Расчет линии электропередач

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет ЛЭП

В районе проектирования ВЛ зима суровая продолжительная, лето теплое короткое. Минимальная температура зимних холодных суток составляет -38?С, максимальная температура в летние месяцы +38?С.

Сооружаемая трасса ЛЭП 220 кВ относится к III по гололеду и IV ветровому районам. На унифицированных свободностоящих опорах будут смонтированы провода 2АС-300/39 нормальной конструкции, технические данные которого приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1	проводник	сердечник	провод
Сечение,	301	38,6	339,6
Диаметр, мм	24	8	32
Масса, кг/км	-	-	1132

Интенсивность внешних воздействий принимают исходя из частоты повторяемости гололедных и ветровых нагрузок 1 раз в 10 лет.

Максимальный нормативный скоростной напор ветра Qн=650 IV района.

Нормативная толщина стенки гололеда для III района 10 мм.

Рассчитаем удельные механические нагрузки на провода от внешних воздействий

· Постоянно действующая нагрузка от собственной массы провода:

, где

9,81 - коэффициент скрутки,

М - масса провода.

Для получения единичной нагрузки от собственного веса необходимо вес умножить на .

· Временно действующая нагрузка от массы гололедных отложений:

, где

g0 - объемный вес,

с - толщина стенки гололеда,

d - диаметр провода.

· Суммарная нагрузка:

· Горизонтальная нагрузка от давления ветра на провод свободный от гололеда:

, где

б - коэффициент неравномерности;

Сх - аэродинамический коэффициент.

· Временно действующая нагрузка от давления ветра на провод с гололедом:

· Результирующая удельная нагрузка от собственной массы и давления ветра:

· Результирующая удельная нагрузка от массы провода с гололедом и давлением ветра:

Вывод: сравнение нагрузок г6 и г7 показывает, что г7< г6, поэтому наибольшей нагрузкой является г6. В дальнейших расчетах будем ориентироваться на шестую нагрузку.

Определим физико-механические характеристики провода и критические длины пролетов

Сталеалюминевый провод состоит из 2-х сплошных частей: внутренней - в виде стального круглого цилиндра и внешней - в виде алюминиевого слоя, т.е. в работе участвуют два разных металла, имеющие различные физико-механические свойства и по-разному воспринимающие действия внешних сил и изменение температуры по сравнению с той, при которой провод был изготовлен. Поэтому для определения коэффициента линейного удлинения (расширения) комбинированных проводов необходимо предварительно определить соотношение m сечений алюминия и стали.

Согласно техническим данным провод 2АС-300/39 нормальной конструкции имеет поперечные сечения: Fa=301, Fс=38,6, тогда

В соответствии с таблицей 2.5.7. (ПУЭ) для сечения 150 и более при m=7,71ч8,04 допустимое напряжение при среднегодовых температурах .

Среднеэксплуатационные условия характеризуются, т.к. линия 220 кВ, то унифицированная опора должна быть стальная, 2х цепная. Выбираем опору типа П220-5 (1 - табл. 1.34), тогда (для расчетов пронимаем 520 м).

Т.к. длина пролета меньше 800 м, то стрела провисания провода:

.

Определим длину провода в пролете при стреле провисания провода f=13,645 м:

Для строящейся линии 220 кВ на местности характеризуемой следующими видами температур:

Найдем значение температурного коэффициента расширения (б), модуль упругости (Е), допускаемое значение эквивалентного механического напряжения для характерных эксплуатационных условий.

Решим уравнение состояния провода для пролетов различной длины и построим графические зависимости изменения механического напряжения в проводе. Вычислим значения критических длин пролет и выбрать определяющие климатические условия для расчета проводов на прочность.

Воспользуемся расчетами из предыдущих задач и по таблице 2.5.8. и 2.5.7. (ПУЭ), выберем значения:

Рассчитаем изменение значений среднеэксплуатационного напряжения (уэ) в проводе, которые будут возникать в пролетах различной длины, если требуется обеспечить сохранение допускаемых напряжений при условиях . Для этого составим и решим уравнение состояния провода в 2х вариантах.

Вариант1.

Исходные условия - режим наибольшей нагрузки , а искомые условия - среднеэксплуатационные.

,

,

,

.

Неполное кубическое уравнение решается итерационным методом. Напряжение на каждой последующей ступени будет определяться:

, - напряжение на предыдущей итерации,

- производная по переменной у на итерации k.

, тогда

.

Исследуем как изменяется уk в зависимости от длины пролета при возникновении гнб.

На нулевой итерации l=0.

Если l->?, то .

Получим зависимости коэффициентов А и В от длины пролета:

, .

Вариант 2.

Исходные условия - режим минимальных температур, искомые условия - среднеэксплуатационные.

Исследуем, как изменяется напряжение в проводе при установлении режима наинизших температур.

Если l->0, то

.

Если l->?, то .

Получим зависимости коэффициентов А и В от длины пролета:

, .



Рис. 2.1 - Зависимости напряжений в проводе от длины пролета

Графические зависимости пересекаются при ?220 м.

Пролет, в котором напряжение в проводе достигает наибольшего значения при наинизшей температуре , называется первым критическим пролетом и обозначается . Для вычисления необходимо сравнить .

Если , то имеет мнимое значение.

Если , то следует вычислить.

Пролет, в котором напряжение в проводе достигает наибольшего значения при наибольшей нагрузке, называется третьим критическим пролетом и обозначается . Для вычисления необходимо сравнить .

Если , то имеет мнимое значение.

Если , то следует вычислить.

В нашем случае: 56,44<81 => вычисляется,

63,8<81 => вычисляется.



Очевидно, что между первым и третьим критическими пролетами должен находится такой пограничный пролет, при котором напряжение в проводе достигает одинаковых значений, как при наинизшей температуре, так и при наибольшей нагрузке. Такой пролет называется вторым критическим пролетом и обозначается .

Теперь необходимо сравнить и между собой.

Если <, то не имеет смысла вычислять.

Если >, то следует вычислить.

В нашем случае: 289,87>284,14.

Для выбора определяющих климатических условий для расчета провода на прочность необходимо значения lв (вероятное) или lр (реальное) сопоставить с критическими длинами.

lв=lр=520 м, >=> для расчета берем .

lв=lр=520 м > =286,89 м.

Вывод: расчетным является режим наибольших нагрузок.

Рассчитать значение критической температуры ик и выявить климатические условия соответствующие наибольшему провисанию провода. Вычислить длину габаритного пролета.

При расчете провода на прочность для конкретного пролета необходимо знать, в каком режиме стрела провеса провода имеет наибольшее значение: при образовании гололедных отложений или при наивысшей температуре. При определенной температуре воздуха стрела провеса провода, находящегося под воздействием собственного веса, достигнет такого же значения, как и наличии гололедных образований. Такая температура называется критической, обозначается .

Местность характеризуется наивысшей температурой ик = +38?С.

Т.к. и+< ик, то наибольшее провисание провода при гололеде и габаритные условия гололедные.

Габаритным пролетом называется промежуточный пролет воздушной линии такой длины, при которой на ровной местности для заданных высот подвески проводов на соседних опорах обеспечивается нормируемый вертикальный габарит от низшего провода до земли при климатических условиях, соответствующих наибольшему провисанию провода заданной марки.

Значение габаритного пролета определяется путем решения уравнения состояния провода, в котором исходными условиями являются расчетные, а искомыми - габаритные.

Введем коэффициенты А, В, С и упростим уравнение:



Таким образом, получим биквадратное уравнение вида:

.

Вывод:, следовательно, расчетные условия выбраны верно.

Подобрать изоляторы для комплекта гирлянд, подвешенных на промежуточных и анкерных опорах

По своему назначению гирлянды подвесных изоляторов делятся на поддерживающие и натяжные. Поддерживающие изоляторы применяются на промежуточных опорах, натяжные - на анкерных.

Шифр опоры П220-5, .Тогда

Ориентировочный вес гирлянды составляет GГ=800Н. Электромеханическая разрушающая нагрузка изолятора: Рп=60000 Н.

Для промежуточных опор при наибольшей нагрузке:

, где

nф - количество проводов в расщепленной фазе

При среднеэксплуатационных условиях:

.

По наибольшему значению выбираем изоляторы типа ПС-40А с разрушающей механической нагрузкой 40 кН, строительная высота одного звена 0,11 м, масса одного изолятора 1,7 кг. В гирлянде 14 шт., тогда длина поддерживающей гирлянды:

л=14•0,11=1,54 м.

Нормативную нагрузку приложенную к натяжным гирляндам находим для 2х условий. Принимаем lвес.п=lвес.ан=608 м.

При наибольших нагрузках:

В формулу подставляем значение соответствующее пролету для заданного типа опоры. Т.к. определяющими климатическими условиями были гололедные, то воспользуемся первой кривой (см. рис. 2.1).

При среднеэксплуатационных условиях:

линия электропередача провод пролет

Выбираем изолятор типа ПС-120 с разрушающей механической нагрузкой 120 кН, высота звена 0,146 м, масса одного изолятора 3,9 кг. В гирлянде 12 шт., тогда длина натяжной гирлянды:

л=12•0,146=1,752 м.

Построение расстановочного шаблона

Шаблон для расстановки опор по профилю трассы представляет собой три кривые-параболы, расположенные друг над другом со сдвигом по вертикали. Расстановочный шаблон представлен на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Расстановочный шаблон

Верхняя парабола (1) называется кривой провисания провода, уравнение которой имеет вид:

,

где - значение длины габаритного пролета в метрах

.

.

Тогда получим:

, .

Средняя парабола (2) называется габаритной кривой. Она сдвинута по вертикали вниз от параболы (1) на расстояние, равное требуемому габариту Г с запасом габарита на 0,3 м.

.

Нижняя парабола (3) называется земляной кривой. Ее строят для правильного наложения шаблона на профиль трассы без измерения высоты подвеса провода на опорах . Кривая (3) сдвинута относительно кривой (1) на расстояние:

Результаты расчетов представим в виде таблицы 2.2.

На шаблоне указываем значения габаритного пролетов.

Таблица 2.2 - Результаты расчетов для построения шаблона

x	у1	у2	у3
0	0	-8,3	-23,96
50	0,46	-7,84	-23,5
100	1,87	-6,43	-22,09
140	3,66	-4,64	-20,3
190	6,75	-1,55	-17,21
240	10,77	2,47	-13,19
290	15,73	7,43	-8,23
365	24,91	16,61	0,95

Шаблон для расстановки опор по продольному профилю трассы представлен на рисунке 2.3.



Рисунок 2.3 - Шаблон для расстановки опор по профилю трассы

Расстановка опор по продольному профилю трассы производится следующим образом: шаблон накладывается на профиль трассы так, чтобы кривая 3 пересекала профиль в месте установки первой анкерной опоры, а кривая 2 касалась его. При этом ось у должна находиться в вертикальном положении. Тогда другая точка пересечения кривой 3 с профилем будет соответствовать месту установки первой промежуточной опоры. При таком положении шаблона во всех точках пролета габарит до земли будет не меньше допустимого. Затем шаблон передвигается и аналогичным образом находится положение следующей опоры.

Если длина последнего пролета в конце анкерного участка окажется малой, то её следует увеличить, уменьшая соответственно ряд длин соседних пролетов и стремясь, чтобы все они были примерно одинаковыми. С помощью шаблона производим дополнительную проверку и убеждаемся, что при перемещении опор габариты остаются не меньше допустимых.

Расчет грозозащитного троса

В качестве грозозащитного троса принят трос ТК-11 сечением 70мм², установлен на опоре типа П220-5 и имеет высоту от границы верхней траверсы до вершины тросостойки 5,5 м. Длина гирлянды изоляторов - 1,54 м, длина тросовой гирлянды - .



Рисунок 2.5 - Промежуточная стальная свободностоящая двухцепная опора типа П220-5

Исходные данные к расчету троса:

Площадь сечения каната 72.95 мм², масса 1 км - 627,4 кг,

, , d_т=42 мм.

Значения температур: .

Допускаемые напряжения: .

Рассчитаем защитный угол проводов верхней траверсы на опоре:

,

Рассчитаем защитный угол проводов средней траверсы на опоре:

.

Рассчитываем удельные нагрузки, действующие на трос:

Исходные условия - атмосферных перенапряжений.

Искомые условия - наибольшей нагрузки.

Таблица 2.3 - Результаты расчетов напряжений в грозозащитном тросе при условии возникновения наибольшей механической нагрузки

lгаб	тнб0	тнб1	тнб2	тнб3	тнб4
486,23	600,00	495,066	468,102	466,390	466,384

Расчет нагрузок на опоры

Промежуточная опора типа П220-5. Рассчитаем нагрузки на опору:

Постоянные нагрузки:

а) собственный вес опоры:

.

б) собственный вес гирлянды изоляторов:

в) собственный вес проводов:

г) собственный вес троса:

.

Тяжения нет.

Итого:

Кратковременные нагрузки:

а) от давления ветра на провода без гололеда при направлении ветра перпендикулярно ВЛЭП:

б) от давления ветра на трос без гололеда:

в) от давления ветра на опору:

г) от веса гололеда на провода:

д) от веса гололеда на трос:

Итого по кратковременным нагрузкам: 18,113даН10³.

Тогда нормативная сжимающая нагрузка:

,

а нормативная вырывающая нагрузка: .

Расчетные нагрузки:

а) от собственного веса опоры, веса проводов, веса троса, а также гирлянды изоляторов:

б) от веса гололеда на проводах и тросах:

в) от давления ветра на опору:

г) от давления ветра на провода и тросы, свободные от гололеда:

Тогда расчетная вырывающая нагрузка:

Грунт - песок. Выбираем марку фундамента Ф3-2. Размеры плиты 1,8х1,8 м при глубине заложения h_п=2,7 м. Масса подножника 2,9т. Нормативная сжимающая нагрузка N_сн=27,126даН10³. Нормативная вырывающая нагрузка N_вн=17.893даН·10³. Модуль деформации грунта Е=3000 даН10³/м². Расчетная вырывающая нагрузка N_вр=32.071даН10³.

Расчет по деформациям (на сжатие):

Среднее давление по подошве фундамента не должно превышать расчетного давления на основание:

, где ,

где _ср - среднее давление по подошве фундамента, даН10³/м²;

R_s - давление на грунт основания подножников унифицированных опор, рассчитанное из условий предельных деформаций в нормальном режиме работы линии, даН10³/м²; N_сн - нормативная сжимающая нагрузка, даН10³;

F - площадь фундамента, м²;

_з - объёмный вес грунта обратной засыпки, 1,7·10³даН/м³;

h_п - глубина заложения фундамента, м.

.

Условие расчета на сжатие соблюдено.

Расчет по деформациям (на вырывание):

.

Относительное заглубление плиты h/a=2,7/1,8=1,5, тогда:

R_з = 6 даН10³/м².

Условие расчета на вырывание соблюдено.

Расчет по прочности:

Параметры грунта обратной засыпки:

₀= ц^н = 0,6·29/1,1 = 15,82

с₀= с^н = 0,6·1,1/2,4 = 0,275 даН 10³/м²

Размеры призмы выпирания: а=1,8 м;

а₁=а+2·h·tg(₀) = 1,8 + 2·2,7·tg (15,82)=3,33 м.

Объем обелиска:

.

Сумма площадей боковых поверхностей:

Расчет по прочности:

;

;

Условие по прочности соблюдено.

Анкерная опора типа У220-2В. Рассчитаем нагрузки на опору:

Постоянные нагрузки:

а) собственный вес опоры:

.

б) собственный вес гирлянды изоляторов:

.

в) собственный вес проводов:

г) собственный вес троса:

д) сила тяжения провода:

е) сила тяжения троса:

Итого:

Кратковременные нагрузки:

а) от давления ветра на провода без гололеда при направлении ветра перпендикулярно ВЛЭП:

б) от давления ветра на трос без гололеда:

в) от давления ветра на опору:

;

г) от веса гололеда на провода:

.

д) от веса гололеда на трос:

.

Итого по кратковременным: 14.253даН10³.

Тогда нормативная сжимающая нагрузка:

,

а нормативная вырывающая нагрузка: .

Расчетные нагрузки:

а) От собственного веса опоры, веса проводов, веса троса, а также гирлянды изоляторов и сил тяжения провода и троса:

.

б) От веса гололеда на проводах и тросах:

.

в) От давления ветра на опору:

.

г) От давления ветра на провода и тросы, свободные от гололеда:

Тогда расчетная вырывающая нагрузка:

.

Грунт - песок. Выбираем марку фундамента Ф5-2. Размеры плиты 2,4х2,4 м при глубине заложения h_п=3,2 м. Масса подножника 4,46т. Нормативная сжимающая нагрузка N_сн = 41.655 даН10³. Нормативная вырывающая нагрузка N_вн=14.253даН10³. Модуль деформации грунта Е=3000даН10³/м². Расчетная вырывающая нагрузка N_вр=48,417даН10³.

Расчет по деформациям (на сжатие):

Среднее давление по подошве фундамента не должно превышать расчетного давления на основание:

, где ,

где _ср - среднее давление по подошве фундамента, даН10³/м²; R_s - давление на грунт основания подножников унифицированных опор, рассчитанное из условий предельных деформаций в нормальном режиме работы линии, даН10³/м²; N_сн - нормативная сжимающая нагрузка, даН10³;

F - площадь фундамента, м²;

_з - объёмный вес грунта обратной засыпки, 1,7·10³даН/м³;

h_п - глубина заложения фундамента, м.

Условие расчета на сжатие соблюдено.

Расчет по деформациям (на вырывание):

Относительное заглубление плиты h/a=3.2/2.4=1,33, тогда:

R_з = 5 даН10³/м²,

Условие расчета на вырывание соблюдено.

Расчет по прочности:

Параметры грунта обратной засыпки:

₀= ц^н = 0,6·29/1,1 = 15,82

с₀= с^н = 0,6·1,1/2,4 = 0,275 даН 10³/м²

Размеры призмы выпирания:

а =2,4 м; а₁ = а + 2·h·tg(₀) = 2,4 + 2·3,2·tg (15,82) = 4,21 м

Объем обелиска:

.

Сумма площадей боковых поверхностей:

.

Расчет по прочности:

.

.

Условие по прочности соблюдено.

Составление монтажной таблицы и построение монтажных графиков провода для характерных пролетов линии

- отношение площадей алюминия и стали;

- доля вытяжки;

,

линия электропередача провод пролет

где F - модуль неупругости;

,

где D - модуль релаксации;

где F_м - монтажный модуль упругости;

;

.

Размещено на Allbest.ru