Опоры линий электропередач и связи

Введение

Столб, используемый коммунальными службами для поддержки воздушных проводов и сопутствующего оборудования.

Столб – это колонна или столб, обычно изготовленный из дерева или алюминиевого сплава, используемый для поддержки воздушных линий электропередач и различных других коммунальных служб, таких как электрические кабели, оптоволоконные кабели и сопутствующее оборудование, например трансформаторы и уличные фонари. В зависимости от назначения его можно называть столбом передачи, телефонным столбом, телекоммуникационным столбом, столбом электроснабжения, гидростолбом, телеграфным столбом или телеграфной опорой. Столб Стоби – это многоцелевой столб, состоящий из двух стальных балок, разделенных бетонной плитой посередине, который обычно встречается в Южной Австралии. Электрические провода и кабели прокладываются над столбами как недорогой способ их изоляции от земли и защиты от людей и транспортных средств. Столбы могут быть изготовлены из дерева, металла, бетона или композитных материалов, таких как стекловолокно. Они используются для двух типов линий электропередач: линий подпередачи, которые передают электроэнергию высокого напряжения между подстанциями, и распределительных линий, которые распределяют электроэнергию низкого напряжения потребителям. Первые столбы были использованы в 1843 году пионером телеграфа Уильямом Фотэргиллом Куком, который использовал их на линии вдоль Великой Западной железной дороги. Столбы впервые стали использоваться в середине XIX века в Америке с телеграфными системами, начиная с Сэмюэля Морза, который попытался проложить линию под землей между Балтимором и Вашингтоном (округ Колумбия), но перенес ее над землей, когда эта система оказалась неисправной. В настоящее время подземные распределительные линии все чаще используются в качестве альтернативы столбам в жилых районах из-за их неприглядного внешнего вида, а также из соображений безопасности в районах с большим количеством снега или наледи.

Использование

Опоры линий электропередач обычно используются для размещения двух типов линий электропередач: распределительных линий (или "фидеров") и линий подпередачи. Распределительные линии передают электроэнергию от местных подстанций к потребителям. Обычно они работают с напряжениями от 4,6 до 33 киловольт (кВ) на расстояния до, и включают трансформаторы для понижения напряжения с первичного до вторичного, более низкого напряжения, используемого потребителем. Отвод (или ввод) передает это более низкое напряжение к зданию потребителя. Линии подпередачи передают электроэнергию более высокого напряжения от региональных подстанций к местным подстанциям. Обычно они работают с напряжениями 46 кВ, 69 кВ или 115 кВ на расстояния до 230 кВ. Линии часто поддерживаются на H-образных опорах, состоящих из двух или трех столбов. Линии передачи, работающие с напряжениями выше 230 кВ, обычно не поддерживаются столбами, а металлическими пилонами (известными как линии электропередач в США). По экономическим или практическим причинам, например, для экономии места в городских районах, распределительная линия часто размещается на тех же столбах, что и линия подпередачи, но монтируется ниже линий более высокого напряжения; эта практика называется "подвеской". Телекоммуникационные кабели обычно размещаются на тех же столбах, что и линии электропередач; столбы, используемые таким образом, называются столбами совместного использования, но могут иметь и собственные выделенные столбы.

Описание

Стандартный столб в Соединенных Штатах имеет высоту около 10,67 м и заглублен в землю примерно на 1,83 м. Однако, высота столбов может достигать 36,58 м и более для соответствия требованиям по габаритам. Обычно они располагаются на расстоянии около 38,10 м друг от друга в городских районах или около 91,44 м в сельской местности, хотя расстояния могут значительно варьироваться в зависимости от рельефа. Столбы совместного использования обычно принадлежат одной энергетической компании, которая сдает в аренду место на них для других кабелей. В Соединенных Штатах стандарты для строительства и обслуживания столбов и их оборудования устанавливаются Национальным кодексом электробезопасности, опубликованным Институтом инженеров электротехники и электроники (IEEE) (не следует путать с Национальным электротехническим кодексом, опубликованным Национальной ассоциацией противопожарной защиты [NFPA]).

Материалы для полюсов

Большинство столбов изготовлены из дерева, обработанного под давлением консервантами для защиты от гниения, грибков и насекомых. Южная жёлтая сосна – наиболее широко используемый вид в Соединённых Штатах; однако для изготовления столбов используются многие виды длинных прямых деревьев, включая пихту Дугласа, пихту Джексона, пихту лоджпола, западный красный кедр и тихоокеанскую серебристую пихту. Традиционно использовался креозот в качестве консерванта, но в связи с экологическими проблемами альтернативы, такие как пентахлорфенол, медьнафтанат и бораты, становятся всё более распространёнными в Соединённых Штатах. В Соединённых Штатах стандарты на материалы для консервации древесины и процессы консервации древесины, а также критерии испытаний, устанавливаются спецификациями ANSI, ASTM и Американской ассоциации защиты древесины (AWPA). Несмотря на применение консервантов, деревянные столбы подвержены гниению и имеют срок службы примерно от 25 до 50 лет в зависимости от климата и почвенных условий, что требует регулярных осмотров и восстановительной обработки консервантами. Наиболее значительной причиной разрушения деревянных столбов в США является повреждение, наносимое дятлами. Другими распространёнными материалами для столбов являются алюминий, сталь и бетон, а также всё более распространены композитные материалы (например, стекловолокно). Один из запатентованных вариантов столбов, используемый в Австралии, – столб Стоби, состоящий из двух вертикальных стальных столбов с бетонной плитой между ними. В южной Швейцарии, вдоль различных озёр, столбы для телефонных линий изготовлены из гранита. Начиная с начала 1900-х годов, эти столбы первоначально использовались для телеграфных проводов, а затем для телефонных проводов. Благодаря тому, что они сделаны из гранита, эти столбы практически не разрушаются.

Распределительные провода и оборудование

На столбах, несущих как электрические, так и коммуникационные провода, линии электрораспределения и связанное с ними оборудование монтируются в верхней части столба над кабелями связи в целях безопасности. Вертикальное пространство на столбе, отведенное для этого оборудования, называется зоной электроснабжения.

Доступ

В некоторых странах, таких как Соединенное Королевство, на столбах линий электропередач установлены наборы кронштейнов, расположенных по стандартной схеме вдоль столба, служащие опорой для рук и ног, чтобы работники, занимающиеся техническим обслуживанием и ремонтом, могли подниматься на столб для работы с проводами. В Соединенных Штатах такие ступени признаны представлять опасность для населения и больше не разрешены на новых столбах. Для подъема на деревянные столбы без ступеней электромонтёры могут использовать кошки (специальные шипы), называемые гафами. В Великобритании также используются ботинки со стальными петлями, охватывающими столб (известные как "скандинавские восходители"). В США электромонтёры используют автовышки для работы с подавляющим большинством столбов, к которым есть подъезд для техники.

Тупиковые столбы

Полюса в конце прямого участка линии электропередач, где линия заканчивается или меняет направление, в Соединенных Штатах называются тупиковыми. В других странах их могут называть якорными или концевыми столбами. Они должны выдерживать поперечную нагрузку от длинных прямых участков проводов. Обычно они изготавливаются с более прочной конструкцией. Провода электропередач крепятся к столбу с помощью горизонтальных стержневых изоляторов, размещенных на распорных балках (которые могут быть удвоены, утроены или заменены стальными распорными балками для повышения сопротивления силам натяжения) или прикрепленных непосредственно к самому столбу. Тупиковые и другие столбы, воспринимающие поперечные нагрузки, поддерживаются оттяжками. В оттяжках всегда устанавливаются стержневые изоляторы, чтобы предотвратить распространение высокого напряжения, возникающего при электрических неисправностях, на нижнюю часть кабеля, доступную для населения. В населенных пунктах оттяжки часто заключаются в желтую пластиковую или деревянную трубу с отражателями, прикрепленными к нижнему концу, для лучшей видимости и снижения риска столкновения с ними людей, животных или транспортных средств. Другим способом обеспечения поддержки при поперечных нагрузках является вспомогательный столб-распорка – второй, более короткий столб, прикрепленный к первому столбу под углом к земле. Если нет места для боковой опоры, используется более прочный столб, например, конструкция из бетона или железа.

История

Система подвешивания телеграфных проводов с помощью керамических изоляторов была изобретена и запатентована британским пионером телеграфа Уильямом Фотэргилом Куком. Кук был движущей силой в создании электрического телеграфа на коммерческой основе. Вместе с Чарльзом Уитстоуном он изобрел телеграф Кука и Уитстоуна и основал первую в мире телеграфную компанию – Electric Telegraph Company. Телеграфные столбы впервые были использованы на Великой Западной железной дороге в 1843 году, когда телеграфная линия Кука и Уитстоуна была продлена до Слау. Ранее на линии использовались подземные кабели, но эта система оказалась ненадежной из-за повреждения изоляции. В Британии для изготовления телеграфных столбов использовали либо местную лиственницу, либо сосну из Швеции и Норвегии. Ранние столбы обрабатывались дегтем, но их срок службы составлял всего около семи лет. Позднее столбы обрабатывали креозотом или сульфатом меди в качестве консерванта. Они использовались на Австралийской трансконтинентальной телеграфной линии, построенной в 1872 году, которая соединяла континент с севера на юг, проходя через центр, и соединялась с остальным миром через подводный кабель в Дарвине. Стоби-столб был изобретен в 1924 году Джеймсом Сирилом Стоби из Adelaide Electric Supply Company и впервые использован на Южной террасе в Аделаиде. Одной из первых линий Bell System была линия Вашингтон – Норфолк, состоявшая в основном из конических столбов из желтой сосны квадратного сечения, вероятно, обработанных креозотом до максимальной степени пропитки. "Обработанный до отказа" означает, что производитель закачивает консервант в древесину, пока она не перестанет его впитывать, однако эффективность обработки не гарантируется. Некоторые из этих столбов оставались в эксплуатации более 80 лет. В конце XIX века в некоторых городских районах строительство линий столбов встречало сопротивление, и политическое давление в пользу подземной прокладки остается сильным во многих странах. В Восточной Европе, России и странах третьего мира многие опоры линий электропередач до сих пор несут неизолированные провода связи, закрепленные на изоляторах не только вдоль железнодорожных путей, но и вдоль дорог, а иногда даже в городских районах. Поскольку на железных дорогах движение транспорта нетипично, их опоры обычно ниже. В Соединенных Штатах электроэнергия в основном передается по неэкранированным алюминиевым проводникам, обмотанным вокруг стального сердечника и закрепленным на изоляторах соответствующего типа, изготовленных из стекла, керамики или полимеров. Телефонные линии, кабельное телевидение и волоконно-оптические линии связи обычно крепятся непосредственно к столбу без изоляторов. В Соединенном Королевстве большая часть сельской сети распределения электроэнергии проложена на деревянных столбах. Обычно они несут электроэнергию напряжением 11 или 33 кВ (три фазы) от подстанций 132 кВ, питаемых от опор ЛЭП, до распределительных подстанций или трансформаторов, установленных на столбах. Деревянные столбы для напряжения 132 кВ используются уже несколько лет, начиная с начала 1980-х годов. Один из типов называется "тризубец", и они обычно используются на коротких участках, хотя линия от Мельбурна (Кембс) до окрестностей Бантингфорда (Хертс) довольно протяженная. Проводники на этих линиях представляют собой неизолированный металл, соединенный с опорами изоляторами. Деревянные столбы также могут использоваться для распределения электроэнергии низкого напряжения потребителям. Сегодня опоры линий электропередач могут нести гораздо больше, чем неизолированный медный провод, который они первоначально поддерживали. Могут использоваться более толстые кабели, содержащие множество витых пар, коаксиальный кабель или даже оптоволокно. Простые аналоговые повторители или другое оборудование наружной установки давно крепятся к столбам, и теперь часто можно увидеть новое цифровое оборудование для мультиплексирования/демультиплексирования или цифровых повторителей. Во многих местах, как показано на иллюстрации, поставщики электроэнергии, телевидения, телефона, уличного освещения, дорожных знаков и других услуг совместно используют опоры, либо находясь в совместной собственности, либо арендуя пространство друг у друга. В Соединенных Штатах стандарт ANSI 05.1.2008 регулирует размеры и прочность деревянных столбов. Коммунальные предприятия, подпадающие под действие Закона об электрификации сельских районов, также должны соблюдать рекомендации, изложенные в бюллетене RUS 1724E 150 (Министерства сельского хозяйства США) относительно прочности и нагрузки на столбы. Стальные опоры линий электропередач становятся все более распространенными в Соединенных Штатах благодаря усовершенствованию технологий и защите от коррозии, а также снижению производственных затрат. Однако преждевременный выход из строя из-за коррозии вызывает опасения по сравнению с деревянными столбами. Национальная ассоциация инженеров по коррозии (NACE) разрабатывает процедуры проверки, обслуживания и предотвращения коррозии, аналогичные тем, которые используются для деревянных опор линий электропередач, для выявления и предотвращения разрушения.

The system of suspending telegraph wires from poles with ceramic insulators was invented and patented by British telegraph pioneer William Fothergill Cooke. Cooke was the driving force in establishing the electrical telegraph on a commercial basis. With Charles Wheatstone he invented the Cooke and Wheatstone telegraph and founded the world's first telegraph company, the Electric Telegraph Company. Telegraph poles were first used on the Great Western Railway in 1843 when the Cooke and Wheatstone telegraph line was extended to Slough. The line had previously used buried cables but that system had proved troublesome with failing insulation. In Britain, the trees used for telegraph poles were either native larch or pine from Sweden and Norway. Poles in early installations were treated with tar, but these were found to last only around seven years. Later poles were treated instead with creosote or copper sulphate for the preservative. They were used on the Australian Overland Telegraph Line built in 1872 which connected the continent north to south directly through the centre and linked to the rest of the world through a submarine cable at Darwin. The Stobie pole was invented in 1924 by James Cyril Stobie of the Adelaide Electric Supply Company and first used in South Terrace, Adelaide. One of the early Bell System lines was the Washington DC–Norfolk line which was, for the most part, square sawn tapered poles of yellow pine probably treated to refusal with creosote. "Treated to refusal" means that the manufacturer forces preservatives into the wood, until it refuses to accept more, but performance is not guaranteed. Some of these were still in service after 80 years. The building of pole lines was resisted in some urban areas in the late 19th century, and political pressure for undergrounding remains powerful in many countries. In Eastern Europe, Russia, and third world countries, many utility poles still carry bare communication wires mounted on insulators not only along railway lines, but also along roads and sometimes even in urban areas. Errant traffic being uncommon on railways, their poles are usually less tall. In the United States electricity is predominately carried on unshielded aluminum conductors wound around a solid steel core and affixed to rated insulators made from glass, ceramic, or poly. Telephone, CATV, and FOCs are generally attached directly to the pole without insulators. In the United Kingdom, much of the rural electricity distribution system is carried on wooden poles. These normally carry electricity at 11 or 33 kV (three phases) from 132 kV substations supplied from pylons to distribution substations or pole mounted transformers. Wooden poles have been used for 132kv for a number of years from the early 1980s one is called the trident they are usually used on short sections, though the line from Melbourne, Cambs to near Buntingford, Herts is quite long. The conductors on these are bare metal connected to the posts by insulators. Wood poles can also be used for low voltage distribution to customers. Today, utility poles may hold much more than the uninsulated copper wire that they originally supported. Thicker cables holding many twisted pair, coaxial cable, or even fibre optic, may be carried. Simple analogue repeaters or other outside plant equipment have long been mounted against poles, and often new digital equipment for multiplexing/demultiplexing or digital repeaters may now be seen. In many places, as seen in the illustration, providers of electricity, television, telephone, street light, traffic signal and other services share poles, either in joint ownership or by renting space to each other. In the United States, ANSI standard 05.1.2008 governs wood pole sizes and strength loading. Utilities that fall under the Rural Electrification Act must also follow the guidelines set forth in RUS Bulletin 1724E 150 (from the US Department of Agriculture) for pole strength and loading. Steel utility poles are becoming more prevalent in the United States thanks to improvements in engineering and corrosion prevention coupled with lowered production costs. However, premature failure due to corrosion is a concern when compared to wood. The National Association of Corrosion Engineers or NACE is developing inspection, maintenance, and prevention procedures similar to those used on wood utility poles to identify and prevent decay.

Координаты на значках

В некоторых районах практикуется установка столбов на координаты, нанесенные на сетку. На фотографии справа – столб компании Delmarva Power, расположенный в сельской местности штата Мэриленд (США). Два нижних ярлыка указывают координаты "X" и "Y" на этой сетке. Подобно координатной плоскости в геометрии, координата X увеличивается при движении на восток, а координата Y – при движении на север. Два верхних ярлыка относятся к участку подстанции; первый указывает номер маршрута, второй – конкретный номер столба на этом маршруте. Однако не все линии электропередач проложены вдоль дорог. В британском регионе Восточная Англия компания EDF Energy Networks часто добавляет координаты привязки к сетке Ordnance Survey к табличке с названием столба или подстанции. В некоторых районах таблички на столбах могут содержать полезную информацию о координатах – своего рода GPS для тех, у кого его нет.

Полярная трасса

Полюсный маршрут (или полюсная линия в США) – это телефонная связь или линия электропередач между двумя или более пунктами, осуществляемая по нескольким неизолированным проводам, подвешенным между деревянными опорами. Этот способ прокладки особенно распространен в сельской местности, где прокладка кабелей в землю была бы дорогостоящей. Другой областью широкого применения полюсных маршрутов были железные дороги для связи с постами управления сигналами. Традиционно, до примерно 1965 года, полюсные маршруты строились с использованием открытых проводов вдоль железных дорог, не использующих электрическую тягу; это требовало изоляции проводов в местах их прохождения по опорам, чтобы предотвратить ослабление сигнала. На электрифицированных железных дорогах полюсные маршруты обычно не строились из-за сильных помех от контактной сети. Для разделения кабелей использовались распорки с изоляторами, расположенными вдоль них; как правило, на каждой распорке использовалось четыре изолятора. В настоящее время на железнодорожной сети Великобритании сохранился только один такой полюсный маршрут – в высокогорьях Шотландии. Ранее существовал также длинный участок между Уаймондхэмом (Норфолк) и Брэндоном (Саффолк) в Соединенном Королевстве, однако он был демонтирован и удален в марте 2009 года.

Влияние на окружающую среду

Птицы используют опоры линий электропередач для гнездования и отдыха. Некоторые считают, что опоры и связанные с ними сооружения являются формой визуального загрязнения. По этой причине многие линии прокладываются под землей в местах с высокой плотностью населения или выдающейся природной красотой, что оправдывает затраты. Архитекторы проектируют некоторые опоры эстетически привлекательными, чтобы избежать визуального загрязнения. Некоторые химические вещества, используемые для консервации деревянных опор, включая креозот и пентахлорфенол, токсичны и были обнаружены в окружающей среде. Значительное повышение устойчивости древесины к атмосферным воздействиям, обеспечиваемое пропиткой креозотом, имеет долгосрочные негативные последствия. В последние годы вызывают опасения токсичность отходов древесины, обработанной креозотом, таких как сами опоры. В частности, их биоразложение может приводить к высвобождению в почву фенольных соединений, которые считаются токсичными. Ведутся исследования по разработке методов безопасной утилизации этих отходов. Ранее трансформаторы, устанавливаемые на опорах, заполнялись жидкостью на основе полихлорированных бифенилов (ПХБ). ПХБ сохраняются в окружающей среде и оказывают негативное воздействие на животных.