Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

РАЗДЕЛ 1. Механический расчет воздушных линий

1.1 Определение механических нагрузок

1.2 Уравнение состояния провода

1.3 Критические пролеты проводов

1.4 Стрела провеса

1.5 Выбор подвесных изоляторов

1.6 Выбор опор

1.7 Расчет тяжения опоры при обрыве в одном пролете

1.8 Расстановка опор по профилю с помощью шаблона

1.9 Прохождение ВЛ по ненаселенной и труднодоступной местности

1.10 Прохождение ВЛ по населенной и труднодоступной местности

РАЗДЕЛ 2. Пример механического расчета воздушных линий

2.1 Определение механических нагрузок на провода

2.2 Расчет уравнения состояния провода

2.3 Определение стрелы провеса провода

2.4 Расчет и выбор изоляторов

2.5 Расчет тяжения провода и стрелы провеса в аварийном режиме

2.6 Расчет шаблона для расстановки опор на местности

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ВВЕДЕНИЕ

Данные методические указания позволяют произвести механический расчет воздушных линий (ВЛ), В данных методических указаниях изложены вопросы теории механического расчета ВЛ и пример расчета. В Приложении А приведены справочные данные проводов, изоляторов и опор ВЛ, а также современные укрупненные показатели стоимости электрооборудования подстанций, включая ВЛ.

РАЗДЕЛ 1 Механический расчет воздушных линий

Механический расчет элементов ВЛ должен проводиться по методикам, изложенным в ПУЭ [1].

Механический расчет проводов и тросов ВЛ производится по методу допускаемых напряжений, расчет изоляторов и арматуры - по методу разрушающих нагрузок. По обоим методам расчеты производятся на расчетные нагрузки. Применение других методов расчета должно быть обосновано.

Элементы ВЛ рассчитываются на сочетания нагрузок, действующих в нормальных и аварийных режимах. Сочетания климатических и других факторов в различных режимах работы ВЛ ( наличие ветра, гололеда, значения температуры, количество оборванных проводов или тросов и пр.) определяются в соответствии с требованиями ПУЭ [1] .

1.1 Определение механических нагрузок

Механический расчет проводов и тросов включает в себя следующие вопросы :

1) определение единичных и удельных механических нагрузок на провод;

2) определение критических пролетов и условий появления наибольших напряжений для заданного пролета;

3) определение напряжения в материале провода в различных расчетных режимах;

4) определение критической температуры и наибольшей и наименьшей стрелы провеса f_нб и f_нм.

5) определение тяжения провода при обрыве провода, определение прогиба опоры.

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 .

Единичной называют равномерно распределенную нагрузку по длине пролета на 1м длины провода, Н/м.

Удельной называют нагрузку, которую провод длиной 1м испытывает на 1ммІ своего поперечного сечения , 10⁷ Н/ мі.

Расчетные нагрузки от ветра и гололеда имеют вероятностный характер, и при их определении используются результаты статического анализа.

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

Р₁ = g m 10^-3, (1.1)

Р₁ (₁)

где g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²;

m - погонная масса провода , кг/км, определяется по табл.1 Приложения А данного пособия .

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

Р_НГ = K_i K_db_Э (d + K_i K_d b_Э) g 10^-3 , (1.2)

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];

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

d - диаметр провода, мм;

g - ускорение свободного падения , принимаемое равным 9,81 м/с²;

- плотность льда, принимаемая 0,9 г/см³ ,[1].

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

Р₂ = Р_{НГ nw p f d} , (1.3)

Р₂(₂₎ где Р_НГ - нормативная линейная гололедная нагрузка , Н/м;

_nw - коэффициент надежности по ответственности, принимаемый для линий напряжением до 220кВ равным 1,0 ( для ВЛ 330-750 кВ -1,3);

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

_f - коэффициент надежности по гололедной нагрузке, равный :

1,3 для районов по гололеду I и II,[1];

1,6 для районов по гололеду I I I и выше,[1];

_d - коэффициент условий работы, равный 0,5 ,[1].

Нагрузка, обусловленная весом провода и гололедом

Р₃ = Р₁ +Р₂ (1.4)

Нормативная ветровая нагрузка на провода (тросы) Р'_НВ, Н, без гололеда определится по формуле

Р'_НВ = _W K_l K_W C_X W₀ F₀ sin² , (1.5)

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

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

Длина пролета , м	50	100	150	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 и hпр, определяемый по табл.5, [пр.А ];

C_X - коэффициент лобового сопротивления, принимаемый равным:

1,1 - для проводов , свободных от гололеда, диаметром 20мм и более;

1,2 - для всех проводов и тросов, покрытых гололедом и свободных от гололеда, диаметром менее 20мм;

W₀ - нормативное ветровое давление, соответствующее 10-минутному интервалу осреднения скорости ветра (₀), на высоте 10м над поверхностью земли и принимаемый в соответствии с картой районирования территории России по ветровому давлению, принимается по табл.6, Па [пр.А];

F₀ - площадь продольного диаметрального сечения провода, м² ;

- 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 , табл.7[пр.А] .

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

F₀ = d L 10^-3 , (1.6)

где d - диаметр провода, мм;

L - длина пролета, м.

Единичная нормативная ветровая нагрузка на провода (тросы) Р_НВ, Н/м, без гололеда определится по формуле

Р_НВ = Р'_НВ / L

Нормативная ветровая нагрузка на провода (тросы) Р'_НВГ, Н, с гололедом определится по формуле

Р'_НВГ = _W K_l K_W C_X W_Г F_Г sin² , (1.7)

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 ;

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 , (1.8)

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[пр.А];

Единичная нормативная ветровая нагрузка на провода (тросы) Р_НВГ, Н/м, с гололедом определится по формуле

Р_НВГ = Р'_НВГ / L

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

Р₄ = Р_{НВ Н Р f} , (1.9)

где Р_НВ - единичная нормативная ветровая нагрузка, Н/м;

_Н - коэффициент надежности, принимаемый равным :

1,0 - для ВЛ до 220кВ; 1,1 - для ВЛ 330-750 кВ;

_Р - региональный коэффициент, принимаемый от 1,0 до 1,3 на основании опыта эксплуатации;

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

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

Р₅ = Р_{НВГ Н Р f} , (1.10)

где Р_НВГ - единичная нормативная ветровая нагрузка, Н/м;

Единичная нагрузка, определяемая весом провода без гололеда и ветром

Р₆ = Р₁² + Р₄ ² (1.11)

Единичная нагрузка, определяемая весом провода с гололедом и ветром

Р₅ Р₇ = Р₃² + Р₅ ² (1.12)

Определяем удельные нагрузки по формуле

 = Р / F , (1.13)

где Р - единичная нагрузка , Н/м;

F -расчетное сечение провода ( суммарное алюминий и сталь) , мм² .

Результаты расчетов по формулам сводим в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

	Р1	Р2	Р3	Р4	Р5	Р6	Р7
Р, Н/м
, 107 Н/м3

1.2 Уравнение состояния провода

Провод, закрепленный в двух точках на одинаковой высоте и испытывающий равномерно распределенную нагрузку, можно рассматривать как гибкую нить, принявшую форму цепной линии. Напряжение в любой точке такой нити будет

обусловлено только растяжением и направлено по касательной к кривой (рис.1.1)

Рисунок 1.1

1. Расстояние по горизонтали между точками подвеса А и Б называется пролетом(L) .

2. Расстояние по вертикали в середине пролета между проводом и прямой АБ, соединяющей точки провеса, называется стрелой провеса ( f ).

3. Сила, действующая в любой точке провода, называется тяжением ( Т). Тяжение в низшей точке кривой провисания, направленное горизонтально, обозначается буквой Н .

4. Сила, действующая на единицу сечения провода, называется напряжением ( ).

Тяжение по проводу при любых условиях работы и в каждой его точке направлено по касательной к кривой провисания провода и определяется выражением

Т = F, (1.14)

где F - полное поперечное сечение провода, мм²;

- напряжение , Н/ мм² .

При закреплении в натяжных гирляндах на опорах анкерного типа тяжение провода передается на опоры, вызывая в опорах силу, равную по величине, но противоположную по направлению; эта сила называется реакцией.

Напряжение не должно превосходить допускаемое 1. Напряжение в точках крепления А и Б не должно превосходить 105% допускаемого напряжения для алюминиевых и 110% для сталеалюминевых проводов.

При равной высоте точек подвеса

_А = _Б = о + , (1.15)

где о - напряжение в низшей точке провисания провода, Н/ мм² ;

- стрела провеса провода при удельной нагрузке , м.

Комбинированные, в том числе сталеалюминевые провода, рассчитываются по полному тяжению, действующему по проводу, по суммарному сечению алюминиевой и стальной части, по модулю упругости, температурному коэффициенту линейного расширения и допускаемому напряжению провода в целом 1.

При расчете проводов следует принимать такие сочетания климатических условий, которые дают наиболее невыгодные по механическим нагрузкам значения напряжения в проводе в одних случаях и максимальные величины стрел его провеса в других случаях.

Расчет ВЛ по нормальному режиму работы необходимо производить для сочетания следующих условий :

1. Высшая температура t₊ , ветер и гололед отсутствуют (формула 1.1).

2. Низшая температура t _ , ветер и гололед отсутствуют ( формула 1.).

3. Среднегодовая температура t _сг , ветер и гололед отсутствуют (формула 1.1).

4. Провода и тросы покрыты гололедом ( формула 1.3) , температура при гололеде минус 5С, ветер отсутствует.

5. Ветер ( формула 1.9), температура при W0 минус 5С , гололед отсутствует.

6. Провода и тросы покрыты гололедом , ветер при гололеде на провода (формула 1.10), температура при гололеде минус5С.

7. Расчетная нагрузка от тяжения проводов определяется при расчетных ветровых (формула 1.10) и гололедных (формула 1.3) нагрузках, умноженных на коэффициент надежности по нагрузке от тяжения (_f = 1,0 …1,3 ).

Расчет ВЛ по аварийному режиму необходимо производить для сочетания следующих условий :

1. Низшая температура t _ , ветер и гололед отсутствуют (формула 1.1).

2. Среднегодовая температура t _сг , ветер и гололед отсутствуют (формула 1.1).

3. Провода и тросы покрыты гололедом (формула 1.3) , температура при гололеде минус 5С, ветер отсутствует.

4. Расчетная нагрузка от тяжения проводов определяется при расчетных ветровых (формула 10) и гололедных (формула 1.3) нагрузках, умноженных на коэффициент надежности по нагрузке от тяжения (_f = 1,0 …1,3 ).

Для решения этих задач зависимость напряжений от нагрузки и температуры выражают в виде уравнения, которое называется уравнением состояния провода.

Для вывода уравнения состояния рассмотрим провод в изолированном анкерном пролете с точками подвеса на одной высоте. Для начального состояния введем следующие обозначения :

L₀ - длина пролета, м; ₀ - удельная нагрузка, Н/(м мм²) ; t₀ - температура окружающей среды, С; ₀ - напряжение в низшей точке провода, Н/ мм² .

Для искомого состояния примем те же обозначения, но без индексов.

В результате алгебраических преобразований с учетом относительного упругого удлинения провода получим уравнение состояния в виде

где Е - модуль упругости материала провода , Па ,(10³ Н/мм²), табл. 8,[ пр.А ];

- температурный коэффициент линейного расширения, 10 -⁶ є С^-1, табл.8, [пр.А ].

С помощью этого уравнения можно найти напряжения в проводе в любых требуемых условиях на основании известных напряжений, нагрузок и температур в начальном состоянии. При подстановке отрицательных температур необходимо строго соблюдать правило знаков.

В общем случае уравнение состояния можно представить в виде кубического уравнения

²( + А) = В, (1.17)

где А и В - коэффициенты кубического уравнения.

Во всех режимах напряжения должны быть меньше допустимых.

ПУЭ устанавливают допустимое напряжение в материале _доп в процентах от предела прочности [1 ].

_доп = _в /100,

где _В - временное сопротивление (предел прочности), т.е. такое напряжение, при котором провод разрывается, Н/мм² [ 1].

Эти значения различны для режимов наибольшей нагрузки, наименьшей температуры и среднегодовой температуры.

Предел прочности по растяжению _В может быть найден по выражению

_В = R / F , (1.18)

где R - разрывное усилие провода, Н, табл.1, [пр.А ];

F - расчетное сечение провода, мм².

По ПУЭ допускаемое напряжение в проводах рассчитывается для нормального и аварийного режимов .

Выбор допускаемого напряжения провода производится на основе определения критических пролетов.

1.3 Критические пролеты проводов

При ограничении допускаемых напряжений для трех режимов возникает вопрос, какой из этих режимов следует принимать в качестве исходного. Этот вопрос решается путем вычисления так называемых критических пролетов для различных режимов.

Критический пролет в общем виде определяется по формуле

где = Е^-1 - коэффициент упругого удлинения провода, мм² / Н.

Различают три критических пролета :

1) l_к1 - это пролет такой длины, для которого напряжение провода в режиме среднегодовых температур равно допустимому _э, а в режиме низшей температуры равно допустимому _{_,} т.е определяет переход от расчетных условий при низшей температуре к среднегодовым условиям. При этом

_n = ₁ ; t _n = t _э ; _n = _{э ; m} = ₁; t _m = t _{_}; _m = _{_}

2) l_к2 - имеет место в том случае, когда в режиме максимальных внешних нагрузок в режиме низшей температуры напряжение в проводе равны допустимым _г, т.е. определяет переход от расчетных условий при низшей температуре к условиям наибольшей нагрузки. При этом

_n = ₇ ; t _n = t _г ; _n = _{г ; m} = ₁; t _m = t _{_}; _m = _{_}

3) l_к3 - имеет место в том случае, когда напряжение в режиме максимальных внешних нагрузок равно допустимому _{г ,} а в режиме среднегодовых нагрузок равно допустимому _э , т.е. определяет переход от расчетных среднегодовых условий к условиям наибольшей нагрузки. При этом

_n = ₇ ; t _n = t _г ; _n = _{г ; m} = ₁; t _m = t _э; _m = _э

Для сталеалюминевых проводов критические пролеты можно определить по следующим формулам [ 8,с .60]:

где _ - допускаемое напряжение при низшей температуре, Н/мм² , табл.9 [пр.А];

_г - допускаемое напряжение при наибольшей нагрузке, Н/мм²,табл.9 [пр.А];

_э - допускаемое напряжение при среднегодовой температуре, Н/мм² ,табл.9 [пр.А].

Полученные значения длин критических пролетов следует сравнить с действительной величиной пролета и сделать выводы. Рекомендуется в первую очередь определить l_к2 и сравнить его с действительным пролетом.

Далее могут возникнуть следующие случаи :

1) Если l_к1<l_к2< l_к3 ,то расчетным пролетом является l_к1; l_к3 .

2) Если l_к1 l_к2 l_к3 ,то расчетным пролетом является l_к2.

3) Если l_к1 - мнимый , l_к2<l_к3 ,то расчетным пролетом является l_к3.

4) Если l_к3 - мнимый , то расчетным пролетом является l_к1.

После определения критических пролетов необходимо рассчитать уравнения состояния и определить значения напряжений в проводе в различных режимах .

Если 1 случай, то уравнение состояния для расчета провода с учетом критических пролетов будет иметь следующий вид при соотношении фактического и критического пролетов :

1) Если l > l_к3

Если 2 случай, то уравнение состояния для расчета провода с учетом критических пролетов будет иметь следующий вид при соотношении фактического и критического пролетов :

-при l< l_к2 - уравнение (1.24)

-при l > l_к2 - уравнение (1.23)

Если 3 случай, то уравнение состояния для расчета провода с учетом критических пролетов будет иметь следующий вид при соотношении фактического и критического пролетов :

-при l< l_к3 - уравнение (1.25)

-при l > l_к3 - уравнение (1.23)

Если 4 случай, то уравнение состояния для расчета провода с учетом критических пролетов будет иметь следующий вид при соотношении фактического и критического пролетов :

-при l< l_к1 - уравнение (1.24)

-при l > l_к1 - уравнение 1.(25)

Расчет проводится для режимов :

1) Максимальных температур (t =t+; = 1).

2) Минимальных температур (t =t-; = 1).

3) Среднегодовых температур (t =tэ; = 1).

4) Гололеда (t =tг; = 3).

5) Режима максимальных нагрузок (t =tг; = 7).

Соотношения , определяющие исходные условия для расчета проводов сводим в таблицу 1.2.

Таблица 1.2

Случай	Соотношение пролетов	Исходные напряжения	Расчетный критический пролет	Формулы
1	lк1< lк2< lк3	_,э, г	lк1 и lк3	l > lк3 (1.23) l< lк1 (1.24) lк1<l<lк3 (1.25)
2	lк1 lк2 lк3	_, г	lк2	l< lк2 (1.24) l > lк2 (1.23)
3	lк1 - мнимый , lк2 < lк3	э, г	lк3	l< lк3 (1.25) l > lк3 (1.23)
4	lк3 - мнимый lк1 < lк2	_,э,	lк1	l< lк1 (1.24) l > lк1 (1.25)

1.4 Стрела провеса

Одной из величин, определяющих высоту опор, является стрела провеса. При достаточно больших отношениях длины пролета L к стреле провеса f (что соответствует действительности) кривая провеса провода очень близка к параболе вида y = h + kx² . При совмещении начала координат с низшей точкой провеса (h =0) уравнение параболы примет вид y = kx² . В отечественной практике расчеты проводов производятся по параболе; исключением являются расчеты проводов с очень большими пролетами (800-1000 м).

Исходя из этого уравнения и полагая, что длина провода примерно равна длине пролета l L , при одинаковой высоте точек подвеса стрела провеса определится (при пролете до 600 м)

где - удельная нагрузка при конкретных климатических условиях, Н/ м мм²;

- напряжение при растяжении в низшей точке провода, Н /мм².

Максимальная стрела провеса f_нб может возникнуть только при отсутствии ветра при условии:

1) при гололеде, когда провод испытывает наибольшую вертикальную нагрузку (₃);

f_нб = f₃ = ₃ l ² / 8 ₃ (1.27)

2) при наивысшей температуре воздуха, когда провод испытывает вертикальную нагрузку только от собственной массы (₁).

f_нб = f₁ = ₁ l ² / 8 ₊ (1.28)

Температура, при которой стрелы провеса равны f₃ = f₁, называется критической температурой

Если t₊ t_К, то f_нб = f₁ (1.30)

Если t₊ t_К, то f_нб = f₃ (1.31)

Длина провода в пролете Lпр, м, определится как длина дуги параболы, (погрешность составляет 0,1%)

Кривые строятся в координатах L, h , за начало координат принимается точка с координатами L /2 и h = h_ТР - г - fнб (fнм).

Масштаб по горизонтали и вертикали может быть разным.

1.5 Выбор подвесных изоляторов

Выбор типа и материала изоляторов производится на основании требований ПУЭ с учетом климатических условий и условий загрязнения [1, п.2.5.98 ].

На ВЛ 35- 220кВ рекомендуется применять стеклянные или полимерные изоляторы. Выбор количества изоляторов в гирляндах производится в соответствии с [1,гл.1.9].

Изоляторы и арматура выбираются по нагрузкам в нормальных и аварийных режимах ВЛ с учетом климатических условий. Расчетные усилия в изоляторах и арматуре не должны превышать значений разрушающих нагрузок (механической или электромеханической), установленных техническими условиями, деленных на коэффициент надежности по материалу _М. :

1) в нормальном режиме

- при максимальных нагрузках _М = 2,5;

- при эксплуатационных нагрузках для поддерживающих гирлянд _М = 5,0;

- для натяжных гирлянд _М = 6,0.

2) в аварийном режиме (для напряжения 330кВ и меньше) _М = 1,8.

Расчетный коэффициент надежности по материалу определится

= Рразр / Ррасч _М (1.34 )

где Рразр - допустимая разрушающая нагрузка, Н;

Ррасч - расчетная разрушающая нагрузка, Н.

Порядок расчета :

1) Выбираем тип и число изоляторов в соответствии с условиями окружающей среды [пр.А, табл. 11 ].

2) Определяем строительную высоту изолятора из, разрушающую нагрузку Рразр, массу изолятора mиз [пр.А, табл. 12 ].

3) Определяем длину гирлянды изоляторов г, м

г = n из, (1.35)

где n - число изоляторов;

из - строительная высота изолятора, см.

4) Определяем нагрузку, действующую на гирлянду изоляторов. Она состоит из веса гирлянды и веса провода. Расчет производим для двух режимов (без ветра и гололеда Р₁ и с ветром и гололедом Р₇) и выбираем максимальную нагрузку.

Р_{1(7 )} расч = К ₁₍₇₎ (Р_{1(7 )} Lвес + Gг), (1.36)

где К ₁₍₇₎ - нормативный коэффициент запаса :

К₁ = 5 (режим без ветра и гололеда);

К₇ = 2,5 (режим с ветром и гололедом) ;

L вес - весовой пролет, т.е. расстояние между низшими точками кривых провисания в пролетах, примыкающих к рассматриваемой опоре, м.

L вес = 1,25 L (рис1.2) подвесной воздушный линия нагрузка

Рисунок 1.2

Gг - вес гирлянды изоляторов, H.

Gг = n m_из g, (1.37)

где m_из - масса изолятора, кг;

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/c².

5) Определяем коэффициент надежности по материалу для режима с наибольшей расчетной нагрузкой, полученное значение сравниваем с нормативным _М = 1,8 [1].

5) Минимально допустимое расположение траверсы опоры определится

6)

h_ТР = h_Г + fнб + г , (1.38)

где h_Г - габарит линии ,т. е. минимальное расстояние от провода до земли ,м [1, т.2.5.20, 2.5.22 ].

7) По табл. 9 уточняем тип опоры [9,с.383].

1.6 Выбор опор

Опоры, фундаменты и основания ВЛ должны рассчитываться на сочетание расчетных нагрузок нормальных режимов по первой и второй группам предельных состояний:

Первая группа включает предельные состояния, которые ведут к потере несущей способности элементов или к полной их непригодности к эксплуатации, т.е к их разрушению. К той группе относятся состояния при наибольших внешних нагрузках и при низшей температуре.

Вторая группа включает предельные состояния, при которых возникают недопустимые деформации, перемещения или отклонения элементов, нарушающие нормальную эксплуатацию, к этой группе относятся состояния при наибольших погибах опор.

Нагрузки, воздействующие на строительные конструкции ВЛ, в зависимости от продолжительности воздействия подразделяются на постоянные и временные

( длительные, кратковременные, особые).

К постоянным относятся - собственный вес провода, строительных конструкций, гирлянд изоляторов, тяжение проводов и тросов при среднегодовой температуре и отсутствии ветра и гололеда.

К длительным нагрузкам относятся нагрузки, создаваемые воздействием неравномерных деформаций оснований, не сопровождающихся изменением структуры грунта.

К кратковременным нагрузкам относятся - давление ветра на провода с гололедом и без, вес гололеда, тяжение проводов и торосов сверх их значений при среднегодовой температуре и т.д.

К особым нагрузкам относятся нагрузки, возникающие при обрыве проводов или тросов, а также нагрузки при сейсмических воздействиях.

Опоры могут быть жесткими (металлические) и гибкими (деревянные).У жестких опор при обрыве провода из-за неравномерного тяжения слева и справа будет отклоняться только гирлянда. У гибких опор наблюдается прогиб опоры (опора отклоняется в ту же сторону, что и гирлянда).

Этот факт влияет на величину стрелы провеса и его надо учитывать при выборе опор.

1.7 Расчет тяжения опоры при обрыве в одном пролете

В ПУЭ установлены наименьшие расстояния по вертикали от провода до некоторых пересекаемых объектов, которые должны быть выдержаны при обрыве провода в смежном полете. Для расчета этих расстояний необходимо знать тяжение, установившееся в уцелевшем проводе. Определение тяжения в уцелевшем проводе требуется также для расчета промежуточных опор больших переходов.

При обрыве провода, подвешенного на поддерживающей гирлянде изоляторов, она отклоняется в сторону пролета с уцелевшим проводом, причем тяжение в нем уменьшится.

Изменение тяжения в результате смещения его точки подвеса называется редукцией, установившееся новое тяжение редуцированным, а отношение редуцированного тяжения к начальному - коэффициентом редукции.

Уменьшение тяжения провода зависит в основном от конструкции опоры, длины гирлянды, нагрузки, длины пролета до обрыва провода.

1) Если считать опору абсолютно жесткой, то перемещение точки подвеса провода будет только отклонением гирлянды.



Рисунок1.3 - Кривые провисания провода в нормальном и аварийном режимах (а), распределение сил, действующих на гирлянду изоляторов (б):

АО - анкерная опора; А, В₀ - точки подвеса провода на анкерной и промежуточной опорах; В₁ - точка крепления гирлянды изоляторов на промежуточной опоре; В - точка, определяющая положение конца гирлянды изоляторов при обрыве провода.

В расчетах отклонения точки подвеса провода на стальных опорах прогиб их, как правило, не учитывают, т.к. коэффициент их гибкости очень мал.

Длина гирлянды оказывает большое влияние на редуцированное тяжение. Чем длиннее гирлянда, тем больше ее отклонение и тем меньше редуцированное тяжение провода. При увеличении пролета значение редуцированного тяжения возрастает.

Следует заметить, что редуцированное тяжение определяется только при использовании глухих зажимов. Если зажим выпадающий, провод сбрасывается, если с ограниченной прочностью, то редуцированное тяжение принимается равным 600-800кгс.

При обрыве провода во втором пролете после анкерной опоры провод провисает, и стрела провеса может значительно увеличиться. Поскольку на гирлянду действует тяжение провода только с одной стороны, то гирлянда отклоняется на величину l (рис.а,) которое определяется по формуле

где Т₀ - тяжение провода в исходном режиме , Н.

Т - редуцированное тяжение в оставшейся части провода в аварийном режиме, Н;

Р₀ - единичная нагрузка на провод в рассматриваемом режиме, Н/м;

L - длина пролета, м.

Т₀ = ₀ F, (1.40)

где ₀ - напряжение провода в исходном режиме, Н/ мм² ; ( за исходный режим

принимается режим , при котором максимальная стрела провеса).

F - сечение провода, мм².

Отклонение гирлянды изоляторов i , м , определится

В рассматриваемом случае l = i . Для расчета тяжения решаются два уравнения вместе l = (Т) и i = (Т) .

Аналитически решение этого уравнения затруднительно, поэтому обычно применяют графический способ решения с построением кривой I по уравнению l = (Т) и кривой II по уравнению i = (Т) (рис.1.4). Результаты расчетов сводятся в таблицу, где Т - любое число, начиная с Т=То. Точка пересечения кривых дает решения уравнения, абсцисса этой точки определяет отклонение гирлянды i , а ордината - искомое редуцированное тяжение Т.

Рисунок 1.4 - Определение тяжения в проводе в уцелевшем пролете при
обрыве провода во втором пролете после анкерной опоры.

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

L' = L - l (1.42)

Стрела провеса провода в аварийном режиме определится

В нормальном режиме стрела провеса провода имела значение

Определяем габарит линии в аварийном режиме

h_г = h - _г - f_ав h _норм (1.45)

Для определения тяжений в последующих после второго пролетах строим графики.

2) Если ВЛ имеет гибкие промежуточные опоры, то отклонение гирлянды определится

Гибкие опоры отклоняются в сторону уцелевшего провода под воздействием его тяжения. Прогиб определяется по формуле

=k m Т, (1.47)

где k - коэффициент гибкости опоры, принимаемый :

k = 0,002 м/кгс - для деревянных опор с пасынком;

k = 0,001 м/кгс - для деревянных опор одностоечных;

k = 0,001 м/кгс - для гибких ж/б опор без оттяжек;

m - коэффициент , учитывающий место обрыва провода :

m = 0,5 - при обрыве среднего провода;

m = 0,75 - при обрыве крайнего провода на опорах с ветровыми связями;

m = 1 - при обрыве провода на всех других типах опор;

Т - тяжение в проводе в месте приложения силы, Н.

Расчет тяжений проводится при проектировании ВЛ , чтобы определить размеры анкерных участков. При этом одностороннее тяжение не должно превышать нормативных величин, выраженных в долях от Тmax нормального режима .

Аварийные режимы, вызванные обрывом проводов, рассчитывают для следующих режимов :

- гололеда без ветра ;

- гололеда с ветром;

- минусовых температур;

- эксплуатационного режима без ветра.

1.8 Расстановка опор по профилю с помощью шаблона

Продольный профиль трассы составляется на основании результатов топографических измерений и представляет собой очертания вертикального разреза вдоль трассы. Обычно профиль не бывает ровным и изображается ломаной линией.

Как правило, для вычерчивания профиля принимают горизонтальный масштаб 1:5000, а вертикальный 1: 500. Эти масштабы позволяют определять точки расстановки опор и высоту провода над землей с достаточной точностью.

На профиле обозначают пересекаемые инженерные сооружения (ж/д дороги, ВЛ, реки). На чертеже также указывают геологический разрез по трассе (грунты, грунтовые воды и т.д.).

При расстановке опор по профилю должны быть учтены два основных условия:

1) расстояния от проводов до земли и пересекаемых сооружений должны быть не менее требуемых ПУЭ;

2) нагрузка, воспринимаемая опорами, не должна превышать значений, принятых в расчетах опор соответствующих типов.

В паспортах типовых и унифицированных промежуточных опор приводят три значения пролетов:

1) Габаритный пролет - пролет , определяемый по условиям допустимого габарита до земли (L).

2) Ветровой пролет - соответствует значению, принятому в расчете опоры для определения давления ветра на провода.

3) Весовой пролет - для определения весовых нагрузок от проводов. Для ровной местности Lвес= 1,25L.

При расстановке опор на идеально ровной местности их можно устанавливать на расстояниях, равных L. Однако такие трасы встречаются очень редко. Обычно в условиях неровного профиля расстановка опор производится с помощью шаблона.

Шаблон представляет собой 2 или 3 кривые (параболы), соответствующие кривой максимального провисания провода и расположенные друг над другом с определенным интервалом (рис.1.5).

Кривая максимального провисания провода строится по формуле

где - удельная механическая нагрузка на провод, Н/м мм²;

х - расстояние от точки подвеса до расчетной точки, м ;

₊ - напряжение в проводе в режиме максимальных температур, Н/ мм².

Рисунок 1.5 - Построение шаблона для расстановки опор по профилю трассы

1.9 Прохождение ВЛ по ненаселенной и труднодоступной местности

Расстояния от проводов ВЛ до поверхности земли в ненаселенной и труднодоступной местностях в нормальном режиме должны приниматься не менее приведенных в ПУЭ в табл.2.5.20.

Наименьшие расстояния определяются при наибольшей стреле провеса провода без учета его нагрева эл.током при высшей температуре воздуха ( 500кВ).

Для прохождения ВЛ по насаждениям должны быть прорублены просеки шириной, равной - расстояние между крайними проводами + 3м в каждую сторону ( при высоте деревьев до 4м).

1.10 Прохождение ВЛ по населенной и труднодоступной местности

Прохождение ВЛ по населенной местности следует выполнять в соответствии с требованиями СНиП. Прохождение ВЛ на зданиями и сооружениями , как правило, не допускается. Наименьшее расстояние до земли или кровли зданий в соответствии с [1,табл.2.5.22].

РАЗДЕЛ 2 Пример механического расчета воздушных линий

2.1 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 .

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 ₊ = +35C, t _- = -35C , t_Э = 10C.

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 = K_i K_db_Э (d + K_i K_d b_Э) g 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;

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

Р_НГ = 3,141,0 0,8515 (24 + 1,00,85 15) 9,8 0,9 10^-3 = 13 Н/м

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

Р₂ = Р_{НГ nw p f d} , (2.3)

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

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

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

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

_d - коэффициент условий работы, _d = 0,5 ,[1].

Р₂ = 1 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 = _W K_l K_W C_X W₀ F₀ sin² , (2.5)

где _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 _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	100	150	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 (₀), 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 ;

- 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 = _W K_l K_W C_X W_Г F_Г sin² , (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 Н Р f} , (2.9)

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

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

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

_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 Н Р 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 = Р₁² + Р₄ ² (2.11)

Р₆ = 11,1² + 6,8 ² = 13 Н/м

Нагрузка, определяемая весом провода с гололедом и ветром

Р₇ = Р₃² + Р₅ ² (2.12)

Р₇ = 20,2² + 3,8 ² = 20,6 Н/м

Удельную нагрузку определяем по формуле

= 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

	1	2	3	4	5	6	7
Р, Н/м	11,1	8,4	19,5	6,8	3,8	13	20,6
107 , Н/м3	0,0327	0,0248	0,0575	0,02	0,011	0,038	0,059

2.2 Расчет уравнения состояния провода

Для определения зависимости напряжений, возникающих в проводе, от нагрузки и температуры составляется уравнение состояния провода. С помощью этого уравнения можно найти напряжения в проводе в любых требуемых условиях на основании известных напряжений, нагрузок и температур в начальном состоянии.

Выбор допускаемого напряжения провода производится на основе расчета критических пролетов.

Исходные данные для определения величины критических пролетов:

Режим	Без ветра и гололеда	С гололедом и ветром
Р, Н/м	11,1	20
107 ,Н/м3	0,0327	0,059

L = 200м ; tэ = 10 С ; t_ = - 35 С; t+ = 35 С ; = 19,8 10^-6 град ^-1 ; Е = 7,7 10⁴ Н/мм² 1

Допустимое напряжение в материале провода устанавливается ПУЭ с учетом коэффициента запаса в процентах от предела прочности при растяжении _р. Эти значения различны для режимов наибольшей нагрузки, наименьшей температуры и среднегодовой температуры 1. Для сталеалюминевых проводов в режимах максимальной нагрузки и наименьшей температуры они равны 45%_р, а в режиме среднегодовых температур - 30%_р (см.табл.9, пр. А)

Предел прочности по растяжению _р может быть найден по выражению

_р = R / F, (2.14)

или по табл. 8 Приложения А _р = 270 Н/мм² (для отношения А/С = 300/39 = 7,69

Допустимые напряжения составляют :

_- = 0,45 _р = 0,45 * 270= 122 Н/мм²

...