Механическая часть воздушных линий электропередач

• Введение
• 1. Определение физико-механических характеристик провода и троса
• 1.1 Характеристики и конструкция провода
• 2. Выбор унифицированной опоры
• 1.2 Характеристики и конструкции троса
• 3. Расчет удельных нагрузок на провода и тросы
• 3.1 Ветровые и гололедные нагрузки
• 3.2 Удельные нагрузки на провода и тросы
• 4. Расчет на механическую прочность проводов и тросов
• 4.1 Определение исходного режима
• 4.2 Расчет провода на механическую прочность
• 4.3 Расчёт грозозащитного троса на механическую прочность
• 5. Выбор изоляторов и линейной арматуры
• 5.1 Выбор изоляторов
• 5.2 Выбор линейной арматуры
• 6. Расстановка опор по профилю трассы
• 6.1 Построение шаблона
• 6.2 Проверка опор на прочность
• 6.3 Расчет перехода через инженерное сооружение
• 7. Расчет монтажных графиков
• 8. Расчет аварийного режима
• Заключение
• Библиографический список

Реферат

Перевощикова Ю. В. Механическая часть воздушных линий электропередачи: ТПЖА.565 722.9г3в ПЗ: Курс. проект / ВятГУ, каф. ЭЭС; рук. А П. Вихарев. — Киров, 2012. Гр. ч.1 л. ф. А1; ПЗ _____ с., 19 рис., 13 табл., 3 источника, 1 прил.; специф.1 л.

ВОЗДУШНАЯ ЛИНИЯ, ПРОВОД, ГРОЗОЗАЩИТНЫЙ ТРОС, ОПОРА, ИЗОЛЯТОРЫ, ЛИНЕЙНАЯ АРМАТУРА, СТРЕЛА ПРОВЕСА, ПЕРЕХОД ЧЕРЕЗ ИЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕИЯ, МОНТАЖНЫЕ ГРАФИКИ.

Объект исследования и разработки — механическая часть воздушной ЛЭП.

Цель работы — выбор типа промежуточной опоры, выбор изоляторов и линейной арматуры с достаточным запасом прочности. Опоры требуется расставить по заданному профилю трассы с таким расчетом, чтобы выполнялся габарит, ветровые и весовые пролеты. Требуется рассчитать монтажные стрелы провеса проводов и троса в максимальном и минимальном пролетах при всех возможных температурах, а также рассчитать переход через инженерное сооружение.

Воздушные линии электропередач предназначены для передачи электроэнергии на расстояния. Основными элементами воздушных линий являются провода и тросы, опоры, изоляторы, линейная арматура и т. д.,.

В курсовом проекте необходимо произвести расчет линии электропередач 110 кВ в анкерном пролете на механическую прочность. Напряжения в проводе АС-120/19 и тросе ТК-50 не должны превышать допустимых при любых погодных условиях, возможных в данной местности. Стрелы провеса провода и троса также не должны превышать допустимых значений в любом режиме.

Проектирование механической части воздушных ЛЭП ставит своей главной задачей обеспечение высокой надежности работы ВЛ в естественных природных условиях. Это проектирование включает следующие основные этапы:

расчет механических нагрузок на элементы ВЛ;

выбор элементов ВЛ (опор, изоляторов, арматуры и др.);

расчет элементов ВЛ на механическую прочность;

расстановку опор по профилю трассы;

расчет перехода через инженерное сооружение (наземный трубопровод);

расчет монтажных стрел провеса проводов и тросов.

Целью выполнения курсового проекта является освоение основ проектирования механической части ВЛ,.

1. Определение физико-механических характеристик провода и троса

1.1 Характеристики и конструкция провода

В данном курсовом проекте рассматривается ВЛ напряжением 110 кВ. Для этой воздушной линии используется многопроволочный сталеалюминиевый провод марки АС-185/29. Буквами в марке провода обозначается материал жилы, то есть А-алюминий, С — сталь. Цифрами обозначается номинальное сечение провода: проводящей части (в числителе) и стальной (в знаменателе). Алюминий и сталь имеют различные механические характеристики. Практический расчет сталеалюминиевых проводов ведется по характеристикам, приведенным к проводу в целом, то есть формально провод считается выполненным из одного материала. Физико-механические характеристики провода приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 — Физико-механические характеристики провода АС-185/29

Провод марки АС-185/29 выполнен из 26 алюминиевых и 7 стальных проволок. Вокруг центральной проволоки выполнено два повива из алюминиевых проволок, в центре многопроволочного провода находиться размещается стальная проволока с одним навивом. Для придания круглой формы, и предотвращения раскручивания смежные повивы скручены в противоположных направлениях, при это верхний повив должен имеет «правое» направление. На рисунке 1.1 приведена конструкция сталеалюминиевого провода АС-185/29.

2. Выбор унифицированной опоры

В настоящее время систематически проводится унификация, которая позволяет использовать единую удобную систему обозначений и классификаций. Унификация позволяет сократить общее количество типов опор, количество типоразмеров деталей опор, подобрать при необходимости рациональную замену опор или их деталей, организовать их массовое производство на специализированных заводах. Согласно унификации, для каждого типа опор установлены условия применения: напряжение ВЛ, число цепей, район по гололеду, максимальная скорость ветра, диапазоны марок проводов, марки тросов. По этим условиям в справочниках выбирается соответствующий тип опоры, в наименовании которого отражены следующие признаки:

1) вид опоры: П — промежуточная, У — угловая (промежуточная или анкерная), С — специализированная;

2) материал опоры: Д — дерево, Б — железобетон, для металлических решетчатых опор буквенное обозначение отсутствует, для многогранных используется буква М;

3) номинальное напряжение ВЛ;

4) типоразмер — это цифра, отражающая прочностные свойства опоры: четная цифра присвоена двухцепной опоре, нечетная — одноцепной.

В курсовом проекте для строительства воздушной линии используются опоры ПМ110−1 — промежуточная одноцепная металлическая многогранная опора, предназначенная для применения в I—V вв.етровом районах, в I-VI и особом гололедных районах.

Таблица 2.1 — Технические характеристики унифицированной опоры ПМ110−1

При механическом расчете проводов и тросов используется величина расчетного расстояния между двумя соседними опорами, так называемый расчетный пролет . При расстановке опор на идеально ровной поверхности, Но опыт проектирования показывает, что усредненное значение пролета вследствие неровности местности меньше габаритного, поэтому длина расчетного пролета, м,

(2.1)

где

— длина габаритного пролета, м. б - коэффициент, значение которого принимается равным б = 0,8ч0,9 в соответствии с местностью, для которой проектируется участок ВЛ.

При выборе типа опоры необходимо наметить желаемое расположение проводов на опоре. Для курсового проекта следует принять размещение проводов в углах неравностороннего треугольника на одноцепной опоре в виде «бочки», так как используется одноцепная опора, а опоры портального типа с горизонтальным расположением проводов в одной плоскости дороги. Конструкция одноцепной многогранной металлической унифицированной опоры ПМ110−1 показана на рисунке 2.1, основные размеры опоры приведены соответственно в таблице 2.2.

воздушная линия электропередача провод Рисунок 1.1 — Констукция провода АС-185/29

1.2 Характеристики и конструкции троса

В качестве грозозащитного троса на ВЛ напряжением 110 кВ используются многопроволочные стальные канаты марки ТК-50. Цифрами в маркировке обозначается номинальное сечение троса. Физико-механические характеристики троса приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 — Физико-механические характеристики троса ТК-50

Трос марки ТК-50 представляет собой многопроволочный провод из стальных оцинкованных проволок, выполненный путем скручивания проволок (2 повива). На рисунке 1.2 приведена конструкция стального троса ТК-50.

Рисунок 1.2 — Констукция грозотроса ТК-50

Рисунок 2.1 — Одноцепная многогранная металлическая промежуточная опора

Таблица 2.1 — Основные размеры унифицированной опоры ПМ110−1

Согласно ПУЭ, воздушные линии напряжением 110 кВ и выше на металлических и железобетонных опорах должны быть защищены по всей длине грозозащитными тросами. Линии с расположением проводов согласно рисунку 2.1, защищаются одним тросом (рисунок 2.2). При одном грозозащитном тросе защитный угол б должен быть не боле 30°.

Рисунок 2.2 — Расположение грозозащитного троса на опоре

3. Расчет удельных нагрузок на провода и тросы

3.1 Ветровые и гололедные нагрузки

Для определения толщины стенки гололеда и скоростного напора ветра используется понятие высоты расположения приведенного центра тяжести проводов или троса h_пр, м,

(3.1)

где h_{cр -} средняя высота подвеса проводов или троса на опоре, м;

[f] — максимально допустимая стрела провеса провода или троса, м.

Значение h_cр для проводов,

(3.2)

где h_i — расстояние от земли до i-ой траверсы опоры, м;

m — количество проводов на опоре;

— длина гирлянды изоляторов, предварительно принимаемая 1,3 м — для ВЛ 110 кВ.

Значение для троса определяется высотой подвеса троса над землей,

(3.3),

Допустимая стрела провеса провода, м,

(3.4)

где — расстояние от земли до нижней траверсы, м;

Г — наименьшее расстояние по вертикали от проводов до поверхности земли,

Допустимая стрела провеса троса, м:

(3.5)

где

— высота подвеса троса на опоре, м;

— расстояние между нижней и верхней траверсами опоры, м;

z — наименьшее допустимое расстояние по вертикали между проводом и тросом в середине пролета, м,

Высота расположения приведенного центра тяжести провода, м,

Высота расположения приведенного центра тяжести троса, м,

В дальнейшем все расчетные величины будут даваться для провода без индекса, а для троса с индексом «т» .

После определения высоты расположения приведенного центра тяжести проводов и троса оцениваются максимально возможные толщины стенки гололеда, мм, и максимальное ветровое давление .

(3.6)

(3.7)

где W₀ — нормативное ветровое давление, принимаемое согласно ПУЭ, Па; К_W — поправочный коэффициент, который вводится на величину ветрового давления в зависимости от типа местности; C₀ — нормативная толщина стенки гололеда, принимаемая согласно ПУЭ, мм; - поправочные коэффициенты на высоту и на диаметр провода (троса);

Максимальное ветровое давление, Па,

Максимально возможные толщины стенки гололеда, мм Температура окружающей среды сказывается на работе ВЛ путем прямого влияния на степень натяжения и провисания проводов и тросов. При расчетах проводов и тросов на механическую прочность принимаются во внимание следующие температуры:

1) высшая температура —, при которой провод может иметь максимальное удлинение и, следовательно, максимальную стрелу провеса;

2) низшая температура —, при которой провод имеет наименьшую длину, а температурные напряжения могут достигать наибольших значений;

3) среднегодовая температура, при которой провод работает наиболее длительное время;

4) температура гололеда —, при наибольшей скорости ветра и при гололеде;

5) температура грозы —, при которой определяется надежность защитым тросом всех элементов ВЛ в условиях грозового режима.

3.2 Удельные нагрузки на провода и тросы

Провода и тросы ВЛ испытывают действие нагрузок — вертикальных (вес провода и гололеда) и горизонтальных (давление ветра). В результате этих нагрузок в металле проводов возникают растягивающие напряжения. При расчетах на механическую прочность пользуются удельными нагрузками на провода и тросы.

Под удельной нагрузкой понимают равномерно распределенную вдоль провода механическую нагрузку, отнесенную к единице длины и поперечного сечения. Удельные нагрузки выражаются в Ньютонах, отнесенных к 1 м длины провода и к 1 мм² сечения: Н/ (мЧмм2).

1. Удельная нагрузка от собственного веса провода (троса) — г₁ (рисунок 3.1):

(3.8)

где — вес одного метра провода, Н;

— фактическое сечение провода, мм².

2. Удельные нагрузки от веса гололёда г₂ (рисунок 3.2) определяются из условия, что отложения гололёда имеют цилиндрическую форму:

(3.9)

где F — фактическое сечение провода, мм²; d — диаметр провода (троса) мм; g_{0 -} удельный вес льда, g₀ = 0,910³ Н/ммм² К_{n -} коэффициент надежности по ответственности, для ВЛ до 220 кВ принимаемый равный 1; К_p — региональный коэффициент, от 1,0 до 1,5; на практике допускается принимать равным 1,0; К_f — коэффициент надежности по гололедной нагрузке, равный 1,3 для районов по гололеду 1 и 2; К_{d -} коэффициент условий работы, равный 0,5.

3. Удельные нагрузки от собственного веса провода (троса) и гололёда - г₃ (рисунок 3.3):

(3.10)

4. Удельная нагрузка от давления ветра, действующего перпендикулярно проводу, при отсутствии гололёда - г₄ (рисунок 3.4):

(3.11)

где — ветровое давление, Па;

— коэффициент, учитывающий влияние длины пролета на ветровую

нагрузку, для = 252 м принимается равным 1,0;

— коэффициент, учитывающий неравномерность скоростного напора ветра по пролету, = 0,91; = 0,835;

— коэффициент лобового сопротивления, равный 1,2 — для всех проводов, покрытых гололедом, и для проводов диаметром меньше 20 мм, свободных от гололеда,

5. Удельная нагрузка от давления ветра, действующего перпендикулярно проводу, при наличии гололёда - г₅ (рисунок 3.5):

(3.12)

где

при определении значение коэффициента берется для скоростного напора ветра

6. Удельная нагрузка от давления ветра и веса провода (троса) без гололеда - г₆ (рисунок 3.6):

(3.13)

7. Удельная нагрузка от давления ветра и веса провода (троса), покрытого гололёдом - г₇ (рисунок 3.7):

(3.14)

4. Расчет на механическую прочность проводов и тросов

4.1 Определение исходного режима

При выполнении механического расчёта проводов и троса очень важным моментом является определение исходного режима. Исходным режимом называется такой режим, при котором известны три параметра: механическое напряжение в проводе или тросе, температура и удельная нагрузка. При механическом расчёте проводов и троса в качестве исходного режима принято принимать наиболее тяжёлый режим, при котором напряжение в проводе достигает допустимого значения. Для выбора исходного режима используется понятие критических пролётов. Критическим называется граничный пролёт, при котором влияние температуры и нагрузки на напряжения в проводе оказывается равноопасным. Определяются три критических пролёта.

Первый критический пролет — это пролёт, при котором напряжение в проводе в режиме среднегодовой температуры равно допустимому при среднегодовой температуре, а в режиме низшей температуры — допустимому напряжению при низшей температуре. Первый критический пролет определяется по формуле:

(4.1)

где Е — модуль упругости, Н/мм²;

— температурный коэффициент линейного удлинения, град¹;

— среднегодовая температура, С;

— минимальная температура, С;

— допустимое напряжение при среднегодовой температуре, Н/мм²;

— допустимое напряжение при низшей температуре, Н/мм²;

мнимая.

Второй критический пролет — это пролет такой длины, при котором напряжение в проводе при наибольшей нагрузке равно допустимому при наибольшей нагрузке, а в режиме низшей температуры равно допустимому напряжению при низшей температуре, находится по формуле, м:

(4.2)

где — температура гололеда, С;

— допустимое напряжение при наибольшей нагрузке, Н/мм².

Третий критический пролет — это пролет такой длины, при котором напряжение равно допустимому при среднегодовой температуре, а в режиме наибольшей нагрузки равно допустимому напряжению в режиме наибольшей нагрузки, определяется по формуле, м:

(4.3)

Из соотношения пролетов выбирается исходный режим:

мнимый, ,.

Из этих условий следует принять за исходный режим — режим наибольшей нагрузки с параметрами:

­ наибольшей удельной нагрузкой Н/мм²;

­ температурой гололеда С,

­ допустимым напряжением при наибольшей нагрузке Н/мм².

4.2 Расчет провода на механическую прочность

При изменении климатических условий меняются удельные нагрузки, температура провода и напряжение в его материале. Для определения напряжений в материале провода при разных климатических условиях используют уравнение состояния провода, которое имеет следующий вид:

(4.4)

где — напряжение в проводе, удельная нагрузка и температура в исходном режиме;

— то же в рассчитываемом режиме;

— расчетная длина пролета;

— модуль упругости и температурный коэффициент линейного удлинения материала провода.

В это уравнение подставляются параметры исходного режима — режима наибольшей нагрузки и значения температуры и нагрузки, отвечающие каждому из режимов, указанных в

п. 3.1 В результате определяются напряжения в проводе для этих режимов.

Выполним расчет напряжений в режимах низшей температуры, среднегодовой температуры и максимальной нагрузки. Расчет будем производить итерационным методом касательных.

После подстановки значений в уравнение состояния получается кубическое уравнение, которое решается по следующему алгоритму:

1. Задаемся нулевым приближением ;

2. Определяем поправку путем деления самой функции на ее первую производную:

; (4.5)

3. Находим новое значение напряжения:

; (4.6)

4. Выполняем проверку окончания итерационного процесса по условию. Если условие выполняется, то расчет необходимо прекратить, если нет, то значение принимается в качестве нового приближения и расчеты повторяются.

Режим низшей температуры:

Подставляем все известные параметры в уравнение состояния (4.4):

После приведения общих слагаемых получается уравнение следующего вида:

Далее производим расчеты по алгоритму. Расчет повторяем до тех пор, пока погрешность не будет меньше 1%.

Н/мм²;

Н/мм²;

Н/мм²;

Н/мм²;

Следовательно, за искомое значение принимают :

Н/мм².

Режим среднегодовой температуры:

Подставляем все известные параметры в уравнение состояния (4.4):

После приведения общих слагаемых получается уравнение следующего вида:

Далее производим расчеты по алгоритму. Расчет повторяем до тех пор, пока погрешность не будет меньше 1%.

Н/мм²;

Н/мм²;

Н/мм²;

Н/мм²;

Следовательно, за искомое значение принимают :

Н/мм².

Режим наибольшей нагрузки:

Подставляем все известные параметры в уравнение состояния (4.4):

После приведения общих слагаемых получается уравнение следующего вида:

Далее производим расчеты по алгоритму. Расчет повторяем до тех пор, пока погрешность не будет меньше 1%.

Н/мм²;

Н/мм²;

Н/мм²;

Н/мм²;

Н/мм²;

Следовательно, за искомое значение принимают :

Н/мм².

Проверка условий прочности провода для режимов низшей и среднегодовой температур и режима наибольшей нагрузки:

, ;

, .

Условия выполняются — значит, механическая прочность проводов будет достаточной для условий проектируемой линии.

Выполним расчет напряжений и стрел провеса в режимах гололеда без ветра, высшей температуры и грозового режима итерационным методом касательных. Расчет будем производить в программе «Mathcad» .

Режим гололеда:

Подставляем все известные параметры в уравнение состояния (4.4):

Н/мм².

Режим высшей температуры:

Подставляем все известные параметры в уравнение состояния (4.4):

Н/мм².

Грозовой режим:

Подставляем все известные параметры в уравнение состояния (4.4):

Н/мм².

Расчет стрелы провеса провода

(4.7)

1) в режиме гололёда без ветра, м,

;

2) в режиме высшей температуры, м,

;

3) в режиме грозового режима, м,

.

Проверка соблюдения требуемых расстояний от низшей точки провисания провода до земли

;

.

Условия выполняются — значит, расстояние от провода до земли будет менее допустимого.

Таблица 4.1 — Параметры провода для различных климатических режимов работы.

4.3 Расчёт грозозащитного троса на механическую прочность

Стрела провеса троса в грозовом режиме определяется по выражению, м,

(4.8)

где — стрела провеса провода в грозовом режиме;

— длина гирлянды изоляторов;

— расстояние от точки подвеса гирлянды верхнего провода до точки подвеса троса.

Напряжение в тросе при грозовом режиме, Н/мм^2, (4.9)

Выполним расчет напряжений в режимах низшей температуры, среднегодовой температуры и наибольшей нагрузки. Расчет будем производить в программе «Mathcad», по уравнению состояния,

(4.10)

где

Режим наибольшей нагрузоки:

Подставляем все известные параметры в уравнение состояния (4.10):

Н/мм².

Режим низшей температуры:

Подставляем все известные параметры в уравнение состояния (4.10):

Н/мм².

Режим среднегодовой температуры:

Подставляем все известные параметры в уравнение состояния (4.10):

Н/мм².

Проверка условий прочности троса для режимов низшей и среднегодовой температур и режима наибольшей нагрузки:

, ;

, .

Условия выполняются — значит, механическая прочность тросов будет достаточной для условий проектируемой линии.

5. Выбор изоляторов и линейной арматуры

5.1 Выбор изоляторов

На промежуточных опорах ВЛ 110 кВ применяются поддерживающие гирлянды подвесных изоляторов, прикрепленные к траверсам опор с помощью линейной арматуры. Гирлянда комплектуется из отдельных изоляторов. Каждый изолятор имеет в верхней части гнездо для пестика, а в нижней части — стержень с пестиком. Сцепление изоляторов друг с другом осуществляется фиксацией пестика одного изолятора в гнезде другого.

Основным назначением гирлянды изоляторов является поддержка провода и изоляция его от элементов опоры. Расчет изоляторов производится по методу разрушающих нагрузок.

В нормальных режимах поддерживающая гирлянда изоляторов воспринимает осевую нагрузку, состоящую из веса провода, гололеда и самой гирлянды. Вес гирлянды предварительно принимается Н/м. Нормативная нагрузка на изолятор от веса провода без гололеда, Н/м,

(5.1)

где F — фактическое сечение провода, мм²;

— весовой пролет, м.

Нормативная нагрузка на изолятор от веса провода, покрытого гололедом при ветре, Н/м,

(5.2)

Расчетные условия для выбора изоляторов в поддерживающей гирлянде имеют вид:

(5.3)

где — разрушающая электромеханическая нагрузка на изоляторы, Н,

Исходя из расчетного условия для ВЛ 110 кВ выбирается изолятор марки ПС-120Б подвесной изолятор, стеклянный, разрушающая электромеханическая нагрузка 120 кН. Технические характеристики данного изолятора приведены в таблице 7, а конструкция — на рисунке 4.

Таблица 5.1 — Технические характеристики изолятора

Определяем число изоляторов в поддерживающей гирлянде по формуле,

(5.4)

где — минимально допустимая удельная эффективная длина пути утечки, согласно степени загрязнения атмосферы по ПУЭ, см/кВ = 25м/кВ;

— наибольшее рабочее напряжение,

; (5.5)

— удельна эффективная длина пути утечки;

(5.6)

— поправочный коэффициент (коэффициент эффективности изолятора),

(5.7)

Полученное число округляем до 11 штук и увеличиваем на один. Таким образом, число изоляторов в поддерживающей гирлянде составит 12 штук.

Рассчитываем нагрузку на изолятор натяжной гирлянды учитывая величину тяжения провода, Н,

(5.8)

;

(5.9)

Выбирается аналогичный изолятор ПС-120Б с разрушающей электромеханической нагрузкой 120 кН.

В натяжной гирлянде 12+1=13 штук изоляторов.

На промежуточных опорах ЛЭП напряжением до 110 кВ включительно крепление троса к опоре осуществляется без изолятора.

5.2 Выбор линейной арматуры

Линейная арматура гирлянды изоляторов предназначена для ее крепления к траверсе опоры и для крепления провода к гирлянде.

Для крепления провода к гирлянде применяются поддерживающие глухие зажимы типа ПГ и ПГН и ушки типа У1. Для крепления гирлянды к траверсам используются узлы типа КГП и серьги типа СР.

Расчет арматуры производится по методу разрушающих нагрузок. Коэффициент запаса прочности в нормальном режиме в условиях гололеда и ветра принимается равным 2,5.

Выбор арматуры осуществляется по выражению

для провода,

(5.10)

для троса,

(5.11)

Нагрузка арматуру провода, Н,

Нагрузка на арматуру троса, Н,

Исходя из этих данных, выбираем линейную арматуру. Для провода и троса арматура выбирается одинаковая.

Узел крепления гирлянд к траверсам опор принимаем из конструктивных соображений. Технические характеристики узла КГП-12−1 приведены в таблице 8, а конструктивное исполнение — на рисунке 5.2.

Таблица 5.2

Сцепная арматура — серьга СР-6−16 и ушко У1−6-16, технические характеристики которых приведены в таблице 5.3, конструктивное исполнение — на рисунках 5.3 и 5.4 соответственно.

Таблица 5.3

Для крепления провода к гирлянде изоляторов применяется глухой поддерживающий зажим ПГН-2−6. Технические характеристики зажима ПГН-2−6 приведены в таблице 5.4, а конструктивное исполнение — на рисунке 5.5 Для крепления троса также применяется глухой поддерживающий зажим ПГН-2−6.

Таблица 5.4

Расчет нагрузки на арматуру натяжной гирлянды, Н,

(5.12)

Выбирается аналогичная арматура, что и для поддерживающей гирлянды. В качестве зажима предлагается использовать болтовой зажим.

После выбора типа и количества изоляторов в гирлянде и арматуры определяются фактические вес, кг, и длина гирлянды изоляторов, м,

(5.13)

(5.14)

При воздействии ветра в проводах и тросах ВЛ могут возникать колебательные процессы — вибрации. Длительное воздействие вибрации на провод может привести в места его крепления к гирлянде изоляторов к поломке отдельных проволок провода и в конечном счете при вибрации вызовет его обрыв.

Опасные явления при вибрации возникают при определенных значениях длины пролета и напряжения в проводе (тросе) в режиме среднегодовой температуры.

На рассчитываемой ВЛ нет необходимости устанавливать виброгасители ни на провод, ни на трос, так как задан тип местности С — городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м, просеки в лесных массивах с высотой деревьев более высоты опор. То есть вибрации просто не достигнут опасных значений.

Рисунок 5.1 — Конструкция изолятора ПС-120Б Рисунок 5.2 — Конструкция узла крепления КГП-12−1

Рисунок 5.3 — Конструкция серьги СР-6−16

Рисунок 5.4 — Конструкция ушка У1−12−16

Рисунок 5.5 — Конструкция поддерживающего зажима ПГН-3−5

6. Расстановка опор по профилю трассы

6.1 Построение шаблона

При проектной расстановке опор по профилю трассы должны выполняться два основных условия:

1) Расстояния от проводов до поверхности земли должны быть не меньше требуемых,

2) Нагрузки, воспринимаемые опорами, не должны превышать значений, установленных для опор данного типа.

Расстановка опор производится с помощью шаблона, который представляет собой кривые провисания провода в режиме, при котором возникает наибольшая стрела провеса.

Таким режимом является режим гололеда без ветра.

Эти кривые строятся по уравнению:

(6.1)

где — удельная нагрузка в режиме, отвечающем наибольшей стреле провеса;

— напряжение в проводе, отвечающее режиму наибольшей стрелы провеса.

Таблица 6.1 — Зависимость стрелы провеса f_max от величины пролёта l (кривая 1)

Кривая 1 представляет собой кривую провисания нижнего провода.

Кривая 2, называемая габаритной, сдвинута по вертикали вниз от кривой 1 на расстояние требуемого габарита от земли Г.

м, мм.

Кривая 3, называемая земляной, сдвинута от кривой 1 на расстояние, равное высоте подвеса нижнего провода над землей, где — фактическая длина гирлянды, — расстояние от земли до нижней траверсы.

м, мм.

Построение шаблона производят в масштабах по горизонтали (М_Г = 1: 7000), по вертикали (М_В = 1: 500).

В анкерном участке с различными пролетами между промежуточными опорами происходит выравнивание напряжения в проводе во всех пролетах. Это напряжение соответствует так называемому приведенному пролету, который определяется по выражению:

(6.2)

где

— длина i-го пролета в анкерном участке,

n — количество пролетов в анкерном участке.

В результате предварительной расстановки опор по профилю трассы согласно описанной выше методике:

отличается от на 2,6% < 3%, то есть механический расчет проводов и тросов можно считать удовлетворительным.

6.2 Проверка опор на прочность

После расстановки опор по профилю трассы все они проверяются на прочность в реальных условиях. Вертикальные нагрузки, действующие на опору, определяются собственной массой проводов и гололёда, а горизонтальные — действием ветра.

Фактический весовой пролёт соответствует вертикальной нагрузке на опору и определяется суммой двух смежных эквивалентных полупролётов, прилегающих к данной опоре, м,

(6.3)

Эквивалентный пролёт — условный пролёт с подвеской провода на одинаковых высотах.

Первый (большой) эквивалентный пролёт, м,

(6.4)

Второй (малый) эквивалентный пролёт, м,

(6.5)

где — фактическая длина пролёта, прилегающего к рассматриваемой опоре, м, [табл.6.2];

— разность между высотами точек провеса провода, м.

Фактический ветровой пролёт для каждой опоры определяется полусуммой смежных пролётов, м,

(6.6)

где , — фактические длины пролётов, прилегающих к рассматриваемой опоре, м.

Для каждой опоры должны выполнятся соотношения для рассчитанных по формулам (6.3) и (6.6) фактические значения пролётов (таблица 6.2),

(6.7)

где — нормативные весовой и ветровой пролёты выбранной опоры, м.

Расчёт для первой промежуточной опоры, считая от левой анкерной опоры.

Первый (большой) эквивалентный пролёт, м,

Второй (большой) эквивалентный пролёт, м,

Фактический весовой пролёт для первой промежуточной опоры, м,

Фактический ветровой пролёт для первой промежуточной опоры, м,

Значения остальных фактических весовых и ветровых пролётов рассчитываются аналогично, результаты в таблице 6.2.

Таблица 6.2 — Фактические весовые и ветровые пролёты

м, м.

Проверка соотношений по всех фактических значений ветровых и весовых пролётов выполнятся, следовательно, расстановка опор считается удовлетворительной.

6.3 Расчет перехода через инженерное сооружение

Под переходом через инженерные сооружения понимают пересечения проектируемой ВЛ с железными и шоссейными дорогами, другими линиями электропередачи, линиями связи, радиолиниями, трубопроводами.

В данном варианте трассу ВЛ 110 кВ надземный трубопровод. Высота трубопровода составляет 2 м. Наибольшая стрела провеса проводов ВЛ имеет место в режиме гололеда без ветра. Удельная нагрузка в этом режиме Н/м•мм, напряжение в проводе Н/м•мм. Высота крепления нижней траверсы на опорах ВЛ равна 14,9 м, длина гирлянды изоляторов 1,86 м, угол пересечения не нормируется.

Расстояние по горизонтали от трубопровода до ближайшей опоры ВЛ составляет 63 м, а длина пролета пересечения составляет 196 м.

Согласно ПУЭ, минимально допустимые расстояния по горизонтали от опор ВЛ до трубопровода равно высоте опоры ВЛ, то есть 22,7 м, а по вертикали от проводов ВЛ до трубопровода 4 м.

Для проверки соблюдения расстояния по вертикали рассчитаем стрелу провеса проводов ВЛ над трубопроводом, м,

(6.8)

.

Определим действительное расстояние от нижнего провода ВЛ до трубопровода, м,

(6.9)

< 4=.

Таким образом, оба условия для нормального режима выполняются, поэтому первоначальную расстановку опор можно считать удовлетворительной.

7. Расчет монтажных графиков

Монтаж проводов производится, как правило, при отсутствии ветра и гололеда, но при любой температуре, т. е. монтажный режим характеризуется удельной нагрузкой и температурой монтажа. Основная задача заключается в том, чтобы в условиях монтажа обеспечить такую стрелу провеса провода, чтобы напряжение в проводе не превышало допустимого значения.

Из сопоставления величин приведенных критических пролетов определяется исходный режим.

Расчет напряжения при монтаже осуществляется по уравнению состояния:

(7.1)

При изменении температуры монтажа определяется напряжение в проводе в условиях монтажа. Это напряжение одинаково для всех пролетов анкерного участка, т. е. отвечает приведенному пролету.

В курсовом проекте рассчитываются стрелы провеса для пролетов наибольшей и наименьшей длины в анкерном участке.

При рассчитанном напряжении стрела провеса f в реальном пролете длиной определится по выражению:

(7.2)

где — длина реального пролета.

В реальных условиях измерения стрел провеса проводов может оказаться затруднительным. В таких случаях с помощью динамометра измеряют тяжение провода. Расчетное значение тяжения при температуре монтажа определяется по формуле:

(7.3)

где — фактическое сечение провода, мм².

Исходный режим для провода — режим наибольшей нагрузки.

Параметры исходного режима для провода: Н/мм², Н/мм², С, Н/мм^2, Н/мм², 1/?С. С помощью уравнения состояния (7.1) рассчитывается напряжение в проводе при температуре монтажа? С и? С. Решим уравнения при помощи программы «Mathcad» .

Расчет напряжения в проводе при высшей температуре монтажа:

Н/мм².

Расчет напряжения в проводе при наименьшей температуре монтажа:

Н/мм².

По формуле (7.2) рассчитываем стрелы провеса для наименьшего и наибольшего пролетов, определенных при расстановке опор, м,

= 301 м: ;

= 196 м: ;

Напряжение в проводе при температуре +15?С рассчитано аналогично и равно Н/мм². Определим стрелу провеса провода в габаритном пролете при грозовом режиме, м,

(7.4)

Определим стрелу провеса троса в габаритном пролете при грозовом режиме, исходя из требуемого расстояния z для габаритного пролета, м,

(7.5)

.

Параметры исходного режима для троса: Н/мм², Н/мм², 1/?С.

По стреле провеса троса определяем напряжение в тросе в грозовом режиме, Н/мм^2,

(7.6)

Принимая в качестве исходного грозовой режим по уравнению состояния троса определяем напряжение в тросе,

(7.7)

Расчет напряжения в проводе при высшей температуре монтажа:

Н/мм².

Расчет напряжения в проводе при наименьшей температуре монтажа:

Н/мм².

Рассчитываем стрелы провеса для наименьшего и наибольшего пролетов, определенных при расстановке опор, м,

= 301 м: ;

= 196 м: ;

Остальные расчеты выполнялись для провода и троса с помощью компьютера, в результате получены следующие значения, представленные в виде монтажных таблиц 7.1 и 7.2

Таблица 7.1 — Монтажная таблица провода

Таблица 7.2 — Монтажная таблица троса

По данным таблицам построим монтажные графики для проводов и грозозащитного троса (рисунки 7.1 — 7.6).

Монтажные графики используются персоналом сетевых компаний при строительстве ВЛ для определения силы тяжения провода (троса), монтируемого в анкерном пролете, для условий монтажа

Монтажные графики для провода:

Монтажные графики для грозозащитного троса:

8. Расчет аварийного режима

Под аварийным режимом воздушной ЛЭП понимают работу при полностью или частично оборванных проводах и тросах. Обрывы могут произойти при правильно спроектированной и правильно эксплуатируемой линии.

Число пролетов в анкерном участке равно 8. Будем считать, что обрыв провода произошел в четвертом пролете, считая от левой анкерной опоры.

Редуцированное тяжение провода в пролете, смежном с аварийным, не должно превышать нормативного значения установленного для каждого типа унифицированных опор,

. (8.1)

Для железобетонных опор с сечением провода не более 185 мм² нормативное тяжение составляет 0,3T_max. Значение максимального тяжения можно определить следующим образом, Н,

(8.2)

где F_max — наибольшее суммарное сечение провода из всего диапазона сечений, для которого может быть применена данная унифицированная опора, F_max = 297,3 мм²;

— наибольшее допустимое напряжение для данной марки провода, =153 Н/мм²;

Тяжение в проводе в режиме среднегодовой температуры определим по формуле:

(8.3)

Стрела провеса провода в режиме среднегодовой температуры, м,

(8.4)

Нормативное тяжение, Н,

Т_норм=0,5•45 486,9=22 743,45 Н.

Определим редуцированное тяжение в четвертом пролете от левой анкерной опоры. Для этого воспользуемся упрощенным методом расчета.

Найдем коэффициент редукции k_р1 по формуле,

(8.5)

Найдем коэффициент редукции k_р6 по формуле,

(8.6)

Найдем коэффициент редукции k_р4 по формуле,

(8.7)

Редуцированное тяжение в четвертом пролете от левой анкерной опоры, Н,

(8.8)

Выполним проверку условия прочности опор в аварийном режиме:

Условие выполняется, — значит, прочность опор в четвертом пролете в аварийном режиме будет достаточной для условий проектируемой линии.

Найдем редуцированное напряжение в проводе в указанном пролете, Н/мм^2,

(8.9)

Определим аварийную стрелу провеса в четвертом пролете от левой анкерной опоры, м,

(8.10)

Выполним проверку стрелы провеса в аварийном режиме:

Стрела провеса не удовлетворяет допустимой стреле провеса, то есть габарит выполняться не будет. Следовательно, при проектировании линии необходимо предусмотреть автоматическое выключение линии при коротком замыкание на землю.

Заключение

В курсовом проекте приведен расчет ВЛ электропередачи напряжением 110 кВ, проходящей по населенной местности со следующими условиями:

­ район по ветру — III,

­ район по гололеду — II,

­ максимальная температура — 30? С,

­ минимальная температура — -25?С,

­ среднегодовая температура — 5? С.

ВЛ выполнена на одноцепных металлических опорах проводом марки АС-158/29 с использованием грозозащитного троса ТК-50.

По результатам выполненного механического расчета можно говорить о достаточной механической прочности применяемых проводов и троса. Все элементы ВЛ удовлетворяют требованиям ПУЭ в отношении механической прочности.

В проекте приведены материалы, необходимые для выполнения монтажа анкерного участка.

Библиографический список

1. Проектирование механической части воздушных ЛЭП: Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию / А. П. Вихарев, А. В. Вычегжанин, Н. Г. Репкина. — Киров: Изд. ВятГУ, 2009 — 140 с.

2. Библия электрика / Авт. — сост. Н. В. Белов. — Минск: Б 59 Харвест, 2010. — 640 с.

3. Общие требования к оформлению текстовых документов курсовых проектов и работ дипломных проектов и работ. СТП ВятГУ 101−2003, СТП ВятГУ 102−2003, СТП Вят ГУ 103−2003. Киров 2004, 84 с.