Геометрические характеристики

Геометрические размеры опор ВЛ косвенным образом определяют ее некоторые экономические характеристики. От значений высоты и ширины опоры при прочих равных условиях зависит объем материала, из которого изготовлены элементы опоры, а следовательно, и ее стоимость. Кроме того, ширина опоры частично определяет и поперечный размер полосы отчуждения территории под трассу линии, что в условиях рыночной экономики при высокой стоимости земли является подчас причиной отказа от сооружения ВЛ в пользу варианта кабельной линии с существенно меньшей шириной трассы.

Вертикальный и горизонтальный габариты воздушной линии определяются взаимным расположением:

· ее токоведущих элементов (проводов) и заземленных частей (траверс и стоек опоры);

· проводов и грозозащитных тросов, если последние предусмотрены конструкцией;

· проводов в нижней точке их провисания в пролете относительно поверхности земли.

Рассмотрим условия выбора соответствующих этим условиям расстояний на примере одноцепной портальной свободностоящей металлической опоры с двумя тросами, схематически изображенной на рис. 10.13, где также показаны интересующие нас геометрические размеры.

Вертикальный габарит линии, т.е. высота опоры Н_оп, как это видно из рис. 10.13, определяется выражением

где h_г — нормированный габарит линии до земли; f_нб — наибольшая стрела провеса провода; _г — длина гирлянды изоляторов с арматурой; h_т — высота крепления троса над траверсой (высота тросостойки).

Как уже говорилось в § 10.2, габарит линии, т.е. величина h_г, определяется условиями безопасности передвижения под проводами линии транспортных средств и механизмов. Она нормируется в зависимости от характера местности (населенная, ненаселенная, труднодоступная) и номинального напряжения ВЛ.

Величина стрелы провеса f в промежуточном пролете длиной L определяется допустимым механическим напряжением в низшей точке провода σ_доп при конкретных климатических условиях и соответствующей удельной нагрузке γ:

Наибольшая стрела провеса имеет место либо при высшей расчетной температуре воздуха Ө_нб за счет термического удлинения провода, либо при наибольшей вертикальной механической нагрузке от массы провода, покрытого гололедом при соответствующей температуре Ө_Г = -5 °С и отсутствии ветра.

Длина гирлянды изоляторов с арматурой λ_г определяется типом используемых изоляторов и их количеством в зависимости от номинального напряжения ВЛ (см. табл. 10.7).

Положение грозозащитного троса, т.е. высота тросостойки h_T, определяется по условиям защиты проводов от прямых ударов молнии. Для обеспечения такой защиты защитный угол α_з должен быть не более установленных ПУЭ его допустимых значений α_доп. Для опор с одним тросом α_доп = 30°, с двумя тросами — 20°.

При α_з = α_доп, как следует из рис. 10.14, расстояние по вертикали между проводом и тросом h_п-т равно

При известных значениях α_доп, расстояния между соседними фазами D_BC, длины гирлянды с арматурой и расстояния по горизонтали от оси стойки до троса а_т из этого выражения однозначно определяется искомая величина h_т.

Наименьшее допустимое изоляционное расстояние по воздуху от токоведущих до заземленных частей ВЛ у_доп определяется условиями исключения пробоя воздушного промежутка при рабочем напряжении, при грозовых и внутренних перенапряжениях, а также условием безопасного подъема ремонтного персонала на опору, когда линия находится под напряжением. Последнему условию соответствует наибольшее значение у_доп, которое для ВЛ 35—500 кВ составляет от 1,5 до 4,5 м.

При использовании на ВЛ как подвесных гирлянд стеклянных и фарфоровых изоляторов, так и стержневых полимерных изоляторов расстояние от провода до стойки опоры у определяется с учетом возможного отклонения провода под давлением ветра (рис. 10.15) на угол φ, зависящий от соотношения удельных нагрузок — вертикальной от собственной массы провода без гололеда G_пр и горизонтальной от действия ветра F_в, которые формируют результирующий вектор силы F_рез, действующей на провод.

При этом минимально допустимое расстояние между фазой линии и стойкой опоры

где sin φ = F_в/F_рез.

Значение D_{ф min} служит для определения расстояния между фазами D_мф. При их горизонтальном расположении

где Ь_ст — ширина стойки опоры.

В табл. 10.9 даны значения конструктивных параметров ВЛ 35—750 кВ, о которых шла речь выше, а именно:

· длины промежуточного пролета L при сооружении ВЛ в равнинной местности;

· расстояния между фазами D_мф при их горизонтальном расположении на опоре;

· длины подвесной гирлянды изоляторов с арматурой λ_г;

· высоты промежуточной опоры H_оп;

· габарита линии до земли в ненаселенной местности h_г;

· числа проводов в фазе N;

· диапазонов сечений F сталеалюминиевых проводов (их алюминиевой части).

Данные табл. 10.9 свидетельствуют о том, что ВЛ СВН (330—750 кВ) характеризуются весьма внушительными размерами. Их вертикальный габарит составляет 25—41 м, а ширина опоры, если принять ее равной двойному междуфазному расстоянию, находится в пределах от 18 до 35 м. Несмотря на то что в процентном отношении к суммарной протяженности ВЛ напряжением 35 кВ и выше такие линии в России составляют небольшую долю (менее 10 %), территория, занимаемая ими, оказывается довольно значительной. В связи с этим во всем мире проводятся исследования, направленные на создание более компактных конструкций ВЛ, которые одновременно обладали бы повышенной пропускной способностью, пониженным влиянием на окружающую среду и в большей степени удовлетворяли бы требованиям технической эстетики.