6) температура –50С, провода и трос покрыты гололедом, напор ветра q=0,25∙qmax (в районах с толщиной стенки гололеда 15 мм и более скоростной напор q=0,25∙qmax, но не менее 14 даН/м2), удельная нагрузка (режим наибольшей нагрузки);
7) температура +150С ветер и гололед отсутствуют, удельная нагрузка (грозовой режим).
4.2 Определение исходного режима
Важным моментом механического расчета проводов является определение наиболее тяжелого режима, т. е. такого режима, при котором напряжение в проводе в пролете длиной l достигает допустимого значения, а в остальных режимах напряжение в проводе меньше допустимых. Этот наиболее тяжелый режим называется исходным режимом. Выбор исходного режима определяется соотношением длины расчетного пролета l и пролетов lk1, lk2 и lk3, называемых соответственно первым, вторым и третьим критическими пролетами.
lk1 = (25)
lk1 = мнимый
lk2 = , (26)
lk2 = = 121,1445 м.
lk3 = (27)
lk3 = = 139.978 м.
В результате получаем следующие соотношения критических пролетов и расчетного пролета: lk1 мнимый и l > lk3 .Исходным режимом является режимом максимальной нагрузки с параметрами:
4.3 Расчет напряжений в проводе и стрел провеса
Расчет напряжений в проводе ведется по уравнению состояния провода:
, (28)
где , , tи - напряжение в проводе, удельная нагрузка и температура в исходном режиме;
, ,tр – то же в рассчитываемом режиме;
l - расчетная длина пролета;
E, - модуль упругости и температурный коэффициент линейного удлинения материала провода.
В это уравнение подставляются параметры исходного режима, значения температуры и нагрузки, отвечающие каждому из режимов, указанных в п. 4.1. В результате определяются напряжения в проводе для этих режимов.
Найдём сначала напряжение в проводе в режиме низшей температуры. Для этого подставим все известные параметры в уравнение состояния провода:
Приведем подобные в данном уравнении:
;
.
Расчеты напряжений в проводе для режимов среднегодовой температуры и наибольшей нагрузки выполним с помощью программы Mathcad. В результате получим:
; .
Далее необходимо провести проверку условий прочности провода для режимов низшей и среднегодовой температур и режима наибольшей нагрузки :
Условия выполняются – значит, механическая прочность проводов будет достаточной для условий проектируемой линии.
Далее по уравнению состояния провода выполним расчеты напряжения для режимов гололеда без ветра, высшей температуры, грозового режима. Результаты расчетов следующие:
; ;
Определим стрелы провеса проводов в режимах гололеда без ветра, высшей температуры и грозового режима по формуле:
(30)
м;
Проверка соблюдения требуемых расстояний от нижней точки провеса провода до земли
м.
Стрелы провеса в режимах наибольшей нагрузки и гололеда без ветра удовлетворяют условию.
4.4 Расчет грозозащитного троса
Стрела провеса троса в грозовом режиме определяется по выражению:
, (31)
где - стрела провеса провода в грозовом режиме;
- длина гирлянды изоляторов;
- расстояние от точки подвеса гирлянды верхнего провода до точки подвеса троса.
м.
Далее определяем напряжение в тросе при грозовом режиме по выражению:
, (32)
Н/мм2
Для дальнейшего расчета в качестве исходного режима принимаем грозовой режим ( и t=150С), по уравнению состояния определяется напряжение в тросе в режиме среднегодовой температуры.
Найдём сначала напряжение в проводе в режиме низшей температуры. Для этого подставим все известные параметры в уравнение состояния провода:
(33)
Следовательно, за искомое значение принимаем :
.
Расчеты напряжений в тросе для режимов среднегодовой температуры и наибольшей нагрузки выполним с помощью программы Mathcad. В результате получим:
Определим стрелу провеса троса в режиме максимальной нагрузки:
, (34)
.
Используя программу “Meran2”, получаем результаты для оставшихся режимов.
Таблица 5 – Расчеты напряжений для троса
Режим
Удельная нагрузка, Н/м мм2
Температура, 0С
Напряже-ние в тросе, Н/мм2
Допусти-мое напряже-ние, Н/мм2
Стрела провеса, м
Низшей температуры
80∙10-3
-25
268,8313
1,548
Среднегодовой температуры
80∙10-3
225,35114
1,847
Наибольшая нагрузка
289,541∙10-3
-5
381,14565
3,952
Напряжения в тросе удовлетворяют значениям допустимых напряжений.
5 Выбор изоляторов и линейной арматуры
5.1 Выбор изоляторов
Основным назначением гирлянд изоляторов является поддержка провода и изоляция его от элементов опоры. Выбор типа изоляторов осуществляется по разрушающей электромеханической нагрузке с учетом коэффициентов запаса прочности.
В нормальных режимах поддерживающая гирлянда изоляторов воспринимает осевую нагрузку А, состоящую из веса провода Gп, гололеда Gг, и самой гирлянды Gи. Вес гирлянды предварительно принимается для линии напряжением 35 кВ равным 200 Н.
Длина весового пролета 320 м,
Кдельные нагрузки на провод: = 33,60 ∙10-3 Н/м·мм2
=112,1318·10-3 Н/м·мм2
Фактическое сечение провода: 173,1 мм2
Напряжение в проводе в режиме максимальной нагрузки
Напряжение в проводе в режиме среднегодовой температуры
Нормативная нагрузка на изолятор от веса провода без гололеда:
, (35)
где F - фактическое сечение провода, мм2;
- весовой пролет, м, приведенный в технической характеристике опоры
Н
Нормативная нагрузка на изолятор от веса провода, покрытого гололедом при ветре:
(36)
Н.
Выбор изоляторов производится с учетом коэффициента запаса прочности:
5,0- при работе ВЛ при среднегодовой температуре и отсутствии ветра и гололеда;
2,5- при наличии ветра и гололеда
(37)
(38)
где - разрушающая электромеханическая нагрузка на изоляторы, приводимая в его технических характеристиках.
Расчетные условия для выбора изоляторов имеют вид:
2.5∙( + 200) = 16028,0118 Н
5.0∙( + 200) = 10305,856 Н
Выбор изолятора производится по принципу: разрушающая электромеханическая нагрузка на изолятор должна быть больше или равна наибольшему из значений, полученных выше, также учитывается материал, из которого изготавливается изолятор. Выбираем фарфоровый изолятор ПС70Е-А. Технические характеристики приведены в таблице 6.
Таблица 6 – Технические характеристики фарфорового изолятора ПФ 70Д
Электромеханическая нагрузка Gэм, Н 103
Масса, кг
Высота, мм
Длина пути утечки, мм
Диаметр D, мм
Диаметр d, мм
4,50
-
Найдём число изоляторов в поддерживающей гирлянде:
Выберем натяжной изолятор. Натяжной изолятор выбирается по условию:
(39)
Электромеханическая нагрузка Gэм, Н 103
Масса, кг
Высота, мм
Длина пути утечки, мм
Диаметр D, мм
Диаметр d, мм
3,90
Найдём число изоляторов в поддерживающей гирлянде:
Выбираем стеклянный изолятор ПС-120Б. Технические характеристики приведены в таблице 6.
Число изоляторов в натяжной гирлянде примем n=4
5.2 Выбор линейной арматуры
Расчет арматуры производится по методу разрушающих нагрузок. Выбор арматуры для провода осуществляется по выражению:
Выберем узел крепления гирлянды к траверсе опоры КГП-7-1, серьгу СР-7-16, ушко У1-7-16 и зажим ПГН-3-5.
Таблица 7 – Технические характеристики узлов крепления
Типоразмер
Марка узла крепления
Размеры, мм
P, кН
Масса, кг
D
D1
d
H
H1
L
L1
S
min
S
max
КГП-7
КГП-7-1
0,8
КГП-7
КГП-7-1
0,8
Таблица 8 – Технические характеристики поддерживающих зажимов
Типоразмер
Марка зажима
Размеры, мм
Диаметр провода, мм
Разрушающая нагрузка, кН
Масса, кг
L
H
H1
A
d
ПГН-3
ПГН-3-5
13,5-19,6
29,4
1,10
ПГН-5-3
ПГН-6-5
-
-
21,6-33,2
5,3
Таблица 9 – Технические характеристики серёжек
Типораз-мер
Марка серьги
Размеры, мм
Разрушающая нагрузка, кН
Мас-са, кг
b
D
D1
d
H
H1
СР-7
СР-7-16
99,4
0,3
СР-7
СР-7-16
99,4
0,3
Таблица 10 – Технические характеристики ушек
Типораз-мер
Марка ушка
Размеры, мм
Разрушающая нагрузка, кН
Мас-са, кг
B1
B2
b
D
D1
H
H1
У1-7
У1-7-16
19,2
96,5
0,67
У1-7
У1-7-16
19,2
96,5
0,67
Определим фактические вес и длину поддерживающей гирлянды:
5.3 Защита проводов и тросов 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 гирлянде изоляторов к поломке отдельных проволок провода и в конечном счете вызовет его обрыв.
Для предотвращения обрыва на проводах и тросах устанавливают гасители вибрации при выполнении условий.
Для сталеалюминевых проводов сечением более 120-240 мм2, с длиной пролета более 120 м и σtср больше 45 Н/мм2 необходима защита от вибрации.
Таблица 12 - Технические характеристики гасителей вибрации
Марка гасителя вибрации
Диаметр провода, мм
Размеры, мм
Масса, кг
d
2R
L
H
ГПГ-1,6-11-400/20
17,1-20
4,32
Выберем виброгаситель ГПГ-1,6-11-400/20
На промежуточных опорах виброгасители устанавливаются по обе стороны от поддерживающей гирлянды изоляторов. Расстояние от места крепления провода до места крепления виброгасителя рассчитывается по формуле:
(46)
6 Расстановка опор по профилю трассы
При расстановке опор по профилю трассы должны быть выполнены два основных условия:
a) расстояния от проводов до земли и до пересекаемых инженерных сооружений не должно быть меньше допускаемых ПУЭ;
b) нагрузки, воспринимаемые опорами, не должны превышать значений, установленных для опор данного типа.
На заданном профиле трассы расстановка опор производится с помощью специальных шаблонов. Шаблон представляет собой три кривые провисания провода, сдвинутые относительно друг друга, построенные в виде парабол для режима, при котором возникает наибольшая стрела провеса. Кривая 1 – кривая провисания нижнего провода – строится на основе формулы стрелы провеса:
; (47)
Для построения шаблона указанное выражение представим в виде уравнения, сделав замену:
Учитывая масштаб, 1:7500 по горизонтали и 1:500 по вертикали составим таблицу и построим шаблон (рис. 8).
Таблица 13 – Данные для построения шаблона
l, м
X, м
X, мм (в масштабе)
2,67
5,33
10,67
13,6
Y, м
0,148
0,592
1,331
2,366
3,847
Y, мм (в масштабе)
0,296
1,184
2,662
4,732
7,694
Кривая 2, называемая габаритной, сдвинута по вертикали вниз от кривой 1 на расстояние требуемого габарита от земли Г = 7 м.
Кривая 3, называемая земляной, сдвинута от кривой 1 на расстояние ,равное высоте подвеса нижнего провода над землей, где - фактическая длина гирлянды, h2 - расстояние от земли до нижней траверсы.
= 14,15- 0,8185 = 13,332 м
Рисунок 4 – Шаблон
В анкерном участке с различными пролетами между промежуточными опорами происходит выравнивание напряжения в проводе во всех пролетах. Это напряжение соответствует так называемому приведенному пролету, который определяется по выражению:
(49)
где li - длина i-го пролета в анкерном участке;
k - количество пролетов в анкерном участке.
м.
Так как длина приведенного пролета близка к расчетному (отличие меньше 5%), то механический расчет проводов и тросов можно считать удовлетворительным.