Stožáry VVN (III)

Konstrukční řešení stožárů

Jednodříkové stožáry

Pro nízké stožáry, jaké se např. vyskytují u distribuční sítě, elektrifikované železnice, u tramvajového a trolejbusového vedení, se používají jednodříkové stožáry s kruhovým průřezem po výšce konstantním, odstupňovaným nebo lineárně proměnným (obr. 9a, b, c). Jen výjimečně se použily plnostěnné konstrukce tvaru I, např. v oblasti nádraží, kde je stísněný prostor; jejich použití je však omezeno, protože mají malou tuhost v kroucení. U menších vedení a nižších stožárů se používají i dříky ze železobetonu (normálního nebo předpjatého), doplněné ocelovými konzolami.

Obr. 9 - Průběhy proměnlivosti průřezů po výšce

Jinak se stožáry pro elektrická vedení téměř výhradně konstruují jako příhradové čtyřboké konstrukce z ostrohranného válcovaného materiálu (nejčastější profil je úhelník), výjimečně z trubek. Převládají dříky, které se směrem k základu rozšiřují; u nosných stožárů to bývá o 40 ÷ 50 mm na 1 m a u výztužných stožárů o 50 60 mm na l m. Šířka hlavy se pohybuje od 400 mm pro stožáry 35 kV do l.600 mm pro stožáry 400 kV. Jednodříkové stožáry s konstantním sklonem mívají společný základ pro všechny čtyři nárožníky. Jsou-li stožáry vyšší, bývá výhodné nárožníky ve spodní části prudčeji lomit nebo stožár rozkročit (obr. 9f); ohybový moment se v základu zachycuje většími rameny s menšími silami, základy jsou méně namáhány a jsou pro každý nárožník zvlášť. Při lineární proměnlivosti příčného řezu (tj. u jehlanu) je třeba nárožníkové úhelníky rozevírat, to se však v praxi většinou zanedbává.

Rozměry montážních dílců se řídí podle dopravních a montážních možností. Styky mají zároveň umožnit vhodnější využití materiálu (odstupňování profilů podle statických potřeb), a tak omezit hmotnost stožárů. Montážní dílce jsou dlouhé 5 ÷ 8 m. Styky jsou šroubované, menší nárožníkové úhelníky jsou jednoduše přivařeny. U těžších stožárů jsou styky řešeny pomocí příložek. Výplňové pruty jsou zásadně z jednoduchých úhelníků a k nárožníkům se připojují svařováním nebo šrouby, pokud možno bez styčníkových plechů; styčníkové plechy bývají jen v místech montážních šroubovaných styků. Jednoduchá výplň se připojuje z vnitřní strany. U stožárů namáhaných větší smykovou silou, jako je tomu např. u výztužných stožárů nebo následkem kroucení, se používají zkřížené diagonály nebo násobná (mřížová) výplň. Úhelníky mají menší profily a připojují se bez styčníkových plechů střídavě na vnitřní a vnější straně.

Obr. 10 - Normalizovaný stožár pro vedení vysokého napětí

Obr. 11 - Rozkročný stožár s vodiči na dvou úrovních

U normalizovaných stožárů (používané více u stožárů nízkého a vysokého napětí) je normalizace odvozena od standardních výšek stožárů a příslušenství a je definována napětím v elektrickém vedení, výškou a vodorovným zatížením ve vrcholu. Na obr. 10 je vyznačen normalizovaný stožár pro vysoké napětí. Stožár má příčný řez; tvaru pravidelného čtyřúhelníku s lineární proměnností; konstrukce je z jednoduchých úhelníků, konzolky jsou z U-profilů. Konstrukce je svařována v dílně, montážní styky jsou šroubované. Spodní díl je zabetonován a jeho značná část vyčnívá nad základ. To do určité míry zpomaluje stavební práce. Proto je výhodnější situovat styk těsně nad betonovým základem a celý stožár otočením buď okolo dočasného, nebo trvalého kloubu zvednout a nasadit na vyčnívající trny.

Na obr. 11 je jednodříkový stožár, který je nad základem rozkročen. Základy jsou odděleny a stožár je kotven pomocí patek a kotevních šroubů, které jsou nejčastěji předem zabetonovány. Spodní nohy jehlanového typu s příhradovou výplní ve všech stěnách jsou schopny přenášet vodorovnou sílu působící nad základem v libovolném směru. Výplň vnějších stěn je přivařena k rozevřenému nárožníku bez styčníkového plechu a k vnitřním, poměrně malým úhelníkům pomocí styčníkových plechů; vnitřní výplň je pak připojena pomocí ohnutých styčníkových plechů. Nohy jsou mezi sebou sešroubovány čelními plechy. Příčníky jsou z U profilů a jsou vyvěšeny; spodní části, které jsou namáhány od svislého i vodorovného zatížení na vzpěr, mají vodorovné zavětrování.

Obr. 12 - Nosný stožár pro 1 110 kV; vodiče 3 250 AlFe 6 + 1 185 AlFe 3

Na obr. 12 je typizovaný nosný stožár pro l 110 kV. Stožár má dělené základy a dá se osadit i na svahu. Spodní část je lineárně proměnná a tvoří seříznutý jehlan, který má vrchol přibližně ve výslednici vodorovných sil. Tímto uspořádáním se dosahuje velmi malých smykových sil, takže je možno navrhnout zkříženou výplň ze slabých úhelníků a připojovat ji k nárožníkům bez styčníkového plechu jedním šroubem (důležité z důvodu konstrukčního a výrobního a při žárovém pozinkování). Výztužný stožár má podobnou výšku, v příčném směru je však robustnější a je z větších profilů. Na stavbu se dopravují prostorové dílce; spodní dílec má současně trvalý kloub, pomocí kterého se konstrukce klopí.

Obr. 13 - Stožáry 2 110 kV ("soudek") a-nosný, b-výztužný

Na obr. 13 je naznačen nosný a výztužný stožár pro 2 110 kV s těžkými vodiči 6 450 AlFe + 185 AlFe 3 (typ "soudek"). Dřík v oblasti konzol je konstantní, spodní polovina má proměnný průřez. Výztužný stožár, který je namáhán většími ohybovými momenty a kroucením, je tvarové podobný, v příčném směru má větší rozměry, tlustší profily a násobnou výplň. U vyšších vedení mají konzoly větší rozměry a stožár je podstatné hmotnější (pro dvojité vedení 400 kV - typ "Dunaj").

Obr. 14 - Šroubovaný nosný stožár tvaru Y pro vedení 400 kV

Zvláštní skupinu stožárů pro jednoduché vedení tvoří stožáry s "oknem" uprostřed. Zajímavé tvary stožárů závisí i na celkové výšce stožáru. Při uspořádání vodičů na jedné úrovni se může volit např. tvar Y, jak je vidět na obr. 14. V Energovodu vyvinuli a typizovali pro vedení 400 kV vylehčený stožár z oceli Atmofix (obr. 15). Jak je zřejmé z tabulky, jsou u typizovaného stožáru při konstantní konstrukci horní části spodní části odstupňovány po 3 m, a tím jsou určeny celtové výšky. Typizovaný stožár umožňuje pokrýt širokou oblast potřeb stožárů v trasách, přitom je k dispozici dílenská dokumentace a je možno velmi zkrátit přípravu výroby. Při výšce 49,7 m je jeho hmotnost cca 60 t. Konstrukce bývají zpravidla šroubované, na stavbě sestavované z tyčových prvku, což má jisté velké dopravní přednosti. Při uspořádání vodičů do trojúhelníku, což má výhody elektrotechnické i konstrukční, je stožár sice vyšší, ale je užší (stožáry tohoto typu mají přezdívku "kočka"). U těchto typů stožárů jsou nosné a výztužné stožáry od sebe značně odlišné (obr. 16).

Obr. 15 - Vylehčený stožár vedení 1 400 kV ("kočka")

Obr. 16 - Jednodříkový stožár "kočka" pro vedení 1 400 kV (3 3 450 AlFe 6 + 2 185 Alfe 3)
a-nosný, b-výztužný

Portálové stožáry

Nejčastěji používaným typem portálových stožárů je dlouhý příčník podepíraný dvěma svislými dříky čtyřboké konstrukce s příčným řezem buď konstantním, plynule proměnným, nebo nad základem rozšířeným. Tvarování příčníku už bývá rozmanitější, a to jak v podélném směru, tak v příčném řezu. O konstruování dříku platí obdobné, co bylo uvedeno u jednodříkových stožárů; převládají úhelníkové konstrukce. Při montáži se používá buď klopení okolo dočasných, nebo trvalých kloubů nebo zdvižení pojízdnými jeřáby.

Portálové konstrukce se používají především pro nosné stožáry, výztužné stožáry mohou být nižší (odpadá přídavek na výšku izolátorových řetězců), a proto mohou být i jinak řešeny; to platí i o rohových stožárech.

Na obr. 17 je uveden novější typ šroubovaného portálového stožáru pro vedení 400 kV, který se použil např. na trase Křižovaný-Vojany.

Obr. 17 - Šroubovaný nosný portálový stožár vedení 400 Kv

Ve východní Evropě se používá pro vedení 400 kV portálový typ z jednoduchých úhelníků. Nosné portály mají dříky v základech vetknuty, spojení s příčlí bývá kloubové nebo tuhé (obr. 18). U rohových výztužných stožárů je možno dosáhnout větší tuhosti v rovině portálu vložením šikmých dříků a v podélném směru rozkročením dříků (obr. 19).

Obr. 18 - Nosný stožár pro vedení 400 kV

Obr. 19 - Rohový výztužný stožár pro vedení 400 kV

Kotvené stožáry

Konstrukčně a staticky podobné portálovým stožárům jsou kotvené stožáry, resp. prostorové konstrukce vytvořené z dlouhých tuhých prutů a kotevních lan. Stavějí se buď na způsob kotvených portálů (obr. 20), nebo ve tvaru V (obr. 21). Spojení dříků s příčným nosníkem a se základem bývá v rovině kolmé na vedení kloubové, spojení dříků a příčného nosníku ve směru vedení je pevné.

Obr. 20 - Kotvený stožár pro vedení 220 kV (portálový typ)

Obr. 21 - Kotvený stožár, (typ tvaru V)

Stabilitu stožárového tělesa zajišťují 4 ocelová lana, zakotvená do půdy zemními kotvami, předpjatá silou 30 50 kN. Zatížení způsobují u konstrukce převážně jen osové síly, které jsou v důsledku velkých vnitřních ramen poměrně malé, čímž se v porovnání s klasickými typy dosahuje značnějších úspor na materiálu.

Při dimenzování základů rozhoduje centrický tlak, proto jsou základy poměrně malé a dají se prefabrikovat. Kotvené stožáry tvaru V mají ještě tu výhodu, že na svahovém terénu nevyžadují různé dříky, kotevní lana se snadněji přizpůsobí terénu.

Spotřeba oceli u kotvených stožárů pro vedení 220 kV činí asi 19 t.km^-1, což značí proti klasickým typům úsporu 20 30 %. Úspory betonu pro základy jsou ještě větší.

Kotvené stožáry mají však i nevýhody: jsou náročnější na přesnost provedení (obtížněji se staví, je třeba zajistit správné předpětí a jeho udržení), údržbu a ochranu, zaberou více místa a půdy. Proto se hodí spíše do oblastí s nevyužitou půdou.

Literatura

• Fejt Z., Čermák J.: "Elektroenergetika"
• Fencl F.: "Rozvodná zařízení"
• Kozák J.: "Ocelové stožáry a věže"; SNTL Praha 1990
• www.ceps.cz