Расчет механических нагрузок сталеалюминевых проводов

На работу конструктивной части воздушной линии оказывают воздействие механические нагрузки собственного провеса провода, от гололёдного образования, от давления ветра, а также из-за изменения температуры воздуха. Из-за воздействия ветра возникает вибрация проводов (это колебание с высокой частотой и незначительной амплитудой), а также тряска проводов (колебания с малой частотой и большой амплитудой). Механические нагрузки, вибрация и тряска проводов обычно приводят к обрыву проводов, поломке опор, а также к схлестыванию проводов. Для проектирования линии разработаны специальные правила и стандарты.

· Рассчитаем удельные нагрузки сталеалюминевого провода АС 70/11 на участках 12 и 34(1 вариант),а также для В2 и В4 (2 вариант) для воздушной линии 110 кВ, которая проходит в первом районе по ветру и в третьем районе по гололедности. Длина пролета 200м.

1. Удельная нагрузка от собственной массы провода:

Из приложения А, находим исходные данные для данного провода:

сечения алюминия 68 мм², сечение стали 11,3 мм_­², общее сечение провода 79,3

мм², диаметр провода 11,4, масса одного километра провода равна 276 кг/км.

γ₁=gM₀×10^-3=9,81×276×10^-3/79,3=34,1×10^-3 H/(м×мм²)

Здесь M₀ – масса 1 км провода в кг, F- полное поперечное сечение провода в мм², g=9,81 м/с²- ускорение свободного падения.

2. Удельная нагрузка от массы гололедных отложений

Из приложения В выбираем для III района по гололеду с повторяемостью 1 раз в 10 лет, так как напряжение линии 110 кВ, b_Г.Н =15 мм. Расчетные значения толщины стенки гололеда определяется по следующему выражению:

b_Г= b_Г.Н× × =15×0,97×1=14,55 мм

b_Г.Н- нормативная толщина стенки гололеда по приложению Б

Коэффициент, учитывающий отличие действительного диаметра провода от 10 мм:

=0,83/(⁴√0,1d_П) +0,17=0,83/ (⁴√0,1×11,4) +0,17=0,97

Поправочный коэффициент на высоту расположения над поверхностью земли общего (приведенного) центра тяжести всех проводов, учитываемый при

>25м

Так как в задании не указана высота центра тяжести то следует принимать:

=(lg√7 )²=1

γ₂=(gg₀πb_Г(d+ b_Г)×10^-6)/F {\displaystyle \pi }

γ₂= (9,81×900×3,14×14,55× (11,4+14,55) × 10^-6) /79,3=132×10^-3 H/(м×мм²)

Здесь d- диаметр провода в мм g₀=900

3. Удельная нагрузка от собственной массы и массы гололеда:

γ₃=γ₁₊ γ₂=34,1×10^-3 +132×10^-3=166,1×10^-3 H/(м×мм²)

4. Удельная нагрузка от давления ветра на провод без гололеда:

q_ʋ= q_ʋ.H =400×1=400 Па.

Здесь q_ʋ.H=400 Па-нормативный скоростной напор ветра по приложению Б, выбираем для I района по ветру с повторяемостью 1 раз в 10 лет, так как напряжение линии 110 кВ. - поправочный коэффициент на высоту подвеску проводов учитываемый при >15

=(lg√10 )²=1

Коэффициент неравномерности скоростного напора по пролету воздушной линии α, принимается равным 1, при q_ʋ.H­ ≤ 270 Па и 0,7 при q_ʋ.H≥745. В диапазоне 270-745 Па необходимо воспользоваться формулой:

α= 0,9/ ⁴√(0,01× q_ʋ.H-1,7) +0,1=0,9/ ⁴√(0,01× 400-1,7) +0,1=0,83

Коэффициент влияния длины пролета k_l, следует принимать равным 1,2 при пролетах до 50 м, 1,1 при 100 м, 1,05 при 150 м, 1 при 250 м и выше.

k_l=1,0 при длине пролета 200м.

γ₄=(αk_lC_X (q_ʋd)×10^-3)/F

γ₄= (0,83×1×1,2×1× (400×11,4) ×10^-3)/ 79,3=57×10^-3 H/(м×мм²)

где C_X- аэродинамический коэффициент или коэффициент лобового сопротивления, равный 1,2 для проводов и тросов диаметром менее 20 мм, а также для проводов и тросов любого диаметра, покрытых гололедом.

5. Удельная нагрузка от давления ветра на провод с гололедом

γ₅= (αk_lC_X (q_ʋ/4)×( d+2 b_Г) ×10^-3)/F

γ₅= (0,83×1×1,2×1× (400/4) × (11,4+2×14,55) ×10^-3) /79,3=51×10^-3 H/(м×мм²)

6. Удельная результирующая нагрузка от массы провода

γ₆=√ γ₁²+ γ₄²=√34,1²+57²=66×10^-3 H/(м×мм²)

7. Удельная результирующая нагрузка от массы провода, давления ветра и массы гололеда

γ₇=√ γ₃²+ γ₅²=√166,1²+51²=174×10^-3 H/(м×мм²)

Вывод: провода данной линии испытывают наибольшую удельную нагрузку при давлении ветра и наличии гололёда.

· Рассчитаем удельные нагрузки сталеалюминевого провода АС 150/24 на участке А3 (1 вариант) для воздушной линии 110 кВ, которая проходит в первом районе по ветру и в третьем районе по гололедности. Длина пролета 200м.

1 Удельная нагрузка от собственной массы провода:

Из приложения А, находим исходные данные для данного провода:

сечения алюминия 149 мм², сечение стали 24,2 мм_­², общее сечение провода 173,2 мм_­², диаметр провода 17,1, масса одного километра провода равна 599 кг/км.

γ₁=gM₀×10^-3=9,81×599×10^-3/173,2=34×10^-3 H/(м×мм²)

Здесь M₀ – масса 1 км провода в кг, F- полное поперечное сечение провода в мм², g=9,81 м/с²- ускорение свободного падения.

2 Удельная нагрузка от массы гололедных отложений

Из приложения В выбираем для III района по гололеду с повторяемостью 1 раз в 10 лет, так как напряжение линии 110 кВ, b_Г.Н =15 мм. Расчетные значения толщины стенки гололеда определяется по следующему выражению:

b_Г= b_Г.Н× × =15×0,9×1=13,5 мм

b_Г.Н- нормативная толщина стенки гололеда по приложению Б

Коэффициент, учитывающий отличие действительного диаметра провода от 10 мм:

=0,83/(⁴√0,1d_П) +0,17=0,83/ (⁴√0,1×17,1) +0,17=0,9

Поправочный коэффициент на высоту расположения над поверхностью земли общего (приведенного) центра тяжести всех проводов, учитываемый при

>25м

Так как в задании не указана высота центра тяжести то следует принимать:

=(lg√7 )²=1

γ₂=(gg₀πb_Г(d+ b_Г)×10^-6)/F {\displaystyle \pi }

γ₂= (9,81×900×3,14×13,5× (17,1+13,5) × 10^-6) /173,2=66×10^-3 H/(м×мм²)

Здесь d- диаметр провода в мм g₀=900

3 Удельная нагрузка от собственной массы и массы гололеда:

γ₃=γ₁₊ γ₂=34×10^-3 +66×10^-3=100×10^-3 H/(м×мм²)

4 Удельная нагрузка от давления ветра на провод без гололеда:

q_ʋ= q_ʋ.H =400×1=400 Па.

Здесь q_ʋ.H=400 Па-нормативный скоростной напор ветра по приложению Б, выбираем для I района по ветру с повторяемостью 1 раз в 10 лет, так как напряжение линии 110 кВ. - поправочный коэффициент на высоту подвеску проводов учитываемый при >15

=(lg√10 )²=1

Коэффициент неравномерности скоростного напора по пролету воздушной линии α, принимается равным 1, при q_ʋ.H­ ≤ 270 Па и 0,7 при q_ʋ.H≥745. В диапазоне 270-745 Па необходимо воспользоваться формулой:

α= 0,9/ (⁴√0,01× q_ʋ.H-1,7) +0,1=0,9/ (⁴√0,01× 400-1,7) +0,1=0,83

Коэффициент влияния длины пролета k_l, следует принимать равным 1,2 при пролетах до 50 м, 1,1 при 100 м, 1,05 при 150 м, 1 при 250 м и выше.

k_l=1,0 при длине пролета 200м.

γ₄=(αk_lC_X (q_ʋd)×10^-3)/F

γ₄= (0,83×1×1,2×1× (400×17,1) ×10^-3)/ 173,2=39×10^-3 H/(м×мм²)

где C_X- аэродинамический коэффициент или коэффициент лобового сопротивления, равный 1,2 для проводов и тросов диаметром менее 20 мм, а также для проводов и тросов любого диаметра, покрытых гололедом.

5 Удельная нагрузка от давления ветра на провод с гололедом

γ₅= (αk_lC_X (q_ʋ/4)×( d+2 b_Г) ×10^-3)/F

γ₅= (0,83×1×1,2×1× (400/4) × (17,1+2×13,5) ×10^-3) /173,2=25×10^-3 H/(м×мм²)

6 Удельная результирующая нагрузка от массы провода

γ₆=√ γ₁²+ γ₄²=√34²+39 ²=52×10^-3 H/(м×мм²)

7 Удельная результирующая нагрузка от массы провода, давления ветра и массы гололеда

γ₇=√ γ₃²+ γ₅²=√100²+25²=103×10^-3 H/(м×мм²)

Вывод: провода данной линии испытывают наибольшую удельную нагрузку при давлении ветра и наличии гололёда.

· Рассчитаем удельные нагрузки сталеалюминевого провода АС 120/19 на участках В2 и В4 (1 вариант) и А1 (2 вариант) для воздушной линии 110 кВ, которая проходит в первом районе по ветру и в третьем районе по гололедности. Длина пролета 200м.

1. Удельная нагрузка от собственной массы провода:

Из приложения А, находим исходные данные для данного провода:

сечения алюминия 118 мм², сечение стали 18,8 мм_­², общее сечение провода 136,8 мм², диаметр провода 15,2 ; масса одного километра провода равна 471 кг/км.

γ₁=gM₀×10^-3=9,81×471×10^-3/136,8=33,8×10^-3 H/(м×мм²)

Здесь M₀ – масса 1 км провода в кг, F- полное поперечное сечение провода в мм², g=9,81 м/с²- ускорение свободного падения.

2. Удельная нагрузка от массы гололедных отложений

Из приложения В выбираем для III района по гололеду с повторяемостью 1 раз в 10 лет, так как напряжение линии 110 кВ, b_Г.Н =15 мм. Расчетные значения толщины стенки гололеда определяется по следующему выражению:

b_Г= b_Г.Н× × =15×0,92×1=13,8 мм

b_Г.Н- нормативная толщина стенки гололеда по приложению Б

Коэффициент, учитывающий отличие действительного диаметра провода от 10 мм:

=0,83/(⁴√0,1d_П) +0,17=0,83/ (⁴√0,1×15,2) +0,17=0,92

Поправочный коэффициент на высоту расположения над поверхностью земли общего (приведенного) центра тяжести всех проводов, учитываемый при

>25м

Так как в задании не указана высота центра тяжести то следует принимать:

=(lg√7 )²=1

γ₂=(gg₀πb_Г(d+ b_Г)×10^-6)/F {\displaystyle \pi }

γ₂= (9,81×900×3,14×13,8× 29× 10^-6) /136,8=81×10^-3 H/(м×мм²)

Здесь d- диаметр провода в мм, g₀=900

3. Удельная нагрузка от собственной массы и массы гололеда:

γ₃=γ₁₊ γ₂=33,8×10^-3 +81×10^-3=114,8×10^-3 H/(м×мм²)

4. Удельная нагрузка от давления ветра на провод без гололеда:

q_ʋ= q_ʋ.H =400 Па.

Здесь q_ʋ.H=400 Па-нормативный скоростной напор ветра по приложению Б, выбираем для I района по ветру с повторяемостью 1 раз в 10 лет, так как напряжение линии 110 кВ. - поправочный коэффициент на высоту подвеску проводов учитываемый при >15

=(lg√10 )²=1

Коэффициент неравномерности скоростного напора по пролету воздушной линии α, принимается равным 1, при q_ʋ.H­ ≤ 270 Па и 0,7 при q_ʋ.H≥745. В диапазоне 270-745 Па необходимо воспользоваться формулой:

α= 0,9/ (⁴√0,01× q_ʋ.H-1,7) +0,1=0,9/ (⁴√0,01× 400-1,7) +0,1=0,83

Коэффициент влияния длины пролета k_l, следует принимать равным 1,2 при пролетах до 50 м, 1,1 при 100 м, 1,05 при 150 м, 1 при 250 м и выше.

k_l = 1 при длине пролета 200м.

γ₄ = (αk_lC_X (q_ʋd)×10^-3)/F

γ₄ = (0,83×1×1,2×1× (400×15,2) ×10^-3)/ 136,8=44,3×10^-3 H/(м×мм²)

5. Удельная нагрузка от давления ветра на провод с гололедом

γ₅= (αk_lC_X (q_ʋ/4)×( d+2 b_Г) ×10^-3)/F

γ₅ = (0,83×1×1,2×1× (400/4)×(15,2+2×13,8) ×10^-3)/ 136,8 = 31,2×10^-3 H/(м×мм²)

6. Удельная результирующая нагрузка от массы провода

γ₆=√ γ₁²+ γ₄²=√33,8²+44,3 ²=55,7×10^-3 H/(м×мм²)

7. Удельная результирующая нагрузка от массы провода, давления ветра и массы гололеда

γ₇=√ γ₃²+ γ₅²=√114,8²+31,2²=118,7×10^-3 H/(м×мм²)

Вывод: провода данной линии испытывают наибольшую удельную нагрузку при давлении ветра и наличии гололёда.

· Рассчитаем удельные нагрузки сталеалюминевого провода АС 240/32 на участке А1 для воздушной линии 110 кВ, которая проходит в первом районе по ветру и в третьем районе по гололедности. Длина пролета 200м.

1. Удельная нагрузка от собственной массы провода:

Из приложения А, находим исходные данные для данного провода:

сечение алюминия 244 мм², сечение стали 31,7 мм_­², общее сечение F провода 275,7 мм², диаметр d провода 21,6 мм, масса М₀ одного километра провода равна 921 кг/км.

γ₁ = gM₀×10^-3=9,81×921×10^-3/275.7 = 32.8×10^-3 H/(м×мм²)

Здесь M₀ – масса 1 км провода в кг, F- полное поперечное сечение провода в мм², g=9,81 м/с²- ускорение свободного падения.

2. Удельная нагрузка от массы гололедных отложений

Из приложения В выбираем для III района по гололеду с повторяемостью 1 раз в 10 лет, так как напряжение линии 110 кВ, b_Г.Н =15 мм. Расчетные значения толщины стенки гололеда определяется по следующему выражению:

b_Г= b_Г.Н× × =15×0,86×1=12,9 мм

b_Г.Н- нормативная толщина стенки гололеда по приложению Б

Коэффициент, учитывающий отличие действительного диаметра провода от 10 мм:

=0,83/(⁴√0,1d_П) +0,17=0,83/ (⁴√0,1×21,6) +0,17=0,86

Поправочный коэффициент на высоту расположения над поверхностью земли общего (приведенного) центра тяжести всех проводов, учитываемый при

>25м

Так как в задании не указана высота центра тяжести то следует принимать:

=(lg√7 )²=1

γ₂=(gg₀πb_Г(d+ b_Г)×10^-6)/F {\displaystyle \pi }

γ₂= (9,81×900×3,14×12,9× (21,6+12,9) × 10^-6) /275,7=44,8×10^-3 H/(м×мм²)

Здесь d- диаметр провода в мм g₀=900

3. Удельная нагрузка от собственной массы и массы гололеда:

γ₃=γ₁₊ γ₂=32,8×10^-3 +44,8×10^-3=77,6×10^-3 H/(м×мм²)

4. Удельная нагрузка от давления ветра на провод без гололеда:

q_ʋ= q_ʋ.H =400×1=400 Па.

Здесь q_ʋ.H=400 Па-нормативный скоростной напор ветра по приложению Б, выбираем для I района по ветру с повторяемостью 1 раз в 10 лет, так как напряжение линии 110 кВ. - поправочный коэффициент на высоту подвеску проводов учитываемый при >15

=(lg√10 )²=1

Коэффициент неравномерности скоростного напора по пролету воздушной линии α, принимается равным 1, при q_ʋ.H­ ≤ 270 Па и 0,7 при q_ʋ.H≥745. В диапазоне 270-745 Па необходимо воспользоваться формулой:

α= 0,9/ ⁴√(0,01× q_ʋ.H-1,7) +0,1=0,9/ ⁴√(0,01× 400-1,7) +0,1=0,83

Коэффициент влияния длины пролета k_l, следует принимать равным 1,2 при пролетах до 50 м, 1,1 при 100 м, 1,05 при 150 м, 1 при 250 м и выше.

k_l=1,0 при длине пролета 200м.

γ₄=(αk_lC_X (q_ʋd)×10^-3)/F

γ₄= (0,83×1×1,2×1× (400×21,6) ×10^-3)/ 275,7=31,2×10^-3 H/(м×мм²)

где C_X- аэродинамический коэффициент или коэффициент лобового сопротивления, равный 1,2 для проводов и тросов диаметром менее 20 мм, а также для проводов и тросов любого диаметра, покрытых гололедом.

5. Удельная нагрузка от давления ветра на провод с гололедом

γ₅= (αk_lC_X (q_ʋ/4)×( d+2 b_Г) ×10^-3)/F

γ₅= (0,83×1×1,2×1× (400/4) × (21,6+2×12,9) ×10^-3) /275,7=17,1×10^-3 H/(м×мм²)

6. Удельная результирующая нагрузка от массы провода

γ₆=√ γ₁²+ γ₄²=√32,8²+31,2²=45,27×10^-3 H/(м×мм²)

7. Удельная результирующая нагрузка от массы провода, давления ветра и массы гололеда

γ₇=√ γ₃²+ γ₅²=√77,6²+17,1²=79,5×10^-3 H/(м×мм²)

Вывод: провода данной линии испытывают наибольшую удельную нагрузку при давлении ветра и наличии гололёда.

· Рассчитаем удельные нагрузки сталеалюминевого провода АС 95/16 на участке А3(2 вариант) для воздушной линии 110 кВ, которая проходит в первом районе по ветру и в третьем районе по гололедности. Длина пролета 200м.

1. Удельная нагрузка от собственной массы провода:

Из приложения А, находим исходные данные для данного провода:

сечение алюминия 95,4 мм², сечение стали 15,9 мм_­², общее сечение F провода 111,3 мм², диаметр d провода 13,5 мм, масса М₀ одного километра провода равна 385 кг/км.

γ₁ = gM₀×10^-3=9,81×385×10^-3/111,3 = 34×10^-3 H/(м×мм²)

Здесь M₀ – масса 1 км провода в кг, F- полное поперечное сечение провода в мм², g=9,81 м/с²- ускорение свободного падения.

2. Удельная нагрузка от массы гололедных отложений

Из приложения В выбираем для III района по гололеду с повторяемостью 1 раз в 10 лет, так как напряжение линии 110 кВ, b_Г.Н =15 мм. Расчетные значения толщины стенки гололеда определяется по следующему выражению:

b_Г= b_Г.Н× × =15×0,94×1=14,1 мм

b_Г.Н- нормативная толщина стенки гололеда по приложению Б

Коэффициент, учитывающий отличие действительного диаметра провода от 10 мм:

=0,83/(⁴√0,1d_П) +0,17=0,83/ (⁴√0,1×13,5) +0,17=0,94

Поправочный коэффициент на высоту расположения над поверхностью земли общего (приведенного) центра тяжести всех проводов, учитываемый при

>25м

Так как в задании не указана высота центра тяжести то следует принимать:

=(lg√7 )²=1

γ₂=(gg₀πb_Г(d+ b_Г)×10^-6)/F {\displaystyle \pi }

γ₂= (9,81×900×3,14×14,1× (13,5+14,1) × 10^-6) /111,3=97×10^-3 H/(м×мм²)

Здесь d- диаметр провода в мм g₀=900

3. Удельная нагрузка от собственной массы и массы гололеда:

γ₃=γ₁₊ γ₂=34×10^-3 +97×10^-3=131×10^-3 H/(м×мм²)

4. Удельная нагрузка от давления ветра на провод без гололеда:

q_ʋ= q_ʋ.H =400×1=400 Па.

Здесь q_ʋ.H=400 Па-нормативный скоростной напор ветра по приложению Б, выбираем для I района по ветру с повторяемостью 1 раз в 10 лет, так как напряжение линии 110 кВ. - поправочный коэффициент на высоту подвеску проводов учитываемый при >15

=(lg√10 )²=1

Коэффициент неравномерности скоростного напора по пролету воздушной линии α, принимается равным 1, при q_ʋ.H­ ≤ 270 Па и 0,7 при q_ʋ.H≥745. В диапазоне 270-745 Па необходимо воспользоваться формулой:

α= 0,9/ ⁴√(0,01× q_ʋ.H-1,7) +0,1=0,9/ ⁴√(0,01× 400-1,7) +0,1=0,83

Коэффициент влияния длины пролета k_l, следует принимать равным 1,2 при пролетах до 50 м, 1,1 при 100 м, 1,05 при 150 м, 1 при 250 м и выше.

k_l = 1,0 при длине пролета 200м.

γ₄ = (αk_lC_X (q_ʋd)×10^-3)/F

γ₄ = (0,83×1×1,2×1× (400×13,5) ×10^-3)/ 111,3 = 48×10^-3 H/(м×мм²)

где C_X- аэродинамический коэффициент или коэффициент лобового сопротивления, равный 1,2 для проводов и тросов диаметром менее 20 мм, а также для проводов и тросов любого диаметра, покрытых гололедом.

5. Удельная нагрузка от давления ветра на провод с гололедом

γ₅= (αk_lC_X (q_ʋ/4)×( d+2 b_Г) ×10^-3)/F

γ₅= (0,83×1×1,2×1× (400/4) × (13,5+2×14,1) ×10^-3) /111,3 =37×10^-3 H/(м×мм²)

6. Удельная результирующая нагрузка от массы провода

γ₆=√ γ₁²+ γ₄²=√34²+48² = 59×10^-3 H/(м×мм²)

7. Удельная результирующая нагрузка от массы провода, давления ветра и массы гололеда

γ₇=√ γ₃²+ γ₅²=√131²+37²=136×10^-3 H/(м×мм²)

Вывод: провода данной линии испытывают наибольшую удельную нагрузку при давлении ветра и наличии гололёда.

Заключение

В данной курсовой работе произвели предварительный расчет распределения мощности в линиях для двух вариантов.

Следующим пунктом выбрали номинальное напряжение сети. Для обоих вариантов приняли стандартное напряжение равное 110 кВ.

Далее произвели выбор сечений проводов по экономической плотности тока. Произвели проверку сечений по условию коронного разряда.

Произвели выбор трансформаторов для потребителей 1,2,3,4. Рассчитали для каждого провода удельные механические нагрузки сталеалюминевых проводов.

Приложение A

Номинальное сечение, мм2 алюминий/сталь	Сечение, мм2	Диаметр провода, мм	Масса провода кг/км
алюминия	Стального сердечника
AC 70/11		11,3	11,4
АС 120/19		18,8	15,2
АС 95/16	95,4	15,9	13,5
АС 240/32		31,7	21,6
АС 150/24		24,2	17,1

Приложение Б

Климатический район по ветровому давлению	Скоростной напор ветра qʋ, Па, с повторяемостью
1 раз в 5 лет	1 раз в 10 лет	1 раз в 15 лет
I

Приложение В

Климатический район по толщине стенки гололеда	Нормативная толщина стенки гололеда, мм, с повторяемостью
1 раз в 5 лет	1 раз в 10 лет
III