Расчет нагрузок на опору от подвеса ВОК

Оптический кабель, как правило, является дополнительным элементом ВЛ. При подвесе ОКСН на действующих ВЛ всегда возникают дополнительные нагрузки, которые не были учтены при расстановке опор на этапе проектирования ВЛ, а также при выборе и расчете фундаментов или закреплений в грунте. Если в проектной документации не провести расчет допустимых нагрузок на опоры, то в процессе эксплуатации, это может привести к выходу из строя не только линии связи, но и к аварийной ситуации на линии электропередачи, перебоям с поставкой электроэнергии потребителям и длительному и дорогостоящему восстановительному ремонту.

В связи с этим при проектировании подвеса ВОК на ВЛ следует определять суммарные расчетные нагрузки на конструкции опор от всех фазных проводов, грозозащитного троса и ВОК с учетом ветровых нагрузок и гололедных отложений и сопоставлять их с допустимыми. В случае превышения нагрузок рекомендуется усиление опор, фундаментов или закреплений в грунте, замена опор или уменьшение пролетов путем подстановки новых опор.

Рис. 1. Упавшая опора ВЛЭП.

До середины 60-х годов в СССР расчет стальных и деревянных опор производился по методу допускаемых напряжений, а расчет железобетонных опор и оснований фундаментов опор из любого материала — по методу разрушающих нагрузок. В настоящее время расчет опор и их оснований производится по новому методу — методу предельных состояний.

Опоры, фундаменты или закрепления в грунте должны быть рассчитаны на сочетания расчетных нагрузок нормальных режимов по первой и второй группам предельных состояний, а также аварийных и монтажных режимов ВЛ по первой группе предельных состояний.

Расчет следует выполнить для каждого типа опоры, фундамента или закрепления в грунте.

При подвесе ОКСН или ОКГТ в межфазном пространстве, если нагрузки от них являются дополнительными, то в проекте должны быть представлены результаты расчетов опор, фундаментов или закреплений в грунте на нагрузки от ОК.

Предельные состояния, по которым производится расчет фундаментов или закреплений в грунте опор ВЛ, подразделяются на две следующие группы:

Первая группа включает предельные состояния, которые ведут к потере несущей способности элементов или к полной непригодности их в эксплуатации, т. е. к их разрушению любого характера. К этой группе относятся состояния при наибольших внешних нагрузках и при низшей температуре, т. е. при условиях, которые могут привести к наибольшим изгибающим или крутящим моментам на опоры, наибольшим сжимающим или растягивающим усилиям на опоры и фундаменты.

Вторая группа включает предельные состояния, при которых возникают недопустимые деформации, перемещения или отклонения элементов, нарушающие нормальную эксплуатацию, к этой группе относятся состояния при наибольших прогибах опор.

Метод расчета по предельным состояниям имеет целью не допускать, с определенной вероятностью, наступления предельных состояний первой и второй групп при эксплуатации, а также первой группы при строительстве ВЛ.

При разработке проектной документации оформленные результаты расчета нагрузок от ОК на опоры каждого типа должны содержать:

1) Титульный лист с указанием титула и наименования ВЛ; схемы с местом крепления ОК на опоре с размерами; информацию о ПО, в котором рассчитаны нагрузки; при расчете нагрузок без применения программных средств должны быть приведены ссылки на нормативные документы и справочную литературу, в соответствии с которой выполнен расчет; должны быть указаны номер и тип опоры; климатические условия расчета (ветровое давление, толщина стенки гололеда), региональные коэффициенты или коэффициенты перегрузки; схема расположения векторов вертикальной, поперечной и продольной составляющих, из которой однозначно понятно в какой системе координат («провод» или «опора») получены нагрузки; должны быть указаны длины пролетов, смежных с рассчитываемой опорой; типы фазных проводов, ГТ и/или ОКГТ, ОКСН, ОКНН и ОКФП, подвешенных до и после рассчитываемой опоры.

2) Первый лист отчета для промежуточной опоры должен содержать расчет на сочетание расчетных нагрузок нормальных и аварийных режимов по первой группе предельных состояний.

3) Первый лист отчета для анкерно-угловой опоры должен содержать расчет на сочетание расчетных нагрузок нормальных, аварийных и монтажных режимов по первой группе предельных состояний.

4) Второй лист отчета для промежуточной, а также анкерно-угловой опоры, должен содержать расчет на сочетание расчетных нагрузок нормальных режимов по второй группе предельных состояний.

Расчет дополнительных нагрузок на опору от подвеса ВОК

Нагрузки, соответствующие условиям эксплуатации конструкции или сооружения, называются нормативными нагрузками. В расчетах опор и их оснований принимают расчетные нагрузки, получаемые путем умножения нормативных нагрузок на коэффициенты перегрузки. Эти коэффициенты определены в зависимости от вероятности превышения нагрузок различных видов и от состояния линии, так называемого режима.

При расчете дополнительных нагрузок на опору от подвеса ВОК следует рассматривать следующие режимы работы:

• Нормальный режим. Ветра нет, гололеда нет.
• Режим максимального ветра под углом 45° к линии. Ветровой напор 100% под углом 45° к линии, гололеда нет.
• Режим максимального ветра перпендикулярного линии. Ветровой напор 100% перпендикулярно линии, гололеда нет.
• Режим гололеда с ветром. Ветровой напор 25% перпендикулярно линии, максимальный гололед.
• Аварийный режим. Одностороннее тяжение (обрыв оптического кабеля), ветер и гололед отсутствуют.
• Монтажный режим. Для промежуточной опоры: ветер и гололед отсутствуют, учитываются вес монтажной оснастки и монтажника. Для анкерной опоры: одностороннее тяжение, ветер и гололед отсутствуют, учитываются вес монтажной оснастки и монтажника.

На опору от подвеса на нее ВОК будут действовать 3 типа сил:

• G — вертикальная сила, обусловленная силой тяжести ВОК, гололеда и монтажника;
• P — горизонтальная поперечная сила, обусловленная воздействием ветра на ВОК;
• T — горизонтальная продольная сила, тяжение ВОК в нижней точке кривой провеса.

Итоговое тяжение кабеля H — это суперпозиция этих сил.

Рис. 2. Дополнительные силы, прикладываемые к промежуточной опоре со стороны оптического кабеля

Рис. 3.  Дополнительные силы, прикладываемые к анкерной опоре со стороны оптического кабеля

Алгоритм расчета сводится к следующему: находятся нормативные нагрузки, действующие на опору в рассматриваемом режиме, затем эти нагрузки умножаются на коэффициенты и получаются значения расчетных нагрузок. Расчетные нагрузки от ВОК в сумме с расчетными нагрузками от троса и проводов сравниваются с допустимыми нагрузками для конкретной опоры.

Нормативные нагрузки на опору

Нормативная горизонтальная продольная нагрузка T ищется как проекция тяжения H на горизонтальную продольную ось.

Расчет вертикальной нагрузки на опору в рассматриваемом режиме, обусловленную силой тяжести ВОК и гололеда G, выполняется не через проекцию тяжения на вертикальную ось, а напрямую, используя расчет приведенный в ПУЭ. Следует помнить, что весовая нагрузка в пролете распределяется на обе опоры поровну если точки подвеса расположены на одной высоте. В общем случае весовая нагрузка от ВОК действует на опору от точки закрепления на опоре и до самой нижней точки кривой провеса кабеля.

Нормативную горизонтальную поперечную нагрузку, обусловленную воздействием ветра на ВОК P, можно найти не через проекцию тяжения на горизонтальную поперечную ось, а также напрямую. Следует помнить, что ветровая нагрузка в пролете распределяется на обе опоры поровну.

Рис. 4. Суммарный вектор нагрузки H, направленный вдоль кабеля

Расчетные нагрузки на опору

Расчетные нагрузки рассчитываются путем умножения нормативных нагрузок на следующие коэффициенты.

Горизонтальная поперечная нагрузка P умножается на:

• γ_nw — коэффициент надежности по ответственности, принимаемый равным: 1,0 — для ВЛ до 220 кВ; 1,1 — для ВЛ 330–750 кВ и ВЛ, сооружаемых на двухцепных и многоцепных опорах независимо от напряжения, а также для отдельных особо ответственных одноцепных ВЛ до 220 кВ при наличии обоснования;
• γ_fP — коэффициент надежности по ветровой нагрузке, равный 1,3 при расчете по первой группе предельных состояний и 1,1 при расчете по второй группе предельных состояний;
• γ_р — региональный коэффициент, принимаемый от 1 до 1,3. Значение коэффициента принимается на основании опыта эксплуатации и указывается в задании на проектирование. В большинстве случаев равен единице.

Вертикальная нагрузка G умножается на:

• γ_nw — коэффициент надежности по ответственности, принимаемый равным: 1,0 — для ВЛ до 220 кВ; 1,3 — для ВЛ 330–750 кВ и ВЛ, сооружаемых на двухцепных и многоцепных опорах независимо от напряжения, а также для отдельных особо ответственных одноцепных ВЛ до 220 кВ при наличии обоснования;
• γ_fG — коэффициент надежности по гололедной нагрузке равный 1,6 для районов по гололеду III и выше;
• γ_d — коэффициент условий работы, равный 1 при расчете по первой группе предельных состояний и 0,5 при расчете по второй группе предельных состояний;
• γ_р — региональный коэффициент, принимаемый равным от 1 до 1,5. Значение коэффициента принимается на основании опыта эксплуатации и указывается в задании на проектирование. В большинстве случаев равен единице.

Горизонтальная продольная нагрузка T умножается на:

• γ_fT — коэффициент надежности по нагрузке от тяжения, равный 1,3 при расчете по первой группе предельных состояний и равный 1 при расчёте по второй группе предельных состояний.

Момент силы на основание опоры

В расчете момента, действующего на основание опоры, принимаются только горизонтальная поперечная и продольная силы (P и T). Находится их суперпозиция и умножается на высоту подвеса ВОК.

Рис. 5. Момент силы M на основание опоры.

Дополнительные нагрузки на опору от ОКГТ

Такие нагрузки возникают и требуют расчета в том случае, если ОКГТ больше и тяжелее грозотроса по типовому проекту. В большинстве случаев ОКГТ легче троса, так как ОКГТ производится из стальных проволок, плакированных алюминием и проволок из алюминиевого сплава.

Рис. 6. Схематичное изображение сечения ОКГТ.

Рис. 7. Схематичное изображение сечения ГТК.

Дополнительные нагрузки на опору от ОКФП

Считаются только в случае, если величины диаметра и веса ОКФП больше, чем у провода на 10% и выше.

Рис. 8. Схематичное изображение сечения ОКФП.

Рис. 9. Схематичное изображение сечения фазного провода.

Дополнительные нагрузки на опору от ОКНН

Учитываются:

1. Нагрузка на провод/трос от ОКНН с учетом увеличения воздействия гололеда и ветра;
2. Временное воздействие монтажного оборудования (навивочной машины).

Рис. 10. Для расчета ОКНН используется эквивалентный диаметр ГТК.

Рис. 11. Применение навивочной машины.

Примером расчета нагрузок на опору может служить результат работы в конфигураторе «ВОЛС на ВЛ с ОКСН».

Конфигуратор предназначен для автоматизации различных этапов проектирования подвесных ВОЛС:

• выбора и подсчета необходимых комплектующих (кабель, арматура, муфты),
• осмечивания проекта по материалам,
• предоставления готовых чертежей по типовым узлам и решениям,
• проверки соответствия проектных решений актуальным нормативным документам и методикам,
• проверки совместимости различных материалов и узлов между собой.

Конфигуратор позволяет выполнить следующие автоматизированные расчеты:

• выбор марки кабеля,
• расчет оптимальных строительных длин,
• подбор виброгасителей и составление схемы виброгашения,
• расчет тяжений и стрел провеса,
• расчет нагрузок на опоры от подвеса ВОК,
• расчет на сближение с фазными проводами при различных климатических воздействиях и при возникновении пляски,
• расчет наведенного электрического потенциала вблизи опоры и определение допустимых точек подвеса ОКСН (выдача результата из проведенных ранее расчетов для типовых опор).

Если вы являетесь инженером-проектировщиком или руководителем проектного отдела строительной организации, занимающейся строительством магистральных ВОЛС и хотели бы повысить свою квалификацию или квалификацию специалистов вашего отдела, рекомендуем вам обучение на курсе «Проектирование ВОЛС». Актуальное расписание ближайших занятий, программу курса и всю информацию по вопросам подачи заявок на обучение вы сможете найти в разделе «Обучение».