Проектирование ЛЭП. 
Механическая часть

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Системы электроснабжения»

КУРСОВАЯ РАБОТА на тему: «Проектирование ЛЭП. Механическая часть»

13.03.02.396.646

Выполнил: Кузнецова А. Н.

Проверил: Игнатенко И. В.

Хабаровск — 2014

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ

1. ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

2. ВЫБОР ТИПА ОПОР

3. подбор типа и количества изоляторов в гирлянде

4. РАССТАНОВКА ОПОР ПО ПРОФИЛЮ ТРАССЫ

4.1 Определение механических нагрузок для расчетных климатических условий

4.2 Расчет максимальной стрелы провеса и шаблона

5. ПОСТРОЕНИЕ МОНТАЖНЫХ ГРАФИКОВ И ТАБЛИЦ

6. ГРОЗОЗАЩИТА И ЗАЗЕМЛЕНИЕ

7. СОСТАВЛЕНИЕ ВЕДОМОСТИ НЕОБХОДИМЫХ МАТЕРИАЛОВ И ОБОРУДОВАНИЯ

8. определение общей стоимости высоковольтной линии по укрупненным показателям ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЕ, А ПРИЛОЖЕНИЕ Б ВВЕДЕНИЕ Развитие промышленности, транспорта и других отраслей народного хозяйства требует непрерывного роста производства электроэнергии и совершенствования ее передачи и распределения. Непрерывно совершенствуются конструкции и оборудование ВЛ, повышаются их надежность и экономичность.

Строительство воздушных линий электропередачи требует высокой механизации работ, внедрения новой, прогрессивной техники, применения индустриальных методов, повышения степени сборности конструкций и их унификации, а также максимального сокращения объема работ, выполняемых не трассе.

Конструкция ВЛ, ее проектирование и строительство должны соответствовать «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ).

В зависимости от механического состояния различают следующие режимы работы ВЛ:

— нормальный — провода и т росы не оборваны;

— аварийный — при обрыве проводов и тросов (полностью или частично);

— монтажный — в условиях монтажа опор, проводов и тросов.

Механические нагрузки на элементы ВЛ в большой степени зависят от климатических условий и характера местности.

Воздушные линии электропередачи состоят из опорных конструкций (опор и оснований), траверс, проводов, изоляторов, линейной арматуры и других устройств, обеспечивающих нормальную работу линии:

— грозозащитных тросов;

— разрядников;

— заземления и др.

Условия работы ВЛ включают в себя постоянные нагрузки, действующие на фундаменты, опоры, провода, изоляторы и арматуру, появление гололеда, ветра, вибрации и «пляски» проводов.

Механический расчет проводов и тросов ВЛ производится по методу допускаемых напряжений, расчет изоляторов и арматуры — по методу разрушающих нагрузок. Расчет опор и фундаментов ВЛ производится по методу расчетных предельных состояний.

Применение специальных фундаментов может оказаться необходимым в случае пересечения трасс линии глубоких топких болот или при прохождении по заливаемым поймам рек.

Первым этапом проектирования ВЛ являются инженерные изыскания, необходимые для получения исходных данных, обеспечивающих разработку технически правильных и экономически целесообразных решений основных вопросов проектирования, строительства и эксплуатации.

Инженерные изыскания выполняются по техническому заданию на изыскания, составленному на основании технического задания на проектирование и в соответствии с требованиями действующих нормативных материалов, ПУЭ и СНиП.

При инженерных изысканиях определяется оптимальное направление трассы ВЛ, производится юридическое оформление (согласование) и получение исходных материалов и сведений, необходимых для составления и обоснования проекта строительства ВЛ.

Далее приступают к разработке проектно-сметной документации.

Данная курсовая работа имеет цель дать студентам практический опыт в расчетах и проектировании электрических сетей.

1. ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ Исходные данные по курсовой работе выбираются из методических указаний в соответствии с номером шифра.

Профиль заданного участка ВЛ из приложения 1 переносится на миллиметровую бумагу в заданном масштабе.

Таблица 1.1 — Исходные данные

2. ВЫБОР ТИПА ОПОР На воздушных линиях следует использовать, как правило, унифицированные и типовые конструкции.

В целях повышения технологичности строительства и обеспечения условий комплектации строительными деталями в проекте рекомендуется принимать минимальное количество опор.

Выбор тех или иных типов опор производится сопоставлением конкретных условий в районе расположения проектируемой линии с технологическими характеристиками опор и в зависимости от типа линии электропередачи по классу напряжения и марки проводов.

Необходимо узнать характеристики провода марки АС-50, найдем их на сайте и представим в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Характеристики провода АС-50

Из таблицы 8.20 выбираем промежуточную унифицированную двухцепную стальную опору ПС35−2 и стальную анкерную угловую свободностоящую двухцепную опору на угол поворота до 60 У35−2.

Таблица 2.2 — Характеристики опор

На рисунках 2.1 и 2.2 представлены эскизы выбранных опор.

Рисунок 2.1 — Эскиз промежуточной опоры П35−2

Рисунок 2.2 — Эскиз анкерной опоры У35−2

3. ПОДБОР ТИПА И КОЛИЧЕСТВА ИЗОЛЯТОРОВ В ГИРЛЯНДЕ Тип и материал изоляторов выбирают в зависимости от напряжения и конструктивных параметров высоковольтной линии с учетом климатических условий и степени загрязнения атмосферными проводящими осадками.

На линиях напряжением 35 кВ и выше предпочтение отдается подвесным изоляторам.

Крепление проводов к подвесным изоляторам производится при помощи поддерживающих или натяжных зажимов. Подвесные изоляторы комплектуются в гирлянды с помощью линейной сцепной арматуры.

Число изоляторов в гирлянде следует вычислять исходя из значения удельной длины утечки гирлянды (не менее 1,9 см на 1 кВ действующего значения наибольшего рабочего напряжения). К полученному таким образом числу изоляторов в подвесной гирлянде добавляется один запасной.

Из таблицы 8.67 выбираем подвесной стеклянный изолятор ПС-70Е.

Таблица 3.1 — Характеристики изолятора ПС-70Е

По таблице 8.65 выберем количество изоляторов: для ВЛ 35 кВ три изолятора плюс один запасной, получаем 4 изолятора в гирлянде.

4. РАССТАНОВКА ОПОР ПО ПРОФИЛЮ ТРАССЫ Расстановка опор — наиболее ответственный этап для проектирования линии. После расстановки опор определяются окончательно число и тип опор, количество изоляторов, линейной арматуры и др.

Размещение опор производят по продольному профилю трассы ВЛ, исходя из принятого в конкретном случае расчетного пролета l_р. Его значение определяется типом опорных конструкций, климатическими условиями района, нормируемыми расстояниями от проводов ВЛ до поверхности земли при наибольшем их провесе.

В общем случае при выборе l_р, м должно соблюдаться соотношение

(4.1)

где f_max — максимальная стрела провеса провода, м; H — активная высота опор (высота подвески нижнего провода), м; С — нормируемое расстояние провод-земля, м, С=6 [2]; 0,4 — запас в габарите на возможные неточности в графическом построении и отклонении при монтаже, м.

Выполним расчет по формуле (4.1):

Построение продольного профиля трассы выполняется в масштабе — 1:500 по вертикали и 1: 5000 по горизонтали.

Для расстановки опор в курсовом проекте применяют графический метод.

Расстановка опор графическим методом производится по специально рассчитанному шаблону, представляющему собой кривые (параболы), соответствующие по своим параметрам кривой максимального провисания провода и еще двум кривым, расположенным одна под другой с определенным сдвигом вдоль вертикальной оси. Интервалы сдвига определяются нормируемыми расстояниями от провода до поверхности земли и активной высотой опор на данном участке.

Чтобы построить специальный шаблон, необходимо рассчитать следующие величины:

— механические нагрузки на провода и тросы;

— механические напряжения в проводах;

— стрелы провеса проводов в пролетах.

Механические нагрузки на провода и тросы подсчитывают на основе принятых для данной ВЛ марки проводов и расчетных климатических условий.

4.1 Определение механических нагрузок для расчетных климатических условий Определение нагрузок производится по формулам из нижеприведенной таблицы 4.1.

Таблица 4.1 — Формулы для определения нагрузок на провода и тросы

где g — ускорение свободного падения тела, g = 9,8; G — масса 1 м провода или троса,; S — сечение всего провода,; d — диаметр провода, троса, мм; в — нормативная толщина стенки гололеда, мм; - объемный вес гололеда, принимаемый равным 900 для всех районов; - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления провода; q — скоростной напор ветра, .

При определении нагрузок воспользуемся рекомендациями из [3, 4, 5].

Скоростной напор ветра определяется по формуле:

(4.9)

где V — нормативная скорость ветра для заданного района,.

Вычислим скоростной напор ветра на провод, свободный от гололеда при по формуле (4.9):

Вычислим скоростной напор ветра на провод, покрытый гололедом при по формуле (4.9):

Вычислим погонную и приведенную нагрузку от собственного веса провода по формуле (4.2):

Вычислим погонную и приведенную нагрузку от веса гололеда по формуле (4.3):

Вычислим погонную и приведенную нагрузку от веса провода и гололеда по формуле (4.4):

Вычислим погонную и приведенную нагрузку от давления ветра на провод, свободный от гололеда по формуле (4.5):

Вычислим погонную и приведенную нагрузку от давления ветра на провод, покрытый гололедом по формуле (4.6):

Вычислим погонную и приведенную суммарную нагрузку от собственного веса и давления ветра на провод, свободный от гололеда по формуле (4.7):

Вычислим погонную и приведенную суммарную нагрузку от веса и давления ветра на провод покрытый гололедом по формуле (4.8):

Результаты вычислений сведем в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 — Полученные значения нагрузок на провода и тросы

4.2 Расчет максимальной стрелы провеса и шаблона высоковольтный линия изолятор нагрузка Наибольшая стрела провеса, называемая максимальной, может возникнуть только при отсутствии ветра, когда провод находится в вертикальной плоскости, проходящей через точки его крепления. Такой случай может быть при режимах:

а) гололеда, когда провод испытывает наибольшую вертикальную нагрузку г_{3 ,} при ;

б) высшей температуры окружающего воздуха при, когда провод имеет минимальное напряжение и испытывает вертикальную нагрузку только от собственной массы г₁.

Сравнивая рассчитанные значения максимальных стрел провеса в режимах гололеда и высшей температуры, принимают наибольшее значение для построения кривых шаблона.

Максимальная стрела провеса в расчетном режиме при одинаковой высоте подвеса провода на опорах определяется по формуле, м:

(4.10)

где — расчетная длина пролета, м; - удельная нагрузка на провод при соответствующем режиме,; - механическое напряжение в проводе при соответствующем режиме, .

Расчетная длина пролета принимается в пределах:

(4.11)

где — величина габаритного пролета, определяемая при выборе опор, м.

Рассчитаем длину пролета:

Для отыскания механического напряжения в проводах следует воспользоваться уравнением состояния:

(4.12)

где и — механические напряжения в низшей точке провода при заданном (исходном) и расчетном (искомом) режимах,; и — приведенные нагрузки, соответствующие исходному и расчетному режимам,; - длина расчетного пролета, м; и — температуры воздуха, соответствующие и, °С; Е — модуль упругости провода,; - температурный коэффициент линейного расширения провода, .

Решим уравнение для двух режимов (гололеда и высшей температуры), используя программу «MathCAD»:

а) Режим гололеда:

Исходные данные для решения уравнения (4.12) в режиме гололеда:

Решим уравнение:

При решении уравнения, выберем один действительный корень:

б) Режим высшей температуры окружающего воздуха:

Исходные данные для решения уравнения (4.12) в режиме высшей температуры:

Решим уравнение:

При решении уравнения, выберем один действительный корень:

Рассчитаем максимальную стрелу провеса провода по формуле (4.10) для двух режимов: гололеда и высшей температуры окружающего воздуха:

Таким образом, при гололеде наибольшая стрела провеса, ее и принимаем в дальнейших расчетах.

Приступим к построению шаблона. Кривую максимального провисания провода для шаблона строят по формуле:

(4.13)

где — переменная величина, представляющая собой длину полупролета провода, м; - постоянная шаблона для каждого расчетного пролета и марки провода.

Постоянная шаблона определяется по формуле:

(4.14)

Рассчитаем постоянную шаблона по формуле (4.14):

Построим кривую максимального провисания провода для шаблона, используя таблицу 4.3.

Таблица 4.3 — Данные для построения кривой провисания провода

Шаблон для расстановки опор представлен в приложении А.

Размещение опор начинаем с первой анкерной опоры, перемещая шаблон вдоль трассы, при этом следим, чтобы «габаритная» кривая не пересекала линии профиля, а кривая провисания была совмещена с точкой опоры, соответствующей ее активной высоте. Расстановка опор на профиле участка воздушной линии электропередачи представлена в приложении А.

После размещения опор определяют границы анкерных участков. Для каждого из них вычисляется приведенный пролет:

(4.15)

где — пролеты рассматриваемого анкерного участка, м.

Если приведенный пролет совпадает с пролетом, принятым в шаблоне, или больше его, то произведенную расстановку опор данного анкерного участка следует считать законченной и можно переходить к другому анкерному участку. В противном случае строят новый шаблон с учетом длины приведенного пролета и вновь производят расстановку опор, добиваясь совпадения пролетов.

Рассчитаем приведенный пролет для первого анкерного участка по формуле (4.15):

Аналогичным образом, по формуле (4.15), приведенные пролеты для второго и третьего анкерных участков равны:

Приведенные пролеты больше пролета, принятого в шаблоне, следовательно, произведенную расстановку опор следует считать законченной.

По полученным приведенным пролетам для каждого анкерного участка составляют монтажные таблицы и графики.

5. ПОСТОЕНИЕ МОНТАЖНЫХ ГРАФИКОВ И ТАБЛИЦ

Монтажные графики и таблицы представляют собой зависимости изменений напряжений и стрел провеса проводов от изменения температур окружающего воздуха.

Определение стрел провеса следует производить по уравнению равновесия.

Для определения механических напряжений, входящих в уравнение равновесия, необходимо воспользоваться уравнением состояния провода в пролете.

Расчет сталеалюминевых проводов надо вести согласно ПУЭ, по следующим трем исходным условиям:

а) режим низшей температуры;

б) режим наибольшей температуры;

в) режим среднегодовой температуры.

Поскольку напряжение в проводе ограничивается тремя исходными режимами, то существует три критических пролета, соответствующих пограничным условиям этих режимов:

а) — пролет, для которого напряжение провода в режиме низшей температуры достигает допустимого значения, а в режиме среднегодовой температуры — значения:

(5.1)

где — коэффициент упругого удлинения материала провода, то есть величина, дающая изменение единицы длины провода при увеличении напряжения на 1 Па.

б) — пролет, при котором напряжение провода в режиме наибольшей нагрузки равно допустимому напряжению, а в режиме низшей температуры равно:

(5.2)

в) — пролет, при котором напряжение провода в режиме среднегодовой температуры равно допустимому напряжению, а в режиме наибольшей нагрузки -:

(5.3)

Рассчитаем коэффициент упругого удлинения материала:

Рассчитаем критические пролеты по формулам (5.1) — (5.3)

Выбор исходных расчетных условий проводов по соотношениям действительного и критических пролетов осуществляем по таблице 2.4. Принимаем для каждого анкерного участка. Так как соотношение критических пролетов >>и соотношение действительного и критических пролетов >, то исходные расчетные условия принимаются, и .

После нахождения исходных режимов приступаем к составлению монтажных таблиц и построению монтажных графиков. Так как за исходный принят режим наибольших добавочных условий, то уравнение состояния, по которому рассчитывается монтажная таблица, будет иметь вид:

(5.4)

Подставив данные в формулу (5.4), получим уравнение состояния для построения монтажных графиков:

Численные значения величин для монтажных таблиц получают, находя напряжения в проводе по уравнению состояния провода в пролете при различных температурах. Результаты сведены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 — Монтажная таблица

По монтажным таблицам построим графики, которые представлены на рисунках 5.1 — 5.3.

Рисунок 5.1 — Монтажный график для первого анкерного участка Рисунок 5.2 — Монтажный график для второго анкерного участка Рисунок 5.3 — Монтажный график для третьего анкерного участка

6. ГРОЗОЗАЩИТА И ЗАЗЕМЛЕНИЕ Самым эффективным способом защиты линий электропередачи является применение заземленных тросов молниеотводов, подвешиваемых по всей длине.

При подвеске грозозащитного троса должны соблюдаться следующие условия:

а) трос должен обеспечивать необходимый угол защиты проводов. При одном грозозащитном тросе защитный угол б должен быть не более 30, а при двух тросах — не более 20. При защите линий двумя тросами расстояние между ними должно быть не более пятикратного превышения тросов над проводами а?5h;

б) наименьшие расстояния по вертикали между тросом и проводом в середине пролета при температуре +15С и без ветра должны быть не менее: 3,2 м — при длине пролета 150 м; 4 м — при 200 м; 5,5 — при 300 м и т. д.

Согласно схеме расположения троса и провода на опоре (рисунок 6.2) стрела провеса троса f_т при температуре +15С и отсутствии ветра определяется по формуле:

(6.1)

где — стрела провеса провода в середине пролета при температуре +15С без ветра, м; - расстояние по вертикали между тросом и проводом на опоре, м; - требуемое расстояние между тросом и проводом в середине пролета при температуре +15С.

Рисунок 6.1 — Расположение тросов на опоре Рисунок 6.2 — Схема подвески троса на опоре Исходя из стрелы провеса при +15С определяется соответствующее напряжение в тросе:

(6.2)

Произведем расчет по формулам (6.1) и (6.2):

Это значение подставляется в уравнение состояния провода для определения напряжения во всех требуемых режимах.

Напряжение при гололеде:

Аналогично определяются напряжения для остальных режимов.

Напряжение при низшей температуре:

Напряжение при среднегодовых температурах:

Полученные напряжения при разных режимах не превышают допустимых значений, следовательно, стрела провеса троса рассчитана верно.

7. СОСТАВЛЕНИЕ ВЕДОМОСТИ НЕОБХОДИМЫХ МАТЕРИАЛОВ И ОБОРУДОВАНИЯ

Необходимые материалы и арматура на одну промежуточную и анкерную опору представим соответственно в таблицах 7.1 и 7.2.

Таблица 7.1 — Необходимые материалы на одну промежуточную опору

Таблица 7.2 — Необходимые материалы на одну анкерную опору

Необходимая длина провода АС-50 и его цена представлена в таблице 7.3.

Таблица 7.3 — Необходимая длина и цена провода АС-50

Цены необходимые на материалы и арматуру взяты из источника и.

8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ СТОИМОСТИ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЛИНИИ ПО УКРУПНЕННЫМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

Общая стоимость линии электропередачи запроектированного участка:

(8.1)

где n, m — количество анкерных и промежуточных опор соответственно; - стоимость анкерной опоры, руб.; - стоимость промежуточной опоры.

Определим общую стоимость линии электропередачи запроектированного участка по формуле (8.1):

Стоимость одного километра линии электропередачи:

(8.2)

где L — длина линии запроектированного участка, км.

Рассчитаем стоимость одного километра линии электропередачи по формуле (8.2):

При подсчете стоимости следует учесть тарифные пояса. Для Хабаровского края коэффициент равен 1,4.

Пересчитаем стоимость с учетом коэффициента:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовом проекте приведен расчет высоковольтной линии электропередачи напряжением 35 кВ, проходящей по ненаселенной местности со следующими условиями:

— район по ветру — III;

— район по гололеду — II;

— максимальная температура — ?С;

— минимальная температура — ?С;

— среднегодовая температура — ?С.

Высоковольтная линия выполнена на двухцепных металлических опорах проводом марки АС-50/8 с использованием грозозащитного троса.

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

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

1. Проектирование ЛЭП. Механическая часть: Методические указания на выполнение курсового проекта / В. Н. Ли. — Хабаровск: ДВГУПС, 1999 г. — 35 с.

2. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). /Минэнерго СССР. — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоиздат, 1985. — 640 с.

3. www.forca.ru.

4. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения / С. А. Бажанов, И. С. Батхон, И. А. Баумштейн и др.; под ред. И. А. Баумштейна и М. В. Хомякова. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоиздат, 1989. — 768 с.

5. www.rosenergoholding.ru.

6. www.pulscen.ru.

ПРИЛОЖЕНИЕ, А ШАБЛОН ДЛЯ РАССТАНОВКИ ОПОР