Как проектировать опоры для воздушных линий электропередачи 10 кВ
В этой статье на основе практических примеров уточняется логика выбора стальных трубчатых опор для линий электропередачи 10 кВ, обсуждаются общие правила, процедуры проектирования и специфические требования, применяемые при проектировании и строительстве воздушных линий 10 кВ. Особые условия (например, большие пролеты или зоны с тяжелыми льдами) требуют дополнительных специализированных проверок на основе этого основания, чтобы обеспечить безопасную и надежную работу опор.
Общие правила выбора опор для воздушных линий электропередачи
Рациональный выбор опор воздушных линий должен учитывать адаптивность к условиям проектирования, экономичность и запас безопасности, следуя этим ключевым правилам, чтобы обеспечить стабильную несущую способность опоры на протяжении всего ее жизненного цикла:
Приоритетная проверка условий проектирования
Перед выбором должны быть четко определены ключевые параметры проектирования, включая толщину льда на проводах и грозозащитных тросах, расчетную скорость ветра (в соответствии с категорией местности B), а также период колебаний сейсмического спектра. Для особых районов (например, высокогорья, зоны с сильными ветрами) необходимо добавлять дополнительные климатические поправочные коэффициенты, чтобы избежать перегрузки опор из-за отсутствия учета параметров.
Принцип экономической оптимизации
Приоритет следует отдавать стандартизированным типам и высотам опор, чтобы максимально использовать номинальную нагрузочную способность опоры и снизить количество индивидуальных проектов. Для напряженных опор с большими углами поворота необходимо оптимизировать их расположение, чтобы снизить высоту опоры. Сочетание высоких и низких опор в зависимости от особенностей рельефа позволяет избежать использования высоких опор на всем протяжении линии, что приводило бы к неоправданным затратам.
Требования к проверке безопасной нагрузки
Прямостоечные опоры: прочность в основном контролируется условиями сильного ветра; требуется проверка момента изгиба и прогиба опоры под воздействием максимальной скорости ветра.
Напряженные опоры (тяговые, угловые): прочность и устойчивость определяются натяжением проводов; угол поворота и максимальное натяжение проводов должны строго контролироваться. При превышении пределов проектирования необходим перерасчет конструктивной прочности.
Особые условия: при перестановке проводов необходимо проверить, соответствует ли электрическое расстояние нормативным требованиям после отклонения гирлянд изоляторов. При использовании опоры более высокого класса напряжения необходимо подтвердить, что угол защиты грозозащитного троса соответствует требованиям защиты от молний. При отклонении поперечины напряженной опоры от биссектрисы угла необходимо одновременно проверять прочность опоры и электрическую безопасность расстояния.
Стандартный процесс выбора опор
Для обеспечения рациональности и безопасности выбора необходимо следовать следующему 7-шаговому систематическому процессу проектирования, формирующему замкнутую логику выбора:
Определение метеорологической зоны: на основе метеорологических данных для места проведения проекта определяется метеорологическая зона (например, толщина льда, максимальная скорость ветра, экстремальная температура) как основа для расчета нагрузок.
Отбор параметров проводов: определяется тип проводов (например, АССР, алюминиевый провод с алюминиевой оболочкой), количество цепей и коэффициент безопасности (обычно не менее 2,5).
Сопоставление таблиц напряжений-провесов: на основе выбранных метеорологических параметров и типа проводов выбирается соответствующая таблица соотношения напряжений-провесов, чтобы определить применимый диапазон пролетов.
Предварительный выбор типа опоры: на основе классификации опор (прямостоечная, напряженная) и таблиц ограничений нагрузки на опоры, предварительно отбираются типы опор, удовлетворяющие требованиям по пролету и сечению проводов.
Проектирование головки опоры и поперечины: на основе региональных особенностей трассы (например, одноцепная/двухцепная, наличие низковольтных линий на одной опоре) выбирается конфигурация головки опоры (например, 230 мм, 250 мм) и спецификации поперечины.
Выбор изоляторов: в зависимости от высоты (уровень изоляции должен корректироваться, если высота превышает 1000 м) и уровня загрязнения окружающей среды (например, промышленные зоны — уровень загрязнения III) определяется тип изоляторов (например, фарфор, композит) и их количество.
Определение типа фундамента: на основе данных геологических исследований (несущая способность грунта, уровень грунтовых вод), технических параметров опоры и результатов проверки силовых воздействий на фундамент, выбираются ступенчатые, свайные или стальные трубчатые фундаменты.
Специальные принципы проектирования стальных трубчатых опор 10 кВ
Для характеристик воздушных линий 10 кВ, проектирование стальных трубчатых опор должно соответствовать следующим техническим требованиям, обеспечивая баланс между структурной устойчивостью и удобством строительства:
3.1 Основные параметры и область применения
Ограничение пролета: для прямостоечных стальных трубчатых опор горизонтальный пролет Lh ≤ 80 м, вертикальный пролет Lv ≤ 120 м.
Совместимость с проводами: могут использоваться алюминиевые изолированные провода, такие как JKLYJ-10/240 или ниже, АССР, такие как JL/G1A-240/30 или ниже, алюминиевые провода с алюминиевой оболочкой, такие как JL/LB20A-240/30 или ниже.
Коэффициент ветрового давления: коэффициент изменения ветрового давления по высоте рассчитывается согласно категории местности B (например, коэффициент ветрового давления 1,0 на высоте 10 м, 1,2 на высоте 20 м).
3.2 Требования к конструкции и материалам
Проектирование опоры:
➻ Правило секционирования: 19-метровая опора состоит из 2 секций, 22-метровая опора — из 3 секций; секции соединяются фланцами (фланцы должны быть изготовлены из цельного стального листа, склеивание запрещено).
➻ Форма поперечного сечения: основная опора имеет шестнадцатигранное поперечное сечение, конусность равномерна 1:65.
➻ Контроль прогиба: при длительном сочетании нагрузок (без льда, скорость ветра 5 м/с, средняя годовая температура) максимальный прогиб верха опоры ≤ 5‰ высоты опоры.
➻ Точка расчета усилий: расчетные и стандартные значения момента изгиба, горизонтальной силы и силы, направленной вниз, на основании опоры, рассчитываются в точке соединения нижнего фланца стальной трубчатой опоры.
Стандарты материалов:
➼ Основная опора и поперечина: используется сталь марки Q355, качество материала не ниже класса B, необходимо предоставить сертификат качества материала.
➼ Защита от коррозии: вся опора (включая основную опору, поперечину, аксессуары) покрывается методом горячего цинкования; требования к толщине цинкового покрытия: минимальная ≥70 мкм, средняя ≥86 мкм; после цинкования требуется проведение теста на адгезию (сеточный метод без отслаивания).
3.3 Проектирование фундамента и соединений
Типы фундаментов: поддерживаются ступенчатые, свайные и стальные трубчатые фундаменты; выбор должен учитывать:
➬ Уровень грунтовых вод: при наличии грунтовых вод в расчете несущей способности необходимо использовать удельный вес грунта с учетом плавучести и удельный вес фундамента, чтобы избежать эффекта плавучести.
➬ Зоны с пучинистыми грунтами: глубина заложения фундамента должна быть ниже местной глубины промерзания (например, ≥1,5 м в Северо-Восточном Китае).
Требования к соединениям:
➵ Анкерные болты: используются высококачественные болты из стали марки 35, класс прочности ≥5,6; диаметр и количество болтов должны соответствовать усилиям на фланце (например, 19-метровая опора с 8 наборами болтов M24).
➵ Процесс установки: стальная трубчатая опора жестко соединяется с фундаментом через анкерные болты; момент затяжки болтов должен соответствовать проектным требованиям (например, момент затяжки болтов M24 ≥300 Н·м).
Пример выбора прямостоечных стальных трубчатых опор 10 кВ
Прямостоечные стальные трубчатые опоры 10 кВ классифицируются по размеру головки опоры и области применения. Основные примеры выбора включают типичные условия для одноцепных и двухцепных линий:
4.1 Серия опор с головкой 230 мм
Высота опор: 19 м, 22 м;
Применение: одноцепная линия 10 кВ, без низковольтных линий на одной опоре;
Совместимость с проводами: провода с сечением ≤240 мм² (например, JKLYJ-10/120, JL/G1A-240/30);
Ограничение пролета: горизонтальный пролет ≤80 м, вертикальный пролет ≤120 м;
Конструктивные особенности: горизонтальное расстояние между элементами головки 800 мм, продольное расстояние 2200 мм, поперечина используется в одноплечном исполнении (совместима с одноцепными проводами).
4.2 Серия опор с головкой 250 мм
Высота опор: 19 м, 22 м;
Применение: двухцепная линия 10 кВ, без низковольтных линий на одной опоре;
Совместимость с проводами: каждая цепь несет провода с сечением ≤240 мм² (например, двухцепная JL/LB20A-240/30);
Ограничение пролета: горизонтальный пролет ≤80 м, вертикальный пролет ≤120 м;
Конструктивные особенности: горизонтальное расстояние между элементами головки 1000 мм, продольное расстояние 2200 мм, поперечина используется в симметричном двухплечном исполнении (совместима с двухцепными проводами, исключая фазовые помехи).
