Опоры освещения. Описание и классификация.

Введение

 Опора освещения – конструкция, предназначенная для размещения на определённой высоте (заданной расчётами), осветительных приборов, а также для обеспечения питания прибора.

Кроме осветительных приборов, на опорах может быть расположено и дополнительное оборудование: дорожные знаки, светофоры, рекламные конструкции. В крупных городах опоры освещения используются также и для крепления контактной сети городского электротранспорта. Также, если по каким-либо причинам питание осветительных приборов выполнено с помощью воздушной проводки, опоры используются для подвески СИП (самонесущий изолированный провод).

В процессе монтажа и эксплуатации опоры подвергаются различным нагрузкам. Основными являются нагрузки массовые – от установленного оборудования, – ветровые и гололёдные (от внешних воздействий). Во время монтажа опоры могут быть подвержены дополнительной нагрузке от оборудования и персонала, производящего работы.

В случае, если опоры предназначены для подвеса СИП, необходимо рассматривать вариант загружения опор в аварийном режиме – когда провод оборван и на опору действует нерасчетное тяжение.

Воздействие ветра на опоры, на установленные приборы и на воздушную проводку создает вибрационную нагрузку. Вибрации могут ослабить крепление оборудования, вызвать нарушение структуры материала. В некоторых случаях воздействие распространяется и на заделку опор в грунте.

Следует помнить и о том, что опоры освещения, как правило, служат годами и десятилетиями. При этом из-за большого количества опор, устанавливаемых разово, общая стоимость оборудования может достичь значений, выражаемых шести-семизначными числами. Однако, зачастую при выборе опор руководствуются только суммой начальных капиталовложений без учета эксплуатационных расходов. В результате такого подхода хозяева опор вынуждены нести расходы по поддержанию их в рабочем состоянии, а то и регулярно производить их замену.

Чтобы избежать дополнительных трат и получить при этом долговечное оборудование, необходимо тщательно подходить к выбору материала опор освещения.

Материалы, применяемые для изготовления опор

Древесина

Для средней полосы Урала и Сибири древесина является самым распространённым, и самым дешёвым материалом. Её легко рубить и пилить. К деревянным опорам легко крепить различное оборудование – шурупами или гвоздями. Ещё одно достоинство древесины – её электроизоляционные свойства.Долгое время для изготовления опор освещения использовался единственный материал – древесина. Известен этот материал с незапамятных времен, и к настоящему времени разработано множество способов его обработки и применения.

Тем не менее, у древесины есть и ряд недостатков. Как конструкционный материал, древесина имеет слишком сильный разброс характеристик. При расчётах приходится задаваться осреднённым значением предела прочности, модуля упругости и модуля сдвига. На практике это приводит к тому, что опоры являются недогруженными.

Следующий недостаток древесины – подверженность её гниению. Для борьбы с этой проблемой созданы различные пропиточные составы, которые для своего нанесения требуют различного сложного технологического оборудования.

Известна и зависимость древесины от внешних условий. В жаркой, сухой атмосфере древесина пересушивается и растрескивается. При этом ослабляются крепления болтами, гвоздями и шурупами. Во влажной атмосфере же древесина разбухает.

Ещё одна особенность древесины, точнее, деревянных опор, состоит в том, что такие опоры трудно использовать для подземной подводки питания.

Всё вышеперечисленное обусловливает область применения деревянных опор: строительство временных линий освещения, либо строительство линий освещения в сельской местности. При этом питающие лини выполняются воздушными.

 

 

Железобетон

Железобетон в своем нынешнем виде известен с конца XIX века. Особенность этого материала в том, что металлическая арматура обеспечивает работу материала в растянутой зоне, а бетонный заполнитель – в сжатой.

Железобетон имеет большую плотность (2,4 г/см3), чем древесина (0,9 г/см3), и при этом механические характеристики железобетона также выше, чем у древесины.

Технология производства центрифугированных железобетонных опор позволяет получать изделия с продольным каналом внутри. Благодаря наличию полости железобетонные изделия получаются близкими по массе к деревянным, а кроме того, представляется возможность подземной подводки питания к опорам – с размещением внутри опор проводов и коммутирующих устройств.

В отличие от древесины, бетон не подвержен гниению. Также ему не свойственны такие явления, как усыхание или разбухание.

К недостаткам железобетона стоит отнести его хрупкость при боковом ударе. Также, со временем от воздействия влаги, мороза и солнца бетон начинает крошиться.

Ещё один недостаток бетонных опор – необходимость применения различных конструктивных решений (установка закладных деталей, выполнение закладных отверстий, применение хомутов) для крепления к опорам оборудования.

В настоящее время железобетонные опоры получили широкое распространение на железной дороге – для строительства контактных сетей. Кроме того, железобетонные опоры широко используются в сельской местности для строительства линий напряжением 0,4-10 кВ.

 

Сталь

Попытки применения стали для опор освещения с переменным успехом предпринимаются с начала ХХ века.

Сталь – один из древнейших известных человеку сплавов. В XIX веке в связи с начавшейся промышленной революцией свойства стали исследовали учёные всего мира, и к XX веку сталь стала одним из наиболее изученных конструкционных материалов.

К достоинствам стали можно отнести множество способов её обработки: литьё, ковка, прокат, резка, сверление, строгание, фрезеровка, сварка, клёпка. Имеются многочисленные способы повышения прочности стальных изделий: закалка, цементация, азотирование.

К недостаткам стали нужно отнести её высокую плотность (7,85 г/см3) – это самая высокая плотность из всех конструкционных материалов, применяемых для изготовления опор освещения. Следующий недостаток – склонность к коррозии. Ещё один недостаток стали – её дороговизна в сравнении с древесиной или железобетоном.

Тем не менее, если решить вопрос с антикоррозийной защитой (горячее или газодиффузионное цинкование, покрытие антикоррозийными системами), стальные опоры получаются самыми долговечными из ранее рассмотренных. Кроме того, несущая способность стали значительно превосходит таковую у древесины или железобетона. Таким образом, даже учитывая такую особенность, как высокая плотность, представляется возможным создавать стальные опоры – более лёгкие, чем опоры из иных материалов.

За свою историю стальные опоры освещения несколько раз меняли свою конструкцию:

Ферменные опоры из прокатных профилей. Самый первый тип опор. Представляют собой трех-четырехгранную ферму. В качестве материала используются уголковые профили или круглые трубы. Такие опоры имеют хорошую несущую способность и высокую жёсткость конструкции. Недостатки: высокая трудоёмкость изготовления и сложности с использованием горячего цинкования. В настоящее время такие опоры не производятся.

Опоры из круглых или прямоугольных труб (трубчатые опоры).  В настоящее время являются одним из распространённых типов опор. Выполняются из металлопроката, имеющего замкнутое сечение. Опоры такого типа одинаково приспособлены и для подземного, и для воздушного подвода питания. Единственное отличие опор для подземного подвода – наличие ревизионного люка в стволе, за которым располагается коммутирующее оборудование. Особенность таких опор – «ступенчатый» внешний вид. Связано это с тем, что изгибающий момент уменьшается по мере приближения к вершине опоры, соответственно, уменьшается площадь поперечного сечения, необходимого для восприятия момента. Трубчатые опоры имеют очень хорошую технологичность – их производство может быть налажено на любом предприятии, работающем с металлом. Недостатки таких опор являются следствием применяемого материала. Из-за ограниченности производимого сортамента труб опоры получаются перетяжелёнными. Из-за высокой стоимости труб опоры являются дорогостоящими. Некоторые производители трубчатых опор пытаются экономить, закупая б/у трубы. Это решение имеет свои «подводные камни»: труба может оказаться черезмерно изношенной, что в будущем может спровоцировать аварию опоры. 

Опоры получаемые из листового проката. Стальные опоры, получаемые из листового проката появились сравнительно недавно – в 80-х гг ХХ века. Их появление связано с распространением листогибочных прессов и станов лазерной/газовой/плазменной резки, управляемых компьютером. Достоинством таких опор является то, толщину листа и размеры поперечных сечений ствола опоры, можно выполнить непосредственно под расчётные нагрузки. Как следствие – уменьшается материалоёмкость опор. К примеру, масса опоры высотой 8 метров, с подземным подводом питания, составляет 112 кг, что позволяет, в ряде случаев, обходиться без грузоподъёмной техники, либо привлекать более лёгкую и более дешёвую технику. При производстве опор крупной серией, получается серьёзно снизить стоимость готовых изделий. В сочетании с антикоррозийной защитой опор методом горячего цинкования, в итоге получаются изделия, способные прослужить не менее 10 лет без дополнительного обслуживания. Опоры именно такого типа, в последенее время, получают наибольшее распространение.

Алюминиевые сплавы – конструкционный материал, который начали внедрять сравнительно недавно. По сравнению со сталью алюминий имеет меньшую плотность (2,4 г/см3 против 7, 85 г/см3), соответственно, алюминиевые опоры имеют меньшую массу относительно стальных.

Другое положительное свойство алюминия – образование на его поверхности оксидной пленки. Эта плёнка имеет высокую химическую стойкость, что позволяет защитить опору от многих агрессивных сред, продляя таким образом срок ее эксплуатации.

Оксидная пленка может быть создана искусственно, при этом имеется возможность придания пленке определенных цветов.

К недостаткам алюминия можно отнести его пониженные механические свойства в сравнении со сталью и более высокую цену, чем у стали.

Композитные материалы

Данный конструкционный материал начал применяться для изготовления опор буквально несколько лет назад, поэтому пока его применение нужно рассматривать как экспериментальное.

К достоинствам композитов следует отнести высокую прочность и модуль упругости. Также необходимо отметить их высокую коррозионную стойкость. Малая плотность тоже является достоинством этого материала.

Недостаток композитов состоит в том, что технология изготовления опор из этого материала отработана не до конца.