Проэктирование линий электропередач

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ. 2

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ……………………………………………………………..3

1. ВЫБОР ТИПА ОПОР……………………………………………………………..4

2. ПОДБОР ТИПА И КОЛИЧЕСТВА ИЗОЛЯТОРОВ В ГИРЛЯНДЕ 5

3. РАССТАНОВКА ОПОР ПО ПРОФИЛЮ ТРАССЫ 7

3.1.Механические нагрузкиизрасчета климатических условий………….... 7

3.2. Расчет максимальной стрелы провеса и шаблона 8

3.3. Построение монтажных графиков и таблиц. 11

3.4. Грозозащита и заземление. 16

4. ВЕДОМОСТЬ  НЕОБХОДИМЫХ МАТЕРИАЛОВ И ОБОРУДОВАНИЯ…. 17

5. ОБЩАЯ СТОИМОСТЬ ВЛ ПО УКРУПНЕННЫМ  ПОКАЗАТЕЛЯМ…...… 18

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Устройство для передачи или распределения электроэнергии по проводам, проложенным на открытом воздухе по деревянным, железобетонным или металлическим опорам, а также стойкам или кронштейнам, установленным на мостах, эстакадах и других инженерных сооружениях и закрепленных на них при помощи изоляторов и арматуры, называется воздушной линией электропередачи (ВЛ).

При строительстве ВЛ по населенной местности к ним предъявляются повышенные требования с точки зрения механической прочности и безопасности для населения. Трассу воздушной линии электропередачи разбивают на пикеты (т. е. точки, равномерно распределенные вдоль оси трассы), по которым производят разметку мест установки опор в соответствии с указаниями проекта.

Конструктивно ВЛ состоит из фундаментов, опор, изоляторов, линейной арматуры, проводов, грозозащитных тросов и устройств для заземления.

Конструкция ВЛ, ее проектирование и строительство  должны соответствовать "Правилам устройства электроустановок" (ПУЭ) [3]

В зависимости, от механического состояния различают  следующие режима работы ВЛ:

• нормальный - провода и тросы не оборваны;
• аварийный - при обрыве проводов и тросов (полностью или частично);
• монтажный - при условиях монтажа опор, проводов и тросов.

Механические  нагрузки на элементы ВЛ в большой  степени зависят от климатических  условий и характера местности.

Условия работы ВЛ включают в себя постоянные нагрузки, действующие на фундаменты, опоры, провода, изоляторы и арматуру, и переменные нагрузки, возникающие при изменении  температуры, появлении гололеда, ветра, вибрации и при "пляске" проводов.

Механический  расчет проводов и тросов ВЛ производится по методу допускаемых напряжений, расчет изоляторов и арматуры - по методу разрушающих нагрузок. Расчет опор и фундаментов ВЛ производится по методу расчетных предельных состоянии.

 

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

Согласно варианту 282 исходные данные для выполнения курсового проекта:

 

Таблица 1. Исходные данные

 

Класс напряжения линии, кВ	110
Количество цепей ЛЭП	1
Марка провода	АС-95
Ветровой район	V
Район гололедности	I
Низшая температура,  ˚С	-35
Высшая температура,  ˚С	40
Расчетная скорость ветра при гололеде,  м/с	15
Температура гололедообразования	-5
Среднегодовая температура,  ˚С	2,5

 

 

1.ВЫБОР ТИПА ОПОР

 

На ВЛ используются, как правило, унифицированные и типовые конструкции.

Выбор тех  или иных опор производится сопоставлением конкретных условий в районе расположения проектируемой линии с технологическими характеристиками опор и в зависимости  от типа линии электропередачи по классу напряжения и марки проводов.

Воспользовавшись [1, табл. 8.13] выбираем типы железобетонных опор:

1. Промежуточная одноцепная свободностоящая опора ПБ110-1
2. Анкерная угловая одноцепнаяопора на оттяжках на угол 60˚ УБ110-1в

 
Таблица 2. Технические характеристики пролетов

 

Тип опоры	Район по гололеду	Длины пролета,  м			Расход материалов: бетона стали
		габаритного	весового	ветрового
Промежуточная	1	310	375	385
Анкерная	1	_	_	_

 

 

 

2. ПОДБОР ТИПА И КОЛИЧЕСТВА  ИЗОЛЯТОРОВ В ГИРЛЯНДЕ

 

Тип и материал изоляторов выбирают в зависимости от напряжения и конструктивных параметров высоковольтной линии с учетом климатических условий и степени загрязнения атмосферными проводящими осадками.

На напряжение 110 кВ предпочтение отдается подвесным изоляторам. В проекте примем изоляторы ПС70-Б [1, табл. 8.65].

Таблица 3. Характеристики изолятора ПС70-Д

 

Параметр	Величина
Длина пути утечки, мм	295
Строительная высота, мм	134

 

Количество  подвесных тарельчатых изоляторов в поддерживающих гирляндах определяется по формуле:

, шт

где L_n – длина пути утечки одного изолятора, см;

L - длина пути утечки гирлянды изоляторов, см.

 

Длина пути утечки гирлянды изоляторов определяется по формуле:

,

где – удельная эффективная длина пути утечки (примем равным 1,9 см/кВ);

U – наибольшее рабочее междуфазное напряжение (примем по ГОСТ 721-80 равным 42 кВ);

k – коэффициент эффективности подвесных тарельчатых изоляторов равен 1,1.

 

 

 

 

Крепление проводов к подвесным изоляторам производится при помощи поддерживающих или натяжных зажимов. Подвесные изоляторы комплектуются в гирлянды с помощью линейной сцепной арматуры

Количество  подвесных тарельчатых изоляторов в натяжных гирляндах увеличивается  на один изолятор по сравнению с  количеством, полученным для поддерживающих гирлянд.

Натяжные  крепления троса выполняются  изолированными с одним изолятором ПС70-Б. Длина гирлянды – 0,5 м [1].

В соответствии с [2] трос заземляется на каждой опоре на подходах к подстанциям и шунтируется искровым промежутковым размером 40 мм на других опорах захода. Нормируемое расстояние между проводом и тросом в середине пролета обеспечивается принятым максимальным напряжением в тросах [2].

Поддерживающие  зажимы для провода и троса  – глухого типа. Натяжные зажимы приняты прессуемые. Соединение проводов в шлейфах выполняется термитной  сваркой, в пролетах – прессуемыми  зажимами для провода и троса.

Фактические коэффициенты запаса прочности изоляторов и линейной арматуры соответствуют  нормированным[2].

Выбор арматуры производится в соотвествии с  принятым типом изоляторов:

- изоляторы  с электромеханической разрушающей  нагрузкой 7000 даН имеют присоединительные  размеры, позволяющие сопрягать  их с арматурой, гарантированная  прочность которой составляет 7000 даН.

Согласно  [2] в арматуре требуется несколько меньшие коэффициенты запаса чем в изоляторах, поэтому прочность арматуры следует проверять лишь в тех случаях, когда прочность меньше разрушающей нагрузки выбранного типа изолятора.

 

 

3. РАССТАНОВКА ОПОР ПО  ПРОФИЛЮ ТРАССЫ

 

3.1. Механические нагрузки из расчета климатических условий

 

 

Таблица 3.Определение нагрузок для климатических условий

 

Характер нагрузки	Формула для расчета
	Погонной нагрузки, даН/м	Приведенной (удельной) нагрузки, даН/м∙мм²
1	2	3
От собственного веса проводов
	0,377	=0,004
От веса гололеда
	0,65
От веса провода  и гололеда
	=1,03	=0,01
От давления ветра  на провод, свободный от гололеда
	=54,68	=0,573
От давления ветра  на провод, покрытый гололедом
	=1,8	=0,018
Суммарная от собственного веса и давления ветра на провод, свободный от гололеда
	=0,655	=0,007
Суммарная от веса и давления ветра на провод, покрытый гололедом
	=2,07	=0,02

 

В формулах табл. 3 обозначения величин нормативных  нагрузок приняты следующие:

g - ускорение свободного падения  тела, g = 9,8 м/сек²;

G - масса 1 м провода или троса, G = 0,385кг/м;

S - сечение всего провода, S = 95,4 мм²;                                из табл. 8.45 [1]

d - диаметр провода, троса, d = 13,5 мм;

g_o - объемный вес гололеда, принимаемый равным 900 кг/м³ для всех районов;

b- нормативная толщина стенки гололеда; по табл. 2 прил.2 [3] принимаем за 10 лет в = 10мм

Сx- аэродинамический коэффициент лобового сопротивления  провода, Cx=1,2 так как диаметр провода меньше 20 мм;

V - нормативная  скорость ветра для заданного  района,V=27 м/с.  (табл.3 прил.2. [3])

q - скоростной напор ветра, q = = = 45,56даН/м²; 

3.2 Расчет максимальной стрелы провеса и шаблона

 

Наибольшая  стрела провеса (максимальная) может  возникнуть только при отсутствии ветра, когда провод находится в вертикальной плоскости, проходящей через точки  его крепления. Такой случай может  быть при режимах:

а) гололеда, когда  провод испытывает наибольшую вертикальную нагрузку g₃(при t°C = t_г = -5°С);

б) высшей температуры  окружающего воздуха, при t°C = t_max., когда провод имеет минимальное напряжение и испытывает вертикальную нагрузку только от собственной массы g₁

Сравнивая рассчитанные значения максимальных стрел провеса  в режимах гололеда и высшей температуры, принимаем наибольшее значение для построения кривых шаблона.

Максимальная  стрела провеса в расчетном режиме при одинаковой высоте подвеса провода  на опорах определяется в м по формуле

где l_р  -  расчетная длина пролета, м;

g_p -  удельная нагрузка на провод при соответствующем режиме, даН/м³;

s_p - механическое напряжение в проводе при соответствующем климатическом режиме.

Расчетную длину пролета принимаем:

l_p = 0,9 ∙ l_г = 0,9 ∙ 310 = 279м

Для отыскания  механического напряжения в проводах воспользуемся уравнением состояния

где σ_p и σ_m - механические напряжения в низшей точке провода при заданном (исходном) и расчетном (искомом) режимах, даН/мм² ;

g_м  и g_p - приведенные нагрузки, соответствующие исходному и расчетному режимам, даН/м мм² ;

t_m и t_p -  температуры воздуха, соответствующие s_m и s_p ,  °С;

       Е  -  модуль упругости провода,  даН/мм² ;

• -  температурный коэффициент линейного расширения провода,  ˚С ^-1.

 

В качестве известного (исходного) режима выбираем режим низшей температуры. Из табл.1. прил.2 [3] выбираем данные для решения уравнения состояния:

σ_m = 116 МПа = 11,6 даН/мм²

g_m = g₁ = 0,004 даН/м мм²

t_m = t_min = -35 ˚C

a = 19∙10 ^-6   ˚C ^-1

E = 81,5∙10³  МПа = 8,1∙10³  даН/мм²

 

1)  Расчет  для режима гололеда:

Режиму гололеда соответствуют следующие параметры  расчетного режима:

g_р = g₃  = 0,006 даН/м мм²

t_p = t_г =  -5 ˚С

Найдем механическое напряжение (σ_р):

 

Методом подбора  найдем σ_р:

σ_р = 11.29 даН/мм²

 

Максимальная  стрела провеса в этом режиме:

= 5.171  м

 

2)  Расчет для режима высшей температуры:

Режиму высшей температуры соответствуют параметры  расчетного режима:

g_р = g₁= 0,004 даН/м мм²

t_p = t_г =  35 ˚С

Найдем механическое напряжение (σ_р):

 

Методом подбора  найдем σ_р:

σ_р = 8.66 даН/мм²

 

Максимальная  стрела провеса в этом режиме:

= 4.494  м

Стрела провеса  при режиме гололеда больше, следовательно, строим шаблон для гололедного режима.

 

Кривую максимального  провисания провода для шаблона  строим по формуле

y = k_ш ∙ x²

 

где k_ш- постоянная шаблона для каждого расчетного пролета и марки провода.

k_ш = =  = 0,580

 

Для построения шаблона определим границы его  использования. С этой целью найдем 2 крайних значения механического  напряжения при режиме гололеда:

= = 694  даН/мм²

= = 938 даН/мм²

Затем определим  крайние значения длин пролетов:

= = 1827 м

= = 2124 м

 

По данным таблицы 4. строим шаблон.

 

 

Данные для  построения шаблона

l  ,  м	Н мах,  м	Н габ.,  м	Н зем,  м
0	0	-7	-22,4
20	0,58	-6,42	-21,82
40	2,32	-4,68	-20,08
60	5,22	-1,78	-17,18
80	9,28	2,28	-13,12
100	14,5	7,5	-7,9
120	20,88	13,88	-1,52
140	28,42	21,42	6,02
160	37,12	30,12	14,72

 

 

 

 

 

Н_МАХ - данные для построения кривой максимального провисания провода.

Н_ЗЕМ - данные для построения "земляной" кривой. 
Н_ГАБ - данные для построения "габаритной" кривой.

3.3. Построение монтажных графиков и таблиц

 

При расчетах воспользуемся  табл.1 прил.2 [1], в которой приведены  допустимые напряжения в однородных проводах:

σ_доп = 116 МПа = 11,6 даН/мм²

В качестве исходного  расчетного режима при построении монтажных  графиков может быть один из трех режимов:

• режим низшей температуры (t_min, g₁);
• режим наибольших добавочных нагрузок (t_г, g₇);
• режим среднегодовых температур (эксплуатационный) (t_э, g₁).

Определим величину критического пролета:

= = 69,2   м

Критический пролет меньше расчетного, тогда максимальное напряжение будет при наибольшей удельной нагрузке g₇ и температуре t_г.

Чтобы предотвратить  преждевременный износ провода  от усталости из-за вибрации, проверим напряжения в проводе при среднегодовой (эксплуатационной) температуре t_э. Это напряжение (σ_э) не должно выходить за определенные пределы. Для этого решаем уравнение состояния относительно σ_э.

где b = - коэффициент упругого удлинения материала провода, b = 0,123;

l - максимальная длина пролета по профилю,   l = 162  м.

Следовательно

σ_э = 0,362    даН/мм²

 

Составляем монтажные  таблицы и строим монтажные графики.

За исходный принимаем  режим наибольших добавочных усилий, тогда уравнение состояния, по которому рассчитывается монтажная таблица, будет иметь вид:

Стрелы провеса  для монтажных таблиц рассчитываются по формуле:

Для каждого анкерного  участка строим три монтажных  кривых: для максимального, минимального и среднего пролета.

 

1. Для первого  анкерного участка:

l_max = 340  м                
l_ср = 230 м                 
l_min = 180  м

 

 

 

 

 

 

Температура, t , ˚С

Напряжение  в проводе, σ, МПа

Стрела провеса, f, м

-30	56,00007705	0,660936591
-25	45,11133716	0,820470027
-15	36,24966185	1,021044007
-5	29,63800894	1,248818707
5	24,94120181	1,483990238
15	21,60698853	1,712987441
25	19,17549078	1,930198315
35	17,3400655	2,134507508

 

 

 

Температура, t , ˚С	Напряжение  в проводе, σ, МПа	Стрела провеса, f, м
-35	56	0,560576
-25	44,71811	0,702004
-15	35,45716	0,885358
-5	28,5721	1,098704
5	23,75906	1,321276
15	20,40939	1,538129
25	18,00849	1,743193
35	16,2202	1,935381

 

Температура, t , ˚С	Напряжение  в проводе, σ, МПа	Стрела провеса, f, м
-35	56	0,485587
-25	44,39944	0,612459
-15	34,79629	0,781487
-5	27,67043	0,982741
5	22,75892	1,194822
15	19,40187	1,401559
25	17,03292	1,596488
35	15,28914	1,778574

 

                                                                                 

 

 

 

                                                                                         

2. Для второго анкерного участка:

l_max = 520  м

l_ср = 210  м

l_min = 100  м

      

 

Температура, t , ˚С	Напряжение  в проводе, σ, МПа	Стрела провеса, f, м
-30	55,99999999	0,458984375
-25	44,28065	0,580459524
-15	34,54505159	0,744046508
-5	27,32404914	0,940677748
5	22,3745532	1,148765956
15	19,01609729	1,351650899
25	16,66093154	1,542718361
35	14,93536845	1,720956874

Температура, t , ˚С	Напряжение  в проводе, σ, МПа	Стрела провеса, f, м
-35	56	0,420486
-25	44,10295	0,533915
-15	34,1637	0,689246
-5	26,79396	0,878825
5	21,78604	1,08084
15	18,42701	1,277864
25	16,09459	1,463052
35	14,39811	1,635437

 

 

Температура, t , ˚С	Напряжение  в проводе, σ, МПа	Стрела провеса, f, м
-30	56	0,408028
-25	44,0439	0,51879
-15	34,03543	0,671346
-5	26,61439	0,858541
5	21,58658	1,058508
15	18,22779	1,253556
25	15,90354	1,436759
30	14,21725	1,607171

 

 

 

3. Для третьего анкерного участка:

l_max = 380  м

l_ср = 220  м

l_min = 160  м

Температура, t , ˚С	Напряжение  в проводе, σ, МПа	Стрела провеса, f, м
-30	56	0,54104
-25	44,63728	0,678765
-15	35,29123	0,85852
-5	28,34691	1,068837
5	23,50931	1,288775
15	20,1573	1,503089
25	17,76386	1,70561
35	15,98629	1,895263

Температура, t , ˚С	Напряжение  в проводе, σ, МПа	Стрела провеса, f, м
-35	56	0,420486
-25	44,10295	0,533915
-15	34,1637	0,689246
-5	26,79396	0,878825
5	21,78604	1,08084
15	18,42701	1,277864
25	16,09459	1,463052
35	14,39811	1,635437

 
 

Температура, t , ˚С	Напряжение  в проводе, σ, МПа	Стрела провеса, f, м
-35	56	0,337213
-25	43,69274	0,432198
-15	33,25467	0,567858
-5	25,50566	0,740382
5	20,35343	0,927801
15	17,00128	1,110735
25	14,7327	1,281769
35	13,11302	1,44009

 
 

 

3.4. Грозозащита и заземление

 

Самым эффективным  способом защиты ЛЭП является применение заземленных тросовых молниеотводов, подвешиваемых по всех длине. На линиях с деревянными опорами в качестве защиты от перенапряжений используются  изоляционные свойства древесины опор и траверс.

При сооружении линий на железобетонных опорах детали крепления изоляторов к траверсе должны быть надежно заземлены. Разрешается  использовать для этой цели арматуру железобетона при наличии надежной электрической связи с между  ней и заземляющим устройством.