МЧ_z.pptx
- Количество слайдов: 97
ОСНОВИ ПРОЕКТУВАННЯ МЕХАНІЧНОЇ ЧАСТИНИ ЛІНІЙ ЕЛЕКТРОПЕРЕДАЧ
Рекомендована література • Крюков К. П. , Новгородцев Б. П. Конструкции и механический расчет линий электропередачи
ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО КОНСТРУКТИВНЕ ВИКОНАННЯ ПОВІТРЯНИХ ЛІНІЙ ЕЛЕКТРОПЕРЕДАЧІ Лінією електропередачі називають електроустановку, призначену для передавання електричної енергії на віддалену відстань 90% - повітряні лінії, виконанні неізольованими проводами, які знаходяться на відкритому повітрі під активним впливом оточуючого середовища.
Вимоги до конструктивного виконання ПЛЕП • Забезпечення необхідної пропускної здатності лінії • Забезпечення електричної міцності конструкції лінії • Забезпечити надійність та механічну міцність конструкції повітряної лінії • Забезпечення безпеки експлуатації повітряної лінії • Забезпечення економічності конструкції лінії
Конструктивні елементи ПЛЕП • • • струмоведучі проводи; опори; ізолятори; лінійна арматура; грозозахисні троси; фундаменти опор
Вимоги до конструктивного виконання проводів ПЛЕП • забезпечення високої електричної провідності; • забезпечення високої механічної міцності; • забезпечення високої корозійної стійкості; • забезпечення економічності конструкції.
Матеріали, які використовують для виконання проводів ПЛЕП • Мідь. Питомий омічний опір 0, 0178 Ом м/мм 2, граничний опір на розрив досягає 360 МПа. Однак мідь це дефіцитний дорогий матеріал. • Алюміній. Питомий омічний опір 0, 0283 Ом м/мм 2, граничний опір на розрив 150 -160 МПа. • Сталь. Питомий омічний опір 0, 13 Ом м/мм 2, граничний опір на розрив досягає 540 МПа. Додаткові недоліки – корозийність та нелінійність
Однопроволочні та багатопроволочні проводи Однопроволочний провід складається з однієї круглої проволоки ПУЕ регламентує використання однопроволочних проводів діаметром не менше 4 мм, але не більше 5 мм.
Однопроволочні та багатопроволочні проводи Багатопроволочні проводи складаються із звитих між собою окремих проволок
Сталеалюмінієві проводи Для забезпечення високої механічної міцності проводи повітряних ліній зазвичай виконують із осереддям з оцинкованих сталевих проволок. Такі проводи називають сталеалюмінієвими
Порожнисті проводи
Проводи, суміщені із оптоволоконним кабелем
Вимоги до конструктивного виконання опор ПЛЕП • забезпечення нормованих габаритних відстаней; • Забезпечення нормованих ізоляційних проміжків • забезпечення високої механічної міцності; • забезпечення високої корозійної стійкості; • забезпечення економічності конструкції.
Залізобетонні опори Простота виготовлення, дешевизна та простота обслуговування. Разом з велика вага опор та труднощі, пов’язані із транспортуванням.
Металеві опори баштового типу Дорожчі за залізобетонні, потребують регулярного обслуговування. Проте таки опори складаються з окремих елементів, які збирають на місці монтажу, що дозволяє створювати конструкції будь-якої необхідної форми.
Багатогранні металеві опори Виконані в габаритах залізобетонних опор із гнутого металу. Такі опори характеризуються простотою виготовлення та монтажу, компактністю, малою вагою тощо.
Класифікація опор за призначенням - Проміжні опори встановлюють на прямих ділянках повітряних ліній. Такі опори призначені для підтримки проводів повітряної лінії з метою забезпечення нормованих габаритних відстаней між проводами лінії та землею. - Анкерні опори призначені для натягування проводів повітряної лінії з метою забезпечення нормованих значень тяжіння в матеріалі проводів лінії. Анкерні опори встановлюють на кінцях лінії, на кутах поворотів, на прямих, обмежуючі анкетовані ділянки, а також в місцях, передбачених нормами проектування лінії, наприклад, обмежуючі перехід лінії через електрифіковану залізницю.
Спеціальні типи опор - кінцеві опори, які встановлюють на кінцях повітряної лінії; - кутові опори, які встановлюють на кутах поворотів лінії; - відпайкові опори, для створення вузлів робочої схеми електричної мережі без застосування розподільчих пристроїв; - транспозиційні опори для зміни чергування фазних проводів лінії у просторі; - перехідні опори для виконання переходів через водні простори
Ізолятори призначені для ізоляції проводів повітряної лінії, які знаходяться під дією високої напруги, від металевих елементів конструкцій опор. Основна особливість ізоляторів повітряних ліній полягає в тому, що вони випробують одночасну дію високої електричної напруги та великих механічних навантажень. Це визначає основні вимоги до конструктивного виконання ізоляторів повітряних ліній. До таких вимог відносять високу електричну та механічну міцність, стійкість до впливів оточуючого середовища, зручність експлуатації та економічність.
Штирові ізолятори призначені для використання лініях електропередачі розподільчих мереж напругою до 35 к. В. Такі ізолятори виготовляють з фарфору або з електротехнічного скла.
Підвісні ізолятори використовують в лініях електропередачі напругою 35 к. В та вище. Такі ізолятори поділяють на гірлянди тарілчастих ізоляторів та на стрижневі ізолятори.
Тарілчасті ізолятори Гірлянди ізоляторів збирають з тарілчастих ізоляторів, виготовлених з фарфору або загартованого скла.
Стрижневі ізолятори виготовляють з однонаправлених полімерів. Такі ізолятори дорожче за гірлянди тарілчастих ізоляторів. Проте вони характеризуються кращими електрофізичними властивостями та значно меншою вагою
Лінійна арматура Для монтажу повітряних ліній електропередачі використовують спеціальну лінійну арматуру. За своїм призначенням її поділяють на групи: • Зчеплювальна арматура, призначена для закріплення проводів до гірлянд ізоляторів, або гірлянд ізоляторів до траверс опор. • З’єднувальна арматура, призначена для з’єднування окремих частин проводу під час монтажу. • Захисна арматура, призначена для забезпечення нормованих відстаней між проводами розщепленої фази, для захисту проводів повітряної ліній від вібрації, для вирівнювання електричного поля навколо гірлянд ізоляторів, для захисту ізоляторів від птахів тощо.
ДЕЯКІ ВИЗНАЧЕННЯ КОНСТРУКТИВНОГО ВИКОНАННЯ ПОВІТРЯНИХ ЛІНІЙ ЕЛЕКТРОПЕРЕДАЧ
Анкерний прогін
Визначення • Ділянку між суміжними анкерними опорами називають анкерованою ділянкою, або анкерним прогоном. • Ділянку між суміжними опорами будь-якого типу називають прогоном. Довжину прогону визначають як відстань по горизонталі між суміжними опорами. • Габаритом називають відстань по вертикалі між нижнім проводом в прогоні та землею або інженерною спорудою під лінією електропередач
Стріла провисання Стрілою провисання називають відстань по вертикалі між прямою, яка поєднує точки закріплення проводів на суміжних опорах та проводом у середині прогону. ПУЕ наводять некоректне визначення стріли провисання як відстані по вертикалі між точкою закріплення та нижньою точкою провисання проводу в прогоні. Таке визначення є окремим випадком загального визначення за умови закріплення проводів на суміжних опорах на однакових відмітках над землею.
Характеристика кліматичних умов роботи повітряних ліній електропередавання Повітряні лінії електропередавання знаходяться під постійним активним впливом довкілля. Це визначає зміну механічних навантажень та впливів на конструктивні елементи повітряних ліній внаслідок зміни кліматичних умов в районі траси лінії Найбільший вплив на повітряні лінії чинять наступні кліматичні фактори: • температура оточуючого повітря, • навантаження від тиску вітру, • навантаження від маси ожеледі • галопування проводів та тросів • атмосферні грозові перенапруги
Вплив температури Температура оточуючого повітря змінюється протягом року в дуже широкому діапазоні. Тут, внаслідок теплового лінійного розширення, в режимах найбільших температур провід удовжується, механічне напруження в його матеріалі зменшується, а стріла провисання збільшується. За таких умов можливе порушення нормованої габаритної відстані між проводом лінії та землею, або перехрещуваною інженерною спорудою. Навпаки, в режимах найнижчих температур довжина проводів скорочується, механічне напруження в його матеріалі збільшується, а стріла провисання зменшується. За таких умов механічне напруження в матеріалі проводу може перевищіти свої гранично допустимі значення.
Характеристики кліматичних умов за температурою 1. Максимальна температура (t+) – максимальна півгодинна температура, зафіксована метеостанцією в районі траси лінії. 2. Мінімальна температура (t–) – мінімальна півгодинна температура. 3. Середньорічна температура (tе) – середньозважена за тривалістю температура протягом року в районі траси лінії. 4. Температура під час ожеледі (tож) – відповідає режиму утворення відкладень ожеледі на конструктивних елементах повітряної лінії. Зазвичай дорівнює – 5 о. С. 5. Температура під час максимального вітру (tв) – відповідає режиму найбільшої швидкості вітру. Зазвичай дорівнює температурі під час ожеледі. 6. Температура грозового періоду (t+15) – температура, за якої найбільш ймовірні атмосферні перенапруги. Зазвичай дорівнює +15°С.
Кліматичне районування України за максимальною температурою
Кліматичне районування України за мінімальною температурою
Кліматичне районування України за середньорічною температурою
Вплив вітру Тиск вітру на конструктивні елементи повітряних ліній створює горизонтальні механічні навантаження на них. Під час проектування повітряних ліній враховують такі вітрові навантаження: • навантаження від максимального тиску вітру на всі елементи повітряної лінії без ожеледі; • навантаження від тиску вітру на крупногабаритні елементи повітряної лінії; • навантаження від тиску вітру під час ожеледі на проводи, троси та елементи опор кругового поперечного перерізу діаметром до 70 мм.
Кліматичне районування України за тиском вітру
Кліматичне районування України за тиском вітру під час ожеледі
Вплив ожеледі Відкладення ожеледі, паморозі і мокрого снігу задають додаткові механічні навантаженяя, які призводять до збільшення механічного напруження в матеріалі проводів та тросів, а також до збільшення стріл провисання
Кліматичне районування України за характеристичними значеннями ожеледі
Вібрація проводів Амплітуда коливань 2 - 35 мм Довжина хвилі 1 - 10 м Спостерігається за швидкості вітру від 0, 6 – 0, 8 м/с до 10 – 12 м/с Довжина прогону – 120 м та більше
Галопування проводів Амплітуда коливань 12 - 14 м Довжина хвилі сумірна із довжиною прогону
Заходи боротьби з вібрацією та галопуванням проводів - Підсилення проводу у місцях закріплення - Застосування гасників вібрації - Застосування спеціальних типів опор
Кліматичне районування України за інтенсивністю галопування проводів
Тяжіння та напруження Тяжіння – сила, направлена на розтягування проводу Напруження – відношення тяжіння до перерізу проводу
Закон Гука визначає зміну довжини проводу через пружне розтягування
Теплове здовження проводів
Метод допустимих напружень Гранично допустимі напруження встановлено для режимів короткочасних (наприклад, мінімальних температур) та довготривалих навантажень (наприклад, експлуатаційний)
1. Навантаження від власної ваги
2. Навантаження від ваги ожеледі Товщину стінки ожеледі визначають на металевому стрижні діаметром 10 мм на висоті 10 м над поверхнею землі
2. Навантаження від ваги ожеледі Період повторюваності, років 5 10 15 Коефіцієнт надійності за вагою ожеледі 0, 4 0, 6 0, 7 Висота hзв, м k 5 10 20 30 50 70 100 0, 8 1, 0 1, 2 1, 4 1, 6 1, 8 2, 0 25 30 0, 85 Діаметр провода або троса, мм до 5 5 10 20 30 50 70 50 1, 25 1, 53 1, 1 1, 0 0, 9 0, 8 0, 7 0, 6 500
3. Навантаження від ваги проводу, покритого ожеледдю
4. Навантаження від тиску вітру В загальному випадку де Cx – коефіцієнт лобового опору; r – густина повітря; v – швидкість вітру; S – площа проекції поверхні; j – кут між напрямом вітру та поверхнею
4. Навантаження від тиску вітру швидкісний натиск вітру, або характеристичне значення вітрового тиску
4. Навантаження від тиску вітру для проводів і тросів діаметром від 20 мм для проводів і тросів діаметром до 20 мм, а також проводів і тросів будь-якого діаметру, покритих ожеледдю
4. Навантаження від тиску вітру Період повторюваності, років 5 10 15 25 30 50 150 500 Коефіцієнт надійності за максимальним тиском вітру 0, 6 0, 7 0, 87 0, 9 1, 0 1, 25 1, 45 коефіцієнт, який враховує нерівномірність поривів вітру за довжиною прогону Довжина прогону, м до 50 Коефіцієнт довжини прогону 1, 2 від 50 до 800 більше 800 0, 85
4. Навантаження від тиску вітру Номограма для визначення коефіцієнта висоти зведеного центру ваги
5. Навантаження від тиску вітру на проводи, вкриті ожеледдю Період повторюваності, років 5 10 15 25 30 50 150 500 Коефіцієнт надійності дії вітру на провід, вкритий ожеледдю 0, 45 0, 61 0, 71 0, 83 0, 88 1, 0 1, 26 1, 55
6. Сумарне навантаження від ваги проводу та тиску вітру
7. Сумарне навантаження від ваги проводу, вкритого ожеледдю та тиску вітру
Режим максимальних навантажень Відповідно до співвідношення механічних навантажень від ваги ожеледі та тиску вітру найбільшого значення можуть набувати питомі навантаження від ваги проводу і тиску вітру (g 6) або навантаження від ваги проводу, покритого ожеледицею і тиску вітру (g 7). Режим, в якому спостерігаються найбільші механічні навантаження (максимального вітру або вітру під час ожеледі) називають режимом максимальних навантажень.
Спрощена модель кривої провисання проводу у прогоні
Стріла провисання Стрілою провисання називають відстань по вертикалі між прямою, яка поєднує точки закріплення проводів на суміжних опорах та проводом у середині опори. За умови однакових відміток закріплення проводів на суміжних опорах стрілою провисання є відстань по вертикалі між точкою закріплення проводу на опорі та нижньою точкою провисання проводу.
Основне рівняння стану проводу у прогоні
Вихідний режим Відповідно до методу допустимих напружень вихідний режим слід обирати серед трьох можливих: 1) 2) 3) режиму мінімальних температур; режиму максимальних навантажень 2 а) вітру під час ожеледі; 2 б) максимального вітру; експлуатаційного режиму.
Для нескінченно малого прогону Основне рівняння стану проводу у прогоні Якщо Механічне напруження визначається лише температурою та набуває найбільших значень в режимі мінімальних температур
Для нескінченно великого прогону Якщо Механічне напруження визначається лише механічними навантаженнями та набуває найбільших значень в режимі найбільших навантажень
2 -й критичний прогін I – режим мінімальної температури ІІ – режим максимальних навантажень
1 -й критичний прогін I – режим мінімальної температури ІІ – експлуатаційний режим
3 -й критичний прогін I – середньоексплуатаційний режим ІІ – режим максимальних навантажень
Визначення вихідного режиму
Визначення вихідного режиму
Визначення вихідного режиму
Визначення вихідного режиму
Визначення вихідного режиму
Розрахункові кліматичні режими Навантаження від вітру Наватаження від ожеледі Температура максимальне під час ожеледі максимальне tож – максимальне tож максимальне – tож – – t+ – – t– VI. Експлуатаційний – – te VII. Грозового періоду – – +15 C Режим І. Вітру під час ожеледі ІІ. Максимальної ожеледі ІІІ. Максимального вітру IV. Максимальної температури V. Мінімальної температури
Систематичний розрахунок 1) Визначення механічного напруження в матеріалі проводу 2) Визначення стріли провисання
Критична температура – температура, за якої стріла провисання така сама, що й за максимальної ожеледі
Зведений прогін Після монтажу проводів гірлянди ізоляторів на прміжних опорах та самі опори під впливом незрівноважених горизонтальних складових тяжінь відхиляються та на всій анкерованій ділянці встановлюється однакове зведене напруження в матеріалі проводів. Такому тяжінню відповідає зведений прогін
Монтажні графіки та таблиці Монтаж проводів повітряної лінії виконують в широкому діапазоні температур оточуючого середовища. Тому під час виконання таких робіт корисно мати певним чином оформлені залежності стріл провисання від температури для всіх прогонів повітряної лінії. Залежність стріл провисання від температури є практично лінійною. Результати розрахунків монтажних стріл провису представляють у вигляді табиць або графіків.
Монтажні графіки
Монтажні таблиці
АВАРІЙНИЙ РЕЖИМ ПОВІТРЯНОЇ ЛІНІЇ Аварійним режимом повітряної лінії електропередавання називають режим, обумовлений обривом одного або декількох фазних проводів або грозозахисних тросів
АВАРІЙНИЙ РЕЖИМ ПОВІТРЯНОЇ ЛІНІЇ 1. Через однобічне тяжіння проводів та тросів порушуються умови рівноваги сил, які діють на конструктивні елементи опор повітряних ліній. Це призводить до виникнення вигинаючих моментів. 2. Через однобічне тяжіння проводів та тросів спостерігається відхилення гірлянд ізоляторів у бік вцілілих прогонів. Це призводить до зменшення довжин прогонів та механічного напруження в матеріалі проводів та тросів, збільшення стріл провисання та зменшення габаритних відстаней між проводом та землею або інженерною спорудою.
РЕДУКЦІЯ Зміну тяжіння у матеріалі проводу через переміщення однієї з точок його закріплення, тобто через зміну довжини прогону, називають редукцією. Усталене значення тяжіння у проводі внаслідок редукції називають редукованим. Коефіцієнт, який дорівнює відношенню редукційного тяжіння до тяжіння в нормальному доаварійному режимі називають коефіцієнтом редукції.
Поздовжній профіль траси лінії являє собою образ вертикального розрізу вздовж траси лінії, побудований на підставі результатів топографічних вимірювань. Такий профіль використовують для розташування опор вздовж траси лінії і перевірки дотримання вертикальних габаритних відстаней між проводами лінії і землею або інженерними спорудами. Для зображення поздовжнього профілю використовують горизонтальний масштаб 1: 5000 і вертикальний масштаб – 1: 500. У деяких випадках, наприклад, у разі розроблення конструкції переходу через інженерні споруди, профіль креслять у більш детальних масштабах – 1: 2000 по горизонталі і 1: 200 по вертикалі.
Поздовжній профіль траси
ВИМОГИ ЩОДО РОЗТАШУВАННЯ ОПОР Під час розташування опор за профілем траси, потрібно враховувати наступні вимоги 1. Відстані від проводів до землі і перехрещуваних інженерних споруд не повинні бути меншими від нормованих. 2. Вертикальні навантаження на конструктивні елементи опор не мають перевищувати гранично допустимих значень 3. Горизонтальні навантаження на конструктивні елементи опор не мають перевищувати гранично допустимих значень
Габаритний прогін – найбільша можлива відстань між суміжними опорами, розташованими на ідеально рівній місцевості, за умовами забезпечення нормованих габаритних відстаней між нижнім проводом та землею
Ваговий прогін – найбільша допустима відстань між нижніми точками провисання проводів в прогонах, суміжних з опорою, за умовами забезпечення нормативних вертикальних навантажень на траверси опори від ваги закріплених проводів
Вітровий прогін – найбільша допустима відстань між серединами прогонів, суміжних з опорою, за умовами забезпечення нормативних горизонтальних навантажень на траверси опори від тиску вітру на закріплені проводи та троси
Розбивний шаблон являє собою три криві (параболи), які відповідають кривій максимального провисання проводу, зміщені одна від одної по вертикалі на певну величину 1 – крива провисання 2 – габаритна крива 3 – земляна крива
Розташування опор вздовж траси лінії
Вимоги щодо розташування опор Під час розташування опор за профілем траси, потрібно враховувати дві основні умови. 1. Відстані від проводів до землі і перехрещуваних інженерних споруд не повинні бути меншими від нормованих. 2. Механічне навантаження в матеріалі проводів і тросів має не перевищувати гранично допустимих значень. На ідеально рівній місцевості опори можна встановлювати на відстанях одна від одної, які дорівнюють габаритному прогону. Однак у практиці проектування повітряної лінії такої ідеально рівної місцевості у районі траси лінії фактично немає. Тому у звичайних умовах нерівномірного профілю опори розташовують за допомогою розбивного шаблона.
Розбивний шаблон являє собою три криві (параболи), які відповідають кривій максимального провисання проводу, зміщені одна від одної по вертикалі на певну величину 1 – крива провисання 2 – габаритна крива 3 – земляна крива
Розташування опор вздовж траси лінії
Перевірка опор на виривання
Заходи щодо запобігання виривання опор • Ослаблення тяжіння проводу • Підвішування додаткового вантажу на гірляндах ізоляторів нижньої опори • Застосування понижених верхніх та/або підвищеної нижньої опори • Заміна нижньої опори на анкерного типу