ЖБ опора ЛЭП или металлическая: сравнение СВ и ММО

Выбор опоры для ВЛ 0,4-10 кВ влияет на количество фундаментов, состав монтажной техники, габариты трассы и эксплуатационные расходы. Сравниваются законченные участки одинаковой длины. В расчет включаются стволы, траверсы, изоляторы, линейная арматура, основания, транспорт, монтаж, заземление и обслуживание.

Железобетонная стойка СВ рациональна на типовой трассе с умеренными пролетами и доступными подъездами. Металлическая многогранная опора получает преимущество при увеличенном пролете, ограниченной грузоподъемности дорог, стесненном землеотводе и сложных инженерно-геологических условиях. Надежность линии задают нагрузки, фундамент, габариты, качество изготовления и приемка.

В статье рассматриваются опоры ЛЭП СВ и ММО на примере ВЛ 10 кВ. Для расчетной базы принимаются СИП-3, АС-50/8, АС-70/11 и АС-95/16. Трос С-35 применяется на переходах и подходах к подстанциям. Требования к ВЛ до 1 кВ и выше 1 кВ разделяются по главам 2.4 и 2.5 ПУЭ-7.

1. Область применения стоек СВ и ММО

Стойка СВ применяется как ствол промежуточной, анкерной, угловой или концевой опоры. Комплект включает стойку, траверсу, изоляторы, линейную арматуру, заземляющее устройство и основание. Масса стойки характеризует отдельное изделие. Масса комплектной опоры включает дополнительные элементы и отличается от паспортной массы ствола.

ММО изготавливается из гнутого листового стального профиля с коническим многогранным стволом. Для ВЛ 6-10 кВ применяются восьмигранные исполнения. Двенадцатигранные и шестнадцатигранные стволы назначаются при других сочетаниях высоты, нагрузок и технологических требований.

Промежуточная ПМ поддерживает провода на прямом участке. Анкерная АМ воспринимает продольные усилия при разности тяжений. Анкерно-угловая УМ работает при повороте трассы и анкеровке проводов. Концевая КМ воспринимает одностороннее тяжение перед подстанцией или переходным пунктом.

Сравнение жб и металлических опор допустимо при одинаковой функции и расчетном режиме. ПМ10-1 сопоставляется с промежуточной стойкой СВ при одинаковом проводе, климатике и требуемых габаритах. Анкерная АМ сравнивается с анкерной конструкцией СВ по усилиям в уровне земли и основанию.

Для выбора задаются число цепей, провод, климатический район, угол поворота, длина пролета, тип грунта, схема заземления и монтажная технология. Каждый вариант требует отдельной проверки тяжения, провеса, ветровой нагрузки и усилий в узлах.

Для ВЛ 10 кВ принимаются габариты до земли 7 м в населенной местности, 6 м в ненаселенной местности и 5 м в труднодоступной местности по ПУЭ-7, раздел 2.5. Охранная зона ВЛ 10 кВ принимается 10 м от крайних проводов по Постановлению Правительства РФ N 160.

Габарит до земли и охранная зона решают разные задачи. Габарит определяет безопасность прохождения проводов над землей, дорогами и объектами. Охранная зона устанавливает территориальные ограничения для эксплуатации и работ. Привязка габаритов выполняется по профилю трассы и температурной кривой провеса.

2. Конструкция и характеристики железобетонных стоек СВ

Серии 3.407.1-136 и 3.407.1-143 задают конструктивные решения, геометрию и область применения типовых железобетонных элементов. Марка СВ не заменяет рабочий чертеж, паспорт изделия и расчет конкретной опоры.

Вибрированная стойка формируется из бетона с предварительно напряженным арматурным каркасом. При изготовлении контролируются усилие натяжения арматуры, положение стержней, защитный слой, геометрия и трещиностойкость. При приемке проверяются сколы, трещины, закладные элементы, торцы, маркировка и документы на изделие.

Для стоек СВ-95, СВ-105 и СВ-110 используется бетон B30 по ГОСТ 26633. Для стойки СВ-164-12 используется бетон B40 по ГОСТ 26633. Морозостойкость и водонепроницаемость назначаются проектом по условиям эксплуатации.

Изгибающий момент в таблице является паспортным показателем конкретной позиции. Значение момента характеризует заданный вариант стойки и не заменяет расчет сечения. Расчет железобетонных элементов выполняется по СП 63.13330 с учетом схемы приложения усилий, предельных состояний и условий опирания.

Длина стойки не равна высоте подвеса провода. Из длины вычитаются глубина заделки, высота фундамента и геометрия траверсы. Отметка провода зависит от рельефа, стрелы провеса и температурного режима.

При приемке железобетонного изделия фиксируются раскрытие трещин, повреждения защитного слоя и деформации. Особое внимание уделяется торцам, зонам строповки и местам установки арматуры. Паспорт содержит марку, дату изготовления, класс бетона и результаты контроля.

На слабых и пучинистых грунтах исправная стойка может получить крен из-за недостаточной заделки. Эксплуатационная оценка проводится по системе «стойка плюс основание». Прочность бетона не заменяет проверку устойчивости грунтового массива, выдергивания и опрокидывания.

3. Конструкция и характеристики металлических многогранных опор

ММО завода «Энерго-1» состоит из конического ствола, сваренного из гнутого листового профиля. Восьмигранное сечение обеспечивает технологичность изготовления и передачу изгибающих усилий. Узлы траверс, площадки крепления и соединительные элементы рассчитываются совместно со стволом.

Секции соединяются телескопическим натягом или фланцами. Для телескопического соединения проверяются длина нахлеста, передача продольных и изгибающих усилий, местная устойчивость стенки и точность сопряжения. Для фланца проверяются плита, сварные швы, болты, контактные напряжения и монтажная затяжка.

Расчет ствола выполняется по СП 16.13330.2017. Нагрузки от проводов, гололеда, ветра, собственного веса и монтажных воздействий определяются по СП 20.13330.2016 с учетом ПУЭ-7. Проверяются прочность, общая устойчивость, местная устойчивость, прогибы и ослабленные сечения.

Для ММО применяются стали С255 и С345 по ГОСТ 27772-2021 при наличии сертификата на прокат. Обозначение 09Г2С не является обозначением класса С345, а соответствие стали 09Г2С классу С345 подтверждается документами поставки по ГОСТ 27772-2021.

Марка стали выбирается с учетом расчетной температуры, толщины элементов, режима сварки и требований к хрупкому разрушению по СП 16.13330.2017. При изготовлении контролируются качество листа, геометрия граней, продольный шов, торцы секций и сварные узлы.

Масса относится к указанной позиции и не включает все траверсы, изоляторы, болты и фундамент. Состав комплекта фиксируется ведомостью поставки. Пролет назначается расчетом по усилиям, провесу, габаритам и условиям монтажа.

Горячее цинкование ММО выполняется по ГОСТ 9.307-2021. Для рассматриваемых изделий используется диапазон толщины покрытия 80-120 мкм по техническому справочнику и проектной документации. При приемке проверяются сплошность покрытия, внешний вид, адгезия и толщина в контрольных точках.

Монтажные повреждения покрытия восстанавливаются технологией, принятой рабочей документацией. Срезы, отверстия, фланцы и зоны контакта с фундаментом требуют отдельной защиты. Агрессивность атмосферы и грунта оценивается по СП 28.13330.

4. Нагрузки, пролеты и электрические габариты

Расчет начинается с климатических исходных данных. Фиксируются ветровой и гололедный районы, расчетные температуры, тип местности, высота подвеса, рельеф и локальные наблюдения. Значения принимаются согласованно по ПУЭ-7 и СП 20.13330.2016.

В расчетном сочетании учитываются собственный вес опоры, траверс, проводов и арматуры. Добавляются гололед, ветер на проводах и стволе, тяжение, поворот трассы, разность тяжений, монтажные воздействия и аварийные режимы. Состав сочетаний зависит от типа опоры и класса линии.

Провод передает усилие на изолятор и траверсу. Траверса передает усилие на ствол. Ствол передает изгибающий момент, поперечную силу и продольное усилие в фундамент. Основание передает воздействие грунту через заделку, плиту, сваю, ростверк или трубчатый элемент.

Для ВЛ 10 кВ в сравнительной матрице принимаются ориентиры 40-50 м для СВ и 70-100 м для ММО. В исходных условиях могут применяться диапазоны 45-60 м и 80-110 м. Эти значения не являются универсальными паспортными пролетами.

Пролет определяется проводом, тяжением, стрелой провеса, температурой, ветровым отклонением и отметками рельефа. Для СИП-3 и каждого провода АС выполняется самостоятельная проверка. АС-95/16 создает другое сочетание массы и тяжения по сравнению с АС-50/8.

Габарит 7 м в населенной местности, 6 м в ненаселенной местности и 5 м в труднодоступной местности применяется после проверки условий по ПУЭ-7. Для ВЛ 10 кВ охранная зона принимается 10 м от крайних проводов по Постановлению Правительства РФ N 160.

Для условного участка 1000 м схема со средним пролетом 50 м содержит 20 пролетов и 21 опору. Схема со средним пролетом 100 м содержит 10 пролетов и 11 опор. Снижение количества опор составляет около 48 процентов по геометрической модели.

Расчетная экономия 35-45 процентов по числу опор может возникать при сопоставимых трассах и увеличении среднего пролета. Эффект подтверждается расчетом провеса, габаритов, опор, фундаментов и анкерных участков. При росте пролета увеличиваются усилия в анкерных и угловых конструкциях.

Трос С-35 предусматривается проектом на переходах и подходах к подстанциям. Для каждого участка проверяются расстояния до проводов, заземление, молниезащита, нагрузки от арматуры и монтажная последовательность.

5. Сравнение эксплуатации, логистики и монтажа

Для СВ основными эксплуатационными рисками являются сколы, раскрытие трещин, увлажнение бетона и коррозия арматуры. Повреждение защитного слоя ускоряет проникновение влаги и агрессивных компонентов. Обследование включает осмотр, фиксацию трещин, проверку геометрии и оценку состояния заделки.

Для ММО контролируются цинковое покрытие, сварные швы, фланцы, болты, отверстия, торцы и места монтажной обработки. Грунтовая коррозия зависит от влажности, удельного сопротивления грунта, состава среды и качества водоотвода.

Инженерная оценка срока службы СВ составляет 25-30 лет. Оценка срока службы ММО превышает 50 лет при сохранении покрытия толщиной 80-120 мкм по ГОСТ 9.307-2021. Оба показателя зависят от среды, качества изготовления, обследований, ремонта и проектного назначения.

Указанные 3-7 процентов относятся к инженерной оценке перевозки СВ по бездорожью. Фактические повреждения зависят от дороги, прокладок, строповки и крепления. Приемка фиксирует каждое повреждение актом.

Формулировка «бой хрупкого изделия отсутствует» означает отсутствие скалывания и трещин бетона. Стальные секции способны получить вмятины, царапины, деформации и локальное повреждение цинкового покрытия при нарушении правил крепления.

Для перевозки СВ-110 учитываются длина 11 м, масса 1125 кг, опорные прокладки и ограничения кузова. Для ПМ10-1 проверяются длина 11,5 м, масса 320 кг, схема размещения секций и защита цинкового покрытия.

Подбор крана выполняется по массе поднимаемого комплекта, вылету стрелы, высоте, состоянию площадки и грузовой характеристике. Длина изделия 11,5-13 м проверяется по фактическому транспорту до заключения договора перевозки.

Время 2-4 часа относится к сборке конкретной ММО при подготовленном основании и обеспеченных кране, бригаде и оснастке. В общий срок входят устройство фундамента, набор прочности бетона, выверка, заземление, траверсы и подвеска проводов.

6. Фундаменты, морозное пучение и мерзлые грунты

Основание выбирается по инженерно-геологическим изысканиям. Нужны данные о составе и состоянии грунтов, уровне подземных вод, глубине сезонного промерзания, пучинистости, коррозионной агрессивности и температурном режиме мерзлых грунтов.

Для СВ применяются непосредственная заделка, уплотненная обратная засыпка и специальные фундаментные решения. Проверяются вертикальная устойчивость, опрокидывание, выдергивание, горизонтальное перемещение и крен. Глубина заделки задается расчетом и рабочими чертежами.

Для ММО используются заглубляемая секция, железобетонный фундамент с анкерными болтами, трубчатое основание, свайный фундамент или ростверк. Винтовые сваи проверяются по вертикальной несущей способности, выдергиванию, горизонтальной нагрузке, изгибу и коррозии по СП 24.13330.

Морозное пучение создает касательные силы по боковой поверхности основания. При недостаточном сопротивлении возникает выдавливание, поворот и крен. Узкая база ММО сама по себе не отменяет расчет пучения. Результат определяется глубиной, типом основания, дренированием и свойствами грунта.

В мерзлых грунтах назначается принцип использования грунта по СП 25.13330. Проверяется тепловое влияние строительства, оттаивание вокруг фундамента, изменение несущей способности и сезонная деформация. Свая или трубчатое основание требует расчета температурного режима.

При выборе между СВ и ММО сравниваются усилия в уровне земли и допускаемые перемещения. Металлический ствол может быть легче, но фундамент способен иметь значительную массу и стоимость. Железобетонная стойка может быть типовой, но потребовать усиленного основания.

Для ВЛ 10 кВ в пучинистых грунтах проверяется совместная работа стойки, заделки и грунтового массива. В расчет включаются касательные силы морозного пучения, сопротивление боковой поверхности, момент от ветра и продольное усилие от проводов по СП 20.13330.2016.

Нормативную базу составляют СП 22.13330 для оснований, СП 24.13330 для свайных фундаментов и СП 25.13330 для оснований на многолетнемерзлых грунтах. Защитные мероприятия по бетону и стали назначаются с учетом СП 28.13330.

7. Экономика жизненного цикла и порядок выбора

Цена одной стойки не характеризует стоимость законченного участка ВЛ. В расчет включаются опоры, траверсы, изоляторы, линейная арматура, основания, закладные детали, изыскания, проектирование, доставка, разгрузка, кран, монтаж, землеотвод, обследования, ремонт и замена.

При изменении пролета изменяются длина анкерных участков, число угловых опор, состав проводов, объем фундаментов и количество монтажных операций. Увеличение пролета не дает экономии автоматически. Для ММО может потребоваться более мощная анкерная или угловая позиция.

Для условного участка 1000 м при среднем пролете 50 м требуется около 21 опоры с учетом крайних положений. При среднем пролете 100 м требуется около 11 опор. Снижение количества опор составляет около 48 процентов по геометрической модели. Число фундаментов уменьшается пропорционально только при неизменной схеме опор и отсутствии дополнительных анкерных позиций.

Приведенные затраты рассчитываются для одинакового расчетного горизонта и ставки дисконтирования. Формула включает первоначальные вложения, дисконтированные расходы на обслуживание, ремонт, замену и завершение эксплуатации. Расчет выполняется по всей трассе, включая промежуточные, угловые, анкерные и концевые опоры.

СВ целесообразна при наличии типового решения, умеренных пролетах, доступной доставке и приемлемой стоимости крановых операций. Типовые серии упрощают проверку исходных данных, снабжение и замену изделий.

ММО целесообразна при расчетно подтвержденном увеличении пролета, ограниченной пропускной способности дорог, необходимости снизить число фундаментов или преимуществе свайного основания. Решение оправдывается стоимостью законченного участка.

Преимущества стальных опор перед железобетонными проявляются в конкретных условиях. К ним относятся меньшая масса секций, высокая транспортная плотность, возможность телескопической сборки, малая база ствола и совместимость с узкими фундаментами. Эти свойства требуют расчета ствола по СП 16.13330.2017 и защиты по ГОСТ 9.307-2021.

Для технико-коммерческого сравнения ГИП передает план и профиль трассы, длину участка, провод, число цепей, климатические параметры, углы поворота, габариты, данные изысканий и расчетные усилия. ОМТС добавляет требования к комплектности, транспортировке, покрытию и упаковке.

Эксплуатационная организация задает периодичность обследований, доступность подъездов, требования к ремонту покрытия и порядок приемки. Для СВ фиксируются дефекты бетона и заделки. Для ММО фиксируются состояние цинка, болтов, фланцев, сварных швов и вертикальность.

Минимальный комплект исходных данных включает план и профиль трассы с отметками земли, дорог, зданий, водных объектов и пересечений. В него входят напряжение линии, число цепей, тип провода, наличие троса С-35 и схема заземления. Фиксируются ветровой и гололедный районы, расчетные температуры и категория местности.

Также требуются геологический разрез, уровень грунтовых вод, глубина промерзания и характеристики пучинистости. Проектировщик задает типы опор по функциям, углы поворота, длины анкерных участков и расчетные усилия. ОМТС передает ограничения транспорта, грузоподъемность дорог, площадки для крана и условия складирования.

По этим данным формируется ведомость опор, расчет фундаментов, схема транспортировки и календарный план. Для СВ проверяется соответствие паспортного момента расчетному воздействию по СП 63.13330. Для ММО проверяется ствол, узлы, соединения и фундамент по СП 16.13330.2017 и СП 20.13330.2016.

Выбор выполняется после сравнения двух полных вариантов. Вариант СВ включает стоимость доставки тяжелых стоек и основания. Вариант ММО включает стальной расчет, цинкование, узлы соединений и фундамент. Принимается решение с меньшими приведенными затратами при выполнении требований прочности, устойчивости, габаритов и надежности.

Технические решения по ММО, СМО, опорам ПМ, АМ, УМ и КМ собраны на странице металлические опоры ЛЭП. Материалы применяются как исходная база для формирования задания и расчета законченного участка.

Источники

1. ПУЭ-7, главы 2.4 и 2.5. Требования к воздушным линиям до 1 кВ и выше 1 кВ, габаритам, расчетным режимам и размещению проводов.
2. СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции». Расчет стволов ММО, фланцев, болтов, сварных швов, общей и местной устойчивости.
3. СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия». Ветровые, гололедные, температурные и иные воздействия.
4. ГОСТ 27772-2021 «Прокат для строительных стальных конструкций». Требования к прокату С255 и С345 при подтверждении соответствия поставки.
5. ГОСТ 9.307-2021. Горячие цинковые покрытия стальных изделий, контроль покрытия и требования к приемке.
6. СП 63.13330 и ГОСТ 26633. Расчет железобетонных конструкций и характеристики тяжелого бетона B30 и B40.
7. СП 22.13330, СП 24.13330 и СП 25.13330. Основания, свайные фундаменты и многолетнемерзлые грунты.
8. СП 28.13330. Защита строительных конструкций от коррозии.
9. Постановление Правительства РФ N 160 от 24.02.2009 в действующей редакции. Охранные зоны объектов электросетевого хозяйства.
10. Серии 3.407.1-136 и 3.407.1-143. Рабочие чертежи и типовые решения железобетонных стоек при применимости конкретного выпуска.
11. ГОСТ 23613-79. Типовые железобетонные элементы и изделия, применяемые в конструкциях опор ВЛ при соответствии области применения конкретной конструкции.
12. Численные характеристики СВ, ММО, пролетов, логистики и покрытия взяты из технического справочника. Паспорт, рабочие чертежи, сертификат на прокат и документы на покрытие имеют приоритет для рабочей документации.
13. Производственная информация и номенклатура ММО завода «Энерго-1»: https://energo-1.ru/opory-lep.

Обсудить проект