Механический расчёт проводов, тросов и изоляторов воздушных линий электропередачи

Механический расчёт проводов, тросов и изоляторов воздушных линий электропередачи

 

Выполнил:

студент гр. Э – Х – Х

Фамилия И.О.

 

Проверил:

к. т. н., ст. преподаватель

кафедры ЭЭС ИЭЭ

Валянский А.В.

 

 

Москва – 2018

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.. 4

1 РАСЧЁТ УДЕЛЬНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ОТ ВНЕШНЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ И СИЛ ТЯЖЕСТИ НА ПРОВОДА И ГРОЗОЗАЩИТНЫЙ ТРОС.. 7

1.1 Расчёт удельных механических нагрузок, воздействующих на провода. 7

1.2 Расчёт удельных механических нагрузок, воздействующих на грозозащитный трос. 11

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 1. 13

2 РАСЧЁТ ЗАВИСИМОСТИ СРЕДНЕЭКСПЛУАТАЦИОННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПРОВОДАХ ОТ ДЛИНЫ ПРОЛЁТА, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ КРИТИЧЕСКИХ ПРОЛЁТОВ И ВЫБОР ОПРЕДЕЛЯЮЩЕГО ПО МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ПРОВОДОВ НОРМАТИВНОГО СОЧЕТАНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ.. 14

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 2. 19

3 РАСЧЁТ КРИТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАТИВНОГО СОЧЕТАНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НАИБОЛЬШЕГО ПРОВИСАНИЯ ПРОВОДОВ, ЗНАЧЕНИЯ ГАБАРИТНОГО ПРОЛЁТА И ПОСТРОЕНИЕ ШАБЛОНА ДЛЯ РАССТАНОВКИ ОПОР ПО ПРОДОЛЬНОМУ ПРОФИЛЮ ТРАССЫ ВОЗДУШНОЙ
ЛИНИИ.. 20

3.1 Расчёт критической температуры, определение нормативного сочетания климатических условий наибольшего провисания проводов, значения габаритного пролёта. 20

3.2 Построение шаблона для расстановки опор по продольному профилю трассы воздушной линии 23

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 3. 26

4 РАСЧЁТ МОНТАЖНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ, ПОСТРОЕНИЕ МОНТАЖНЫХ ГРАФИКОВ ДЛЯ ХАРАКТЕРНЫХ ДЛИН ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ПРОЛЁТОВ ЛИНИИ.. 27

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 4. 31

5 РАСЧЁТ НАТЯЖЕНИЯ ГРОЗОЗАЩИТНОГО ТРОСА ПО УСЛОВИЮ ЗАЩИТЫ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ОТ ГРОЗОВЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ, ПРОВЕРКА МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ГРОЗОЗАЩИТНОГО ТРОСА.. 32

5.1 Проверка углов защиты проводов на промежуточной опоре. 32

5.2 Проверка углов защиты проводов в середине пролёта. 33

5.3 Проверка механической прочности грозозащитного троса. 37

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 5. 41

6 ВЫБОР ТИПА И КОЛИЧЕСТВА СТЕКЛЯННЫХ ТАРЕЛЬЧАТЫХ ИЗОЛЯТОРОВ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ПРОВОДОВ К ПРОМЕЖУТОЧНЫМ И АНКЕРНЫМ ОПОРАМ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.. 42

6.1 Выбор типа и количества подвесных стеклянных тарельчатых изоляторов для комплектования поддерживающих гирлянд. 42

6.2 Выбор типа и количества подвесных стеклянных тарельчатых изоляторов для комплектования натяжных гирлянд. 44

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 6. 46

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 47

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ... 49

 

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Номинальное напряжение U ном, кВ
Тип опор	стальные
Марка проводов	АС 240/56
Число цепей n ц
Сечение грозозащитных тросов Fт, мм ^2
Тип местности	населённая
Нормативное ветровое давление W 0, Па (v 0, м / с)	800 (36)
Ветровой район согласно ПУЭ	IV
Нормативная толщина стенки гололёда b 0, мм
Район по гололёду согласно ПУЭ	IV
Усреднённые значения температур:
высшая θ (+), ^оС	+ 33
среднегодовая θср.г., ^оС	– 2
низшая θ (–), ^оС	– 42
гололёдообразования θг, ^оС	– 4

Перед выполнением механического расчёта элементов конструкции проектируемой воздушной линии электропередачи (ВЛЭП) необходимо произвести сбор справочной информации по конструктивному исполнению проводов, тросов и опор.

Табл. 1 – Расчётные параметры провода марки АС 240/56 согласно [1]

Площадь поперечного сечения алюминий/сталь, мм ^2	Диаметр, мм	Электрическое сопротивление 1 км провода постоянному току при 20 °С, Ом, не более	Удельная масса провода, кг/км
провода	стального сердечника
241/56,3	22,4	9,6	0,1197

Суммарная площадь поперечного сечения провода F _Σ марки АС 240/56 складывается из площадей поперечного сечения алюминиевой F_А и стальной F_С частей

(I)

По данным Табл. 1 вычислим значение коэффициента m, равного отношению площадей поперечных сечений F_А алюминиевой части провода и F_С его стального сердечника

(II)

,

так как m ≈ (4,29 ÷ 4,39) согласно [1], то данная марка провода имеет усиленную конструкцию.

Табл. 2 – Исходные данные по проводу марки АС 240/56 согласно [1]

Алюминиевая часть провода	Стальной сердечник	Число повивов	Отношение сечения алюминиевой части провода к сечению стального сердечника
число проволок	номинальный диаметр проволок, мм	Число проволок	номинальный диаметр проволок, мм	алюминиевых проволок	стальных проволок
	3,2		3,2			4,28

По Табл. 2 найдём n_{С (1)} число стальных проволок в первом повиве сердечника провода

(III)

Далее определим n_{А (1)} число алюминиевых проволок в первом повиве

(IV)

полученное значение округляем до ближайшего меньшего целого, поэтому n_{А (1)} = 12.

Число алюминиевых проволок во втором повиве n_{А (2)} равно

(V)

Общий вид поперечного сечения провода марки АС 240/56 показан на Рис. 1 (размеры указаны в мм).

Рис. 1 – Общий вид поперечного сечения провода марки АС 240/56

В Табл. 3 приведены физико-механические характеристики провода марки АС 240/56.

Табл. 3 – Физико-механические характеристики провода марки АС 240/56 согласно [2]

Модуль упругости E, × 10^4 Н/ мм ^2	Температурный коэффициент линейного удлинения a, × 10^-6 ^оС^-1	Допустимое механическое напряжение [ σ ], Н/ мм ^2
при наибольшей нагрузке и низшей температуре [ σ ]нб = [ σ ](–)	при среднеэксплуатационной температуре [ σ ]сэ
8,9	18,3

В качестве грозозащитного троса для данной ВЛЭП напряжением 220 кВ выбираем стальной трос марки ТК-11 [2], параметры которого приведены в Табл. 4, а физико-механические характеристики представлены в Табл. 5.

Табл. 4 – Исходные данные по грозозащитному тросу марки ТК-11 согласно [2]

Площадь поперечного сечения троса Fт, мм ^2	Диаметр троса dт, мм	Удельная масса троса Mт, кг/км
72,58

Табл. 5 – Физико-механические характеристики грозозащитного троса марки ТК-11 [2]

Модуль упругости Eт, × 10^4 Н/ мм ^2	Температурный коэффициент линейного удлинения aт, × 10^-6 ^оС^-1	Допустимое напряжение [ σ ], Н/ мм ^2
при наибольшей нагрузке и низшей температуре [ σ ]нб = [ σ ](–)	при среднегодовой температуре [ σ ]сэ

Согласно табл. 50.9 и рис. 50.17 [2] выбираем стальную промежуточную одноцепную опору типа П220-3, основные размеры (м), которой показаны на Рис. 2.

Рис. 2 – Промежуточная одноцепная опора типа П220-3

В соответствии с рекомендациями [3], ориентировочную длину гирлянды изоляторов принимаем равной λ = 2,3 м. В соответствии с табл. 2.5.22 [4] наименьшее расстояние (габарит) от проводов ВЛЭП до поверхности земли в населённой местности при напряжении 220 кВ составляет h _г ≥ 8 м.

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 1

В результате расчёта раздела 1 установлено, что наибольшая результирующая нагрузка на провода и грозозащитный трос возникает при климатических условиях, соответствующих образованию на их поверхности гололёдноизморозевых отложений, то есть определяющей механическую прочность проводов и грозозащитного троса ВЛЭП является расчётная удельная механическая нагрузка γ _{7 р} .

РАСЧЁТ ЗАВИСИМОСТИ СРЕДНЕЭКСПЛУАТАЦИОННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПРОВОДАХ ОТ ДЛИНЫ ПРОЛЁТА, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ КРИТИЧЕСКИХ ПРОЛЁТОВ И ВЫБОР ОПРЕДЕЛЯЮЩЕГО ПО МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ПРОВОДОВ НОРМАТИВНОГО СОЧЕТАНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

Район прохождения трассы ВЛЭП характеризуется следующими расчётными значениями температур окружающей среды: высшая – θ ₍₊₎ = + 33 ^оС; среднегодовая – θ_{ср.г .} = – 2 ^оС; гололёдообразования – θ_г = – 4 ^оС, низшая – θ _(–) = – 42 ^оС. Расчёт состояния проводов ВЛЭП выполняем для анкерных пролётов различной длины, то есть провода имеют неизменную длину Δ l = 0. Физико-механические характеристики и допустимые при эксплуатации механические напряжения [ σ ] в проводе марки АС 240/56 приведены в Табл. 3. Для установления нормативного сочетания климатических условий (НСКУ), определяющих механическую прочность проводов, рассмотрим следующие климатические условия: НБ – условия при наибольшей механической нагрузке (соответствуют условиям γ_нб); СЭ – среднеэксплуатационные условия (γ ₁, θ_ср.г, σ_{сэ 1}); НТ – условия при низшей температуре окружающей среды (γ ₁, θ _(–), σ_{сэ 2}). Так как рассматриваемые климатические условия наблюдаются в различное время года, то для сравнения механического напряжения в сечениях проводов приведём все условия к базовым СЭ.

Оценку допустимости среднеэксплуатационного механического напряжения σ_сэ будем выполнять для низшей точки проводов анкерного пролёта. Расчёт будем производить с помощью уравнения состояния провода, которое записывается в общем виде как [3]

, (2.1)

где m – индекс, соответствующий параметрам исходного (начального) состояния провода;

n – индекс, соответствующий параметрам искомого (конечного) состояния провода.

Далее произведём расчёт среднеэксплуатационного механического напряжения в проводах для трёх НСКУ:

1 в качестве исходных условий принимаем климатические условия, соответствующее наибольшей механической нагрузке, а в качестве искомых – среднеэксплуатационные условия:

- исходные условия: γ_нб = γ _{7 р} (Табл. 1.2), θ_г, [ σ ] _нб – НБ;

- искомые условия: γ ₁, θ_ср.г, σ_{сэ 1} – СЭ.

Тогда уравнение состояния провода в форме записи относительно механических напряжений (2.1) с учётом Δ l = 0, перепишется следующим образом

(2.2)

При l → 0 уравнение состояния провода (2.2) преобразуется в вырожденное, получим

Для расчёта σ_{сэ 1} при других значениях l воспользуемся итерационным методом Ньютона. Введём в уравнение (2.2) расчётные коэффициенты A_нб и B_нб как функции от длины l

(2.3)

(2.4)

Тогда итерационная формула метода Ньютона для нелинейного уравнения (2.1) в общем случае запишется как [3]

, (2.5)

где i – порядковый номер итерации, i = 1, 2, …, N, N ϵ Z.

Например, l = 100 м

В качестве начального приближения примем механическое напряжение , то есть

Количество итераций N в формуле (2.5) зависит от требуемой точности ξ результата расчёта. С достаточной точностью для инженерных расчётов принимаем

(2.6)

Рассмотрим итерационный процесс по формуле (2.5) при l = 100 м

,

,

,

, ,

таким образом, на итерации i = 4 требуемая точность расчёта достигнута.

Последовательность расчёта при других значениях l = (100 ÷ 600) м аналогична, поэтому результаты расчёта сведём в Табл. 2.1.

Табл. 2.1 – Результаты расчёта методом Ньютона среднеэксплуатационного напряжения σ_n,, Н/мм² в низшей точке провода анкерного пролёта при НСКУ, соответствующем наибольшим механическим нагрузкам (НБ)

l, м	Aнб	Bнб	σn, 1	σn, 2	σn, 3	σn, 4	σn, 5
	118,3	49389,8	129,15	122,39	121,64	121,63	-
	23,96	197559,18	106,1	80,75	69,74	67,51	67,42
	-133,27	444508,15	94,68	64,01	51,62	49,41	49,34
	-353,4	790236,7	89,13	57,75	46,32	44,6	44,56
	-636,41	1234744,85	86,17	54,87	44,14	42,67	42,64
	-982,32	1778032,59	84,43	53,32	43,02	41,69	41,67

Рассмотрим другой предельный переход уравнения состояния провода (2.2) при l → ∞, тогда получится следующее вырожденное уравнение

2 в качестве исходных условий принимаем климатические условия, соответствующие низшей температуре окружающей среды, а в качестве искомых – среднеэксплуатационные условия:

- исходные условия: γ ₁, θ _(–), [ σ ]_(–) – НТ;

- искомые условия: γ ₁, θ_ср.г, σ_{сэ 2} – СЭ.

Уравнение состояния провода (2.1) в данном случае при Δ l = 0 запишется

(2.7)

При l → 0 уравнение состояния провода (2.7) преобразуется в вырожденное

Выразим расчётные коэффициенты A _(–) и B _(–) в зависимости от длины анкерного пролёта l

(2.8)

(2.9)

Таким же образом, в качестве начального приближения (или нулевой итерации) выбираем значение механического напряжения, равное

и требуемую точность расчёта ξ = 0,1 Н / мм ².

Дальнейший расчёт аналогичен приведённому выше в пункте 1 по итерационной формуле (2.5). Результаты расчёта сведены в Табл. 2.2.

Табл. 2.2 – Результаты расчёта методом Ньютона среднеэксплуатационного напряжения σ_n, Н/мм² в низшей точке провода анкерного пролёта при НСКУ, соответствующем низшей температуре окружающей среды (НТ)

l, м	A (–)	B (–)	σn, 1	σn, 2	σn, 3	σn, 4
	85,74	49389,8	91,94	91,627	91,625	-
	79,41	197559,18	102,24	99,53	99,41	99,405
	68,86	444508,15	114,81	108,02	107,4	107,39
	54,09	790236,7	126,66	115,8	114,46	114,44
	35,11	1234744,85	136,58	122,39	120,39	120,35
	11,9	1778032,59	144,43	127,75	125,3	125,25

При l → ∞ уравнение состояния провода (2.7) преобразуется в вырожденное

3 в качестве исходных и искомых условий принимаются СЭ, поэтому σ_сэ = [ σ ] _сэ = 102 Н / мм ².

На основании данных, представленных в Табл. 2.1 и Табл. 2.2 построим семейство графиков зависимости среднеэксплуатационных напряжений σ_сэ от длины анкерного пролёта l, изображённые на Рис. 2.1. Из графиков Рис. 2.1 видно, что область значений длин пролётов допустимых по механическому напряжению при СЭ, разбивается на два интервала:

- первый интервал при 0 < l < 145,2 м, на котором определяющими механическую прочность проводов НСКУ являются условия, соответствующие низшей температуре окружающей среды σ _(–) = f (l);

- второй интервал при l > 145,2 м, на котором определяющими механическую прочность проводов НСКУ являются условия, соответствующие наибольшей механической нагрузке
σ_нб = f (l).

Далее выполним оценку значений анкерного пролёта с помощью метода критический пролётов. Так, при l → 0 и исходных условиях, соответствующих НСКУ при низшей температуре окружающей среды, сравним расчётное значение механического напряжения в проводе σ_{сэ 2} с допустимым значением механического напряжения при среднеэксплуатационных условиях [ σ ] _сэ

Рис. 2.1 – Семейство графиков зависимости среднеэксплуатационного напряжения σсэ от длины анкерного пролёта l

,

следовательно, значение первого критического пролёта l_{кр .1} действительное и его необходимо рассчитать по выражению [3]

(2.10)

При l → ∞ и исходных условиях, соответствующих НСКУ при наибольшей механической нагрузке, сравниваем механическое напряжение в проводе σ_{сэ 1} с допустимым механическим напряжением в проводе при среднеэксплуатационных условиях [ σ ] _сэ

,

следовательно, значение третьего критического пролёта l_{кр .3} действительное и его необходимо рассчитать по выражению [3]

(2.11)

Так как l_{кр 1} = 231,66 м > l_{кр 3} =133,75 м, то необходимо рассчитать значение второго критического пролёта l_{кр 2}

(2.12)

Таким образом, справедливо следующее соотношение l_{кр 1} > l_{кр 2} > l_{кр 3}, из которого следует, что значение l_{кр 2} разделяет значения длины анкерного пролёта на два участка по условию допустимого механического напряжения в проводе при СЭ: σ ≤ [ σ ] _сэ. Из справочных данных для выбранного типоразмера опоры известно, что длина габаритного пролёта опоры П220-3 составляет l_габ = (380 ÷ 520) м [2], поэтому l_габ > l_{кр 2} и определяющими механическую прочность проводов НСКУ будут условия, соответствующие наибольшей механической нагрузке γ_нб.

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 2

В разделе 2 построены зависимости среднеэксплуатационных напряжений в проводах от длин анкерных пролётов проектируемой ВЛЭП (Рис. 2.1); рассчитаны значения критических пролётов; показано, что для выбранного типоразмера промежуточных опор определяющими механическую прочность проводов НСКУ являются условия, соответствующие наибольшей механической нагрузке γ_нб.

 

РАСЧЁТ КРИТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАТИВНОГО СОЧЕТАНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НАИБОЛЬШЕГО ПРОВИСАНИЯ ПРОВОДОВ, ЗНАЧЕНИЯ ГАБАРИТНОГО ПРОЛЁТА И ПОСТРОЕНИЕ ШАБЛОНА ДЛЯ РАССТАНОВКИ ОПОР ПО ПРОДОЛЬНОМУ ПРОФИЛЮ ТРАССЫ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 3

В результате выполнения раздела 3: рассчитано значение критической температуры θ_кр = 56,06 ^оС: установлены климатические условия наибольшего провисания проводов – при нормативной толщине стенки гололёда, температуре гололёдообразования в отсутствие ветра γ _{3 р} , θ_г, σ ₀₃; определено значение габаритного пролёта, равное l_габ = 366,65 м; получены выражения кривых для построения расстановочного шаблона в диапазоне x = (– 0,75 ∙ l_габ ÷ 0,75 ∙ l_габ), по которым в масштабе 1:500 – по оси ординат и 1:5000 – по оси абсцисс построено семейство графиков зависимости y = f (x) кривая наибольшего провисания провода в пролёте y ₁, габаритная кривая y ₂, земляная кривая y ₃ (Рис. 3.1).

 

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 4

В результате выполнения раздела 4: определена доля реализации вытяжки ν провода марки АС 250/56 в процессе монтажа – ν ≈ 0,214; рассчитано значение монтажного модуля – C_м = 7,475 ∙ 10⁴ Н / мм ², соответствующего значению доли реализации вытяжки провода ν; выполнена оценка механического напряжения в низшей точке провода для приведённой длины пролёта l_прив трассы воздушной линии в зависимости от температуры при монтаже σ_м = f (θ_м) (Рис. 4.1); построены графики зависимости стрел провеса f_прив, f_габ, f _max для характерных длин пролёта трассы воздушной линии в зависимости от температуры при монтаже θ_м (Рис. 4.2).

 

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 5

При выполнении раздела 5 получены следующие результаты:

- обеспечены требуемые углы защиты проводов ВЛЭП на промежуточной опоре П220-3, скорректировано значение разности высот опоры и её верхней траверсы, равное Δ h_тр. = 4,11 м;

- установлено, что разница значений вертикальных проекций стрел провеса провода и грозозащитного троса в середине пролёта больше нуля Δ f_пр-т > 0, поэтому углы защиты проводов ВЛЭП в середине пролёта меньше, чем на промежуточной опоре;

- стрела провеса грозозащитного троса при условии ГП составляет f_{т.гп max} = 19,56 м и соответствующее ей напряжение в низшей точке провеса троса σ_гп.т = 114,45 Н / мм ²;

- построены графики зависимости σ_т.сэ = f (l) (Рис. 5.1), по которым установлено, что для приведённого пролёта l_прив = 330 м НСКУ, определяющим механическую прочность грозозащитного троса, является наибольшая механическая нагрузка (НБ);

- показано, что поперечного сечения выбранного грозозащитного троса марки ТК-11 достаточно по условию механической прочности.

-

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 6

В результате выполнения раздела 6: рассчитаны электромеханические нагрузки на подвесные изоляторы ВЛЭП для комплектования поддерживающих гирлянд – R_{эл.мех. 1} ≥ 49993 Н (в нормальном режиме работы и в условиях НБ) и натяжных гирлянд – R_{эл.мех. 4} ≥ 116650 Н (в нормальном режиме работы и в условиях НБ); по условию допустимых разрушающих нагрузок R_эл.мех., используемому материалу, номинальному напряжению ВЛЭП U _ном = 220 кВ, I–II степени загрязнения атмосферы окружающей среды выбраны подвесные изоляторы типа ПС70Е (n_из = 15) для комплектования поддерживающих гирлянд и типа ПС120Б (n_из = 16) для комплектования натяжных гирлянд; ранее принятое ориентировочная длина гирлянды изоляторов λ = 2,3 м оказалось достаточно точным приближением, так как фактическая длина поддерживающей гирлянды подвесных изоляторов равна λ = 2,2 м, а натяжной – λ = 2,31 м.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Спроектирована одноцепная воздушная линия электропередачи (ВЛЭП) номинального напряжения 220 кВ, с проводами марки АС 400/51, имеющих облегченную конструкцию (m = 7,71), с грозозащитным тросом марки ТК-11, на стальных свободностоящих промежуточных опорах типа П220-2, с применением подвесных изоляторов типа ПС120Б (n_из = 15) для комплектования поддерживающей гирлянды промежуточных опор и типа ПС160Д (n_из = 14) для комплектования натяжной гирлянды анкерных опор трассы ВЛЭП.

Раздел 1. Выполнен расчёт удельных механических нагрузок от внешнего воздействия метеорологических факторов и сил тяжести на провода и грозозащитный трос. Установлено, что наибольшая механическая нагрузка на провода и трос соответствует образованию на их поверхности нормативной толщины стенки гололёда и ветровому давлению при гололёде: γ _{7 р} = 130,35 ∙ 10^–3 Н / мм ² для проводов и γ _{7 рт} = 733,85 ∙ 10^–3 Н / мм ² для грозозащитного троса.

Раздел 2. Построены зависимости среднеэксплуатационного напряжения в проводах от длины анкерного пролёта (Рис. 2.1). Показано, что диапазон значений длин анкерных пролётов разделяется на два участка по условию допустимого механического напряжения в проводе при среднеэксплуатационных условиях: при l < l_{кр 2} – определяющими механическую прочность провода являются климатические условия при низшей температуре; при l > l_{кр 2} – определяющими механическую прочность провода являются климатические условия при наибольшей механической нагрузке.

Раздел 3. Установлены климатические условия наибольшего провисания проводов – при нормативной толщине стенки гололёда, температуре гололёдообразования в отсутствие ветра, определено значение габаритного пролёта, равное l_габ = 299,27 м; получены выражения кривых для построения расстановочного шаблона, а именно: кривая наибольшего провисания провода в пролёте y ₁, габаритная кривая y ₂, земляная кривая y ₃ (Рис. 3.1).

Раздел 4. Определена доля реализации вытяжки ν провода марки АС 300/39 в процессе монтажа – ν ≈ 0,391, рассчитано значение монтажного модуля – C_м = 6,107 ∙ 10⁴ Н / мм ², соответствующего значению доли реализации вытяжки провода ν; выполнена оценка механического напряжения в низшей точке провода для приведённой длины пролёта l_прив трассы ВЛЭП в зависимости от температуры при монтаже (Рис. 4.1), построены графики зависимости стрел провеса для характерных длин пролёта трассы воздушной линии в зависимости от температуры при монтаже (Рис. 4.2).

Раздел 5. Обеспечены требуемые углы защиты проводов ВЛЭП на промежуточной опоре типа П330-2 и в середине пролёта. При грозовых перенапряжениях рассчитана стрела провеса грозозащитного троса, равная f_{т.гп max} = 16,81 м и соответствующее ей механическое напряжение в низшей точке провеса троса σ_гп.т = 88,71 Н / мм ². Установлено, что для приведённого пролёта трассы ВЛЭП l_прив = 269,343 м НСКУ, определяющим механическую прочность грозозащитного троса, является наибольшая механическая нагрузка γ _{7 рт} (см. Рис. 5.1). Также в результате проверки показано, что поперечного сечения грозозащитного троса марки ТК-11 достаточно по условию механической прочности: σ_{т . нб} = 572,62 Н / мм ² < [ σ ] _{т . нб} = 600 Н / мм ².

Раздел 6. Рассчитаны электромеханические нагрузки на подвесные изоляторы ВЛЭП для комплектования поддерживающих гирлянд – R_{эл.мех. 1} ≥ 87048,95 Н (в нормальном режиме работы и в условиях НБ) и натяжных гирлянд – R_{эл.мех. 4} ≥ 106540,56 Н (в нормальном режиме работы и в условиях СЭ).

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.	ГОСТ 839-80. Провода неизолированные для воздушных линий электропередачи. Технические условия.
2.	Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. (гл. ред. А.И. Попов). 10-е издание, Электротехнический справочник в 4 томах. Т. 3. Производство, передача и распределение электрической энергии. Москва: МЭИ, 2004.
3.	Зарудский Г.К., Платонова И.А. Механический расчёт проводов, тросов и изоляторов воздушных линий электропередачи, Москва: МЭИ, 2013.
4.	Правила устройства электроустановок. 7-е издание: утверждено Министерством энергетики РФ, Москва: подготовлено ОАО "ВНИИЭ", 2003.
5.	Под ред. И.А. Баумштейна, С.А. Бажанова. 3-е издание, Справочник по электрическим установкам высокого напряжения, Москва: Энергоатомиздат, 1989.

 

 

[1] см. файл «Изоляторы для грозотроса.pdf» в папке «Учебная литература» Яндекс Диска

Механический расчёт проводов, тросов и изоляторов воздушных линий электропередачи

 

Выполнил:

студент гр. Э – Х – Х

Фамилия И.О.

 

Проверил:

к. т. н., ст. преподаватель

кафедры ЭЭС ИЭЭ

Валянский А.В.

 

 

Москва – 2018

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.. 4

1 РАСЧЁТ УДЕЛЬНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ОТ ВНЕШНЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ И СИЛ ТЯЖЕСТИ НА ПРОВОДА И ГРОЗОЗАЩИТНЫЙ ТРОС.. 7

1.1 Расчёт удельных механических нагрузок, воздействующих на провода. 7

1.2 Расчёт удельных механических нагрузок, воздействующих на грозозащитный трос. 11

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 1. 13

2 РАСЧЁТ ЗАВИСИМОСТИ СРЕДНЕЭКСПЛУАТАЦИОННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПРОВОДАХ ОТ ДЛИНЫ ПРОЛЁТА, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ КРИТИЧЕСКИХ ПРОЛЁТОВ И ВЫБОР ОПРЕДЕЛЯЮЩЕГО ПО МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ПРОВОДОВ НОРМАТИВНОГО СОЧЕТАНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ.. 14

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 2. 19

3 РАСЧЁТ КРИТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАТИВНОГО СОЧЕТАНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НАИБОЛЬШЕГО ПРОВИСАНИЯ ПРОВОДОВ, ЗНАЧЕНИЯ ГАБАРИТНОГО ПРОЛЁТА И ПОСТРОЕНИЕ ШАБЛОНА ДЛЯ РАССТАНОВКИ ОПОР ПО ПРОДОЛЬНОМУ ПРОФИЛЮ ТРАССЫ ВОЗДУШНОЙ
ЛИНИИ.. 20

3.1 Расчёт критической температуры, определение нормативного сочетания климатических условий наибольшего провисания проводов, значения габаритного пролёта. 20

3.2 Построение шаблона для расстановки опор по продольному профилю трассы воздушной линии 23

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 3. 26

4 РАСЧЁТ МОНТАЖНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ, ПОСТРОЕНИЕ МОНТАЖНЫХ ГРАФИКОВ ДЛЯ ХАРАКТЕРНЫХ ДЛИН ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ПРОЛЁТОВ ЛИНИИ.. 27

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 4. 31

5 РАСЧЁТ НАТЯЖЕНИЯ ГРОЗОЗАЩИТНОГО ТРОСА ПО УСЛОВИЮ ЗАЩИТЫ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ОТ ГРОЗОВЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ, ПРОВЕРКА МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ГРОЗОЗАЩИТНОГО ТРОСА.. 32

5.1 Проверка углов защиты проводов на промежуточной опоре. 32

5.2 Проверка углов защиты проводов в середине пролёта. 33

5.3 Проверка механической прочности грозозащитного троса. 37

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 5. 41

6 ВЫБОР ТИПА И КОЛИЧЕСТВА СТЕКЛЯННЫХ ТАРЕЛЬЧАТЫХ ИЗОЛЯТОРОВ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ПРОВОДОВ К ПРОМЕЖУТОЧНЫМ И АНКЕРНЫМ ОПОРАМ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.. 42

6.1 Выбор типа и количества подвесных стеклянных тарельчатых изоляторов для комплектования поддерживающих гирлянд. 42

6.2 Выбор типа и количества подвесных стеклянных тарельчатых изоляторов для комплектования натяжных гирлянд. 44

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 6. 46

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 47

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ... 49

 

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Номинальное напряжение U ном, кВ
Тип опор	стальные
Марка проводов	АС 240/56
Число цепей n ц
Сечение грозозащитных тросов Fт, мм ^2
Тип местности	населённая
Нормативное ветровое давление W 0, Па (v 0, м / с)	800 (36)
Ветровой район согласно ПУЭ	IV
Нормативная толщина стенки гололёда b 0, мм
Район по гололёду согласно ПУЭ	IV
Усреднённые значения температур:
высшая θ (+), ^оС	+ 33
среднегодовая θср.г., ^оС	– 2
низшая θ (–), ^оС	– 42
гололёдообразования θг, ^оС	– 4

Перед выполнением механического расчёта элементов конструкции проектируемой воздушной линии электропередачи (ВЛЭП) необходимо произвести сбор справочной информации по конструктивному исполнению проводов, тросов и опор.

Табл. 1 – Расчётные параметры провода марки АС 240/56 согласно [1]

Площадь поперечного сечения алюминий/сталь, мм ^2	Диаметр, мм	Электрическое сопротивление 1 км провода постоянному току при 20 °С, Ом, не более	Удельная масса провода, кг/км
провода	стального сердечника
241/56,3	22,4	9,6	0,1197

Суммарная площадь поперечного сечения провода F _Σ марки АС 240/56 складывается из площадей поперечного сечения алюминиевой F_А и стальной F_С частей

(I)

По данным Табл. 1 вычислим значение коэффициента m, равного отношению площадей поперечных сечений F_А алюминиевой части провода и F_С его стального сердечника

(II)

,

так как m ≈ (4,29 ÷ 4,39) согласно [1], то данная марка провода имеет усиленную конструкцию.

Табл. 2 – Исходные данные по проводу марки АС 240/56 согласно [1]

Алюминиевая часть провода	Стальной сердечник	Число повивов	Отношение сечения алюминиевой части провода к сечению стального сердечника
число проволок	номинальный диаметр проволок, мм	Число проволок	номинальный диаметр проволок, мм	алюминиевых проволок	стальных проволок
	3,2		3,2			4,28

По Табл. 2 найдём n_{С (1)} число стальных проволок в первом повиве сердечника провода

(III)

Далее определим n_{А (1)} число алюминиевых проволок в первом повиве

(IV)

полученное значение окр