Механический расчет воздушных линий

Воздушные линии, находящиеся на открытом воздухе, помимо основной нагрузки — веса проводов, подвергаются еще и значительным дополнительным нагрузкам от давления ветра, веса гололеда, образующегося на проводах, и др.

Воздушная линия должна быть достаточно прочной, чтобы выдержать механические нагрузки. Для надежной работы проводов, опор и других конструктивных элементов проводят расчеты механической прочности линии, или механический расчет.

Механический расчет воздушных линий основан на применении некоторых положений дисциплины «Сопротивление материалов», на обязательных указаниях Правил устройства электротехнических установок (раздел «Воздушные линии электропередачи напряжением до 1 кВ и выше 1 кВ») и Строительных норм и правил (СНиП).

Хотя механический расчет не связан непосредственно с электротехническими вопросами, знание его необходимо каждому электрику, так как без этого нельзя правильно проектировать электрические сети.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА ПРОВОДА

На провода воздушных электрических линий действуют вертикальные нагрузки (собственный вес провода, вес образовавшегося на проводе гололеда) и горизонтальные нагрузки (давление ветра). При учете этих нагрузок делают некоторые допущения: предполагают равномерное распределение нагрузок по длине провода, нагрузки принимают статическими, то есть неизменными по значению.

Под действием механических нагрузок в материале провода появляются механические напряжения на растяжение. На их значение влияют также напряжения, которые возникают в проводе при уменьшении его длины, с понижением температуры.

Таким образом, для определения нагрузок на провода и механических напряжений в материале проводов необходимо знать Таблица1.1 Толщина стенки гололеда на высоте 10 м над поверхностью земли.

климатические условия в районе сооружения линии (толщину слоя гололеда, скорость ветра, максимальную, минимальную и среднюю температуры).

Наибольшие нормативные значения толщины стенки гололеда и скоростного напора ветра (²/1,6, где —скорость ветра, м/с) для всех линий напряжением свыше 1 кВ определяют, исходя из повторяемости один раз в 10 лет, а для линий 3 кВ и ниже — один раз в 5 лет.

Расчетные температуры воздуха принимают по данным фактических наблюдений независимо от напряжения воздушной линии и округляют до значений, кратных пяти.

Территория России разделена на пять районов, которые отличаются толщиной стенки гололеда (табл. 1.1). Чтобы определить, к какому району относится данная местность, следует пользоваться специальными картами.

По скоростным напорам ветра территория России разделена на семь районов (табл. 1.2). В таблице 1.2 в скобках даны скорости ветра, соответствующие приведенным в ней скоростным напорам.

Механические нагрузки на провода принято определять в единицах силы на единицу сечения и единицу длины провода, то есть Н/(мм²м), или МПа/м. Их называют удельными механическими нагрузками.

Таблица 1.2 Скоростной напор ветра на высоте до 15 м.

Рис. 1.1. Провод, покрытый слоем гололеда.

Собственный вес провода—g₁. Удельные нагрузки от собственного веса провода зависят только от материала, из которого сделан провод, и не зависят от его сечения. В самом деле удельная нагрузка [Н/(ммм²)] от собственного веса.

(1.1).

где G — вес 1 км провода, Н; F — сечение провода, мм².

Но, с другой стороны, где — удельная сила тяжести материала провода, Н/мм³.

Подставляя значения G в уравнение (1.1), имеем:

(1.2).

Для многопроволочных проводов, учитывая повивы провода, рекомендуют считать их длину на 2 … 3% больше, то есть вводить в уравнения (1.1) и (1.2) коэффициент 1,02 … 1,03.

Гололед —g₂. При температуре окружающего воздуха, близкой к 0 °C, с последующим небольшим понижением температуры до — 5 °C на всех открыто расположенных предметах, в том числе и на проводах, образуется гололед в виде слоя льда. При температуре ниже — 5 °C гололед обычно не удерживается.

Интенсивность образования гололеда зависит от ряда условий, в том числе от высоты расположения данного места над уровнем моря, наличия незамерзших водоемов, способствующих созданию высокой влажности воздуха и т. д. В России есть районы, где гололед образуется очень интенсивно и толщина его слоя достигает 50 мм. Это приводит к большим разрушениям воздушных линий, поэтому в таких районах линию рассчитывают по фактическим условиям, а не по данным таблицы 1.1.

Пусть провод диаметром d, (рис. 1.1) покрыт слоем гололеда толщиной b. Тогда вес гололеда на проводе длиной 1 м составляет:

где 0= 0,009 — удельная сила тяжести гололеда, Н/мм3.

Удельную нагрузку от гололеда (МПа/м) определяют по формуле.

(1.3).

Рис. 1.4 Суммарные удельные нагрузки.