Курсовая работа: Расчет и проектирование воздушных линий электропередач

Решение полученного уравнения выполняется итерационным методом касательных. В качестве нулевого приближения принимается значение σ0=10 даН/мм2.

Производная полученной функции y=:

y’=3·σ2tmin-2·7,766·σtmin

Определяется поправка на первой итерации:

Δ1=y(σ0)/y’(σ0),

=0,378.

Новое значение напряжения:

σ1=σ0-Δ1,

σ1=10-0,377=9,623.

Проверка итерационного процесса. Для этого задается точность расчета ε=0,01 даН/мм2.

0,377>0,01,

следовательно расчет нужно продолжить, приняв в качестве нового приближения σ=9,623.

Поправка на второй итерации:

=0,025.

Новое значение напряжения:

σ2=9,623-0,025=9,598.

Выполняется проверка:

0,025>0,01.

Поправка на третьей итерации:

=0,00013.

Проверка:

0,00013<0,01,

следовательно за искомое выражение σtmin принимаем σ3:

σtmin=9,598 даН/мм2.

Расчеты напряжений в проводе для режимов среднегодовой температуры и наибольшей нагрузки выполняются с помощью программы «MERA2». В результате получены следующие значения:

σtср=7,987 даН/мм2;

σγmax=12,517 даН/мм2.

Выполняется проверка условий механической прочности:

σtср≤[σtср], 7,987<8,7;

σtmin≤[σtmin], 9,598<13,0;

σγmax≤[σγmax], 12,517<13,0.

Условия выполняются, значит механическая прочность проводов будет достаточной для условий проектируемой линии.

По уравнению состояния провода выполняются расчеты напряжений для режимов гололеда без ветра –σгол, высшей температуры – σtmax, грозового режима – σгр. Результаты расчетов следующие:

σtmax=5,475 даН/мм2;

σгол=12,277 даН/мм2;

σгр=7,129 даН/мм2.

4.5 Определение стрелы провеса проводов и троса

Определяются стрелы провеса проводов в режиме гололеда без ветра, высшей температуры и грозовом режиме, м,

, (4.18)

=3,24;

=3,11;

=2,49.

Проверка соблюдения требуемых расстояний от низшей точки провисания провода до земли по условию:

f≤[f]=6,2;

ftmax=3,24<6,2;

fгол=3,11<6,2.

Условия выполняются, значит расстояние от провода до земли будет не менее габаритного размера.

Стрела провеса грозозащитного троса в грозовом режиме, м,

, (4.19)

=2,79.

4.6 Определение напряжений в тросе

Напряжение в тросе в грозовом режиме, даН/мм2,

, (4.20)

=14,7.

В качестве исходного принимается грозовой режим с параметрами: σтгр, γт1, t=15°C. По уравнению состояния провода определяются напряжения в тросе для режимов максимальной нагрузки, низшей и среднегодовой температуры.

Расчет напряжения в тросе для режима среднегодовой температуры. В уравнение состояния провода подставляются все известные параметры.

.

Полученное уравнение приводится к виду:

.

В качестве нулевого приближения принимается значение σ0=16 даН/мм2.

Производная полученной функции

y=:

y’=3·σт2tср-2·6,979·σтtср

Определяется поправка на первой итерации:

Δ1=y(σ0)/y’(σ0),

=0,225.

Новое значение напряжения:

σ1=σ0-Δ1,

σ1=16-0,225=15,775.

Проверка итерационного процесса, ε=0,01 даН/мм2.

0,225>0,01,

следовательно расчет нужно продолжить, приняв в качестве нового приближения σ=15,775

Поправка на второй итерации:

=0,003.

Проверка:

0,003<0,01,

следовательно за искомое выражение σтtср принимаем σ1:

σтtср=15,775 даН/мм2.

В результате расчетов остальных режимов получены следующие значения:

σтγmax=31,476 даН/мм2;

σтtmin=17,606 даН/мм2.

Проверка условий механической прочности троса:

σтγmax=31,476 даН/мм2≤ [σтγmax]=60 даН/мм2;

σтtmin=17,606 даН/мм2≤ [σтtmin]=60 даН/мм2;

σтtср=15,775 даН/мм2≤ [σтtср]=42 даН/мм2.

Условия выполняются, значит выбранный провод пригоден для условий проектируемой линии.

5 Выбор изоляторов и линейной арматуры

Тип изолятора выбирается по механической нагрузке с учетом коэффициента запаса прочности, который представляет собой отношение разрушающей электромеханической нагрузки к нормативной нагрузке на изолятор. Согласно ПУЭ, коэффициенты запаса прочности в режиме наибольшей нагрузки должны быть не менее 2,7, а в режиме среднегодовой температуры – не менее 5,0.

В нормальных режимах поддерживающая гирлянда изоляторов воспринимает осевую нагрузку, состоящую из веса провода, гололеда и веса самой гирлянды.

Нагрузка для изоляторов поддерживающих гирлянд, даН,

2,7·(Gг+Gи)≤ Gэм,

5,0·(Gп+Gи)≤Gэм, (5.1)

где Gг – нагрузка на изолятор от веса провода, покрытого гололедом, даН,

Gг=γ7·F·lвес, (5.2)

где lвес=280 м – длина весового пролета;

F – общее фактическое сечение провода, мм2;

Gи – нагрузка на изолятор от веса гирлянды, даН, предварительно Gи=50 даН;

Gп – нагрузка на изолятор от веса провода, даН,

Gп=γ1·F·lвес, (5.3)

Тогда

2,7·( γ7·F·lвес+ Gи)=2,7·(8,5·10-3·173,2·280+50)=1248;

5,0·( γ1·F·lвес+ Gи)=5,0·(3,46·10-3·173,2·280+50)=1089.

Выбирается изолятор с такой разрушающей электромеханической нагрузкой, чтобы выполнялись условия (5.1). Выбирается изолятор ПФ70-В с разрушающей электромеханической нагрузкой 7500 даН:

1248<7500;

1089<7500,

т.е. условия выполняются.

Определяется число изоляторов в поддерживающей гирлянде,

n≥, (5.4)

где λэф – нормированная удельная эффективная длина пути утечки. Для степени загрязненности атмосферы I λэф=13 мм/кВ;

Uнаиб=1,15·Uном;

lэф – эффективная длина пути утечки, мм,

lэф=lут/k, (5.5)

где lут =355 мм для выбранного изолятора;

k – поправочный коэффициент,

k=, (5.6)

где D – диаметр тарелки изолятора, D=270 мм;

k==1,157;

lэф=355/1,157=306,8;

n≥=5,4.

Полученное значение округляется до шести и увеличивается на один. В итоге число изоляторов в поддерживающей гирлянде равно семи.

При выборе изоляторов натяжных гирлянд в условия (5.1) добавляется величина тяжения провода.

Нагрузка на изолятор натяжной гирлянды, даН,

, (5.7)

=5894,

=6949.

Выбирается изолятор ПФ70-В с разрушающей электромеханической нагрузкой 7500 даН:

5894<7500;

6949<7500,

т.е. условия выполняются.

Число изоляторов в натяжной гирлянде принимается на один больше, чем в поддерживающей, т.е. восемь штук. Выбор арматуры аналогичен выбору изоляторов. Коэффициент запаса прочности для условий гололеда должен быть не менее 2,5. Нагрузка на арматуру поддерживающей гирлянды, даН,

2,5·(Gг+Gи)≤ Gр, (5.8)

2,5·(8,5·10-3·173,2·280+50)=1156.

Выбирается узел крепления гирлянды к траверсе опоры КГП-7-1, серьгу СР-7-16, ушко У1-7-16 с разрушающей минимальной нагрузкой 70 кН; глухой поддерживающий зажим ПГН-3-5 с минимальной разрушающей нагрузкой 25 кН.

Нагрузка на арматуру натяжной гирлянды, даН,

, (5.9)

=5457.

Для натяжной гирлянды выбирается та же арматура что и для поддерживающей. Для натяжной гирлянды выбираем болтовой зажим.

Изолятор и линейная арматура изображены на рисунках 5.1-5.5.

Рисунок 5.1 – Изолятор ПФ70-В

Рисунок 5.2 – Узел крепления КГП-7-1

D=16 мм; А=17 мм; d=16 мм; L=80 мм; Н1=32 мм; Н=82 мм

Рисунок 5.3 – Зажим поддерживающий ПГН-3-5

L=220 мм; А=20 мм; Н=66 мм

Рисунок 5.4 – Серьга СР-7-16

D=17 мм; d=16 мм; А=65 мм; b=16 мм

Рисунок 5.5 – Ушко У1-7-16

D=17 мм;D1=19,2 мм; b=16 мм; Н=104 мм

Фактический вес поддерживающей гирлянды, даН,

, (5.10)

где Gиз – вес одного изолятора, даН;

Gарм – суммарный вес элементов арматуры, даН;

=37,81.

Фактическая длина поддерживающей гирлянды, м,

, (5.11)

где Низ – высота одного изолятора, м;

Нарм – суммарная высота элементов арматуры, м;

=1,339.

Получили λгир.ф =1,339 больше, чем принятое в расчетах λ=1,3.

Проверка соблюдения габарита.

Пересчитанная допустимая стрела провеса, м,

,

=6,161.

Проверка соблюдения требуемых расстояний от низшей точки провисания провода до земли по условию:

f≤[f]=6,161,

ftmax=3,24<6,161.

Условие соблюдается, т.е. такая длина гирлянды допустима.

Защита от вибрации осуществляется с помощью гасителей вибрации, представляющих собой два груза, закрепленных на стальном тросике (рисунок 5.6).

Рисунок 5.6 – Гаситель вибрации ГПГ-1,6-11-400/21

d=11 мм; 2R=21 мм; L=400 мм; H=78 мм

Выбор гасителя вибрации осуществляется с учетом марки и сечения провода. Выбирается гаситель вибрации ГПГ-1,6-11-400/21. Для грозозащитного троса гаситель вибрации не требуется, так как σтtср<18,0 даН/мм2.

Расстояние от зажима до места крепления виброгасителя, мм,

, (5.12)

где d – диаметр провода, мм;

Gп – вес одного метра провода, даН;

=1067,4 мм≈1,07 м.

6 Расстановка опор по профилю трассы

 

6.1 Построение шаблона

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. В п. 4.5 была определена максимальная стрела провеса, которая соответствует режиму максимальной температуры, fmax=3,24 м.

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

, (6.1)

где γfmax, σfmax – удельная нагрузка и напряжение в проводе в режиме, отвечающем наибольшей стреле провеса. Данная формула представляется в виде уравнения:

y=a·x2, (6.2)

где

 ; a=.

Для режима максимальной температуры уравнение примет вид:

,

Для построения кривой 1 в 1-ом квадранте выполняется несколько расчетов, представленных в виде таблицы 6.1.

Таблица 6.1 – Построение кривой 1

l	0	50	100	150	202,5
x	0	25	50	75	101,
y	0	0,27	0,79	1,78	3,24

Кривая 2, называемая габаритной, сдвинута о вертикали вниз от кривой 1 на расстояние требуемого габарита от земли Г=6 м. Кривая 3 – земляная – сдвинута от кривой 1 вниз на расстояние h2-λгир.ф=13,5-1,339=12,161 м (рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 – Построение шаблона

Шаблон накладывают на профиль трассы так, чтобы кривая 3 пересекала профиль в месте установки первой анкерной опоры, а кривая 2 касалась его, при этом ось у должна быть строго вертикальной. Тогда другая точка пересечения кривой 3 с профилем будет соответствовать месту установки первой промежуточной опоры. При таком положении шаблона во всех точках пролета габарит будет не меньше допустимого. Аналогично находится место установки второй промежуточной опоры и т.д.

После монтажа анкерного участка в проводах происходит выравнивание напряжения, которое соответствует какому-то условному пролету. Этот пролет называется условным, и его длина, м, определяется из выражения:

, (6.3)

где li – фактическая длина i-го пролета в анкерном участке, м;

n – количество пролетов в анкерном участке;

=166.

В результате расчетов получили что lпр отличается от lр на

∙100%=18%,

что больше допустимых 5%. В таком случае заново проводится механический расчет, построение шаблона и расстановка опор на трассе. Для данного курсового проекта допускается изменить расстановку опор без проведения повторного механического расчета.

Построение нового шаблона.

,

Для построения кривой 1 в 1-ом квадранте выполняется несколько расчетов.

Таблица 6.2 – Построение кривой 1

l	0	50	100	166
x	0	25	50	83
y	0	0,27	0,79	2,18

Новая расстановка опор показана на рисунке 6.3.

Приведенный пролет, м,

=132

Проверка:

∙100%=20%.

В результате повторного расчета разница между приведенным и расчетным пролетом снова велика. Расчет повторяется до тех пор пока разница между значениями пролетов будет не более 5%.

6.2 Проверка опор на прочность

При расстановке опор по профилю трассы все они должны быть проверены на прочность в реальных условиях. Проверка выполняется сопоставлением вычисленных для каждой опоры весового и ветрового пролетов со значениями этих пролетов, указанных в технических характеристиках опоры.

Весовой пролет, м,

, (6.4)

где эквивалентные пролеты вычисляются по формулам:

-первый (большой) эквивалентный пролет, м,

, (6.5)

-второй (малый) эквивалентный пролет, м,

, (6.6),

где l – действительная длина пролета, м;

Δh – разность между высотами точек подвеса провода, м;

Смежными эквивалентными пролетами, прилегающими к опоре, могут быть и два больших или два малых эквивалентных пролета. Тогда выражение (6.4) будет иметь вид:

;

или

.

Ветровой пролет, м,

. (6.7)

Расчет для второй опоры.

=108,4;

=206,9;

=157,6;

=141,0.

Для остальных опор расчет сводится в таблицу 6.2.

Таблица 6.2 – Проверка опор на прочность

№ опоры i	l'эi-1, м	l”эi-1, м	l’эi, м	l”эi, м	Δhi-1, м	Δhi, м	lвес, м	lветр, м
1 2 3 4 5 6 7	- - - - 204,3 - -	184,3 108,4 43,1 168,0 - 104,6 148,7	205,6 206,9 200,0 - 189,4 173,3 165,0	- - - 143,7 - - -	0,55 2,23 2,99 0,86 1,54 1,82 0,58	2,23 2,99 0,86 1,54 1,82 0,58 0,41	194,9 157,6 121,5 155,8 196,8 138,9 156,8	175,5 141,0 154,5 179,0 160,5 154,0 158,5

Таким образом, для каждой опоры выполняются условия

7 Расчет монтажных стрел провеса провода и троса

Определяется исходный режим из соотношений трех критических пролетов и приведенного пролета: lк1 – мнимый, lпр=166 м>lк3=144,2 м.

На основании полученных соотношений определяется исходный режим. Это режим максимальной нагрузки с параметрами: σи=[σγ.max]=13,0 даН/мм2, γи=γmax=8,5·10-3 даН/(м·мм2), tи=tгол=-5°С.

Расчет напряжения при монтаже осуществляется с помощью уравнения

. (7.1)

Стрела провеса провода в интересующем пролете lф, м, определяется из выражения

, (7.2).

Тяжение провода, даН, рассчитывается по формуле

, (7.3)

С помощью уравнения состояния рассчитывается напряжение в проводе при температуре монтажа tmax=40°C и tmin=-10°C.

при tmax=40°C:

.

Полученное уравнение приводится к виду:

.

=5,53 даН/мм2.

Тяжение в проводе, даН,

,

=957,8.

при tmin=-10°C:

.

Полученное уравнение приводится к виду:

.

=10,74 даН/мм2.

Тяжение в проводе, даН,

=1860,2 даН.

Для наибольшего пролета lmax=194 м и наименьшего пролета lmin=125 м по формуле (7.2) рассчитываются стрелы провеса при максимальной и минимальной температурах, м,

lmax=194 м

=2,94;

=1,52;

lmin=125 м

=1,22;

=0,63.

Расчет при других температурах выполняется аналогично, результаты заносятся в таблицу 7.1.

Стрела провеса провода в габаритном пролете при температуре 15°С, м,

, (7.4)

=2,84.

Исходные данные для троса: σтгр=14,7 даН/мм2, γт1=8·10-3 даН/(м·мм2), t=15°C.

Стрела провеса троса в габаритном пролете в режиме грозы исходя из требуемого расстояния z для габаритного пролета, м,

, (7.5)

=3,104.

Определяется величина напряжения в тросе по известной величине fтгр, даН/мм2,

, (7.6)

=16,3.

Определяются напряжения в тросе при температуре монтажа из уравнения состояния, принимая в качестве исходного грозовой режим.

, (7.7)

Для наибольшего пролета lmax=194 м и наименьшего пролета lmin=125 м рассчитываются стрелы провеса троса, м,

, (7.8)

, (7.9)

Тяжение в тросе, даН,

, (7.10)

Расчет для температуры -10°С.

Полученное уравнение приводится к виду:

.

=20,33 даН/мм2.

Тяжение в тросе, даН,

=988 даН.

Стрела провеса при lmax=194 м, м,

=1,85.

Стрела провеса при lmin=125 м, м,

=0,77.

Расчет при других температурах выполняется аналогично, результаты заносятся в таблицу 7.2.

Таблица 7.1 – Монтажная таблица провода

Температура, °С	Напряжение, даН/мм2	Тяжение, даН	Стрела провеса в пролете длиной, м
			l=194	l=125
-10 0 10 15 20 30 40	10,74 9,42 8,24 7,70 7,19 6,28 5,53	1860,2 1631,5 1427,2 1333,6 1245,3 1087,7 957,8	1,52 1,73 1,97 2,11 2,26 2,59 2,94	0,63 0,72 0,82 0,88 0,94 1,08 1,22

Таблица 7.2 – Монтажная таблица троса

Температура, °С	Напряжение, даН/мм2	Тяжение, даН	Стрела провеса в пролете длиной, м
			194 м	125 м
-10 0 10 20 30 40	20,33 18,61 17,03 15,60 14,33 13,20	988,0 904,4 827,7 758,2 696,4 641,5	1,85 2,02 2,21 2,41 2,63 2,85	0,77 0,84 0,92 1,00 1,09 1,18

Монтажные графики для провода и троса изображены на рисунках 7.1 и 7.2.

Рисунок 7.1 – Монтажные графики для провода

Рисунок 7.2 – Монтажные графики для троса

Заключение

В данном курсовом проекте были рассмотрены основные этапы проектирования механической части воздушных ЛЭП: выполнены выбор промежуточных опор, механический расчет проводов и грозозащитного троса, выбор линейной арматуры, произведены расстановка опор по профилю трассы и расчет монтажных стрел провеса.

В ходе выполнения данного курсового проекта получены навыки пользования справочными материалами и нормативными документами, а также навыки выполнения самостоятельных инженерных расчетов с привлечением прикладного программного обеспечения персональных компьютеров.

Список литературы

1. Правила устройства электроустановок. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2001. – 928 с.

2. Проектирование механической части воздушных ЛЭП. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию. – Киров, 2004.-99 с.