Повышение требований к надёжности работы ЛЭП требует соответственно повышения требований и к составляющим элементам и в частности к арматуре для подвески проводов и грозозащитных тросов. Одним из наиболее важных элементов ВЛ являются переходы через водные преграды. Расстояние между переходными опорами нередко превышает один километр. Повышенные ветровые нагрузки, ограничения по стрелам провеса, образование гололёда приводит к возникновению значительных растягивающих нагрузок, как на провод, так и на натяжную арматуру. Нередко расчётные нагрузки значительно превышают 300 кН и могут достигать 600 кН.
Существующие способы заделки провода для повышенных тяжений основаны на применении клиновых или прессуемых зажимов. Применение клиновых зажимов ограничено усилиями 300 кН. Прессуемые зажимы могут развивать и большие усилия, но для монтажа необходимо специальное дорогостоящее оборудование. К тому же эти способы не применимы для подвески грозозащитных тросов с встроенным волоконно-оптическим кабелем, которые критичны к передавливанию.
Опыт проектирования и успешного применения арматуры спирального типа подсказывает, что преодолеть указанные выше трудности возможно, если применить спиральную арматуру. Однако конструкцию натяжного зажима необходимо переработать.
Типовая конструкция натяжного зажима спирального типа состоит из силовой пряди и коуша (рис.1). Силовая прядь монтируется непосредственно на проводе или ином сердечнике и через коуш и стандартную сцепную арматуру крепится к опоре воздушной линии электропередачи. В свою очередь, силовая прядь собирается из нескольких спиралей. Материалом для спиралей служит, как правило, стальная проволока с антикоррозионным защитным покрытием из алюминия или цинка. В процессе нагружения такой конструкции растягивающим усилием Р, когда с одной стороны усилие приложено к проводу, а с другой - к коушу, возникает момент кручения Мкр который стремится
раскрутить силовую прядь (см. рис.1).раскрутить силовую прядь. рис.1).
С увеличением растягивающего усилия величина крутящего момента Мк также увеличивается. При достижении растягивающей нагрузки, превышающей прочность заделки зажима, упругое сопротивление спиралей силовой пряди преодолевается и происходит отказ зажима, поскольку силовая прядь переходит в область пластических деформаций. Силовая прядь проскальзывает относительно провода.
Существует и другой вид отказа натяжного спирального зажима, вызванного его откруткой. Поскольку силовая часть зажима представляет собой спираль с достаточно большим шагом, то при увеличении растягивающего усилия и Мк происходит вращение спиралей относительно их горизонтальной оси на достаточно большие углы. Зажим начинает раскручиваться. При углах порядка 120-200 угловых градусов силовые пряди из симметричного положения по отношению к проводу смещаются к одной стороне и возникающая боковая сила выталкивает один виток силовой пряди зажима из провода.
Чем выше заявляемая прочность заделки, тем больший диаметр у проволоки и тем большее количество спиралей в силовой пряди. И тот, и другой параметр можно увеличивать только до определённого значения. Так, например, максимально-допустимое количество спиралей при заданном диаметре проволоки ограничено диаметром сердечника, для которого предназначен зажим. Что касается диаметра применяемой проволоки, то его увеличение значительно усложняет технологию изготовления зажима, вызывает дополнительные трудности при монтаже.
Из сказанного следует, что при относительно малом наружном диаметре и значительной разрывной прочности сердечника подвесить его с применением традиционной конструкции натяжного зажима нельзя. Именно такие условия возникают при подвеске проводов и грозозащитных тросов через большие водные преграды, где расчётные значения растягивающих усилий превышают тридцать и более тонн.
Постановка задачи
Требуется на базе спирального натяжного зажима найти такое конструктивное решение, которое позволило бы компенсировать возникающий момент кручения МКр и добиться значительного увеличения прочностных параметров натяжного зажима. При этом необходимо, по возможности, сохранить хорошо отработанную технологию изготовления спиральной арматуры и присущие ей преимущества:
быстрый и простой монтаж без применения специальной монтажной оснастки;
незначительное давление, оказываемое зажимом на закрепляемый провод, распределение усилия сдавливания на большой длине, исключение концентрации усилий;
Решение задачи
Направление момента кручения МКр, зависит от направления навивки спиралей силовой пряди. Если предположить, что суммарное растягивающее усилие Р распределить между двумя силовыми прядями Р1 и Р2 и направление навивки спиралей в прядях сделать взаимно-противоположным, то возникающие моменты кручения МКр1, Мкр2 будут компенсировать друг друга и суммарный момент будет равен их разности:
МГ=М1-М2 (1)
Оптимальный вариант такой конструкции, когда МГ=0.
На рис.2 приведена конструктивная схема зажима, реализующая такой подход [1].
Натяжной зажим состоит из нижней и верхней силовых прядей, выполненных с противоположным направлением навивки. Нижняя силовая прядь монтируется непосредственно на сердечник, а верхняя — на нижнюю силовую прядь. Силовые пряди сдвинуты друг относительно друга вдоль сердечника, чтобы более равномерно распределить радиальные сдавливающие усилия по сердечнику.
Геометрические параметры спиралей силовых прядей, диаметр проволок, количество спиралей в каждой пряди рассчитываются таким образом, чтобы суммарный момент кручения Му = 0, и удлинение в ветвях силовых прядей под действием растягивающей нагрузки было одинаковым.
1- нижняя силовая прядь;
2- верхняя силовая прядь;
3- коуш с элементами крепежа;
4- удерживаемый сердечник (провод, стальной грозозащитный трос или с встроенным оптическим кабелем)
1,2 - нижняя и верхняя силовые пряди;
3,4 - коуши с элементами крепления и промежуточные звенья;
5 — коромысло
Рис.2. Конструктивная схема (А) и конструкция (Б) натяжного зажима с двумя силовыми прядями
Заключение
Предложена конструкция натяжного зажима спирального типа, состоящего из двух силовых прядей, имеющих взаимно-противоположные направления навивки. Силовые пряди монтируются на проводе или грозозащитном тросе одна на другую и посредством стандартной сцепной арматуры крепятся к универсальному коромыслу типа 2КУ. Параметры натяжного зажима рассчитаны таким образом, чтобы при нагружении силовых прядей растягивающим усилием, возникающие в них моменты кручения компенсировали друг друга. Применение таких зажимов целесообразно для случаев, когда необходимая прочность заделки провода или троса превышает тридцать и более тонн. На сегодняшний момент успешно опробована и испытана конструкция зажима с прочностью заделки на 50 тонн. Одной из возможных сфер применения указанной конструкции является анкерное крепление проводов и грозозащитных тросов на больших переходах.
Литература:
Патент Российской федерации №2 315 408 С1, «Спиральный натяжной зажим», авт. Жуков А.И., Рыжов С.В., Цветков Ю.Л., 30.08.2006 г.
