К ВОПРОСУ НАДЕЖНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АНКЕРНЫХ ОПОР ЛЭП

Вертынский О.С.¹, Лавриненко Ю.А.², Меланич В.М.³

¹ ORCID: 000-0002-6957-9693, Кандидат технических наук,  ² ORCID: 000-0001-8455-9730, Кандидат технических наук, ³ кандидат технических наук, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

К ВОПРОСУ НАДЕЖНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АНКЕРНЫХ ОПОР ЛЭП

Аннотация

Статья посвящена проблеме надежной эксплуатации линий электропередач. В статье затрагиваются вопросы, связанные с необходимостью учета при конструировании анкерных опор линий электропередач дополнительных нагрузок, появляющихся при возникновении внештатных ситуаций в момент монтажа части опоры или натяжения (монтажа) проводов. Приводится обоснование данной проблемы на примере типовой конструкции анкерно-угловой опоры с определением критических напряжений возникающих в районе болтового соединения тяги с элементом U₄.

Ключевые слова: опора ЛЭП, аварийная ситуация, краевые напряжения.

Vertinskii O.S.¹, Lavrinenko U.A.², Melanich V.M.³

¹ ORCID: 000-0002-6957-9693, PhD in Engineering, ² ORCID: 000-0001-8455-9730, PhD in Engineering, ³ PhD in Engineering, National Research Nuclear University MEPhI

THE QUESTION OF RELIABLE OPERATION OF ANCHOR POLES OF POWER LINES

Abstract

The article deals with the safe operation of power lines. The article addresses the issues related to the need to consider in the design of the anchor pylons additional loads occurring during emergency situations at the time of installation of the support or tension (installation) wires. The substantiation of this problem on an example of the type design anchor-corner support to the definition of critical stresses arising in the area of bolting traction with U4 element.

Keywords: electricity pylon, emergency, edge stresses.

 

Анкерные опоры ЛЭП устанавливаются, как правило, на прямых участках трассы для перехода через инженерные сооружения или естественные преграды. Они способны воспринимать продольную нагрузку от натяжения проводов. При этом их конструкция отличается жесткостью и прочностью. Рассчитываются анкерные опоры на восприятие односторонних натяжений по проводам и тросам при обрыве проводов или тросов в примыкающем пролете.

Широкое применение этих конструкций в сочетании с высокой степенью их ответственности и повышенными требованиями, предъявляемыми к надежности электрических сетей, с одной стороны, и наличие их отказов при эксплуатации, с другой стороны, заставляют искать причины отказов, а так же обращают внимание на необходимость повышения эксплуатационной надежности анкерных опор ЛЭП.

Модернизируя опоры с точки зрения повышения эксплуатационной надежности, при этом, упускается момент, что иногда причиной возникновения аварийных ситуаций является недостаточный учет монтажных нагрузок при конструировании узлов опоры. Так, например, имеют место случаи крепления тяги S_T1 к элементу U₄ на одном болте.

Рис. 1 – Схема траверсы анкерно-угловой опоры У110-4+5

Считается, что подобное крепление в момент монтажа достаточное и безопасно для проведения работ. Такое впечатление может сложиться при отсутствии или неполном учете вертикальных нагрузок возникающих в аварийной ситуации. Одной из таких ситуаций является заклинивание блока при монтаже проводов с возникновением критической вертикальной составляющей тяжения.

Рассмотрим анкерно-угловую опору У110-4+5.

Тяга S_T1 является несущим элементом траверсы опоры (рис. 1). Тяга присоединена к элементу U₄ и поясу ствола опоры болтами Ø16 мм (по одному болту с каждого конца тяги).

Согласно проекту тяга S_T1 выполнена из уголкового профиля ∟50х4, материал тяги – сталь марки Вст3.

Задавшись метеорологическими данными (расчетная скорость ветра для района III – 29 м/с), характеристику воздушной линии (провод  АС-120/19; длина расчетного пролета – L – 200 м; нагрузка на провод при выбранном режиме – 0,471 кгс/м;  длина анкерного участка – 1200 м) и нагрузки на провод (результирующая нагрузка при ветре без гололеда – p=1,0682 кгс/м.)  Определим вертикальную составляющую тяжения:

где p – результирующая нагрузка на провод от собственного веса и ветра;

L – длина расчетного пролета.

Рис. 2 – Схема действия составляющих тяжения в точке подвеса при монтаже провода

Из условия равновесия системы определим полное тяжение в проводе:

Сила при натяжении провода трактором:

Принимается вертикальной вследствие малости углов.

Определим усилие в тяге при действии вертикальных сил ,  и :

Выполним оценку прочности тяги S_T1. Тяга S_T1: уголок 50х5; площадь сечения А=4,8см².

Рис. 3 – Расчетная схема траверсы

Расчетное усилие в тяге – 2,4тс (растяжение). Согласно неверно принятому решению тяга присоединена к элементу U₄ и поясу ствола опоры болтами Ø16 мм (напомним, по одному болту с каждого конца тяги).

Рис. 4 – Геометрическая схема поперечного сечения уголка 50х5 с отверстием

Оценка прочности тяги выполняется по сечению, ослабленному отверстием для болта.

Площадь сечения нетто:

Изгибающие моменты:

Напряжение в т. А:

Напряжение в стержне при центральном растяжении (по сечению брутто):

Таким образом, краевое напряжение (точка А) увеличивается более чем в 5 раз:

В этом случае данное сечение уголка (встречающееся в типовых проектах) и конструктивное решение узлов крепления тяги к элементу U₄ и поясу ствола опоры не обеспечивает достаточную несущую способность траверсы при возникновении аварийных перегрузок. Полученные результаты могут объяснить характер часто встречающихся разрушений болтовых соединений тяги.

Литература

1. СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений / Госстрой России.– М.: ФГУП ЦПП, 2003.
2. СНиП II-23-81^*. Стальные конструкции / Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990.
3. РД 34.20.504-94. Типовая инструкция по эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением 35–800кВ. М.: НЦ ЭНАС, 2003.
4. Крюков К.П., Новгородцев Б.П. Конструкции и механический расчет линий электропередач. Л.: Энергия, 1979. – 312 с.

References

1. SP 13-102-2003. Pravila obsledovanija nesushhih stroitel'nyh konstrukcij zdanij i sooruzhenij / Gosstroj Rossii.– M.: FGUP CPP, 2003.
2. SNiP II-23-81*. Stal'nye konstrukcii / Gosstroj SSSR. – M.: CITP Gosstroja SSSR, 1990.
3. RD 34.20.504-94. Tipovaja instrukcija po jekspluatacii vozdushnyh linij jelektroperedachi naprjazheniem 35–800kV. M.: NC JeNAS, 2003.
4. Krjukov K.P., Novgorodcev B.P. Konstrukcii i mehanicheskij raschet linij jelektroperedach. L.: Jenergija, 1979. – 312 s.