Проектирование воздушной линии

 

ВВЕДЕНИЕ

Проектирование воздушной линии (ВЛ) электропередачи ведется на основании разработанной схемы развития энергосистемы и включает в себя широкий круг вопросов, касающихся как механической, так и электрической частей ВЛ.

В данном курсовом проекте рассматривается ВЛ напряжением 35 кВ, выполненная на одноцепных металлически-решетчетых опорах. При строительстве ВЛ используются провода марки АС-150/24 и грозозащитный трос марки ТК-50, материал изоляторов – фарфор.

ВЛ проходит в населенной местности со следующими климатическими условиями:

• район по ветру – I,
• район по гололеду – III,
• максимальная температура – °C,
• минимальная температура – °C,
• среднегодовая температура – °C,
• степень загрязнения – 4
• тип местности по условиям воздействия ветра на ВЛ – С.

Основные требования, предъявляемые к ВЛ, определяются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Проектирование и сооружение опор и фундаментов ВЛ как строительных конструкций производится на основании Строительных норм и правил (СНиП).

Проектирование механической части ВЛ ставит своей главной задачей обеспечение высокой надежности работы ВЛ в соответственных природных условиях.

 

1. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОВОДА И ТРОСА
1. Характеристики и конструкция провода

В данном курсовом проекте рассматривается ВЛ напряжением 35 кВ. для этой воздушной линии используется мнопроволочный сталеалюминевый провод марки АС-150/24. Буквами в марке провода обозначается материал жилы, т.е. А – алюминий, С – сталь. Цифрами обозначается номинальное сечение провода. Провод марки АС-150/24 состоит из 26 алюминиевых проволок диаметром 2,7 мм. Вокруг центральной проволоки выполнено 2 повива.

Алюминий и сталь имеют различные механические характеристики, однако формально провод считается выполненным из одного металла (Рис. 1).

Рисунок 1 – Конструкция провода АС-150/24

На рисунке 1 приведена конструкция сталеалюминевого провода с номинальным сечением 150 мм2:

1 – стальная  часть (однопроволочный стальной сердечник);

2 – алюминиевая  часть (два повива алюминиевой проволоки).

Физико-механические характеристики провода АС150/24 приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Физико-механические характеристики провода АС-120/19

Сечение, мм2: алюминиевой части стальной части суммарное F	149 24,2 173,2
Диаметр провода d, мм	17,1
Количество и диаметр проволок, шт×мм: алюминиевых стальных	26×2,7 7×2,1
Количество повивов, шт. алюминиевой части стальной части	2 1
Вес провода Gп, даН/км	600
Модуль упругости Е, даН/мм2	8,25·103
Температурный коэффициент линейного удлинения α, град-1	19,2·10-6
Предел прочности, даН/мм2	29
Удельная нагрузка от собственного веса γ1, даН/(м×мм2)	3,46·10-3
Допустимое напряжение, даН/мм2 при среднегодовой температуре σt.ср при низшей температуре σt min при наибольшей нагрузке σγ max	8,7 13,0 13,0

 

Практический расчет сталеалюминевых проводов ведется с использованием приведенных к проводу в целом: величины модуля Е, температурного коэффициента линейного удлинения α, допустимого напряжения [σ].

При изготовлении провода, в целях увеличения его прочности. Повив делается в противоположную сторону по отношению к предыдущему.

2. Характеристики и конструкция троса

В качестве грозозащитного троса на ВЛ напряжением 110 кВ используются многопроволочные стальные канаты марки ТК-50. Цифрами в маркировке обозначается номинальное сечение троса-каната.

Грозозащитный трос состоит их 19 проволок диаметром 1,8 мм. Вокруг центральной проволоки выполнено 2 повива в противоположную сторону, чтобы избежать раскручивания проволок (Рис. 2).

Рисунок 2 – Конструкция грозозащитного троса ТК-50

Физико-механические характеристики грозозащитного троса ТК-50 приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Физико-механические характеристики троса ТК-50

Характеристика	Трос ТК-50
Сечение, мм2: номинальное фактическое	50 48,6
Диаметр троса, мм	9,1
Количество и диаметр проволок, шт·мм:	19х1,8
Вес троса, км/кг	418
Модуль упругости, х 104 Н/мм2	18,5
Количество повивов, шт.	2
Температурный коэффициент линейного удлинения, х 10-6 град-1	12
Предел прочности при растяжении, Н/мм2	1200
Удельная нагрузка от собственного веса, х 10-3 Н/м·мм2	80
Допустимое напряжение, Н/мм2: при средней температуре при низшей температуре при наибольшей нагрузке	420 600 600

 

 

2. ВЫБОР УНИФИЦИРОВАННОЙ ОПОРЫ

В настоящее время при строительстве ВЛ используются, как правило, унифицированные опоры. Унификация означает объединение опор в единую систему конструкций, сокращение их типоразмеров и устанавливает для каждой опоры область применения.

В курсовом проекте для строительства воздушной линии используются опоры ПМ 35-1 – промежуточные одноцепные металлические многогранные опоры на напряжение 35 кВ, предназначенные для применения в I ÷ IV ветровом районах, в I ÷ IV и особо гололедных районах.

Конструкция металлической унифицированной опоры ПМ 35-1 показана на рисунке 3, основные размеры и технические характеристики опоры приведены соответственно в таблицах 3 и 4.

Рисунок 3 – Промежуточная унифицированная опора П 35-1

Таблица 3 – Основные размеры и область применения опоры П 35-1

Шифр опоры	Размеры по рисунку 3, м									Марка  провода	Район по гололеду
	H	h1	h2	h3	h4	a1	a2	a3	В
П 35-1	21,0	3,0	14,0	4,0	-	2,0	3,3	2,0	1,8	АС-150/24	I

Таблица 4 – Технические характеристики опоры ПМ 110-2

Характеристика	Величина
Марка провода	АС-150/24
Район по гололеду	III
Район по ветру	I
Габаритный пролет, м	210
Ветровой пролет, м	330
Весовой пролет, м	260
Масса, т	1,53
Длина поддерживающей гирлянды изоляторов, м	3,3

Габаритный пролет – это пролет, определяемый по условию допустимого расстояния (габарит) от проводов до земли при установке опор на идеально ровной местности. Этот пролет определяется напряжением ВЛ, высотой подвеса на опоре нижнего провода и максимальной стрелой его подвеса.

Расчетная длина пролета может быть принята равной габаритному пролету. Однако опыт проектирования показывает, что после расстановки опор по трассе с соблюдением требуемого габарита средний пролет оказывается меньше габаритного. Это отличие обусловлено неровностью трассы ВЛ. Поэтому расчетную длину пролета следует принять равной:

,

(2.1)

где    – габаритный пролет,

- коэффициент, значение  которого принимается равным в соответствии с местностью, для которой проектируется участок ВЛ.

(2.2)

 

3. РАСЧЕТ УДЕЛЬНЫХ НАГРУЗОК НА ПРОВОДА И ТРОС
1. Определение толщины стенки гололеда и величины ветрового давления

Определяемые величины зависят от климатического района, для которого проектируется ВЛ и высоты расположения проводов  и троса от поверхности земли. Провода на опоре подвешиваются, как правило, на разной высоте и от проводов и троса до земли меняется по дине пролета. Поэтому в расчетах используется понятие высоты расположения приведенного центра тяжести проводов или троса. Эта величина для проводов и троса определяется по формуле:

(3.1)

 

где - средняя высота подвеса провода (или троса), м;

- допустимая стрела провеса  провода (или троса), м.

Значение для проводов определяется по формуле:

(3.2)

 

где – расстояние от земли до i-ой траверсы опоры, м;

m – количество проводов на опоре;

λ – длина гирлянды изоляторов, принимаемая предварительно для ВЛ 35 кВ – 0,6 м.

 

Значение для троса определяется высотой подвеса троса над землей:

(3.3)

где  – расстояния из таблицы 3;

- расстояние между нижней и  верхней траверсами опоры, равное 

 

Допустимая стрела провеса провода, м, определяется по формуле:

(3.4)

где  – расстояния от земли до нижней траверсы;

 – длина гирлянды изоляторов;

Г – наименьшее расстояние по вертикали от проводов до поверхности земли; Г=7 м для ненаселенной местности при номинальном напряжении ВЛ 35 кВ.

 

Допустимая стрела провеса троса, м, определяется по формуле:

(3.5)

где  z – наименьшее допустимое расстояние по вертикали между проводом и тросом в середине пролета, м. Расстояние z определяется по ПУЭ в зависимости от расчетной длины пролета. z=3,8 м.;

 – количество цепей.

 

Подставляя полученные значения в формулу (3.1), можно получить значение высоты приведенного центра тяжести провода и троса:

 

 

В дальнейшем расчетные величины будут даваться для провода без индекса, а для троса с индексом «Т».

После определения высоты расположения приведенного центра тяжести проводов и троса оцениваются максимально возможные толщины стенки гололеда и скорость напора ветра.

При определении ветровых нагрузок на провода и тросы ВЛ принято использовать не скорость ветра V, а ветровое давление W, которое определяется по формуле:

(3.6)

Максимальное значение ветрового давления определяется по формуле:

(3.7)

где W0 – нормативное ветровое давление на высоте 10 м от поверхности земли, соответственно для I района по ветру W0 = 400 Па.

Kw – коэффициент, зависящий от типа местности и высоты приведенного центра тяжести проводов и тросов над поверхностью земли. Для проводов, при  и типе местности «А», Для троса, при  и типе местности «А»,

 

 

Максимальное значение толщины стенки гололеда для проводов и троса при равно табличному значению нормативной толщины стенки  гололеда С0. Для III района по гололеду С0 = 20 мм. Отсюда:

 

2. Расчет удельных нагрузок на провода и трос

Провода и тросы ВЛ испытывают действие нагрузок – вертикальные (вес провода и гололеда) и горизонтальные (давление ветра). В результате этих нагрузок в металле проводов возникают растягивающие напряжения. При расчетах на механическую прочность пользуются удельными нагрузками на провода и тросы. Под удельной нагрузкой понимают равномерно распределенную вдоль провода механическую нагрузку, отнесенную к единице длины и поперечного сечения. Удельные нагрузки выражаются в Ньютонах, отнесенных к 1 м длины провода и к 1 мм2 сечения: Н/(м·мм2).

1. Удельная нагрузка от собственного веса провода (троса) приводится в таблицах 1 и 2, Н/(м·мм2):

 

 

2. Удельная  нагрузка от гололеда определяется  исходя из условий, что гололедные  отложения имеют цилиндрическую  форму плотностью , Н/(м·мм2):

(3.8)