Расчет на прочность одноцепной воздушной линии электропередач напряжением 330 кВ, проходящей по ненаселенной местности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные для проектирования

Выполнить проверочные расчеты на прочность одноцепной воздушной линии электропередач напряжением 330 кВ, проходящей по ненаселенной местности. Воздушная линия сооружается на промежуточных металлических опорах типа

П330-3 с использованием провода марки AC 330/39. Длина габаритного пролета L=470 м. В районе сооружения ЛЭП имеют место следующие климатические условия:

1.) Район по гололёду-II;

2.) Район по ветровой нагрузке-II;

3.) Температура высшая (tmax) = 25 °C;

4.) Температура низшая (tmin) = -30 °C;

5.) Температура э среднегодовая (t э) = -0 °C;

6.) Температура гололедообразования (t r) = -5 °C.

Содержание

Введение 4

1. Определение физико-механических характеристик провода

1.1 Конструкция провода AC 330/39

1.2 Характеристики и допускаемые напряжения провода AC 330/39

2. Физико-механические характеристики унифицированной стальной опоры типа П 330-3

3. Определение высоты приведенного центра тяжести

3.1 Определение наибольших стрел провеса провода и грозозащитного троса

3.2 Средняя высота подвеса провода и троса

4. Определение погонных (единичных) и приведённых удельных нагрузок на элементы воздушных линий электропередач

4.1 Нагрузки от собственного веса

4.2 Единичная нагрузка от веса гололёда

4.3 Результирующая весовая нагрузка провода с гололёдом

4.4 Ветровая нагрузка на провод без гололёда

4.5 Зависимость нагрузки на провод и трос с гололёдом

4.6 Результирующая нагрузка на провод при отсутствии гололёда

4.7 Результирующая нагрузка на провод при ветре и гололёде

5. Вычисление критических пролётов. Выбор исходного режима для расчёта провода

5.1 Уравнение состояния провода - зависимость напряжения в проводе от изменения нагрузки и температуры

5.2 Определение критических пролётов

5.3 Выбор исходного режима по соотношению критических пролётов

6. Расчёт на прочность и жёсткость провода АС 75/11

6.1 Определение напряжений и стрел провеса для расчётных режимов

6.2 Определение критической температуры

7. Расстановка опор по профилю трассы

7.1 Построение разбивочного шаблона

7.2 Правила расстановки опор

7.3 Правила правильности расстановки опор по профилю трассы

Заключение

Используемая литература

Введение

Воздушные ЛЭП служат для передачи и распределения энергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и закрепляемыми при помощи изоляторов и линейной арматуры на опорах, в отдельных случаях на кронштейнах или на стойках инженерных сооружений.

В РФ приняты следующие стандартные напряжения 3-х фазного тока до 1000В: 127, 220, 380, 500 вольт, выше 1000В стандартизованы напряжения: 3, 6, 10, 15, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750, 1150кВ.

Расстояние между проводами и заземленными частями опор, а также от проводов до поверхности земли следует принимать таким, чтобы при рабочем напряжении линии была исключена возможность электрических разрядов между проводами, с проводов на опору и на наземные сооружения и предметы. Для этого необходимо обеспечить достаточную электрическую прочность изоляторов и воздушных изоляционных промежутков. Изоляторы и воздушные промежутки должны также с большей степенью надежности исключить электрические разряды при перенапряжениях, которые могут возникать на линии данного напряжения.

На линиях 110 кВ и выше необходимо учитывать потери электрической энергии на корону, связанные с ионизацией воздуха около проводов. Эти потери уменьшаются при увеличении диаметра проводов. На линиях 330кВ и выше для ограничения потерь на корону до приемлемых значений пришлось бы подвешивать провода очень большего диаметра.

Потери на корону можно уменьшить, заменив один провод несколькими параллельными проводами, образующими расщепленную фазу. На линиях 330 кВ применяется расщепление провода на 2 провода, на линиях 500 кВ - на 3 провода, на линиях 750 кВ и выше - на 4 или 5 проводов.

Изоляторы, служащие для подвески проводов на ВЛ разделяются на штыревые и подвесные. Штыревые изоляторы, применяются на линиях напряжением до 35 кВ включительно, устанавливаются на опорах с помощью крюков или штырей. На линиях от 35 кВ и до 110 кВ применяются как штыревые так и подвесные изоляторы, на линиях 110 кВ и выше применяются только подвесные изоляторы.

Подвесные изоляторы на стеклянной или фарфоровой изолирующей основе и соединенных с ней металлических элементов, служат для сцепления нескольких изоляторов с линейной арматурой. Ряд последовательно соединенных изоляторов называется гирляндой. Закрепление гирлянд на опорах производится с помощью сцепной арматуры.

В зависимости от способа подвески проводов опоры делятся на две основные группы:

1. Опоры промежуточные, на которых провода закрепляются в поддерживающих зажимах.

2. Опоры анкерного типа, служащих для натяжения проводов. На этих опорах провода закрепляются в натяжных зажимах.

На воздушных линиях применяются деревянные, железобетонные и металлические опоры.

Рис. 1.1. Схема анкерованного участка воздушной линии.

Раздел 1. Определение физико-механических характеристик провода и троса

1.1 Конструкция провода AC 300/39

Обозначение: AC 300/39 - АС - сталеалюминевый 300 и 39 площади сечения алюминиевой и стальной частей провода (соотв.) в мм²

провод стальной опора температура

Таблица 1.1.

Марка провода	Алюминиевый провод	Стальной сердечник	Расчетное сечение, мм2
АС 300/39	Число проволок, шт.	Диаметр проволок, мм	Число проволок, шт.	Диаметр проволок, мм	Алюминиевой части	Стальной части	Всего провода
	24	4	7	2,65	301	38,6	339,6

Для провода AC 300/39 а=А:C=300/39=7,69

Рис. 1.2. Конструкция провода AC 300/39

- алюминиевая проволока 24x4;

- стальная проволока 7x2,65.

1.2 Механические характеристики и допускаемые напряжения провода AC 300/39

Таблица 1.2

Конструкция троса ТК - 11

Таблица 1.3

Табл. 1.4.

Табл. 1.5. Сводная таблица физико-механических характеристик провода

Наименование параметра	Об-ние	Единица измер.	Величина
			Провода AC 330/39
1	Масса 1км.	m	кг/км	1132
2	Расчетное сечение
а	Алюминевой части	A	мм2	301
б	Стальной части	C	мм2	38,6
в	Всего		мм2	339,6
3	Отношение алюминия к стали		а=А:С	7,69
4	Диаметр	d	мм	32
5	Приведенная нагрузка от собственного веса		дан м x мм2	3,34х10-3
6	Модуль упругости	E	дан/мм2	7,7х103
7	Температурный коэф-т линейного расширения		град-1	19,8х10-6
8	Предел прочности при растяжении	увр	дан/мм2	27
9	Допускаемое напряжение	у	дан/мм2	12,2
а	Максимальная нагрузка, минимальная температура в % от вр	уmax уtmin =[уr]	дан/мм2 %	12,20 45
б	При среднегодовой температуре в % от вр	?уtэ?	дан/мм2 %	8,1 30

2. Физико-механические характеристики унифицированной стальной опоры типа П 330 - 3

Опора типа П 110 - 3 промежуточная, рассчитанная на напряжение 110 кв., одноцепная.

Для заданных климатических условий и провода имеет паспортные данные.

Таблица 2.1.

Тип опоры	Заданные условия	Расчетные пролёты, м	Масса Опоры (с цинком), кг
	Провод	Район по гололёду	Район по Ветровой нагрузке	Габаритный	Ветровой	Весовой
П 330 - 3	АС-300/39	II	II	470	495	590	6150 (6390)

Рис. 2.1 Опора П 330-3

Раздел 3. Определение высоты приведённого центра тяжести провода и троса

3.1 Определение наибольших стрел провеса провода и грозозащитного троса

Согласно ПУЭ наименьшее допускаемое расстояние от проводов до земли в ненаселённой местности, доступной для транспорта и сельскохозяйственных машин для напряжения до 330 кв. составляет 7,5 м.= Г-габарит. Расчёт грозозащитного троса производится из условия соблюдения расстояний между проводами и тросом в середине пролёта. Наименьшее расстояние по вершинам между тросом и проводом в середине пролёта (Zт) при температуре 20 С без ветра требуемое ПУЭ для Lгаб=470м. составляет 8,5 м.

Рис. 3.1. Схема подвеса проводов и троса на опорах

H - высота опоры; Г - габарит; h=0,2-0,3 м - поправка на неровность почвы; Zт - расстояние между нижними точками провеса провода и троса; [fпр] - допустимая стрела провеса провода, [fтр] - допустимая стрела провеса троса.

Из рисунка 3.2 видно, что

[fпр]=h₁-- Г- h=25,5-2,3-7,5-0.2=15,5 м,

[fтр]=H-Г- h- h_трав-Z_т=45,7-7,5-0,2-7,5-8,5=22м.

В дальнейших расчетах необходимо выполнение неравенств fпр [fпр]

3.2 Средняя высота подвеса провода и троса

Для опор башенного типа средняя высота подвеса проводов:

Высота приведённого центра тяжести провода:

4. Определение погонных (единичных) и приведённых удельных нагрузок на элементы воздушных линий электропередач

Исходные данные: сталеалюминевый провод AC 330/39 для воздушных линии 330кв., ветровой район II, район по гололёду II , марка грозозащитного троса ТК - 11.

Провод АС 300/39 общее сечение 339,6мм², диаметр 32 мм, масса одного километра 1132 кг.

Внешние нагрузки на ЛЭП можно разделить на следующие виды:

Собственный вес - вертикальная нагрузка

Ветровая нагрузка - горизонтальная

Гололёдная нагрузка - вертикальная

Комбинация перечисленных нагрузок

Погонная (единичная ) нагрузка - нагрузка на 1 м длины.

Обозначается Pi: [дан/м]

Удельная нагрузка - единичная нагрузка, приведённая на 1 мм² сечения.

Обозначается i: [дан/м/ мм²]

где S - площадь фактического сечения провода или троса.

4.1 Нагрузки от собственного веса

Рис. 4.1. Сила веса

Провод АС 300/39:

Р₁ =1132х10^-3=1,132дан/м,

Р ₁ =1132х10^-3/339,6=3,3х10^-3 дан/м . мм².

4.2 Единичная нагрузка от веса гололёда

Нормативная толщина стенки гололёда в мм. для высоты 10 м над поверхностью моря отражена в таблице № 4.1.

Таблица 4.1

Район по гололеду	Повторяемость
	1 раз в 5 лет	1 раз в 10 лет
I	5	5
II	5	10
III	10	15
IV	15	20
Особый	20 и более	Более 22

Согласно СНиП II--6-74 «Нагрузки и воздействия» для опор с высотой приведенного центра тяжести проводов более 25 м следует вводить поправочные коэффициенты на толщину стенки гололеда в зависимости от диаметра и высоты.

В нашем случае: d=32 => k1= 0,8; => k2= 1,25 Смах=10х0,8х1.25=10 м

Р₂=0,9х3,14х10(32+10)х10^-3=1,187

4.3 Результирующая весовая нагрузка провода с гололёдом

Рис. 4.2. Провод с гололёдом

Р₃=Р₁+Р₂=1,132+1,187=2,319дан/м ;

4.4 Ветровая нагрузка на провод без гололёда

Рис.4.3 Ветровая нагрузка

,

q=V²/16,

где: q - скоростной напор ветра

где V - скорость ветра

Нормативные скоростные напоры и скорости ветра для высоты до 15 м над землёй.

Табл. 4.2

Ветровой Район	Повторяемость
	1 раз в 5 лет	1 раз в 10 лет	1 раз в 15 лет
	q	v	q	v	q	v
I	27	21	40	25	55	30
II	35	24	40	25	55	30
III	45	27	50	29	55	30
IV	55	30	65	32	80	36
V	70	30	80	36	80	36

Для II ветрового района : q = 40 дан/м²; V= 25м/с.

Рисунок 4.4

F - площадь метрового сечения метрового отрезка провода в мм².

F=d x 10^-3 м² ;

d - диаметр провода в мм;

F = 32 х10^-3м²;

Табл. 4.3

q, дан/ мм2	До 27	40	55	76 и более
Кн	1	0,85	0,75	0,7

K_H - коэффициент учитывающий увеличение скоростного напора ветра по высоте (зависит от высоты приведённого центра тяжести провода и троса)

Табл. 4.4

hцтприв	до15	20	30	40	60	100	200	300 и более
KH	1,0	1,25	1,4	1,55	1,75	2,1	2,6	3,1

Промежуточные значения определяются методами линейной интерполяции.

KL- коэффициент зависящий от длины габаритного пролёта.

Табл. 4.5

Lгаб, М	0	100	150	более 250
KL	1,2	1,1	1,05	1

Р₄^пр = 0,85х1х1х1,25х40х32х10^-3х1² =1,31 дан/м;

Р₄^тр = 0,85х1х1х1,25х40х11х10^-3х1² =0,561 дан/м.

4.5 Зависимость нагрузки на провод и трос с гололёдом

Рисунок 4.5

Рассчитываем сечение провода и троса с учетом стенки гололеда:

F_пр*=(d+2Сmax)х10^-3 =(32+2*10) х10^-3 =52х10^-3 м²;

F_тр*=(d+2Сmax)х10^-3 =(11+2*10) х10^-3 =31 х10^-3 м²;

Р₅^пр= 1х1х1х1,25х10х52х10^-3х1² =0,624 дан/м;

Р₅^тр1х1х1х1,25х10х31х10^-3х1² =0,387 дан/м;

4.6 Результирующая нагрузка на провод при отсутствии гололёда

Рис. 4.6 Нагрузка без гололёда

;

;

4.7 Результирующая нагрузка на провод при ветре и гололёде

;



Рис. 4.7 Результирующая нагрузка

Таблица 4.6. Единичные и удельные нагрузки на провод

Нагрузка	Провод
	1,132	3,3х10-3
	1,187
	2,319
	1,31
	0,624

Вывод следующий наибольшей нагрузкой на провод и трос является нагрузка ,т.е. при ветре и гололёде.

5. Вычисление критических пролётов. Выбор исходного режима для расчёта провода

5.1 Уравнение состояния провода - зависимость напряжения в проводе от изменения нагрузки и температуры

Параметры: - исходный режим;

- состояние и климатический режим, в котором находится провод

L - расстояние между опорами

Е - модуль упругости.

5.2 Определение критических пролётов

Определение: критическим пролётом, называется пролёт (L) вычисленный из уравнения состояния провода при заданных исходных и конечных параметрах (;).

Определение 1: Первым критическим пролётом называется пролёт такой длины,

при котором напряжение в проводе в режиме среднегодовой температуры равно допускаемому напряжению в том же режиме , а в режиме наименьшей температуры равно допускаемому напряжению при наименьшей температуре

()

81 Н/мм²; =122 Н/мм²

=3,3х10^-3 дан/м х мм²; =7,04х10^-3 дан/м х мм²

б - температурный коэффициент линейного удлинения материала провода=19,2х10^-3 град-1;

м.

Определение 2: Вторым критическим пролётом называется пролёт такой длины,

при котором напряжение в проводе в режиме максимальных нагрузок и низких температур равно своим допускаемым напряжениям в этих режимах.

м

l_{2кр=4,9 max м.}

Определение 3:

Третьим критическим пролётом называется пролет, называется пролёт такой длины, при которой напряжение в проводе в режиме максимальной нагрузки и среднегодовой температуры равно своим допустимым напряжениям:

5.3 Выбор исходного режима по соотношению критических пролётов

Выбор осуществляется по таблице 5.1.

Табл. 5.1

Случай	Соотношение	Исходное напряжение	Расчётный критический пролёт
1		;;
2		;
3		;
4		;

Вывод: выполняется условие , а следовательно-расчётный пролёт

;;- исходные напряжения.

6. Расчёт на прочность и жёсткость провода АС 75/11

6.1 Определение напряжений и стрел провеса для расчётных режимов

,

выбираем по таблице 6.1 ;

;

.

Рассчитаем по уравнению состояние провода , затем по формуле:

Табл. 6.1. Расчётные режимы провода

Расчетный режим, i	Сочетание климатических условий	Номер нагрузки дан/м мм2
I	Провод и трос покрыт гололёдом, скоростной напор ветра 0,25q t I=t г =-5о	0,0074
II	Провод покрыт гололёдом, ветра нет t II=t г =-5о	0,00683
III	Скоростной напор ветра q, гололёда нет t III=t г =-5о	0,0051
IV	Среднегодовая температура, ветра и гололёда нет t IV= t э =0о	0,0033
V	Ветра и гололёда нет tV=15о	0,0033
VI	Ветра и гололёда нет t VI=t min =-30о	0,0033
VII	Ветра и гололёда нет t VII=t max =+25о	0,0033

Режим I: Режим первый является исходным =

15,3 м

Режим II:

; ;

15,1 м

Режим III:

; ;

14,6 м

Режим IV:

; ;

13,8 м

Режим V:

; ;

14,4 м

Режим VI:

; ;

12,5 м

Режим VII:

; ;

14,9 м

Результаты расчётов сведём в таблицу

Табл. 6.2. Напряжения и стрелы провеса провода в расчётных режимах

№ режима
I	12,2	12,2	15,3	15,5
II	11,8	12,2	15,1	15,5
III	9,4	12,2	14,6	15,5
IV	6,6	12,2	13,8	15,5
V	6,3	12,2	14,4	15,5
VI	7,3	12,2	12,5	15,5
VII	6,1	12,2	14,9	15,5

Выводы:

1) Для всех режимов условие прочности провода выполняются.

2) Условия жесткости выполняются во всех режимах.

6.2 Определение критической температуры

Критической температурой называется такая температура, при которой стрела провеса провода под действием собственного веса равно стреле провеса при наличии гололёда.

С.

7. Расстановка опор по профилю трассы

7.1 Построение разбивочного шаблона

Разбивочный шаблон представляет собой 3 квадратичные параболы. С его помощью производится расстановка опор по профилю трасы.

Рисунок 7.1. Параболы

1- кривая провисания, строится по уравнению

,

где масштабный коэффициент шаблона;

м, максимальная стрела провеса провода,

2 - габаритная кривая, 7,7 м;

3 - земляная кривая, 23,2 м.

7.2 Правила расстановки опор

Профиль трассы строится произвольно. Расстановка опор производится по длине анкерованного участка, и место установки первой анкерной опоры выбирается произвольно.

Шаблон устанавливается строго вертикально.

Левая ветвь земляной кривой 3 пересекает точку установки первой промежуточной опоры.

Шаблон устанавливается так, чтобы габаритная кривая 2 касалась профиля трассы, тогда точка пересечения правой ветви земляной кривой (3) с профилем трассы будет местом установки следующей опоры.

7.3 Правила правильности расстановки опор по профилю трассы

Определение 1:Габаритный пролёт при расстановке опор на идеально ровной местности наибольшая возможная длина пролёта может быть определена в зависимости от максимальной стрелы провеса f , которую можно допустить при заданной высоте подвеса провода на опоре H и минимальном габарите от провода до земли Г, требуемые ПУЭ, для линии данного напряжения.



Рис. 7.2. Габаритный пролёт

Определение 2: Пролёт равный полусумме пролётов прилегающих к одной опоре называется ветровым:

Определение 3: Расстояние по горизонтали между нижними точками провеса в соседних пролётах называется весовым пролётом

Рис. 7.3. Весовой пролёт

м.

При различных значениях пролёта в пределах анкерного участка линии в проводах устанавливается напряжение, соответствующее значению так называемого приведённого пролёта, определяемого по формуле:

м.

Длина приведённого пролёта не должна отличаться от более, чем на 10%. Если условие не выполняется, то расстановка опор проводится заново, принимая .

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта были проделаны проверочные расчёты на прочность и жёсткость одноцепной воздушной линии электропередачи напряжением 35кв., проходящей по ненаселённой местности. ВЛ спроектирована на промежуточных опорах типа П 110 - 3 с использованием провода марки AC 120/19 грозозащитного троса ТК 8,1 и подвесных изоляторов . Длина габаритного пролёта составила м. С помощью разбивочного шаблона произведена разметка профиля трассы ЛЭП и расстановка опор.

Используемая литература

1. Крюков К.П., Новгородцев Б.П. “Конструирование и механический расчёт. - ЛЭП” “Энергия”, 1979.

2. “ПУЭ- 87”

3. Справочник по электротехническим установкам высокого напряжения, под редакцией Баумштейна и Бажанова. - Москва: Энергоатомиздат, 1989.

4. Справочник по сооружению ЛЭП напряжением 45-750 кв. //Под редакцией Реута М.А., Москва, Энергоатомидат, 1990.

Размещено на Allbest.ru