2.3.6 Расчёт удельной нагрузки от собственной силы тяжести кабеля и от воздействия ветра

На рисунке 8 показаны направления, в которых действуют нагрузки ₁ и _4.



₄

₆ ₁

Рисунок 8 - Направления действия удельных нагрузок _1, _4,₆

Удельная нагрузка ₆ (Н/м·мм²) от собственной силы тяжести и от воздействия ветра на кабель с учётом направления действия нагрузок ₁ и ₄ (рисунок 8) определяется по следующей формуле:

. (21)

2.3.7 Расчёт удельной нагрузки от силы тяжести кабеля, покрывающего его льда и воздействия ветра

На рисунке 9 показаны направления, в которых действуют нагрузки _1, _2, ₅.



₅

₂

₇ ₁

Рисунок 9 - Направления действия удельных нагрузок _1, _2,_5, ₇

С учётом направления действия сил _1, _2, ₅ (рисунок 9) удельная нагрузка ₇ (Н/м·мм²) от силы тяжести кабеля, покрывающего его льда и воздействия ветра, определяется по следующей формуле:

. (22)

2.3.8 Определение критической длины пролёта

Изменение длины подвешенного кабеля происходит при воздействии температуры окружающей среды и напряжения растяжения или сжатия. Для предотвращения обрыва подвешенного кабеля при изменении температуры или при действии на него дополнительных нагрузок в виде гололёда с ветром, необходимо учитывать, что в наихудших условиях величина максимального напряжения защитной оболочки кабеля не должна превышать допустимых пределов. Правильно выбрать величину стрелы провеса (f) кабеля при его подвеске (рисунок 10) можно, зная зависимость напряжения в кабеле от изменения температуры воздуха и изменения нагрузок на кабель при гололёде и ветре. Эту зависимость определяет уравнение состояния кабеля в пролёте [2]:

L_пр

 

А В

f

кабель

Рисунок 10 - Расположение кабеля на опорах линии передачи

, (23)

где  = 1/ - коэффициент упругого удлинения материала оболочки кабеля ( - модуль упругости материала оболочки кабеля, Н/мм²);  - напряжение растяжения кабеля в подвешенном состоянии при воздействии удельной нагрузки  и температуры t, Н/мм²; _x - напряжение растяжения кабеля в подвешенном состоянии при воздействии удельной нагрузки _x и температуры t_x, Н/мм²;  - коэффициент теплового расширения защитной оболочки кабеля, 1/⁰С.

Это уравнение связывает состояние кабеля в одном режиме подвески, когда температура воздуха равна t, удельная нагрузка  и напряжение растяжения  с его же состоянием при температуре воздуха t_х, удельной нагрузке _х и напряжении растяжения _x, соответствующим новому режиму подвески.

Решение уравнения третьей степени (23) наиболее просто осуществляется подбором, для чего путём подстановки всех известных численных значений оно приводится к виду:

_x²(_x – А) = В. (24)

Задаваясь значениями _x, подбирают такое, при котором уравнение (24) превращается в тождество.

Прежде чем приступить к расчёту механической прочности кабеля необходимо знать наихудшие условия его состояния при подвеске. Для этого необходимо определить критическую длину пролёта, т.е. такую длину пролета, для которой напряжение растяжения при действии на кабель гололеда с ветром равно напряжению сжатия при наихудших условиях в отсутствии ветра и гололеда.

Если в качестве самонесущего ОК применяется кабель типа ADSS, конструкция которого представлена на рисунке 5, или ОКСН (оптический кабель самонесущий полностью диэлектрический), то таким условием является максимальная температура. Это связано с тем, что основной силовой элемент этого кабеля выполнен из арамида (кевлара), который имеет отрицательный температурный коэффициент линейного расширения ().

Зная напряжение в кабеле  при удельной нагрузке  и температуре воздуха t и воспользовавшись уравнением (23), можно определить напряжение в кабеле при любой другой удельной нагрузке _х и температуре t_х.

Из уравнения (23) получаем выражение для определения критической длины пролета L_кр:

, (25)

где _доп – допустимое напряжение сжатия, Н/мм²; t_л – температура гололёда, ⁰С; t_макс – максимальная температура, при которой будет эксплуатироваться кабель, ⁰С.

Обычно при проведении расчёта механической прочности кабеля исходят из такой допустимой величины _доп, которая обеспечивала бы определённый запас прочности при заданных расчётных условиях.

, (26)

где Т – максимальная растягивающая нагрузка, Н; S – площадь поперечного сечения кабеля, мм²; К_з = 2,5 – коэффициент запаса прочности.

После определения критической длины пролёта определяют наихудшие условия состояния подвешенного кабеля, при воздействии изменяющейся температуры и максимальных удельных нагрузок.

Если l_кр  l_пр то ₌_доп при и ; (27)

если l_кр  l_пр то ₌_доп при и t_л, (28)

где l_пр - длина пролёта между опорами линии передачи, на которую будет подвешен ОК, м.

Таким образом, при расчете для различных температур в уравнение (23) подставляем следующие значения:

l = l_пр; ₌_доп; значения величин t и  выбираются в зависимости от наихудших условий состояния кабеля ((25), (26)). На рисунке 11 показано какие удельные нагрузки действуют на оболочку кабеля в данном диапазоне температур.

-40^о -20^о -5^о 0^о +30^о + 40^о

t ⁰,С

₁ ₆ ₇ ₆ ₁

Рисунок 11 - Удельные нагрузки, действующие на кабель в зависимости от температуры окружающей среды

Определение _х ведётся во всём температурном диапазоне зоны эксплуатации кабеля (рис.4.6) с интервалом в 10^о при обязательном расчёте величины _х при температуре гололёда (-5^оС).