Контактные сети и ЛЭП

нагрузок и экстремальных температур, то произойдет значительное удорожание проектируемого сооружения. Поэтому в расчетах учитывают только нагрузки, назы-

ваемые нормативными, и те их сочетания, которые имеют определенную по-

вторяемость не реже чем через нормируемое число лет. Считается, что устранение возможных редко встречающихся повреждений некоторых сооружений выгоднее,

чем установление излишних запасов прочности этих сооружений, вызывающих большие дополнительные денежные и материальные затраты.

В зависимости от действующих нагрузок и их повторяемости выбирают также принцип построения расчета. Расчеты на прочность различных сооружений в тече-

ние длительного времени выполнялись по методу допустимых напряжений, при ко-

тором эксплуатационное напряжение в элементах не должно было превышать допу-

стимое, определяемое как частное от деления предельного напряжения (для стали — предела текучести) на выбранный коэффициент запаса прочности (не менее 4). В

качестве предельного принималось временное сопротивление разрыву по диаграмме растяжения.

Метод расчета по предельным состояниям заключается в том, что расчет ведет-

ся не по эксплуатационному, а предельному состоянию, при достижении которого уже невозможна эксплуатация сооружения. Особенностью этого метода является введение взамен одного общего коэффициента запаса нескольких, учитывающих перегрузки, неоднородности материала и условия работы сооружения. Эти коэф-

фициенты определяются статистическими методами по данным экспериментов с натурными изделиями. Если такие коэффициенты неизвестны, то расчет ведут по допустимым напряжениям. Поэтому провода, изоляторы, а также арматуру контакт-

ных сетей и ВЛ рассчитывают по допустимым напряжениям, а опорные, поддержи-

вающие и другие строительные конструкции — по предельным состояниям.

Наибольшие нормативные значения скорости ветра и толщины стенки гололеда в соответствии с ПУЭ определяют из их повторяемости 1 раз в 10 лет (для ВЛ 500 кВ

— 1 раз в 15лет).

2.2. Нагрузка от веса провода

Вес провода является вертикальной и постоянно действующей нагрузкой. Ин-

тенсивность этой нагрузки определяется линейной плотностью провода, которая представляет собой массу провода, распределенную на длине 1 м. Вес единицы дли-

ны 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,

У многопроволочных проводов длина проволок превышает длину самого про-

вода, поэтому его погонная нагрузка примерно на 2,5 % больше, чем у однопрово-

лочного с такой же площадью сечения, т.е.

где ρa, ρc, Sa, Sc — плотности и площади сечений соответственно алюминиевой и стальной частей провода.

Струновые зажимы и детали различного назначения учитывают в виде допол-

нительной 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 сменя-

ется похолоданием, в туманную погоду или при выпадении переохлажденного до-

ждя. Различают три основных вида гололедных образований: гололед, представля-

ющий 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 образова-

ний 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 плот-

ности образований определяют как среднее по всем случаям наблюдении. При фор-

ме 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 ме-

теостанций и климатологических справочников данные определяются по специаль-

ным 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 образо-

ваний 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

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 наблю-

дений в горной и пересеченной местностях, т.к. должно быть учтено влияние релье-

фа 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 умно-

При незащищенной от ветра открытой ровной поверхности kв = 1,1, а при за-

щищенной (лес, здания, постройки высотой, большей высоты подвеса провода) kв

= 0,8.

Расчет гололедной нагрузки. Нагрузка от гололеда действует как сила тяже-

сти, вертикальная по направлению, кратковременная — по сроку действия.

Интенсивность гололедной на грузки на провод. кН/м, (см. рис. 2.2) определя-

ется по формуле

где b' = b kд kв — толщина корки льда с учетом диаметра провода и высоты его рас-

положения, 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 голо-

ледной нагрузки диаметр контактного провода определяют как среднее между его высотой и шириной.

2.4. Ветер и ветровые нагрузки

Определение исходных данных по ветру. Причиной ветра является переме-

щение воздушных масс из мест с большим давлением в места с уменьшенным. Это связано с нагревом земной поверхности солнечным излучением.

История измерений параметров ветра на метеостанциях насчитывает несколько веков. Долгое время проводилось визуальное бесприборное измерение скорости по

12-балльной шкале Бофорта (1 балл — тихое дуновение... 7 баллов — двигаются стволы деревьев и т.д.). Затем в качестве приборов стали применяться флюгеры Вильдта, анемометры и анемографы. Для определения направления ветра в метео-

рологии используется система румбов на компасе (16 угловых единиц по различ-

ным направлениям сторон света), при этом главные румбы соответствуют сторонам света: С, Ю, В, 3 или N, S, О, W. По результатам этих измерений определяется так-

же векторная диаграмма — роза ветров, наглядно изображающая распределение ветров того или иного направления в определенном пункте в течение года (или дру-

гого отрезка времени).

В современных условиях определяются как абсолютная максимальная скорость ветра, так и его скорость при минимальной температуре и гололеде, данные о кото-

рых необходимы для расчетов ветровых нагрузок.

Получить данные при отсутствии метеостанций можно по картам СНИПов, на которых нанесены зоны для районов страны < разными скоростями ветра.

Структура воздушных течений зависит от их скорости. Параллельными эти те-

чения бывают только при малых скоростях. При увеличении скоростей возникают сложные вихревые движения которые определяются неровностями земной поверх-

ности и различием температуры соседних масс воздуха. По этой причине скорость ветра не может быть постоянной, он дует порывами. Толчки ветра по времени не-

продолжительны — обычно 0,5—2,0 с, причем они изменяются по скорости и направлению. Следовательно, когда на основании каких-либо источников получена средняя скорость ветра, то нужно иметь в виду, что скорость потока в отдельные моменты времени может ее превышать. Колебания скорости ветра характеризует коэффициент порывистости kпор , равный отношению наибольшей скорости при по-

рывах к средней за некоторый промежуток времени. Наблюдения показывают, что kпор уменьшается с увеличением средней скорости ветра (рис. 2.3). Пульсации ветра вызывают дополнительную динамическую нагрузку на провода и опорные кон-

струкции. Ранее контактные сети рассчитывали по средней скорости ветра без учета пульсации. Научно-исследовательским институтом транспортного строительства

(ЦНИИСом) проведены исследования влияния пульсации ветра и созданы методы определения нагрузок с их учетом.

Скорости ветра являются случайными величинами и могу характеризоваться кривыми распределения. Для расчета устройств контактной сети принимают ско-

Рис. 2.3. Зависимость коэффициента порывистости kпор от средней скорости ветра v

рость ветра с повторяемостью 1 раз в 10 лет. Значения скоростей ветра также уточ-

няют с учетом условий расположения ВЛ на конкретной территории в защищенных и незащищенных местах, кроме того, корректируют ветровой напор с учетом поры-

вистости. Рельеф местности определяет расположение ВЛ в так называемых ветро-

вых трубах (с увеличенной скоростью ветра) или в аэродинамической тени (с

уменьшенной скоростью ветра). Обычно ветер наибольшей интенсивности на-

блюдается при температуре +5 ° С.

Нормативную ветровую нагрузку принято представлять в виде суммы двух со-

ставляющих: статической рc и динамической рд. Исходным понятием при определе-

нии статической составляющей ветровой нагрузки является равномерное постоян-

ное перемещение воздушной массы и, как следствие, постоянное скоростное давле-

ние (напор). При отсутствии данных местных метеостанций скоростной напор и скорость ветра определяются по картам районирования территории СНГ по норма-

тивным скоростным давлениям (скоростным напорам) или скоростям ветра (рис. 2.4, табл. 2.1).

При пользовании картами районирования для полосы шириной 100 км, при-

легающей к границе районов, следует принимать большие значения скоростей или давлений.

Расчет ветровой нагрузки. Нагрузка от ветрового воздействия, восприни-

маемая поверхностью, перпендикулярной направлению ветра, является горизон-

тальной и определяется по формуле, кН,

pвт=схq0S.

Таблица 2.1.

Нормативное скоростное давление и скорость ветра на высоте 10 м от земли (повторяемость 1 раз в 10 лет)

При определении ветровой нагрузки на опору коэффициент сх принимают рав-

ным 0,7 для цилиндрических и 1,4 — для плоских опор. Ветровую нагрузку на ре-

шетчатые опоры определяют для площади элементов передней фермы и умножают на 1,5 для учета воздействия ветра на заднюю ферму.

Рис. 2.4. Карта районирования территории СНГ по скоростным давлениям (напорам) ветра