Расчет проводов на механическую прочность

Расчет проводов на механическую прочность производится: а) при наибольшей внешней нагрузке; б) при низшей температуре и отсутствии внешних нагрузок; в) при среднегодовой температуре и отсутствии внешних нагрузок.

Последовательность расчёта на механическую прочность сле­дующая:

1) Определяются исходные данные для расчёта.

Все данные выбираем по ПУЭ - 6, 7:

- регион: Москва;

- номинальное напряжение ВЛ: ;

- марка провода: АС – 70/11;

- район по толщине стенки гололёда: II;

- район по скоростному напору ветра: I;

- длина пролета (наибольшая допустимая): l_пр =290 м; принимаем l = 230 м;

- температуры: t_= -8,2°С; t₊ = 18°С; t_э = 10,1°С; t_г= -5°С;

- приведенная нагрузка от собственного веса

(для АС-70/11): g₁ = даН/(м·мм²);

- скоростной напор ветра (повторяемость 1 раз в 5 лет) q=27 (v=21 м/с);

- толщина стенки гололеда с = 5 мм;

- допустимое напряжение в материале провода при гололеде t_г

- напряжение при наибольшей нагрузке σ_доп=27,2 даН/мм²

- допустимое напряжение в материале провода при минимальной температуре t_:

- допустимое напряжение в материале провода при среднегодовой температуре t_Э:

- модуль упругости: Е=13,4 · 10³ даН/мм²;

- температурный коэффициент линейного удлинения:

α =14,5 ·10^-6 1/градус;

- коэффициент неравномерности скоростного напора: α =1;

- диаметр провода АС-70/11: d = 11,4 мм;

- коэффициент лобового сопротивления: С_х = 1,2 – для проводов и тросов

d<20 мм;

- коэффициент упругого удлинения: β = 1/Е =1/(13,4· 10³)= 74,6· 10^-6

2) Определяются погонные и приведенные нагрузки для приня­тых сочетаний климатических условий.

1. Погонная нагрузка от собственного веса:

Суммирование осуществляется по всем проводам и тросам линии.

2. Погонная нагрузка на провод диаметром d при толщине стенки гололёда c определяется:

где с – толщина стенки гололёда, м; d – диаметр провода, м.

3. Результирующая погонная нагрузка:

4. Погонная ветровая нагрузка на провод без гололеда:

где ά - коэффициент неравномерности скоростного напора; - коэффициент лобового сопротивления; с_х = 1,1 - для про­водов и тросов при d >20 мм; с_х = 1,2 - для проводов и тросов при d < 20 мм; q - скоростной напор, даН/м.

5. Погонная ветровая нагрузка на провод с гололёдом:

6. Погонная нагрузка от веса провода, при действии ветра на провод и отсутствии гололёда:

7. Погонная нагрузка от веса провода, при действии ветра и наличии гололёда:

Приведенные нагрузки:

3) Определяем длины критических пролетов.

При определении критических пролетов напряжения в проводах и тросах ВЛ не должны превышать допустимых значений для следующих режимов:

1) режим наибольшей нагрузки, имеющий место при пятой или шестой комбинациях расчетных климатических условий (его пара­метры - );

2) режим низшей температуры при отсутствии внешней нагруз­ки, характерный для третьей комбинации климатических условий ( );

3) режим среднегодовой температуры при отсутствии внешней нагрузки (четвертая комбинация - ).

Для каждого из этих режимов определяется критический пролет.

Первый критический пролет - пролет такой длины, при кото­ром напряжение провода при среднегодовой температуре равно допускаемому значению , а в режиме низшей температуры :

где - приведенная нагрузка от собственного веса проводов;

α - температурный коэффициент линейного удлинения провода; b = 1/Е;

E - модуль упругости; θ_э - среднегодовая для данного региона температура;

θ_ - исходная низшая для данного региона температура; θ_г - темпера­тура образования гололеда (-5 °С); _г - приведенная нагрузка от гололеда _г = ₇

4) По таблице соотношений, определяющих исходные условия, устанавливаем исходный режим.

Исходным для расчета ВЛ на механическую прочность являет­ся режим, при котором напряжение в материале провода равно допускаемому, а в остальных режимах напряжение меньше до­пускаемого. Исходный режим зависит от соотношения между длинами трех критических пролетов и соотношения между реаль­ным и критическим пролетом.

Соотношение критических пролётов: l_1k – мнимый, ;

соотношение реального пролёта с критическим l_Р > l_3k;

параметры исходного режима: .

5) Зная исходный режим, определяем напряжение в материале
провода и допустимую стрелу провеса.

где и - напряжения в низшей точке провода в начальном (до изменения климатических условий) и искомом (после их измене­ния) состояниях, даН/м², соответственно; l - длина пролета, м; и - соответствующие нагрузки на провод, даН/м²; и - соот­ветствующая температура, °С.

Произведем подстановку:

Таким образом, получаем значение σ = 27,19 даН/мм², не превышающее допустимое σ_доп= 27,2 даН/мм², σ_доп ≥ σ , 27,2 ≥ 27,19.

Условие прочности выполняется.

Определим стрелу провеса:

Отсюда следует, что выбранный по каталогу провод АС – 70/11 для ВЛ удовлетворяет требованиям механической прочности.

В результате расчетов по выбору сечения провода на нагрев, проверку его на экономическую плотность тока, потерю напряжения в линии, механическую прочность получили, что предварительно выбранный провод АС – 70/11 проходит по всем условиям, следовательно, окончательно принимаем провод АС – 70/11.

Рис.1. Стрела провеса и длина пролета.