Процесс построения опоры для линии электропередачи в условиях ветрености: необходимые качества

• 1. Расчёт проводов ЛЭП на прочность
• 1.1 Постановка задачи и исходные данные
• 1.2 Определение характеристик провода
• 1.3 Определение расчётной нагрузки для каждого режима
• 1.4 Вычисление длины критических пролётов
• 1.5 Расчёт кривых провисания провода
• 2. Расчёт опоры ЛЭП
• 2.1 Постановка задачи и исходные данные
• 2.2 Расчёт ветровой нагрузки, действующей на опору
• 2.3 Определение усилий в стержнях фермы
• 2.4 Подбор безопасных размеров поперечного сечения стержней фермы

1. Расчёт проводов ЛЭП на прочность

1.1 Постановка задачи и исходные данные

Цель курсового проекта: Спроектировать линию электропередачи (ЛЭП) и рассчитать для неё опоры при заданном ветровом районе по гололёду.

Для заданной линии ЛЭП необходимо определить нагрузки, действующие на провод для трёх расчётных режимов, напряжения в проводе, стрелу провеса, величину наибольшего провисания и её координаты, первоначальную длину провеса.

Построить кривые провисания проводов.

При расчёте принято:

длина пролёта l = 300 м;

разность уровней точек подвеса h = 35 м;

марка провода по ГОСТ 839–59 — АС-400;

район по гололёду — IV;

район по ветру — VI;

температура, при которой подвешен провод Т₀ = 0С;

среднегодовая температура T_III = 0С;

минимальная температура T_I = - 40С;

коэффициент скоростного напора k = 1.

1.2 Определение характеристик провода

Площадь сечения провода F = 493,3 мм².

Расчётный диаметр провода d = 29 мм.

Расчётный вес провода q_п = 1,840 даН/м.

Модуль упругости материала Е = 8900 даН/мм².

Коэффициент температурного линейного расширения град ^-1.

1.3 Определение расчётной нагрузки для каждого режима

1.3.1 I режим — минимальной температуры (T_I = - 40С; гололёд и ветер отсутствуют). Интенсивность нагрузки от собственного веса для провода марки АС-300 по ГОСТ 839–59

даН/м

Удельная нагрузка

1.3.2 II режим — максимальной нагрузки (T_II = - 5С; гололёд и ветер)

Толщина стенки гололёда b = 20 мм (IV район).

Скоростной напор ветра даН/м² (I район; при наличии гололёда скоростной напор принимается равным 25% от нормативного q_н).

Удельный вес льда провода

.

Интенсивность нагрузки от гололёда:

даН/м.

Интенсивность нагрузки от давления ветра:

даН/м

(Здесь с = 1,2 — аэродинамический коэффициент).

Суммарная интенсивность нагрузки:

даН/м.

Удельная нагрузка

1.3.3 III режим — среднегодовой температуры (T_I = 0С; гололёд и ветер отсутствуют).

Как и для I режима:

даН/м; .

Вычисленные нагрузки и допускаемые напряжения для трёх режимов сведены в таблицу.

1.4 Вычисление длины критических пролётов

Длину критических пролётов вычисляем по формуле:

По этой формуле находим, принимая

0,9933

Полученное соотношение критических величин пролётов () соответствует случаю № 2, пролеты и в этом случае фиктивные, физического смысла не имеют и находятся на пересечении прямой III — III с продолжением кривых I — III и II — III (см. рис.1) Для пролетов L расчет. < L 2 кр. исходным является режим I, а при L расчет. > L 2 крит. режим II, где L расчет. — длина пролета, по которому ведется расчет (задана по условию).

Рисунок 1

1.5 Расчёт кривых провисания провода

1.5.1 Режим II. Горизонтальное натяжение нити:

даН.

Величина наибольшего провисания:

Абсцисса, определяющая положение низшей точки:

Из решения видно, что низшая точка кривой провисания лежит за пределами пролёта.

Стрела провисания

м

Конечная длина провода

Первоначальная длина провода

По выполненным расчётам строим кривую провисания провода

(рис.2).

Рис.2

1.5.2 Режим I

Для режима I используем уравнение состояния провода

где индекс m означает исходный режим, индекс n — исследуемый режим.

В нашем случае имеем:

или

После упрощения получим:

откуда даН/мм².

Дальнейший расчёт проводим аналогично расчёту режима II:

даН;

;

;

;

По полученным данным строим кривую провисания провода аналогично режиму I (см. рисунок 3).

Рис.3

1.5.2 Режим III

Для режима III имеем:

или

После упрощения получим:

откуда даН/мм².

даН;

;

;

;

По полученным данным строим кривую провисания провода аналогично режиму III (см. рисунок 4).

2. Расчёт опоры ЛЭП

2.1 Постановка задачи и исходные данные

Для расчётной схемы опоры ЛЭП необходимо:

определить интенсивность давления на ферму ветровой нагрузки (район по ветру I);

определить усилия в элементах плоской фермы;

подобрать из условия устойчивости безопасные размеры поперечного сечения отдельно для поясов и раскосов решётки в виде равнобокого уголка;

рассчитать опасный узел сварного и болтового соединений, выполнить эскизы этих узлов.

При расчёте принять:

допускаемые напряжения при растяжении и сжатии для прокатных профилей даН/см² (210 МПа);

допускаемые напряжения для сварных швов, болтов, заклёпок на срез даН/см² (130 МПа); на смятие даН/см² (340 МПа);

сосредоточенный момент

сосредоточенная сила Р = 1000 даН (0,01 МН);

параметр, а = 2 м.

2.2 Расчёт ветровой нагрузки, действующей на опору

Определим величину расчётного скоростного напора:

даН/м^2,

Где даН/м² ;

скоростной напор ветра (VI район)

n = 1,3 — коэффициент перегрузки для высотных сооружений;

k =1 — поправочный коэффициент изменения скоростного напора, зависящий от высоты и типа местности (см. п. 1.1).

Коэффициент лобового сопротивления для пространственной четырёхгранной фермы при направлении ветра на грань:

где

С_х = 1,4 — аэродинамический коэффициент для плоской фермы;

m = 0,3 — коэффициент увеличения давления ветра на подветренную грань, зависящий от типа решётки.

Площадь проекции опоры на плоскость, перпендикулярную направлению ветра (рисунок 3):

где

м² — площадь проекции прямоугольной части;

м² — площадь проекции трапециевидной части;

— угол наклона боковой стороны трапеции к ветру.

При этих значениях получим:

м².

Вычисляем давление ветра на опору:

даН,

где

= 1,5 — коэффициент увеличения скоростного напора, учитывающий его динамичность и пульсацию;

поправочный коэффициент при действии ветра на ребро;

расчётная площадь проекции конструкции по наружному обмеру на плоскость, перпендикулярную направлению ветра; здесь коэффициент заполнения плоской фермы.

Интенсивность ветровой нагрузки

даН/м.

Принимаем q_w = 131 даН/м.

2.3 Определение усилий в стержнях фермы

2.3.1 Определение узловой нагрузки

Интенсивность распределённой нагрузки разносим по узлам фермы. Усилие, приходящееся на одну панель, определяем по формуле:

тогда

2.3.2 Вычисление реакций в опорах

Из условий равновесия:

Рис.5

Вычисление усилий в стержнях фермы

Для определения усилий в стержнях используем метод сечений и способ вырезания узлов.

рис.7

сечение I — I (рис.7)

Условия равновесия:

рис.8

рис.9

2) сечение 2 — 2 (рис.9)

Условия равновесия:

рис.10

Рис.11

3) сечение 3 — 3 (рис.11)

Условия равновесия:

Рис.12

сечение 4 — 4 (рис.15)

Рис.13

Условия равновесия:

Рис.14

рис.15

Сечение 5−5 (рис.18)

Рис.16

Условия равновесия:

Рис.17

Рис.18

Сечение 6−6 (рис. 20)

Условия равновесия:

Рис. 19

Рис. 20

Рис.21

сечение 7−7 (рис.24)

Рис.22

Рис.23

Условия равновесия:

По найденным значениям строим эпюры внутренних усилий в стержнях фермы (рис.25).

Рис.24

рис.25

2.4 Подбор безопасных размеров поперечного сечения стержней фермы

Наибольшее сжимающее усилие в поясе даН.

Безопасные размеры поперечного сечения равнобокого уголка находим из условия прочности при растяжении:

Из условия устойчивости при сжатии имеем:

принимая ₀ = 0,5 в первом приближении. Согласно ГОСТ 8509–57, по сортаменту выбираем равнобокий уголок 10 010 010, для которого F = 19,2 см² и i_min = 1,96 см. Вычисляем гибкость стержня, считая элементы пояса шарнирно закреплёнными по концам:

По справочной таблице для гибкости = 103,6, используя линейную интерполяцию, находим:

По сортаменту окончательно выбираем равнобокий уголок 10 010 010, для которого A = 19,2 см² и i_min = 1,98 см.

Аналогичным образом определяем необходимые размеры сечения для стержней решётки.

Из условия устойчивости при сжатии имеем:

принимая ₀ = 0,5 в первом приближении.

Согласно ГОСТ 8509–93, по сортаменту выбираем равнобокий уголок 63 634, для которого F = 4,96 см² и i_min = 1,25 см.

Вычисляем гибкость стержня, считая элементы пояса шарнирно закреплёнными по концам:

Гибкость очень велика, поэтому выбираем равнобокий уголок 80 807, для которого F = 10,8 см² и i_min = 1,58 см.

Гибкость стержня

Окончательно принимаем для раскосов уголок 80 807.