Определение физико-механических характеристик провода и троса

Введение

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
Вес провода, кг/км
Модуль упругости, Н/мм²· 104	8,25
Температурный коэффициент линейного удлинения, град-1·10-6	19,2
Предел прочности, Н/мм2
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.

Характеристика	Значения
Сечение, мм2: номинальное фактическое	38,6
Диаметр троса, мм	8,0
Количество и диаметр проволок, шт мм	19 1,6
Вес троса, кг/км
Количество повивов, шт
Модуль упругости, Н/мм2·104	18,5
Температурный коэффициент линейного удлинения,град-1·10-6
Предел прочности, Н/мм2
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

Таблица 4 – Технические характеристики опоры ПБ35-3

Произведем расчет расчетной длины пролета l

, (1)

где , l_р – длина расчётного пролёта, м;

- коэффициент для ненаселённой местности;

l_габ – длина габаритного пролёта, м ;

l = 0.8 l_габ =0,8 255 = 204 м.

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 h_пр. Эта величина для проводов и троса определяется по формуле:

h_пр=h_ср- [ f ], (2)

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

[ f ] - максимально допустимая стрела провеса провода или троса, м.

Значение h_cр для проводов определяется по формуле:

h_cр = - , (3)

где h_i - 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:

h_cр = - ; (4)

h_cр = - 0,6 = 14,8833 м.

Значение h^т_ср для троса определяется высотой опоры над землей, т.к. трос подвешивается в верхней точке опоры. Для железобетонных опор:

h^т_ср = 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:

[ f ^Т ] = h^т_ср – Г - h₃ - z , (6)

где h^т_ср - высота подвеса троса на опоре, м;

z - наименьшее допустимое ПУЭ, расстояние по вертикали между верхним проводом и тросом в середине пролета. (z=4,06 м по методу линейной интерполяции)

[ f ^Т ] = 20,15 - 7 - 4 - 4,06= 5,09 м.

Далее произведем расчет высоты расположения приведенного центра тяжести проводов и троса:

h_пр = h_ср - [ f ] = 14,8833 - ·6,55 = 10,5166 м, (7)

h^т_пр = h^т_ср - [ 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 h_пр, 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. h_пр = 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 c_max имеет вид:

c_max = , (10)

где - поправочный коэффициент, применяемый при высоте расположения приведенного центра тяжести проводов более 25 м. т. к. h_пр = 10,5166 м, то коэффициент = 1.

- поправочный коэффициент на диаметр провода. ( =1 т. к. h_пр = 10,5166)

c_max = мм.

Формула для ветрового давлениядля троса, с учетом рассчитанной h^т_пр, принимает вид:

, (11)

Так как h^т_пр = 16,757 , то

.

Формула для нормативной толщины стенки гололеда c^т_max, с учетом рассчитанной h^т_пр, принимает вид:

c^т_max = с· , (12)

Т.к. h^т_пр =16,757 м, то коэффициент равен 1.

=1.

3.2 Определение удельных нагрузок на провод и трос

Поиск по сайту: