Механический расчет ЛЭП напряжением 330 кВ

Исходные данные для проектирования:

Выполнить проверочные расчеты на прочность одноцепной воздушной линии электропередач напряжением 330 кВ, проходящей по ненаселенной местности. Воздушная линия сооружается на промежуточных металлических опорах типа

П330 - 3 с использованием провода марки AC 400/51. Длина габаритного пролета L=495м.. В районе сооружения ЛЭП имеют место следующие климатические условия:

1) Район по гололёду-IV;

2) Район по ветровой нагрузке-III;

3) Температура высшая (tmax) = 35°C;

4) Температура низшая (tmin) = -35°C;

5) Температура э среднегодовая (t э) = 0°C;

6) Температура гололедообразования (t r) = -5°C

1. Определение физико-механических характеристик провода и троса

1.1 Конструкция провода

Обозначение: AC 400/51 - АС - сталеалюминевый

- 400 и 51- площади сечения алюминиевой стальной частей провода (соотв.) в мм2

Конструкция провода

Для провода AC 400/51 а = = 7.71

Таблица 1.1. Конструкция провода AC 400/51

Для провода АС 400/51 а = А/С = 394/51,1=7,71

Рис. 1.1. Конструкция провода АС 400/51 Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

- алюминиевая проволока; Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

- стальная проволока

1.2 Механические характеристики и допускаемые напряжения провода АС 400/51

Таблица 1.2

Таблица 1.3. Сводная таблица физико-математических характеристик провода

2. Физико-механические характеристики унифицированной стальной опоры типа П-330-3

Опора типа П-330-3 промежуточная, рассчитанная на напряжение 330 кВ, одноцепная для заданных климатических условий и провода имеет паспортные данные.

Таблица 2.1

Примечание: Длина поддерживающей гирлянды изоляторов (для 330 кВ) = 3,5м.

Рис. 2.1. Опора П-330-3

3. Определение высоты приведенного центра тяжести провода и троса

3.1 Определение наибольших стрел провеса провода [fпр] и грозозащитного троса [fтр]

Согласно ПУЭ наименьшее допускаемое расстояние от провода до земли в населенной местности, доступной для транспорта и сельскохозяйственных машин для напряжения 330 кВ составляет Г=7,5 метров. Расчет грозозащитного троса производится в условия соблюдения расстояний между проводами и тросом и проводом в середине пролета. Наименьшее расстояние по вертикали между тросом и проводом в середине пролета (ZТ) при температуре 15С без ветра, требуемое ПУЭ для Lгаб=495 м. составляет: ZТ =8,425

Рис. 3.1. Схема подвеса проводов и троса на опорах

Н - высота опор: 37,5м;

- длина гирлянды: 3,5м;

Г - габарит:7,5м;

h = 0,2-0,3 м. - поправка на неровность почвы;

ZТ - расстояние между нижними точками провеса провода и троса: 8,425м

[fПР] - допустимая стрела провеса провода;

[fТР] - допустимая стрела провеса троса.

Из рисунка 3.1. видно, что:

[fПР] = h1--Г-h =25,5-3,5-7,5-0,2=14,3 м.

3.2 Средняя высота подвеса провода

Для опор башенного типа средняя высота подвеса проводов:

м

Высота приведенного центра тяжести провода:

hПР=hСР- 2/3[fПР]=33-2/3*14,3=33-9,53=23,47 м.

4. Определение погонных (единичных) и приведенных удельных нагрузок на элементы воздушных линий электропередач

Исходные данные: Сталеалюминевый провод АС400/51для воздушных линий 330 кВ, ветровой район - VI , район по гололеду - III .

Провод АС 400/51: общее сечение 445,1 мм2; диаметр 27,5 мм., масса одного километра 1490 кг.

Внешние нагрузки на ЛЭП можно разделить на следующие виды:

1. Собственный вес - вертикальная нагрузка.

2. Ветровая нагрузка - горизонтальная

3. Гололедная нагрузка - вертикальная

4. Комбинация перечисленных нагрузок

Погонная (единичная) нагрузка - нагрузка на 1 метр длины.

Обозначение: Pi: []

Удельная нагрузка - единичная нагрузка, приведенная на 1 мм2 сечения.

Обозначение: i: []

,

где S - площадь фактического сечения провода.

4.1 Нагрузка от собственного веса

Рис. 4.1. Сила веса

Провод:

=1,49 .

.

4.2 Единичная нагрузка от веса гололеда

Рис. 4.2. Вес гололеда

P2=0.9Cmax(d+Cmax)*10-3

d - диаметр провода

Смах - максимальная толщина стенки гололеда.

Нормативная толщина стенки гололеда (в мм) для высоты 10 м. над поверхностью моря.

Таблица 4.1

Cmax=20;

4.3 Результирующая весовая нагрузка провода с гололедом

Рис. 4.3. Провод с гололедом

4.4 Ветровая нагрузка провод без гололеда

Рис. 4.4. Ветровая нагрузка

Где: q - скоростной напор ветра

Ветровая нагрузка

,

V - скорость ветра

Нормативные скоростные напоры и скорости ветра для высоты до 15 м. над землей

Таблица 4.2

Для III ветрового района: q = 50

V = 29

F - площадь метрового сечения метрового отрезка провода в мм2

Рис. 4.5. Продольное сечение 1 метра провода без гололеда

F = d*10-3 м2

F ПР = 27,5*10-3 м2

- угол между направлением ветра и проводом (тросом)

=90 0 => sin = 1

CX - аэродинамический коэффициент (коэффициент любого сопротивления), зависит от скорости ветра, плотности воздуха, формы, протяженности и шероховатости обдуваемой поверхности. Согласно ПУЭ Сх = 1,1 - для проводов и тросов более 20 мм, для проводов и тросов диаметром менее 20 мм. Сх = 1,2, а также для проводов и тросов любого диаметра, покрытых гололедом.

(q) - коэффициент, учитывающий неравномерность скоростного напора ветра.

Значение (q)

Таблица 4.3

Методом линейной интерполяции находим, что (q)=0,783

КН - коэффициент, учитывающий увеличение скоростного напора ветра по высоте (зависит от высоты приведенного центра тяжести провода)ю

Зависимость КН от hЦТприв

Таблица 4.4

КН =1;

Промежуточные значения определяются методами линейной интерполяции.

KL - коэффициент, зависящий от длины габаритного пролета.

Зависимость КL от lгаб

Таблица 4.5

=1;

4.5 Зависимость нагрузки на провод с гололедом

Рис. 4.6. Продольное сечение 1 метра провода с гололедом

q5 = 0.25q = 12.5

где q - нормативный скоростной напор ветра.

5 = (0,25q) = 1; Cx* = 1,2;

Fпр* = (d+2 Cmax)*10-3 =(27,5+2*20)* 10-3 =0,0675 м2

P5пр = 5KLKHCX*0.25qFпр* =1*1*1*1,2*12,5*0,0675=1,013

4.6 Результирующая нагрузка на провод при отсутствии гололеда

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Рис. 4.7. Нагрузка без гололеда

Р6==>

Р6пр = 1,493

3,354*10-3

4.7 Результирующая нагрузка на провод при ветре и гололеде

Рис. 4.8. Результирующая нагрузка

Р7 ==>

Р7 пр =4,296

9,652*10-3

Таблица 4.6. Единичные и удельные нагрузки на провод

Вывод: наибольшей нагрузкой на провод и трос является нагрузка P7, 7 , то есть при ветре и гололеде.

5. Вычисление критических пролетов. Выбор исходного режима для расчета провода

5.1 Уравнение состояния провода - зависимость напряжения в проводе от изменения нагрузки и температуры

Параметры:

I I tI - исходный режим

II II tII - состояние и климатический режим в котором находится провод.

L - расстояние между опорами,

Е - модуль упругости.

-температурный коэффициент расширения.

5.2 Определение критических пролетов

Определение 1: Критическим пролетом называется пролет (L), вычисленный из уравнения состояния провода при заданных исходных и конечных параметрах.

(I I tI II II tII)

Определение 2: Первым критическим пролетом называется пролет такой длины, при котором напряжение проводе в режиме среднегодовой температуры равно допускаемому напряжению в том же режиме (II=[tэ]), а в режиме наименьше температуры равно допускаемому напряжению при наименьшей температуре.

[I]= [tmin]

Определение 3: Вторым критическим пролетом называется пролет такой длины, при котором напряжение в проводе в режиме максимальных нагрузок и низких температур равно своим допускаемым напряжениям в этих режимах.

[II]=[max] I=[t min]

Определение 4: Третьим критическим пролетом называется пролет такой длины, при которой напряжение в проводе в режиме максимальной нагрузки и среднегодовой температуры равно своим допустимым напряжениям.

[II]=[tэ] I=[max]

5.3 Выбор исходного режима по соотношению критических пролетов

Таблица 5.1

Вывод: выполняется условие L 1кр> L 2кр> L 3кр, следовательно, L 2кр - расчетный пролет. Так как L габ> L 2кр, то

[max] - исходное напряжение.

6. Расчет на прочность и жесткость провода АС 400/51

6.1 Определение напряжений и стрел провеса для расчетных режимов

исх, исх, tисх выбираем из таблицы 6.1. => [исх]=[max]=12,2

исх=max=7=0,009652; tисх=tГ=-5C;

Рассчитаем по уравнению состояние провода i затем по формуле найдем стрелы провеса провода.

Таблица 6.1. Расчетные режимы провода

Расчет режимов:

;

Режим 1

[1]=[max]=12,2

Режим 2

= 12,19

Режим 3

=4,75

Режим 4

= 4,69

Режим 5

Режим 6

Режим 7

Результаты расчетов сведем в таблицу

Таблица 6.2. Напряжения и стрелы провеса в расчетных режимах

Выводы:

1. Для всех режимов условия прочности провода выполняются

=24,2м

2 .Условия жесткости выполняются во всех режимах.

6.2 Определение критической температуры

Критической температурой называется такая температура, при которой стрела провеса провода под действием собственного веса равна стреле провеса при наличие гололеда.

=46,5C

t max=+35C;

Вывод: Так как t max<tкр, то наибольшая стрела провеса будет при гололёде.

7. Расстановка опор по профилю трассы

изолятор провод механический

7.1 Построение разбивочного шаблона

Разбивочный шаблон представляет собой 3 квадратичные параболы. С его помощью производится расстановка опор по профилю трассы.

1 - кривая провисания, строится по уравнению

где Кш - масштабный коэффициент шаблона;

,

где fmax = 24,2м

- максимальная стрела провеса провода, lш = lгаб = 495 метров => Кш = 3,95

2 - габаритная кривая, hгаб = Г+h =7,5+0,2=7,7м

3 - земляная кривая, h0 = h1- = 25,5-3,5=22,0м

Таблица 7.1. Данные для построения параболы шаблона

7.2 Правила расстановки опор

1. Профиль трассы строится произвольно. Расстановка опор производится по длине анкерованного участка, и место установки первой анкерной опоры выбирается произвольно.

2. Шаблон устанавливается строго вертикально.

3. Левая ветвь земляной кривой 3 пересекает точку установки первой промежуточной опоры.

4. Шаблон устанавливается так, чтобы габаритная кривая 3 с профилем трассы будет местом установки следующей опоры.

7.3 Проверка правильности расстановки опор по профилю трассы

Определение 1: Габаритный пролет при расстановке опор на идеально ровной местности возможная наибольшая длина пролета может быть определена от максимальной стрелы провеса f, которую можно допустить при заданной высоте подвеса провода на опоре Н и минимальном габарите от провода до земли Г, требуемое ПУЭ, для линии данного напряжения.

Рис. 7.2. Габаритный пролет

Определение 2: Пролет, равный полусумме пролетов, прилегающих к одной опоре называется ветровым: lветр520 м = [lветр];

=500; lветр2 = =490 м; lветр3 ==518 м

Определение 3: Расстояние по горизонтали между нижними точками провеса в соседних пролетах называется ветровым пролетом.

Рис. 7.3. Рельеф местности

LВЕС<=[LПРвес]=540 м; Lвес1<[ lвес ] = 485 м; Lвес2<[ lвес ] = 460 м; Lвес2<[ lвес ]=540

При различных значениях пролета в пределах анкерного участка линии в проводах устанавливается напряжение, соответствующее значению так называемого приведенного пролета, определяемого по формуле:

467 м;

Длина приведенного пролета должна отличаться от lш=lгаб=430 м, не более чем на 10 %.

.

Если условие не выполняется, то расстановка опор проводится заново, принимая

lш = lпр

Заключение

В ходе выполненного курсового проекта были проведены проверочные расчеты на прочность и жесткость одноцепной воздушной линии электропередачи напряжением 330 кВ, проходящей по ненаселенной местности. ВЛ спроектирована на промежуточных опорах типа П-330-3 с использованием провода марки АС-400/51. Длина габаритного пролета составила 495 м. С помощью разбивочного шаблона произведена разметка профиля трассы ЛЭП и расстановка опор.

Литература

1. Крюков К.П., Новогородцев Б.П. «Конструирование и механический расчет ЛЭП», «Энергия», 1979 г.

2. Прикладная механика «Механический расчет конструкций высоковольтных воздушных линий и распред. устройств подстанций 35-330 кВ» Учебное пособие. Братск 2013г.

3. «ПУЭ», 1987 г.

4. Справочник по электротехническим установкам высокого напряжения, под редакцией Баунштейна и Бажанова, Москва, «Энергоатомиздат», 1989 г.

5. Справочник по сооружению ЛЭП напряжением 37-750 кВ, под редакцией Реута М.А., Москва, «Энергоатомиздат», 1990 г.

Размещено на Allbest.ru