Разработка опор ВЛ высоких классов напряжения на основе

Разработка опор ВЛ высоких классов напряжения на основе линейки композитных
стоек RStandard в соответствии с требованиями ПУЭ-7.
Дубина А.А.
Костиков В.И.
Инженеры ОАО «ПРОМиК»
Стойки RStandard обладают высокой механической прочностью и долговечностью,
недостаток один – большая деформативность. Но одно из важных качеств конструкций –
высокая транспортабельность – играет решающую роль.
Стойки RStandard уже появились на российском рынке и вскоре займут достойное место
на ВЛ 110-500кВ. Широкое их внедрение даст ощутимый экономический эффект и
устранит основное препятствие их распространению – сравнительно высокую стоимость
самих модулей из которых собираются стойки опор RStandard.
Конструкции опор на стойках RStandard.
В сравнении с любыми из известных на сегодняшний день опорами – железобетонными,
металлическими, деревянными – опоры на стойках RStandard значительно более
долговечныи экономичны в эксплуатации, так как требуют наименьшего ухода и ремонта.
Способы изготовления этих стоек пока следующие:
 Опоры полностью собираются на пикете из отдельных заводских элементов;
 Опоры собираются из укрупненных на приобъектных складах блоков;
 Опоры полностью собираются на приобъектных складах (зависит от габаритов
блоков и опор в целом).
При больших расстояниях и продолжительном осенне-зимне-весеннем периоде, на
большей части территории СНГ полная сборка опор на пикетах нецелесообразна.
Соответственно, придется вводить в практику линейного строительства методы частичной
либо полной сборки опор на приобъектных складах. В проектных разработках учитывать
комплектацию стоек и траверс, наиболее удобных для транспортировки и монтажа.
Комбинация восьми модулей RStandard.
Габаритные размеры модулей RStandard пока еще не полностью удовлетворяют
требованиям ПУЭ, действующим в России и на Украине. Покупать модули с учетом их
последующей обрезки для наших требований накладно… да и полный охват всей
номенклатуры модулей не должен быть первоочередной задачей. В настоящее время идут
«пристрелочные» работы. Свое слово скажут специалисты по экономике, маркетингу,
специалисты-испытатели ОРГРЭС, а также строители линий электропередачи и
производители элементов опор, изготовление которых должно происходить на территории
СНГ.
Предварительные расчеты промежуточных опор показали:
1. Для ВЛ 110кВ с подвеской одной цепи АС 150/24 возможно применение модулей
М10/11-М8/9-М6/7 (hпр=17м, Ноп=25,1м);
либо модулей М8/9-М6/7-М5-М4 (hпр=16м, Ноп=24,1м).
2. Для ВЛ 220 кВ с подвеской одной цепи применимы модули М10/11-М8/9-М6/7
(hпр=16м, Ноп=25,8м);
-При подвеске двух цепей АС 400\51 модули М 10\11- М8\9-М6\7- М5-М4
(hпр=19 м Ноп=36 м) max расчетное отклонение верха опоры составило f= 147мм
в нормальных режимах).
3. Для ВЛ 330 кВ
Провод 2АC 600\72
Опора принята одноцепная двухстоечная, применили модули М8\9-М6\7- М5-М4
(hпр=21,5 м Ноп=26 м) max расчетное отклонение верха опоры составило f= 369мм
в нормальных режимах).
4. Для ВЛ 500 кВ
Провод 3АС 400\51
Опора одноцепная двухстоечная с траверсами равного сопротивления модули ,
применили модули М 10\11 М8\9-М6\7- М5-М4 (hпр=27,0 м Ноп=33,3 м) max
расчетное отклонение верха опоры составило f= 536мм в нормальных режимах).
Анкерные угловые опоры для ВЛ110-500 кВ на стойках RStandart предусматривались
стальными, либо на стойках МГС. Требуется нарабатывать опыт применения на стойках
RStandart
Вопрос, в каких случаях рассматривать применения одностоечную модульную секцию
или двухстоечную на сегодняшний день еще не может быть решен однозначно. Гибкость
стоек RStandart напрямую связана с подвешиваемыми проводами и их количеством в фазе
с одной стороны, климатическим районом по ветру и гололеду, пролетом между опорами
на ВЛ, а с другой стороны не последнюю роль играет схема опоры. Например крестовые
связи в двухстоечной опоре существенно снижает отклонение двух стоек в портальной
опоре. Траверса выполнена равнопрочной, в случае замены решетки из уголков малого
сечения настилом из просечно-вытяжной стали имеет большую жесткость, что в конечном
итоге должно отразиться на всей жесткости портальной опоры, а следовательно и на ее
деформативности.
Расчет элементов модульных стоек RStandart для опор ВЛ
2.3
Глобальные характеристики модуля RStandard
Вследствие различий в геометрии и состава материалов характеристики стойки
опоры RStandard применительно к глобальной прочности конструкции
определяются для каждого модуля, Основные геометрические характеристики
всех модулей RStandard приведены в таблице 1, Эти характеристики
используются в библиотеке стоек опор RStandard программного пакета PLS FRP,
Таблица 1 – Геометрические характеристики модулей RStandard (в имперских единицах и
единицах СИ)
Имперские единицы
Маркировка
модуля
1L
1
2
3
4
5
5/6
6/7
8/9
10/11
Маркировка
модуля
Длина
Толщина
Длина Диаметр Диаметр КонусВес
Удельнапуска тонкого осноность
ный вес
конца
вания
трубы
(футы) (дюйм)
(футы) (дюйм) (дюйм) (дюйм/ (фунты) (фунт/
3
фут)
фут )
20,167
0,465
1,694
7,567
9,768
0,109
98
128,85
15,141
0,465
1,694
8,083
9,768
0,111
69
117,18
17,667
0,38
2,264
8,272
12,559
0,243
77
115,49
17,389
0,38
2,792
11,087 15,315
0,243
102
121,67
18,944
0,38
3,36
13,689 18,268
0,242
136
122,42
18,993
0,406
3,924
16,591 21,284
0,247
163
115,43
34,875
0,465
0
16,587 24,835
0,236
350
107,81
34,875
0,425
5,197
19,331 27,917
0,246
408
119,86
35,745
0,459
6,444
25,823 34,472
0,242
543
112,74
36,877
0,459
0
31,965
40,76
0,239
641
106,69
Длина Толщина Длина Диаметр Диаметр Конус- Масса Удельнапуска тонкого осноность
ная
конца
вания
трубы
масса
(м)
(см)
(м)
(см)
(см)
(мм/м)
(кг)
Единицы СИ
(кг/м3)
1L
6,147
1,18
0,516
19,22
24,81
9,09
44,5
2063,3
1
4,615
1,18
0,516
20,53
24,81
9,27
31,3
1876,3
2
5,385
0,965
0,69
21,01
31,9
20,22
34,9
1849,3
3
5,3
0,965
0,851
28,16
38,9
20,26
46,3
1948,3
4
5,774
0,965
1,024
34,77
46,4
20,14
61,7
1960,3
5
5,789
1,03
1,196
42,14
54,06
20,59
73,9
1848,3
5/6
10,63
1,18
0
42,13
63,08
19,71
158,8
1726,4
6/7
10,63
1,08
1,584
49,1
70,91
20,52
185,1
1919,3
8/9
10,895
1,165
1,964
65,59
87,56
20,17
246,3
1805,4
10/11
11,24
1,165
0
81,19
103,53
19,88
290,8
1708,4
* Все характеристики приведены для температуры равной 0°C (32°F), если не указано иное.
Объемные характеристики гибкости материала для всех модулей RStandard были
получены посредством корреляции результатов полномасштабных испытаний стоек
опор на изгиб (в соответствии с модифицированным стандартом ASTM (American
Society for Testing Materials — Американское общество по испытанию материалов)
D1036 - Стандартные методы статических испытаний деревянных стоек),
теоретических расчетов и испытаний плоскостности материала. Объемные
характеристики модулей RStandard, приведенные в следующей таблице 2,
применимы для использования в глобальном анализе прочности конструкций в
условиях, когда стойка опоры подвергается, прежде всего, изгибающей и
вертикальной нагрузке. Эти характеристики используются в библиотеке стоек опор
RStandard программного пакета PLS FRP.
Эти характеристики позволяют анализировать поведение сложных конструкций (т. е.
расчаленных конструкций, H-рам, и т.д.). Однако, определенные сценарии,
подразумевающие более сложную нагрузку, могут требовать дальнейших исследований
и специальных расчетов. Эти сценарии рассмотрены в следующих разделах этого
руководства.
Единицы СИ
Имперские единицы
1
Таблица 2 – Характеристики модулей RStandard (в единицах СИ)
РазруРазруМодуль
Модуль
шающее
шающее
МаркиМаркиро
упругости
упругости
напряжение
напряжение
ровка
вка
модуля (фунт на кв. (фунт на кв.
модуля
(Па)
(Па)
дюйм)
дюйм)
1L
3,477.E+06
3,79E+04
1L
2,397.E+10 2,62E+08
1
3,477.E+06
3,79E+04
1
2,397.E+10 2,62E+08
2
3,096.E+06
3,79E+04
2
2,134.E+10 2,62E+08
3
3,313.E+06
4,19E+04
3
2,284.E+10 2,89E+08
4
2,913.E+06
2,98E+04
4
2,008.E+10 2,05E+08
5
2,599.E+06
2,89E+04
5
1,792.E+10 1,99E+08
3,044.E+06
1,82E+04
2,099.E+10 1,25E+08
5/6
5/6
3,279.E+06
2,06E+04
2,261.E+10 1,42E+08
6/7
6/7
3,265.E+06
1,91E+04
2,251.E+10 1,32E+08
8/9
8/9
2,421.E+06
2,00E+04
10/11
10/11 1,669,E+10 1,38E+08
Все характеристики приведены для температуры равной 0°C (32°F), если не указано иное.
В общем случае для всех модулей RStandard может использоваться коэффициент
Пуассона равный 0,3 и коэффициент теплового расширения (КТР) 2,24 x 10^-5 м/м/°C.
Для собственных нужд и для вашего полного понимания материала, мы выполнили
перерасчеты предоставленных нам материалов.
Таблица 3 - Пересчитанные значения модуля упругости и разрушающего напряжения
Модуль Разр.напряупругости
жение
1L
1
2
3
4
5
5/6
6/7
8/9
10/11
кгc/cм2
244426
244426
217607
232903
204759
182733
214038
230558
229538
170190
кгc/cм2
2667
2667
2667
2944
2093
2033
1278
1449
1344
1409
кгc/cм2=98066,5Па
А значения наиболее подходящих нам модульных сборок (предоставленных в каталогах
RStandart) мы пересчитали в удобные нам значения моментов в стойках от внешней
нагрузки и моментов по прочности материала сборок и их отклонений от этих же нагрузок
(см. следующую страницу)
Расчет опор на стойках RStandard
Опоры на стойках RStandard, рассмотренные на первоначальном этапе, выполнялись в
основном в виде свободностоящих одностоечных и портальных конструкций. Возможны
схемы опор на оттяжках, но, в силу различных ограничений на применение оттяжек, пока
не рассматривались.
Одностоечные опоры на стойках RStandard относятся к гибким конструкциям, при расчете
которых необходимо учитывать дополнительные изгибающие моменты, возникающие от
вертикальных сил на плечах, равных прогибам от горизонтальных сил. Кроме того,
расчетами также учитывалось увеличение самих прогибов от действия вертикальных сил.
Расчет элементов опор RStandard выполняется по усилиям, полученным из статического
расчета. Задаются предварительно размеры и характеристики элементов, а сам расчет
сводится к проверке соответствия назначенных размеров стоек RStandard и стальных
элементов траверс, связей, тросостоек полученным усилиям и их корректировке, если это
необходимо.
В основу расчета положено два предельных состояния:
- по несущей способности (прочности и устойчивости формы);
- по пригодности к нормальной эксплуатации (деформациям).
Поскольку расчеты приводятся по деформативному состоянию, необходимо рассчитывать
деформации стоек RStandard под действием не только нормативной, но и расчетной
нагрузок.
Расчет портальных опор без ветровых связей сводится к расчету консольных стоек
RStandard, нагружаемых поперечными силами. При наличии ветровых связей в
портальной опоре расчет также может быть сведен к расчету консольных стоек, но
нагруженных дополнительными поперечными силами.
Фирмой RStandard разработаны 208 типоразмеров стоек, собираемых из 8 модулей
RStandard.
Мы, как говорилось выше, дополнили данные RStandard моментами по прочности с
максимальными отклонениями при заданной нагрузке. Вычислили теоретические
коэффициенты запаса по материалу. После подтверждения данных теории материалами
испытаний на полигоне ОРГРЭС и утверждения в установленном ФСК порядке
номенклатуры стоек RStandard для России, подготовки всех соответствующих документов
по изготовлению, сборке и установке, надеемся, что данные конструкции пойдут на линии
электропередачи.
Проектировщикам ЛЭП в практической деятельности нет необходимости разрабатывать
новые типоразмеры стоек RStandard (для начала работ по данной теме типоразмеров стоек
достаточно), придется решить две задачи:
Для принятого на проектируемой линии типа опоры по известным нагрузкам подобрать
сборки стойки из известных модулей RStandard;
Для принятых на конкретной ВЛ типа опоры со стойками RStandard определить
расчетный ветровой пролет.
Проверочные расчеты опор со стойками RStandard проводился при помощи ПК «Лира».
Надеемся, что полученные теоретические данные совпадут с данными испытаний.