1.16. Механические нагрузки проводов и тросов

Удельные нагрузки , Н/(ммм²), на провода и тросы учитывают механические силы массы проводов и гололедных образований, а также давление ветра на провода без гололеда или с гололедом. Удельные нагрузки относятся к единице длине и единице поперечного сечения провода или троса и применяются во всех расчетах конструктивной части ВЛ в качестве исходных величин. При определении удельных весовых нагрузок проводов (тросов) осуществляется переход от массы 1м провода и (массы осевшего гололеда) к механической силе умножением на ускорение свободного падения.

Выведем формулы для определения удельных нагрузок проводов.

Нагрузки от массы провода

Удельная нагрузка от массы провода зависит от его материала и конструкции и равна, Н/м³:

или , гдеG – масса 1м провода, кг; F – расчетное (действительное) сечение всего провода, в отличие от номинального сечения, учитываемого при электрических расчетах, мм²; g=9,8м/с² – ускорение свободного падения тела.

Во всех дальнейших расчетах для упрощения будем принимать g, имея в виду допускаемую неточность в пределах до 2%.

Нагрузка от массы гололеда

При определении нагрузки от массы гололеда все виды обледенения приводят к чистому гололеду цилиндрической формы с объемной массой 0,9г/см³ и считают, что стенка гололеда вокруг провода диаметром d имеет повсюду одинаковую толщину b (рис. 15-1). Удельная нагрузка от массы гололеда определяется как массаG пустотелого цилиндра гололеда, деленная на поперечное сечение провода.

Объем гололеда на проводе длиной 1м составляет (см³):

,

где b и d даны в миллиметрах.

Соответственно масса гололеда, кг, на проводе

,

где g₀= - объемная масса гололеда, принимаемая одинаковой для всех районов.

Отсюда удельная нагрузка от гололеда, Н/м³,

(15-2)

Нагрузка от массы провода и гололеда

Эти нагрузки действуют в одном вертикальном направлении и поэтому складываются арифметически:

(15-3)

Нагрузка от давления ветра

Давление ветра, направленного горизонтально под углом 90⁰ к поверхности провода, определяется по формуле:

,

где Q=- скоростной напор ветра, Н/м²; - скорость ветра, м/с;a – коэффициент, учитывающий неравномерность скорости ветра по длине пролета; величину а принимают в зависимости от скоростного напора ветра Q:

Скоростной напор ветра Q, Н/м²…до 270 400 550 700 и более

Коэффициент а ………………………. 1 0,85 0,75 0,70

с_х – аэродинамический коэффициент, равный 1,1 для проводов диаметром 20мм и более и 1,2 – для проводов диаметром до 20мм, а также для всех проводов, покрытых гололедом; F – площадь диаметрального сечения провода, м².

Давление ветра на 1м длины провода диаметром d, мм можно подсчитать по формуле:

,

а удельную нагрузку, Н/м³, от ветра на провод, свободный от гололеда, - по формуле

С появлением гололеда поверхность провода, на которую давит ветер, увеличивается. Удельная нагрузка в этом случае, Н/м³:

Суммарные нагрузки

Для определения результирующих (суммарных) нагрузок на провод надо найти геометрическую сумму действующих на него вертикальных и горизонтальных нагрузок.

Так, суммарная удельная нагрузка на провод от его массы и давления ветра на провод (рис.15-2) равна:

(15-6)

Суммарная удельная нагрузка на провод от массы провода, массы гололеда и давления ветра (рис.15-3) составляет:

Расчетные значения толщины стенки гололеда определяются по следующему выражению:

b_r=b_r.иkk

где_. b_r.и - нормативная толщина стенки гололеда по табл., мм; - коэффициент, учитывающий отличие действительного диаметра провода (троса) от 10мм;

- поправочный коэффициент на высоту расположения над поверхностью земли общего (приведенного) центра тяжести всех проводов или отдельно тросов рассматриваемого анкерованного участка линии (или линии в целом), учитываемый при ;- высота расположения приведенного центра тяжести проводов в габаритном пролете, м;

- средняя высота крепления проводов (тросов) к изоляторам (опоре), м;

- наибольшая стрела провеса проводов, м.

Расчетные значения скоростного напора ветра определяются на основе данных и норм по выражению:

,

где q_vИ – нормативный скоростной напор ветра по табл., Па;

- поправочный коэффициент на высоту подвески проводов (тросов), учитываемый при .

Коэффициент неравномерности распределения скоростного напора по пролету ВЛ в табл. принимается по равным: 1,0 приq_vИ 270Па и 0,7 при q_vИ 745Па. В диапазоне 270-745Па