Размещено на http://www.allbest.ru/

Механический расчет линии

Механический расчет линии производим для схемы Б, для участка линии 1 - 8, питающего потребителя I категории, с маркой провода АС-185/29.

Единичные и удельные механические нагрузки на провод. Напряжения в материале провода

Для расчета выбираются следующие справочные данные:

F - расчетное сечение провода, F = 211,2 мм²;

d - расчетный диаметр провода, d = 18,9 мм;

m - масса погонного метра провода, m = 728 кг/км.

Механические нагрузки, действующие на провода воздушных линий, определяются собственным весом провода, величиной ветрового напора и дополнительной нагрузкой, обусловленной гололедом. В зависимости от условий работы провода его нагрузка будет различной. Рассчитываются следующие единичные нагрузки Р_i , i = {1,7} (нагрузки на единицу длины) провода:

1. Определяем нагрузку, вызванную собственным весом провода.

2. Определяем нормативную нагрузку на провод с гололедом.

,

где К_i , К_d - коэффициенты, учитывающие изменение толщины стенки гололеда по высоте и в зависимости от диаметра провода, К_i = 1, К_d = 1;

b_э - нормативная толщина стенки гололеда, b_э = 15 мм;

с - плотность льда, с = 0,9 г/см³



3. Определяем расчетную гололедную нагрузку.

,

где г_нw - коэффициент надежности по ответственности линии, г_нw = 1;

г_р - региональный коэффициент, г_р = 1,0 - 1,5;

г_f - коэффициент надежности по гололедной нагрузке, г_f = 1,3;

г_d - коэффициент условий работы, г_d = 0,5.

4. Определяем нагрузку, обусловленную весом провода и гололеда.

5. Определяем нормативную ветровую нагрузку без гололеда.

,

где б_w - коэффициент, учитывающий неравномерность ветрового давления;

К₁- коэффициент, учитывающий влияние длины пролета на ветровую нагрузку, К₁= 1;

К_w - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте в зависимости от типа местности, К_w =1,25 - тип местности А;

С_х - коэффициент лобового сопротивления, С_х = 1,1;

W₀ - нормативное ветровое давление, W₀ = 580 Па;

F₀ - площадь продольного диаметрального сечения провода, м²;

Ш - угол между направлением ветра и осью линии, ш = 90^о,

sinш = 1.

Определим площадь продольного диаметрального сечения провода, где L - длина пролета, м;

.

б_w = f(W) - функция от ветрового давления,

где W - скоростной напор, Па;

v - скорость ветра в зависимости от ветрового района, м/с,

v = 29 м/с;

;

Следовательно б_w = 0,7.

Нормативная ветровая нагрузка без гололеда на всю линию определится:

.

Нормативная ветровая нагрузка без гололеда на один метр определится:



.

6. Определяем расчетную ветровую нагрузку на провод без гололеда.

где г_f - коэффициент надежности по ветровой нагрузке, г_f = 1,1.

.

7. Определяем нормативную ветровую нагрузку на провод с гололедом.

.

где W_г - нормативное ветровое давление при гололеде.

По получившемуся значению W_г подбираем стандартное: W_г = 250 Па.

Нормативная ветровая нагрузка на всю линию определится:

.



Нормативная ветровая нагрузка на один метр определится:

.

8. Определяем расчетную ветровую нагрузку с гололедом.

.

9. Определяем нагрузку, определяемую весом провода без гололеда и ветра.

10. Определяем нагрузку, определяемую весом провода без гололеда и ветра.

11. Определяем удельные механические нагрузки.

.

Таблица 1 Удельные механические нагрузки

	1	2	3	4	5	6	7
Р; Н/м	7,14	9,16	16,3	20,01	12,94	21,25	20,82
г; Н/(мЧмм2)	0,034	0,043	0,077	0,095	0,061	0,101	0,099



Допустимое напряжение в материале провода у_д устанавливается Правилами устройства электроустановок с учетом коэффициента запаса в процентах от предела прочности при растяжении у_р . Эти значения различны для режимов наибольшей нагрузки, наименьшей температуры и среднегодовой температуры. Для сталеалюминевых проводов в первых двух режимах они равны 35-45%у_р , а в третьем - 30%у_р .

Допустимые напряжения составляют

Определим совокупность условий работы проводов воздушных линий, которые могут стать расчетными:

1. Режим I - режим минимальных температур tЗ . Ветер и гололед отсутствуют. Скорость ветра v = 0 м/с, удельная механическая нагрузка на провод равна г = г₁.

2. Режим II - режим максимальных нагрузок с напряжением у_г (режим наибольшего скоростного напора г = г₆ либо режим наибольшего гололеда г = г₇). Температура воздуха равна t_г .

3. Режим III - режим среднегодовых температур. Ветер и гололед отсутствуют (v = 0, г = г₁, t = t_э ).

Для любого пролета режим, в котором возникают наибольшие напряжения, может быть определен простым перебором трех вышеназванных режимов. Однако выбор режима существенно облегчается с введением понятия критических пролетов.

Первый критический пролет l_1k соответствует сочетанию условий режимов I и III и рассчитывается по формуле вида:



где Е - модуль упругости материала провода, Е = 82500 Н/мм²;

б - температурный коэффициент линейного расширения материала провода, б = 19,2·10^-6 1/град.

Во втором критическом пролете l2k у- = уг , и его длину определяют как:

Третий критический пролет l_k3 соответствует сочетанию условий режимов II и III и находится по выражению вида:

Сравнение длин критических пролетов и длины пролета l = 200 м (l < l_k1) показывает, что расчетным режимом является режим минимальных температур.

Напряжение в материале провода для всех режимов находится по уравнению состояния провода, которое имеет вид:

где А и В - коэффициенты кубического уравнения, рассчитываемые как

Расчет производится для следующих режимов:

1) t = t₊; г = г₁ - режим максимальных температур;

2) t = t_{_}; г = г₁ - режим минимальных температур;

3) t = t_э; г = г₁ - режим среднегодовых температур;

4) t = t_г; г = г₃ - режим гололеда;

5) t = t_г; г = г₇ - режим максимальных нагрузок.

Рассмотрим расчет напряжения в проводе в режиме максимальных температур. Исходными данными для определения коэффициентов А и В являются:

г₇ = 0,099 Н/(м·мм²);

у_г = 130,5 Н/(м·мм²);

t_г = -5 ;

t_ = - 30 ;

г₁ = 0,034 Н/(м·мм²).

Коэффициенты уравнения состояния равны:

А = - 73,75 Н/(мм2);

В = 157200 (Н/мм²)³.

Решение кубического уравнения вида:

Дает напряжение в материале провода в режиме максимальных температур = 67,4 Н/мм², которое меньше допустимого (87). Аналогичным образом определяются напряжения в материале провода в других режимах.

Значения напряжений в проводе у, Н/мм², в режимах:

- максимальных нагрузок - у₇ = 128,7 ( < 130,5);

- минимальных температур - = 73,6 (< 130,5);

- гололеда - у_г = 115,1 ( < 130,5);

- среднегодовых температур - у_э = 67,7 ( < 87).

Во всех режимах напряжения в материале провода меньше допустимых.

Наибольшая и наименьшая стрела провеса

Максимальная стрела провеса провода может быть в одном из двух режимов:

- гололеда без ветра (г₃, t_г, v = 0);

- максимальной температуры (г₁, t₊ , v = 0).

В качестве расчетных принимаются безветровые режимы, так как стрела провеса - это расстояние от точки подвеса до нижней точки кривой провисания по вертикали, а ветер отклоняет провод от вертикального положения.

Определение режима наибольшей стрелы провеса провода сводится к нахождению критической температуры t_k . При сбросе гололеда стрела провеса уменьшится. При повышении температуры из-за температурного расширения провода она начнет возрастать и при определенной (критической) температуре снова примет первоначальное значение. Таким образом, критической является температура, при которой стрела провеса провода одинакова в режиме гололеда без ветра и в режиме максимальной температуры.

Значение критической температуры рассчитывается по формуле вида:

,

Поскольку , максимальная стрела провеса провода будет при гололеде, когда провод испытывает наибольшую вертикальную нагрузку.

Максимальная стрела провеса провода находится как:

Кривые провисания провода строятся по формуле вида:

где х - расстояние от точки подвеса провода до рассчитываемой координаты, м.

Результаты расчета приведены в таблице 2.



Таблица 2 Кривые провисания провода

Режим	X, м
	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120
y(fнб) (tk, г3, уг)	0	0.008	0.034	0.075	0.134	0.21	0.302	0.411	0.536	0.679	0.838	1.014	1.207
y(fнм )(t-, г1, у-)	0	0.005	0.023	0.052	0.092	0.144	0.207	0.281	0.367	0.465	0.574	0.695	0.827

По данным таблицы строим график.

Рис.1 Сплошная линия - график функции , прерывистая -

механический нагрузка провод траверс

Выбор типа и числа изоляторов. Определение минимально допустимой высоты расположения нижней траверсы опоры

Выбор числа и типа изоляторов определяется классом напряжения воздушной линии, степенью загрязненности атмосферы в районе трассы и расчетной механической растягивающей нагрузкой.

Расчетная механическая нагрузка выбирается по максимальной величине из двух возможных значений:

- максимальная расчетная нагрузка с гололедом и ветром (Р₇ = 20,8 Н/м);

- нагрузка без ветра и гололеда (Р₁ = 7,14 Н/м).

Выбираем тип и число изоляторов в условиях обычной атмосферы для воздушной линии с напряжением 110 кВ, имеющей стальные опоры:

- тип изоляторов ПС 70-Д;

- число изоляторов n = 8.

Определяем:

- строительная высота изолятора л_из = 146 мм;

- разрушающая нагрузка Р_разр = 7000 кгс = 6862,45 Н;

- масса изолятора m_из = 3,56 кг.

Длина гирлянды изоляторов рассчитывается по формуле:

л_г = n·л_из·10^-3 = 8·146·10^-3 = 1,168 м

Определяем нагрузку, действующую на гирлянду изоляторов. Она состоит из веса гирлянды изоляторов G_г и веса провода:

Р_{i расч} = k_i (P_i·l_вес + G_г)

где l_вес - весовой пролет; l_вес = 1,25·l =1,25 · 200 = 250 м;

k_i - нормативный коэффициент запаса (k₁= 5 в режиме без ветра и гололеда; k₇ = 2,5 в режиме максимальной расчетной нагрузки с гололедом и ветром).

Рассчитываем вес гирлянды изоляторов:

G_г = n·m_из·g = 8 · 3.56 · 9.8= 279,4 кг

Значения расчетных нагрузок составят:

- в режиме без ветра и гололеда



- в режиме максимальной расчетной нагрузки с ветром и гололедом

Проверим по коэффициенту надежности.

Изоляторы удовлетворяют требованиям по запасу прочности, поскольку k_з = 6,8 и k_з = 5,1 больше нормативного k_зн = 1,8.

Минимально допустимое расположение траверсы опоры рассчитывается по формуле вида:

h_тр = h_г + f_нб + л_г

где h_г - габариты воздушной линии (наименьшее допустимое расстояние воздушной линии до земли), м.

Выбираем значение h_г и в заданных условиях оно составит h_г =5 м.

Нижняя траверса опоры должна располагаться на высоте

Выбираем унифицированную стальную опору, имеющую h_тр = 10 м.

Стрела провеса провода при обрыве провода во втором пролете после анкерной опоры

При обрыве провода во втором пролете после анкерной опоры (рис.2) провод провисает, и стрела провеса f может значительно увеличиться.



Значение Дl рассчитывается по формуле:

где Т₀ - тяжение провода в исходном режиме;

T - тяжение в оставшейся части провода в аварийном режиме;

р₀ - единичная нагрузка на провод в рассматриваемом режиме.

Отклонение гирлянды изоляторов i рассчитывается как:

Обрыв провода во втором пролете после анкерной опоры считается самым тяжелым аварийным режимом, редукция тяжения в этом случае будет наибольшей и стрела провеса провода максимально увеличится в уцелевшем пролете. Для расчета тяжения провода решаются совместно уравнения

Дl = f(T) и i = f(T)

Результаты расчета сводим в таблицу 3.



Таблица 3 Расчёт тяжения провода

Т,кгс	14320	12320	10320	8320	6320	4320	2320
Дl,м	-0,002	0,05	0,121	0,23	0,433	0,619	1,584
i,м	1,166	1,165	1,164	1,162	1,157	1,146	1,096

По данным таблицы 3 строим график.

Рис.2 Определение тяжения в проводе в уцелевшем пролете при обрыве провода во втором пролете после анкерной опоры

По рис.2 определяем, что кривые Дl = f(T) и i = f(T) пересекаются в точкем при редуцированном тяжении в проводе Т = 4500 Н.

За счет перемещения точки подвеса провода длина пролета сокращается и становится равной:

Стрела провеса провода в аварийном режиме равна



где P = P₁ - нагрузка на провод обусловленная его весом, Н;

T - тяжение в оставшейся части провода в аварийном режиме, Н;

l ' - длина пролёта в аварийном режиме, м.

В нормальном режиме стрела провеса провода имела значение:

где p - нагрузка на провод обусловленная его весом, кг;

L - длина пролёта, м;

T₀ - тяжение провода в исходном режиме, Н.

т.е. в аварийном режиме стрела провеса увеличилась в 3 раза.

Шаблон для расстановки опор по профилю трассы

Шаблон для расстановки опор по профилю трассы состоит из трех одинаковых кривых максимального провисания провода, построенных в масштабе профиля трассы по уравнению:

где Х - расстояние от точки подвеса провода до расчетной точки, м.

Результаты расчетов приведены в таблице 4.



Таблица 4 Координаты для построения шаблона

X,м	-120	-100	-80	-60	-40	-20	0	20	40	60	80	100	-120
Y,м	4.83	3.35	2.14	1.2	0.54	0.13	0	0.13	0.54	1.2	2.14	3.35	4.83

Рис.3

Кривая Y(x1) - габаритная кривая;

Кривая Y1(x1) - кривая провисания;

Кривая Y2(x1) - земляная кривая.

С помощью шаблона уточняем величину габаритного пролета. В данном случае земляная кривая пересекает ось Х в точках (-100;100), следовательно, длина пролета 200 м.



Список литературы

1. Правила устройства электроустановок. М: Энергоатомиздат, 2003. 7-е изд. Глава 2.5.

2. ГОСТ 13109 - 97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

3. Идельчик В. И. Электрические системы и сети: Учеб. для вузов. - М: Энергоатомиздат. 1989.

4. Методы расчета параметров электрических сетей и систем: Метод. пособие по курсу "Электрические системы и сети" / Сост. С.С. Ананичева, А.Л. Мызин. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001.

5. Расчеты установившихся режимов. Схемы замещения электрических систем: Метод. рекомендации по дисциплине "Основы электроэнергетики" / Сост. Г.Д. Бухарова, М.Г. Дунаева, Т.Я. Окуловская - Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. проф.-пед. ун-та, 1998

6. Справочник по проектированию энергетических систем / В.В. Ершевич, А.Н. Зейлигер, Г.А. Илларионов и др.; Под ред. С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

7. Задание к курсовому проекту по дисциплине "Эксплуатация электроэнергетических систем" и методические указания к его выполнению. Екатеринбург Изд-во Урал.гос.проф.-пед.ун-та, 2001.

Размещено на Allbest.ru

...