Глава 6. Механический расчет

_{в оздушных линий}

6.1. Задачи механического расчета

_{проводов, тросов и опор}

_{Механическая прочность воздушных линий (ВЛ) – это способность проводов, тросов и опор выдерживать механические нагрузки, возникающие из-за собственного веса, ветра, гололедных образований, изменения температуры и других факторов (рис. 6.1). Напряжение электропередачи ВЛ и экономически целесообразные сечения проводов определяются в проекте электрической части линии.}

При проектировании конструктивной части ВЛ, сооружаемых на унифицированных и типовых опорах, выбираются конкретные конструкции опор, осуществляется их расстановка по трассе и проверка на прочность в расчетных режимах. Кроме того рассчитываются по условиям механической прочности провода и грозозащитные тросы. По результатам расчета проверяют допустимость механических напряжений проводов и тросов, их стрел провеса, а также выполняют построение монтажных кривых или таблиц.

_{Механический расчет проводов и тросов ВЛ выполняется в рамках решения двух задач (рис. 6.2). Первая задача заключается в определении необходимой высоты крепления провода при заданной его марке и длине пролета. Вторая, обратная, задача заключается в определении длины пролета при заданной высоте крепления провода, т.е. при заданной высоте опор.}

_{При этом напряжения в проводе и тросе, ни при каких климатических условиях, не должны превышать допустимых значений, а габарит линии, т.е. расстояние между низшей точкой провода и землей, не должен быть меньше допустимого. Напряжение в проводе и габарит линии взаимосвязаны с длиной пролета и высотой опор. Поэтому выбирать произвольно длину пролета или подвешивать провод на опорах без предварительного механического расчета не допустимо. Убедиться в этом можно на следующем примере.}

_{По результатам механического расчета в пролет длиной l = 110 м на опорах на высоте hп = 12 м подвешен провод марки A-120. Допустимый габарит линии [h] = 7 м. При отсутствии ветра, наличии гололеда и температуре воздуха 5}^_{С напряжение в проводе составляет  = 68,5 Н/мм}² _{, стрела провеса  = 4,23 м, соответственно габарит линии h = hп   = 12  4,23 = 7,77 м. Допустимое напряжение провода [] = 72 Н/мм}²_{. Для данных климатических условий напряжение провода и габарит линии находятся в допустимых пределах. При увеличении длины пролета до l = 150 м напряжение в проводе составит  = 68,4 Н/мм}²_{, стрела провеса  = 7,88 м и, соответственно, габарит линии h = 4,12 м, что меньше допустимого. Если при этих же климатических условиях сделать попытку подтянуть провод до габарита линии h = [h] = 7 м, то напряжение в проводе увеличится до  = 107,8 Н/мм}² _{и превысит допустимое.}

_{Габарит линии и напряжение в проводе взаимосвязаны не только с длиной пролета и высотой подвеса, но и с материалом проводника. Так для условий предыдущего примера при марке провода AС-120/27 и l = 150 м напряжение провода составит  = 144 Н/мм}² _{при допустимом [] = 147 Н/мм}²_{, а габарит линии h = 8,15 м при стреле провеса  = 3,85 м.}

_{Согласно требованиям ПУЭ механический расчет проводов и тросов ВЛ производится по методу допускаемых напряжений. Расчет изоляторов и арматуры – по методу разрушающих нагрузок. По обоим методам расчеты производятся на расчетные нагрузки. Расчетные нагрузки определяются по нормативным нагрузкам с учетом поправочных коэффициентов, значения которых устанавливает ПУЭ.}

_{Расчет опор и фундаментов производится по методу предельных состояний на расчетные нагрузки, определяемые в соответствии с государственными стандартами, строительными нормами и правилами.}

_{В качестве исходных данных для механического расчета ВЛ принимают расчетные климатические условия, физико-механические характеристики проводов и тросов, нормируемые допустимые напряжения и наименьшие расстояния от проводов ВЛ до земли, зданий, коммуникаций и пр.}

_{Расчетные климатические условия образуются определяемыми ПУЭ наиболее неблагоприятными сочетаниями характеристик гололедообразования, ветрового давления и температуры воздуха, при которых определяются нормативные нагрузки. Определение данных по гололедообразованию и скорости ветра осуществляется на основании карт климатического районирования территории страны, представленных в ПУЭ.}

_{Нормативные значения ветровых давлений и толщин стенок гололеда ВЛ определяются как максимальные на высоте 10 м над поверхностью земли с повторяемостью 1 раз в 25 лет.}

_{Температура воздуха определяется на основании метеорологических данных с учетом положений строительных норм и правил и указаний ПУЭ.}

_{По ветровому давлению и гололедообразованию вся территория страны разбита на восемь районов (с I по VII и особый). ПУЭ определяет нормативные значения данных параметров, а также поправочные коэффициенты для определения расчетных нагрузок, учитывающие характер местности, ее застройку, конструктивное исполнение ВЛ и др.}

_{Климатические условия определяются для различных режимов работы ВЛ – нормального, аварийного и по условиям монтажа.}

_{Нормальным режимом работы ВЛ называется состояние ВЛ при необорванных проводах и тросах. Расчет проводов и тросов для данного режима производится при следующих сочетаниях климатических условий:}

• _{для расчета напряжений в проводах и тросах:}

_{1) низшая температура t , ветер и гололед отсутствуют;}

_{2) нормативное ветровое давление} W_{0, температура 5°С, гололед отсутствует;}

3) провода и тросы покрыты гололедом, температура 5_°С, скоростной напор ветра 0,25W₀;

4) среднегодовая температура t_сг, ветер и гололед отсутствуют.

• для расчета стрелы провеса проводов и тросов:

1) высшая температура t₊, ветер и гололед отсутствуют;

2) провода и тросы покрыты гололедом, температура 5_°С, ветер отсутствует.

Только при этих сочетаниях климатических условий возникают наибольшие напряжения и стрелы провеса проводов и тросов.

Аварийным режимом работы ВЛ называется ее состояние при оборванном одном или нескольких проводах и тросах. Сочетания расчетных климатических условий для аварийного режима и по условиям монтажа приводятся в ПУЭ.

_{Физико-механическими характеристиками проводов и тросов являются: приведенная нагрузка от собственного веса р1, Н/(ммм}²_{); модуль упругости Е, Н/мм}²_{; его обратная величина – коэффициент упругого удлинения  = 1/Е; температурный коэффициент линейного удлинения , град}^-1_{; предел прочности при растяжении , Н/(ммм}²_{). Физико-механические характеристики проводов и тросов представлены в П 6.1.}

Допустимое механическое напряжение в проводах и тросах ВЛ определяется пределом прочности при растяжении с учетом коэффициента запаса прочности. Данный показатель определяется в процентах от предела прочности при растяжении и зависит от сочетаний климатических условий. Так для сочетаний климатических условий, характеризующихся наибольшими нагрузками на провода и тросы (сочетания 2 и 3) и низшей температурой (сочетание 1), _{допустимые напряжения одинаковые и по значению больше допустимых напряжений для сочетания, характеризующегося среднегодовой температурой (сочетание 4). Допустимое механическое напряжение для различных сочетаний климатических условий и марок проводов и тросов представлены в П 6.2.}

_{Допустимый габарит линии есть наименьшее расстояние от проводов ВЛ до земли. Он определяется ПУЭ с целью обеспечения безопасности людей и транспорта в зоне прохождения ВЛ и зависит от напряжения электропередачи, характера местности и вида пересекаемых сооружений и коммуникаций. Отдельные данные по наименьшим расстояниям представлены в П 6.3.}

Сложность механического расчета заключается в наличии ряда неопределенностей. Известно, что наибольшее напряжение в проводе возможно только при одном из сочетаний (1…4) расчетных климатических условиях, а при каком конкретно сочетании без выполнения специальных расчетов определить невозможно. То же относится и к провесу провода.

Приступая к механическому расчету прежде всего необходимо определить нагрузки, которые будут действовать на провод и тросы при различных сочетаниях климатических условий.