Основные элементы. Стальные опоры могут быть по конструкции одностоечными (башенными) и портальными, а по способу закрепления на фундаментах сво-бодностоящими и с оттяжками.
Основными элементами металлических опор являются (рис. 18): ствол (стойка) 1, траверсы 2 и тросостойки 3. Кроме того, некоторые опоры имеют оттяжки 4. Ствол металлических опор обычно представляет собой четырехгранную усеченную решетчатую пирамиду, выполненную из профилей стального проката — уголка, полосы и листа. По ширине ствола у основания одностоечные опоры разделяют на узкобазые и широкобазые. Широкобазыми называют опоры с шириной основания более 2,7 м, так как нижние секции таких опор не вмещаются без разборки в железнодорожные вагоны. Опоры с шириной по низу менее 2,7 м называют узкобазыми.
Основными элементами ствола опоры (рис. 19) являются пояс /, решетка 2 и диафрагма 3. Решетка, в свою очередь, состоит из стержней-раскосов и распорок, а также дополнительных связей. Места соединения поясов между собой, диафрагм с поясами и стержней-раскосов с поясами (рис. 20) называют узлами. По способу соединения узлы стальных опор могут быть сварные, выполненные внахлест (рис. 20, а) или встык (рис. 20,6), и болтовые (рис. 20, в).
Сварные огюры изготовляют на заводах в виде нескольких пространственных секций, которые затем соединяют болтами при сборке на трассе. Болтовые опоры, как правило, имеют некоторые детали сварной конструкции.
Выбор вида соединения элементов решетки в узлах зависит от способа защиты металла от коррозии. До последнего времени основным средством защиты от коррозии являлась окраска, при которой можно было применять как болтовые, так и сварные соединения, в том числе и сварные соединения внахлест с приваркой элементов по двум сторонам. Внедряемая в настоящее время горячая оцинковка опор не допускает сварку деталей внахлест, так как кислота, применяемая для травления элементов перед оцинковкой, может затечь и остаться в зазорах между элементами и впоследствии разрушить соединение. Поэтому цинкуемые опоры выполняют либо со сваркой соединяемых элементов встык, либо внахлест с обвари-ванием по контуру плотным швом.

Траверсы опор башенного типа для небольших нагрузок имеют обычную плоскую рамную конструкцию и выполнены из швеллеров. При больших нагрузках траверсы изготовляют в виде пространственной конструкции (рис. 21). В траверсах и тросостойках металлических опор, так же как и в таких же элементах железобетонных опор (см. рис. 16), имеются отверстия или установлены специальные детали для крепления сцепной арматуры. Для подвески грозозащитных тросов на вершине ствола опоры имеется тросостойка в виде решетчатой усеченной пирамиды, аналогичная тросостойкам железобетонных опор. Тросостойки портальных опор устанавливают, как правило, на траверсах (см. рис; 18,г).
Пояса стволов свободностоящих опор оканчиваются внизу опорными башмаками (пятами — рис. 22, а). К фундаментам пяты опор крепятся анкерными болтами. Ствол опоры с оттяжками крепится к фундаментам специальными шарнирами (рис. 22,6). Оттяжки таких опор одной стороной крепятся к траверсам (или стволу), а другой — к анкерным плитам (рис. 22, е). Крепление оттяжек к анкерным плитам позволяет регулировать длину оттяжек и натяжение.

Конструкции металлических опор. Унификация 1968— 1970 гг. охватывает серию металлических опор ВЛ 35— 500 кв, предназначенных для установки в I—IV районах гололедности. Основными типами являются одностоечные (башенные) одноцепные и двухцепные опоры с вертикальным расположением проводов, узкобазые (промежуточные опоры В Л до 150 кв) и широкобазые (все остальные опоры). Для одноцепных линий, проходящих по заболоченным и труднодоступным трассам, разработаны одностоечные опоры с оттяжками. В качестве унифицированных портальных приняты портальные опоры с оттяжками.Промежуточные опоры ВЛ ПО кв (см. рис. 18, а и б) имеют сварную верхнюю часть прямоугольной конструкции с параллельным поясами. Нижние секции опор болтовые. Провода на одноцепной опоре располагают треугольником, а на двухцепной — бочкой. Траверсы двух-цепных опор такого же типа, как и одноцепных. На тросовых участках ВЛ на вершине ствола монтируют тросо-стойки. Закрепляют опоры на фундаменте двумя анкерными болтами, имеющимися на каждом из четырех под-ножников.
Одностоечные промежуточные одноцепные опоры ВЛ ПО кв с оттяжками (см. рис. 18, в) устанавливают с тремя двойными расщепленными оттяжками. Нижние концы двух оттяжек крепятся попарно к общему анкеру, а верхние— к серединам нижних траверс. Третью оттяжку, расположенную в плоскости траверс, крепят непосредственно к стволу со стороны, где расположены две траверсы (верхняя и нижняя).
Унифицированные одноцепные и двухцепные промежуточные свободностоящие опоры 220 и 330 кв аналогичны опорам ПО кв, показанным на рис. 18, а и б. Эти опоры имеют болтовую конструкцию, за исключением некоторых сварных деталей, например опорных башмаков, концов траверс и других, и отличаются от опор ПО кв лишь расстоянием между проводами и длиной траверс.
Для ВЛ 220 v 330 кв разработаны также одноцепные промежуточные одностоечные опоры с оттяжками, которые отличаются от одноцепных опор ВЛ ПО кв лишь размерами. Кроме того, на линиях 330 кв используют портальные промежуточные опоры с оттяжками. Стойки портальных опор имеют размеры в поперечнике в пределах до 0,8X0,8 м и выполняются сварными и оцинкованными полностью. Траверсы портальных опор обычно имеют балочную конструкцию постоянного прямоугольного сечения.

Анкерно-угловые опоры для ВЛ до 330 кв изготовляют в виде башенных конструкций. Из-за больших нагрузок поперечные размеры ствола значительно увеличены, а высота подвески нижнего провода снижена до 10,7 м.
Окраска и оцинковка опор. Для защиты от коррозии металлические опоры обычно окрашивают на заводах-изготовителях, окуная готовые сваренные секции в ванну с краской. Реже краску наносят кистями или пневматическими распылителями — пистолетами. Иногда опоры окрашивают на месте их установки. Для грунтовки и окраски опор применяют масляную краску, лаки с алюминиевой пудрой и эмали.
Более надежной защитой стальных опор от коррозии является горячая оцинковка. Конструкции, предназначенные для оцинковки, предварительно обезжиривают и очищают в травильной ванне с раствором серной кислоты, промывают проточной горячей водой, покрывают флюсом и опускают в вертикальную цилиндрическую ванну с расплавленным свинцом. В верхней части ванны на поверхности свинца плавает слой расплавленного цинка. При подъеме из ванны нагретая расплавленным свинцом конструкция проходит через слой жидкого цинка, который химически соединяется со сталью и образует на поверхности конструкции пленку толщиной 0,1—0,2 мм.
Степень готовности металлических опор. Количество отправленных с завода деталей и частей определяет степень заводской готовности опоры и характеризует объем работ по ее сборке на трассе ВЛ. По степени готовности отгружаемые с заводов опоры разбиты на три группы-.
I группа — с завода поступают отдельные элементы (россыпью) или отдельные части секций; на трассе ВЛ опоры собирают из элементов и частей на болтах.
II группа — с завода поступают отдельные пространственные секции и детали опор; на трассе В Л выполняется укрупнительная и общая сборка на болтах.
III группа — с завода поступают целые основные части, не требующие укрупнительной сборки на трассе; общая сборка выполняется на болтах.
Каждый элемент или часть опоры, отправляемой заводом, имеет условный шифр, называемый отправочной маркой. При комплектовании и сборке опор на трассе пользуются так называемым отправочным альбомом, в котором собраны чертежи отправочных марок опор.

Фундаментом опоры называют конструкцию, заделанную в грунт и передающую на него внешние нагрузки и массу опоры. Часть грунта, воспринимающая давление фундамента, является основанием.
В зависимости от конструкции закрепление (заделка) опоры в грунте может быть выполнено по-разному. Стальные опоры башенного типа имеют фундаменты в виде железобетонных подножников или бетонных блоков, опоры с оттяжками — железобетонные подножники и анкерные плиты; фундаментом свободностоящих железобетонных опор служит низ стойки, а деревянных — низ пасынка или стойки.
Глубина заложения фундамента зависит от плотно- ■ сти грунта и глубины его промерзания. Кроме того, учитывают нарушение структуры грунта (например, грунт при засыпке котлованов имеет гораздо меньшую прочность, чем до разработки). Учитывают также характеристики грунтов, используемых в качестве оснований. Строительными нормами и правилами все грунты разделены на 39 групп, которые, в зависимости от трудности разработки отнесены к той или иной категории. Самую высокую категорию (XI) имеют кремнистые сланцы, а самую низкую (I)—грунт растительного слоя без корней.
В последние годы на строительстве воздушных линий электропередачи внедрены новые типы и конструкции фундаментов, а также современные методы их сооружения: массивные монолитные фундаменты заменены более легкими сборными, нашли широкое применение прямые и винтовые сваи; значительная часть земляных работ для установки одностоечных опор выполняется буровыми машинами.
Закрепление свободностоящих опор в грунте без специальных фундаментов. В настоящее время все промежуточные свободностоящие опоры (кроме металлических), анкерно-угловые деревянные и анкерно-угловые железобетонные опоры ВЛ до 35 кв со штыревыми изоляторами устанавливают непосредственно в грунт без специальных фундаментов.
Котлованы для этих опор разрабатывают буровыми машинами с буровыми головками диаметром на 10— 15 см больше устанайливаемой стойки. Таким образом стойки закрепляют в практически ненарушенном грунте, обладающем значительно более высокими механическими характеристиками, чем нарушенный грунт засыпки (рис. 23, а). Чтобы усилить заделку, устанавливают дополнительно один (рис. 23,6) или два ригеля, закрепляемых на стойке в верхней части котлована.

Основные типы фундаментов. Для опор линий электропередачи применяют монолитные, сборные и свайные железобетонные фундаменты.
Монолитные железобетонные фундаменты используют редко из-за трудоемкости их изготовления и большого расхода материала. В основном их сооружают в слабых обводненных грунтах или под специальные опоры больших переходов.
Наиболее распространенным типом фундаментов под металлические опоры являются сборные железобетонные фундаменты — подножники грибовидной формы (рис. 24,а). Их устанавливают под опорные башмаки стволов, под каждую ногу, откуда и произошло название подножники.Для усиления сопротивления фундамента вырывающим нагрузкам применяют пригрузочные плиты трапецеидальной формы (рис. 24,6"). Фундаменты опор с оттяжками имеют вместо анкерных болтов один штырь, являющийся осью шарнирного крепления ствола опоры к под-ножнику.
Для очень больших нагрузок разработаны разборные Л-образные фундаменты, состоящие из двух половин опорной плиты и Л-образного элемента.
Широкое применение на строительстве ВЛ получили свайные фундаменты, обладающие рядом преимуществ по сравнению с грибовидными (обладают меньшей массой, исключены земляные работы и имеют более высокий уровень механизации работ). Их применение особенно эффективно в слабых и водо-насыщенных грунтах. Закрепление свайных фундаментов в грунте обеспечивается главным образом трением боковых поверхностей сваи о грунт и частично сопротивлением грунта сжатию на уровне острия сваи. Унифицированные сваи имеют поперечные размеры от 25X25 до 40x40 см. Длина сваи 6 м. Изготовляют сваи из предварительно напряженного железобетона; в верхней части сваи имеются два анкерных болта, к которым крепятся опорные башмаки стволов. При погружении сваи в грунт к этим же болтам крепят рабочий орган вибровдавливающего агрегата.

Провода воздушных линий электропередачи предназначены для передачи электроэнергии от источников к потребителям.
Основное требование, предъявляемое к материалу проводов воздушных линий электропередачи, — малое электрическое сопротивление, т. е. высокая проводимость. Чем выше проводимость провода, тем меньше потери энергии при передаче. Особое значение проводимость приобретает при передаче больших электрических мощностей. Кроме того, материал, применяемый для изготовления проводов, должен обладать достаточной механической прочностью, быть устойчивым к действию влаги и химических веществ, находящихся в воздухе, а также быть дешевым и недефицитным. Долгое время основным материалом для проводов были медь и бронза. В настоящее время провода, как правило, изготовляют из алюминия и стали, что позволяет экономить дефицитные цветные металлы и снижать стоимость проводов. Сравнительно редко используют провода из бронзы и сплавов алюминия (алдрея, алмелека и др.). Медные провода применяют в основном на специальных линиях (контактной сети железных дорог, трамваев, троллейбусов и т. п.).
Медь обладает высокой проводимостью и достаточной механической прочностью, хорошо противостоит воздействию атмосферных явлений и большинства химически активных примесей, находящихся в воздухе. Медные провода изготовляют из медной неотожженной проволоки диаметром 2,5—4 мм. В марку медных проводов линий электропередачи входит буква М и число, указывающее площадь поперечного сечения провода в квадратных миллиметрах (например, М-120 — провод медный сечением 120 мм2).
Алюминий уступает меди по проводимости и механической прочности. Однако, хотя проводимость алюминия меньше проводимости меди в 1,6 раза, для передачи на одно и то же расстояние одинаковой мощности при одинаковых напряжениях и потерях в линии алюминиевые провода будут весить примерно в 2 раза меньше медных (хотя их сечение должно быть в 1,6 раза больше), так как плотность алюминия в 3,3 раза меньше плотности меди. В то же время алюминий достаточно устойчив к действию химически. активных веществ, за исключением щелочей, соляной кислоты и солей, содержащихся в морской воде.
Относительно высокая электрическая проводимость, малая плотность и низкая стоимость обусловили широкое применение алюминия для изготовления проводов воздушных линий электропередачи. Однако малая механическая прочность алюминия приводит к увеличению стрел провеса и соответственно увеличению высоты опор или уменьшению длины пролета. Поэтому чисто алюминиевые провода используют в линиях местного значения напряжением до 35 кв, где длина пролетов не превышает 100—120 м. Марка алюминиевых проводов состоит из буквы А и числа, указывающего площадь поперечного сечения провода в квадратных миллиметрах (например, А-70 — провод алюминиевый сечением 70 мм2).

Сталь имеет сравнительно малую электрическую проводимость и большую механическую прочность. Стальные провода применяют при передаче небольших мощностей электроэнергии на короткие расстояния (в колхозах, небольших городах, линиях автоблокировки на железных дорогах и др.), на переходах линий электропередачи через большие реки, ущелья, а также используют в качестве грозозащитных тросов и для изготовления стальных сердечников комбинированных проводов. Изготовляют стальные провода из проволоки с временным сопротивлением на разрыв 65—70 кГ/мм2. Проволока для изготовления стальных сердечников комбинированных проводов и грозозащитных тросов имеет еще большее временное сопротивление— 120 кГ/мм2.
Стальные провода изготовляют однопроволочными и многопроволочными. Марка однопроволочных стальных проводов состоит из букв ПСО (провод стальной одно-проволочный) и цифры, указывающей диаметр провода в миллиметрах (например, ПСО-4). Многопроволочные стальные провода изготовляют из стали с присадкой до 0,2% меди (марки ПС) и с присадкой 0,2—0,4% меди — медистые стальные (марки ПМС). Марка многопроволочных стальных проводов состоит из букв и числа, указывающего площадь поперечного сечения провода в квадратных миллиметрах (например, ПС-25; ПМС-35).
Грозозащитные тросы с временным сопротивлением 120 кГ/мм2 обозначают буквой С и числом, указывающим площадь сечения троса в квадратных миллиметрах (например, С-70).
Бронза — сплав меди и олова с добавками в небольших количествах для повышения прочности фосфора, кремния и других веществ. Бронзовые провода, как и медные, хорошо противостоят атмосферным и химическим воздействиям.
Для линий электропередачи применяют неизолированные однопроволочные, многопроволочные (из одного металла или комбинированные из двух металлов), а также пустотелые, или полые, провода.
Однопроволочные медные провода изготовляют сечением от 4 до 10 мм2, стальные — сечением от 10 до 28 мм2 (диаметром 3,5—6 мм), а биметаллические — из стальной проволоки, покрытой слоем меди или алюминия, — сечением от 10 до 25 мм2 (рис. 25, а, б).
Многопроволочные провода из одного металла (рис. 25, в) изготовляют скруткой отдельных проволок в определенном порядке. Как правило, провод имеет одну центральную проволоку и последующие повивы (ряды) проволок. В первый повив укладывается обычно шесть проволок, а в каждый последующий — на шесть проволок больше. Таким образом, провод с одним повивом имеет семь проволок, с двумя — девятнадцать и т. д. Чтобы провод не раскручивался, каждый последующий повив проволок делают в направлении, противоположном предыдущему: один повив левой крутки, а другой — правой.

Многопроволочные комбинированные провода из двух металлов (рис. 25, г) имеют сердечник, обычно изготовленный из стальных проволок большой механической прочности. На сердечник накладывают повивы проволок, изготовленных из металла с хорошей проводимостью. Наибольшее распространение получили комбинированные сталеалюминиевые провода. Сердечники этих проводов состоят из одной стальной проволоки (АС-16 — АС-95) или из семи и более стальных проволок (АС-120 — АС-400). Стальной сердечник восполняет недостаточную механическую прочность алюминия, что позволяет применять сталеалюминиевые провода на линйях электропередачи всех напряжений с большими прилетами. В СССР изготовляют сталеалюминиевые провода АС нормальной прочности, АСУ усиленной прочности и АСО ослабленной прочности.Многопроволочные провода (из одного металла и комбинированные) гораздо надежнее в эксплуатации, чем однопроволочные, так как обрыв одной из проволок не приводит к резкому снижению общей механической прочности провода. Кроме того, они лучше противостоят вибрации, а также имеют большую гибкость, чем однопроволочные провода таких же сечений, что обеспечивает лучшую их сохранность.
Полые провода изготовляют из алюминиевых и медных проволок специального профиля, скрученных в гибкую трубу (рис. 25,d). Применяют их в тех случаях, когда необходимо увеличить наружный диаметр провода, не увеличивая площади его сечения (например, для снижения уровня радиопомех и потерь энергии на корону). В обозначение полого провода входит первая буква названия материала, из которого сделан провод, буква П (полый) и число, указывающее сечение провода в квадратных миллиметрах (например, АП-500 — алюминиевый провод полый сечением 500 мм2).

Условия работы проводов. Выбор марки и сечения проводов для конкретной линии электропередачи зависит не только от передаваемой мощности, но и в значительной степени от механических нагрузок, ожидаемых при эксплуатации. Кроме постоянных нагрузок, действующих на фундаменты, опоры, провода, изоляторы и арматуру линий электропередачи, ВЛ подвержена воздействию переменных нагрузок, возникающих при изменении температуры окружающего воздуха, при появлении гололеда, ветра, а также вибрации и «пляски» проводов. Степень воздействия этих факторов на линию зависит от климатических и географических условий района, по которому проходит трасса линии электропередачи.
Изменение температуры воздуха вызывает увеличение или уменьшение длины провода, соответственно изменяется стрела провеса и тяжение провода. При положительных температурах длина провода увеличивается, при этом тяжение его снижается и напряжение материала уменьшается. Наоборот, при отрицательных температурах длина провода уменьшается, при этом тяжение провода увеличивается и напряжение материала возрастает.
Гололед на проводах образуется при температуре воздуха от 0 до —5° С, когда капли переохлажденной воды из воздуха, соприкасаясь с проводами, покрывают их и, намерзая, образуют слой льда, крепко сцепленный с проводом и обычно имеющий большую толщину с наветренной стороны. Кроме того, в морозную погоду или при температуре воздуха около —5° С на проводах может образоваться изморозь. Нагрузки от гололеда и изморози складываются из массы льда на проводах и нагрузки, создаваемой давлением ветра на площадь го-лоледно-изморозевого цилиндра, и существенным образом влияют на работу проводов.
Ветровая нагрузка на провод зависит от скорости ветра, направления его относительно трассы линии электропередачи, а также площади поверхности, на которую направлено действие ветра. Чем больше диаметр провода, тем больше давление ветра на него. В то же время давление на провода будет наибольшим, если ветер будет направлен поперек трассы.
Скорость ветра зависит от многих причин: на побережье морей и озер скорость больше, чем на суше; в лесу скорость ветра падает; на высоте скорость больше, чем у поверхности земли и т. д. Особенно опасен ветер при гололеде, так как диаметр провода увеличивается за счет слоя осевшего льда или мокрого снега. В таких случаях ветровая нагрузка может быть значительной даже при небольшом ветре.
Вибрация проводов возникает при ровном, непорывистом ветре, дующем со скоростью не менее 0,5 м/сек, и наиболее интенсивна при скорости ветра 3—5 м/сек. При этом в воздухе, обтекающем провод, образуются завихрения, которые отрываются с подветренной стороны провода попеременно сверху и снизу. Срывам воздуха сопутствуют небольшие толчки провода (импульсы). При совпадении (резонансе) частоты импульсов с одной из собственных частот натянутого провода провод начинает вибрировать, т. е. колебаться в вертикальной, плоскости. Колебания провода имеют форму волн длиной до 20 м с амплитудой, доходящей до 2—3 диаметров провода.
Частота вибрации зависит от скорости ветра, длины пролета, диаметра провода и тяжения. Поэтому особенно сильная вибрация проводов наблюдается на линиях с большой длиной пролетов, на высоких опорах, в открытой местности, на больших переходах. Кроме того, чем сильнее натянут провод, тем больше он подвержен вибрации. Расположение проводов на опоре существенно влияет на возникновение вибрации. Так, например, при двух проводах в фазе и при их горизонтальном расположении один провод как бы загораживает второй и уровень их вибрации ниже, чем у одиночных проводов.
При вибрации провод повреждается в местах выхода из зажима, так как в этом месте он многократно изгибается, что приводит к излому проволок. Вибрация приводов может привести также к ослаблению болтовых соединений опор. Для уменьшения амплитуды колебаний проводов при вибрации устанавливают фестоны и гасители вибрации (демпферы). Хорошо подобранные гасители снижают амплитуду вибрации провода до 0,1— 0,2 мм.