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

Ранее была выбрана промежуточная одноцепная П-образная свободностоящая деревянная опора ПД 220-1, эскиз которой представлен на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1. Эскиз опоры ПД 220-1.

На ВЛ напряжением 220 кВ и выше трос крепится на тросостойках с помощью изоляторов, шунтируемых искровыми промежутками не менее 40 мм длиной. При этом рекомендуется использовать подвесные стеклянные изоляторы [2]. Поскольку не известна точная высота гирлянды изоляторов, на начальном этапе расчета для ВЛ 220 кВ принимаем для троса высоту гирлянды изоляторов с зажимом и узлом крепления .

6.1. Рассчитываются углы защиты проводов на промежуточной опоре.

В ПУЭ установлено, что для портальных деревянных опор с двумя грозозащитными тросами углы защиты проводов должны быть не больше 30° для крайних фаз. Также нормируется горизонтальное расстояние между точками подвеса тросов по условию грозозащиты средней фазы..

Для проводов крайних фаз:

Для обеспечения нормируемого ПУЭ угла защиты необходимо, чтобы:

Т.е. необходимо сдвинуть точку крепления троса по горизонтали относительно стойки опоры на 0,45 м (это делается с помощью крюков для крепления тросов).

Для проводов, подвешенных на средней траверсе необходимо проверить выполнение следующего условия:

, при

Здесь разность высот точек подвеса тросов и проводов, , горизонтальное расстояние между точками подвеса тросов (новое значение .

Т.к.

Проверим выполнения условия грозозащиты средней фазы:

Таким образом, углы защиты проводов на промежуточной опоре удовлетворяют требованиям ПУЭ по условиям грозозащиты.

6.2. Определяется минимальное напряжение в тросе, необходимое для защиты проводов ВЛ от грозовых перенапряжений в середине пролета.

Данный расчет выполняется в соответствие со следующим алгоритмом:

а) Рассчитывается стрела провеса провода в приведенном пролете при грозовых перенапряжениях.

б) Вычисляется стрела провеса провода и ее вертикальная проекция в пролете максимальной длины при грозовых перенапряжениях.

в) Определяется наибольшая вертикальная проекция стрелы провеса троса, вычисляемая с учетом требований ПУЭ по защите ВЛ от грозовых перенапряжений.

г) Определяется минимальное напряжение, при котором обеспечивается наибольшая вертикальная проекция стрелы провеса троса, вычисленная с учетом требований ПУЭ.

6.2.1. При нормативном сочетании климатических условий, соответствующем грозовым перенапряжениям, рассчитывается стрела провеса провода в приведенном пролете.

Нормативное сочетание климатических условий, соответствующее грозовым перенапряжениям:

толщина стенки гололеда;

температура;

ветровое давление.

Для расчета стрелы провеса необходимо сначала определить удельную горизонтальную нагрузку от ветрового давления на провод, свободный от гололеда:

Так как , то .

Вычисляется наибольшая суммарная нагрузка на провод при условии грозовых перенапряжений:

Определяется угол отклонения кривой провисания провода от вертикальной плоскости:

Составляется уравнение состояния провода в комбинированной форме записи для приведенного пролета и решается относительно стрелы провеса провода при условии грозовых перенапряжений.

Так как , определяющим по прочности провода является нормативное сочетание климатических условий при низшей температуре.

Исходные условия:

Искомые условия:

Уравнение состояния провода в традиционной форме записи:

Уравнение состояния провода (9) в традиционной форме через коэффициенты:

Уравнение состояния провода (9) в комбинированной форме записи:

Уравнение состояния провода (10) в комбинированной форме через коэффициенты:

Уравнение (10) решается по итерационному методу Ньютона с использованием следующей формулы:

Расчет выполняется до заданной точности .

В качестве начального приближения принимается значение допустимой стрелы провеса провода:

6.2.2. Определяется напряжение в проводе при условии грозовых перенапряжений.

6.2.3. Вычисляется стрела провеса провода и ее вертикальная проекция при условии грозовых перенапряжений в пролете максимальной длины.

6.2.4. Определяется наибольшая вертикальная проекция стрелы провеса троса, при которой обеспечивается нормируемое ПУЭ расстояние по вертикали между тросом и проводом в середине пролета максимальной длины .

Так как , то:

Наибольшая вертикальная проекция стрелы провеса троса:

расстояние по вертикали между тросом и проводом в середине пролета максимальной длины больше, чем на опоре. Соответственно, углы защиты проводов в середине пролета будут меньше, чем на опоре.

Чтобы продемонстрировать это, рассчитываются углы защиты проводов в середине пролета максимальной длины.

Для крайних проводов:

Таким образом, углы защиты проводов в середине пролета оказываются меньше, чем на опоре, что и требуется для эффективной защиты проводов в пролете максимально возможной длины.

6.2.5. Рассчитывается напряжение в тросе, при котором обеспечивается наибольшая вертикальная проекция стрелы провеса троса, вычисленная с учетом требований ПУЭ.

Определяется горизонтальная удельная нагрузка от давления ветра при грозовых перенапряжениях на трос, свободный от гололеда:

Вычисляется суммарная наибольшая нагрузка на трос при условии грозовых перенапряжений:

Определяется угол отклонения кривой провисания троса от вертикальной плоскости:

Поскольку трос крепится на тросостойках с помощью изоляторов, т.е. имеется возможность смещения точки крепления троса на промежуточной опоре, то напряжение в тросе следует вычислять для приведенного пролета.

Вертикальная проекция и стрела провеса провода в приведенном пролете, соответственно, будут равны:

Тогда напряжение в низшей точке троса в анкерованном участке при условиях грозовых перенапряжений:

Полученное таким образом значение напряжения в тросе является минимально возможным по условию защиты проводов от грозовых перенапряжений в середине пролета.

6.3. Выполняется проверка троса на механическую прочность.

Для этого рассчитываются значения напряжения в тросе при среднеэксплуатационных условиях по вырожденным уравнениям состояния.

Для троса марки ТК-11: Тогда,

При :

а) исходные условия соответствуют наибольшей нагрузке:

б) исходные условия соответствую низшей температуре:

При :

а) исходные условия соответствуют наибольшей нагрузке:

б) исходные условия соответствуют низшей температуре:

Таким образом, для монометаллического грозозащитного стального троса необходимо и достаточно определить только .

Чтобы качественно построить зависимости среднеэксплуатационных напряжений в тросе при различных исходных НСКУ от длины пролета, нужно также рассчитать длину второго критического пролета:

Построенные по результатам выполненных выше расчетов зависимости представлены на рис. 6.2.

Рисунок 6.2. Зависимости среднеэксплуатационного напряжения в тросе при различных исходных НСКУ в зависимости от длины пролета.

Так как трос имеет изолированную подвеску и , то определяющим по прочности троса является нормативное сочетание климатических условий при среднеэксплуатационных условиях.

Таким образом, для проверки механической прочности троса нужно определить напряжение в тросе при среднеэксплуатационных условиях и сравнить его с допустимым значением.

Исходные условия:

Искомые условия:

Уравнение состояния троса:

Уравнение состояния троса (11) через коэффициенты:

Расчет ведется по итерационному методу Ньютона:

Расчет выполняется до заданной точности .

Так как , то начальное приближение рассчитывается как:

, следовательно, трос марки ТК-11 удовлетворяет как требованиям по условиям грозозащиты ВЛ, так и требованиям по механической прочности.