Курсовая работа (т): Проектирование воздушных линий электропередач

*В районах с толщиной стенки гололеда 15 мм и более - 35 мм².

** На пересечениях с железными дорогами применение алюминиевых проводов не допускается.

*** Допускается подвеска стальных грозозащитных тросов.

провод климатический напряжение провес

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

Согласно ПУЭ расчет проводов, тросов, изоляторов и арматуры воздушных линий производится по методу допускаемых напряжений. В расчетах по этому методу принимаются нагрузки, соответствующие, условиям эксплуатации линии, называемые нормативными.

Расчет опор и фундаментов производится по методу предельных состояний. По этому методу принимаются нагрузки, называемые расчетными, получаемые путем умножения нормативных нагрузок на коэффициенты перегрузки.

В настоящей главе, касающейся проводов и тросов, а также в главе второй, посвященной изоляторам и арматуре, т.е. элементам линии, рассчитываемым по методу допускаемых напряжений при воздействии нормативных нагрузок, рассматриваются только нормативные нагрузки, называемые в дальнейшем просто нагрузками.

Для обеспечения надежной работы воздушных линий в расчетах конструкций необходимо учитывать скорости ветра, гололедно-изморозевые отложения и температуры воздуха в зоне трассы сооружаемой линии.

Согласно ПУЭ-76 для определения нормативных нагрузок следует принимать наиболее неблагоприятные сочетания климатических условий, наблюдаемые не реже 1 раза в 5 лет для линий напряжением 3 кВ и ниже, 1 раза в 10 лет для линий 110-330 кВ и 1 раза в 15 лет для линий 500 кВ. Увеличение периодов повторяемости по мере повышения напряжения линий объясняется требованием большей надежности линий более высоких напряжений. Опыт эксплуатации показал, что этот способ обеспечивает достаточную надежность линий.

Многолетние наблюдения метеостанций позволили собрать данные по скорости ветра и гололедообразованиям и составить соответствующие карты климатического районирования. Поэтому при выборе расчетных климатических условий для проектирования воздушных линий следует пользоваться картами, уточняя эти условия в случаях необходимости, например при наличии участков с микроклиматом.

Ветровал нагрузка на поверхность пропорциональна не скорости ветра, а квадрату скорости ветра. При определении ветровых нагрузок в расчетах удобно принимать величину  даН/м² (кгс/м²), называемую скоростным напором.

Значения максимальных скоростей ветра v и нормативных скоростных напоров, наблюдаемых в семи районах на высоте до 15 м над поверхностью земли при повторяемости I раз в 5, 10 и 15 лет, даны в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Нормативные скоростные напоры, даН/м², и приближенные скорости ветра, м/с, для высоты до 15 м над поверхностью земли

Для воздушных линий, проходящих в застроенной местности, приведенные в табл. Щ значения скоростных напоров могут быть снижены на 30% (скорости ветра - на 16%) при условии, что средняя высота окружающих зданий составляет не менее 2/3 высоты опор.

С другой стороны, для участков линий, открытых для сильных петров (высокий берег большой реки, прибрежная полоса больших озер и водохранилищ в пределах до 3-5 км, резко выделяющиеся над окружающей местностью возвышенности), при отсутствии наблюдений следует увеличивать скоростной напор на 40% (скорость ветра - на 18%) по сравнению со значениями, принятыми для данного района.

Скорость ветра возрастает с увеличением высоты. Ветровая нагрузка на провода и тросы определяется для высоты, соответствующей расположению центра тяжести проводов и тросов в неотклоненном положении. За исключением участков больших переходов через реки, водохранилища и другие водные преграды, высота центра тяжести проводов или тросов воздушной линии определяется для габаритного пролета по формуле:

 (1-3)

где h₁,h₂ - высота крепления проводов или троса к изоляторам на опорах, отсчитываемая от отметки земли в местах установки опор, м;

f - наибольшая стрела провеса провода или троса,

При негоризонтальном расположении проводов высота центра тяжести проводов принимается для всех проводов одинаковой - равной среднему арифметическому значению высот центров тяжести отдельных проводов.

На специальных переходах через реки и водохранилища высота подвески проводов и тросов отсчитывается от меженного уровня реки или нормального горизонта водохранилища, причем стрелы провеса принимаются по фактическим пролетам.

Для перехода, состоящего из нескольких пролетов, ветровая нагрузка на провода или тросы принимается одинаковой для всех пролетов перехода и определяется для высоты, соответствующей средневзвешенному значению центров тяжести прополов или тросов. Эта высота рассчитывается по формуле:

 (1-4)

где l₁,l₂.....,ln - длина пролетов, входящих в переход;

h_c1, h_c2,....,h_cn- высота центров тяжести проводов или тросов в каждом из пролетов, отсчитываемая от меженного уровни реки или нормального горизонта водохранилища.

Ветровые нагрузки на провода или тросы определяются путем умножения скоростного напора первой зоны (на высоте до 15 м) на коэффициенты, приводимые в табл. 1.4. Для случаев, когда в расчетах исходят не из скоростных напоров, а из скоростей ветра, в табл. 1.4 даны также коэффициенты увеличения скорости ветра по высоте.

Гололедно-изморозевые отложения на проводах и тросах воздушных линий имеют различную форму и виды. Наблюдаются отложения чистого гололеда, т.е. плотного намерзшего льда, инея и зернистой изморози, мокрот снега, налипающего на провода, а также сочетания отложений различных видов.

Таблица 1.4

Интенсивность гололедно-изморозевых образований в разных районах различна: в большей части северо-западных и северных районов страны, а также в Средней Азии и Сибири гололедные отложения незначительны; на Западной Украине, в Донбассе, на Северном Кавказе и Закавказье, на Средней Волге, Урале, в горной части Кольского полуострова наблюдаются сильные отложения гололеда.

Наблюдения за интенсивностью гололедообразований производятся на метеостанциях на стержнях диаметром 5 мм, установленных на высоте 2 м над землей. Зарегистрированные гололедообразования взвешиваются и приводятся к эквивалентной массе гололеда круглой цилиндрической формы с плотностью 0.9 кг/дм³; толщина слоя гололеда, т. е. толщина стенки этого цилиндра, и является исходной величиной для определения интенсивности гололедообразований в данном районе.

Толщина стенки гололеда возрастает с высотой и уменьшается при увеличении диаметра провода свыше 10 мм. Поэтому метеостанции регистрируют толщину стенки гололеда с учетом поправочных коэффициентов на диаметр и высоту, определяя толщину стенки для высоты 10 м.

По толщине стенки гололеда вся теория разделена на четыре района гололедности - от 1 до IV и на особые гололедные районы с толщиной стенки более 20 или 22 мм. Границы соответствующих районов даны на карте районирования территории по гололеду, приводимой в ПУЭ [10].

Нормативная толщина стенки в показанных на карте I-IV районах гололедности принимается в зависимости от повторяемости 1 раз в 5 лет (для линий напряжением до 3 кВ включительно) или 1 раз в 10 лет (для линий 35-330 кВ) по табл. 1.5.

Таблица 1.5

Нормативная толщина стенки гололеда, мм, для высоты 10 м над поверхностью земли

Нормативная толщина стенки гололеда с повторяемостью 1 раз в 15 лет (для линий напряжением 500 к В) должна определяться на основании данных фактических наблюдений я приниматься не менее 10 мм.

Согласно СНиП 11-6-74 «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. Для проводов и тросов диаметром 5 мм следует принимать поправочный коэффициент 1,1; 10 мм - 1,0; 20 мм - 0,9; 30 мм - 0.8; 50 мм - 0,7; 70 мм - 0,6. Промежуточные значения определяются линейной интерполяцией.

В зависимости от высоты следует вводить в расчеты поправочные коэффициенты: 0,8 при высоте 5 м; 1,0 при 10 м; 1,2 при 20 м; 1,4 при 30 м; 1,6 при 50 м; 1,8 при 70 м и 2,0 при 100 м. Промежуточные значения определяются линейной интерполяцией, причем высота проводов и тросов над землей принимается осредненной - равной высоте расположения их центра тяжести, т. е. так же, как при определении ветровых нагрузок.

Приведенная высота центра тяжести проводов превышает 25 м только на опорах больших переходов. В расчетах проводов и тросов воздушных линий с опорами нормальной высоты принимаются районы no гололеду, определяемые по карте или на основании данных изысканий без введении дополнительных поправок на диаметр и на высоту.

Провода и тросы, подвешенные на воздушных линиях, находятся постоянно под действием вертикальной нагрузки от собственного веса. К этой нагрузке могут добавляться временные нагрузки - вертикальная от гололеда и горизонтальная от ветра. Гололедные отложения распределяются по длине провода не вполне равномерно. Однако при известной условности определения гололедных нагрузок эту нагрузку считают равномерно распределенной по длине провода в рассматриваемом пролете.

Гололед \ Провод

Рис 1.6 Поперечное сечение провода с гололедом

Распределение ветрового давления по длине пролета также неравномерно; эта неравномерность, возрастающая при увеличении скорости ветра, учитывается коэффициентом неравномерности "", значение которого принимается в зависимости от скоростного напора. После умножения на этот коэффициент ветровую нагрузку, так же как и гололедную, считают равномерно распределенной по длине пролета.

Равномерно распределенная нагрузка по длине пролета на 1 м длины провода называется единичной нагрузкой и выражается в деканьютонах (даН) или килограмм-силах (кгс) на один метр В технической литературе принято обозначать единичные нагрузки латинской буквой р с соответствующими индексами.

Единичная нагрузка от собственного веса провода. Эта нагрузка обозначается р₁ и принимается по действующим стандартам или техническим условиям, в которых указана масса или вес провода в килограммах на один километр. Для получения единичной нагрузки от собственного веса в килограммах на одни метр следует разделить на 1000 (или умножить на 10^-3) массу или вес, указанные в стандарте.

Единичная нарузка от гололеда. Площадь сечения слоя гололеда с толщиной стенки с на проводе диаметром d (рис. 1.6) определяется по формуле:

Так как диаметр провода и толщина стенки гололеда принимаются в миллиметрах, а единичную нагрузку требуется получить на метр, то плотность гололеда g₀ следует перевести в соответствующие единицы: g₀ = 0,9 кг/дм³ = 0,9- 10^-3 даН/(м•мм²), и единичная нагрузка от веса гололеда в деканьютонах на метр определяется по формуле:

 (1.5)

Результирующая единичная весовая нагрузка при гололеде. Эта нагрузка, обозначаемая p_э, равна арифметической сумме единичных нагрузок от собственного веса и гололеда:

 (1.6)

Единичная нагрузка от ветра. Ветровое давление на поверхность с площадью F в деканьютонах (килограмм-силах) определяется по формуле:

где Сx - аэродинамический коэффициент (или коэффициент лобового сопротивления), зависящий от плотности воздуха р, от скорости ветра  от формы, протяженности и шероховатости обдуваемой поверхности; - угол между направлением ветра и обдуваемой поверхностью.

При нормальном барометрическом давлении и температуре воздуха около + 15°С коэффициент р = 1/8; при этом значении .

Величина , называемая скоростным напором, принимается в расчетах ветрового давления на элементы воздушных линий без поправок на изменения плотности воздуха. Таким образом, формула приводится к виду:

При вычислении ветровых нагрузок на провода и тросы в эту формулу вводится коэффициент а, учитывающий неравномерность давления ветра по пролету:

 (1.7)

Чтобы получить единичную нагрузку в деканьютонах (кило грамм-силах) на один метр при ветре, направленном перпендикулярно оси провода, диаметр которого выражен в миллиметрах, следует подставить в формулу (1-7) значения: F=d∙10^-3; sin²φ=1

Таким образом, единичная ветровая нагрузка на провод без гололеда в даН/м (кгс/м) определяется по формуле:

 (1.8)

а на провод с гололедом -

 (1.9)

Единичная ветровая нагрузка р₄ на провод без гололеда определяется при наибольшей скорости ветра. v_макс, которой соответствуют нормативные скоростные напоры q. Значения q принимаются по табл. 1.3 или вычисляются ло наибольшей скорости ветра, установленной на основании наблюдений. Согласно СИиП II-6-74 скорости ветра, установленные на основании наблюдений, умножаются на поправочный коэффициент

,

где v - скорость ветра, м/с.

При расположении центра тяжести проводов на высоте более 15 м эти значения умножаются на коэффициенты увеличения скоростного капора по высоте, указанные в табл. 1-4.

При определении ветровых нагрузок на провода с гололедом следует принимать значения скоростного напора 0,25 q₁ где q - скоростной напор, принятый при определении нагрузки Согласно ПУЭ в районах с толщиной стенки гололеда 15 мм и более значения скоростного напора следует принимать не менее 14 даН/м² (значения скорости ветра - не менее 15 м/с). Согласно ПУЭ в рас-четах ветровых нагрузок на провода принимаются следующие значения аэродинамического коэффициента Сх:1,1-для проводов и тросов диаметром 20 мм и более; 1,2 -для проводов и тросов диаметром менее 20 мм, а также для проводов и тросов любого диаметра, покрытых гололедом. Значения коэффициента неравномерности а принимаются: 1,0 при скоростном напоре до 27 даН/м² (кгс/м²); 0,85 - при 40 даН/м²; 0,75 - при 55 даН/м²; 0,7 - при 76 даН/м² и более. Промежуточные значения определяются линейной интерполяцией.