Расчет опоры ЛЭП: документы, особенности, общая последовательность

Опоры ЛЭП (линий электропередач) – разновидность силовых опор, служащих для передачи и распределения энергии по проводам, которые на нее подвешиваются. Чтобы столбы выполняли свои функции, их необходимо правильно рассчитать. Расчет опоры ЛЭП – достаточно трудоемкий процесс, связанным с вычислением большого количества параметров. Их определяют с учетом сил, действующих на столб, которые называют нагрузками. Вычисления производятся по тому же принципу, что и расчет нагрузки на опору освещения.
В основе расчета – метод предельных состояний, при которых конструкция перестает удовлетворять предъявляемым к ней требованиям. Существует 2 типа предельных состояний:

  • С возможностью продолжения эксплуатации, но с ограничениями.
  • С запретом на дальнейшую эксплуатацию из-за потери устойчивости.
Возникновение предельного состояния возможно при изменении разных параметров опоры:

  • Механических свойств металла, из которого изготовлена опора.
  • Физических свойств грунта, выступающего основанием для столба.
  • Условий работы конструкции.
  • Характера и величины нагрузок.
Примером предельного состояния, при котором нельзя продолжать эксплуатацию конструкции, выступает ее падение, поскольку в таком случае теряется устойчивость конструкции.
Расчет опоры ВЛ может выполняться с разными целями, к примеру, для проектирования фундамента, определения количества столбов, вычисления критических пролетов, прочности и жесткости провода. В зависимости от конкретных задач для расчета можно использовать следующие документы:

  • СТО 56947007-29.120.95-049-2010. Стандарт по проектированию поверхностных фундаментов для опор ВЛ и ПС.
  • СП 20.13330.2016. Свод правил с общими правилами и требованиями по назначению нагрузок, воздействий и их сочетаний.
  • СТО 70238424.29.240.20.003-2011. Стандарт организации с нормами и требованиями к созданию воздушных линий напряжением 35-750 кВ.
  • Пособие к СНиП П-23-81* по проектированию стальных конструкций опор ЛЭП.
  • Правила устройства электроустановок (ПУЭ-7), издание седьмое.

Какие исходные данные необходимы

Чтобы выполнить расчеты ЛЭП, необходимо иметь следующие исходные данные:

  • Марка и модель исполнения опоры с чертежами.
  • Класс напряжения линии электропередач.
  • Характеристики существующего провода.
  • Климатические условия региона (район по гололеду и ветровой нагрузке, высшая, низшая и среднегодовая температуры, а еще температура гололедообразования).
  • Место расположения точки подвеса кабеля.

Сбор нагрузок на опору ЛЭП

Расчет параметров ЛЭП происходит для разных режимов работы опоры:

  • нормального,
  • аварийного,
  • монтажного.
В каждом случае на столб ЛЭП, как и на опору освещения, действует комплекс разных нагрузок. В нормальном режиме это:

  • Gоп – собственный вес опоры.
  • Gг – вес изоляторов.
  • Gп – вес проводов.
  • Gт­ – вес тросов без гололеда.
  • ΔT – нагрузка от натяжений проводов.
  • ΔTт – нагрузка от тросов.
На рисунке схема нагрузок для промежуточной двухцепной (а) и анкерной (б) опор.
Это список постоянных нагрузок (в случае с опорой освещения в перечень войдет и вес светильников). Еще на опору действуют кратковременные силы: давления ветра Qп, троса Qт и опоры, а еще вес от гололеда на проводах и тросах.

Ветровая нагрузка на сам столб, провода и тросы, а также нагрузка от тяжения проводов и тросов, давление ледяной корки – это горизонтальные силы. Поскольку опора ЛЭП большую часть времени работает в нормальном режиме, перечисленные нагрузки называют основным сочетанием.
Следующий режим – аварийный, т. е. при обрыве проводов и тросов. В таком режиме столб работает сравнительно недолго, поэтому при расчете нагрузки и натяжения проводов умножаются на коэффициенты. На рисунке приведены схемы работы в аварийном режиме промежуточной одноцепной и анкерной опор.

Порядок расчета опоры ЛЭП

На примере расчета опоры ЛЭП можно проследить последовательность вычислений:

  1. Определение нормативных постоянных и кратковременных нагрузок.
  2. Вычисление расчетных нагрузок путем умножения нормативных значений на коэффициент перегрузки в нормальных и аварийных режимах.
  3. Суммирование отдельно вертикальных и горизонтальных нагрузок.
  4. Расчет изгибающих моментов от внешних нагрузок, действующих вдоль и перпендикулярно траверсе, а также расчетного крутящего момента от натяжения проводов (силы и моменты изображают на эпюрах, как на рисунке ниже).
  5. Сравнение полученных значений с допустимыми – вывод о возможности подвеса проектируемого кабеля или провода.
Расчет опор ЛЭП с учетом правил и требования нормативных документов позволяет гарантировать безопасность функционирования и снижение риска чрезвычайных ситуаций.