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 существенноменьшей шириной трассы.

Рис. 8.13. Геометрические параметры воздушной линии

Вертикальный и горизонтальный габариты воздушной линии определяются взаимным расположением:

1. ее токоведущих элементов (проводов) и заземлённых частей (траверс и стоек опоры);

2. проводов и грозозащитных тросов, если последние предусмотрены конструкцией;

3. 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 изображённой на рисунке 8.13, где также показаны интересующие нас геометрические размеры.

Вертикальный габарит линии, т.е. высота опоры Н_оп, как это видно из рисунка 8.13, определяется выражением

Н_оп = h_Г + f_нб + l_Г + h_T (8.1)

где h_Г — нормированный габарит линии до земли; f_нб — наибольшая стрела провеса провода; l_Г — длина гирлянды изоляторов с арматурой; h_T — высота крепления троса над траверсой (высота тросостойки).

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

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

f = g L² / (8 _доп) (8.2)

Наибольшая стрела провеса имеет место либо при высшей расчётной температуре воздуха _нб за счёт термического удлинения провода, либо при наибольшей вертикальной механической нагрузке от массы провода, покрытого гололёдом при соответствующей температуре _доп= - 5°С и отсутствии ветра.

Длина гирлянды изоляторов с арматурой l_Г определяется типом используемых изоляторов и их количеством в зависимости от номинального напряжения ВЛ (см. таблицу 8.9).

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

При a_з = a_доп, как следует из рис. 9.14, расстояние по вертикали между проводом и тросом h_п-т равно

h_п-т = h_т + l_г = (0,5D_ВС - а_т ) / tga_доп (8.3)

При известных значениях a_доп, расстояния между соседними фазами D_BC, длины гирлянды и расстояния по горизонтали от оси стойки до троса а_Т из

Рис.8.14 К определению высоты подвеса грозозащитного троса

этого выражения однозначно определяется искомая величина h_т.

Наименьшее допустимое изоляционное расстояние по воздуху от токоведущих до заземлённых частей ВЛ у_доп определяется условиями исключения пробоя воздушного промежутка при рабочем напряжении, при грозовых и внутренних перенапряжениях, а также условием безопасного подъёма 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 учётом возможного отклонения провода под давлением ветра (см. рисунок 8.15) на угол j, зависящий от соотношения удельных нагрузок — вертикальной от собственной массы провода без гололёда G_пр и горизонтальной от действия ветра F_в, которые формируют результирующий вектор силы F_рез, действующей на провод.

Рис.8.15 К определению расстояния между фазами ВЛ.

При этом минимально допустимое расстояние между фазой линии и стойкой опоры

D_{ф min} = y_доп + l_г sin j, (8.4)
где sin j = F_в/F_рез.

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

D_мф = D_АВ = D_ВС = 2D_{ф min} + b_ст, (8.5)

где b_ст — ширина стойки опоры.

В табл. 8.11 даны значения конструктивных параметров ВЛ 35—750 кВ, о которых шла речь выше, а именно:

- длины промежуточного пролёта L при сооружении ВЛ в равнинной местности;

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

- длины подвесной гирлянды изоляторов с арматурой l_г;

высоты промежуточной опоры H_оп;

- габарита линии до земли в ненаселённой местности h_г;

числа проводов в фазе N;

- диапазонов сечений F сталеалюминевых проводов (их алюминиевой части).

В таблице 8.11 представлены конструктивные параметры ВЛ 35- 750 кВ.

Таблица 8.11 конструктивные параметры ВЛ 35- 750 кВ

Конструктивные параметры ВЛ 35—750 кВ
Таблица 8.11 Параметр	Номинальное напряжение, кВ
L, м	150—200	170—250	250—350	300-400	350-450	450—750
Dмф, м	3,0	4,0	6,5	9,0	12,0	17,5
lг, м	0,7	1,2—1,4	2,2-2,3	3,0-3,2	4,5—4,9	6,7—7,5
Hоп, м		13—14	22—26	25—30	27—32	30—41
hг, м	6—7	6—7	7—8	7,5—8		10—12
N
F, мм2	50—185	70—240	240-400	240—500	300—500	400, 500

Данные таблицы 8.11 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 протяжённости 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