Лекции.ИНФО


Физико-механические характеристики провода и троса



ВВЕДЕНИЕ

Воздушные линии электропередач (ВЛ) предназначены для передачи электроэнергии на расстояния. Основными элементами воздушных линий являются провода и тросы, опоры, изоляторы, линейная арматура и т.д.

В курсовом проекте необходимо произвести расчет одноцепной воздушной линии электропередач 110 кВ в анкерном пролете на механическую прочность. Напряжения в проводе АС-70/11 и тросе ТК-50 не должны превышать допустимых при любых погодных условиях, возможных в данной местности (II -й район по гололеду, II-й район по ветровой нагрузке, высшая температура 40°С , низшая –15°С, среднегодовая 5°С). Стрелы провеса провода и троса также не должны превышать допустимых значений в любом режиме.

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

Проектирование включает следующие основные этапы:

- выбор элементов ВЛ (унифицированной опоры, изоляторов и линейной арматуры)

- определение физико механических характеристик провода и троса

- расчет удельных нагрузок на провод и трос

- механический расчет провода и троса

- расстановка опор по профилю трассы

- расчет монтажных стрел провеса провода и троса

Целью выполнения курсового проекта является получение основ проектирования механической части ВЛ.

 

Физико-механические характеристики провода и троса

 

На воздушных линиях электропередач применяются неизолированные алюминиевые и сталеалюминевые провода, состоящие из одной или нескольких проволок. Сталеалюминевые провода – это многопроволочные провода, состоящие из алюминиевых и стальных проволок. Стальные проволоки придают проводу достаточную механическую прочность, алюминиевые – обладают высокой электрической проводимостью. На рисунке 1.1 приведена конструкция сталеалюминевого провода АС-70/11. Стальная часть 1 выполнена однопроволочным стальным сердечником, а алюминиевая 2 – из одного повива алюминиевых проволок.

 

 

 

Рисунок 1.1 – Поперечное сечение провода марки АС – 70/11

 

Таблица 1 – Физико-механические характеристики провода АС-70/11

 

Характеристика Единицы измерения Значение
Площадь сечения: алюминиевой части стальной части суммарное     мм2   11,3 79,3
Диаметр провода мм 11,4
Количество и диаметр проволок: алюминиевых стальных     шт×мм       6×3,8 1×3,8
Количество повивов: стальной части алюминиевой части   шт     -
Масса 1 км провода кг
Модуль упругости ×104 Н/мм2 8,25
Температурный коэффициент линейного удлинения   ×10-6град-1   19,2
Предел прочности при растяжении Н/мм2
Удельная нагрузка от собственного веса провода   ×10-3Н/(м×мм2 )   34,80
Допустимое напряжение при средней температуре при низшей температуре при наибольшей нагрузке     Н/мм2    

 

В качестве грозозащитных тросов на ВЛ применяются стальные канаты, изготовленные из оцинкованных стальных проволок. Грозозащитный трос служит для защиты ВЛ от ударов молнии. Выбор сечения троса определяется в зависимости от напряжения ВЛ, различных пересечений, района по гололеду. Так как ВЛ напряжением 110 кВ, то трос будет сечением 50 мм². На рисунке 1.2 приведена конструкция стального многопроволочного каната марки ТК-50, выполняющего роль грозозащитного троса.


Рисунок 1.2 – Поперечное сечение грозозащитного троса марки ТК – 50

 

 

Таблица 2 – Физико-механические характеристики троса ТК-50

 

Характеристика Значения
Сечение, мм2: номинальное фактическое   48,6
Диаметр троса, мм 9,1
Количество и диаметр проволок, шт мм 19 1,8
Масса 1 км троса, кг
Количество повивов, шт
Модуль упругости, ×104 Н/мм2 18,5
Температурный коэффициент линейного удлинения, ×10-6град-1  
Предел прочности при растяжении Н/мм2
Удельная нагрузка от собственного веса троса, ×10-3Н/(м×мм2 )
Допустимое напряжение, Н/мм2: при средней температуре при низшей температуре при наибольшей нагрузке  
     

 

 

Выбор унифицированной опоры

При выборе опоры учитываем район по гололеду (II), марку провода (АС-70/11), напряжение ВЛ (110 кВ), материал из которого изготовляется опора (металлическая), а также учитываем, что опора должна быть одноцепной. В результате рассмотрения выше перечисленных условий выбираем опору П110-5, изображенную на рисунке 2.1. Ее технические характеристики представлены в таблице 3.

 

 

Рисунок 2.1 – Унифицированная металлическая опора П110-5.

 

Таблица 3 – Технические характеристики опоры П220-2

 

Размеры по рисунку 2.1, м Марка провода Район по гололеду Пролет, м Масса, т
H h1 h2 h3 a1 a2 a3 b Габарит-ный Ветро-вой Весовой  
3,0 19,0 6,0 2,1 4,2 2,1 2,8 АС-70/11 II 2,67

 

Расчетный пролет вычисляется по формуле:

l р= а∙lгаб , (2.1)

 

где а-коэффициент в соответствии с местностью, lгаб - длина габаритного пролета в метрах

 

lр= 0,8∙225=180 м

 

 

Расчет грозозащитного троса

 

Стрела провеса троса в грозовом режиме определяется по выражению:

 

, (4.3.5)

 

, (4.3.6)

 

где - стрела провеса провода в грозовом режиме;

- длина гирлянды изоляторов;

- расстояние от точки подвеса гирлянды верхнего провода до точки

подвеса троса.

 

Далее определяется напряжение в тросе при грозовом режиме по выражению:

 

, (4.3.7)

 

 

 

 

 

Для дальнейших расчетов в качестве исходного принимается грозовой режим ( и t=150С), по уравнению состояния определяется напряжение в тросе в режиме низшей температуры, среднегодовой температуры и в режиме наибольшей нагрузки:

 

Найдём напряжение в тросе в режиме низшей температуры:

 

 

 

Решение кубического уравнения в программной среде «Mathcad 15»:

 

Напряжение в тросе в режиме низшей температуры: Н/мм2

 

 

Найдём напряжение в тросе в режиме средней температуры:

 

 

 

 

Решение кубического уравнения в программной среде «Mathcad 15»:

Напряжение в тросе в режиме средней температуры: Н/мм2

 

Найдём напряжение в тросе в режиме наибольшей нагрузки:

 

 

Решение кубического уравнения в программной среде «Mathcad 15»:

 

Напряжение в тросе в режиме наибольшей нагрузки: Н/мм2

Найдём напряжение в тросе в грозовом режиме:

 

Решение кубического уравнения в программной среде «Mathcad 15»:

Напряжение в тросе в грозовом режиме: Н/мм2 .

 

 

Таблица 5 - Результаты расчетов для троса

 

Режим Удельная нагрузка, Н/м∙мм2 Температура,0С Напряжение в тросе, Н/мм2
Низшая t0 80∙10-3 -15 54,276
Среднегодовая t0 80∙10-3 52,487
Наибольшая нагрузка 226,07∙10-3 -5 140,557
Грозовой режим 80∙10-3 51,551

 

По результатам расчетов производится проверка :

 

, (4.3.8)

 

 

 

Условие (4.3.8) выполняется, значит трос пригоден для условий проектируемой линии в нормальных режимах работы.


 

5 Выбор изоляторов и линейной арматуры

Выбор линейной арматуры

Расчет арматуры производится по разрушающей нагрузке. Выбор арматуры для поддерживающей гирлянды осуществляется по выражению:

 

2,5×(Gг+Gи)≤Gр ; (5.3.1)

 

2,5(4234,3+500)=11835,75 Н;

 

Выберем узел крепления гирлянды к траверсе опоры КГП-7-1 (рисунок 5.2) и поддерживающий зажим ПГН-3-5 с разрушающей нагрузкой 70 кН (рисунок 5.3).

 

Таблица 7 – Технические характеристики узла крепления к траверсе опоры КГП-7-1

 

Размеры, мм Масса, кг
D d H H1 L L1 Smin Smax D1
0,80

 

 

Рисунок 5.2 – Узел крепления гирлянды к траверсе КГП-7-1 и привязочные размеры

 

Таблица 8 - Технические характеристики поддерживающего зажима ПГН-3-5

 

 

Размеры, мм Масса, кг
L H H1 A d
1.10

 

 

 

Рисунок 5.3 – Зажим поддерживающий ПГН-3-5

 

В соответствии с размерами креплений выберем ушко У1-7-16 (рисунок 5.4) и серьга СР-7-16 (рисунок 5.5) с разрушающей нагрузкой 70 кН.

 

 

Рисунок 5.4 – Ушко У1-7-16

 

 

Таблица 9 - Технические характеристики ушко У1-7-16

 

Размеры, мм Масса, кг
B2 D H1
0,67

 

 

 

Рисунок 5.4 – Серьга СР-7-16

 

 

Таблица 9 - Технические характеристики Серьга СР-7-16

 

Размеры, мм Масса, кг
b D D1 d H H1
99,4 0.30

 

Для натяжной гирлянды:

 

, (5.2.2)

 

 

Выбирается аналогичная арматура, что и для поддерживающей гирлянды. В качестве зажима выбирается натяжной болтовый зажим типа НБ-2-6 (рисунок 5.5)

 

 

Рисунок 5.5 – натяжной болтовый зажим НБ-2-6

 

Таблица 10 - Технические характеристики натяжного зажима НБ-2-6

 

Марка провода Прочность, заделки провода, кН, не менее Размеры, мм Разрушающая нагрузка Р, кН, не менее Масса, кг
АС-70/11 21,1 В В1 В2 L L1 1,87

 

 

После выбора изолятора и арматуры определяются фактические вес и длина гирлянды:

 

(5.2.3)

 

(5.2.4)

 

где , - вес одного изолятора и суммарный вес элементов арматуры;

, - высота одного изолятора и суммарная высота элементов арматуры;

n- количество изоляторов в гирлянде;

 


Расстановка опор

При расстановке опор по профилю трассы должны быть выполнены два основных условия:

а) расстояние от проводов до земли и до пересекаемых инженерных сооружений не должно быть меньше допускаемых ПУЭ;

б) нагрузки, воспринимаемые опорами, не должны превышать значений, установленных для опор данного типа.

На заданном профиле трассы расстановка опор производится с помощью специальных шаблонов. Шаблон представляет собой три кривые провисания провода, сдвинутые относительно друг друга, построенные в виде парабол для режима, при котором возникает наибольшая стрела провеса.

Режим максимальной стрелы провеса определяется вычислением критической температуры, при которой стрела провеса провода при отсутствии гололеда и ветра достигает такого же значения, как и при гололеде без ветра:

,0С, (6.1.1)

 

Т.к. < , то наибольшая стрела провеса будет возникать в режиме максимальных температур.

 

Кривая 1 – кривая провисания нижнего провода строится на основе формулы стрелы провеса:

, (6.1.2)

где - удельная нагрузка и напряжение в проводе в режиме, отвечающем наибольшей стреле провеса (режим максимальных температур).

 

Для построения шаблона выражение (6.1.2) представляется в виде квадратного уравнения:

, (6.1.3)

где , тогда .

Коэффициент , выраженный из (6.2) с учётом (6.3)

 

 

Уравнение (6.3) принимает вид:

 

 

 

Учитывая масштаб, 1:5500 по горизонтали и 1:500 по вертикали составим таблицу и построим шаблон.

 

Для расстановки опор по профилю трассы необходимо построить шаблон. Шаблон определяет собой три кривые провисания. Эти кривые строятся по выражению:

 

 

Данные, необходимые для построения шаблона, оформим в виде таблицы (таблица 11).

 

Таблица 11– Данные, необходимые для построения шаблона

 

l, м
x, м
x, мм (в масштабе) 2,7 5,5 8,2 10,1 13,6 16,4
y, м 0,17 0,68 1,53 2,73 4,26 6,13
y, мм (в масштабе) 0,34 1,36 3,06 5,46 8,52 12,26

Кривая 2, называемая габаритной, сдвинута по вертикали вниз от кривой 1 на минимально допустимое расстояние от проводов до поверхности земли Г = 7 м. В масштабе 14 мм.

Кривая 3, называемая земляной, сдвинута от кривой 1 вниз на расстояние, равное высоте подвеса нижнего провода над землей:

 

, (6.1.4)

где - фактическая длина гирлянды изоляторов,

h2 - расстояние от земли до нижней траверсы опоры.

 

В масштабе сдвиг будет равен 34 мм.

Рисунок 6.1 – Шаблон

В анкерном участке с различными пролетами между промежуточными опорами происходит выравнивание напряжения в проводе во всех пролетах. Это напряжение соответствует так называемому приведенному пролету, который определяется по выражению:

 

(6.1.5)

где li - длина i-го пролета в анкерном участке;

k - количество пролетов в анкерном участке.

 

 

 

 

 

В результате выполненной расстановки, мы получили приведенный пролет, близко равным расчетному.


 


 

Проверка опор на прочность

Весовой пролет равен расстоянию между низшими точками кривых провисания провода в пролетах, примыкающих к рассматриваемой опоре.

Ветровой пролет равен полусумме длин пролетов по обе стороны от опор.

lветр=225 м.

 

, (6.2.1)

 

По рисунку 6.2:

 

lветр.ф1=

lветр.ф2=

lветр.ф3=

lветр.ф4=

 

Таким образом, условие lветр.ф lветр выполняется.

 

Проверка опор на прочность по весовому пролету

lвес=470 м.

 

По рисунку 6.2

 

lвес.ф1=170,5 м;

lвес.ф2=170,5 м;

lвес.ф3=176 м;

lвес.ф4= 170,5 м;

 

Условие lвес.ф lвес. выполняется.

 

Так как условия по весовому и ветровому пролетам выполняются и приведенный пролет близок к расчетному, то расстановку опор по трассе можно считать удовлетворительной.


 

 

Заключение

В данном курсовом проекте спроектирована механическая часть одноцепной воздушной ЛЭП номинального напряжения 110 кВ, проходящей в ненаселённой местности.

В результате расчётов выяснилось, что в данном анкерном пролёте [приведённый пролёт 179,7 м] при использовании унифицированной металлической опоры П110-5 и провода АС – 70/11 (район по ветру второй, по гололёду – второй) напряжения в проводе и грозозащитном тросе ТК-50 не превышают допустимых во всех режимах. Стрелы провеса также не превышают допустимых во всех режимах.

Также были выбраны изоляторы и линейная арматура с учётом их прочности. Была произведена расстановка опор по профилю трассы с таким расчётом, чтобы расстояние от провода до земли (габарит) в режиме максимальных нагрузок не превышало допустимого ПУЭ в данной местности и при данном напряжении. Из сравнения реальных ветровых пролётов с допустимыми можно сделать вывод, что прочность опоры достаточна.

Произведён расчёт монтажных стрел провеса для высококачественного монтажа проводов и троса в любом пролёте данного анкерного пролёта при любой температуре.

Библиографический список

1. Вихарев А.П. Проектирование механической части воздушной ЛЭП [Текст]: учебное пособие/ А.П. Вихарев, А.В. Вычегжанин, Н.Г. Репкина. –Киров: Изд. ВятГУ, 2009. – 140 с.

2. Правила устройства электроустановок [Текст]/ под ред. А.М. Меламед – 7-е изд., перераб. и доп. - М.: НЦ ЭНАС, 2011. – 552 с.

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Воздушные линии электропередач (ВЛ) предназначены для передачи электроэнергии на расстояния. Основными элементами воздушных линий являются провода и тросы, опоры, изоляторы, линейная арматура и т.д.

В курсовом проекте необходимо произвести расчет одноцепной воздушной линии электропередач 110 кВ в анкерном пролете на механическую прочность. Напряжения в проводе АС-70/11 и тросе ТК-50 не должны превышать допустимых при любых погодных условиях, возможных в данной местности (II -й район по гололеду, II-й район по ветровой нагрузке, высшая температура 40°С , низшая –15°С, среднегодовая 5°С). Стрелы провеса провода и троса также не должны превышать допустимых значений в любом режиме.

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

Проектирование включает следующие основные этапы:

- выбор элементов ВЛ (унифицированной опоры, изоляторов и линейной арматуры)

- определение физико механических характеристик провода и троса

- расчет удельных нагрузок на провод и трос

- механический расчет провода и троса

- расстановка опор по профилю трассы

- расчет монтажных стрел провеса провода и троса

Целью выполнения курсового проекта является получение основ проектирования механической части ВЛ.

 

Физико-механические характеристики провода и троса

 

На воздушных линиях электропередач применяются неизолированные алюминиевые и сталеалюминевые провода, состоящие из одной или нескольких проволок. Сталеалюминевые провода – это многопроволочные провода, состоящие из алюминиевых и стальных проволок. Стальные проволоки придают проводу достаточную механическую прочность, алюминиевые – обладают высокой электрической проводимостью. На рисунке 1.1 приведена конструкция сталеалюминевого провода АС-70/11. Стальная часть 1 выполнена однопроволочным стальным сердечником, а алюминиевая 2 – из одного повива алюминиевых проволок.

 

 

 

Рисунок 1.1 – Поперечное сечение провода марки АС – 70/11

 

Таблица 1 – Физико-механические характеристики провода АС-70/11

 

Характеристика Единицы измерения Значение
Площадь сечения: алюминиевой части стальной части суммарное     мм2   11,3 79,3
Диаметр провода мм 11,4
Количество и диаметр проволок: алюминиевых стальных     шт×мм       6×3,8 1×3,8
Количество повивов: стальной части алюминиевой части   шт     -
Масса 1 км провода кг
Модуль упругости ×104 Н/мм2 8,25
Температурный коэффициент линейного удлинения   ×10-6град-1   19,2
Предел прочности при растяжении Н/мм2
Удельная нагрузка от собственного веса провода   ×10-3Н/(м×мм2 )   34,80
Допустимое напряжение при средней температуре при низшей температуре при наибольшей нагрузке     Н/мм2    

 

В качестве грозозащитных тросов на ВЛ применяются стальные канаты, изготовленные из оцинкованных стальных проволок. Грозозащитный трос служит для защиты ВЛ от ударов молнии. Выбор сечения троса определяется в зависимости от напряжения ВЛ, различных пересечений, района по гололеду. Так как ВЛ напряжением 110 кВ, то трос будет сечением 50 мм². На рисунке 1.2 приведена конструкция стального многопроволочного каната марки ТК-50, выполняющего роль грозозащитного троса.


Рисунок 1.2 – Поперечное сечение грозозащитного троса марки ТК – 50

 

 

Таблица 2 – Физико-механические характеристики троса ТК-50

 

Характеристика Значения
Сечение, мм2: номинальное фактическое   48,6
Диаметр троса, мм 9,1
Количество и диаметр проволок, шт мм 19 1,8
Масса 1 км троса, кг
Количество повивов, шт
Модуль упругости, ×104 Н/мм2 18,5
Температурный коэффициент линейного удлинения, ×10-6град-1  
Предел прочности при растяжении Н/мм2
Удельная нагрузка от собственного веса троса, ×10-3Н/(м×мм2 )
Допустимое напряжение, Н/мм2: при средней температуре при низшей температуре при наибольшей нагрузке  
     

 

 

Выбор унифицированной опоры

При выборе опоры учитываем район по гололеду (II), марку провода (АС-70/11), напряжение ВЛ (110 кВ), материал из которого изготовляется опора (металлическая), а также учитываем, что опора должна быть одноцепной. В результате рассмотрения выше перечисленных условий выбираем опору П110-5, изображенную на рисунке 2.1. Ее технические характеристики представлены в таблице 3.

 

 

Рисунок 2.1 – Унифицированная металлическая опора П110-5.

 

Таблица 3 – Технические характеристики опоры П220-2

 

Размеры по рисунку 2.1, м Марка провода Район по гололеду Пролет, м Масса, т
H h1 h2 h3 a1 a2 a3 b Габарит-ный Ветро-вой Весовой  
3,0 19,0 6,0 2,1 4,2 2,1 2,8 АС-70/11 II 2,67

 

Расчетный пролет вычисляется по формуле:

l р= а∙lгаб , (2.1)

 

где а-коэффициент в соответствии с местностью, lгаб - длина габаритного пролета в метрах

 

lр= 0,8∙225=180 м

 

 









Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-17; Просмотров: 521;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная