Определение механических нагрузок на провода

 

 

Механический расчет проводов и тросов ВЛ производим по методу допускаемых напряжений, расчет изоляторов и арматуры – по методу разрушающих нагрузок

Механические нагрузки, действующие на провода и тросы ВЛ, определяются собственным весом провода, величиной ветрового напора и дополнительной нагрузкой, обусловленной гололедом. Рассчитываются единичные нагрузки, обозначаемые Р, и удельные нагрузки, обозначаемые g.

Проверяем на механические нагрузки провод марки АС-300/39. Воздушная линия имеет номинальное напряжение 110 кВ, расположена в населенной местности типа В, относящейся ко II району по гололеду и ко II ветровому району, длина пролета L=200м. Основные значения температур: t ₊ = +35°C, t _- = -35°C, t_Э = 10°C.

Для расчета из табл.1(Приложения А) данного методического пособия выбираются следующие справочные данные:

· расчетное сечение провода F= 339,6 мм² (суммарное сечение алюминиевой и стальной части провода);

· расчетный диаметр провода d = 24мм;

· масса провода (без смазки) m = 1132кг/ км.

Единичная нагрузка, вызванная собственным весом провода Р₁ , Н/м, определится по формуле

Р₁ = g × m × 10^-3, (2.1)

где g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с²;

m – погонная масса провода, кг/км, определяется по табл.1 Приложение А, [6].

Р₁ = 9,8 × 1132 × 10^-3 = 11,1 Н/м

Единичная нормативная линейная гололедная нагрузка Р_НГ, Н/м, определится по формуле

Р_НГ = p K_i ×K_d×b_Э (d + K_i K_d b_Э) g× r × 10^-3, (2.2)

где K_i и K_d - коэффициенты, учитывающие изменение толщины стенки гололеда по высоте и в зависимости от диаметра провода, принимаемые по табл.2[пр.А];

K_i = 1,0 (для высоты приведенного центра тяжести h_пр = 15м, табл.9[пр.А])

K_d = 0,85

b_Э -нормативная толщина стенки гололеда, мм, принимается по табл.3[пр.А];

b_Э = 15мм (для II гололедного района);

d – диаметр провода, мм; d = 24мм;

g – ускорение свободного падения, принимаемое равным 9,8 м/с²;

r - плотность льда, принимаемая 0,9 г/см³.

 

Р_НГ = 3,14×1,0 ×0,85×15 (24 + 1,0×0,85 ×15) 9,8× 0,9 × 10^-3 = 13 Н/м

Единичная расчетная линейная гололедная нагрузка Р₂, Н/м, определится по формуле

Р₂ = Р_НГ ×g _nw ×g_p ×g_f ×g_d , (2.3)

где Р_НГ - нормативная линейная гололедная нагрузка, Н/м;

g _nw - коэффициент надежности по ответственности, принимаемый для линий напряжением до 220кВ равным 1,0;

g_p - региональный коэффициент, принимаемый равным от 1,0 до 1,5 на основании опыта эксплуатации, g_p = 1,0;

g_f - коэффициент надежности по гололедной нагрузке, g_f = 1,3 (для II района по гололеду);

g_d – коэффициент условий работы, g_d = 0,5,[1].

Р₂ = 13 ×1 ×1 ×1,3 ×0,5 = 8,4 Н/м

 

Нагрузка, обусловленная весом провода и гололедом определится по формуле

 

Р₃ = Р₁ +Р₂ (2.4)

Р₃ = 11,1 + 8,4 = 19,5 Н/м

Нормативная ветровая нагрузка на провода Р’_НВ, Н, без гололеда определится по формуле

Р’_НВ = a_W × K_l × K_W ×C_X ×W₀× F₀× sin²j, (2.5)

 

где a_W - коэффициент, учитывающий неравномерность ветрового давления по пролету ВЛ, принимаемый по табл. 4[пр.А] в зависимости от ветрового давления W, [1 ]

W = 500 Па a_W =0,71(табл.4[пр.А])

K_l - коэффициент, учитывающий влияние длины пролета на ветровую нагрузку, принимаемый из таблицы: K_l = 1,02

Длина пролета, м	£ 50			³ 250
Коэффициент Kl	1,2	1,1	1,05	1,0

 

Промежуточное значение K_l определяется линейной интерполяцией.

K_W - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте в зависимости от типа местности, определяемый по табл. 5[пр.А];

для h_пр = 15м и местности типа В K_W = 0,65;

C_X - коэффициент лобового сопротивления, принимаемый C_X = 1,1

– для проводов, свободных от гололеда, диаметром 20мм и более, т.к d = 24мм;

W₀ – нормативное ветровое давление, соответствующее 10-минутному интервалу осреднения скорости ветра (n₀), на высоте 10м над поверхностью земли и принимаемый в соответствии с картой районирования территории России по ветровому давлению, принимается по табл.6, Па; W₀ = 500 Па

F₀ - площадь продольного диаметрального сечения провода, м² ;

j - угол между направлением ветра и осью ВЛ (ветер следует принимать направленным под углом 90° к оси ВЛ).

Ветровое давление на провода определяется по высоте расположения приведенного центра тяжести всех проводов.

Поскольку на данном этапе расчетов еще не определена стрела провеса провода и профиль трассы, то можно принять ориентировочно в качестве h_ср нормативное расстояние до нижней траверсы h_пр = 15м (табл 9[пр.А]).

Площадь продольного диаметрального сечения провода без гололеда F₀, м², определяется по формуле

F₀ = d × L × 10^-3, (2.6)

где d – диаметр провода, мм; d = 24мм

L = 200м

F₀ = 24 × 200 × 10^-3 = 4,8 м²

Р’_НВ =0,71 × 1,02 × 0,65 ×1,1 ×500 × 4,8 = 1242,7 Н

Единичная нагрузка, Н/м, определится

 

Рнв = Р’_НВ / L = 1242,7 / 200 = 6,2 Н/м

Нормативная ветровая нагрузка на провода Р’_НВГ, Н, с гололедом определится по формуле

Р_НВГ = a_W × K_l × K_W ×C_X ×W_Г× F_Г× sin²j, (2.7)

 

где C_X - коэффициент лобового сопротивления, принимаемый равным 1,2;

W_Г - нормативное ветровое давление при гололеде с повторяемостью один раз в 25лет, принимается W_Г = 0,25 W₀ = 0,25 × 500= 125 Па; выбираем 120 Па[1,c.45].

F_Г - площадь продольного диаметрального сечения провода, м² (при гололеде с учетом условной толщины стенки гололеда b_у);

Площадь продольного диаметрального сечения провода Fг, м² , определяется по формуле

Fг = (d + 2K_i K_d b_У)L × 10^-3 , (2.8)

 

где d – диаметр провода, мм;

K_i и K_d - коэффициенты, учитывающие изменение толщины стенки гололеда по высоте и в зависимости от диаметра провода, определяются по табл.2 [пр.А];

b_У - условная толщина стенки гололеда, мм, принимается равной нормативной толщине b_Э по табл. 3; b_Э = b_У =15мм

L = 200 м.

Fг = (24 + 2 ×1 ×0,9 ×15)200 × 10^-3 = 10,2 м²

Р’_НВГ =0,71 × 1,02 × 0,65 ×1,2 ×120 × 10,2 = 691,4 Н

Р_НВГ = Р’_НВГ / L = 691,4 / 200 = 3,5 Н/м

Единичная расчетная ветровая нагрузка на провода без гололеда Р₄ , Н/м, определится по формуле

Р₄ = Р_НВ ×g_Н × g_Р × g_f, (2.9)

 

где Р_НВ – нормативная ветровая нагрузка,Н/м, Р_НВ = 6,2 Н/м;

g_Н - коэффициент надежности, принимаемый равным 1,0 – для ВЛ до 220кВ;

g_Р - региональный коэффициент, принимаемый 1,0 (на основании опыта эксплуатации);

g_f - коэффициент надежности по ветровой нагрузке, равный 1,1.

Р₄ = 6,2 × 1,0× 1,0× 1,1 = 6,8 Н/м

Единичная расчетная ветровая нагрузка на провода с гололедом Р₅ , Н/м, определится по формуле

Р₅ = Р_НВГ ×g_Н × g_Р × g_f, (2.10)

Р₅ = 3,5 ×1,0 × 1,0 × 1,1 = 3,8 Н /м

 

где Р_НВГ – нормативная ветровая нагрузка по ф.(2.8),Н/м;

Единичная нагрузка, определяемая весом провода без гололеда и ветром

__________

Р₆ = Ö Р₁² + Р₄ ² (2.11)

___________

Р₆ = Ö 11,1² + 6,8 ² = 13 Н/м

 

Нагрузка, определяемая весом провода с гололедом и ветром

_________

Р₇ = Ö Р₃² + Р₅ ² (2.12)

___________

Р₇ = Ö 20,2² + 3,8 ² = 20,6 Н/м

Удельную нагрузку определяем по формуле

 

g = Р / F, (2.13)

 

где Р- удельная нагрузка, Н/м;

F- суммарное сечение провода, мм².

Результаты расчетов по формулам (2.1… 2.13) сводим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Удельные и единичные нагрузки на провода

Р, Н/м	11,1	8,4	19,5	6,8	3,8		20,6
g 10^7, Н/м^3	0,0327	0,0248	0,0575	0,02	0,011	0,038	0,059