Определение основных геометрических и физико-механических параметров конструктивных элементов ВЛ.

Исходные данные

Таблица 1.1. Данные по ВЛ.

		Марка провода	Сечение грозотроса,
		АС 500/64

Таблица 1.2. Данные по погоде.

				-45	-5

Линия сооружается с применением сосновых унифицированных опор в ненаселенной местности.

При заданных исходных данных необходимо провести следующие проектные задачи:

1. Рассчитать удельные механические нагрузки от внешнего воздействия метеорологических факторов и сил тяжести на провода и тросы с учетом их высоты крепления на промежуточной опоре.

2. Построить зависимость среднеэксплуатационного напряжения в проводе от длины пролета, определить значения критических пролетов и выбрать определяющее по прочности провода нормативное сечение климатических условий, основываясь на нормируемых значениях допустимых напряжений и эквивалентных физико-математических параметрах.

3. Вычислить критическую температуру, установить нормативное сочетание климатических условий наибольшего провисания проводов и рассчитать габаритный пролет; построить шаблон для расстановки опор по продольному профилю ВЛ с соблюдением масштабов: по вертикали 1:500, по горизонтали 1:5000.

4. Составить для проводов монтажную таблицу и построить монтажные графики, соответствующие характерным длинам промежуточных пролетов линии.

5. Определить углы защиты проводов на промежуточной опоре и выполнить расчет натяжения грозозащитного троса по условию защиты линии от грозовых перенапряжений; проверить механическую прочность троса.

6. Выбрать тип и количество подвесных стеклянных тарельчатых изоляторов для крепления проводов к промежуточным и анкерным опорам.

Построить зависимости среднеэксплуатационного напряжения в проводе от длины пролета, определить значения критических пролетов и выбрать определяющее по прочности провода нормативное сочетание климатических условий, основываясь на нормируемых значениях допустимых напряжений и эквивалентных физико-математических параметрах.

Уравнение состояния провода в форме записи относительно напряжений:

Расчет выполняется для анкерных пролетов различной длины, поэтому , следовательно, слагаемое в уравнении состояния провода отсутствует.

3.1. В качестве исходных условий принимается нормативное сочетание климатических условий, соответствующее наибольшей механической нагрузке.

Для провода АС 500/64 облегченной констпукции: Тогда,

Исходные условия – нормативное сочетание климатических условий (НСКУ) при наибольшей нагрузке:

Искомые условия – среднеэксплуатационные:

Уравнение состояния провода в этом случае имеет следующий вид:

Уравнение состояния провода через коэффициенты А и В:

При уравнение состояния (2) становится вырожденным:

При уравнение состояния (2) также становится вырожденным:

Расчет среднеэксплуатационных напряжений для каждой длины пролета выполняется итерационным методом Ньютона:

где k – номер текущей итерации. Расчет ведется до достижения заданной точности ξ =0,1 , т.е. | 0,1 .

При :

В качестве начального приближения среднеэксплуатационного напряжения принимается:

Необходимая точность расчета (0,1) достигнута.

Расчет среднеэксплуатационного напряжения для остальных длин пролетов сведен в таблицу 3.1.

Таблица 3.1. Зависимость среднеэксплуатационного напряжения от длины пролета, рассчитанная при исходных условиях, соответствующих НСКУ при наибольшей нагрузке.

	113,49		118,38	116,13	116,05
	98,81		116,05	110,66	110,19	110,18
	74,351		110,18	103,98	103,41	103,4
	40,108		103,4	98,168	97,823	97,821
	-3,918		97,821	94,067	93,916	93,915
	-57,73		93,915	91,371	91,309

3.2. В качестве исходных условий принимается нормативное сочетание климатических условий, соответствующее низшей температуре.

Исходные условия – нормативное сочетание климатических условий при низшей температуре:

Искомые условия – среднеэксплуатационные:

Уравнение состояния провода принимает вид:

или

Коэффициенты:

При уравнение состояния (3) становится вырожденным:

При уравнение состояния (3) также становится вырожденным:

При :

В качестве начального приближения среднеэксплуатационного напряжения принимается:

Необходимая точность расчета (0,1) достигнута.

Расчет среднеэксплуатационного напряжения для остальных длин пролетов сведен в таблицу 3.2.

Таблица 3.2. Зависимость среднеэксплуатационного напряжения от длины пролета, рассчитанная при исходных условиях, соответствующих НСКУ при низшей температуре.

	55,22		57,39	65,11	63,77	63,72
	48,69		63,72	76,62	74,07	73,95	73,94
	37,82		73,95	84,41	82,99	82,96
	22,6		82,96	91,06	90,32	90,31
	3,037		90,31	96,63	96,23	96,23
	-20,9		96,23	101,2	100,98	100,98

Зависимости среденэксплуатационного напряжения от длины пролета, построенные по данным таблиц 3.1.1 и 3.2.1, представлены на рисунке 3.1.

3.3. Зависимости СЭ напряжения в проводе от длины пролета, полученные при различных исходных НСКУ.

Рисунок 3.1. Зависимости среднеэксплуатационного напряжения при различных исходных НСКУ в зависимости от длины пролета

Выводы:

1. Из зависимостей, представленных на рисунке 3.1 видно, что при коротких пролетах (длинах пролета ) определяющим условием по прочности провода является нормативное сочетание климатических условий при низшей температуре.

2. При длинных пролетах (при длинах пролета ) определяющим условием по прочности провода является нормативное сочетание климатических условий при .

3.4. Выбор определяющего по прочности провода НСКУ по методу критических пролетов.

При и исходных условиях, соответствующих , рассчитывается среднеэксплуатационное напряжение в проводе:

, следовательно значение критического пролета является действительным. Расчет значения .

При и исходных условиях, соответствующих , рассчитывается среднеэксплуатационное напряжение в проводе:

, следовательно, значение критического пролета является мнимым. Значит, его расчет нецелесообразен. При дальнейших расчетах будем полагать, что ( принимаем равным ). На основании данного допущения, расчет значения критического пролета не требуется. Приступаем к выбору определяющих по прочности провода условиям.

Выводы:

1. При определяющим по прочности провода является нормативное сочетание климатических условий при .

2. При определяющим по прочности провода является нормативное сочетание климатических условий при среднеэксплуатационных условиях.

Вычислив критическую температуру, установить нормативное сочетание климатических условий наибольшего провисания проводов и рассчитать габаритный пролет; построить шаблон для расстановки опор по продольному профилю трассы ВЛ с соблюдением масштабов: по вертикали – 1:500, по горизонтали – 1:5000.

4.1. Вычисление приблизительного значения критической температуры воздуха по оценочной формуле.

Оценочная формула:

Производится сравнение критической температуры с высшей:

Из сравнения следует, что , а, следовательно, стрела провеса провода в любом пролете будет больше при высшей температуре, без гололеда и без ветра, то есть под действием вертикальной нагрузки от собственной массы провода .

Таким образом, габаритными климатическими условиями являются:

4.2. Расчет габаритного пролета.

Из пункта 3 известно, что при выборе определяющего по прочности нормативного сочетания климатических условий следует ориентироваться на значение :

При определяющим по прочности провода является нормативное сочетание климатических условий при низшей температуре.

При определяющими по прочности провода являются среденэксплуатационные условия.

Так как точно не известно, к какому из двух интервалов принадлежит значение , то расчет выполняется в соответствии с нижеследующим алгоритмом.

4.2.2. Предположим, что и зададимся исходными условиями, соответствующими низшей температуре.

Исходные условия:

Искомые условия:

Величина габаритного пролета определяется из уравнения:

Уравнение состояния провода (4) через коэффициенты:

Решая биквадратное уравнение (4), получаем формулу для нахождения величины габаритного пролета:

, следовательно, определяющее по прочности провода нормативное сочетание климатических условий для совпадает с исходными условиями. Первая проверка выполняется.

4.2.3. Определение напряжения в низшей точке провода в габаритном пролете при габаритных климатических условиях.

Уравнение состояния провода:

Уравнение состояния провода (5) через коэффициенты:

Расчет ведется по итерационному методу Ньютона:

Расчет выполняется до заданной точности .

В качестве начального приближения принимается значение допустимого напряжения при среднеэксплуатационных условиях:

, следовательно, начальное приближение выбрано верно.

4.2.4. Вычисление габаритной стрелы провеса.

Δ

Поскольку разница между допустимой стрелой провеса провода и габаритной не превышает 0,02 м, то можно заключить, что габаритный пролет рассчитан верно.

4.2.5. Определение точного значения критической температуры воздуха.

Исходя из формулы для определения критической температуры, необходимо определить напряжение в низшей точке провода при нормативной толщине стенки гололеда в отсутствии ветра.

Уравнение состояния провода:

Уравнение состояния провода (6) через коэффициенты:

Расчет ведется по итерационному методу Ньютона:

Расчет выполняется до заданной точности .

В качестве начального приближения принимается значение допустимого напряжения при наибольшей нагрузке:

, следовательно, начальное приближение выбрано верно.

Определим критическую температуру:

Погрешность при расчете критической температуры по оценочной формуле:

Δ , следовательно, можно сделать вывод, что оценочная формула работает с малой погрешностью.

4.3. Построение расстановочного шаблона.

Шаблон строится на основании расчета ординат кривой наибольшего провисания провода (т.е. при габаритных климатических условиях).

Значение абсциссы рассматривается в диапазоне :

Коэффициент шаблона:

Уравнение кривой наибольшего провисания:

Уравнение габаритной кривой:

Где монтажный запас.

Уравнение земляной кривой:

При :

С учетом принятого масштаба:

Результаты расчета остальных ординат сведены в таблицу 3.3.

Таблица 3.3. Координаты точек кривых расстановочного шаблона.

			100,00	136,46			204,69
		0,7115	2,846	5,2996	6,4035	11,384	11,92417
	-7,3	-6,5885	-4,454	-2,0004	-0,8965	4,084	4,62417
	-12,3	-11,589	-9,454	-7,0004	-5,8965	-0,916	-0,37583
				2,7292			4,0938
		0,1423	0,5692	1,0599	1,2807	2,2768	2,384834
	-1,46	-1,3177	-0,8908	-0,4001	-0,1793	0,8168	0,924834
	-2,46	-2,3177	-1,8908	-1,4001	-1,1793	-0,1832	-0,07517

При расстановке опор следует также учитывать, что длина пролета не должна превышать величины, допустимой по весовым и ветровым нагрузкам, на которые рассчитаны промежуточные опоры данного типа:

Принимается допущение, что:

Чертеж расстановочного шаблона представлен на рисунке 4.1.

Исходные данные

Таблица 1.1. Данные по ВЛ.

		Марка провода	Сечение грозотроса,
		АС 500/64

Таблица 1.2. Данные по погоде.

				-45	-5

Линия сооружается с применением сосновых унифицированных опор в ненаселенной местности.

При заданных исходных данных необходимо провести следующие проектные задачи:

1. Рассчитать удельные механические нагрузки от внешнего воздействия метеорологических факторов и сил тяжести на провода и тросы с учетом их высоты крепления на промежуточной опоре.

2. Построить зависимость среднеэксплуатационного напряжения в проводе от длины пролета, определить значения критических пролетов и выбрать определяющее по прочности провода нормативное сечение климатических условий, основываясь на нормируемых значениях допустимых напряжений и эквивалентных физико-математических параметрах.

3. Вычислить критическую температуру, установить нормативное сочетание климатических условий наибольшего провисания проводов и рассчитать габаритный пролет; построить шаблон для расстановки опор по продольному профилю ВЛ с соблюдением масштабов: по вертикали 1:500, по горизонтали 1:5000.

4. Составить для проводов монтажную таблицу и построить монтажные графики, соответствующие характерным длинам промежуточных пролетов линии.

5. Определить углы защиты проводов на промежуточной опоре и выполнить расчет натяжения грозозащитного троса по условию защиты линии от грозовых перенапряжений; проверить механическую прочность троса.

6. Выбрать тип и количество подвесных стеклянных тарельчатых изоляторов для крепления проводов к промежуточным и анкерным опорам.

Определение основных геометрических и физико-механических параметров конструктивных элементов ВЛ.

Для проводов марки АС 500/64 согласно [1]:

Для троса марки ТК-11 согласно [3]:

Стальные проволоки наматываются в 1 повив, а алюминиевые проволоки наматываются в 3 повива:

Поскольку диаметры и алюминиевых и стальных проволок равны, то в центре провода будет 1 стальная проволока, а в каждом следующем повиве проволок будет на 6 больше. В таблице 2.1. показано число проволок в каждом повиве.

Таблица 2.1. Расчет числа проволок в повивах провода.

На основании расчета числа проволок во всех повивах на рисунке 2.1 представлен чертеж поперечного сечения провода.

Рисунок 2.1. Поперечное сечение провода.

Действительные сечения стальной и алюминиевой части проводов отличаются от их номинальных значений и являются табличными данными, приведенными в [1]:

Действительное сечение стального троса также отличается от его номинального значения и приведено в [3]:

Исходя из сечений стальной и алюминиевой части, можно заключить, что данный провод имеет облегченную конструкцию:

Удельная масса провода [1]:

Удельная масса троса [3]:

Коэффициент температурного расширения [2]:

Допустимы напряжения при наибольшей нагрузке и наименьшей температуре [2]:

Модуль упругости Юнга [2]:

Среднеэкусплуатационное допустимое напряжение [2]:

В зависимости от номинального напряжения, материала опоры марки провода, гололедного и ветрового района по [3] выбираем опору:

Промежуточная одноцепная П-образная свободностоящая деревянная опора ПД 220-1. Эскиз представлен на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2. Эскиз опоры ПД 220-1.

Для ВЛ 220 кВ, проходящих в ненаселенной местности, минимальное расстояние от низшей точки провода до земли [3].

Ориентировочное значение длины поддерживающей гирлянды изоляторов с арматурой принимается равным 2,3 м для ВЛ 220 кВ [4].