Механический расчет воздушной линии электропередач

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Наименование института: ИДО

Наименование выпускающей кафедры: ЭСиЭ

Специальность 140205 -Электроэнергетические системы и сети

Курсовая работа

Механический расчет воздушной линии электропередач

по дисциплине «Проектирование электроэнергетических систем и сетей»

Студент группы З-9282

Кириллов А.Д.

Преподаватель:

Бацева Н.Л.

Томск 2014



Реферат

Курсовая работа 18 с., 2 рисунка, 6 таблиц, 3 источника, 1 приложение.

Ключевые слова: опора линии электропередач, габаритный пролет, критическая температура, натяжные и подвесные изоляторы, шаблон для расстановки опор по профилю трассы.

Объектом исследования является 2-х цепная ВЛЭП 220кВ проходящая по г. Киев.

Целью работы - является выполнение механического расчета ВЛЭП 220кВ. В процессе работы проводится ряд расчетов нагрузки действующей на провод и вычисления критической температуры, выбор изоляторов.

Курсовая работа выполнена с помощью программ AutoCAD и MS Excel в текстовом редакторе MS Word 7.0.

изолятор провод температура



Введение

Целью данной курсовой работы является механический расчет ВЛЭП 220кВ. Данная работа имеет большое практическое значение, поскольку наличие ВЛЭП 220кВ проходящей по городу, так или иначе будет оказывать большое воздействие на находящиеся рядом с ней инженерные сооружения. Так же не следует забывать об экономической целесообразности на этапе проектировки, как одном из главных критериев выполнения этой работы.

Данная работа разбита на 4 задачи:

Расчет удельных механических нагрузок от внешних воздействий на провода.

Определение физико-механических характеристик провода.

Расчет критической температуры и выявление климатических условий, соответствующих наибольшему провисанию провода. Расчет габаритного пролета.

Выбор изоляторов.

Построение расстановочного шаблона.

По итогам выполнения данной работы мы определимся с конструкцией опор, маркой провода и изоляторов. Будут рассчитаны различные режимы, которые и покажут целесообразность выбора данной техники и технических сооружений, и, при необходимости, выбор другой техники отвечающей требованиям ПУЭ.



Исходные данные

Таблица 1 Исходные данные

№ Варианта	Uном, кВ	L линии	Марка провода	Местность	Опора
3	220	140	АС/240	г.Киев	2-х цепная

Примечание: температуру образования гололедных отложений на проводах принять г= -5 град. Цельсия;



1. Определение нагрузок на провода

Трасса сооружаемой 2-х цепной воздушной линии на номинальное напряжение 220 кВ проходит по г.Киеву, относящемуся к 2-му району по гололеду и 2-му ветровому району. На унифицированных стальных свободностоящих опорах П220-2 будут смонтированы сталеалюминевые провода марки АС-240/32 нормальной конструкции. Рассчитаем механические нагрузки на провод линии.

В соответствии со справочником [3. табл. 1.52] провод АС-240/32 состоит из стального сердечника свитого из 7 стальных проволок Ш2,4 мм и проводниковой части из 24 алюминиевых проволок Ш3,6 мм.

Технические характеристики провода приведены в табл. 2

Таблица 2 Технические характеристики провода

Параметры	Проводник	Сердечник	Провод
Сечение, кв. мм	244	31,7	275,7
Диаметр, мм	-	7,2	21,6
Масса, кг/км	-	-	921

Выбираем интенсивность внешних воздействий на конструктивные элементы воздушной линии исходя из частоты повторяемости наибольших гололедной и ветровой нагрузок 1 раз в 25 лет[1,п.2.5.40], при этом нормативное ветровое давление W0 на высоте 10м над поверхностью земли принимают во II ветровом районе 500 Па [1 табл. 2.5.1.], а нормативная толщина стенки гололеда вэ во втором гололедном р-не составляет 15 мм [1, табл. 2.5.3].



Таблица 3 Нормативные скоростные напоры q Н/кв.м и приближенные скорости ветра v м/сек для высоты до 15 м над поверхностью земли

Ветровой район	Повторяемость 1 раз в 25 лет
	q Н/кв.м	v м/сек
2	500	29

Постоянно действующая нагрузка от собственной массы провода

Находим постоянно действующую нагрузку от собственной массы провода.

, Н/м

- расчетный вес провода в кг/км;

-ускорение свободного падения = 9,8 м/с2

- для получения единичной нагрузки от собственного веса в килограммах на один метр следует разделить на 1000 вес, указанный в стандарте.

(Н/м)

(Н/м * кв.мм)

(Н/м х кв.мм)

= 275,7 - площадь поперечного сечения, кв.мм;

Нормативная гололедная нагрузка определяется по формуле

Где: Kd; Кi - коэффициенты учитывающие изменения толщины стенки гололеда на высоте и в зависимости от диаметра [1, табл. 2.5.4]

вэ - толщина стенки гололеда

dn - диаметр провода

с - плотность льда 0.9г/см3

Найдем высоту расположения приведенного центра тяжести проводов над поверхностью земли по формуле:

, где

hср - среднее арифметическое значение высоты крепления проводов, м

f - стрела провисания при высшей температуре или гололеде без ветра, м

На данном этапе выразим среднее арифметическое значение высоты крепления проводов выразим через высоты крепления всех проводов подвешенных на опоре.

, где

n - число зон отсчитываемых от поверхности земли, в месте установки опоры, n=3, т.к. опора двухцепная.

Нтр - высота крепления провода на траверсе.

Для двухцепной опоры:

- высота крепления проводов к нижней траверсе, - 22,5м;

- высота крепления проводов к средней траверсе, - 29м;

- высота крепления проводов к нижней траверсе, - 35,5м;

м;

Рисунок 1 Промежуточная двухцепная опора линии 220 кВ типа П220-2

Определение стрелы провисания

На данном этапе определим стрелу провисания при средних эксплуатационных условиях работы:

Согласно c таблицей 2 провод АС-240/32 FА=244мм2, FC=31,7мм2;

Отношение FА/ FC=244/31,7=7,71

В соответствии с [1, табл. 2.5.7.] для проводов марки АС 185 и более при FА/ FC=7,71 допускаемое напряжение при t среднегодовой у=84 Н/мм2, унаиб=126Н/мм2. В соответствии с [3,табл 1.37] выбираем l=400м,

Следовательно стрела провиса будет равна:

а нормативная гололедная нагрузка

Высота приведенного центра тяжести проводов над поверхностью земли:

Где Кi=0,92 - коэффициент высоты среднего приведенного центра тяжести провода [1, табл. 2.5.4];

Kd=0,88- [1, табл. 2.5.4].

Находим расчетную гололедную нагрузку на 1 м провода [1, п.2.5.55]

где: гпг-коэффициент надежности по ответственности, равен 1,3 для ВЛ до 220 кВ[1, п. 2.5.55];

гр - районный коэффициент принимаем равным 1[1, п. 2.5.55];

гd - коэффициент условий работы =0,5[1, п. 2.5.55];;

гf -коэффициент надежности по гололедной нагрузке для 2го района по гололеду принимаем равным 1,3[1, п. 2.5.55];.

Находим удельную гололедную нагрузку:

Результирующая нагрузка от веса провода и гололеда

Удельная гололедная нагрузка от веса провода и гололеда

Ветровая нагрузка, действующая на 1м провода без гололеда, перпендикулярно проводу.

Нормативная ветровая нагрузка [1 ,п. 2.5.52]

Где бw-коэффициент, учитывающий неравномерность ветровой нагрузки принимаем равным 0,71 при W - 500 Па;

КL-коэффициент, учитывающий влияние длины пролета, при длине пролета 250м. и более равен 1;

Кw-коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте в зависимости от местности[1, п.2.5.52], где в зависимости от типа местности определим коэффициент Кw методом аппроксимации. Кw=0,9

Сх- коэффициент лобового сопротивления принимаем равным 1.1, для проводов свободных от гололеда d=20мм и более [1, п. 2.5.52]

W - нормативное ветровое давление.

Т.к. ветровая нагрузка действует перпендикулярно проводу то sin2ц=1, угол ц=90.

Подставим выбранные значения:

Расчетная ветровая нагрузка на провод без гололеда [1, п. 2.5.54]

гпг-коэффициент надежности по ответственности, равен 1,1 для ВЛ до 220 кВ [1, п.2.5.54]; гр - районный коэффициент принимаем равным 1 [1, п. 2.5.54]; гf -коэффициент надежности по ветровой нагрузке равен 1,1 [1, п. 2.5.54].

Удельная ветровая нагрузка на 1 м провода без гололеда

Нормативная ветровая нагрузка на 1м провода с гололедом, действующая перпендикулярно проводу.

Где КL, KW - прежние; Сх=1,2 - для проводов и тросов покрытых гололедом Сх всегда 1,2 ; Wг=0,25W=125 Па, т.к. Wг < 200 Па согласно [1,п. 2.5.52] бw=1;

Где by - условная толщина стенки гололеда (мм), если нет данных метеонаблюдений, то by=вэ=15мм [1,п.2.5.48]

Находим расчетную нагрузку:

где гпг-коэффициент надежности по ответственности, равен 1,1 для ВЛ до 220 кВ [1, п.2.5.54];

гр - районный коэффициент принимаем равным 1 [1, п. 2.5.54];

гf -коэффициент надежности по ветровой нагрузке равен 1,1 [1, п. 2.5.54].

Находим удельную ветровую нагрузку:

Результирующая нагрузка на провод без гололеда от давления ветра.

Находим удельную нагрузку на провод без гололеда от давления ветра:

Результирующая нагрузка на провод с гололедом от давления ветра.

Находим удельную нагрузку:

Сравнивая все г выбираем наибольшую. Наибольшей будет результирующая нагрузка на провод с гололедом от давления ветра гУ3=гнб=0,077Н/м мм2.

2. Определение физико-механических характеристик провода

Для строящейся воздушной линии 220кВ проходящей по Киеву рассчитать габаритного пролета.

m=FAL\FCT=244\31,7=7,71

По [1,табл. 2.5.8] выбираем модуль упругости Е=7,7•104 Н\мм2 и температурный коэффициент линейного удлинения б=19,8•10-6град-1.

В соответствии с [1,таб. 2.5.7] для проводов марки АС 185 и более при FА/ FC=7,71допускаемое напряжение при t среднегодовой уСГ=84 Н/мм2, уНАИБ=126 Н/мм2

Необходимые нагрузки принять по результатам расчета (температура +400С).

Определяем длину габаритного пролета путем решения уравнения состояния провода, в котором исходными условиями являются расчетные условия по прочности, а искомыми - габаритные.

Уравнение биквадратное относительно длины пролета имеет вид:

Где - удельная механическая нагрузка, при которой имеет место наибольшее провисание провода;

- удельная механическая нагрузка, принятая как исходная для расчета провода на прочность;

- напряжение в проводе, принятое как исходная для расчета провода на прочность;

- температура, принятая как исходная для расчета провода на прочность;

- температура, при которой стрела провисания провода достигнет максимального значения.

Для упрощения расчетов уравнения состояния провода разбиваем на три части и вводим коэффициенты:

Получили уравнение вида:

Для того, чтобы найти , необходимо вычислить корень уравнения:

Т.к. значение изменилось, следовательно нужно пересчитать стрелу провисания провода для габаритного пролета:

3. Выбор изоляторов

Линейные изоляторы предназначены для изоляции и крепления проводов на ВЛ и в распределительных устройствах электрических станций и подстанций. Изготавливаются из фарфора, закаленного стекла и полимера.

Выбор подвесных изоляторов

nф - число проводов в расщепленной фазе, шт.;

Р - электромеханическая разрушающая нагрузка изолятора, Н

lвес- наибольший весовой пролет линии, м;

Gг - средний вес гирлянды изоляторов. принимаемый в зависимости от номинального напряжения воздушной линии

Fпр - полное поперечное сечение провода, мм2

Сравнение полученных значений нормативных нагрузок показывает. что в данном случае выбор изоляторов для поддерживающей гирлянды должен производится по работе в аварийном режиме.

Опираясь на [3,табл.1.70] выбираем подвесные стеклянные высоковольтные изоляторы ПСВ70А для которых:

Таблица 4 Параметры изоляторов

Мех. Разрушающая сила, кН	Диаметр тарелки, D мм	Строительная высота, Н мм	Длина пути утечки (Lu),мм	Масса, кг.
70	280	127	442	5,6

Длина пути утечки

Количество изоляторов в гирлянде

Тогда длина подвесной гирлянды:

Вес одной гирлянды составит:

Выбор натяжных изоляторов:

При наибольшей механической нагрузке:

При среднеэксплутационной нагрузке:

Сравнение полученных значений нормативных нагрузок показывает. что в данном случае выбор изоляторов для натяжной гирлянды должен производится по работе в аварийном режиме.

Выбираем подвесные стеклянные высоковольтные изоляторы ПСВ160А для которых:

Таблица 5 Параметры изоляторов

Мех. Разрушающая сила, кН	Диаметр тарелки, D мм	Строительная высота, Н мм	Длина пути утечки (Lu)	Масса, кг.
160	320	146	540	8,2



Длина пути утечки

Количество изоляторов в гирлянде

Тогда длина подвесной гирлянды:

Вес одной гирлянды составит:

4. Построение расстановочного шаблона

Шаблон для расстановки опор по профилю трассы представляет собой 3 кривые - параболы, расположенные друг над другом со сдвигом по вертикали

Кривая 1 - кривая максимального провисания провода, находится по формуле:

Где kш - коэффициент шаблона;

г - удельная механическая нагрузка, при которой имеет место наибольшее провисание провода;

у - напряжение, соответствующее габаритному пролету;

х - значение длины габаритного пролета (0-0.75)lгаб

Кривая 2 - габаритная кривая, служащая для проверки габарита от проводов до земли и пересекаемых инженерных сооружений. При построении сдвигается вниз по вертикали от кривой 1 на расстояние. В соответствии с[1,табл 2.5.22] Г=8м:

Кривая 3 - земляная кривая. Ее строят, чтобы правильно накладывать шаблон на профиль трассы без измерения высоты подвеса провода на опорах. Кривая сдвинута относительно кривой 1 на расстояние:

где л - длина гирлянды изоляторов = 0,876 м.

Таблица 6 Построение расстановочного шаблона

x,м	у1	у2	у3
0	0	-8,3	-21,624
50	0,31746	-7,98254	-21,3065
100	1,269841	-7,03016	-20,3542
150	2,857143	-5,44286	-18,7669
225	6,428571	-1,87143	-15,1954
-225	6,428571	-1,87143	-15,1954
-150	2,857143	-5,44286	-18,7669
-100	1,269841	-7,03016	-20,3542
-50	0,31746	-7,98254	-21,3065
0	0	-8,3	-21,624

Рисунок 2. Кривые провисания провода



Заключение

В данной курсовой работе был произведен механический расчет линии электропередач проходящей по городу Киев. Рассчитаны различные режимы нагрузок на провода, по результатам которых можно сказать, что наибольшей нагрузкой будет нагрузка на провод с гололедом от давления ветра.

Произведен расчет длины габаритного пролета. После расчета режима работы, согласно полученным данным были выбраны изоляторы. Построен расстановочный шаблон опор по профилю трассы.



Список использованной литературы

1.Правила устройства электроустановок изд.7. ? СПб.: Издательство ДЕАН. 2001..

2. СНиП 23-01-99

3.Гологорский Е.Г.. Кравцов А.Н.. Узелков Б.М. Справочник по строительству и реконструкции линий электропередачи напряже-нием 0.4?750 кВ. ? М.: Изд-во НЦ ЭНАС. 2007. ? 548 с.

Размещено на Allbest.ru

...