2.2. Нагрузка от веса провода

Вес провода является вертикальной и постоянно действующей на­грузкой. Интенсивность этой нагрузки определяется линейной плот­ностью провода, которая представляет собой массу провода, распреде­ленную на длине 1 м. Вес единицы длины провода в контактных сетях называют погонной нагрузкой (кН/м). Для ЛЭП принимают другую — удельную нагрузку, отнесенную к площади сечения провода (кН/мм²). Таким образом, погонная нагрузка от веса провода g, кН/м,

g=10^-3g_нp_l=9,81·10^-3ρ_l , (2.1)

где g_н — ускорение свободного падения, м/с²; ρ_l — линейная плот­ность провода, кг/м.

Для однопроволочных проводов погонная нагрузка от веса прово­да, кН/м,

g=9,81·10^-9Sρ, (2.2)

где S — расчетная площадь сечения провода, мм²; ρ — плотность материала провода, кг/м³.

Для провода диаметром d, мм,

g = 9,81·10^-9πd²/4ρ=7,7·10^-9d²ρ. (2.3)

У многопроволочных проводов длина проволок превышает длину самого провода, поэтому его погонная нагрузка примерно на 2,5 % больше, чем у однопроволочного с такой же площадью сечения, т.е.

g=10,06•10^-9Sp. (2.4)

У комбинированного провода ( например, сталеалюминиевого)

g=10,05·10^-9(S_aρ_a+ S_cρ_c), (2.5)

где ρ_a, ρ_c, S_a, S_c — плотности и площади сечений соответственно алюминиевой и стальной частей провода.

Струновые зажимы и детали различного назначения учитывают в виде дополнительной равномерно распределенной по пролету (погонной) нагрузки.

2.3. Гололед и гололедные нагрузки

Определение исходных данных по гололеду. Причина появления гололеда — конденсация имеющихся в воздухе паров на охлажденных поверхностях элементов сооружений. На проводах и конструкциях контактной сети отложение гололедных образований наблюдается обычно при неустойчивой погоде, когда оттепель сменяется похолоданием, в туманную погоду или при выпадении переохлажденного дождя. Различают три основных вида гололедных образований: гололед, представляющий собой плотное твердое прозрачное или полупрозрачное вещество плотностью 600 – 900 кг/м³; изморозь — кристаллический налет плотностью 20 – 100 кг/м³ и смесь, образующуюся при наслоениях гололеда и изморози, плотностью 200 – 600 кг/м³.

Гололед, изморозь и смесь, как правило, образуются при ветре со скоростью до 10 – 15, реже 20 – 25 м/с и температуре -5 °С. Форма сечения гололедных образований на проводах разнообразна. Чаще всего встречается эллиптическая форма, когда гололедные образования находятся в основном с одной стороны провода. Плотность гололеда – случайная величина.

Данные о гололеде собирают и обрабатывают на метео- и гололедных станциях. В прошлом станции открывали для обеспечения судоходства вблизи морей и при строительстве железных дорог, что позволяло получать данные многолетних наблюдений. Измерения гололеда в настоящее время производят на отрезке провода длиной 1 м диаметром 5 мм, расположенном на высоте 2 м от земли. Значение плотности образований определяют как среднее по всем случаям наблюдении. При форме гололеда, отличной от окружности, измеряются полуоси эллипса сечения и затем рассчитывается средний диаметр с учетом приведения полученной плотности к плотности 900 кг/м³. Затем вычисляется толщина стенки гололеда.

Для расчета нагрузок необходимы данные об интенсивности (толщине стенки или корки) отложения на проводе, мм, и их плотности, кг/м³. Одновременно следует учитывать температуру воздуха и скорость ветра при гололеде. При отсутствии метеостанций и климатологических справочников данные определяются по специальным картам, на которых территория СНГ разделена на пять районов по толщине стенки намерзшего льда (рис 2.1), причем самым гололедным районом СНГ являет-

Рис. 2.1. карта районирования территории СНГ по толщине стенки гололеда

ся Дон­басс. На картах районирования различные виды и формы гололедных образований приведены к цилиндрической плотностью 900 кг/м³, т.е. к плотности льда. Для повторяемости 1 раз в 10 лет толщина стенки гололеда (рис. 2.2) на высоте 10 м принята следующей:

номер района по интенсивности гололеда .......................................I II III IV У(особый)

толщина стенки гололеда b, мм ..................................................... 5 10 15 20 25 и более

Рис. 2.2. Форма гололеда на проводе, принимаемая при расчёте: d — диаметр прово­да; D — наружный диаметр гололеда: b — толщина стен­ки гололеда

Толщину стенки льда рекомендуется уточнять во время обсле­дований и наблюдений в горной и пересеченной местностях, т.к. должно быть учтено влияние рельефа на интенсивность гололедных отложений. Толщину льда в V районе следует принимать по фактическим наблюдениям с точностью до 1 мм.

Интенсивность гололеда зависит от диаметра провода. Для опре­деления ее на проводах разных диаметров, необходимо нормативную толщину стенки льда умножать на поправочный коэффициент k_д:

диаметр провода d, мм...........................................................................5 10 20 30

коэффициент k_{д……………………………………………}.........................................1,1 1,0 0,9 0,8

При расположении ВЛ на насыпи толщину стенки льда на проводе для соответствующего района необходимо умножить на коэффициент k_в:

высота, м……………………………………………5 10 15 20 25 30 и более

коэффициент k_в ……………………………………1,10 1,30 1,35 1,45 1,55 1,60

При незащищенной от ветра открытой ровной поверхности k_в = 1,1, а при защищенной (лес, здания, постройки высотой, большей высоты подвеса провода) k_в = 0,8.

Расчет гололедной нагрузки. На­грузка от гололеда действует как сила тяжести, вертикальная по направлению, кратковременная — по сроку действия.

Интенсивность гололедной на грузки на провод. кН/м, (см. рис. 2.2) определяется по формуле

g_г=10^-9π(D²-d²)/4ρ_гg_н, (2.6)

D = d + 2b, (2.7)

g_г = 0,25 • 10^-9π[(d + 2b)² – d²]ρ_гg_н , (2.8)

где d — диаметр провода, мм; D — то же с гололедом; b — толщина стенки льда, мм; ρ_г –– плотность гололедного отложения, кг/м³.

После подстановки значений π, g_н и преобразований получим:

g_г =30,8 •10^-9b (d+b) ρ_г. (2.9)

Таким образом, нормативная гололедная нагрузка на провод, приведенная к плотности льда ρ_г = 900 кг/м³, составит:

g_г=27,7 • 10^-6 b' (d+b'), (2.10)

где b' = b k_д k_в — толщина корки льда с учетом диаметра провода и высоты его расположения, мм.

Учитывая систематический проход под подвеской токоприемников и меры, принимаемые к устранению гололеда, толщину стенки гололе­да для контактного провода принимают в 2 раза меньшей, чем для не­сущего троса. При расчете гололедной нагрузки диаметр контактного провода определяют как среднее между его высотой и шириной.