энергетика

Снитко Л.В.

Костанайский инженерно-экономический университет им. М. Дулатова

Ляховецкий В.М.

Костанайский государственный университет им. А. Байтурсынова

Сравнительный анализ устойчивости свободностоящей железобетонной опоры линии электропередачи напряжением 35-110 кВт

Требования к надежности электроснабжения аграрных и промышленных предприятий, учреждений, жилого сектора, и других объектов хозяйственной деятельности непрерывно возрастают, что в свою очередь повышает требования к надежности всех составляющих систем электроснабжения. Одной из наиболее важных и ответственных составляющих систем электроснабжения крупных потребителей электроэнергии являются воздушные линии электропередачи (ВЛ) напряжением 35-110 кВ. Отказы таких ВЛ вызывают значительный недоотпуск электроэнергии и связанный с ним внушительный материальный ущерб для потребителей. Это вызывает возрастающее повышение интереса специалистов к проблемам проектирования, строительства, реконструкции и эксплуатации ВЛ с применением новых научных разработок и передовых технологий, влияющих на надежность ЛЭП.

Опоры ВЛ являются одним из важнейших элементов, от состояния которых во многом зависит надежность ЛЭП. Идеальным состоянием опор ВЛ является их строго вертикальное положение, устойчивое ко всем расчетным механическим воздействиям. Отклонение опор от нормального положения приводит к ухудшению условий работы опоры, т.к. при этом создаются дополнительные изгибающие моменты (за счет веса проводов, изоляции, арматуры). Влияние на отклоненную опору внешних воздействий может привести к разрушению опоры, даже если величина этой нагрузки не достигает расчетного значения. Поэтому при эксплуатации ВЛ большое внимание уделяется контролю за отклонениями опор от вертикального положения и действующие Правила технической эксплуатации (ПТЭ) электрических сетей жестко нормируют величину этих отклонений. Так для одностоечных железобетонных опор отклонение опоры от вертикальной оси вдоль и поперек линии (отношение отклонения верха опоры к ее высоте) должно составлять не более чем 1:150. Способность опор сохранять вертикальное положение при воздействии на них внешних механических нагрузок, т.е. их устойчивость, во многом зависит от способа закрепления опор в грунте и от физико-механических свойств грунта.

Ранее [1] в качестве одного из способов повышения устойчивости железобетонных опор линий электропередач была разработана конструкция мембранного фундамента с центральной полой стойкой, куда устанавливается нижняя часть стойки опоры с последующим бетонированием. Фундамент изготовляется на базе типового железобетонного подножника ФС1-4 или ФСС1-4, предназначенного для особо слабых грунтов [2].

Для сравнения устойчивости прямых свободностоящих железобетонных опор ЛЭП напряжением 35-110 кВ, установленных в мембранный фундамент по сравнению с установкой в копаный котлован с ригелями без банкеток и с банкетками, выполнен математический эксперимент. Для этого в свою очередь разработаны математические модели деформирования, представляющие зависимость угла поворота в основании стойки опоры b, рад от удельного сцепления (параметра линейности) грунта, кН/м² в функции от вида грунта, его механических характеристик, способа закрепления опоры в грунте, и марки провода, применяемого на ЛЭП при нормальном режиме нагружения [3]. В качестве объекта исследования рассматривалась опора ПБ35-3.1т на стойке СК22.1-1.0.

Математические модели деформирования построены в аналитическом и графическом виде с помощью компьютерной программы «Quant 1», специализирующейся на построении математических зависимостей в виде аппроксимирующих полиномов по готовым базовым точкам при высокоточных расчётах.

Среднее относительное отклонение аппроксимированных значений угла b от расчётных в целом по всем построенным моделям не превышало 3,5%. При этом относительное отклонение отдельных значений b от расчётных не превышало в большинстве моделей 10% [4].

На основании индивидуальных математических моделей деформирования построены совмещённые модели, позволяющие наглядно определять область наиболее целесообразного использования мембранных фундаментов (рис. 1).

Установлено, что по сравнению со случаями установки прямой свободностоящей опоры в копаный котлован с ригелями угол поворота b при установке в мембранный фундамент в диапазоне рассматриваемых грунтов уменьшается в 1,35…2,75 раза. По сравнению со случаями установки опоры в копаный котлован с банкетками и ригелями угол поворота b при установке опор в мембранный фундамент уменьшается в 2,3…4 раза, что позволяет сделать вывод о том, что наиболее целесообразно использование мембранных фундаментов взамен установки опор в копаные котлованы с банкетками.

Один из результатов математического эксперимента показан графически на рис. 1. В качестве примера показаны совмещённые математические модели при использовании на ЛЭП провода АС 95/16.

Полученные результаты математического эксперимента достаточно достоверны для рекомендаций их применения в практических расчётах и анализе при проектировании линий электропередачи.

Использование мембранного фундамента является эффективным способом повышения устойчивости прямых свободностоящих железобетонных опор линий электропередачи расположенных в обводнённых и слабых грунтах.

Рисунок 1 – Зависимость угла поворота , рад от удельного сцепления , кН/м² при установке свободностоящей железобетонной опоры ПБ35-3.1т на стойке СК22.1-1.0 с проводом АС95/16 в супеси в копаный котлован с банкетками и ригелями (1), с ригелями без банкеток (2) и в мембранный фундамент (3)

ЛИТЕРАТУРА

1. Снитко Л.В. Разработка фундамента для свободностоящих железобетонных опор линий электропередачи в обводнённых и слабых грунтах // Наука и образование- ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030».- Караганда, 2007.– №2.

2. Виноградов Д.Е. Закрепление опор линий электропередачи 35-750 кВ.– М.: Энергия, 1977.

3. Хабибуллина В.С., Захаров Л.С. Приближённый количественный спектральный анализ алюминиевых сплавов на стилоскопе// Заводская лаборатория. – М., 1991.- №2.

4. Шишкин. И.Ф. Основы метрологии, стандартизации и контроля качества. – М.: Издательство стандартов, 1988.