План лекції
1. Визначення механічних навантажень проводів
2. Механічні розрахунки проводів
3. Механічні розрахунки опор
1. Визначення механічних навантажень проводів
Повітряна лінія (ПЛ) повинна бути досить міцною, щоб витримати механічні навантаження. Для надійної роботи проводів, опор і інших конструктивних елементів їх розраховують на механічну міцність.
Механічний розрахунок ПЛ заснований на застосуванні деяких положень дисципліни «Опір матеріалів», вказівках Правил обладнання електротехнічних установок і Будівельних норм і правил (СНиП). Він необхідний для правильного проектування електричних мереж.
Для різних напруг і кліматичних районів країни розроблені типові конструкції опор. Тому проектування конструкцій опор і механічні розрахунки доцільні тільки тоді, коли в типових проектах відсутні опори для даних умов або коли немає сортаменту матеріалів, передбаченого цим проектом.
При прокладці проводів ПЛ на них діють вертикальні (власна вага проводів, вага ожеледі, що утворюється на проводах) і горизонтальні (тиск вітру) навантаження. При їхньому розрахунку приймають деякі допущення: припускають рівномірний розподіл навантажень по довжині проводу, навантаження вважають статичними, тобто незмінними за значенням.
Під дією механічних навантажень у матеріалі проводів з'являються механічні напруги на розтягання. На їхнє значення впливають також напруги, які виникають у проводах при зменшенні його довжини, зі зниженням температури.
Таким чином, для визначення навантажень проводів й механічних напруг у матеріалі необхідно знати кліматичні умови в районі спорудження лінії (товщину шару льоду, швидкість вітру, максимальну, мінімальну й середню температури).
Найбільші нормативні значення товщини шару льоду й швидкісного напору вітру для всіх ліній напругою понад 1000 В визначають, виходячи з повторюваності один раз в 10 років, а для ліній напругою 3 кВ і нижче - один раз в 5 років.
Розрахункові температури повітря ухвалюють за даними фактичних спостережень незалежно від напруги ПЛ і округляють до значень, кратних п'яти.
Територія колишнього СРСР1 розділена на п'ять районів, які відрізняються товщиною стінки ожеледі (табл. 12.1). Щоб визначити, до якого району ставиться дана місцевість, слід користуватися спеціальними картами (рис. 12.1).
Таблиця 12.1. Товщина стінки ожеледі на висоті 10 м над поверхнею землі
Район колишнього СРСР по ожеледі |
Товщина стінки ожеледі, мм, з повторюваністю |
|
1 раз в 5 років |
1 раз в 10 років |
|
І ІІ ІІІ IV Особливий |
5 5 10 15 20 і більше |
5 10 15 20 більше 22 |
По швидкісних напорах вітру територія колишнього СРСР розділена на сім районів (табл. 12.2). На рис. 12.2 наведена карта районування частини території колишнього СРСР по швидкісних напорах вітру. У таблиці 12.2 у дужках дані швидкості вітру, що відповідають наведеним у ній швидкісним напорам.
Механічні навантаження проводів прийнято визначати в одиницях сили на одиницю перетину й одиницю довжини проводів. Їх називають питомими механічними навантаженнями.
Табл 12.2. Швидкісний напір вітру на висоті до 15 м
Район колишнього СРСР по вітру |
Швидкісний напір нетра, Па (швидкість вітру, м/с), з повторюваністю |
||
1 раз в 5 років |
1 раз в 10 років |
1 раз в 5 років для ліній напругою до 1 кВ |
|
І ІІ ІІІ ІV V VI VII |
270(21) 350(24) 450(27) 550(30) 700(33) 850(37) 1000(40) |
400(25) 400(25) 500(29) 650(32) 800(36) 1000(39) 1250(45) |
157(16) 206(18) 262(21) 343(24) 441(27) 538(30) 626(33) |
Питомі навантаження від власної ваги проводів, Н/м мм2, залежать тільки від матеріалу, з якого зроблено проводи, і не залежать від його перетину, тобто
Рис. 12.1. Карта районування частини території колишнього СРСР по товщині стінки ожеледі
Рис. 12.2. Карта районування частини території колишнього СРСР по швидкісних напорах вітру
Для багатодротових проводів, враховуючи їх конструкцію, рекомендують вважати їхню довжину на 2...3 % більше, тобто вводити в рівняння коефіцієнт, рівний 1,02...1,03.
При температурі навколишнього повітря, близької до 0 °С, з наступним невеликим зниженням температури до -5 °С на проводах утворюється ожеледь у вигляді шару льоду. При температурі нижче -5°С він звичайно не втримується.
Інтенсивність утвору ожеледі залежить від висоти розташування даного місця над рівнем моря, наявності некрижаних водойм, що сприяють створенню високої вологості повітря, і т.д. У деяких районах ожеледь утворюється дуже інтенсивно і його товщина досягає 50 мм. Це приводить до руйнувань повітряних ліній. Їх потрібно розраховувати по фактичним умовам, а не за даними таблиці 12.1.
де в„ - питома вага ожеледі, Н/мм3 (в„ = 0,009 Н/мм3).
Питоме навантаження від шару льоду, Мпа/м,
Оскільки навантаження від власної ваги проводу й ваги ожеледі спрямоване в одну сторону, по вертикалі, сумарне питоме навантаження рівне їхній алгебраїчній сумі:
Рис. 12.3. Проведення, покритий шаром ожеледі
При механічних розрахунках повітряних ліній передбачається, що вітер дме горизонтально.
З аеродинаміки відомо, що тиск повітряного потоку на розташований у ньому циліндр, вісь якого перпендикулярна потоку, визначають так:
де а - коефіцієнт нерівномірності повітряного потоку ( при швидкісному напоре до 270 Па а= 1,0, при 400 Па - 0,85 і при 550 Па - 0,75); /-коефіцієнт, що враховує вплив довжини прольоту на вітрове навантаження (при довжині прольоту до 50 м К, = 1,2, при 100м - 1,1, при 150 м - 1,05, при 250 м і більш - 1); З, - коефіцієнт лобового опору (ухвалюють для проводів і тросів діаметром 20 мм і більш Сх = 1,1, до 20 мм і для всіх проводів і тросів, покритих ожеледдю, - 1,2); /'' - площа поздовжнього перетину проводу, м2; в2/1,6 - швидкісний напір вітру, Па.
Тиск на провід довжиною 1 м, Па,
де з! - діаметр проводу, мм.
Питоме навантаження від тиску вітру, Мпа/м,
Швидкісний напір вітру залежно від району беруть із таблиці 12.2.
Швидкісний напір ухвалюють 0,250, але не менш 140 Па при товщині стінки ожеледі 15 мм і більш.
Оскільки навантаження від ваги й від тиску вітру спрямовані під прямим кутом, їх складають геометрично.
Якщо ожеледі немає (рис. 12.4, а), то сумарне питоме навантаження
При ожеледі (рис. 12.4, б) сумарне питоме навантаження
Рис. 12.4. Сумарні питомі навантаження