Масса, т

габаритный

ветровой

весовой

П 110-5

АС-70/11

190

225

240

2,67

Таблица 7.2 - Размеры опоры П 110-5

Шифр опоры	Размеры, м	Марка провода	Район по гололеду
	H	h1	h2	h3	a1	a2	a3	b
П 110-5	28	3	19	6	2,1	4,2	2,1	2,8	АС-70/11	3

Расчетная длина пролета определяется следующим выражением:

, (7.1)

где - длина габаритного пролёта, м;

- коэффициент, значение которого принимается равным в соответствии с местностью, для которой проектируется участок ВЛ.

м.

Физико-механические характеристики провода и троса представлены в таблице 7.3.

Таблица 7.3 - Физико-механические характеристики провода АС-70/11 и троса ТК-50

Характеристики	АС-70/11	ТК-50
1. Сечение, мм 2:	алюминиевой части	68
	стальной части	11,3	50
	суммарное	79,3	48,6
2. Диаметр провода, мм	11,4	9,1
3. Количество и диаметр проволок:	алюминиевых,	6*3,8
	стальных,	1*3,8	19*1,8
4. Количество повивов, шт.	алюминиевой части	1
	стальной части	0	2
5. Масса провода,	276	418
6. Модуль упругости,	8,25	18,5
7. Температурный коэффициент линейного удлинения,	19,2	12
8. Предел прочности,	290	1200
9. Удельная нагрузка от собственного веса,	34,8	80
10. Допустимое напряжение,	при среднегодовой температуре	90	420
	при низшей температуре	120	600
	при наибольшей нагрузке	120	600

7.1 Расчет удельных нагрузок на провода и тросы

Провода на опоре подвешиваются, как правило, на разной высоте и расстояние от проводов и троса до земли меняется по длине пролета. Поэтому в расчетах используется понятие "высота расположения приведенного центра тяжести" провода или троса [15].

Высота расположения приведенного центра тяжести провода или троса определяется по формуле:

, (7.2)

где - средняя высота подвеса проводов или троса на опоре, м;

- максимально допустимая стрела провеса провода или троса, м.

Средняя высота подвеса провода на опоре, м

, (7.3)

где - расстояние от земли до i-ой траверсы опоры, м;

- количество проводов на опоре, шт;

- длина гирлянды изоляторов (для ВЛ 110 кВ составляет 1,3 м [15]);

Допустимая стрела провеса провода определяется по формуле

, (7.4)

где - расстояние от земли до нижней траверсы, м;

- наименьшее расстояние от проводов до поверхности земли, составляет 7 м [1];

191,3710,700 м,

19,70010,70012,567 м.

Средняя высота подвеса троса на опоре, м

(7.5)

где - расстояние между нижней и верхней траверсами опоры, м;

196328,000.

Максимально допустимая стрела провеса троса, м

, (7.6)

где - наименьшее расстояние по вертикали между проводом и тросом в середине пролета [1].

Наименьшее расстояние по вертикали между верхним проводом и тросом в середине пролета определяется линейной интерполяцией [15]и составляет

28,000763,53611,464 м,

28,00011,46420,357 м.

После определения высоты расположения приведенного центра тяжести провода и троса оцениваются максимально возможные величины толщины стенки гололеда и ветрового давления . Нормативные значения этих величин определяются при их повторяемости 1 раз в 25 лет [1].

Максимальное ветровое давление , Па, определяется по формуле

(7.7)

где - нормативное ветровое давление, согласно [1]для первого района по ветру составляет

400 Па;

- поправочный коэффициент на высоту [1].

Для провода: 0,4400160 Па.

Для троса: 0,554400221,6 Па.

Давление ветра при гололеде , Па, определяется по формуле

(7.8)

Для ВЛ до 220 кВ ветровое давление при гололеде должно приниматься не менее 200 Па [1];

Для провода: 0,2516040 Па, поэтому принимается равным 200 Па.

Для троса: 0,25221,655,4 Па, поэтому принимается равным 200 Па.

Максимальная толщина стенки гололеда , мм, определяется по формуле

(7.9)

где - нормативная толщина стенки гололеда, согласно [1]для третьего района по гололёду составляет 20 мм;

- поправочные коэффициенты на высоту и диаметр провода (троса) [15].

Для провода: 20 мм.

Для троса: 20 мм.

При выполнении механического расчета провода и троса удобно пользоваться удельными нагрузками, т.е. нагрузками, приведенными к единице длины 1 м и единице сечения 1 мм ² провода или троса [15]. Следовательно, размерность удельных нагрузок - .

1. Удельная нагрузка от собственного веса провода приводится в его физико-механических характеристиках:

34,800.

2. Удельная нагрузка от гололеда на проводе, исходя из цилиндрической формы гололедных отложений:

, (7.10)

где - фактическое сечения провода, мм ²;

- диаметр провода, мм;

- удельный вес льда ;

- коэффициент надежности по ответственности, принимается равным 1 для ВЛ;

до 220 кВ; 1,3 для ВЛ 330-750 кВ [15];

- региональный коэффициент, принимается равным 1 [15];

- коэффициент надежности по гололедной нагрузке, принимается равным 1,3 -

для районов по гололеду 1 и 2; 1,6 - для районов по гололеду 3 и выше [15];

- коэффициент условий работы, равный 0,5 [15];

3. Удельная нагрузка от веса провода и гололеда:

, (7.11)

34,800179,039213,839.

4. Удельная нагрузка от давления ветра, действующего перпендикулярно проводу при отсутствии гололеда:

, (7.12)

где - коэффициент лобового сопротивления, равный 1,1 - для проводов диаметром 20 мм и более, свободных от гололеда; 1,2 - для всех проводов покрытых гололедом и для проводов диаметром меньше 20мм свободных от гололеда [15];

- коэффициент, учитывающий влияние длины пролета на ветровую нагрузку, принимается по [15] и составляет 1,04;

- коэффициент, учитывающий неравномерность скоростного напора ветра по пролету, принимается по [15]и составляет 1,0;

- коэффициент надежности по ветровой нагрузке, равный 1,1 [15];

5. Удельная нагрузка от давления ветра при наличии гололеда:

, (7.13)

где - принимается для ветрового давления и согласно [15]составляет 1;

6. Удельная нагрузка от давления ветра и веса провода без гололеда:

, (7.14)

34,80031,57646,99.

7. Удельная нагрузка от давления ветра и веса провода, покрытого гололедом:

, (7.15)

213,839177,962278,204.

Удельные нагрузки для троса определяются аналогичным образом. Результаты расчетов приведены в таблице 7.4.

Таблица 7.4 - Удельные нагрузки на провод и трос

Удельные нагрузки,	Провод АС-70/11	Трос ТК-50
	34,800	80
	179,039	270,738
	213,839	350,738
	31,576	55,139
	177,962	277,385
	46,99	97,161
	278,204	447,168

7.2 Механический расчет проводов и троса

Механический расчет проводов и троса ВЛ заключается в определении напряжений в проводах и тросе и их стрел провеса во всех возможных в эксплуатации режимах и сравнении их с предельно допустимыми значениями.

Для определения исходного режима необходимо рассчитать величины критических пролетов [15].

Первый критический пролет , м, определяется по формуле

, (7.16)

где - допустимое напряжение в проводе при среднегодовой температуре, ;

- допустимое напряжение в проводе при низшей температуре, ;

- модуль упругости провода, ;

- температурный коэффициент линейного удлинения провода, ;

Второй критический пролет , м, определяется по формуле

, (7.17)

где - допустимое напряжение в проводе при наибольшей нагрузке, ;

- температура гололеда, принимаемая равной -10 [3];

- наибольшая удельная нагрузка, ;

Третий критический пролет , м, определяется по формуле

, (7.18)

Так как и , то согласно [15], в качестве исходного режима следует использовать режим наибольшей нагрузки, которому соответствуют 120 , -10 , 278,204.

Расчет напряжения в проводе производится по уравнению состояния провода. Пример механического расчета проводов выполняется для режима высшей температуры.

Уравнение состояния имеет вид [15]

, (7.19)

где , и - напряжение в проводе, удельная нагрузка и температура в исход режиме;

, и - то же в рассчитываемом режиме.

Выполняется расчёт напряжения в режиме высшей температуры

:

Данное кубическое уравнение решается при помощи программы Excel, результат равен 15,864 Н/мм ².

Расчеты для остальных режимов выполняются аналогично. Результаты механического расчета провода для всех режимов представлены в таблице 7.5.

Таблица 7.5 - Результаты расчета провода на механическую прочность

Наименование режима	,	,	,	, м	,	, м
Режим высшей температуры	34,800	20	15,864	8,018		10,700
Грозовой режим	34,800	15	15,994	7,953
Режим низшей температуры	34,800	-40	17,658	7,203	120
Режим среднегодовой температуры	34,800	-5	16,544	7,688	90
Режим гололеда без ветра	213,839	-10	94,495	8,271		10,700
Режим наибольшей нагрузки	278,204	-10	120,000	8,474	120

Анализируя результаты расчета, представленные в таблице 7.5 можно сделать выводы о том, что:

1) Условия прочности провода

выполняются, следовательно, механическая прочность проводов достаточна.

2) Условия

и

выполняются, следовательно, расстояние от нижнего провода до земли не менее допустимого, указанного в [15].

Расчет грозозащитного троса во многом аналогичен расчету провода. Однако порядок расчета троса определяется наименьшим расстоянием по вертикали между тросом и проводом в середине пролета в условиях грозового режима . Это значение определено ранее: 2,732 м.

Стрела провеса троса в грозовом режиме , м, рассчитывается по формуле

, (7.20)

где - стрела провеса провода в грозовом режиме, м;

7,9531,333,5368,717.

Напряжение в тросе в грозовом режиме, , определяется по формуле

, (7.21)

Принимая в качестве исходного грозовой режим , по уравнению состояния определяются напряжения в тросе в режимах низшей и среднегодовой температуры и в режиме наибольшей нагрузки. Результаты расчета троса представлены в таблице 7.6.

Таблица 7.6 - Результаты расчета троса на механическую прочность

Режимы	,	,	,	,
Режим среднегодовой температуры	80	-5	34,357	420
Режим низшей температуры	80	-40	35,486	600
Режим наибольшей нагрузки	447,168	-10	182,126	600

Анализируя результаты расчета, представленные в таблице 7.6 можно сделать вывод о том, что условия прочности троса

выполняются, следовательно, выбранный трос пригоден для условий проектируемой линии в нормальных режимах работы.

7.3 Выбор изоляторов, линейной арматуры и защита проводов и троса от вибрации

В нормальных режимах поддерживающая гирлянда изоляторов воспринимает осевую нагрузку, состоящую из веса провода, гололеда и веса самой гирлянды.

Расчетные условия для выбора изоляторов в подвесной гирлянде [15]:

, (7.23)

, (7.24)

где - нагрузка на изолятор от веса провода, покрытого гололедом, Н, определяемая по формуле

, (7.25)

где - фактическое сечение провода, мм ²;

- длина весового пролета, м;

278,20479,32405294,779,

где - нагрузка на изолятор от веса гирлянды (поскольку до выбора типа изолятора вес гирлянды неизвестен, то принимаются усредненные значения:

35 кВ - 200 Н; 110 кВ - 500 Н; 220 кВ - 800 Н [15]);

- нагрузка на изолятор от веса провода, Н, определяемая по формуле

, (7.26)

34,80079,3240662,314,

- разрушающая электромеханическая нагрузка изолятора, Н;

5294,77950014486,95,

662,3145005811,57.

Учитывая, что район проектирования ВЛ соответствует первой степени загрязнения атмосферы, для подвесной гирлянды выбирается фарфоровый изолятор ПФ 70Д [15]. Его минимальная разрушающая нагрузка при растяжении составляет 70000 Н, строительная высота - 127 мм, длина пути утечки - 303 мм, диаметр изоляционной детали - 255 мм, масса - 4,5 кг [15].

Количество подвесных тарельчатых изоляторов в поддерживающих гирляндах , шт, определяется по формуле [15]

, (7.27)

где - удельная эффективная длина пути утечки, равная 1,6 см/кВ [15];

- наибольшее рабочее междуфазное напряжение, кВ, равное ;

- длина пути утечки изолятора, см;

- коэффициент использования изолятора рассчитывается по формуле:

, (7.28)

.

В связи с возможностью выхода из строя отдельных изоляторов во время эксплуатации и относительно большой трудоемкостью их замены количество изоляторов, определенное по формуле (7.27) увеличивается на один для ЛЭП напряжением 110-220 кВ ми на два для ЛЭП напряжением 330 кВ и выше. Так как напряжение линии 110 кВ, следовательно, в поддерживающей гирлянде количество изоляторов принимается равным 9 шт.

При выборе изоляторов натяжных гирлянд в условия добавляется величина тяжения провода. Поэтому выбор типа изоляторов таких гирлянд производится по формулам [15]:

(7.29)

(7.30)

12079,35294,77950025057,474 Н,

16,54479,3662,3145009318,381 Н.

Используя полученные выше расчетные нагрузки, для натяжной гирлянды выбираются изоляторы ПФ 70Д с минимальной разрушающей нагрузкой 70000 Н [15]. Так изолятор был выбран тот же самый что и для поддерживающей гирлянды, следовательно, количество изоляторов рассчитанное по формуле (7.27) будет равняться 8 шт.

В связи с возможностью выхода из строя отдельных изоляторов во время эксплуатации и относительно большой трудоемкостью их замены количество изоляторов, определенное по формуле (7.27) увеличивается на один для ЛЭП напряжением 110-220 кВ ми на два для ЛЭП напряжением 330 кВ и выше. Согласно [1], если 110 кВ и степень загрязнения в районе прохождения ВЛ2, то количество изоляторов увеличивается на один, в противном случае не увеличивается.

На основании вышесказанного количество изоляторов в натяжной гирлянде принимается равным 10 шт.

Линейная арматура гирлянды изоляторов предназначена для ее крепления к траверсе опоры и для крепления провода к гирлянде.

Расчет арматуры производится по методу разрушающих нагрузок. Коэффициент запаса прочности в нормальном режиме в условиях гололеда и ветра принимается равным 2,5 [15].

Выбор арматуры для поддерживающих гирлянд осуществляется по выражению

, (7.31)

5294,77950014486,95 Н.

Марки элементов линейной арматуры и их технические характеристики приведены в таблицах 7.7-7.10.

Таблица 7.7 - Технические характеристики узла крепления гирлянды к траверсе опоры марки КГП-7-1

Основные размеры, мм	Минимальная разрушающая нагрузка, Н	Масса, кг
D	Н	L
16	82	80	70000	0,8

Таблица 7.8 - Технические характеристики ушка марки У 1-7-16

Основные размеры, мм	Минимальная разрушающая нагрузка, Н	Масса, кг
B2	D	H
58	17	96,5	70000	0,67

Таблица 7.9 - Технические характеристики глухого поддерживающего зажима марки ПГН-2-6

Основные размеры, мм	Диаметр проводов, мм	Минимальная разрушающая нагрузка, Н	Масса, кг
L	H
192	55	9,6-12,6	25000	0,71

Таблица 7.10 - Технические характеристики серьги марки СР-7-16

Основные размеры, мм	Минимальная разрушающая нагрузка, Н	Масса, кг
H	D	H1
99,4	42	65	70000	0,30

Выбор арматуры для натяжных гирлянд осуществляется по выражению:

(7.32)

12079,35294,77950025057,474 Н.

Для натяжной гирлянды выбирается узел крепления гирлянды к траверсе опоры КГП-7-1, серьга СР-7-16, ушко У 1-7-16 с минимальной разрушающей нагрузкой 70000 Н, натяжной болтовой зажим НБ-2-6 с минимальной разрушающей нагрузкой 57000 Н.

После выбора изоляторов и арматуры определяются фактические вес и длина поддерживающей гирлянды:

(7.33)

(7.34)

где - количество изоляторов в гирлянде, шт;

, - вес одного изолятора и суммарный вес элементов арматуры, кг;

, - высота одного изолятора и суммарная высота элементов арматуры, мм.

(94,50,8+0,670,71+0,3)10429,8 Н,

91278296,555+651441,5 мм1,442 м.

Полученное значение длины гирлянды изоляторов оказалось больше, чем значение длины гирлянды изоляторов , заложенное в расчеты допустимой стрелы провеса провода [f](л = 1,3 м). Значит, следует пересчитать [f]по формуле (7.4) с учетом изменившегося значения л:

.

Затем сравниваются с полученными значениями стрел провеса провода в режиме высшей температуры и режиме гололеда без ветра:

- для режима высшей температуры ;

- для режима гололеда без ветра .

Условия выполняются - значит, расстояние от провода до земли будет не менее допустимого.

Защита проводов и троса от вибрации.

При воздействии ветра в проводах и тросах ВЛ могут возникнуть колебательные процессы - вибрации. Длительное воздействие вибрации на провод может привести в местах его крепления к изолятору к поломке отдельных проволок провода и в конечном счете вызовет его обрыв.

Так как местность, по которой проходит проектируемая линия, относится к типу С по условиям воздействия ветра, то согласно [15] защита проводов и тросов от вибрации не требуется.

7.4 Расстановка опор по профилю трассы

При проектной расстановке опор по профилю трассы должны выполняться два основных условия [15]:

1) расстояния от проводов до поверхности земли должны быть не меньше требуемых;

2) нагрузки, воспринимаемые опорами, не должны превышать значений, установленных для данного типа опор.

На заданном профиле трассы расстановка опор производится с помощью специального шаблона. Шаблон представляет собой три кривые провисания провода, сдвинутые относительно друг друга, построенные в виде парабол для режима, при котором возникает наибольшая стрела провеса. Такими режимами могут быть либо режим гололеда без ветра, либо режим максимальной температуры.

Режим максимальной стрелы провеса определяется вычислением критической температуры , при которой стрела провеса провода при отсутствии гололеда и ветра достигает такого же значения, как и при гололеде без ветра [15]:

(7.35)

где - напряжение в проводе при гололеде без ветра, .

Если , то наибольшая стрела провеса будет возникать при , иначе - при гололеде без ветра.

Так как 39,948 > 20 , следовательно, наибольшая стрела провеса будет возникать в режиме гололеда без ветра.

Кривая провисания провода строится на основе уравнения

, (7.36)

где - удельная нагрузка и напряжение в проводе в режиме, отвечающем наибольшей стреле провеса;

1,131.

Результаты расчета кривой провисания провода представлены в таблице 7.11.

Таблица 7.11 - Данные для построения шаблона

Х, м	25	50	75	100	125	150
Y, м	0,707	2,828	6,362	11,310	17,672	25,448

Чертёж профиля трассы выполняется в разных масштабах по вертикали и горизонтали. Принимая масштаб по вертикали 500, а по горизонтали 5000, составим таблицу для построения шаблона.

Таблица 7.12 - Данные для построения шаблона

Х, мм	5	10	15	20	25	30
Y, мм	1,414	5,655	12,724	22,620	35,344	50,895

Разбивочный шаблон представлен на рисунке 7.2, где изображены три кривые: 1 - кривая провисания нижнего провода. Кривая 2, называемая габаритной, сдвинута по вертикали вниз от кривой 1 на расстояние требуемого габарита от земли 7 м. Кривая 3, называемая земляной, сдвинута от кривой 1 на расстояние , представляющее высоту подвеса нижнего провода над землей и равное 1917,558 м.

Рисунок 7.2 - Разбивочный шаблон

Схема расстановки опор по профилю трассы изображена на рисунке 7.3.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 7.3 - Схема расстановки опор

В анкерном участке с различными пролетами между промежуточными опорами происходит выравнивание напряжения в проводах во всех пролетах. Это напряжение соответствует так называемому приведенному пролету, который определяется по выражению:

, (7.37)

где - длина i-го пролета в анкерном участке, м;

- количество пролетов в анкерном участке;

Расхождение с длиной расчётного пролёта 171 м составляет 8,9 %, что лежит в пределах допустимой погрешности 10 %, следовательно, механический расчет проводов и тросов можно считать удовлетворительным.

После расстановки промежуточных опор по профилю трассы производится их проверка на прочность. Условиями нормальной работы опор являются [15]:

, (7.38)

. (7.39)

где - фактический ветровой пролет равен полу сумме длин пролетов по обе стороны от опоры, м;

- фактический весовой пролет равен расстоянию между низшими точками кривых провисания провода в пролетах, примыкающих к опоре, определяется графически, м.

Результаты расчета фактических ветровых и весовых пролетов представлены в таблице 7.13.

Таблица 7.13 - Сравнение ветровых и весовых пролетов с допустимыми значениями

№ опоры	1	2	3	4	5	6
, м	188,75	183,75	187,5	186,25	187,5	183,75
, м	225	225	225	225	225	225
, м	180	190	195	182,5	185	182,5
, м	240	240	240	240	240	240

Из сравнения полученных ветровых и весовых пролётов с допустимыми, видно, что условия нормальной работы опор выполняются.

7.5 Расчет монтажных стрел провеса проводов и троса

Учитывая то, что монтаж проводов проводится в отсутствие ветра и гололеда, но при любой температуре воздуха, монтажный расчет, в отличие от механического расчета провода, проводится для режимов, которые характеризуются удельной нагрузкой и температурой монтажа . Другое отличие состоит в том, что в качестве длины пролета должна быть принята величина приведенного пролета . Перед выполнением монтажного расчета необходимо определить исходный режим из соотношений величин трех критических пролетов и приведенного пролета .

Расчет напряжения при монтаже осуществляется с помощью уравнения

, (7.40)

где 278,204 , 120 и -10 .

Стрела провеса в интересующем пролете , м, определяется по выражению

, (7.41)

где - длина фактического пролета, полученного в результате расстановки опор по трассе, м.

Тяжение в проводе в монтажном режиме рассчитывается по формуле

, (7.42)

где - напряжение в проводе (тросе) при температуре монтажа, Н/мм².

Расчёты производятся с помощью программы Excel. Результаты расчета напряжений, монтажных стрел провеса и тяжения провода представлены в таблице 7.14.

Таблица 7.14 - Данные для построения монтажных графиков провода

,	Напряжение,	Стрела провеса в пролете, м	Тяжение, Н
		172,5 м	195 м
-40	17,16	7,543	9,639	1360,788
-35	17,025	7,603	9,716	1350,083
-30	16,893	7,662	9,792	1339,615
-25	16,765	7,721	9,866	1329,465
-20	16,639	7,779	9,941	1319,473
-15	16,516	7,837	10,015	1309,719
-10	16,395	7,895	10,089	1300,124
-5	16,277	7,952	10,162	1290,766
0	16,162	8,009	10,234	1281,647
5	16,049	8,065	10,306	1272,686
10	15,938	8,121	10,378	1263,883
15	15,83	8,177	10,449	1255,319
20	15,724	8,232	10,520	1246,913

Расчет монтажных стрел провеса грозозащитного троса выполняется по условию требуемой защиты проводов тросом в грозовом режиме (15 ⁰С).

Порядок расчета монтажных стрел троса следующий:

1. Определяется стрела провеса провода в габаритном пролете при грозовом режиме (,15 ):

, (7.43)

где - напряжение в проводе при грозовом режиме (определяется по уравнению состояния провода при 15 );

2. Определяется стрела провеса троса в габаритном пролете при грозовом режиме исходя из требуемого расстояния z для габаритного пролета:

, (7.44)

9,921,44233,8410,522 м.

3. По стреле провеса троса вычисляется напряжение в тросе в грозовом режиме:

, (7.45)

4. Принимая в качестве исходного грозовой режим (, , 15 ), по уравнению состояния троса определим напряжение в тросе при изменении температуры монтажа :

(7.46)

5. Стрела провеса троса в пролете длиной при известном напряжении определится как:

(7.47)

Расчёты производятся с помощью программы Excel. Результаты расчета напряжений, монтажных стрел провеса и тяжения троса приведены в таблице 7.15.

Таблица 7.15 - Данные для построения монтажных графиков троса

,	Напряжение,	Стрела провеса в пролете, м	Тяжение, Н
		172,5 м	195 м
-40	35,828	8,305	10,613	1741,241
-35	35,682	8,339	10,657	1734,145
-30	35,537	8,373	10,700	1727,098
-25	35,394	8,407	10,743	1720,148
-20	35,253	8,441	10,786	1713,296
-15	35,113	8,474	10,829	1706,492
-10	34,976	8,508	10,872	1699,834
-5	34,839	8,541	10,914	1693,175
0	34,704	8,574	10,957	1686,614
5	34,571	8,607	10,999	1680,151
10	34,439	8,640	11,041	1673,735
15	34,309	8,673	11,083	1667,417
20	34,18	8,706	11,125	1661,148

Монтажные графики зависимостей напряжений, тяжений и стрел провеса от температуры монтажа приведены на рисунках 7.4 и 7.5.

Рисунок 7.4 - Монтажные графики провода

Рисунок 7.5 - Монтажные графики троса

8. Мероприятия по безопасности жизнедеятельности

8.1 Расчет заземления подстанции "Домнино"

Площадь заземляющего устройства составляет 1620 м ². Заземлитель предполагается выполнить из горизонтальных полосовых электродов сечением 255 мм и вертикальных электродов круглого сечения длиной 4,5 м и диаметром 15 мм. Глубина заложения электродов составляет 0,7 м.

Удельное сопротивление верхнего слоя грунта составляет 350 Омм (с учетом промерзания грунта), нижнего слоя грунта 50 Омм. Толщина верхнего слоя грунта равна 2,5 м. Естественных заземлителей нет.

Расчет заземлителей производится по допустимому напряжению прикосновения [3].

Время отключения короткого замыкания составляет 0,15 с (п. 5.2). Согласно [16] при времени отключения 0,15 с допустимое напряжение прикосновения составляет 400 В.

Все расчеты производятся согласно [17].

Предварительная схема заземлителя представлена на рисунке 8.1.



Рисунок 8.1 - Предварительная схема заземлителя

Напряжение на заземлителе при однофазном коротком замыкании, В, определяется по формуле:

(8.1)

где - предельно допустимое напряжение прикосновения, В;

- коэффициент прикосновения, рассчитываемый по формуле

, (8.2)

где - параметр, зависящий от соотношения , и принимаемый равным 0,79;

- коэффициент, определяемый по формуле

, (8.3)

где - сопротивление человека, принимаемое равным 1000 Ом;

- сопротивление растеканию тока от ступней, Ом, равное ;

- длина горизонтальных заземлителей, равная 765 м;

- расстояние между вертикальными заземлителями, равное

, (8.4)

где - длина заземлителя, м;

- ширина заземлителя, м;

- количество вертикальных заземлителей, шт;

Таким образом, напряжение на заземлителе, равное 3571,429 В, меньше допустимого напряжения, равного 10000 В [3].

Допустимое сопротивление заземляющего устройства, Ом, определяется по формуле

(8.5)

где - ток, стекающий с заземлителя проектируемого заземляющего устройства при однофазном коротком замыкании, А, равный

(8.6)

где - эквивалентное индуктивное сопротивление нулевой последовательности относительно точки короткого замыкания, Ом;

- сопротивление нулевой последовательности трансформаторов подстанции, Ом;

4,4119,95743,352,38 кА,

4,4119,95743,352,03 кА,

2,38; 2,032,38 кА,

Действительный план заземляющего устройства заменяется расчетной квадратной моделью со стороной 40,249 м. Расчетная модель представлена на рисунке 8.2.

Рисунок 8.2 - Расчетная модель

Число ячеек по стороне квадрата рассчитывается по формуле

(8.7)

и принимается равным 9.

Длина горизонтальных полос в расчетной модели , м, определяется по формуле

, (8.8)

40,2499804,984.

Длина стороны ячейки расчетной модели, м, равна

, (8.9)

40,24994,472.

Число вертикальных заземлителей, равномерно распределенных по периметру расчетной модели заземляющего устройства, рассчитывается по формуле

, (8.10)

40,2494,535,777,

и принимается равным 36.

Общая длина вертикальных заземлителей расчетной модели, м, составит

, (8.11)

4,536162.

Относительная глубина, м, определяется по формуле

, (8.12)

4,50,740,2490,129.

Общее сопротивление сложного заземлителя, Ом, рассчитывается по формуле

(8.13)

где - эквивалентное удельное сопротивление земли, Омм.

Эквивалентное удельное среднее сопротивление земли , Омм, определяется по формуле:

(8.14)

При соотношении

(8.15)

.

- параметр, рассчитываемый при по формуле

, (8.16)

0,1290,353.

что меньше допустимого 1,501 Ом.

Напряжение прикосновения, В, рассчитывается по формуле

, (8.17)

0,1124,410,568280,547, что меньше допустимого 400 В.

8.2 Расчет молниезащиты подстанции "Домнино"

В соответствии с [18] для проектируемой подстанции должна быть выполнена молниезащита II категории.

Для защиты подстанции от прямых ударов молнии устанавливаются два стержневых молниеотвода. Один находится на анкерной опоре отходящей линий электропередач 110 кВ, второй - на территории подстанции. Расположение стержневых молниеотводов показано на рисунке 8.3. Расстояние между молниеотводами L составляет 63 м.



Рисунок 8.3 - Зона защиты двух стержневых молниеотводов: 1-габариты ОРУ 110 кВ; 2-габариты силовых трансформаторов 110/10 кВ; 3-габариты ТСН и КРУ 10 кВ; 4-габариты ОПУ; 5-стержневые молниеотводы

При установке двух стержневых молниеотводов расчеты должны проводится для случая зоны защиты типа Б, которой соответствует степень надежности 0,95. Зона защиты представлена на рисунке 8.3.

Все оборудование, расположенное на территории подстанции, группируется в блоки, которые представляются при расчете параллелепипедами с габаритами соответствующего оборудования (рисунок 8.3). Габаритная высота блока ОРУ 110 кВ составляет 7,6 м, блока силовых трансформаторов 110/10 кВ - 5,8 м, блока ТСН и КРУ 10 кВ - 3,8, блока ОПУ - 3,8 м.

Все расчеты проводятся в соответствии с [18].

Наибольшая высота зоны защиты , м, определяется по формуле

, (8.18)

где - высота молниеотвода, м;

26=23,920.

Торцевой радиус зоны защиты на уровне земли рассчитывается по формуле

, (8.19)

26=39,000 м.

Размеры внутренних областей определяются параметрами и , первый из которых задает максимальную высоту зоны непосредственно у молниеотводов, а второй - минимальную высоту зоны посередине между молниеотводами.

При расстоянии между молниеотводами, удовлетворяющем условию высота определяется по выражению:

, (8.20)

23,920-0,14(63-26)=18,740 м.

Максимальная полуширина зоны защиты посередине между молниеотводами на уровне земли принимается в этом случае равной радиусу и составляет 39,000 м.

Торцевой радиус зоны защиты и полуширина зоны защиты посередине между молниеотводами на уровне определяются по формулам:

, (8.21)

. (8.22)

Торцевой радиус зоны защиты и полуширина зоны защиты посередине между молниеотводами рассчитываются на разных высотах, соответствующих высотам блоков оборудования. Результаты расчета представлены в таблице 8.1 и на рисунке 8.3.

Таблица 8.1 - Результаты расчета ширины зоны молниезащиты

Название блока оборудования	Номер границы зоны защиты	Высота блока оборудования , м	, м	,м
ОПУ	Зона 2	3,8	32,804	31,092
ТСН и КРУ 10 кВ	Зона 2	3,8	32,804	31,092
силовые трансформаторы 110/10 кВ	Зона 3	5,8	29,543	26,930
ОРУ 110 кВ	Зона 4	7,6	26,609	23,184

Очевидно, что для обеспечения надежной защиты от прямых ударов молнии, необходимо чтобы все оборудование охватывалось зоной 1, ОПУ охватывалось зоной 2, ТСН и КРУ 10 кВ - зоной 2, силовые трансформаторы 110/10 кВ - зоной 3, ОРУ 110 кВ - зоной 4.

Как видно из рисунка 8.3 указанные выше требования соблюдаются, следовательно, все оборудование, находящееся на территории подстанции, защищено с надежностью 0,95.

8.3 Техника безопасности при профилактических испытаниях изоляции воздушных линий электропередачи в действующих электроустановках

На ВЛ должны выполняться следующие проверки и измерения:

проверка состояния трассы ВЛ - при проведении осмотров и измерения габаритов от проводов до поросли - при необходимости;

проверка загнивания деталей деревянных опор - через 3-6 лет после ввода ВЛ в эксплуатацию, далее - не реже 1 раза в 3 года, а также перед подъемом на опору или сменой деталей;

проверка визуально состояния изоляторов и линейной арматуры при осмотрах, а также проверка электрической прочности подвесных тарельчатых фарфоровых изоляторов первый раз на 1-2-м, второй раз на 6-10-м годах после ввода В Л в эксплуатацию и далее с периодичностью, приведенной в "Типовой инструкции по эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением 35-800 кВ" в зависимости от уровня отбраковки и условий работы изоляторов на ВЛ;

проверка состояния опор, проводов, тросов при проведении осмотров;

проверка состояния болтовых соединений проводов ВЛ напряжением 35 кВ и выше путем электрических измерений не реже 1 раза в 6 лет; болтовые соединения, находящиеся в неудовлетворительном состоянии, подвергаются вскрытию, а затем ремонтируются или заменяются;

проверка и подтяжка бандажей, болтовых соединений и гаек анкерных болтов - не реже 1 раза в 6 лет;

выборочная проверка состояния фундаментов и 17-образных болтов на оттяжках со вскрытием грунта - не реже 1 раза в 6 лег,

проверка состояния железобетонных опор и приставок - не реже I раза в 6 лет;

проверка состояния антикоррозионного покрытия металлических опор и траверс, металлических подножников и анкеров оттяжек с выборочным вскрытием грунта - не реже. I раза в 6 лет;

проверка тяжения в оттяжках опор - не реже I раза в 6 лет;

измерения сопротивления заземления опор, а также повторных заземлений нулевого провода;

измерения сопротивления петли фаза-нуль на В Л напряжением до 1000 В при приемке в эксплуатацию, в дальнейшем - при подключении новых потребителей и выполнении работ, вызывающих изменение этого сопротивления;

проверка состояния опор, проводов, тросов, расстояний от проводов до поверхности земли и различных объектов', до пересекаемых сооружении - при осмотрах ВЛ.

Неисправности, обнаруженные при осмотре В Л и производстве проверок и измерений должны быть отмечены в эксплуатационной документации и в зависимости от их характера устранены в кратчайший срок или при проведении технического обслуживания, или капитального ремонта ВЛ.

При выполнения данных работ должны соблюдаться правила техники безопасности:

· Работы на опорах и с опорами

Работы по замене элементов опор, монтажу и демонтажу опор и проводов, замене гирлянд изоляторов ВЛ должны выполняться по технологической карте или ППР.

Подниматься на опору и работать на ней разрешается только после проверки достаточной устойчивости и прочности опоры, особенно ее основания.

Прочность деревянных опор должна проверяться замером загнивания древесины с откапыванием опоры на глубину не менее 0,5 м. Для определения прочности железобетонных опор и приставок должно проверяться отсутствие недопустимых трещин в бетоне, оседания или вспучивания грунта вокруг опоры, разрушения бетона опоры (приставки) с откапыванием грунта на глубину не менее 0,5 м.

На металлических опорах должно проверяться отсутствие повреждений фундаментов, наличие всех раскосов и гаек на анкерных болтах, состояние оттяжек, заземляющих проводников.

Необходимость и способы укрепления опоры, прочность которой вызывает сомнение (недостаточное заглубление, вспучивание грунта, загнивание древесины, трещины в бетоне и т. п.), должны определяться на месте производителем или ответственным руководителем работ.

Работы по укреплению опоры с помощью растяжек следует выполнять без подъема на опору, т. е. с телескопической вышки или другого механизма для подъема людей, с установленной рядом опоры, либо применять для этого специальные раскрепляющие устройства, для навески которых не требуется подниматься по опоре.

Подниматься по опоре разрешается только после ее укрепления.

Опоры, не рассчитанные на одностороннее тяжение проводов и тросов и временно подвергаемые такому тяжению, должны быть предварительно укреплены во избежание их падения.

До укрепления опор не допускается нарушать целостность проводов и снимать вязки на опорах.

Подниматься на опору разрешается членам бригады, допущенным к верхолазным работам и имеющим следующие группы:

III - при всех видах работ до верха опоры;

II - при работах, выполняемых с отключением ВЛ, до верха опоры, а при работах на нетоковедущих частях неотключенной ВЛ -не выше уровня, при котором от головы работающего до уровня нижних проводов этой ВЛ остается расстояние 2 м. Исключение составляют работы по окраске опор (п. 4.15.17 настоящих Правил).

Отдельные виды работ на высоте должны выполнять не менее двоих работников, имеющих группы, установленные настоящими Правилами для выполнения этих работ.

При подъеме на деревянную и железобетонную опоры строп предохранительного пояса следует заводить за стойку.

Не разрешается на угловых опорах со штыревыми изоляторами подниматься и работать со стороны внутреннего угла.

При работе на опоре следует пользоваться предохранительным поясом и опираться на оба когтя (лаза) в случае их применения.

При работе на стойке опоры располагаться следует таким образом, чтобы не терять из виду ближайшие провода, находящиеся под напряжением.

При замене деталей опоры должна быть исключена возможность ее смещения или падения.

Не разрешается откапывать сразу обе стойки опоры при замене одинарных и сдвоенных приставок П- и АП-образных опор. Следует заменить приставку на одной стойке опоры, закрепить бандажи и утрамбовать землю и только тогда приступать к замене приставок на другой стойке. Заменять сдвоенные приставки необходимо поочередно.

Не разрешается находиться в котловане при вытаскивании или опускании приставки.

Способы валки и установки опоры, необходимость и способы ее укрепления во избежание отклонения определяет ответственный руководитель работ. В случае применения оттяжек с крюками последние должны быть снабжены предохранительными замками.

При работах на изолирующих подвесках разрешается перемещаться по поддерживающим одноцепным и многоцепным (с двумя и более гирляндами изоляторов) и по натяжным многоцепным подвескам.

Работа на одноцепной натяжной изолирующей подвеске допускается при использовании специальных приспособлений или лежа на ней и зацепившись ногами за траверсу для фиксации положения тела.

При работе на поддерживающей изолирующей подвеске строп предохранительного пояса должен быть закреплен за траверсу. Если длина стропа недостаточна, необходимо пользоваться закрепленными за пояс двумя страховочными канатами. Один канат привязывают к траверсе, а второй, предварительно заведенный за траверсу, подстраховывающий член бригады подает по мере необходимости.

При работе на натяжной изолирующей подвеске строп предохранительного пояса должен быть закреплен за траверсу или за предназначенное для этой цели приспособление.

На поддерживающих и натяжных многоцепных изолирующих подвесках допускается закреплять строп предохранительного пояса за одну из гирлянд изоляторов, на которой работа не ведется. Не допускается закреплять этот строп за гирлянду, на которой идет работа.

В случае обнаружения неисправности, могущей привести к расцеплению изолирующей подвески, работа должна быть прекращена.

Не разрешается при подъеме (или опускании) на траверсы проводов, тросов, а также при их натяжении находиться на этих траверсах или стойках под ними.

Выбирать схему подъема груза и размещать подъемные блоки следует с таким расчетом, чтобы не возникали усилия, которые могут вызвать повреждение опоры.

Окраску опоры с подъемом до ее верха могут с соблюдением требований п. 4.15.6 настоящих Правил выполнять работники, имеющие группу П. При окраске опоры должны быть приняты меры для предотвращения попадания краски на изоляторы и провода (например, применены поддоны).

Если на отключенной ВЛ (цепи), находящейся под наведенным напряжением, не удается снизить это напряжение до 25 В, необходимо работать с заземлением проводов только на одной опоре или на двух смежных. При этом заземлять ВЛ (цепь) в РУ не допускается. Допускается работа бригады только с опор, на которых установлены заземления, или на проводе в пролете между ними.

При необходимости работы в двух и более пролетах (участках) ВЛ (цепь) должна быть разделена на электрически не связанные участки посредством разъединения петель на анкерных опорах. На каждом из таких участков у мест установки заземлений может работать лишь одна бригада.

На отключенной цепи многоцепной ВЛ с расположением цепей одна над другой можно работать только при условии, что эта цепь подвешена ниже цепей, находящихся под напряжением. Не допускается заменять и регулировать провода отключенной цепи.

При работе на одной отключенной цепи многоцепной ВЛ с горизонтальным расположением цепей на стойках должны быть вывешены красные флажки со стороны цепей, оставшихся под напряжением. Флажки вывешивают на высоте 2-3 м от земли производитель работ с членом бригады, имеющим группу III.

Подниматься на опору со стороны цепи, находящейся под напряжением, и переходить на участки траверс, поддерживающих эту цепь, не допускается. Если опора имеет степ-болты, подниматься по ним разрешается независимо от того, под какой цепью они расположены. При расположении степ-болтов со стороны цепей, оставшихся под напряжением, подниматься на опору следует под наблюдением находящегося на земле производителя работ или члена бригады, имеющего группу III.

При работе с опор на проводах отключенной цепи многоцепной ВЛ, остальные цепи которой находятся под напряжением, заземление необходимо устанавливать на каждой опоре, на которой ведутся работы.

· Расчистка трассы от деревьев

Работы по расчистке трассы ВЛ от деревьев выполняются с учетом требований Правил по охране труда в лесозаготовительном, деревообрабатывающем производствах и при проведении лесохозяйственных работ (ПОТ Р М 001-97).

Работы по расчистке трассы ВЛ от деревьев выполняются по наряду или распоряжению.

До начала валки деревьев рабочее место должно быть расчищено. В зимнее время для быстрого отхода от падающего дерева следует проложить в снегу две дорожки длиной 5-6 м под углом к линии его падения в сторону, противоположную падению. Не разрешается влезать на подрубленные и подпиленные деревья.

Производитель работ должен перед началом работы предупредить всех членов бригады об опасности приближения сваливаемых деревьев, канатов и т. п. к проводам ВЛ.

Во избежание падения деревьев на провода до начала рубки должны быть применены оттяжки.

Не допускается валить деревья без подпила или подруба, а также делать сквозной пропил дерева. Наклоненные деревья следует валить в сторону их наклона, но при угрозе падения деревьев на ВЛ их валка не разрешается до отключения ВЛ.

Не допускается в случае падения дерева на провода приближаться к нему на расстояние менее 8 м до снятия напряжения сВЛ.

О предстоящем падении сваливаемого дерева пильщики должны предупредить других рабочих. Стоять со стороны падения дерева и с противоположной стороны не разрешается.

Не допускается оставлять неповаленным подрубленное и подпиленное дерево на время перерыва в работе или при переходе к другим деревьям.

Перед валкой гнилых и сухостойких деревьев необходимо опробовать их прочность, а затем сделать подпил. Не допускается подрубать эти деревья.

Не допускается групповая валка деревьев с предварительным подпиливанием и валка с использованием падения одного дерева на другое. В первую очередь следует сваливать подгнившие и обгоревшие деревья.

· Обходы и осмотры

При обходах и осмотрах ВЛ назначать производителя работ не обязательно. Во время осмотра ВЛ не допускается выполнять какие-либо ремонтные и восстановительные работы, а также подниматься на опору и ее конструктивные элементы. Подъем на опору допускается при верховом осмотре ВЛ. Проведение целевого инструктажа обязательно.

В труднопроходимой местности (болота, водные преграды, горы, лесные завалы и т. п.) и в условиях неблагоприятной погоды (дождь, снегопад, сильный мороз и т. п.), а также в темное время суток осмотр ВЛ должны выполнять не менее двух работников, имеющие группу II, один из которых назначается старшим. В остальных случаях осматривать ВЛ может один работник, имеющий группу П.

Не разрешается идти под проводами при осмотре ВЛ в темное время суток.

При поиске повреждений осматривающие ВЛ должны иметь при себе предупреждающие знаки или плакаты.

При проведении обходов должна быть обеспечена связь с диспетчером.

Не разрешается приближаться на расстояние менее 8 м к лежащему на земле проводу ВЛ напряжением выше 1000 В, к находящимся под напряжением железобетонным опорам ВЛ напряжением 6-35 кВ при наличии признаков протекания тока замыкания на землю (повреждение изоляторов, прикосновение провода к телу опоры, испарение влаги из почвы, возникновение электрической дуги на стойках и в местах заделки опоры в грунт и др.). В этих случаях вблизи провода или опоры следует организовать охрану для предотвращения приближения к месту замыкания людей и животных, установить по мере возможности предупреждающие знаки или плакаты, сообщить о происшедшем владельцу ВЛ.

Заключение

В представленной выпускной квалификационной работе рассмотрен выбор основных элементов и анализ режимов электрической сети 110 кВ в связи с проектированием подстанции "Домнино", предназначенной для питания потребителей промышленного и коммунально-бытового назначения.

Питание подстанции "Домнино" спроектировано от подстанции "Костылево" по двум одноцепным воздушным линиям электропередач напряжением 110 кВ. Проектируемые линии выполняются на стальных опорах проводом марки АС-70/11. Главная схема подстанции "Домнино" - два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линий. На подстанции устанавливаются два трансформатора ТДН - 16000/110, снабженных устройствами регулирования напряжения под нагрузкой.

Для проектируемой электрической сети выполнены расчеты параметров режимов максимальных нагрузок, минимальных нагрузок и наиболее тяжелых послеаварийных режимов. Анализ режимов показал, что спроектированная электрическая сеть обеспечивает во всех режимах работы требуемые уровни напряжения в центрах питания 10 кВ...