Курсовая работа (т): Проектирование воздушных линий электропередач

Проектирование воздушных линий электропередач

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Провода и грозозащитные тросы. Общие сведения

. Конструкции проводов и тросов

. Расчетные климатические условия. Ветровые и гололедные нагрузки. Влияние температуры

. Критические пролеты линий электропередач. Критическая температура

. Расчет критической температуры для пролета

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Воздушные линии электропередачи служат для передачи и распределения электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и закрепляемым при помощи изоляторов и линейной арматуры на опорах, а в отдельных случаях - на кронштейнах или на стойках инженерных сооружений (мосты, дымовые трубы, здания и др.)

Ежегодно сооружается более 25 тыс. км линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше, а также 200 тыс. км линии более низких напряжений. Целью строительства линий напряжением 220 кВ и выше является объединение энергосистем, позволяющее уменьшить установленную мощность электростанций за счет объединения резервов. Строительство линий более, низких напряжений производится для подключения к общегосударственной сети новых потребителей, в том числе сельскохозяйственных. Питание сельских населенных пунктов от государственной сети значительно надежнее и экономичнее, чем от местных электростанций небольшой мощности.

Выполнение поставленных задач невозможно без механизации строительно-монтажных работ и без применения типовых конструкций опор и фундаментов. Поэтому в настоящее время при сооружении большей части линий применяются типовые конструкции опор и фундаментов, а индивидуальные конструкции - лишь в редких случаях.

Разработаны специальные правила и стандарты для проектирования и сооружения линий электропередачи. Основные требования, предъявляемые в к линиям электропередачи, определяются действующими Правилами устройства электроустановок - ПУЭ [10], согласно которым линии подразделяются на две категории по напряжениям: до 1000 В и выше 1000 В. Проектирование и сооружение опор и фундаментов линий как строительных конструкций производится на основании Строительных норм и правил - СНиП [20].

Приняты следующие стандартные напряжения -трехфазного тока до 1000 ВТ 127, 220, 380 и 500 В. В диапазоне выше 1000 В (1 кВ) стандартизованы напряжения 3, 6, 10, 15, 20, 35, ПО, 150, 220, 330, 500 и 750 кВ. Наряду с линиями трехфазного тока сооружаются также линии электропередачи постоянного тока.

Расстояния между проводами, между проводами и заземленными частями опор, а также от проводов до поверхности земли следует принимать такими, 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 большой степенью вероятности исключать электрические разряды при перенапряжениях, которые могут возникать на линии данного напряжения.

Основными элементами воздушных линий являются провода. Изоляторы, линейная арматура, опоры и фундаменты. Дополнительными элементами, необходимыми на некоторых линиях для обеспечения надежности их работы, являются грозозащитные тросы, заземления, разрядники и др.

На линиях электропередачи можно подвешивать сталеалюминиевые, алюминиевые, алдреевые, медные, бронзовые, сталебронзовые и стальные провода. В настоящее время на линиях напряжением выше 1000В в большинстве случаев применяются сталеалюминиевые провода. Алюминиевые провода часто подвешиваются на линиях напряжением до 35 кВ включительно и в отдельных случаях - на линиях 110кВ. Стальные провода применяются на линиях до 1000В, а также на сельских линиях до 36кВ. Медные, бронзовые и сталебронзовые провода практически не используются вследствие дефицитности меди.

На линиях напряжением 110кВ и выше необходимо учитывать Потери электрической энергии на корону, связанные с ионизацией воздуха около проводов. Эти потери уменьшаются при увеличении диаметра провода. Поэтому для линий 110кВ следует применять провода диаметром не менее 11,4 мм, для линий 150кВ - Не менее 15,2 мм и для линий 220кВ - не менее 21,6 мм.

На линиях напряжением 330кВ и выше для ограничения потерь на корону до приемлемых значений пришлось бы подвешивать Провода очень большого диаметра. Потери на корону можно уменьшить, заменив один провод несколькими параллельными проводами, образующими так называемую расщепленную фазу. На линиях 330кВ обычно применяется расщепление фазы Hа два провода, на линиях 500кВ - на три и на линиях 750кВ - на четыре или пять проводов.

Грозозащитные тросы, как правило, представляют собой стальные канаты, свитые из нескольких проволок; иногда подвешиваются сталеалюминиевые грозозащитные тросы.

Изоляторы, служащие для подвески проводов на воздушных линиях, подразделяются на штыревые и подвесные.

Штыревые изоляторы, применяемые на линиях напряжением до 35 к В включительно, устанавливаются на опорах С помощью крюков или штырей; провода закрепляются на изоляторах этого типа с помощью проволочной вязки. На линиях напряжением 35кВ применяются как штыревые, так и подвесные изоляторы; на линиях напряжением 110кВ и выше - только подвесные изоляторы.

Подвесные изоляторы состоит из фарфоровой или стеклянной изолирующей части и соединенных с ней металлических элементов, служащих для сцепления нескольких изоляторов друг с другом, а также, для соединения изоляторов с линейной арматурой. Ряд последовательно соединенных изоляторов называется гирляндой - провода закрепляются на гирляндах посредством линейной арматуры - зажимов и специальных деталей. Закрепление гирлянд на опорах производится также с помощью сцепной арматуры.

Воздушные линии сооружаются в районах с различными климатическими условиями, влияющими на выбор элементов линий. В ПУЭ даются указания по выбору расчетных климатических условии, в соответствии с которыми определяются расчетные нагрузки.

Основными климатическими факторами, определяющими нагрузки, являются ветер и гололед. Долголетние наблюдения позволили установить для территории границы ветровых и гололедных районов, различающихся скоростью ветра и интенсивностью гололедных образований. При проектировании линий электропередачи ветровые и гололедные районы определяются по карте или при необходимости по уточненным данным наблюдений.

На воздушных линиях переменного трехфазного тока подвешивается не менее трех проводов, составляющих одну цепь, на линиях электропередачи постоянного тока - не менее двух проводов.

По числу цепей линии электропередачи делятся на одноцепные, двухцепные и многоцепные. Число цепей определяется схемой энергоснабжения в зависимости от передаваемой мощности, напряжения линии электропередачи и необходимости резервирования. Если по схеме энергоснабжения требуются две цепи, то эти цепи могут быть подвешены на двух отдельных одноцепных линиях с одноцепными опорами или на одной двухцепной линии с двухцепными опорами.

Как правило, одна двухцепная линия дешевле, чем две параллельные одноцепные линии, и может быть сооружена и более короткий срок.

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

а) опоры промежуточные, на которых провода закрепляются в поддерживающих зажимах;

б) опоры анкерного типа, служащие для натяжения проводов; на этих опорах провода закрепляются в натяжных зажимах.

Расстояние между, опорами называется пролетом, а расстояние между опорами анкерного типа анкерованным участком (рис. В-1). В соответствии с требованиями ПУЭ пересечения некоторых инженерных сооружений, например железных дорог общего пользования, необходимо выполнять на опорах анкерного типа. Па углах поворота линии устанавливаются угловые опоры, на которых провода могут быть подвешены в поддерживающих или натяжных зажимах. Таким образом, две основные группы опор - промежуточные и анкерные - разбиваются на типы, имеющие специальное назначение.

Промежуточные прямые опоры устанавливаются на прямых участках линии. На промежуточных опорах с подвесными изоляторами провода закрепляются в поддерживающих гирляндах, висящих, вертикально; на опорах со штыревыми изоляторами закрепление проводов производится проволочной вязкой. В обоих случаях промежуточные опоры воспринимают горизонтальные нагрузки от давления ветра на провода и на опору и вертикальные - от веса проводов, изоляторов и собственного веса опоры.

Рис. В-1 Схема анкерованного участка воздушной линии

При необорванных проводах и тросах промежуточные опоры, как правило, не воспринимают горизонтальной нагрузки от тяжения проводов и тросов в направлении линии и поэтому могут быть выполнены более легкой конструкции, чем опоры других типов, например концевые, воспринимающие тяжей не проводов и тросов. Однако для обеспечения надежной работы линии промежуточные опоры должны выдерживать некоторые нагрузки в направлении линии (cм. гл. V).

Промежуточные угловые опоры устанавливаются на углах поворота линии с подвеской проводов в поддерживающих гирляндах. Помимо нагрузок, действующих на промежуточные прямые опоры, промежуточные и анкерные угловые опоры воспринимают также нагрузки от поперечных составляющих тяжения проводов и тросов. При углах поворота линии электропередачи более 20 градусов вес промежуточных угловых опор значительно возрастает. Поэтому промежуточные угловые опоры применяются для углов до 10-20 градусов. При больших углах поворота устанавливаются анкерные угловые опоры.

Анкерные опоры. На линиях с подвесными изоляторами провода закрепляются в зажимах натяжных гирлянд; эти гирлянды являются как бы продолжением провода и передают его тяжение на опору. Па линиях со штыревыми изоляторами провода закрепляются на анкерных опорах усиленной вязкой пли специальными зажимами, обеспечивающими передачу полного тяжения провода на опору через штыревые изоляторы.

При установке анкерных опор на прямых участках трассы и подвеске проводов с обеих сторон от опоры с одинаковыми тяжениями горизонтальные продольные нагрузки от проводов уравновешиваются и анкерная опора работает так же, как и промежуточная, т. е. воспринимает только горизонтальные поперечные и вертикальные нагрузки. В случае необходимости провода с одной и с другой стороны от опоры можно натягивать с различным тяжением, тогда анкерная опора будет воспринимать разность тяжения проводов. В этом случае, кроме горизонтальных поперечных и вертикальных нагрузок, на опору будет также воздействовать горизонтальная продольная нагрузка.

При установке анкерных опор на углах (в точках поворота линии) анкерные угловые опоры воспринимают нагрузку также от поперечных составляющих тяжения проводов и тросов.

Концевые опоры устанавливаются на концах линии. От этих опор отходят провода, подвешиваемые на порталах подстанций. При подвеске проводов на линии до окончания сооружения подстанции концевые опоры воспринимают полное одностороннее тяжение проводов и тросов.

Помимо перечисленных типов опор, на линиях применяются также специальные опоры: транспозиционные, служащие для изменения порядка расположения проводов на опорах; ответвительные- для выполнения ответвлений от основной линии, опоры больших переходов через реки и водные пространства и др.

Основным типом опор на воздушных линиях являются промежуточные, число которых обычно составляет 85-90% общего числа опор.

По конструктивному выполнению опоры можно разделить на свободностоящие и опоры на оттяжках. Оттяжки обычно выполняются из стальных тросов.

На воздушных линиях применяются деревянные, стальные и железобетонные опоры. Разработаны также опытные конструкции опор из алюминиевых сплавов.

1. Провода и грозозащитные тросы. Общие сведения

На воздушных лилиях электропередачи подвешиваются голые (неизолированные) провода, состоящие из одной или нескольких проволок. Провода из одной проволоки, называемые однопроволочными, имеют меньшую прочность и применяются, как правило, на линиях напряжением до 1000 В. Многопроволочные провода, свитые из нескольких проволок, используются на линиях всех напряжений.

К материалу проводов воздушных линий предъявляются следующие основные требования.

1. Материал проводов должен иметь высокую электрическую проводимость. Из металлов, которые могут быть использованы для изготовления проводов, на первом месте по проводимости стоит медь, затем бронза и алюминий, сталь имеет значительно более низкую электрическую проводимость.

Удельное электрическое сопротивление меди при + 20°С составляет 0,0178∙10^-6 Ом/м (0,0178 Ом∙мм²/ м), алюминия 0,0283∙10^-6 Ом/м (0,0283 Ом-мм²/м). Таким образом, для обеспечения одинаковой проводимости алюминиевые провода должны иметь сечения, в 1,6 раза большие, чем медные. Алюминиевые провода, имеющие такую же проводимость, как и медные меньшего сечения, называются эквивалентными по проводимости. При объемной массе меди 8,9 кг/дм³ и алюминия 2,7 кг/дм³ масса алюминиевых проводов составляет около 50% массы медных проводов такой же проводимости. Это соотношение является одной из причин экономичности применения алюминиевых проводов на линиях электропередачи.

2. Провода и тросы должны быть выполнены из металла, обладающего достаточной прочностью. По механической прочности на первом месте стоит сталь. Стальные проволоки, применяемые для изготовления проводов и тросов, имеют предел прочности (временное сопротивление) 65-70 даН/мм² (кгс/мм²) или120-134 даН/мм²; в зарубежной практике используются стальные проволоки еще большей прочности - до 150 даН/мм². Бронзовые, проволоки отечественного производства имеют прочность 54 да Н/мм², медные 38-43 даН/мм², алюминиевые-16 19 даН/мм².

3. Материал проводов и тросов должен выдерживать атмосферные воздействия. В этом отношении наибольшей стойкостью обладают медные и бронзовые провода: провода из алюминия корродируют на морских побережьях, где в воздухе содержатся соли морской воды, а также в районах около химических заводов с наличием в воздухе щелочей. Для защиты алюминиевых проводов от коррозии в этих условиях освоены специальные смазки, а также специальные конструкции проводов, описываемые ниже в §1.2.

Стальные провода коррозируют даже в нормальных атмосферных условиях, поэтому для придания стальным проволокам необходимой стойкости их покрывают слоем цинка.

При своих высоких качествах - хорошей проводимости, большой механической прочности и коррозионной стойкости - медь как материал для проводов воздушных линий является дорогой и дефицитной. Поэтому в настоящее время медные провода, как правило, не применяются на воздушных линиях.

Основными металлами, используемыми для изготовления проводов линий электропередачи, являются алюминий и сталь. При этом в ряде случаев целесообразно сочетать хорошую электрическую проводимость алюминия и высокую механическую прочность стали, изготовляя сталеалюминиевые провода, свитые из стальных и алюминиевых проволок. Такие провода называются комбинированными.

Кроме однородных металлов, для изготовления проводов воздушных линий можно использовать сплавы, из которых в первую очередь следует назвать бронзу и алдрей.

Бронза, являющаяся сплавом меди с оловом, кадмием и магнием, применялась для изготовления проводов большой прочности, подвешиваемых па больших переходах. В настоящее время вместо бронзовых и сталебронзовых проводов на больших переходах, как правило, подвешиваются сталеалюминиевые провода повышенной прочности.