Опоры ВЛ

 

Статистические данные о вероятности отказа металлических, железобетонных и деревянных опор на 100 км в год приведены в [10]. Уровень повреждаемости деревянных опор, согласно этим данным, в 13 раз превышает повреждаемость опор других типов. Повреждаемость опор стальных и опор железобетонных примерно равны друг другу. Общая доля аварийных отключений ВЛ, обусловленная повреждениями опор, составляет 15 %, то есть каждое шестое отключение.

Основными причинами, приводящие к нарушению работоспособности ВЛ и их повреждению, являются неудовлетворительное техническое состояние опор. Общая причина низкого технического состояния опор − это нарушение технологии изготовления, транспортировки и установки опор. В частности, это неустраненные дефекты металлоконструкций опор, дефекты и повреждение железобетонных опор при транспортировке, нарушение технологии изготовления и пропитки деревянных опор, эксплуатационного контроля состояния анкерных конструкций оттяжек опор.

3.4.1 Металлические опоры

Повреждение металлических опор обусловлено следующими причинами:

- сверхнормативными гололедными и ветровыми нагрузками;

- дефектами изготовления, транспортировки и монтажа;

- низкого уровня культуры населения (наезд транспортных средств на оттяжки и опоры, воровство уголков и др.);

- коррозия в местах сопряжения элементов опор;

- старение металла опор.

Современные достижения металловедения указывают, что знакопеременные нагрузки, которые испытывают опоры в эксплуатации, приводят к усталости металла и изменению его внутренней структуры. Чем прочней используемый в конструкции металл, тем раньше в нем могут проявиться признаки деградации в виде усталостных трещин. На процесс старения металла опор существенное влияние оказывают условия эксплуатации, конструктивное исполнение ВЛ, класс напряжения и режим работы ВЛ.

3.4.2 Железобетонные опоры

На настоящий момент времени в эксплуатации находится несколько сотен тысяч железобетонных опор ВЛ со сроком службы около 40 лет. Это обусловлено большим объемом строительства ГЭС, АЭС и ТЭЦ, и созданием в России единой электрической сети во второй половине прошлого столетия. Учитывая, что качество бетона со временем улучшается, при условии правильной технологии изготовления и его эксплуатации, железобетонные опоры ВЛ и сейчас широко используются в электросетевом строительстве.

Основными причинами отказов железобетонных опор являются:

- развитие трещин, выкрашивание бетона вследствие неправильной технологии изготовления и нарушения правил транспортировки к месту установки опор;

- нарушение технологии установки опор (неплотная заделка в грунт, некачественная гидроизоляция);

- коррозия, ослабление и разрывы арматуры, как следствие двух первых причин.

Методы неразрушающего контроля прочности бетона:

1. Метод пластической деформации, основанный на измерении размеров отпечатка, который остается на поверхности бетона после соударения с ней стального шарика (молоток Кашкарова).

2. Метод упругого отскока, заключающийся в измерении величины обратного отскока ударника от поверхности бетона (склерометр Шмидта).

3. Метод ударного импульса, регистрирующий энергию удара, возникающую в момент соударения бойка с поверхностью бетона.

4. Метод отрыва со скалыванием ребра конструкции, заключающийся в регистрации усилия, необходимого для скалывания участка бетона на ребре конструкции, либо местного разрушения бетона при вырывании из него анкерного устройства.

5. Метод отрыва стальных дисков (заключается в регистрации напряжения, необходимого для местного разрушения бетона при отрыве от него вмонтированного металлического диска, метод используется редко).

6. Ультразвуковой метод, измеряющий скорость прохождения ультразвуковых (УЗ) волн и характер их отражения.

7. Вибрационный метод.

Первые пять методов позволяют определить прочностные характеристики лишь поверхностного слоя бетона железобетонной конструкции, при том в одной точке, и это является их существенным недостатком.

Наиболее адекватным [21] считаются два последних метода контроля, поскольку в отличие от других методов они позволяют измерить интегральные параметры прочности, то есть контролировать прочность не только приповерхностных слоев бетона, но и всего объема бетоноконструкции. Кроме того ультразвуковые и вибрационные методы обладают значительно большей чувствительностью к возникновению микротрещин.

К звуковым и низкочастотным ультразвуковым методам относятся:

- метод сквозного прозвучивания;

- свободных колебаний;

- вибрационный (резонансный).

Эти методы используют частоты от единиц килогерц (кГц) до немногих десятков кГц и принципиально позволяют выявлять лишь достаточно грубые дефекты, размер которых сопоставим с размером поперечного сечения бетона. Такие дефекты не всегда могут быть выявлены визуально.

Сквозное прозвучивание. Акустический импульс возбуждают в контролируемом объекте с помощью фиксированного удара и после прохождения импульса через исследуемый объект принимают датчиком. Возникающая при ударе сферическая волна проходит через объект, и если на пути сферической волны окажется дефект, то часть волны поглощается, а часть отражается. Таким образом, амплитуда принятого сигнала может измениться (уменьшиться либо возрасти) в зависимости от взаимного расположения датчика и точки ввода акустического импульса.

Метод свободных колебаний. Свободные колебания в контролируемом изделии возбуждают ударом. Прием колебаний ведется с помощью направленного микрофона, результаты сопоставляются с базой данных с помощью компьютера. Эффективно выявляются лишь достаточно крупные дефекты. Например, это могут быть малозаметные наружные трещины, не выявляемые при осмотре с земли.

Вибрационный метод является одним из вариантов резонансного метода и сводится к определению резонансной частоты испытуемых конструкций в режиме вынужденных колебаний. Вибрационный метод успешно применяется для измерений толщины, выявления расслоений и качества состояния бетона по уровню принимаемого сигнала.

Для металлических конструкций опор, имеющих малую толщину (уголки, пластины и т. п), для которых резонансная частота ультразвуковых колебаний может достигать сотен килогерц и даже единиц мегагерц, метод обеспечивает высокую чувствительность и точность определения дефектов.

3.4.3 Деревянные опоры

Высокий уровень повреждаемости деревянных опор происходит по следующим причинам:

- нарушение технологии изготовления и пропитки древесины;

- низкого качества антисептических составов;

- нарушение технологии установки опор;

- потери прочности вследствие загнивания опор, пасынков и траверс;

- несвоевременной заменой опор и ее деталей в процессе эксплуатации;

- расщепление и разрушение опор при прямых ударах молнии;

- пожаров на трассе ВЛ (лесные пожары, весенние палы).

Интенсивность загнивания древесины зависит от влажности воздуха, которая в летний период составляет 50−60 %, а во время дождя достигает 100 %. Также высокая влажность характерна для подземной части опор и пасынков, интенсивность гниения которых ускоряется растворенными солями почвы.

Нарушение технологии установки опор приводит к тому, что опоры ломаются из-за недопустимого отклонения стоек от вертикального положения и смещения от оси ВЛ.

На деревянных траверсах от токов утечки при загрязнении и увлажнении поверхности изоляторов возникают нагрев, который может привести к возгоранию.

Из-за низкого качества пропитки древесины и нарушения технологии изготовления нередки повреждения деревянных опор насекомыми, откладывающими личинки в сухую древесину. Личинками питаются дятлы, которые также увеличивают степень повреждения деревянных опор.

Контроль состояния деревянных опор и деталей заключается в проверке древесины на загнивание путем внешнего осмотра и измерение глубины загнивания с помощью приборов. Измерение глубины загнивания осуществляется следующими способами:

- вырезанием столбика из древесины с помощью бурава в виде трубки с острыми краями (полученное отверстие в дре­весине затем заделывается антисептической пробкой);

- прокалыванием древесины с помощью щупа или шила. При ручном способе определяется только глубина проникновения иглы по нанесенным на ней делениям. При механизированных способах дополнительно определяется и усилие, с которым игла проникает в древесину;

- акустические способы (могут применяться только в сухую погоду при положительной температуре).

К последним относятся два способа. Первый - простукивание древесины молотком массой 0,4-0,5 Кг. Чистый, звонкий звук характеризует здоровую древесину, глухой звук указывает на наличие в ней загнивания. Второй - пределитель загнивания древесины ОЗД, разработанный СКТБ ВКТ Мосэнерго. Прибор состоит из излучателя, генерирующего ультразвуковые колебания, и их приемника, которые плотно прикла­дываются с противоположных сторон к контролируемой де­тали в одном сечении. Степень поглощения ультразвуковых колебаний неповрежденной древеси­ны отличается от загнившей древесины, на этом основан принцип работы прибора.

При обследовании опор ВЛ любого типа проводятся следующие работы:

- определение фактических нагрузок на опору;

- определение фактических характеристик бетона, металла, древесины;

- ознакомление с условиями и особенностями эксплуатации (характеристика трассы, наличие загрязненной или агрессивной среды и т. д).

В ведомость дефектов заносят данные об отсутствие условных обозначений, о нумерации опор; об отклонении стоек вдоль и поперек ВЛ сверх допустимых норм; о наличии на опорах птичьих гнезд и посторонних предметов.

Кроме этого указываются отклонения от проектного положения отдельных элементов опор: траверсы от горизонтали, разворот траверсы вокруг опоры; ослабление тяжения тросовых оттяжек.

Для металлических опор в ведомость дефектов заносят данные: о коррозии деталей опор; о деформации элементов; о дефектах сварных швов; об ослабление болтовых и заклепочных соединений; о разрушении лакокрасочного или цинкового покрытия; о неплотном прилегании элементов опоры; о повреждениях металлоконструкций; о величине коррозионных потерь металла в узловых соединениях и на свободной поверхности элементов.

Для железобетонных опор указываются трещины, раковины, щели, пятна на бетоне, смещение каркаса арматуры, оголение и ржавление арматуры.

Для деревянных опор указываются глубина загнивания опор, пасынков и траверс; следы пожаров и глубина обугливания опор и пасынков; следы расщепления и разрушения опор от прямых попаданий молний.

Контроль натяжения оттяжек производится при отсутствии на них гололеда и при ветре не более 5 м/с или ручным способом, путем определения времени по секундомеру с одновременным подсчетом заданного числа их колебаний. Или с помощью индикатора ИН, принцип действия которого основан на измерении с помощью динамометра упругости натянутого каната.

Нормативные документы [14] не решают всех вопросов контроля эксплуатационного состояния анкерных конструкций оттяжек опор. Согласно этим требованиям один раз в шесть лет на анкерных конструкциях оттяжек опор ВЛ необходимо выполнить выборочную проверку состояния П-образных болтов со вскрытием грунта, а также антикоррозионного покрытия анкеров оттяжек с выборочным вскрытием грунта. При этом порядок выбора опор не регламентируется, что не способствует своевременному обнаружению коррозии П-образных болтов или петель анкерных плит, закрепляющих оттяжки опор в грунте и удерживающих опору от падения.

Норматив допустимого уменьшения поперечного сечения расчетных элементов опор в результате коррозии, согласно [16] соответствует 20 %площади элемента, а вопросы изменения структуры материала в процессе эксплуатации вообще не рассматриваются. В [17] норматив допустимой потери сечения ужесточен: при сплошной или язвенной коррозии металлоконструкций допустимое отношение фактического сечения металлического элемента (детали) к сечению, предусмотренному проектом, должно быть не менее 0,9 для несущих элементов. Однако, как показывают результаты вскрытий, этот предел для опор многих ВЛ уже пройден.