nsojoutСтроительство: наука и образованиеConstruction: Science and Education2305-5502ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»10.22227/2305-5502.2025.2.2nsojout-265Research ArticleСтроительные конструкции. Основания и фундаменты. Технология и организация строительства. Проектирование зданий и сооружений. Инженерные изыскания и обследование зданийBuilding structures. Soils and foundations. Technology and organization of construction. Designing of buildings and constructions. Engineering survey and inspection of buildingsСовершенствование конструктивной формы стальных узкобазых решетчатых опор воздушных линий электропередачи повышенной надежностиStructural form improvement of steel narrow-based lattice supports for high-reliability overhead lineshttps://orcid.org/0000-0002-1825-2738ТанасоглоА. В.TanasogloA. V.

Антон Владимирович Танасогло — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры металлических и деревянных конструкций

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

РИНЦ AuthorID: 1213498, Scopus: 56826221800, ResearcherID: JFA-6248-2023

Anton V. Tanasoglo — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Metal and Wooden Structures

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337

RSCI AuthorID: 1213498, Scopus: 56826221800, ResearcherID: JFA-6248-2023

a.v.tan@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6687-7249ГаранжаИ. М.GaranzhaI. M.

Игорь Михайлович Гаранжа — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры металлических и деревянных конструкций

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

РИНЦ AuthorID: 564746, Scopus: 56437725200, ResearcherID: AAD-8595-2022

Igor M. Garanzha — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Metal and Wooden Structures

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337

RSCI AuthorID: 564746, Scopus: 56437725200, ResearcherID: AAD-8595-2022

garigo@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9332-3807ОржеховскийА. Н.OrzhekhovskyiA. N.

Анатолий Николаевич Оржеховский — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры теоретической и прикладной механики

86123, г. Макеевка, ДНР, ул. Державина, д. 22

РИНЦ AuthorID: 968202, Scopus: 57214804876, ResearcherID: AAP-3799-2021

Anatoliy N. Orzhekhovskyi — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Theoretical and Applied Mechanics

22 Derzhavina st., Makeevka, 86123, DPR

RSCI AuthorID: 968202, Scopus: 57214804876, ResearcherID: AAP-3799-2021

aorzhehovskiy@bk.ruПисареваМ. М.PisarevaM. M.

Милена Михайловна Писарева — студентка

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

Milena M. Pisareva — student

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337

milena.pisareva.02@bk.ruНациональный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)РоссияMoscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)Russian FederationДонбасская национальная академия строительства и архитектуры (ДОННАСА)РоссияDonbas National Academy of Civil Engineering and ArchitectureRussian Federation2025300620251522039Copyright © Танасогло А.В., Гаранжа И.М., Оржеховский А.Н., Писарева М.М., 20252025Танасогло А.В., Гаранжа И.М., Оржеховский А.Н., Писарева М.М.Tanasoglo A.V., Garanzha I.M., Orzhekhovskyi A.N., Pisareva M.M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nso-journal.ru/jour/article/view/265Введение

Введение. Развитие электрических сетей напрямую зависит от стоимости и надежности конструкций воздушных линий электропередачи (ВЛ), для чего необходимо, прежде всего, уточнение статических и динамических нагрузок и воздействий с целью оценки несущей способности при проектировании и эксплуатации; поиск, разработка и апробация новых оптимальных решений опор ВЛ, а также комплексный подход к проектированию сети как единой конструкционной системы на основе учета требований изготовления, монтажа и эксплуатации. Цель исследования — поиск оптимальной конструктивной формы стальных узкобазых башенных и портальных опор ВЛ напряжением 35 и 110 кВ.

Материалы и методы

Материалы и методы. При исследовании башенных одностоечных и портальных опор ВЛ 35 и 110 кВ с диагоналями и распорками по массе учитывались нормальные, аварийные и монтажные режимы работы для анкерованных участков с углами поворота воздушной линии от 0 до 60°. Линия рассматривалась как единая система. При изучении анкерно-угловых опор по массе учитывались возможные режимы работы: нормальные, аварийные и монтажные для различных углов поворота трассы линии.

Результаты

Результаты. Разработан алгоритм определения напряжений для всех регламентируемых нормативными документами режимов работы токоведущих проводов и необходимого количества пролетов ВЛ. Впервые решена задача расчета напряженно-деформированного состояния ВЛ как единой системы с учетом совместной работы токоведущих проводов, грозотросов, гирлянд изоляторов, опор и фундаментов. На основе предложенного численного метода оптимизации дополнительно снижены показатели массы и стоимости узкобазых опор до 20 %.

Выводы

Выводы. Предложенные узкобазые опоры технологичны в изготовлении, монтаже и эксплуатации. Портальные опоры с подкрепляющими диагоналями и без них рациональны в анкерно-угловых вариантах 110 кВ, особенно при больших нагрузках из плоскости и значительных перепадах рельефа местности, а также в промежуточных вариантах 110 кВ при высоте опор до 27 м. На ВЛ напряжением 35 кВ применение портальных свободностоящих опор дает положительный эффект только для промежуточных вариантов высотой до 20 м.

Introduction

Introduction. The development of electric networks directly depends on cost and reliability of overhead line structures, which requires, first of all, clarification of static and dynamic loads and impacts in order to assess the bearing capacity during design and operation; search, development and testing of new optimal solutions for overhead line supports, as well as well as an integrated approach to network design as single structural system based on requirements for manufacturing, installation and operation. The purpose of work is to find the optimal structural form of steel narrow-base tower and portal supports for 35 and 110 kV overhead lines.

Materials and methods

Materials and methods. When studying tower single and portal supports of 35 and 110 kV overhead power lines with diagonals and spacers by weight, normal, emergency and installation modes of operation were taken into account for anchored sections with overhead line rotation angles from 0 to 60°. The line was considered as single system. When studying anchor-angle supports by weight, possible operating modes were taken into account: normal, emergency and installation for different rotation angles of line route.

Results

Results. Has been developed an algorithm for determining voltages for all operating modes of current-carrying wires and required number of overhead power line spans regulated by regulatory documents. For the first time has been solved the problem of calculating the stress-strain state for overhead power line as single system, taking into account the joint operation of current-carrying wires, ground wires, insulator strings, supports and foundations. Based on proposed numerical optimization method mass and cost of narrow-base supports have been further reduced by up to 20 %.

Conclusions

Conclusions. Proposed narrow-base supports are technologically advanced in manufacturing, installation and operation. Portal supports with and without reinforcing diagonals are rational in anchor-angle versions of 110 kV, especially with large loads from plane and significant differences in terrain, as well as in intermediate versions of 110 kV with support height of up to 27 m. On 35 kV overhead lines the use of portal free-standing supports gives a positive effect only for intermediate versions up to 20 m high.

воздушная линия электропередачиузкобазая опоранапряженно-деформированное состояниерасчетная модельавтоматизированный расчетoverhead power linenarrow-base supportstress-strain statedesign modelautomated analysisReferencesКрюков К.П., Новгородцев Б.П. Конструкции и механический расчет линий электропередачи. Л. : Энергия, 1979. 312 с.Kryukov K.P., Novgorodtsev B.P. Design and mechanical analysis of power transmission lines. Lenin-grad, Energy, 1979; 312. (rus.).Golikov A., Gubanov V., Garanzha I. Atypical structural systems for mobile communication towers // IOP Conference Series : Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 365. P. 052010. DOI: 10.1088/1757-899X/365/5/052010Golikov A., Gubanov V., Garanzha I. Atypical structural systems for mobile communication to-wers. IOP Conference Series : Materials Science and Engineering. 2018; 365:052010. DOI: 10.1088/1757-899X/365/5/052010Шевченко Е.В. Анализ критериев устойчивости решетчатых башенных опор ВЛ // Вестник ДонНАСА. 2013. № 13 (4). С. 101–114.Shevchenko E.V. Analysis of stability criteria for overhead lattice tower type supports. Bulletin of DNACEA. 2013; 13(4):101-114. (rus.).Shapovalov S.N., Udod E.I. Increase of reliability and durability of electric grid structures. Kiev : Buildings, 2017. Р. 434.Shapovalov S.N., Udod E.I. Increase of reliability and durability of electric grid structures. Kiev, Buildings, 2017; 434.Ведяков И.И., Еремеев П.Г., Соловьев Д.В. Научно-техническое сопровождение и нормативные требования при реализации проектов зданий и сооружений повышенного уровня ответственности // Промышленное и гражданское строительство. 2018. № 12. С. 14–19. EDN VRJMYQ.Vedyakov I.I., Eremeev P.G., Solovyev D.V. Scientific and technical support and standard requirements when realizing projects of buildings and structuress with increased level of responsibility. Industrial and Civil Engineering. 2018; 12:14-19. EDN VRJMYQ. (rus.).Назим Я.В. Особенности проектирования и расчета конструкций переходных опор ВЛ // Современное промышленное и гражданское строительство. 2019. № 11 (3). С. 38–49.Nazim Ya.V. Features of design structures for overhead line’s transition supports. Modern Industrial and Civil Constructions. 2019; 11(3):38-49. (rus.).Миронов A.Н., Шевченко Е.В. Проблемы устойчивости стержней башенных решетчатых опор воздушных линий электропередачи // Вестник ДонНАСА. 2017. № 3 (113). С. 11–24.Mironov A.N., Shevchenko E.V. Problems of stability of tower-type overhead lattice support rods. Bulletin of DNACEA. 2017; 3(113):11-24. (rus.).Танасогло А.В., Гаранжа И.М., Федорова С.Р. Мониторинг одностоечных свободностоящих опор воздушных линий электропередачи при действии ветровых нагрузок // Жилищное строительство. 2023. № 12. С. 73–78. DOI: 10.31659/0044-4472-2023-12-73-78. EDN ZSSEHX.Tanasoglo A.V., Garanzha I.M., Fedorova S.R. Monitoring of single-post free-standing supports of overhead power linesunder the action of wind loads. Housing Construction. 2023; 12:73-78. DOI: 10.31659/0044-4472-2023-12-73-78. EDN ZSSEHX. (rus.).Сенькин Н.А., Филимонов А.С. Взаимодействие конструктивных элементов в линейной цепи воздушной линии электропередачи // Жилищное строительство. 2024. № 1–2. С. 101–108. DOI: 10.31659/0044-4472-2024-1-2-101-108. EDN SCMQKH.Senkin N.A., Filimonov A.S. Interaction of structural elements in the overhead transmission power line. Housing Construction. 2024; 1-2:101-108. DOI: 10.31659/0044-4472-2024-1-2-101-108. EDN SCMQKH. (rus.).Ефимов Е.Н., Тимашова Л.В., Ясинская Н.В. Причины и характер повреждаемости компонентов воздушных линий электропередачи напряжением 110–750 кВ в 1997–2007 гг. // Энергия единой сети. 2012. № 5 (5). С. 32–41. EDN VXCBYN.Efimov E.N., Timashova L.V., Yasinskaya N.V. Causes and nature of damage to components of overhead power transmission lines with voltage of 110–750 kV in 1997–2007. Energy of Unified Grid. 2012; 5(5):32-41. EDN VXCBYN. (rus.).Shevchenko Ye., Nazim Ya., Tanasoglo A., Garanzha I. Refinement of Wind Loads on Lattice Support Structures of the Intersystem Overhead Power Transmission Lines 750kV // Procedia Engineering. 2015. Vol. 117. Pp. 1028–1035. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.08.225Shevchenko Ye., Nazim Ya., Tanasoglo A., Garanzha I. Refinement of Wind Loads on Lattice Support Structures of the Intersystem Overhead Power Transmission Lines 750kV. Procedia Engineering. 2015; 117:1028-1035. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.08.225Khawaja A.H., Huang Q., Khan Z.H. Monitoring of Overhead Transmission Lines : a Review from the Perspective of Contactless Technologies // Sensing and Imaging. 2017. Vol. 18. Issue 1. DOI: 10.1007/s11220-017-0172-9Khawaja A.H., Huang Q., Khan Z.H. Monitoring of Overhead Transmission Lines : а Review from the Perspective of Contactless Technologies. Sensing and Imaging. 2017; 18(1). DOI: 10.1007/s11220-017-0172-9Ohsaki M. Optimization of Finite Dimensional Structures. Tokyo : CRC Press Taylor & Francis Group, 2019. 221 p.Ohsaki M. Optimization of Finite Dimensional Structures. Tokyo, CRC Press Taylor & Francis Group, 2019; 221.A.S.C.E Design of Latticed Steel Transmission Structures. New York : A.S.C.E, 2021. 98 p.A.S.C.E Design of Latticed Steel Transmission Structures. New York, A.S.C.E, 2021; 98.Bazant Z.P., Cedolin L. Stability of structures. New York : Oxford University Press, 2010. 1011 p. DOI: 10.1142/9789814317047Bazant Z.P., Cedolin L. Stability of structures. New York, Oxford University Press, 2010; 1011. DOI: 10.1142/9789814317047Coskun S.B. Advances in computational stability analysis. Rijeka : InTech, 2018. 132 p.Coskun S.B. Advances in computational stability analysis. Rijeka, InTech, 2018; 132.Winterstetter T., Schmidt H. Stability of circular cylindrical steel shells under combined loading // Thin-Walled Structures. 2002. Vol. 40. Issue 10. Pp. 893–910. DOI: 10.1016/S0263-8231(02)00006-XWinterstetter T., Schmidt H. Stability of circular cylindrical steel shells under combined loading. Thin-Walled Structures. 2002; 40(10):893-910. DOI: 10.1016/S0263-8231(02)00006-XYoo C.H., Lee S.C. Stability of structures — principles and applications. New York : Elsevier Academic Press, 2017. 529 p.Yoo C.H., Lee S.C. Stability of structures — principles and applications. New York, Elsevier Academic Press, 2017; 529.Yang B. Stress, strain, and structural dynamics : an interactive handbook of formulas, solutions, and MATLAB Toolboxes. Cambrige : Elsevier Academic Press, 2020. 314 p.Yang B. Stress, strain, and structural dyna-mics : an interactive handbook of formulas, solutions, and MATLAB Toolboxes. Cambrige, Elsevier Academic Press, 2020; 314.Горохов Е.В., Васылев В.Н. Силовые испытания устойчивости фрагментов опор ВЛ 330кВ // Современное промышленное и гражданское строительство. 2019. Т. 15. № 3. С. 53–62.Gorokhov E.V., Vasilev V.N. Strength tests of stability for fragments of tower supports of 330 kV overhead lines. Modern Industrial and Civil Constructions. 2019; 15(3):53-62. (rus.).Назим Я.В., Горохов Е.В. Оптимизация решетки опор ВЛ по критерию устойчивости стержней // Металлические конструкции. 2017. № 21 (2). С. 20–36.Nazim Ya.V., Gorokhov E.V. The grid optimization of overhead line supports according to the criterion of rod stability. Metal Constructions. 2017; 21(2):20-36. (rus.).Саливон Ю.И., Бакаев С.Н. Алгоритм мониторинга технического состояния решетчатых опор высоковольтных линий электропередачи // Металлические конструкции. 2018. № 18 (2). С. 135–149.Vasilev V.N., Salivon Yu.I., Bakaev S.N. Algorithm for monitoring the technical condition of lattice steel supports of high-voltage overhead transmission lines. Metal Constructions. 2018; 18(2):135-149. (rus.).Kondrateva O.E., Voronkova E.M., Loktionov O.A. Impact assessment of weather and climate events on overhead transmission lines reliability with voltages up to 110–220 kV // 2021 3rd International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE). 2021. Pp. 1–6. DOI: 10.1109/REEPE51337.2021.9388054Kondrateva O.E., Voronkova E.M., Loktio-nov O.A. Impact assessment of weather and climate events on overhead transmission lines reliability with voltages up to 110–220 kV. 2021 3rd International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE). 2021; 1-6. DOI: 10.1109/REEPE51337.2021.9388054Сенькин Н.А. Учет прогрессирующего обрушения при проектировании опор воздушных линий электропередачи // Вестник гражданских инженеров. 2022. № 4 (93). С. 37–46. DOI: 10.23968/1999-5571-2022-19-4-37-46. EDN MXCQXB.Senkin N.A. Consideration of progressive collapse in the design of overhead power transmission line supports. Bulletin of Civil Engineers. 2022; 4(93):37-46. DOI: 10.23968/1999-5571-2022-19-4-37-46. EDN MXCQXB. (rus.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.