередачи для различных климатических районов

Изобретение относится к строительству, в частности к способам расчета и установки на линиях электропередач длинномерных несущих конструкций типа стойки опоры линии электропередачи.

При разработке опор для воздушных линий электропередачи (ВЛ) необходимо рассчитывать их механическую прочность для использования опор в различных гололедных и ветровых районах, т.к. гололедные и ветровые районы определяют нагрузки, передаваемые на опору от проводов.

Правила ПУЭ "Устройства электроустановок", утвержденные Приказом Минэнерго России от 08.07.2002 №204 (далее - Правила …) выделяют восемь климатических районов по ветру и гололеду, от первого до особого (таблица 2.5.1. "Нормативное ветровое давление W0 на высоте 10 м над поверхностью земли" и таблица 2.5.3. "Нормативная толщина стенки гололеда bэ для высоты 10 м над поверхностью земли" из Правил …).

При расчете ВЛ и их элементов должны учитываться климатические условия - ветровое давление, толщина стенки гололеда, температура воздуха, степень агрессивного воздействия окружающей среды, интенсивность грозовой деятельности, пляска проводов и тросов, вибрация. Определение расчетных условий по ветру и гололеду производится на основании соответствующих карт климатического районирования территории РФ с уточнением при необходимости их параметров в сторону увеличения или уменьшения по региональным картам и материалам многолетних наблюдений гидрометеорологических станций и метеопостов за скоростью ветра, массой, размерами и видом гололедно-изморозевых отложений. Основой для районирования по ветровому давлению служат значения максимальных скоростей ветра с 10-минутным интервалом осреднения скоростей на высоте 10 м с повторяемостью 1 раз в 25 лет. Районирование по гололеду производится по максимальной толщине стенки отложения гололеда цилиндрической формы при плотности 0,9 г/см³ на проводе диаметром 10 мм, расположенном на высоте 10 м над поверхностью земли, повторяемостью 1 раз в 25 лет.

Таким образом, для каждого климатического района разработаны требования к конструктивным параметрам ВЛ, так как невозможно создать одну универсальную опору, которая могла бы эксплуатироваться во всех климатических районах (см. Правила … "Раздел 2. Канализация электроэнергии", Глава 2.4. Воздушные линии электропередачи напряжением до 1 кВ), так как нагрузки, передающиеся на опору, возрастают с увеличением номера района, и, в итоге, если создать опору на нагрузки максимального района, она будет недоиспользована по своей механической прочности в районах с меньшими нагрузками. Такое недоиспользование приводит к необоснованному удорожанию строительства ВЛ в районах с меньшими нагрузками, т.к. в этих районах опора будет иметь избыточную массу и, следовательно, завышенную стоимость. Завышенная масса опор также вызывает завышенные расходы на ее монтаж. Возможно разработать для каждого района свою собственную опору, но это вызовет резкий рост номенклатуры продукции у заводов-изготовителей, комплектовщиков и проектировщиков, что также скажется на стоимости ВЛ (см. ОАО «Федеральная сетевая компания единой энергетической системы». Стандарт организации "Нормы технологического проектирования воздушных линий электропередачи напряжением 35-750 кВ" СО 153-34.20.121-2006, утвержден Приказом ОАО «ФСК ЕЭС» от 16.06.06 №187).

В настоящее время эта проблема решается следующим образом: большинство производителей опор создает опоры для нескольких соседних климатических районов, например один тип опор применяется для I-IV районов, а другой для V-VII районов. Причем механика опоры при таком подходе рассчитывается оптимальной на какой-то средний район, например, для первого случая на III, а для второго на VI (ОАО "НТЦ электроэнергетики" "Пособие по проектированию воздушных линий электропередачи напряжением 0,38-20 кВ с самонесущими изолированными и защищенными проводами", книга 4 "Система защищенных проводов напряжением 6-20 кВ", том 4 "Одноцепные железобетонные опоры ВЛЗ 10 кВ для IV-VII климатических районов", Санкт-Петербург, 2011, стр. 20, 21, часть V, "Конструкции одноцепных железобетонных опор по проекту шифр 29.0008" стр. 68-75) (далее - Пособие …) (принято в качестве прототипа).

При таком подходе для района, на который опора рассчитана, она является оптимальной, для районов ниже расчетного она перетяжелена, а для районов выше расчетного с целью снижения нагрузок на опору следует уменьшать пролеты между опорами, что опять приводит к удорожанию строительства ВЛ (см. Пособие … часть IV "Расчетные пролеты для опор ВЛЗ 10 кВ по ПУЭ 7 издания", стр. 63-66).

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности использования прочностных качеств однотипных опор для ВЛ в разных климатических районах за счет выравнивания нагрузки на опору в каждом климатическом районе путем регулирования высоты опор и расстояния между ними.

Высота подставки, в свою очередь, рассчитывается таким образом, чтобы в районах с меньшим ветром и гололедом на опору создавались оптимальные для нее нагрузки за счет увеличения пролетов между опорами. При таком подходе решается задача недоиспользования механической прочности опоры: в каждом районе опора используется оптимально, т.е. не имеет избыточной массы и избыточной стоимости, а также не приводит к вынужденному снижению пролетов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе установки линий электропередачи для различных климатических районов, заключающемся в том, что климатические районы, отличающиеся друг от друга по параметрам ветрового давления и толщине стенки гололеда и выстроенные в порядке возрастания этих параметров, разбивают по крайней мере на две группы, в каждой из которых содержится по крайней мере два отличных друг от друга по указанным параметрам климатических района, и для линий электропередачи в одной группе климатических районов используют устанавливаемую на фундамент опору, конструкция которой отлична от устанавливаемой на фундамент опоры для линии электропередач в другой группе климатических районов, для каждой группы климатических районов используют один тип опоры, механические показатели которой соответствуют условиям работы в последнем в группе по порядковому номеру климатическом районе и которые выстраивают по линии электропередачи с заданным расстоянием относительно друг друга, а для каждого другого климатического района в этой группе с убывающими порядковыми номерами используют указанный тип опоры, устанавливаемый на фундамент через подставку, высота которой тем больше, чем меньше порядковый номер климатического района в группе, при этом в каждом климатическом районе в этой группе с убывающими порядковыми номерами опоры на подставках по линии электропередачи размещают на расстоянии относительно друг друга, увеличивающемся в соответствии с убыванием порядкового номера климатического района.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером реализации, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.

На фиг. 1 приведена схема опоры, например, для IV района по ветру и гололеду;

фиг. 2 приведена схема опоры, например, для III района по ветру и гололеду;

фиг. 3 приведена схема опоры, например, для II района по ветру и гололеду;

фиг. 4 приведена схема опоры, например, для I района по ветру и гололеду.

Согласно настоящему изобретению рассматривается новый способ установки линий электропередачи для различных климатических районов, который заключается в том, что климатические районы, отличающиеся друг от друга по параметрам ветрового давления и толщине стенки гололеда и выстроенные в порядке возрастания этих параметров, разбивают по крайней мере на две группы, в каждой из которых содержится по крайней мере два отличных друг от друга по указанным параметрам климатических района.

А для линий электропередачи в одной группе климатических районов используют устанавливаемую на фундамент опору, конструкция которой отлична от устанавливаемой на фундамент опоры для линии электропередач в другой группе климатических районов.

При этом для каждой группы климатических районов используют один тип опоры, механические показатели которой соответствуют условиям работы в последнем в группе по порядковому номеру климатическом районе и которые выстраивают по линии электропередачи с заданным расстоянием относительно друг друга.

А для каждого другого климатического района в этой группе с убывающими порядковыми номерами используют указанный тип опоры, устанавливаемый на фундамент через подставку, высота которой тем больше, чем меньше порядковый номер климатического района в группе. При этом в каждом климатическом районе в этой группе с убывающими порядковыми номерами опоры на подставках по линии электропередачи размещают на расстоянии относительно друг друга, увеличивающемся в соответствии с убыванием порядкового номера климатического района.

Иначе говоря, суть этого подхода состоит в том, что, например, для диапазона районов I-IV механика опоры рассчитывается для максимального IV района, а в районах ниже IV применяется та же опора, но установленная на подставку, высота которой тем выше, чем ниже номер климатического района. Для диапазона районов V-VII опора соответственно рассчитывается на VII район, а в районах VI и V применяется с подставками. Высота подставки, в свою очередь, рассчитывается таким образом, чтобы в районах с меньшим ветром и гололедом на опору создавались оптимальные для нее нагрузки за счет увеличения пролетов между опорами. При таком подходе решается задача недоиспользования механической прочности опоры: в каждом районе опора используется оптимально, т.е. не имеет избыточной массы и избыточной стоимости, а также не приводит к вынужденному сокращению пролетов. При этом номенклатура опор не растет, а добавляются только подставки к опорам, которые с технической точки зрения представляют собой унифицированные конструкции, отличающиеся только длиной, что не создает никаких проблем ни в производстве, ни при комплектации и проектировании. Предлагаемый подход возможно реализовать для опор, выполненных из различных материалов, которые устанавливаются на фундамент, т.к. для таких опор возможно установить поставку между фундаментом и опорой.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема опоры 1, рассчитанной по механическим показателям, например, для IV района по ветру и гололеду (максимально сложный по параметрам ветрового давления и толщине стенки гололеда климатический район в группе), а на фиг. 2-4 - соответственно опоры 1 для районов III, II и I в этой группе (то есть для климатических районов в этой же группе, где параметры ветрового давления и толщине стенки гололеда убывают, то есть меньше по отношению друг к другу). При этом опора 1 каждого нижеследующего климатического района (фиг. 2-4) имеет более высокую подставку 2 по сравнению с вышеследующим климатическим районом, а расстояние между опорами с подставками 2 тем больше, чем меньше номер района в группе. Все подставки крепятся на фундаменте 3, закрепленном надлежащим образом в грунте.

Заявленный способ включает в себя не только планировочное решение в части увеличения расстояний и разбивки климатических районов по группам, но и конструктивные признаки технического исполнения опор (опоры без подставок и опоры с подставками). В области создания линий электропередач основной груз по расходу металла ложится на опоры (вертикально ориентированные длинномерные ферменные конструкции с раскосами и оборудованием для подвеса проводов). При учете всех климатических районов резко возрастает ассортимент конструкций опор, который не всегда полностью востребован. При использовании алгоритма унификации опор для нескольких климатических районов процесс создания опор приобретает эффективность и рентабельность. Кроме того, появляется возможность использования одной и той же опоры в разных климатических районах. Это выгодно как для создания типовых линий электропередач, так и для проведения ремонтных работ, так как появляется возможность использования опор из одного района в другом районе (для мест, удаленных от производства опор). Другим важным аспектом является то, что появляется возможность оптимального использования по несущей нагрузке одних и тех же опор в разных климатических районах. Это решается за счет увеличения расстояния между опорами в районах с убывающими номерами (где параметры ветрового давления и толщины стенки гололеда ниже механических возможностей опоры по их восприятию, сопротивлению). При увеличении расстояния между опорами нагрузка на них увеличивается и становится соответствующей несущей способности опоры (которая создана конструктивно для района с более серьезными параметрами ветрового давления и толщины стенки гололеда). А для компенсации провиса проводов используются подставки, которые приподнимают пояс с раскосами 4 на высоту, при которой расстояние от земли до провиса проводов начинает соответствовать нормативам.

Таким образом, новый способ организации линий электропередач устраняет недоиспользование механической прочности опоры: в каждом районе опора используется оптимально, т.е. не имеет избыточной массы и избыточной стоимости, а также не приводит к вынужденному сокращению пролетов и увеличению количества опор. По конструкции опоры должны соответствовать нормативам, принятым в строительстве опор для линий 0.4, 6, 10, 35, 110, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ. Конструктивно такие опоры в рамках настоящей заявки не рассматриваются, но речь идет об опорах, укрепляемых на фундаменте. Именно эта особенность позволяет применить подставку, то есть элемент удлинения опоры по отношению к линии залегания фундамента.

Настоящее изобретение промышленно применимо и может быть изготовлено в условиях производства, налаженного на выпуск опор для ВЛ.