Механический расчет воздушной линии электропередач

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Курсовая работа

Механический расчет воздушной линии электропередач

по дисциплине "Проектирование электроэнергетических систем и сетей"

Томск-2014

Введение

Целью данной курсовой работы является механический расчет ВЛЭП 220кВ. Данная работа имеет большое практическое значение, поскольку наличие ВЛЭП 220кВ проходящей по городу, так или иначе будет оказывать большое воздействие на находящиеся рядом с ней инженерные сооружения. Так же не следует забывать об экономической целесообразности на этапе проектировки, как одном из главных критериев выполнения этой работы.

Данная работа разбита на 4 задачи:

1.      Расчет удельных механических нагрузок от внешних воздействий на провода.

2.      Определение физико-механических характеристик провода.

Расчет критической температуры и выявление климатических условий, соответствующих наибольшему провисанию провода. Расчет габаритного пролета.

3.      Выбор изоляторов.

.        Построение расстановочного шаблона.

По итогам выполнения данной работы мы определимся с конструкцией опор, маркой провода и изоляторов. Будут рассчитаны различные режимы, которые и покажут целесообразность выбора данной техники и технических сооружений, и, при необходимости, выбор другой техники отвечающей требованиям ПУЭ.

Исходные данные

Таблица 1 - Исходные данные

Примечание: температуру образования гололедных отложений на проводах принять Q г= -5 град. Цельсия;

1. Определение нагрузок на провода

Трасса сооружаемой 2-х цепной воздушной линии на номинальное напряжение 220 кВ проходит по г.Киеву, относящемуся к 2-му району по гололеду и 2-му ветровому району. На унифицированных стальных свободностоящих опорах П220-2 будут смонтированы сталеалюминевые провода марки АС-240/32 нормальной конструкции. Рассчитаем механические нагрузки на провод линии.

В соответствии со справочником [3. табл. 1.52] провод АС-240/32 состоит из стального сердечника свитого из 7 стальных проволок Ø2,4 мм и проводниковой части из 24 алюминиевых проволок Ø3,6 мм.

Технические характеристики провода приведены в табл. 2

Таблица 2 - Технические характеристики провода

Выбираем интенсивность внешних воздействий на конструктивные элементы воздушной линии исходя из частоты повторяемости наибольших гололедной и ветровой нагрузок 1 раз в 25 лет[1,п.2.5.40], при этом нормативное ветровое давление W₀ на высоте 10м над поверхностью земли принимают во II ветровом районе 500 Па [1 табл. 2.5.1.], а нормативная толщина стенки гололеда в_э во втором гололедном р-не составляет 15 мм [1, табл. 2.5.3].

Таблица 3 - Нормативные скоростные напоры q Н/кв.м и приближенные скорости ветра v м/сек для высоты до 15 м над поверхностью земли

Постоянно действующая нагрузка от собственной массы провода

Находим постоянно действующую нагрузку от собственной массы провода.

, Н/м

- расчетный вес провода в кг/км;

-ускорение свободного падения = 9,8 м/с2

 - для получения единичной нагрузки от собственного веса в килограммах на один метр следует разделить на 1000 вес, указанный в стандарте.

 (Н/м)

 (Н/м * кв.мм)

 (Н/м х кв.мм)

= 275,7 - площадь поперечного сечения, кв.мм;

определяется по формуле

Где:

Kd; Кi - коэффициенты учитывающие изменения толщины стенки гололеда на высоте и в зависимости от диаметра [1, табл. 2.5.4]

в_э - толщина стенки гололеда

d_n - диаметр провода

ρ - плотность льда 0.9г/см³

Найдем высоту расположения приведенного центра тяжести проводов над поверхностью земли по формуле:

, где

_ср - среднее арифметическое значение высоты крепления проводов, м

f - стрела провисания при высшей температуре или гололеде без ветра, м

На данном этапе выразим среднее арифметическое значение высоты крепления проводов выразим через высоты крепления всех проводов подвешенных на опоре.

, где

 - число зон отсчитываемых от поверхности земли, в месте установки опоры, n=3, т.к. опора двухцепная.

Н_тр - высота крепления провода на траверсе.

Для двухцепной опоры:

 - высота крепления проводов к нижней траверсе, - 22,5м;

 - высота крепления проводов к средней траверсе, - 29м;

 - высота крепления проводов к нижней траверсе, - 35,5м;

м;

Рисунок 1-Промежуточная двухцепная опора линии 220 кВ типа П220-2

Определение стрелы провисания

На данном этапе определим стрелу провисания при средних эксплуатационных условиях работы:

Согласно c таблицей 2 провод АС-240/32 F_А=244мм², F_C=31,7мм²;

Отношение F_А/ F_C=244/31,7=7,71

В соответствии с [1, табл. 2.5.7.] для проводов марки АС 185 и более при F_А/ F_C=7,71 допускаемое напряжение при t среднегодовой σ=84 Н/мм², σ_наиб=126Н/мм². В соответствии с [3,табл 1.37] выбираем l=400м,

Следовательно стрела провиса будет равна:

а нормативная гололедная нагрузка

Высота приведенного центра тяжести проводов над поверхностью земли:

где

Кi=0,92 - коэффициент высоты среднего приведенного центра тяжести провода [1, табл. 2.5.4]; Kd=0,88- [1, табл. 2.5.4].

Находим расчетную гололедную нагрузку на 1 м провода [1, п.2.5.55]

где: γ_пг-коэффициент надежности по ответственности, равен 1,3 для ВЛ до 220 кВ[1, п. 2.5.55];

γ_р - районный коэффициент принимаем равным 1[1, п. 2.5.55];

γ_d - коэффициент условий работы =0,5[1, п. 2.5.55];;

γ_f -коэффициент надежности по гололедной нагрузке для 2^го района по гололеду принимаем равным 1,3[1, п. 2.5.55];.

Находим удельную гололедную нагрузку:

Результирующая нагрузка от веса провода и гололеда

Удельная гололедная нагрузка от веса провода и гололеда

Ветровая нагрузка, действующая на 1м провода без гололеда, перпендикулярно проводу.

Нормативная ветровая нагрузка [1 ,п. 2.5.52]

Где

α_w-коэффициент, учитывающий неравномерность ветровой нагрузки принимаем равным 0,71 при W - 500 Па;

К_L-коэффициент, учитывающий влияние длины пролета, при длине пролета 250м. и более равен 1;

К_w-коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте в зависимости от местности[1, п.2.5.52], где в зависимости от типа местности определим коэффициент К_w методом аппроксимации. К_w=0,9

С_х- коэффициент лобового сопротивления принимаем равным 1.1, для проводов свободных от гололеда d=20мм и более [1, п. 2.5.52]

W - нормативное ветровое давление.

Т.к. ветровая нагрузка действует перпендикулярно проводу то sin²φ=1, угол φ=90.

Подставим выбранные значения:

Расчетная ветровая нагрузка на провод без гололеда [1, п. 2.5.54]

γ_пг-коэффициент надежности по ответственности, равен 1,1 для ВЛ до 220 кВ [1, п.2.5.54];

γ_р - районный коэффициент принимаем равным 1 [1, п. 2.5.54];

γ_f -коэффициент надежности по ветровой нагрузке равен 1,1 [1, п. 2.5.54].

Удельная ветровая нагрузка на 1 м провода без гололеда

Нормативная ветровая нагрузка на 1м провода с гололедом, действующая перпендикулярно проводу.

С_х=1,2 - для проводов и тросов покрытых гололедом С_х всегда 1,2 ;

_г=0,25W=125 Па, т.к. W_г < 200 Па согласно [1,п. 2.5.52] α_w=1;

где

b_y - условная толщина стенки гололеда (мм), если нет данных метеонаблюдений, то b_y=в_э=15мм [1,п.2.5.48]

Находим расчетную нагрузку:

где γ_пг-коэффициент надежности по ответственности, равен 1,1 для ВЛ до 220 кВ [1, п.2.5.54];

γ_р - районный коэффициент принимаем равным 1 [1, п. 2.5.54];

γ_f -коэффициент надежности по ветровой нагрузке равен 1,1 [1, п. 2.5.54].

Находим удельную ветровую нагрузку:

Результирующая нагрузка на провод без гололеда от давления ветра.

Находим удельную нагрузку на провод без гололеда от давления ветра:

механический провод изолятор шаблон

Результирующая нагрузка на провод с гололедом от давления ветра.

Находим удельную нагрузку:

Сравнивая все γ выбираем наибольшую. Наибольшей будет результирующая нагрузка на провод с гололедом от давления ветра γ_Σ3=γ_нб=0,077Н/м мм².

2. Определение физико-механических характеристик провода

Для строящейся воздушной линии 220кВ проходящей по Киеву рассчитать габаритного пролета.

=F_AL\F_CT=244\31,7=7,71

По [1,табл. 2.5.8] выбираем модуль упругости Е=7,7∙10⁴ Н\мм² и температурный коэффициент линейного удлинения α=19,8∙10^-6град^-1.

В соответствии с [1,таб. 2.5.7] для проводов марки АС 185 и более при F_А/ F_C=7,71допускаемое напряжение при t среднегодовой σ_СГ=84 Н/мм², σ_НАИБ=126 Н/мм²

Необходимые нагрузки принять по результатам расчета (температура +40⁰С).

Определяем длину габаритного пролета путем решения уравнения состояния провода, в котором исходными условиями являются расчетные условия по прочности, а искомыми - габаритные.

Уравнение биквадратное относительно длины пролета имеет вид:

где

 - удельная механическая нагрузка, при которой имеет место наибольшее провисание провода;

 - удельная механическая нагрузка, принятая как исходная для расчета провода на прочность;

 - напряжение в проводе, принятое как исходная для расчета провода на прочность;

 - температура, принятая как исходная для расчета провода на прочность;

 - температура, при которой стрела провисания провода достигнет максимального значения.

Для упрощения расчетов уравнения состояния провода разбиваем на три части и вводим коэффициенты:

Получили уравнение вида:

Для того, чтобы найти  , необходимо вычислить корень уравнения:

Т.к. значение изменилось, следовательно нужно пересчитать стрелу провисания провода для габаритного пролета:

3.Выбор изоляторов

Линейные изоляторы предназначены для изоляции и крепления проводов на ВЛ и в распределительных устройствах электрических станций и подстанций. Изготавливаются из фарфора, закаленного стекла и полимера.

Выбор подвесных изоляторов

n_ф - число проводов в расщепленной фазе, шт.;

Р - электромеханическая разрушающая нагрузка изолятора, Н

l_вес- наибольший весовой пролет линии, м;

G_г - средний вес гирлянды изоляторов. принимаемый в зависимости от номинального напряжения воздушной линии

F_пр - полное поперечное сечение провода, мм²

Сравнение полученных значений нормативных нагрузок показывает. что в данном случае выбор изоляторов для поддерживающей гирлянды должен производится по работе в аварийном режиме.

Опираясь на [3,табл.1.70] выбираем подвесные стеклянные высоковольтные изоляторы ПСВ70А для которых:

Таблица 4. Параметры изоляторов.

Длина пути утечки

Количество изоляторов в гирлянде

Тогда длина подвесной гирлянды:

Вес одной гирлянды составит:

Выбор натяжных изоляторов:

При наибольшей механической нагрузке:

При среднеэксплутационной нагрузке:

Сравнение полученных значений нормативных нагрузок показывает. что в данном случае выбор изоляторов для натяжной гирлянды должен производится по работе в аварийном режиме.

Выбираем подвесные стеклянные высоковольтные изоляторы ПСВ160А для которых:

Таблица 5. Параметры изоляторов.

Длина пути утечки

Количество изоляторов в гирлянде

Тогда длина подвесной гирлянды:

Вес одной гирлянды составит:

. Построение расстановочного шаблона

Шаблон для расстановки опор по профилю трассы представляет собой 3 кривые - параболы, расположенные друг над другом со сдвигом по вертикали

Кривая 1 - кривая максимального провисания провода, находится по формуле:

где

k_ш - коэффициент шаблона;

γ - удельная механическая нагрузка, при которой имеет место наибольшее провисание провода;

σ - напряжение, соответствующее габаритному пролету;

х - значение длины габаритного пролета (0-0.75)l_габ

Кривая 2 - габаритная кривая, служащая для проверки габарита от проводов до земли и пересекаемых инженерных сооружений. При построении сдвигается вниз по вертикали от кривой 1 на расстояние. В соответствии с[1,табл 2.5.22] Г=8м:

Кривая 3 - земляная кривая. Ее строят, чтобы правильно накладывать шаблон на профиль трассы без измерения высоты подвеса провода на опорах. Кривая сдвинута относительно кривой 1 на расстояние:

гдеλ - длина гирлянды изоляторов = 0,876 м.

Таблица 6. Построение расстановочного шаблона.

Рисунок 2. Кривые провисания провода.

Заключение

В данной курсовой работе был произведен механический расчет линии электропередач проходящей по городу Киев. Рассчитаны различные режимы нагрузок на провода, по результатам которых можно сказать, что наибольшей нагрузкой будет нагрузка на провод с гололедом от давления ветра.

Произведен расчет длины габаритного пролета. После расчета режима работы, согласно полученным данным были выбраны изоляторы. Построен расстановочный шаблон опор по профилю трассы.

Список использованной литературы

.Правила устройства электроустановок изд.7. − СПб.: Издательство ДЕАН. 2001..

2. СНиП 23-01-99. Строительные нормы и правила. Строительная климатология.

3.Гологорский Е.Г.. Кравцов А.Н.. Узелков Б.М. Справочник по строительству и реконструкции линий электропередачи напряже-нием 0.4−750 кВ. − М.: Изд-во НЦ ЭНАС. 2007. − 548 с.