Воздушные линии электропередач предназначены для передачи электроэнергии на расстояния. Основными элементами воздушных линий являются провода и тросы, опоры, изоляторы, линейная арматура и т.д.
В курсовом проекте необходимо произвести расчет линии электропередач 35 кВ в анкерном пролете на механическую прочность. Напряжения в проводе АС-150 и тросе ТК не должны превышать допустимых при любых погодных условиях, возможных в данной местности (II-й район по гололеду, III-й по ветровой нагрузке, высшая температура 30°С , низшая –25°С, среднегодовая 0°С). Стрелы провеса провода и троса также не должны превышать допустимых значений в любом режиме.
Проектирование механической части воздушных ЛЭП ставит своей главной задачей обеспечение высокой надежности работы ВЛ в естественных природных условиях. Это проектирование включает следующие основные этапы:
- расчет механических нагрузок на элементы ВЛ;
- выбор элементов ВЛ (опор, изоляторов, арматуры и др.);
- расчет элементов ВЛ на механическую прочность;
- расстановку опор по профилю трассы;
- расчет перехода через инженерное сооружение (линия связи);
- расчет монтажных стрел провеса проводов и тросов.
Целью выполнения курсового проекта является освоение основ проектирования механической части ВЛ.
Определение физико-механических характеристик провода и троса
На воздушных линиях напряжением 35 кВ и выше применяются многопроволочные сталеалюминевые провода различного сечения. На рисунке 1 приведена конструкция сталеалюминевого провода с номинальным сечением 150 мм². Стальная часть состоит из одного повива стальных проволок, алюминиевая из двух повивов алюминиевых проволок, навитых вокруг стальной части. Алюминий и сталь имеют различные механические характеристики. Однако практический расчет сталеалюминевых проводов ведется с использованием приведенных к проводу в целом: величины модуля упругости E, температурного коэффициента линейного удлинения a, допустимого напряжения [s], т.е. формально провод считается выполненным из одного металла. Физико-механические характеристики сталеалюминевого провода АС-150 приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Физико-механические характеристики сталеалюминевого провода АС-150
Характеристика
Значения
Сечение, мм2:
алюминиевой части
стальной части
суммарное
24,2
173,1
Диаметр провода, мм
17,1
Количество и диаметр проволок:
алюминиевых, шт мм
стальных, шт мм
26 2,7
7 2,1
Количество повивов, шт
алюминиевой части
стальной части
Удельная нагрузка от собственного веса, Н/м·мм2·10-3
34,60
Допустимое напряжение, Н/мм2:
при среднегодовой температуре
при низшей температуре
при наибольшей нагрузке
Рисунок 1 – Конструкция провода АС-150
В качестве грозозащитного троса на ВЛ используются многопроволочные стальные канаты марки ТК. На ВЛ 150 кВ подвешиваются тросы с номинальным сечением 35 мм². Физико-механические характеристики грозозащитных тросов приведены в таблице 2. Конструкция троса ТК-35 приведена на рис. 2
Таблица 2 – Физико-механические характеристики грозозащитного троса ТК-35.
Удельная нагрузка от собственного веса, Н/м·мм²·10-3
Продолжение таблицы 2
Допустимое напряжение, Н/мм2:
при среднегодовой температуре
при низшей температуре
при наибольшей нагрузке
Рисунок 2 – Конструкция троса ТК-35
2 Выбор унифицированной опоры
При строительстве ВЛ используются, как правило, унифицированные опоры. Унификация обозначает объединение опор в единую систему конструкций, сокращение их типоразмеров и устанавливают для каждой опоры область применения.
Для моего варианта задания наиболее подходит металлическая опора марки ПБ35-3, которая изображена на рисунке 3. Согласно принятой унификации данная опора может использоваться с проводами сечением 150 мм², в II, III районах по гололеду. Технические характеристики опоры ПБ35-3 представлены в таблицах 3, 4.
Таблица 3 – Основные размеры опоры ПБ35-3
Размеры по рис. 3, м
Марка прово-да
H
h1
h2
h3
a1
a2
a3
B
22,6
2,0
14,15
4,0
1,75
1,75
1,0
3,00
АС-150
Таблица 4 – Технические характеристики опоры ПБ35-3
Марка провода
Район по гололеду
Пролет, м
Масса, т
Габарит-ный
Ветровой
Весовой
АС-150
II
4,77
Произведем расчет расчетной длины пролета l
, (1)
где , lр – длина расчётного пролёта, м;
- коэффициент для ненаселённой местности;
lгаб – длина габаритного пролёта, м ;
l = 0.8 lгаб =0,8 255 = 204 м.
H
h2
h3
h1
Рисунок 3 – Конструкция опоры ПБ35-3
3 Расчет удельных нагрузок на провод и трос
3.1 Определение толщины стенки гололеда и скоростного напора ветра
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 высоты расположения приведенного центра тяжести проводов или троса hпр. Эта величина для проводов и троса определяется по формуле:
hпр=hср- [ f ], (2)
где hcр - средняя высота подвеса проводов или троса на опоре, м;
[ f ] - максимально допустимая стрела провеса провода или троса, м.
Значение hcр для проводов определяется по формуле:
hcр = - , (3)
где hi- расстояние от земли до i-ой траверсы опоры, м;
m - количество проводов на опоре;
- длина гирлянды изоляторов, предварительно принимаемая 0,6 для ВЛ-35 кВ.
Для провода:
hcр = - ; (4)
hcр = - 0,6 = 14,8833 м.
Значение hтср для троса определяется высотой опоры над землей, т.к. трос подвешивается в верхней точке опоры. Для железобетонных опор:
hтср = h1 +h2 +h3 = 2+14,15+4=20,15 м.
1.2. Допустимая стрела провеса провода определяется по формуле:
[ f ] = h2 - - Г, (5)
где h2 - расстояние от земли до траверсы нижнего провода, м;
Г - наименьшее допустимое ПУЭ расстояние от провода до земли, принимаемое для населенной местности и линии 35 кВ равным 7м.
[ f ] = 14,15 –0,8185- 7 = 6,332 м.
Допустимая стрела провеса троса определяется по формуле:
[ fТ ] = hтср – Г - h3 - z , (6)
где hтср - высота подвеса троса на опоре, м;
h3 - расстояние между нижней и верхней траверсами опоры, м;
z - наименьшее допустимое ПУЭ, расстояние по вертикали между верхним проводом и тросом в середине пролета. (z=4,06 м по методу линейной интерполяции)
[ fТ ] = 20,15 - 7 - 4 - 4,06= 5,09 м.
Далее произведем расчет высоты расположения приведенного центра тяжести проводов и троса:
hпр = hср - [ f ] = 14,8833 - ·6,55 = 10,5166 м, (7)
hтпр = hтср - [ f Т] = 20,15 - ·5.09 = 16.757 м. (8)
Далее необходимо произвести расчет ветрового давления и толщины стенки гололеда для провода и троса. При высоте расположения приведенного центра тяжести проводов или троса более 15 м на величину ветрового давления вводится поправочный коэффициент . Формула для нормативного скоростного напора , с учетом рассчитанной hпр, принимает вид:
, (9)
где - ветровое давление,принимаемый согласно ПУЭ для III-го ветрового района равным 650 Па.
- поправочный коэффициент, применяемый при высоте расположения приведенного центра тяжести проводов или тросов до 15 м и различный для разного типа местности. Т.к. hпр = 10,5166 м и ведется расчет для местности типа В, то коэффициент k = 0,65.
.
Нормативная толщина стенки гололеда с принимается согласно ПУЭ для II –го района по гололеду равной 15 мм. Формула для нормативной толщины стенки гололеда cmax имеет вид:
cmax = , (10)
где - поправочный коэффициент, применяемый при высоте расположения приведенного центра тяжести проводов более 25 м. т. к. hпр = 10,5166 м, то коэффициент = 1.
- поправочный коэффициент на диаметр провода. ( =1 т. к. hпр = 10,5166)
cmax = мм.
Формула для ветрового давлениядля троса, с учетом рассчитанной hтпр, принимает вид:
, (11)
Так как hтпр = 16,757 , то
.
Формула для нормативной толщины стенки гололеда cтmax, с учетом рассчитанной hтпр, принимает вид:
cтmax = с· , (12)
Т.к. hтпр =16,757 м, то коэффициент равен 1.
=1.
cтmax = с·k1·k2 = 15·1·1 = 15 мм.
3.2 Определение удельных нагрузок на провод и трос