Размещено на http://www.allbest.ru/

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра “Электрические системы”

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему «Механическая часть воздушной линии электропередачи напряжением 220 кВ»

по дисциплине «Проектирование механической части ЛЭП»

Выполнил: ст. гр. 106229

Пилипчук И.В.

Минск 2013

Введение

Цель данной курсовой работы состоит в том, чтобы спроектировать механическую часть воздушных линий электропередач напряжением 220 кВ выполненную маркой провода АС 400/51 и грозозащитного троса ТК 11. Для достижения поставленной цели необходимо:

- выбрать схему размещения проводов на опоре, тип опор;

- определить удельные механические нагрузки на провода и трос;

- определить значения габаритного, весового и ветрового пролётов;

- провести систематический расчёт проводов;

- провести систематический расчёт грозозащитного троса;

- выбрать изоляцию, линейную арматуру и средства защиты от вибрации проводов и тросов;

- определить критические пролеты;

- определить расчётные нагрузки на промежуточные и анкерные опоры в нормальных режимах;

- определить расчётные нагрузки на промежуточные опоры в аварийном режиме;

- построить максимальный и минимальный шаблоны для расстановки опор по профилю трассы;

После всех расчётов нужно проанализировать полученные результаты и сделать соответствующие выводы.

1. Выбор схемы размещения проводов на опоре. Выбор типа опор

Учитывая то, что для проектируемой линии электропередач напряжением 220 кВ климатический район по гололеду - 2-ий (толщина стенки гололеда - 15 мм), то принимаем расположение проводов на опоре - треугольником, так как b<20мм.

Определим значения габаритного весового и ветрового пролётов, используемых для вычисления вертикальных и горизонтальных нагрузок, воздействующих на конструкцию опоры. Для этого необходимо рассчитать удельные механические нагрузки на провода.

2. Расчёт удельных механических нагрузок на провода

Удельная нагрузка от собственного веса провода:

,(2.1)

где G₀=1,49даН/м - вес 1 м провода АС 400/51 (по [3], табл. П 1.9); F_а и F_с - площадь поперечного сечения соответственно алюминиевой и стальной части провода АС 400/51, мм².

.

Удельная нагрузка от веса гололёда на проводе:

,(2.2)

где b=15 мм - нормативная толщина стенки гололёда для II района по гололёду (по [2], табл. 2.5.3); d=27,5 мм - диаметр провода АС 400/51 (по [3], табл. П 1.9).

.

Суммарная удельная нагрузка от веса провода с гололёдом:

.(2.3)

.

Для ВЛЭП напряжением 220 кВ:

1) высоту h_н расположения нижней траверсы над уровнем земли примем равной 25 м.

2) высоту ? гирлянды изоляторов - 2м.

3) допустимое расстояние (габарит) h_доп от нижней точки провода в пролёте до земли - 7м.

Найдём допустимую стрелу провеса провода (габаритная стрела провеса провода): (по [4], 1.45)

f_габ = h_н - ? - h_доп = 25 - 2 - 7 =16 м (2.4)

Расчётное значение f_габ может быть достигнуто как в режиме максимальной температуры, так и в режиме наибольшей гололёдной нагрузки. Для определения режима необходимо определить значение критической температуры в данном климатическом районе. (по [4], 1,49):

(2.5)

где - коэффициент упругого удлинения провода; E - модуль упругости сталеалюминиевого провода, - коэффициент температурного расширения провода; t_r= - 5°С - температура образования гололёда.

°С

Так как максимальная температура воздуха в данном районе меньше критической, то наибольшая стрела провеса провода имеет место при максимальной нагрузке. Из этого следует, что:

Далее из основного уравнения состояния провода определим значение габаритной длины пролёта (по [4], 1,48):

(2.6)

где =-удельная механическая нагрузка на провод в режиме максимальной нагрузки,

-допустимое напряжение в материале провода в режиме наибольших нагрузок;

которое определяется как (по [4], 1,51):

(2.7)

где:

(2.8)

(2.9)

(2.10)

Для линии электропередачи напряжением 220 кВ с проводами площадью поперечного сечения 400 мм² при имеем:



Длина габаритного пролёта, определённая в соответствии с выражением (2.7) будет равна 470,3 м.

Весовой пролёт равен:

(2.11)

Удельная ветровая нагрузка, действующая на провод, не покрытый гололёдом:

, (2.12)

где q_max = 50 - максимальный нормативный скоростной напор ветра для III района по ветру (по [2], табл. 2.5.1); ? = 0,783 - коэффициент, учитывающий неравномерность скоростного напора ветра по длине пролёта при q_max = 50 (по [2], п. 2.5.30); C_x = 1,2 - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления провода или троса диаметром 20 мм и более не покрытых гололёдом (по [2], п. 2.5.30); K_l = 1 - коэффициент, учитывающий влияние длины пролёта на ветровую нагрузку при (по [2], п. 2.5.30);; ? - угол между направлением ветра и осью линии, в расчётах принимается равным 90?. K_в = 1 - поправочный коэффициент на возрастание скоростных напоров ветра по высоте (по [2], табл. 2.5.2);

при ; (2.13)

где h_п1 - высота от нижней траверсы опоры до земли при расположении проводов на опоре треугольником; h_п2 = h_п1 + А - высота от верхней траверсы опоры до земли;

- расстояние между траверсами. (2.14)

,

.

Удельная ветровая нагрузка, действующая на провод, покрытый гололёдом:

, (2.15)

где =1,2 - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления провода или троса, покрытого гололёдом (по [2], п. 2.5.30).

.

Результирующая нагрузка от действия собственного веса и ветра на провод, не покрытый гололёдом:

. 2.16)

.

Результирующая нагрузка от действия собственного веса и ветра на провод, покрытый гололёдом:

. (2.17) .

Аналогично производится расчет для троса ТК 11 который характеризуется следующими параметрами: F_т=72,95 мм² - площадь поперечного сечения стального троса; d_т=11 мм - диаметр троса; G_0т=0,627 даН/м - вес 1 м троса ТК 11, [2].

Результаты расчетов удельных механических нагрузок на провода АС 400/51 и трос ТК 11 представим в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Удельные механические нагрузки на провода и трос

	Удельная нагрузка,
Провод	3,35	4,05	7,4	2,661	0,425	1,938	4,276	3,374	7,65
Трос	8,6	28	36,6	10,6	1,7	16,85	13,6	8,76	40,3

2.1 Систематический расчет проводов

Главной целью систематического расчёта является построение зависимостей изменения напряжения в проводе от длины пролёта и стрелы провеса от длины пролёта . Эти зависимости находят для определённых расчётных сочетаний климатических условий, приведенных в таблице 2.2.1

Таблица 2.1 Расчётные сочетания климатических условий

Расчётные режимы	Расчетная удельная нагрузка	Сочетания климатических условий
		Температура	Наличие гололеда	Ветровая нагрузка
1		tmax	0	0
2		t-	0	0
3		tэ	0	0
4		t= -5°C	0	qmax
5		t= -5°C	bmax	0
6		t= -5°C	bmax	0,25qmax
7		t= 15°C	0	q=6,25 даН/м2

Прежде чем начать систематический расчет, необходимо определить длины критических пролетов. Длина первого критического пролёта - это такая длина, при которой напряжение в материале провода равно допустимому при двух смежных режимах (режима минимальных температур и режима среднегодовых условий). Она определяется по следующей формуле:

, (2.1)

- среднегодовая температура;

- минимальная температура.

Тогда длина первого критического пролёта:

Длина второго критического пролёта - это пролёт такой длины, при котором напряжение в материале провода равны между собой, как в режиме минимальных температур, так и в режиме наибольших нагрузок. Она определяется по формуле:

, (2.2)

где - наибольшая из удельных механических нагрузок, для нашего расчёта .

Тогда длина второго критического пролёта:

Длина третьего критического пролёта - это пролёт такой длины, при котором напряжение в материале провода равны между собой и равны допустимому в режимах наибольших нагрузок и среднегодовых условий. Она определяется по формуле:

. (2.3)

Получается, что .

При в качестве m-ных условий принимаем: ,,;

прив качестве m-ныхусловий будем принимать: , ,.

Получаем следующие расчётные интервалы:

Дальнейший расчёт будем вести по следующим длинам пролёта:

L₁=100 м, L₂=200 м, L₃=239,57 м, L₄=250 м, L₅=300 м,L₆=350 м, L₇=400 м, L₈=450 м, L₉= L_габ=470,3 м.

Напряжение в материале провода определяем по основному уравнению состояния провода в пролёте:

, (2.4)

где - искомое напряжение;

, и - удельная механическая нагрузка, температура и напряжение соответствующего расчётного режима.

Теперь найдем уравнения для определения искомых напряжения и стрелы провеса для длины пролета L₃=239,57 м во всех расчетных режимах.

Первый режим. Искомое напряжение определим исходя из следующего уравнения:

, (2.5)

Методом подбора вычисляем значение даН/мм². По полученному значению напряжения вычисляем стрелу провеса по выражению:

, (2.6)

где - длина пролёта, соответствующая данной расчётной точке;

- напряжение в материале провода в соответствующем расчётном режиме при выбранной длине пролёта;

- удельная нагрузка в расчётном режиме, для которого производится определение стрелы провеса.

Для всех последующих режимов и длин пролетов уравнения будут идентичными. Результаты систематического расчета сведем в таблицу 2.2 и изобразим графически на рисунках 2.1 и 2.2

Таблица 2.2 Результаты систематического расчёта

режимы	L1=100 м	L2=200 м	L3=239,57 м	L4=250 м	L5=300м
	, даН/мм2	, м	, даН/мм2	, м	, даН/мм2	, м	, даН/мм2	, м	, даН/мм2	, м
1	3.585	1.167	5.275	3.173	5.815	4.13	5.797	4.512	5.726	6.577
2	12.6	0.332	12.6	1.328	12.6	1.906	12.205	2.143	10.422	3.613
3	6.274	0.667	7.346	2.278	7.736	3.105	7.587	3.447	7.012	5.371
4	7.84	0.682	9.063	2.359	9.524	3.221	9.377	3.563	8.79	5.473
5	9.037	1.024	11.511	3.215	12.386	4.287	12.377	4.671	12.34	6.747
6	9.135	1.047	11.696	3.27	12.6	4.356	12.6	4.744	12.6	6.831
7	5.191	0.813	6.556	2.573	7.019	3.449	6.923	3.808	6.556	5.791
Режимы	L6=350 м	L7=400 м	L8=450 м	L9=470.3 м
	, даН/мм2	, м	, даН/мм2	, м	, даН/мм2	, м	, даН/мм2	, м
1	5.677	9.029	5.643	11.865	5.618	15.083	5.61	16.498
2	9.017	5.685	8.047	8.32	7.407	11.44	7.213	12.832
3	6.624	7.738	6.362	10.523	6.181	13.709	6.123	15.115
4	8.37	7.823	8.074	10.592	7.863	13.766	7.795	15.167
5	12.312	9.204	12.29	12.044	12.273	15.264	12.267	16.68
6	12.6	9.297	12.6	12.143	12.6	15.369	12.6	16.787
7	6.308	8.191	6.139	10.994	6.019	14.191	5.981	15.599

Рисунок 2.1 Зависимость напряжения от длины

Рисунок 2.2 Зависимость стрелы провеса от длины

3. Систематический расчет грозозащитного троса

Расчет удельных механических нагрузок для троса ТК 11 производится аналогично проводу по формулам (2.1) - (2.6), поэтому в таблице 3.2 приведем лишь результаты расчета. Необходимые исходные данные сведены в таблицу 3.1.

Таблица 3.1. Исходные данные для троса

Марка троса	Сечение , мм2	Диаметр , мм	Масса , кг/м
ТК 11	72,95	11	0,6274

Таблица 3.2. Удельные нагрузки на трос

,даН•10-3/(м·мм?)	1	2	3	4	4'	5	6	6'	7
Трос	8,6	28	36,6	10,6	1,7	16,85	13,6	8,76	40,3

Физико-механические характеристик троса.

Для троса марки ТК 11, согласно [2]:

даН/мм²

мм²/даН

=42 даН/мм²

=60 даН/мм²

1/град

Определим длины критических пролетов. Они определяется по следующим формулам:

, (3.1)

Тогда длина первого критического пролёта:

Длина второго критического пролёта

, (3.2)

где - наибольшая из удельных механических нагрузок, для нашего расчёта .

Тогда длина второго критического пролёта:

Длина третьего критического пролёта

(3.3)

Так как первый критический пролет оказался мнимым, то для длин пролетов в качестве исходного режима следует брать режим среднегодовой температуры: ,,;

а при - режим максимальных нагрузок: , ,.

Получаем следующие расчётные интервалы:

Дальнейший расчёт будем вести по следующим длинам пролёта:

L₁=100 м, L₂=155,16 м, L₃=200 м, L₄=223,64 м, L₅=300 м, L₆= 350 м, L₇=400 м, L₈= L_габ=470,3 м.

Напряжения в материале троса определяются аналогично проводу, поэтому результаты расчета напряжений для различных климатических условий сведем в таблицу 3.3 :

Таблица 3.3 Результаты систематического расчёта троса

Режимы	L1=100 м	L2=155,16 м	L3=200 м	L4=223,64 м
	, даН/мм2	, м	, даН/мм2	, м	, даН/мм2	, м	, даН/мм2	, м
1	35,47	0,303	35,642	0,726	35,824	1,2	35,931	1,495
2	52,1	0,206	51,943	0,498	51,771	0,83	51,664	1,04
3	42	0.256	42	0,616	42	1,023	42	1,279
4	44,617	0,382	45,136	0,909	45,676	1,492	45,993	1,853
5	48,322	0,947	52,475	2,099	56,073	3,265	57,977	3,948
6	49,092	1,026	53,841	2,253	57,879	3,482	60	4,199
7	39,83	0,275	39,897	0,661	39,97	1,096	40,013	1,369
Режимы	L5=300 м	L6=350 м	L7=400 м	L8=470,3 м
	, даН/мм2	, м	, даН/мм2	, м	, даН/мм2	, м	, даН/мм2	, м
1	26,9	3,594	22,408	5,873	19,481	8,824	17,128	13,874
2	39,908	2,423	32,14	4,095	25,919	6,634	20,637	11,515
3	31,608	3,059	25,72	5,117	21,622	7,95	18,332	12,963
4	37,748	4,063	33,261	6,277	29,935	9,109	26,893	14,016
5	57,159	7,206	56,726	9,882	56,371	12,989	55,984	18,08
6	60	7,557	60	10,286	60	13,434	60	18,571
7	30,124	3,271	24,767	5,416	21,122	8,294	18,186	13,317

Рис.3.1. Зависимость напряжения от длины

Рис.3.2. Зависимость стрелы провеса троса от длины

Определяем допустимое напряжение в материале троса:

(3,4)

где - расстояние по вертикали между тросом и проводом на опоре, =6 м;

- наименьшее допустимое расстояние по вертикали между тросом и проводом в середине пролета,

=8 м., согласно [2].

- напряжение в проводе в грозовом режиме, при габаритном пролете.

Тогда

Теперь определяем напряжение в материале троса в грозовом режиме, если в качестве m-ых условий последовательно принимаются режимы минимальных температур, среднегодовых условий и наибольших нагрузок:

- для режима минимальных температур

(3,5)

(3,6)

Методом подбора вычисляем значение даН/мм².

Аналогичным образом для режима среднегодовых условий даН/мм², для режима наибольших нагрузок даН/мм²

Полученные напряжения должны удовлетворять условиям:

(3,7)

Условия выполняются.

Рассчитаем допустимые токи короткого замыкания на грозозащитные тросы:

, (3.8)

где - продолжительность прохождения тока КЗ, =0,15 с, при однократном АПВ.

4. Расчет проводов в аварийном режиме

Под аварийным режимом воздушной линии понимают работу при полностью или частично оборванных проводах и тросах. Обрывы их возможны даже при правильно спроектированной по нормальному режиму и правильно построенной линии. Повреждения линии с обрывом проводов могут произойти при воздействии на них внешних нагрузок, значительно превосходящих расчетные, из-за незначительного повреждения проводов в зажимах при монтаже и вибрации проводов, при схлестывании проводов в процессе «пляски» и т.д.

Изменение тяжения провода в результате смещения его точки подвеса называется редукцией, а установившееся новое тяжение - редуцированным.

Редуцированное тяжение зависит от материала и конструкции опоры, типа изоляции, нагрузки на провода и длины пролёта.

При конструировании новых опор величина редуцированного тяжения служит в качестве исходного данного. Если проектирование линии ведется с применением унифицированных опор, то это тяжение определяют для заданных условий и затем сравнивают его с наибольшим тяжением, по которому производился расчет выбранного типа унифицированной опоры.

Расчёт проводов в аварийном режиме производим для среднегодовых условий: температура °C, гололед отсутствует - , ветер отсутствует - .

Для определения редуцированного тяжения необходимо построить две зависимости:

- зависимость разности тяжений на опоре от отклонения точки подвеса провода;

- зависимость тяжения провода от изменения длины пролета;

Отклонение точки подвеса провода определяется по формуле:

, (6.1)

где - смещение точки подвеса провода из-за изгиба опоры;

- смещение точки подвеса провода из-за изменения положения гирлянды.

Прогиб промежуточной опоры, вызываемый разностью тяжений в двух смежных пролётах:

, (6.2)

где - коэффициент гибкости опоры, принимаемый для железобетонных опор равным 0.001 м/кгс;

- коэффициент распределения усилий между стойками опоры (для одностоечных опор - 1.0);

Отклонение гирлянды изоляторов из-за разности тяжений в проводах двух смежных пролётов:

, (6.3)

где - вес провода в пролете;

- вес гирлянды изоляторов и вес арматуры;

- длина гирлянды изоляторов ( м, м - высота одного изолятора).

Значит ; (6.4)

рассчитаем при помощи программы Mathcad, исходя из этого уравнения.

Определим величины ,, для этого уравнения:

(6.5)

даН; (6.6)

Для построения зависимости задаём значения в пределах .

Зависимость строим по уравнению:

, (6.7)

где - удельная нагрузка от собственного веса провода, т.е. ;

- изменение длины пролёта в результате отклонения гирлянды изоляторов;

Для построения этой зависимости задаём значения в пределах .

Результаты сведем в таблицу 6.1:

Таблица 6.1

Зависимости тяжений

, м	, даН	, м	, даН
0	0	0.1	3403
0.2	127.491	0.2	2406
0.4	272	0.4	1701
0.6	433.537	0.6	1389
0.8	578.099	0.8	1203
1	765.194	1	1076
1.2	969.331	1.2	982.227
1.4	1160.741	1.4	909.366
1.651	1404.092	1.651	837.392

По результатам расчетов построим зависимости и . По графикам найдем редуцированное тяжение.

5. Расчет грозозащитного троса

Расчет грозозащитного троса проводится с целью определения пригодности выбранного троса для условий проектируемой линии в нормальных режимах работы. В процессе расчёта нам нужно определить допустимое напряжение в материале троса, при котором будет соблюдаться расстояние между тросом и проводом.

Расчёт будем вести в следующем порядке:

- по уравнению состояния провода определим напряжение в проводе, для условий грозового режима ( определено в систематическом расчёте):

;

- рассчитаем граничное напряжение в тросе, при котором ещё соблюдается допустимое расстояние между тросом и проводом в середине пролёта:

; (7.1)

где - удельные нагрузки в материале троса и провода в грозовом режиме при длине

габаритного пролета;

- расстояние между точками подвеса троса и провода;

- допустимое расстояние между проводом и тросом в середине пролёта,

определяется по ПУЭ в соответствии с длиной габаритного пролёта;

.

- в качестве исходного состояния примем грозовой режим с полученным напряжением в тросе и по уравнению состояния провода найдем напряжение в тросе для режимов максимальной нагрузки, низшей и среднегодовой температуры:

- режим минимальных температур:

; (7.2)

;

- режим среднегодовых условий:

; (7.3)

;

- режим наибольших нагрузок:

; (7.4)

;

- сравним полученные напряжения в этих трёх режимах с допустимыми при максимальной нагрузке, низшей и среднегодовой температуре:

- режим минимальных температур:

;

;

- режим среднегодовых условий:

;

;

- режим наибольших нагрузок:

;

;

Найденные напряжения не выходят за допустимые пределы, значит, выбранный трос ТК-11 пригоден для условий проектируемой линии напряжением 220 кВ в нормальных режимах работы.

провод трос аварийный вибрация

6. Построение монтажных кривых для визируемых пролетов

Монтажные кривые представляют собой зависимости тяжения по проводу от температуры и стрелы провеса провода от температуры . По этим зависимостям производится монтаж проводов. Монтажные кривые строятся для визируемых пролетов, которые определяются в зависимости от длины анкерного пролета. В данном курсовом проекте анкерный пролет менее 3 км, поэтому визируются два промежуточных пролета (второй пролет от анкерной опоры с обеих концов анкерного пролета).

Длины визируемых пролетов, для которых строим монтажные кривые:

Монтажные кривые строятся по основному уравнению состояния провода в пролете:

(3.1)

Решив уравнение (3.1) относительно при фиксированных значениях , определяем тяжение по проводу и стрелу провеса провода по формулам:

,(3.2)

,(3.3)

m-ые условия определим в зависимости от того, в каком из интервалов между находится :



Принимаем диапазон температур от -41⁰С до +35⁰С. Результаты расчетов сводим в таблицу 3.1.

Таблица 3.1- Построение монтажных кривых

Визируемый пролета	Параметры	Температура, 0С
		-41	-20	0	20	35
	, даН/мм2	12,6	9,842	7,575	5,838	4,902
	, м	1,017	1,302	1,692	2,195	2,614
	, даН	5608	4380	3371	2598	2182
	, даН/мм2	7,380	6,763	6,280	5,878	5,617
	, м	11,614	12,675	13,648	14,583	15,261
	, даН	3285	3010	2795	2616	2500
	, даН/мм2	7,873	7,061	6,448	5,951	5,636
	, м	9,009	10,044	11,000	11,919	12,584
	, даН	3504	3143	2870	2,649	2509
	, даН/мм2	8,047	7,166	6,506	5,975	5,643
	, м	8,320	9,343	10,291	11,205	11,865
	, даН	3582	3189	2896	2660	2512
	, даН/мм2	10,913	8,927	7,462	6,370	5,744
	, м	3,123	3,818	4,567	5,350	5,934
	, даН	4858	3974	3322	2836	2557
	, даН/мм2	7,630	6,914	6,366	5,915	5,627
	, м	10,150	11,200	12,165	13,092	13,763
	, даН	3396	3078	2834	2633	2505
	, даН/мм2	12,6	9,839	7,568	5,828	11,891
	, м	1,009	1,292	1,680	2,181	2,599
	, даН	5608	4379	3369	2594	2177
	, даН/мм2	12,6	9,953	7,820	6,193	5,300
	, м	1,351	1,710	2,177	2,749	3,212
	, даН	5608	4430	3481	2756	2359

По данным таблицы 3.1 строим монтажные кривые, которые приводятся на листе 2 графического материала.

7. Расчет переходов через инженерные сооружения

Таблица 71. Исходные данные по инженерным сооружениям

Переход	Длина пролёта L, м	Инженерное сооружение	Высота сооружения hc, м	Ближайшее расстояние от опоры до сооружения x, м	Минимально допустимое расстояние от проводов ВЛ до верхней части сооружения, м,
					Нормальный режим	Аварийный режим
1	316,6	ось автодороги	0,23	86,1	8	5,5
2	285,4	ось автодороги	1,3	85,94	8	5,5
3	378,4	ВЛ 10 кВ	6,9	69,7	4,5	-
4	409,8	1. Кабель связи	0,74	42,4	4	2
		2. Ось автодороги	1,6	54,4	8	5,5
		3. ВЛ 10 кВ	12,1	67,7	4,7	-
		4. 1-ый Тёплый Канал	-1	133,3	7	-
		5. Пруд “Селец”	2	201,9	7	-
		6. ВЛ 10 кВ	9,4	36	4	-
5	406,2	дамба	0,5	81,9	7	-
6	290	1. Кабель связи	0	108,1	4	2
		2. Ось автодороги	0,79	119,8	8	5,5
		3. 1-ый Холодный Канал	-0,37	135,7	7	-
		4. Ось автодороги	-0,96	97,5	8	5,5
7	241,8	1. 2-ой Тёплый Канал	0,38	101	7	-
		2. Ось автодороги	1,9	111	8	5,5
		3. ВЛ 10 кВ	9,1	120,45	5,4	-
8	174,3	1. ВЛ 10 кВ	14,3	70,2	4	-
		2. Ось автодороги	0,64	75,5	8	5,5
9	201,7	ВЛ 10 кВ	8,3	31	4	-

* Минус перед числом показывает нам, что инженерное сооружение располагается ниже уровня основания опоры.

1. Переход рассчитывается по условиям нормального режима и аварийного режима (обрыв провода в соседнем пролете).

Для пролета пересечения должно выполняться условие :

 (6.1)

где H - высота от основания опоры до точки подвеса нижнего провода, Н=22,55 м;

- высота сооружения.

- расстояние по вертикали от уровня точки подвеса провода, до провода в пролете.

(6.2)

Нормальный режим. Максимальная стрела провеса провода на данной линии имеет место в режиме наибольших нагрузок: , (по результатам систематического расчета проводов для режима наибольших нагрузок)

;

.

Условие выполнено.

Аварийный режим. Максимальная стрела провеса провода на данной линии имеет место в режиме среднегодовых условий, при обрыве провода в соседнем пролете: , (К = 0,4 - при сечении проводов 240 мм² и больше).

;

.

Условие выполнено.

Расчёт перехода проектируемой воздушной линии электропередачи 220 кВ с другими инженерными сооружениями аналогичен. Изменяется только минимально-допустимое расстояние от нижней части подвеса провода до верхней части инженерного сооружения.

2. Нормальный режим.

;

.

Условие выполнено.

Аварийный режим.

;

.

Условие выполнено.

3. Нормальный режим.

;

.

Условие выполнено.

Аварийный режим.

;

Условие выполнено.

4. В данном пролёте, длинной L₁₁=409,8 м проектируемая линия осуществляет переход сразу через несколько инженерных сооружений (нумерация сооружений идёт слева направо по направлению проектируемой линии). Из-за тяжёлых условий трассы для выполнения условий при переходе проектируемой ВЛ 220 кВ через инженерные сооружения возникла необходимость в увеличении высоты подвеса провода, путём увеличения основания опоры на 8 метров с обеих сторон пересекаемых сооружений , в связи с этим изменением, высота от основания опоры до точки подвеса нижнего провода, Н=30,55 м.

Нормальный режим.

Условие выполнено.

Аварийный режим.

Условие выполнено.

5. Нормальный режим.

;

.

Условие выполнено.

Аварийный режим.

Условие выполнено.

6. Нормальный режим.

Условие выполнено.

Аварийный режим.

Условие выполнено.

7. Нормальный режим.

Условие выполнено.

Аварийный режим.

Условие выполнено.

8. Нормальный режим.

Условие выполнено.

Аварийный режим.

Условие выполнено.

9. Нормальный режим.

;

.

Условие выполнено.

Аварийный режим.

Условие выполнено.

8. Выбор изоляции, линейной арматуры и средств защиты от вибрации проводов и тросов

На линиях 220 кВ как правило применяются подвесные изоляторы. Количество изоляторов может быть подсчитано по формуле:

, (4.1)

где - удельная длина утечки, приходящаяся на 1кВ, для напряжения 220 кВ мм/кВ;

- рабочее напряжение линии, для линий 220 кВ ;

- длина пути утечки изолятора, предварительно для изолятора ПС 70-A мм.

.

Значит количество изоляторов: =16

Принимаем 16 изоляторов ПC 70-А, масса каждого из которых составляет 3,4 кг. Теперь проверим выбранный тип изолятора по механическим характеристикам. При отсутствии ветра и гололеда расчётная механическая нагрузка определяется следующим образом:

. (4.2)

А при наличии гололеда и ветра:

, (4.3)

В аварийном режиме:

 (4.4)

где 5;2,7 - коэффициент запаса прочности изоляторов в нормальных режимах;

- длина весового пролёта;

- количество проводов в фазе;

- количество изоляторов;

- вес одного изолятора;

- коэффициент, учитывающий вес линейной арматуры, для линий до 220 кВ принимается ;

- коэффициент учитывающий долю тяжения по проводу, при обрыве провода, согласно [1], стр. 28, табл. 1.1;

- нормативное тяжение по проводу, даН.

даН,

даН.

даН.

Наибольшее значение принимаем в качестве расчётной нагрузки, по значению которой выбираем линейную арматуру. В нашем случае получается кН. У ранее выбранного изолятора кН, следовательно, он удовлетворяет нас по механической прочности. Далее выбираем линейную арматуру по гарантированной механической прочности изолятора:

1) узлы крепления(для поддерживающих гирлянд) КГП-7-1 масса 0,8 кг;

2) узлы крепления(для натяжных гирлянд) КГН-7-5 масса 3,07 кг;

3) серьги СР-7-16 масса 0,3 кг;

4) ушки У1-7-16 масса 0,76 кг;

5) зажимы поддерживающие глухие ПГН-3-5 масса 0,95 кг

6) гасители вибрации ГВН-5-30 масса 3,2 кг.

9. Определение расчетных нагрузок на промежуточные и анкерные опоры в нормальных режимах

Нормативными нагрузками называют нагрузки, которые регламентированы ПУЭ, а расчетными - нормативные нагрузки умноженные на коэффициент надежности по нагрузке. При этом для условий нормального режима следует рассматривать два случая направления ветра к оси линии: под углами 90⁰ и 45⁰.

Сначала определим расчетные вертикальные нагрузки.

1) Собственный вес провода для 1-ой и 2-ой группы предельных состояний:

(5.1)

2) Собственный вес троса для 1-ой и 2-ой группы предельных состояний:

(5.2)

3) Вес гололеда на проводе для 1-ой группы предельных состояний:

(5.3)

Вес гололеда на проводе для 2-ой группы предельных состояний:



где - коэффициент надежности по ответственности объекта, согласно [3] =1;

- региональный коэффициент, согласно [3] =1;

- коэффициент учитывающий условия работы, согласно [3] для 1-ой группы предельных состояний =1, для 2-ой группы - =0,5;

- коэффициент надежности для 1-го района по гололеду =1,3, согласно [3]

4) Вес гололеда на тросе для 1-ой и 2-ой группы предельных состояний:

(5.4)

5) Вес изоляторов для 1-ой и 2-ой группы предельных состояний:

(5.5)

где - число изоляторов;

кг - вес одного изолятора ПС-70А;



- вес арматуры (узел крепления - 0,8 кг; серьга - 0,3 кг; ушко - 0,76 кг; гасители вибрации - 2 по 3,2 кг каждый; зажим поддерживающий -0,95 кг,). Тогда:

кг;

кг.

6) Вес изоляторов при гололеде для 1-ой и 2-ой группы предельных состояний:

(5.6)

7) Вес монтажника для 1-ой и 2-ой группы предельных состояний:

согласно [3] (5.7)

8) Собственный вес железобетонной опоры для 1-ой и 2-ой группы предельных состояний:

(5.8)

где - вес унифицированной стальной опоры П220 - 3 с цинком, согласно [3].

Теперь найдем горизонтальные нагрузки на опору.

9) Давление ветра на провод без гололеда для 1-ой и 2-ой группы предельных состояний:

 (5.9)

(5.10)

В случае, когда ветер направлен под углом в 45⁰ к оси линии, расчетную нагрузку следует уменьшить в два раза, то есть:

(5.11)

Аналогичным образом нагрузка для этого случая будет определяться и для всех последующих вариантов, поэтому ее расчет в дальнейшем приводить не будем.

10) Давление ветра на провод, покрытый гололедом для 1-ой и 2-ой группы предельных состояний:

(5.12)

 (5.13)

11) Давление ветра на трос без гололеда для 1-ой и 2-ой группы предельных состояний:

(5.14)

(5.15)

12) Давление ветра на трос покрытый гололедом для 1-ой и 2-ой группы предельных состояний:

(5.16)

(5.17)

13) Давление ветра на гирлянду изолятора для 1-ой и 2-ой группы предельных состояний:

 (5.18)

где - высота гирлянды, - высота одного изолятора, - число изоляторов;

- диаметр тарелки изолятора, для ПС-70А, =130 мм, =255 мм.

(5.19)

14) Расчетная нагрузка от давления ветра на конструкцию опоры:

, (5.20)

где - коэффициент динамической составляющей ветровой нагрузки для свободностоящей металлической опоры;

(5.20)

- аэродинамический коэффициент для металлической опоры;

- площадь конструкции опоры, равная:

м²

где - ширина наиболее широкой грани ствола металлической опоры на уровне центра тяжести, расположенного на высоте 0,5H_о , H_о- высота опоры.

 (5.20)

и - ширина наиболее широкой нижней и верхней граней ствола металлической опоры, на высоте h=0 м и h₂=36,4 м .

мм

даН

даН

15)В случае, когда ветер направлен под углом в 45⁰ к оси линии:

м²

м²

даН

даН

16) Расчетная нагрузка от давления ветра на конструкцию опоры, когда провода и тросы покрыты гололёдом:

, (5.20)

- коэффициент, учитывающий площадь обледенения конструкции.

даН

даН

В случае, когда ветер направлен под углом в 45⁰ к оси линии:

даН

даН

Теперь сведем полученные данные в таблицу 9.1.

Таблица 9.1. Расчетные нагрузки на опору в нормальном режиме по 1-му предельному состоянию

Наименование нагрузки	Значение расчетных нагрузок для режима
	-5°С; qmax; b=0	-5°С; 0,25qmax; bmax
	Угол 90°	Угол 45°	Угол 90°	Угол 45°
Собственный вес троса	387,3	387,3	387,3	387,3
Вес гололеда на тросе	-	-	1561	1561
Собственный вес провода	920,4	920,4	920,4	920,4
Вес гололеда на проводе	-	-	1378,8	1378,8
Вес изоляторов	66,8	66,8	100,2	100,2
Собственный вес опоры	5250	5250	5250	5250
Вес монтажника	195	195	195	195
Давление ветра на трос	591	295,5	-	-
Давление ветра на трос с гололедом	-	-	939,6	469,8
Давление ветра на провод	904,8	452,4	-	-
Давление ветра на провод с гололедом	-	-	660	330
Давление ветра на гирлянду изоляторов	24,1	12,05	24,1	12,05
Давление ветра на конструкцию опоры	3489	3227,8	4012,3	3712

Составленные схемы приложения нагрузок на опору в нормальных режимах по 1-му предельному состоянию изображена на рисунках 5.1-5.4.

Таблица 9.2. Расчетные нагрузки на опору в нормальном режиме по 2-му предельному состоянию

Наименование нагрузки	Значение расчетных нагрузок для режима
	-5°С; qmax; b=0	-5°С; 0,25qmax; bmax
	Угол 90°	Угол 45°	Угол 90°	Угол 45°
Собственный вес троса	387,3	387,3	387,3	387,3
Вес гололеда на тросе	-	-	780,5	780,5
Собственный вес провода	920,4	920,4	920,4	920,4
Вес гололеда на проводе	-	-	688,9	688,9
Вес изоляторов	66,8	66,8	100,2	100,2
Собственный вес опоры	5250	5250	5250	5250
Вес монтажника	195	195	195	195
Давление ветра на трос	500	250	-	-
Давление ветра на трос с гололедом	-	-	795	397,5
Давление ветра на провод	765,2	382,6	-	-
Давление ветра на провод с гололедом	-	-	558,4	279,2
Давление ветра на гирлянду изоляторов	20,4	10,2	20,4	10,2
Давление ветра на конструкцию опоры	2952	2731,2	3394,8	3140,9

Составленные схемы приложения нагрузок на опору в нормальных режимах по 1-му предельному состоянию изображена на рисунках 5.5-5.8.

Определяем изгибающие моменты, действующие на стойку опоры в различных режимах с целью выбора наибольшего изгибающего момента, по которому далее определяются размеры металлической опоры.

Расчет приведем для расчетных нагрузок режима с максимальным ветром, а остальные расчеты сведем в таблицу 6.2.

(5.21)

Таблица 9.3 Изгибающие моменты

	Значения расчетных моментов по 1-му предельному состоянию	Значения расчетных моментов по 2-му предельному состоянию
	-5°С; q; b=0	-5°С; 0,25q; bmax	-5°С; q; b=0	-5°С; 0,25q; bmax
Угол 90°	167363,2	177589,92	142612,78	148693,33
Угол 45°	114046,93	127290,07	97520,3	106046,19

Расчетные вертикальные нагрузки, действующие на анкерные опоры в нормальном режиме, такие же, как и на промежуточные опоры за исключением массы гирлянд изоляторов:

вертикальная нагрузка от веса монтажника с инструментами:

даН,

вертикальная нагрузка от веса изоляторов:

; (5,22)

где

кг,

=3,07 - масса узла для крепления натяжных гирлянд изоляторов

даН

Вес изоляторов при гололеде для 1-ой и 2-ой группы предельных состояний:

На анкерную опору на прямых участках будет действовать нагрузка:

На провода:

даН (при -5?C; qmax; 0).

даН (при -5?C; 0,25qmax; bmax).

На тросы:

даН (при -5?C; qmax; 0).

даН (при -5?C; 0,25qmax; bmax).

Составленные схемы приложения нагрузок на опору в нормальных режимах изображена на рисунках 5.9-5.12 и определяем изгибающие моменты:

.

10. Определение нормативных и расчетных нагрузок на промежуточные и анкерные опоры в аварийном режиме

Нагрузки в аварийном режиме считаются для среднегодовых условий. Расчетная горизонтальная нагрузка от тяжения по проводу, передающаяся на промежуточную опору от редуцированного тяжения (обрыв провода или троса):

, (6.1)

где - наибольшее напряжение в материале провода( - для троса);

- коэффициент зависящий от материала опор, площади поперечного сечения и проводов в фазе (для троса ).

=1,3 - коэффициент перегрузки;

даН

Расчетная горизонтальная нагрузка от тяжения по тросу:

даН. (6.2)

даН. (6.3)

Составим схемы приложения расчетных нагрузок в аварийном режиме приведены на рисунках 6.1-6.2.

Определяем изгибающие моменты, действующие на стойку опоры в аварийном режиме при а)обрыве проводов двух фаз и при б)обрыве троса.

а) (6.4)



б) (6.5)

Составим схемы приложения расчетных нагрузок в аварийном режиме

1 случай: обрыв провода одной фазы. 2 случай: обрыв троса.

Определяем изгибающие моменты, действующие на стойку опоры в аварийном режиме при а)обрыве проводов двух фаз и при б)обрыве троса.

а) (6.4)

б) (6.5)

На анкерную опору при обрыве провода в режиме при -5?С; q=0; b_max будет действовать тяжение: , где =0,9 коэффициент сочетаний.

даН,

При обрыве троса будет действовать тяжение:

даН

Расчетная вертикальная нагрузка от веса гололеда на проводах:

даН,

Расчетная вертикальная нагрузка от веса гололеда на тросе:

даН.

Вертикальные расчетные нагрузки от собственного веса опоры, проводов, тросов, изоляторов, электромонтера были определены выше.

На анкерную опору на прямых участках будет действовать нагрузка:

На провода:

даН (при -5?C; qmax; 0).

На трос:

даН (при -5?C; qmax; 0).

Составим схемы приложения расчетных нагрузок в аварийном режиме

1 случай: обрыв провода одной фазы. 2 случай: обрыв троса.

11. Определение расчетных нагрузок на промежуточные и анкерные опоры в нормальном и аварийном режимах

Различают вертикальные и горизонтальные нагрузки на опоры. Вертикальные нагрузки - это нагрузки от веса проводов и троса, от веса гололеда, а также от веса самой опоры. Горизонтальные нагрузки - это нагрузки от давления ветра на провода, трос и на конструкцию опоры, а также нагрузки аварийного режима.

1) Нормальный режим

а) Промежуточная опора

Определим вертикальные нагрузки на опору:

1. Нагрузка от собственного веса провода:

даН (8.1)

2. Нагрузка от веса гололеда на проводе:

даН (8.2)

3. Нагрузка от веса изоляторов:

даН (8.3)

4. Нагрузка от собственного веса троса:

даН (8.4)

5. Нагрузка от веса гололеда на тросе:

(8.5)

6. Нагрузка от веса монтажника:

даН (8.6)

Здесь даН - нормативный вес монтажника для линии напряжением 220 кВ.

7. Нагрузка от собственного веса опоры:

даН (8.7)

Здесь даН - нормативный вес опоры для проектируемой линии напряжением 220 кВ.

Определим горизонтальные нагрузки на опору:

1. Нагрузка от действия ветра на провода, не покрытые гололедом:

(8.8)

2. Нагрузка от действия ветра на трос, не покрытый гололедом:

даН (8.9)

3. Нагрузка от действия ветра на провода, покрытые гололедом:

(8.10)

4. Нагрузка от действия ветра на трос, покрытый гололедом:

(8.11)

Нагрузки от ветра на провода и трос, прикладываемые к опоре, при направлении ветра под углом 45 градусов к оси линии, уменьшаются в 2 раза.

5. Нагрузка действия ветра на конструкцию опоры, не покрытую гололедом:

6.

- под углом 90 градусов к оси линии (8.12)

- под углом 45 градусов к оси линии (8.13)

Здесь: - коэффициент, учитывающий порывы ветра (для свободностоящих железобетонных опор );

- коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора по высоте (для высоты приложения ветровых нагрузок м );

- аэродинамический коэффициент, ;

- площади, ограниченные контуром опоры.

Найдем значения площадей :

 (8.14)

м² (8.15)

м² (8.16)

м² (8.17)

Тогда:

даН;

даН.

6. Нагрузка действия ветра на конструкцию опоры, покрытую гололедом:

даН (8.18)

даН (8.19)

б) Анкерная опора

Определим вертикальные нагрузки на опору:

Величины этих нагрузок совпадают с величиной нагрузок на промежуточную опору, кроме нагрузки от веса гирлянды изоляторов и веса монтажника.

Нагрузка от веса изоляторов:

даН (8.20)

Нагрузка от веса монтажника:

 даН (8.21)

Здесь даН - нормативный вес монтажника для анкерной опоры.

Определим горизонтальные нагрузки на опору:

Принимаем следующие расчетные условия: °C, максимальный ветер, гололеда нет, ветер направлен под углом 90 градусов к оси линии - расчетный режим №4. При таких условиях на анкерную опору действуют все горизонтальные нагрузки, действующие на промежуточные опоры, кроме нагрузок с гололедом. Также на опору действует неуравновешенное горизонтальное тяжение, связанное с неодинаковым тяжением проводов и троса по обе стороны опоры. Ориентировочное значение этого тяжения для проводов и троса можно определить:

даН (8.22)

даН (8.23)

2) Аварийный режим

а) Промежуточная опора

Определим вертикальные нагрузки на опору:

Расчетным режимом для промежуточных опор является режим среднегодовых условий.

На промежуточную опору в таком режиме не действуют вертикальные нагрузки от веса гололеда на проводе и тросе. Значения остальных нагрузок умножаются на коэффициент сочетаний .

1. Нагрузка от собственного веса провода:

даН;

2. Нагрузка от веса гололеда на проводе:

даН;

3. Нагрузка от веса изоляторов:

даН;

4. Нагрузка от собственного веса троса:

даН;

5. Нагрузка от веса гололеда на проводе:

даН;

6. Нагрузка от веса монтажника:

даН;

7. Нагрузка от собственного веса опоры:

даН;

При этом при оборванном проводе или при оборванном тросе соответственно нагрузки:

даН;

даН.

Определим горизонтальные нагрузки на опору:

Горизонтальные нагрузки на опору от ветра при среднегодовых условиях (расчетный режим №3) не действуют. Из горизонтальных нагрузок действуют только редуцированные тяжения, обусловленные обрывов провода или троса. Это тяжение рассчитывается для провода и для троса при среднегодовых условиях:

даН (8.24)

даН (8.25)

б) Анкерная опора

Определим вертикальные нагрузки на опору:

Расчетным режимом для анкерных опор является режим: температура °C, максимальная толщина стенки гололеда, ветер отсутствует (расчетный режим №5).

Значения нагрузок нормального режима умножаются на коэффициент сочетаний .

1. Нагрузка от собственного веса провода:

даН;

2. Нагрузка от веса гололеда на проводе:

даН;

3. Нагрузка от веса изоляторов:

даН;

4. Нагрузка от собственного веса троса:

даН;

5. Нагрузка от веса гололеда на проводе:

даН;

6. Нагрузка от веса монтажника:

даН;

7. Нагрузка от собственного веса опоры:

даН.

При этом при оборванном проводе или при оборванном тросе соответственно нагрузки:

даН;

даН;

даН;

даН.

Определим горизонтальные нагрузки на опору:

При таких условиях на анкерную опору не действуют горизонтальные ветровые нагрузки кроме. На опору действует неуравновешенное горизонтальное тяжение и редуцированное тяжение. Значения этих тяжений можно определить:

даН (8.26)

даН (8.27)

даН (8.28)

даН (8.29)

Здесь необходимо учитывать, что при оборванном проводе или тросе соответственно на оборванный провод или трос действует только редуцированное тяжение, а неуравновешенное тяжение не действует.

12. Определение стоимости воздушной линии и продолжительности строительства

Капитальные затраты на сооружение всей линии:

, (8.1)

где =19,4 тыс.у.д.е./км- стоимость сооружения 1 км линии, по [4] таблица IV.3

= 6,180 км- суммарная длина линии.

Годовые эксплуатационные расходы:

, (8.2)

, (8.3)

гдеи - стоимость 1 кВт•ч потерь электроэнергии на корону и нагрузочных,

= 0,0175 у.д.е/кВт•ч, = 0,025 у.д.е/ кВт•ч, - допустимый ток линии,, , =3500 ч - время наибольших потерь,

=0,1375 Ом/км - удельное сопротивление линии, =2,7 кВт/км

Приведенные затраты:

(8.4)

где Е - норма дисконта, принимаемая равной 0,23

Себестоимость электроэнергии:

(8.5)

(8.6)

где = 0,9, =5000 ч

Удельная стоимость передачи 1 кВт мощности:

(8.7)

Продолжительность строительства линии по [3] с.15-20]:

дней; (8.8)

где месяца - нормативная продолжительность строительства линии длиной км;

- число рабочих дней в месяце.

Таблица 12.1- Технико-экономические показатели

№ п.п	Показатель	Значение показателя
1	Капитальные затраты на сооружение линии
2	Удельные капитальные затраты
3	Годовые эксплуатационные расходы, при
4	Годовые эксплуатационные расходы, при
5	Приведенные затраты, при
6	Приведенные затраты, при
7	Себестоимость электроэнергии, при
8	Себестоимость электроэнергии, при
9	Продолжительность строительства	34 дней

Выводы

Исходя из проведенных расчетов, для выбранного типа опоры и данного сечения проводов нужно 13 подвесных изоляторов.

Наибольшая стрела провеса провода наблюдается в расчетном режиме № 6.

Грозозащитный трос ТК-11 в результате произведенных расчетов выбран правильно, так как напряжение в материале троса по полученным результатам лежит в допустимых пределах.

Следовательно, можно сделать вывод о том, что рассчитанная воздушная линия электропередачи напряжением 220 кВ обеспечит надежное электроснабжение.

Список использованных источников

Короткевич М.А. Конспект лекций по дисциплине «Проектирование механической части линий электропередачи»- Мн.: БНТУ, 2006/07 учебный год.

Правила устройства электроустановок. - М.: Энергия, 1986.

«Справочник по электрическим установкам высокого напряжения» под редакцией И.А. Баумштейна, С.А. Бажанова- М.: Энергоатомиздат, 1989.

Г. Е. Поспелов, В.Т. Федин, П.В. Лычев. «Электрические системы и цепи»- Мн: Технопринт, 2004.

Размещено на Allbest.ru