Механический расчет линии электропередачи напряжением 110 кВ с увеличенным сечением провода на металлических опорах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра “Электрические системы”

МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ НАПРЯЖЕНИЕМ 110 кВ С УВЕЛИЧЕННЫМ СЕЧЕНИЕМ ПРОВОДА НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОПОРАХ

Минск 20

ВВЕДЕНИЕ

Воздушные линии электропередачи служат для передачи и распределения электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и закрепляемым при помощи линейной арматуры и изоляторов на опорах, а в отдельных случаях на кронштейнах или стойках инженерных сооружений (мостов, зданий, электростанций и т.д.).

Надежность электроснабжения потребителей зависит от технического состояния линий электропередачи, которые помимо собственных механических нагрузок (тяжение проводов и тросов, собственный вес), подвергаются воздействию окружающей среды (гололед, ветер и т.п.). Поэтому, важным этапом в проектировании воздушной линии, является механический расчет конструктивной части линии. Проектируемая конструкция должна обеспечивать необходимую механическую прочность при заданных климатических условиях работы линии. При проектировании воздушной линии производится расчет и выбор составных частей и деталей линии электропередачи в требуемых условиях работы.

Цель работы состоит в механическом расчете линии электропередачи напряжением 110 кВ с увеличенным сечением провода на металлических опорах.

1. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ПРИ ВЫБОРЕ СЕЧЕНИЙ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Выбор сечения проводов сети производится с учетом следующих факторов:

- экономические соображения;

- по допустимому току связанному с нагревом проводов;

- по допустимым отклонениям или допустимым потерям напряжения;

- по условию коронирования проводов;

- по механической прочности;

- по термической стойкости.

Сечения проводов электрической сети должны быть выбраны таким образом, чтобы они соответствовали оптимальному соотношению между капитальными затратами на сооружение линий сети, увеличивающимися при повышении сечения провода, и расходами, связанными с потерями энергии, уменьшающимися при увеличении сечений проводов. Определение этого оптимального соотношения является сложной задачей. Сводящейся к нахождению сечения провода, соответствующего наименьшим приведенным затратам. Однако применяют упрощенное решение этой задачи, подсчитывая сечение проводов по экономической плотности.

Для электрических сетей и линий электропередачи напряжением до 220 кВ включительно сечения проводов должны выбираться по экономической плотности тока. Но так как этот метод обладает рядом недостатков, то пользуются методом экономических интервалов мощности. Экономические интервалы мощности для выбора сечения провода определяются следующим образом. Для различных стандартных сечений проводов строятся зависимости расчетной стоимости передачи электроэнергии от передаваемой по линии мощности.

Сечения проводов для ЛЭП напряжением 330кВ и выше определяются на основе технико-экономических расчетов, которые заключаются в сопоставлении приведенных затрат для линий, выполненных проводами разных сечений. Выбранное по технико-экономическим показателям сечение провода должно быть проверено на допустимость работы в послеаварийных условиях. В послеаварийных режимах по проводам может проходить ток, превышающий ток нормальной нагрузки. В таких случаях выбранные сечения проводов должны удовлетворять условиям предельно допустимого нагрева при протекании токов послеаварийного режима. При выборе сечения провода следует учитывать условия механической прочности. Выбранное по перечисленным выше условиям сечение провода должно быть еще проверено по условиям образования короны. При технико-экономическом выборе варианта сети надо оценить возможность образования короны путем определения критического напряжения. Если критическое напряжение получается меньше рабочего, то следует для повышения критического напряжения взять большее сечение провода.

2. ФОРМИРОВАНИЕ ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ВЛ

При проектировании следует применять унифицированные опоры. На основе унификации для каждой опоры установлены области применения: напряжение линии, число цепей, район гололедности, максимальный напор ветра, диапазоны марок проводов (АС 300/39, АС 400/51, АС 500/64). По этим сведениям для исследования выбираем следующие типы опор [1]:

- П 110-1+4 с весовым пролетом м;

- ПС 220-3 с весовым пролетом м.

На данном типе опор провода располагаются в углах неравностороннего треугольника.

Трос выбираем исходя из заданного номинального напряжения по [2] марки.

При выборе опор решается также вопрос о способах подвески проводов и тросов. В нашем случае провод подвешивается с помощью глухих зажимов. Подвеску тросов осуществляют: на промежуточных опорах - только в глухих поддерживающих зажимах, на анкерных - с помощью натяжных.

3. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОВОДОВ И ТРОСОВ

Удельные нагрузки, г_i даН/м•мм², на провода и тросы учитывают механические силы от веса проводов и гололедных нагрузок, а также давления ветра на провода без гололеда или с гололедом. Удельные нагрузки относятся к единице длины и единице поперечного сечения провода или троса применяются при всех расчетах конструктивной части ВЛ в качестве исходных величин. Удельные нагрузки определяются исходя из условия, что нагрузка по длине провода в пролете распределяется равномерно и порывы ветра отсутствуют [2].

Удельные механические нагрузки провода АС 300/39:

1. Нагрузка от собственного веса провода.

2. Нагрузка от веса гололеда, определяется исходя из условия, что гололёдные отложения имеют цилиндрическую форму с плотностью 0,9 г/см?:

3. Нагрузка от веса провода, покрытого гололедом.

4. Нагрузка от давления ветра на провод, свободный от гололеда.

5. Нагрузка от давления ветра на провод, покрытый гололедом, скоростной напор 0,25q.

6. Нагрузка от веса провода и давления ветра на провод, свободный от гололеда.

7. Нагрузка от веса провода, покрытого гололедом, скоростной напор 0,25q.

8. Для грозового режима:

- горизонтальная нагрузка от давления ветра на провод при отсутствии гололеда:

- результирующая механическая нагрузка от собственного веса провода и действия ветра на провод, не покрытый гололедом:

Изоляция воздушных линий выбирается с учетом воздействия рабочего напряжения, коммутационных и грозовых перенапряжений. Тип и число изоляторов определяется их изоляционными свойствами.

На ВЛ 110 кВ должны применяться только подвесные изоляторы. В натяжных гирляндах следует увеличивать количество изоляторов на один. На переходных опорах высотой более 40 м количество подвесных изоляторов в гирлянде увеличивается по сравнению с принятым на остальных опорах этой ВЛ на один на каждые 10 м высоты опоры сверх 40 м.

На ВЛ используется разнообразная линейная арматура. Выбор арматуры производится по назначению и номинальному напряжению ВЛ, в зависимости от марок проводов и числа проводов в фазе, от марок грозозащитных тросов и т. д.

Расчет линейной арматуры производится по воздействующим на них силам, определенным на основе нормативных механических нагрузок (скоростной напор ветра и гололед), и статическим схемам распределения нагрузок, по разрушающим нагрузкам арматуры и изоляторов, по коэффициентам запаса прочности раза в нормальных и в аварийных режимах ВЛ [4].

Выбор линейной арматуры необходимо вести по большей из нагрузок. В качестве наибольшей из нагрузки принимаем P=P₁ кг. По [2] выбираем: серьга, ушко, узел крепления поддерживающих гирлянд, зажим поддерживающий, гаситель вибрации.

Для каждой марки провода существует предел прочности. Если нагрузка на провод превышает этот предел, то происходит нарушение механических свойств провода.

В проводах воздушных линий должен быть определен запас механической прочности. При выборе запаса прочности проводов и тросов считаются с возможными погрешностями при выборе исходных данных (температуры и нагрузок) и другими допущениями. Поэтому запас прочности приходится принимать значительный.

Действующие Правила устройства электроустановок [4] задают запас прочности в виде допускаемых напряжений в проводах в процентах от предела прочности провода для следующих условий:

- наибольшей внешней нагрузки;

- минимальной температуры при отсутствии внешних нагрузок;

- среднегодовой температуры при отсутствии внешних нагрузок.

При механическом расчете проводов в качестве исходного можно принимать любое состояние, характеризующееся любой нагрузкой и температурой. При изменении нагрузки и температуры их влияние для заданных исходных климатических условий будет проявляться в большей или меньшей степени в зависимости от длины пролета. При малых пролетах на напряжение в проводе большое влияние оказывает температура, а при больших пролетах - нагрузка. Граничный пролет, при котором влияние температуры и нагрузки на напряжение в проводе оказывается равновесным, называется критическим пролетом. При ограничении напряжения в проводе по трем режимам в общем случае существует три критических пролета [3].

Первый критический пролет - это пролет такой длины, при котором напряжение в проводе в режиме среднегодовой температуры равно допустимому при среднегодовой температуре у_э, а в режиме минимальной температуры равно допустимому напряжению при минимальной температуре у_{_}.

Второй критический пролет - это пролет такой длины, при котором напряжение в проводе при наибольшей нагрузке равно допустимому напряжению при наибольшей нагрузке у_г, а в режиме минимальной температуры равно допустимому напряжению при минимальной температуре у_{_}.

Третий критический пролет - это пролет, при котором напряжение при среднегодовой температуре достигает допустимого при среднегодовой температуре у_э, а в режиме максимальной нагрузке равно допустимому при максимальной нагрузке у_г.

Цель систематического расчета заключается в построении зависимостей изменения напряжения в проводе от длины пролета и стрелы провеса от длины пролета.

Расчетные длины пролетов [5] для линии 110 кВ лежат в пределах 100 - 500 м. Промежуточные значения берутся через 50 м. В число промежуточных значений включаются длины расчетных критических пролетов. Так как для провода АС 300/39 соотношение критических пролетов, то в качестве m-ных условий принимаем [5]: для точек соответствующих пролетам условия режима минимальных температур (у_{_} =, г₁=, t), для точек l_1k <1 >l_3k - режим среднегодовой температуры (у_э =, г₁ =, t_э =), а для пролетов 1 >1_3k - условия режима при ветре и гололеде (у_г =, г₇, t_г).

Для провода АС 300/39 для режима минимальных температур при 1=100 м у = 3,75 даН/мм^3.

Габаритным пролетом, l_габ, называется пролет, длина которого определяется нормированным вертикальным габаритом от проводов до земли при установке опор на идеально ровной поверхности.

Поскольку монтаж провода может выполняться в широком диапазоне температур окружающего воздуха, важно правильно выбрать соответствующие стрелы провеса в реальных условиях монтажа.

Если стрела провеса будет занижена по сравнению с расчетной, в режиме низших температур напряжение в проводе может превысить допустимое. При завышении стрелы провеса в режиме высших температур или при гололеде могут нарушаться габариты до земли и пересекаемых сооружений.

Значения температур, t, для расчетов будут находиться в пределах от -35⁰С до 35⁰С через каждые 10⁰С.

Находим у_пр = 23,46 даН/мм^3.

Вибрация проводов возникает при направлении ветра 30-60⁰ к оси линии при скорости ветра от 1,0 - 4м/с, а в очень больших пролётах до 6м/с происходит наиболее интенсивная вибрация. Основным фактором, определяющим опасность повреждения проводов от вибрации, является величина среднеэксплуатационного тяжения (тяжение в проводе или тросе при среднегодовой температуре), которое зависит от допустимых напряжений в проводе, района гололёдности, длины пролёта, материала и сечения проводов и тросов.

В связи с тем, что провода в поддерживающих зажимах закреплены наглухо, то от вибрации возможен излом отдельных проволок и соответственно потеря механической прочности провода. Средством гашения вибрации является виброгаситель, так как энергия вибрации провода поглощается в движении грузов гасителя и трении проволок горизонтального стального тросика, на котором укреплены грузы.

На ВЛ с подвесными изоляторами должны быть защищены: одиночные провода марок А, АС и АН сечением до 95 мм в пролетах более 80 м, сечением 120 - 240 мм в пролетах более 100 м и сечением 300 мм и более в пролетах более 120м.

Для защиты от вибрации проводов марки АС сечением более 90 мм и тросов рекомендуется применять гасители вибрации типа ГВН устанавливаемые на расстоянии от середины поддерживающего и от края натяжного зажима.

электропередача провод опора

4. РАСЧЕТ ОПОР НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ

Вертикальные расчетные нагрузки [7] состоят из нагрузок то собственного веса опоры, веса проводов, веса тросов, веса гололеда на проводах и тросах, веса гирлянды изоляторов, монтажной нагрузки, принимаемых численно равными соответствующей массе.

Вертикальная нормативная монтажная нагрузка, G_м, состоит из веса монтажных приспособлений и монтера с инструментами и принимается для линии 110 кВ равной 150 кг. С учетом коэффициента перегрузки равным 1,3, монтажная нагрузка G_м = 195 даН.

Горизонтальные нагрузки [7] на промежуточную опору в нормальном режиме эксплуатации линии возникают только от ветрового воздействия на конструкцию опоры, провода и тросы. При этом следует определить ветровую нагрузку на опору при направлении ветра, перпендикулярном оси лини и при направлении ветра, составляющем угол 45⁰ к трассе линии.

Ветровая нагрузка на конструкцию опоры определяется как сумма статической и динамической составляющих. Динамическая составляющая учитывает воздействие порывов ветра на конструкцию опоры.

Определение изгибающих моментов относительно расчетных сечений. В качестве расчетных сечений опор принимается сечение на уровне земли. Для определения изгибающих моментов относительно расчетных сечений составляется расчетная схема опоры для каждого из расчетных режимов.

Составим сумму моментов сил относительно шарниров А и В для режима без гололеда. При этом за положительное направление примем направление против часовой стрелки в соответствии с рисунком 4.1.



Рисунок 4.1 - Расчетная схема опоры без гололеда

При расчете вертикальных реакций V_А и V_B для опоры П110-3+4 с проводом АС 300/39 при ветре перпендикулярном линии находим, что V_А = 5133,68 даН и V_B = 7619,80 даН.

Составим сумму моментов сил относительно шарниров А и В для режима с гололедом. При этом за положительное направление примем направление против часовой стрелки в соответствии с рисунком 4.2.



Рисунок 4.2 - Расчетная схема опоры с гололедом

При расчете вертикальных реакций V_А и V_B для опоры П110-3+4 с проводом АС 300/39 при ветре перпендикулярном линии находим, что V_А = -616,91 даН и V_B = 2895,99 даН. Знак минус перед получившимся значением реакции указывает на неправильно принятое на схеме направление реакции.

Опирание опорных секций на фундамент можно рассматривать как шарнирное, а реакции на одноименные опорные башмаки считать одинаковыми.

На основании опыта проектирования [10] можно считать, что первые (по направлению ветра) два опорных башмака А воспринимают % всей горизонтальной нагрузки, а остальные % нагрузки приходятся на башмаки В.

Усилия в стержнях плоской фермы опорной секции определяются способом вырезания узлов [7]. Для составления равновесия характерно, что сумма всех сил, действующих по осям X и Y должна быть равна нулю. Расчетная схема представлена на рисунке 4.3 и 4.4.

Рисунок 4.3 - Определение усилий в несущих стержнях опорного узла А и В

Рисунок 4.4 - Расчетные длины стержней

Для опоры П110-3+4 б₁=, б₂=, l₁= мм, l₂= мм. Для опоры ПС220-3 б₁=84⁰, б₂=, l₁= мм, l₂= мм.

Если сила N направлена вдоль стержня к узлу, то стержень сжат, если от узла - растянут. Для расчета требуемых сечений стержней из полученных значений выбираются максимальные величины растягивающих и сжимающих усилий для наружных и внутренних раскосов.

Произведем выбор уголка для несущего стержня с усилием N₁ на примере опоры П110-3+4 с проводом АС 300/39.

Так как у₁<(19,53…19,95) даН/мм², то стержень испытывает недогрузку и следует взять уголок с меньшей площадью сечения F₂^.

Сечение уголка может ослабиться отверстиями под болты до 20%, тогда площадь расчетного сечения составит 80% от первоначальной F₃, Окончательно размер уголка выбирается большим из рассчитанных F₁ или F₂, F₃, F₄. По конструктивным соображениям для несущих выбирается уголок не менее мм. В данном случае выбираем уголок с шириной полки мм с F₂= мм^3.

Произведем выбор уголка для стержня внутренней решетки с усилием N₂ для опоры П110-3+4.

Расчетная схема траверсы приведена на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 - Расчетная схема траверсы

Так как почти все элементы опоры линии выполняются из стального равнобокого уголка с шириной полки на менее мм, то для сечений тяги выбираем уголок с площадью сечения F= мм^3.

Конструкция фундамента выбирается в соответствии с типом опоры, действующей на фундамент нагрузкой, а также характеристикой грунта, в который будет заложен фундамент.

Произведем выбор фундамента для металлической промежуточной опоры, устанавливаемой в суспесчаном грунте.

Выбираем тип фундамента по [6] по известной величине максимальной из реакций V_A или V_В.

5. ВОПРОСЫ ОХРАНЫ ТРУДА И ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

Работы в действующих электроустановках должны проводиться по наряду. В случаях, предусмотренных [14], разрешается выполнение работ по распоряжению. Запрещаются самовольное проведение работ, а также расширение рабочих мест и объема задания, определенных нарядом или распоряжением. Выполнение любых работ в электроустановках и зоне действия другого наряда должно согласовываться с лицом, ведущим работы по этому наряду.

Капитальные ремонты электрооборудования выше 1000 В, а также ВЛ независимо от напряжения должны выполняться по технологическим картам или проектом производства работ. Запрещается работать в одежде с короткими или засученными рукавами, а также пользоваться ножовками, напильниками, металлическими метрами и т. п.

Запрещается прикасаться без применения электрозащитных средств к изоляторам оборудования, находящегося под напряжением.

При работе с использованием электрозащитных средств (изолирующих штанг и клещей, электроизмерительных штанг и клещей, указателей напряжения) допускается приближение человека к токоведущим частям на расстояние, определяемое длиной изолирующей части этих средств.

Работы на проводах (тросах) и относящихся к ним изоляторах, арматуре, расположенных выше проводов, тросов, находящихся под напряжением, необходимо проводить по ППР, утвержденному руководством предприятия. В ППР должны быть предусмотрены меры для предотвращения опускания проводов (тросов) и для защиты от наведенного напряжения. Запрещается замена проводов (тросов) при этих работах без снятия напряжения с пересекаемых проводов.

В темное время суток участки работ, рабочие места, проезды и подходы к ним должны быть освещены. Освещенность должна быть равномерной, без слепящего действия осветительных устройств на работающих. Запрещается проведение работ в неосвещенных местах.

При приближении грозы должны быть прекращены все работы на ВЛ, ВЛС, в ОРУ, ЗРУ на выводах и линейных разъединителях ВЛ, на КЛ, подключенных к участкам ВЛ, а также на вводах ВЛС в помещениях узлов связи и антенно-мачтовых сооружениях.

Для безопасного проведения работ должны выполняться следующие организационные мероприятия:

- назначение лиц, ответственных за безопасное ведение работ;

- выдача наряда или распоряжения;

- выдача разрешения на подготовку рабочих мест и на допуск;

- подготовка рабочего места и допуск;

- надзор при выполнении работы;

- перевод на другое рабочее место;

- оформление перерывов в работе и ее окончания.

Для подготовки рабочего места при работе, требующей снятия напряжения, должны быть выполнены в указанном порядке следующие технические мероприятия:

- проведены необходимые отключения и приняты меры, препятствующие ошибочному или самопроизвольному включению коммутационной аппаратуры;

- вывешены запрещающие плакаты на приводах ручного и на ключах дистанционного управления коммутационной аппаратурой;

- проверено отсутствие напряжения на токоведущих частях, которые должны быть заземлены для защиты людей от поражения электрическим током;

- установлено заземление (включены заземляющие ножи, установлены переносные заземления);

- ограждены при необходимости рабочие места или оставшиеся под напряжением токоведущие части и вывешены на ограждениях плакаты безопасности. В зависимости от местных условий токоведущие части ограждаются до или после их заземления.

На ВЛ по распоряжению могут выполняться работы на нетоковедущих частях, не требующие снятия напряжения, в том числе: с подъемом до 3 м от уровня земли, считая до ног человека; без разборки конструктивных частей опоры; с откапыванием стоек опоры на глубину до 0,5 м; по расчистке трассы ВЛ, когда не требуется принимать меры, предотвращающие падение на провода вырубаемых деревьев, либо когда, обрубка веток и сучьев не связана с опасным приближением людей к проводам и с возможностью падения веток и сучьев на провода.

На ВЛ одному работнику с группой II допускается выполнять по распоряжению следующие работы:

- осмотр ВЛ в легкопроходимой местности и при благоприятной погоде;

- восстановление постоянных обозначений на опорах; замер габаритов угломерными приборами; противопожарную очистку площадок вокруг опор; окраску бандажей на опорах.

К работам в действующих электроустановках допускаются лица, признанные по состоянию здоровья годными к выполнению работ по данной профессии, не имеющими притивопоказаний к работе с вредными (опасными) факторами, имеющими достаточный уровень общей и специальной подготовки. С ними заключается трудовой договор, оформляется приказ, с которым работник должен быть ознакомлен под роспись, выдается удостоверение по охране труда.

Дата выдачи удостоверения определяет начало работы с принятым работником, которую необходимо провести для допуска к самостоятельной работе по следующим направлениям:

- ознакомление с правилами внутреннего трудового распорядка;

- проведение вводного инструктажа;

- проведение первичного инструктажа на рабочем месте;

- выдача средств индивидуальной защиты;

- организация и проведение обучения;

- стажировка;

- проверка знаний по вопросам охраны труда и технической эксплуатации;

- дублирование;

-допуск к самостоятельной работе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе расчета механической части линии электропередачи напряжением 110 кВ решены следующие задачи.

Выбрана схема расположения проводов на опоре и типы промежуточных металлических опор марок П110-3+4, ПС220-3.

Выбран тип изоляторов и линейной арматуры.

Выполнен систематический расчёт проводов.

Рассмотрены основные правила техники безопасности и охраны труда при эксплуатации воздушных линий электропередачи.

Таким образом, опоры типа П110-3+4 и ПС220-3 можно использовать для линии 110 кВ с увеличенным сечением проводов и по условиям механической прочности обеспечат надёжное и бесперебойное электроснабжение потребителей.

Размещено на Allbest.ru