(5 оценок, среднее: 4,80 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Проектирование механической части воздушной линии электропередачи напряжением 220 кВ
ВВЕДЕНИЕ
Воздушные линии электропередач 220 кВ в основном служат для связи между электростанциями, крупными потребителями и районными электрическими сетями. Основными элементами воздушных линий являются провода, изоляторы, линейная арматура, опоры и фундаменты.
Цель данной дипломной работы состоит в том, чтобы спроектировать механическую часть воздушной линии электропередачи напряжением 220 кВ, которая состоит из металлических опор с перекрёстной решёткой, проводов марки АС 400/51 и троса марки ТК 11, и находящаяся в следующих климатических условиях:
район по ветру — II;
район по гололёду — II.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить ряд задач:
систематический расчет проводов и грозозащитного троса;
расстановка опор по профилю трассы;
построение монтажных кривых;
расчет нагрузок, действующих на опору в нормальном и аварийном режимах;
выбор площади поперечного сечения элементов металлической опоры;
выбор фундамента, для проектируемой опоры;
оценка массы опор;
расчет основных технико-экономических показателей, при проектировании воздушной линии электропередачи.
В данной работе, также, представлена техника безопасности при раскатке и соединении проводов воздушной линии электропередачи. После всех расчётов нужно проанализировать полученные результаты и сделать соответствующие выводы.
1. РАСЧЕТ ПРОВОДОВ И ГРОЗОЗАЩИТНЫХ ТРОСОВ
1.1 Систематический расчет проводов воздушной электропередачи
Главной целью систематического расчёта является построение зависимостей изменения напряжения в проводе от длины пролёта и стрелы провеса от длины пролёта . Эти зависимости находят для определённых расчётных сочетаний климатических условий, приведенных в таблице 1.1.
Таблица 1.1 — Расчётные сочетания климатических условий
Расчётные режимы
Расчетная удельная нагрузка
Сочетания климатических условий
температура
наличие гололеда
ветровая нагрузка
1
tmax
0
0
2
t-
0
0
3
tэ
0
0
4
t= -5°C
0
qmax
5
t= -5°C
bmax
0
6
t= -5°C
bmax
0,25qmax
7
t= 15°C
0
q=6,25 даН/м2
Напряжение в материале провода определяем по основному уравнению состояния провода в пролёте [1, стр.67]:
, (1.1)
где — длина пролёта, соответствующая данной расчётной точке, м;
— напряжение в материале провода в соответствующем расчётном режиме при выбранной длине пролёта, даН/мм2;
— удельная нагрузка в расчётном режиме, для которого производится определение стрелы провеса.
— допустимое напряжение в материале провода для соответствующего расчётного режима, даН/мм2;
— удельная механическая нагрузка на провод соответствующего расчётного режима, даН/м•мм2;
— температура воздуха окружающей среды в различных климатических условиях, °C;
где — коэффициент упругого удлинения провода, ;
E — модуль упругости сталеалюминевого провода,
— коэффициент температурного расширения провода,.
Стрела провеса для каждого расчётного климатического условия определяется следующим образом [1, стр.67]:
, (1.2)
Для дальнейшего расчёта необходимо задаться некоторыми данными.
Исходя из задания по дипломному проектированию:
— материал опор — металл;
— площадь поперечного сечения проводов — АС 400/51;
— район по ветру II;
— район по гололеду II.
Согласно [2]:
— толщина стенки гололёда: b=15 мм, принимаемая в зависимости от климатического района по гололёду и номинального напряжения линии. Исходя из этого принимаем расположение проводов на опоре — треугольником, так как b<20мм, [2, таблица 2.5.3, стр.355];
— скоростной напор ветра: q=50 , принимаемый в зависимости от климатического района по ветру [2, таблица 2.5.1, стр.352].
Согласно [1, таблица П4.1, стр.550]:
— площадь поперечного сечения соответственно алюминиевой и стальной части провода АС 400/51: Fа=394 мм2 и Fс=51,5 мм2;
— диаметр провода АС 400/51: d=27,5 мм;
— вес 1 м провода АС 400/51: G0=1,49даН/м.
Согласно [1, стр.362], рекомендуемая высота унифицированных опор линий электропередач до нижней траверсы составляет 25 метров для одноцепных опор линий напряжением 220 кВ. По [1, стр.66] допустимое расстояние от провода до земли для линий напряжением 220 кВ hдоп=7 м и длина гирлянды изоляторов л = 2 м.
Определим значения габаритного, весового и ветрового пролётов, используемых для вычисления вертикальных и горизонтальных нагрузок, воздействующих на конструкцию опоры. Для этого необходимо рассчитать удельные механические нагрузки на провода.
Удельная нагрузка от собственного веса провода:
(1.3)
.
Удельная нагрузка от веса гололёда на проводе:
(1.4)
.
Суммарная удельная нагрузка от веса провода с гололёдом:
, (1.5)
.
Найдём допустимую стрелу провеса провода (габаритная стрела провеса провода). [1, стр.66]:
fгаб = hн — л — hдоп = 25 — 2 — 7 =16 м, (1.6)
fгаб =25 — 2 — 7 =16 м.
Расчётное температуры, так и в режиме наибольшей гололёдной нагрузки. Для определения режима необходимо определить значение критической температуры в данном климатическом районе, [1, стр.67]:
(1.7)
где — допустимое напряжение в материале провода в режиме наибольших нагрузок, для провода АС 400/51 с отношением А:С = 7,71 [2, таблица 2.5.8, стр.375].
Так как максимальная температура воздуха в данном районе меньше критической, то наибольшая стрела провеса провода имеет место при максимальной нагрузке. Из этого следует, что:
Далее из основного уравнения состояния провода в пролёте определим
(1.8)
где = — удельная механическая нагрузка на провод в режиме максимальной нагрузки,
tГ = -5°С — температура образования гололёда.
(1.9)
(1.10)
(1.11)
Для линии электропередачи напряжением 220 кВ с проводами площадью поперечного сечения 400 мм2 при имеем:
Длина габаритного пролёта, определённая в соответствии с выражением (1.8) будет равна 470,3 м.
Весовой пролёт [1, стр.70] равен:
(1.12)
По полученным длинам габаритного и весового пролёта выберем тип опоры, данные которой будем использовать в дальнейших расчётах. Учитывая, что материал опоры: металл — возьмём опору П 220-3, высота которой H=36,4м, а расстояние между траверсами примем равной 6,4 м по [3, таблица 8.23, стр.414].
Удельная ветровая нагрузка, действующая на провод, не покрытый гололёдом:
(1.13)
где выбор коэффициентов, входящих в данную формулу берётся по [1, стр. 92];
qmax = 50 — максимальный нормативный скоростной напор ветра для II района по ветру;
б = 0,783 — коэффициент, учитывающий неравномерность скоростного напора ветра по длине пролёта при qmax = 50;
Cx = 1,1 — аэродинамический коэффициент лобового сопротивления провода или троса диаметром 20 мм и более, не покрытых гололёдом;
Kl = 1 — коэффициент, учитывающий влияние длины пролёта на ветровую нагрузку при ;
ц — угол между направлением ветра и осью линии, в расчётах принимается равным 90?;
Kв = 1 — коэффициент, учитывающий возрастание скоростного напора ветра по высоте [1, таблица П4.4, стр.552], при:
(1.14)
где hп1 — высота от нижней траверсы опоры до земли, при расположении проводов на опоре треугольником;
hп2 — высота от верхней траверсы опоры до земли;
— расстояние между траверсами.
hп2 = hп1 + А, (1.15)
hп2 = 25+6,4=31,4 м,
.
Удельная ветровая нагрузка, действующая на провод, покрытый гололёдом:
(1.16)
где =1,2 — аэродинамический коэффициент лобового сопротивления провода или троса, покрытого гололёдом [1, стр.95].
.
Результирующая нагрузка от действия собственного веса и ветра на провод, не покрытый гололёдом:
(1.17)
.
Результирующая нагрузка от действия собственного веса и ветра на провод, покрытый гололёдом:
(1.18)
.
Результаты расчета удельных механических нагрузок для провода марки АС 400/51 сведём в таблицу 1.2.
Таблица 1.2 — Удельные механические нагрузки на провод
Удельная нагрузка,
Провод
3,35
4,05
7,4
2,661
0,425
1,938
4,276
3,374
7,65
Для дальнейших расчётов необходимо определить длины критических пролётов. Длина первого критического пролёта — это такая длина, при которой напряжение в материале провода равно допустимому при двух смежных режимах (режима минимальных температур и режима среднегодовых условий).
, (1.19)
где — среднегодовая температура;
— минимальная температура;
и — допустимое напряжение в материале провода соответственно в режиме среднегодовых условий и минимальных температур, =8,4 даН/мм2, =12,6 даН/мм2 [2, таблица 2.5.7, стр. 374].
Тогда длина первого критического пролёта [3, стр.92]:
Длина второго критического пролёта — это пролёт такой длины, при котором напряжение в материале провода равны между собой, как в режиме минимальных температур, так и в режиме наибольших нагрузок. Она определяется по формуле [4, стр.92]:
, (1.20)
где — наибольшая из удельных механических нагрузок, для нашего расчёта .
Тогда длина второго критического пролёта:
Длина третьего критического пролёта — это пролёт такой длины, при котором напряжение в материале провода равны между собой и равны допустимому в режимах наибольших нагрузок и среднегодовых условий. Она определяется по формуле [4, стр.92]:
, (1.21)
,,;
Для наглядности отобразим полученные расчётные интервалы на рисунке 1.1:
Рисунок 1.1 — Расчётные интервалы для провода в режимах минимальной температуры и максимальной нагрузки
Дальнейший расчёт будем вести по следующим длинам пролёта:
L1 = 100 м, L2 = 200 м, L3 = 239,57 м, L4 = 250 м, L5 = 300 м, L6 = 350 м,
L7 = 400 м, L8 = Lгаб=470,3 м.
Для всех последующих режимов и длин пролетов уравнения будут идентичными. Решая уравнения основного состояния провода в пролете (1.1) относительно , получаем результаты систематического расчета, которые сведем в таблицу 1.3. По полученным результатам систематического расчета провода построим зависимости напряжения в материале провода от длины пролета и стрелы провеса от длины пролета, [4, стр.92].
Таблица 1.3 — Результаты систематического расчёта провода
Режимы
L1=100 м
L2=200 м
L3=239,57 м
L4=250 м
, даН/мм2
, м
, даН/мм2
, м
, даН/мм2
, м
, даН/мм2
, м
1
3,585
1,167
5,275
3,173
5,815
4,130
5,797
4,512
2
12,600
0,332
12,600
1,328
12,600
1,906
12,205
2,143
3
6,274
0,667
7,346
2,278
7,736
3,105
7,587
3,447
4
7,840
0,682
9,063
2,359
9,524
3,221
9,377
3,563
5
9,037
1,024
11,511
3,215
12,386
4,287
12,377
4.671
6
9,135
1,047
11,696
3,270
12,600
4,356
12,600
4,744
7
5,191
0,813
6,556
2,573
7,019
3,449
6,923
3,808
1
5,726
6,577
5,677
9,029
5,643
11,865
5,610
16,498
2
10,422
3,613
9,017
5,685
8,047
8,320
7,213
12,832
3
7,012
5,371
6,624
7,738
6,362
10,523
6,123
15,115
4
8,790
5,473
8,370
7,823
8,074
10,592
7,795
15,167
5
12,340
6,747
12,312
9,204
12,290
12,044
12,267
16,680
6
12,600
6,831
12,600
9,297
12,600
12,143
12,600
16,787
7
6,556
5,791
6,308
8,191
6,139
10,994
5,981
15,599
Построенные зависимости представлены на первом листе А1 графической части дипломного проекта.
1.2 Систематический расчет грозозащитного троса
Расчет удельных механических нагрузок для троса ТК 11 производится аналогично расчёту удельных механических нагрузок по проводу по формулам из подраздела 1.1 с учетом подстановки соответствующих коэффициентов для троса. Необходимые исходные данные для троса ТК 11 сведем в таблицу 1.4.
Таблица 1.4 — Исходные данные для троса
Марка троса
Сечение , мм2
Диаметр , мм
Масса , кг/м
ТК 11
72,95
11
0,6274
Для начала расчета, согласно [1, стр.109], необходимо определить высоту приведенного центра тяжести грозозащитного троса, предварительно вычислив удельную нагрузку от собственного веса троса (аналогично (1.3).
(1.22)
где — высота подвеса троса (полная высота опоры).
(1.23)
где — высота верхней траверсы, принимаемая по [5] равной 1,2 м;
— высота тросостойки, принимаемая по [5] раной 3,8 м.
При высоте расположения приведенного центра тяжести проводов (тросов) выше 25 м, поправки на толщину стенки гололеда на проводах и тросах в зависимости от высоты и диаметра проводов и тросов вводится коэффициент kм1т, его соответствии с [1,таблица П.4.3, стр.551]: kм1т = 1,462.
Дальнейший расчет удельных механических нагрузок, действующих на грозозащитный трос, ведем согласно выражениям (1.3 — 1.5; 1,13 — 1,18), подставляя известные данные для грозозащитного троса, (таблица 1.4):
При расчете (1.13) для троса учтем, что:
Кувт=1,494, так как высота подвеса троса равна . Получен на основе метода линейной интерполяции [1, стр.94];
Сх=1,2, при диаметре провода менее 20 мм [1, стр.92].
Результаты расчета удельных механических нагрузок для троса ТК 11 сведем в таблицу 1.5.
Таблица 1.5 — Удельные механические нагрузки на трос
,даН•10-3/(м·ммІ)
1Т
2Т
3Т
4Т
4Т’
5Т
6Т
6Т’
7Т
Трос
8,6
28
36,6
10,6
1,7
16,85
13,6
8,76
40,3
Для дальнейшего продолжения систематического расчёта троса необходимо вычислить длины критических пролетов, используя данные, приведённые в таблице 1.6 [2, таблица 2.5.7 — 2.5.8, стр.375 — 376].
Таблица 1.6 — Параметры грозозащитного троса ТК 11
12
18,5
60,0
42,0
Где — допустимое напряжение в материале троса в режиме среднегодовых условий;
— допустимое напряжение в материале троса в режиме минимальных температур;
— коэффициент температурного расширения троса, ;
— модуль упругости сталеалюминевого троса,
Коэффициент упругого удлинения троса равен:
мм2/даН.
Определим длины критических пролетов. Они определяется по формулам из [4, стр.92].
Длина первого критического пролёта:
, (1.24)
Длина второго критического пролёта:
, (1.25)
где — наибольшая из удельных механических нагрузок, для нашего расчёта .
Длина третьего критического пролёта:
(1.26)
Так как первый критический пролет оказался мнимым [4, таблица 3.3, стр.91], то для длин пролетов в качестве исходного режима следует брать режим среднегодовой температуры: ,,;
при — режим максимальных нагрузок: , ,.
Для наглядности отобразим полученные расчётные интервалы на рисунке 1.2:
Рисунок 1.2 — Расчётные интервалы для троса в режимах среднегодовых условий и максимальной нагрузки
Дальнейший расчёт будем вести по следующим длинам пролёта:
L1= 100 м, L2 = 155,16 м, L3 = 200 м, L4 = 223,64 м, L5 = 300 м, L6 = 350 м, L7= 400 м, L8 = lгаб = 470,3 м.
Напряжения в материале троса определяются аналогично проводу, поэтому результаты систематического расчета троса сведем в таблицу 1.7. По полученным результатам систематического расчета троса построим зависимости напряжения в материале троса от длины пролета и стрелы провеса от длины пролета .
Таблица 1.7 — Результаты систематического расчёта троса
Режимы
L1 = 100м
L2 = 155,16м
L3 = 200м
L4 = 223,64м
, даН/мм2
, м
, даН/мм2
, м
, даН/мм2
, м
, даН/мм2
, м
1
35,470
0,303
35,642
0,726
35,824
1,200
35,931
1,495
2
52,100
0,206
51,943
0,498
51,771
0,830
51,664
1,040
3
42,000
0,256
42,000
0,616
42,000
1,023
42,000
1,279
4
44,617
0,382
45,136
0,909
45,676
1,492
45,993
1,853
5
48,322
0,947
52,475
2,099
56,073
3,265
57,977
3,948
6
49,092
1,026
53,841
2,253
57,879
3,482
60,000
4,199
7
39,830
0,275
39,897
0,661
39,970
1,096
40,013
1,369
1
26,900
3,594
22,408
5,873
19,481
8,824
17,128
13,874
2
39,908
2,423
32,140
4,095
25,919
6,634
20,637
11,515
3
31,608
3,059
25,720
5,117
21,622
7,950
18,332
12,963
4
37,748
4,063
33,261
6,277
29,935
9,109
26,893
14,016
5
57,159
7,206
56,726
9,882
56,371
12,989
55,984
18,080
6
60,000
7,557
60,000
10,286
60,000
13,434
60,000
18,571
7
30,124
3,271
24,767
5,416
21,122
8,294
18,186
13,317
Построенные зависимости представлены на первом листе А1 графической части дипломного проекта.
Определяем допустимое напряжение в материале троса, при котором ещё соблюдается допустимое расстояние между тросом и проводом в середине пролёта [1, стр.66]:
(1.27)
где — расстояние по вертикали между тросом и проводом на опоре;
— наименьшее допустимое расстояние по вертикали между тросом и проводом в середине пролета,= 8 м., согласно [1, стр.95].
— напряжение в проводе в грозовом режиме, при габаритном пролете.
Теперь определяем напряжение в материале троса в грозовом режиме, если в качестве m-ых условий последовательно принимаются режимы минимальных температур, среднегодовых условий и наибольших нагрузок:
— для режима минимальных температур [1, стр.95]:
, (1.28)
.
Методом подбора вычисляем
Аналогичным образом для режима среднегодовых условий даН/мм2, а для режима наибольших нагрузок даН/мм2
Полученные напряжения должны удовлетворять условиям:
(1.29)
Условия выполняются.
При проверке на термическую стойкость сечения троса должно выполнять следующее неравенство[1, стр.96-97]:
, (1.30)
где — продолжительность прохождения тока КЗ, при = 0,15с, при однократном АПВ.
Если ток короткого замыкания будет меньше Iдоп, то грозозащитный трос будет полностью выдерживать нагрузку.
1.3 Построение максимального шаблона и расстановка опор по профилю трассы
Максимальный шаблон необходим для эффективной расстановки опор по трассе, который строится в том же масштабе, что и продольный профиль трассы. Шаблон представляет собой три кривые: кривая провисания провода, габаритная кривая и земляная кривая.
Кривая провисания провода строится на основе формулы стрелы провеса [4, стр.104]:
(1.31)
(1.32)
Удельная нагрузка и напряжение провода принимаются для режима, соответствующего максимальной стреле провеса:
, (1.33)
м.
Из формулы (1.33) видно, что:
Габаритную кривую строим параллельно кривой провисания, отложив от неё по вертикали расстояние, равное допустимому габариту от провода до земли[1, стр.66]. Аналогично строим земляную кривую. Расстояние по вертикали от габаритной кривой до земляной принимаем равным максимальной стреле провеса.
Если опоры ставятся в горной местности, то они (опоры), должны проверяться на вырывание, для чего и строиться минимальный шаблон. Для него:
(1.34)
где — напряжение в материале провода, соответствующее габаритному пролету в режиме минимальных температур.
Результаты расчёта сводим в таблицу 1.8.
Таблица 1.8 — Расчетные точки для построения максимального и минимального шаблона
х, м
0
40
80
120
160
200
235,15
ymax, м
0
0,486
1,943
4,372
7,772
12,143
16,786
ymin, м
0
0,372
1,486
3,344
5,945
9,289
12,841
Вся трасса разбиваются на участки, ограниченные анкерными опорами. Расстановку промежуточных опор производят в каждом анкерном пролете независимо от других анкерных пролетов. При помощи максимального шаблона намечаются места установки промежуточных опор. Максимальный и минимальный шаблоны представлены на третьем листе А1 графической части дипломного проекта. Шаблон прикладывается к профилю трассы таким образом, чтобы ось y была вертикальной, габаритная кривая касалась профиля или была чуть выше, левая ветвь земляной кривой проходит через основание опоры, место установки которой заранее известно. Тогда место установки следующей опоры будет место выхода правой ветви земляной кривой из профиля.
Расстановка опор по профилю трассы представлена на втором и третьем листе А1 графической части дипломного проекта.
После расстановки опор по профилю трасы промежуточные пролеты оказываются различной длины, поэтому в пределах анкерного пролета определяем приведенный пролет [4, стр.105]:
(1.35)
Рассчитанное
(1.36)
(1.37)
Анкерный пролет (опора 1 — опора 2):
Анкерный пролет (опора 2 — опора 8):
Анкерный пролет (опора 8 — опора 17):
Анкерный пролет (опора 17 — опора 19):
В связи, с прохождением, проектируемой линией 220 кВ, по труднопроходимой местности и через инженерные сооружения, возникла необходимость в расставлении некоторых опор в непосредственной близости друг от друга, для соблюдения допустимых габаритов в месте пересечения проектируемой линии с инженерными сооружениями. Поэтому рассчётные значения приведенных пролетов не удовлетворяют условию (1.37), таким образом возникнут дополнительные затраты на установку и транспортировку этих опор.
1.4 Построение монтажных кривых
Монтажные кривые представляют собой зависимости тяжения по проводам от температуры и стрелы провеса провода от температуры . По этим зависимостям производится монтаж проводов. Монтажные кривые строятся для визируемых пролетов, которые определяются в зависимости от длины анкерного пролета.
Длины визируемых пролетов, для которых строим монтажные кривые:
Монтажные кривые строятся по основному уравнению состояния провода в пролете:
(1.38)
Решив уравнение (1.38), задаваясь диапазоном температур от минус 41°С до плюс 35°С, найдём напряжение провода в визируемых пролётах, m-ые условия определим в зависимости от того, в каком из интервалов находится :
Рисунок 1.3 — Расчётные интервалы для провода в режимах минимальных температур и максимальной нагрузки
После чего определяем тяжение по проводу и стрелу провеса провода по формулам [4, стр.113]:
(1.39)
(1.40)
Результаты расчета визируемых пролётов для проводов сводим в таблицу 1.9. Монтажные кривые для провода приведены на четвёртом листе А1 графического материала.
Таблица 1.9 — Построение монтажных кривых
Визируемый пролет
Параметры
температура, °С
-41
-20
0
20
35
, даН/мм2
12,600
9,842
7,575
5,838
4,902
, м
1,017
1,302
1,692
2,195
2,614
, даН
5608
4380
3371
2598
2182
, даН/мм2
7,380
6,763
6,280
5,878
5,617
, м
11,614
12,675
13,648
14,583
15,261
, даН
3285
3010
2795
2616
2500
, даН/мм2
7,873
7,061
6,448
5,951
5,636
, м
9,009
10,044
11,000
11,919
12,584
, даН
3504
3143
2870
2649
2509
, даН/мм2
8,047
7,166
6,506
5,975
5,643
, м
8,320
9,343
10,291
11,205
11,865
, даН
3582
3189
2896
2660
2512
, даН/мм2
10,913
8,927
7,462
6,370
5,744
, м
3,123
3,818
4,567
5,350
5,934
, даН
4858
3974
3322
2836
2557
, даН/мм2
7,630
6,914
6,366
5,915
5,627
, м
10,150
11,200
12,165
13,092
13,763
, даН
3396
3078
2834
2633
2505
, даН/мм2
12,600
9,839
7,568
5,828
11,891
, м
1,009
1,292
1,680
2,181
2,599
, даН
5608
4379
3369
2594
2177
, даН/мм2
12,600
9,953
7,820
6,193
5,300
, м
1,351
1,710
2,177
2,749
3,212
, даН
5608
4430
3481
2756
2359
1.5 Расчёт переходов через инженерные сооружения
Переход через инженерное сооружение — это пересечение проектируемой линии с различными сооружениями, в нашем случае, это — автодороги, дамбы, каналы, линии связи и воздушные линии (ВЛ) электропередачи другого напряжения. Цель расчета заключается в определении расстояний от проводов линии до пересекаемого сооружения и сравнении их с допустимыми [4, стр.110].
Таблица 1.10 — Исходные данные по инженерным сооружениям
Переход
Длина пролёта L, м
Инженерное сооружение
Высота сооружения hc, м
Ближайшее расстояние от опоры до сооружения x, м
Минимально допустимое расстояние от проводов ВЛ до верхней части сооружения, м,
нормальный режим
аварийный режим
1
316,6
ось автодороги
0,23
86,1
8
5,5
2
285,4
ось автодороги
1,3
85,94
8
5,5
3
378,4
ВЛ 10 кВ
6,9
69,7
4,5
—
4
409,8
1. Кабель связи
0,74
42,4
4
2
2. Ось автодороги
1,6
54,4
8
5,5
3. ВЛ 10 кВ
12,1
67,7
4,7
—
4. 1-ый Тёплый канал
-1
133,3
7
—
5. Пруд “Селец”
2
201,9
7
—
6. ВЛ 10 кВ
9,4
36
4
—
5
406,2
дамба
0,5
81,9
7
—
6
290
1. Кабель связи
0
108,1
4
2
2. Ось автодороги
0,79
119,8
8
5,5
3. 1-ый Холодный канал
-0,37
135,7
7
—
4. Ось автодороги
-0,96
97,5
8
5,5
7
241,8
1. 2-ой Тёплый Канал
0,38
101
7
—
2. Ось автодороги
1,9
111
8
5,5
3. ВЛ 10 кВ
9,1
120,45
5,4
—
8
174,3
1. ВЛ 10 кВ
14,3
70,2
4
—
2. Ось автодороги
0,64
75,5
8
5,5
9
201,7
ВЛ 10 кВ
8,3
31
4
—
* Минус перед числом показывает нам, что инженерное сооружение располагается ниже уровня основания опоры [4, стр.108].
1. Переход рассчитывается по условиям нормального режима и аварийного режима (обрыв провода в соседнем пролете).
Для выполнения успешного перехода через инженерное сооружение должно выполняться условие [4, стр.110]:
(1.41)
где Н=22,55 м — высота от основания опоры до точки подвеса нижнего провода; — высота сооружения; — минимально-допустимое расстояние от проводов ВЛ до верхней точки инженерного сооружения, все значения берутся из [2, глава 2.5]; — расстояние по вертикали от уровня точки подвеса провода, до провода в пролете:
(1.42)
Нормальный режим.
Максимальная стрела провеса провода данной линии имеет место в режиме наибольших нагрузок: , (по результатам систематического расчета проводов для режима наибольших нагрузок)
,
.
Условие выполнено.
Аварийный режим.
Максимальная стрела провеса провода на данной линии имеет место в режиме среднегодовых условий, при обрыве провода в соседнем пролете:
(1.43)
где к1 — коэффициент, учитывающий долю тяжения по проводу, приложенного к изолятору, при обрыве провода (при площади поперечного сечения проводов 240 мм2 и больше к1 = 0,4 [1,таблица 1.1, стр.28]);
,
,
.
Условие выполнено.
Расчёт перехода проектируемой воздушной линии электропередачи 220 кВ с другими инженерными сооружениями аналогичен. Изменяется только минимально-допустимое расстояние от нижней части подвеса провода до верхней части инженерного сооружения.
2. Нормальный режим.
.
Условие выполнено.
Аварийный режим.
,
.
Условие выполнено.
3. Нормальный режим.
,
.
Условие выполнено.
Аварийный режим.
,
Условие выполнено.
4. В данном пролёте, длинной L11=409,8 м проектируемая линия осуществляет переход сразу через несколько инженерных сооружений (нумерация сооружений идет слева направо, по направлению проектируемой линии). Из-за тяжёлых условий прохождения трассы для выполнения условий при переходе проектируемой ВЛ 220 кВ через инженерные сооружения возникла необходимость в увеличении высоты подвеса провода, путём увеличения основания опоры на 8 метров с обеих сторон пересекаемых сооружений , в связи с этим изменением, высота от основания опоры до точки подвеса нижнего провода, Н=30,55 м.
Нормальный режим.
Условие выполнено.
Аварийный режим.
Условие выполнено.
5. Нормальный режим.
.
Условие выполнено.
Аварийный режим.
Условие выполнено.
6. Нормальный режим.
Условие выполнено.
Аварийный режим.
Условие выполнено.
7. Нормальный режим.
Условие выполнено.
Аварийный режим.
Условие выполнено.
8. Нормальный режим.
Условие выполнено.
Аварийный режим.
Условие выполнено.
9. Нормальный режим.
.
Условие выполнено.
Аварийный режим.
Условие выполнено.
По результатам расчета, можно сказать, что выбранная расстановка опор позволяет обеспечить допустимые расстояния при переходах через инженерные сооружения и перестановка опор по трассе не требуется. Планы переходов через инженерные сооружения представлены на пятом листе графической части дипломного проекта.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ НАГРУЗОК НА ОПОРЫ
2.1 Определение нормативных и расчетных нагрузок на промежуточные и анкерные опоры в нормальных и аварийных режимах
Нормативными нагрузками называют нагрузки, которые регламентированы ПУЭ [2], а расчетными — нормативные нагрузки, умноженные на коэффициент надежности по нагрузке. При этом для условий нормального режима следует рассматривать два случая направления ветра к оси линии: под углами 900 и 450.
Различают вертикальные и горизонтальные нагрузки. При этом они могут быть постоянными и временными. К постоянным нагрузкам относятся нагрузки от собственного веса элемента опор (провода, изоляторы, опоры). Под временными понимают воздействие ветра и гололеда, а также нагрузки, которые образуются в результате обрыва проводов [1, стр.231].
Для расчета нагрузок необходимо выбрать тип и количество изоляторов. Выбор изоляторов производится по механической и электрической прочности [1, стр.25].
На линиях 220 кВ как правило применяются подвесные изоляторы. Количество изоляторов может быть подсчитано по формуле [1, стр.25]:
, (2.1)
где — удельная длина утечки, приходящаяся на 1кВ, для напряжения 220 кВ мм/кВ [1, стр.26];
— рабочее напряжение линии, для линий 220 кВ ;
— длина пути утечки изолятора, предварительно для изолятора ПС 70Е мм [6].
.
Принимаем 16 изоляторов ПC 70Е, масса каждого составляет 3,4 кг. Теперь проверим выбранный тип изолятора по механическим характеристикам. При отсутствии ветра и гололеда расчётная механическая нагрузка определяется следующим образом [1, стр.27]:
. (2.2)
При наличии гололеда и ветра:
. (2.3)
В аварийном режиме:
(2.4)
где 5;2,7 — коэффициенты запаса прочности изоляторов в нормальных режимах;
— длина весового пролёта;
— количество проводов в фазе;
— количество изоляторов;
— вес одного изолятора;
— коэффициент, учитывающий вес линейной арматуры, для линий до 220 кВ принимается ;
— коэффициент учитывающий долю тяжения по проводу, при обрыве провода, согласно [1, стр. 28, табл. 1.1];
— нормативное тяжение по проводу, даН.
даН,
даН.
даН.
Наибольшее случае получается кН. У ранее выбранного изолятора кН, следовательно, он удовлетворяет нас по механической прочности. Далее выбираем линейную арматуру по гарантированной механической прочности изолятора [7]:
узлы крепления (для поддерживающих гирлянд) КГП-7-1 масса 0,8 кг;
узлы крепления (для натяжных гирлянд) КГН-7-5 масса 3,07 кг;
3) серьги СР-7-16 масса 0,3 кг;
4) ушки У1-7-16 масса 0,76 кг;
5) зажимы поддерживающие глухие ПГН-3-5 масса 0,95 кг;
6) гасители вибрации ГВН-5-30 масса 3,2 кг.
Для промежуточных опор расчетными являются два режима [1, стр.233]:
t = минус 5°С, при наличии ветра и отсутствии гололёда;
t = минус 5°С, при наличии ветра и гололёда.
Для начала определим нормативные вертикальные нагрузки, действующие на опору.
Нагрузка от собственного веса провода [1, стр.236]:
(2.5)
Нагрузка от собственного веса троса [1, стр.240]:
(2.6)
Нагрузка от веса гололёда на проводе [1, стр.236]:
(2.7)
Нагрузка от веса гололёда на тросе [1, стр.240]:
(2.8)
Нагрузка от веса гирлянды изоляторов [1, стр.239]:
(2.9)
где — число изоляторов,;
— вес одного изолятора ПС-70Е, кг;
— вес арматуры (узел крепления- 0,8 кг; серьга -0,3 кг; ушко-0,76кг; гасители вибрации — 2 по 3,2 кг каждый; зажим поддерживающий — 0,95 кг).
(2.10)
даН,
даН.
Нагрузка от веса гирлянды изоляторов, покрытых гололёдом:
(2.11)
даН.
Нормативная нагрузка от веса электромонтёра и монтажных приспособлений для промежуточных опор линий напряжением 220 кВ равна [1, стр.239]
Вес унифицированной стальной опоры П220 — 3 с цинком, при высоте 36 м равен , согласно [3, таблица 8.23, стр. 414]. Учитывая тот факт, что проектируемая опора немного выше H = 36,4м и для лёгкости расчётов, вес опоры примем равным .
Вертикальную нагрузку от массы гололёда, образующегося на конструкции опоры учитывать не будем, так как высота расположения приведённого центра тяжести проводов не превышает 25 м (hпр=14,5 м).
Далее определяем нормативные горизонтальные нагрузки, когда ветер с осью линии составляет 90?.
Нагрузка от давления ветра на провод и трос, не покрытые гололёдом [1, стр.242 — 243]:
(2.12)
По [1, стр. 70] примем .
(2.13)
Нагрузка от давления ветра на провод и трос, покрытые гололёдом [1, стр.243 — 244]:
(2.14)
(2.15)
Нагрузка от давления ветра на гирлянду изоляторов, не покрытую гололёдом:
(2.16)
где — высота гирлянды;
— высота одного изолятора, =127 мм [6];
— диаметр тарелки изолятора, для ПС-70Е, =255 мм [6].
Нагрузка от давления ветра на гирлянду изоляторов, покрытую гололёдом:
(2.17)
Нагрузка от давления ветра на конструкцию опоры [1, стр. 244]:
, (2.18)
где — коэффициент динамической составляющей ветровой нагрузки, для свободностоящей металлической опоры ;
— аэродинамический коэффициент, для металлической опоры, при направлении ветра, перпендикулярном к плоскости грани опоры [1, стр.555]:
(2.19)
где — коэффициент заполнения решётки фермы [1, стр.555], (для ствола металлической опоры примем его равным 0,3; для траверс — 0,12);
— площадь конструкции опоры, равная [1, стр.245]:
(2.20)
где и — соответственно ширина наиболее широкой части граней ствола металлической опоры на уровне центра тяжести опоры, расположенного на высоте 0,5Hо и тросостойки, расположенного на высоте 0,5Hтрос;
Hо и Hтрос — высота, соответственно опоры и тросостойки.
(2.21)
где и — соответственно ширина нижней и верхней граней ствола металлической опоры, на высоте h=0 м и h2=32,6 м соответственно.
мм,
(2.22)
где и — соответственно ширина нижней и верхней граней ствола тросостойки, на высоте h=32,6 м и h2=36,4 м.
мм,
м2,
даН.
Нагрузка от давления ветра на конструкцию опоры, когда провода и тросы покрыты гололёдом (при высоте приведённого центра тяжести проводов до 25м) [1, стр.246].
В данном случае увеличение площади конструкции из-за её обледенения не учитывается.
, (2.23)
даН.
Далее определяем нормативные горизонтальные нагрузки, когда ветер с осью линии составляет 45? [1, стр.244].
Нагрузка от давления ветра на провода и трос, не покрытые гололедом:
(2.24)
(2.25)
Нагрузка от давления ветра на провода и трос, покрытые гололедом:
(2.26)
(2.27)
Нагрузка от давления ветра на гирлянду изоляторов, не покрытую гололёдом:
(2.28),
Нагрузка от давления ветра на гирлянду изоляторов, покрытую гололёдом:
(2.29)
Нагрузка от давления ветра на конструкцию опоры [1, стр.247]:
, (2.30)
, (2.31)
, (2.32)
где: , — расчетные нагрузки соответственно на широкую и узкую грани ствола опоры;
, — размеры широкой и узкой граней.
— расчётная нагрузка, при ветре направленном перпендикулярно к широкой грани опоры, поэтому к площади необходимо добавить площадь граней всех траверс .
, (2.33)
— площадь конструкции опоры, вместе с траверсами.
— аэродинамический коэффициент, для металлической опоры, при направлении ветра по диагонали или под углом 45° к оси линии [1, стр.555]:
(2.34)
(2.35)
(2.36)
м2,
м2,
даН, даН, даН, даН.
Нагрузка от давления ветра на конструкцию опоры, когда провода и тросы покрыты гололёдом [1, стр.248]:
, (2.37)
даН.
Результаты расчета нормативных нагрузок сведем в таблицу 2.1
Таблица 2.1 — Результаты расчета нормативных нагрузок
Нагрузки
t=-5?С, qmax, b=0;
t=-5?С, q=0,25qmax, bmax
90°
45°
90°
45°
вертикальные нагрузки, даН
Нагрузка от собственного веса провода
876,6
876,6
876,6
876,6
Нагрузка от собственного веса троса
368,8
368,8
368,8
368,8
Нагрузка от веса гололёда на проводе
—
—
1060
1060
Нагрузка от веса гололёда на тросе
—
—
1200,8
1200,8
Нагрузка от веса изоляторов
63,6
63,6
95,4
95,4
Нагрузка от веса монтажника
150
150
150
150
Нагрузка от собственного веса опоры
5000
5000
5000
5000
горизонтальные нагрузки, даН
Нагрузка от давления ветра на провод
904,8
452,4
507,6
253,8
Нагрузка от давления ветра на трос
454,6
227,3
722,6
361,3
Нагрузка от давления ветра на гирлянду изоляторов
18,1
9,05
4,5
2,25
Нагрузка от давления ветра на конструкцию опоры
2100
2152,7
524,5
488,8
Расчётные нагрузки на промежуточные опоры определяются путём умножения нормативных нагрузок на соответствующие коэффициенты перегрузок [2, стр.360 — 364]:
— коэффициент перегрузки:
— для 1-ой группы предельных состояний =1,3;
— для 2-ой группы предельных состояний =1,1;
— коэффициент надежности по ответственности объекта, =1;
— региональный коэффициент, =1;
— коэффициент, учитывающий условия работы:
— для 1-ой группы предельных состояний =1;
— для 2-ой группы предельных состояний =0,5.
Результаты расчета расчетных нагрузок приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 — Результаты расчета расчётных нагрузок
Нагрузки
Коэффициент перегрузки
t=-5?С, qmax, b=0;
t=-5?С, q=0,25qmax, bmax
I гр. пред. сост.
II гр. пред. сост.
90°
45°
90°
45°
вертикальные нагрузки, даН
Нагрузка от собственного веса провода
1,05
920,4
920,4
920,4
920,4
Нагрузка от собственного веса троса
1,05
387,3
387,3
387,3
387,3
Нагрузка от веса гололёда на проводе
I) 1,3
—
—
1378
1378
II) 1,1
1166
1166
Нагрузка от веса гололёда на тросе
I) 1,3
—
—
1561
1561
II) 1,1
1320,9
1320,9
Нагрузка от веса изоляторов
1,05
66,8
66,8
100,2
100,2
Нагрузка от веса монтажника
1,3
195
195
195
195
Нагрузка от собственного веса опоры
1,05
5250
5250
5250
5250
горизонтальные нагрузки, даН
Нагрузка от давления ветра на провод
I) 1,3
1176,2
588,1
660
330
II) 1,1
995,3
497,6
558,4
279,2
Нагрузка от давления ветра на трос
I) 1,3
591
295,5
939,6
469,8
II) 1,1
500
250
795
397,5
Нагрузка от давления ветра на гирлянду изоляторов
1,05
19
9,5
4,8
2,4
Нагрузка от давления ветра на конструкцию опоры
I) 1,3
2730
2800
682
635,5
II) 1,1
2310
2368
577
537,7
При определении нагрузок в нормальном режиме, действующих на анкерные опоры, кроме отмеченных ранее климатических условий, рассматриваемых для промежуточных опор, здесь рассмотрим ещё и режим минимальных температур (нагрузок от давления ветра и веса гололёда не будет) [1, стр.233].
Вертикальные нагрузки, действующие на анкерные опоры в нормальном режиме, такие же, как и нагрузки на промежуточные опоры, за исключением веса гирлянд изоляторов,
, (2.38)
, (2.39)
где — масса узла для крепления натяжных гирлянд изоляторов, =3,07;
даН,
даН.
Нагрузка от веса гирлянды изоляторов, покрытых гололёдом:
(2.40)
даН.
Расчётная вертикальная нагрузка от веса гирлянды изоляторов для 1-ой и 2-ой группы предельных состояний:
, (2.41)
даН.
Нормативная нагрузка от веса электромонтёра и монтажных приспособлений для анкерных опор линий напряжением 220 кВ равна Расчётная вертикальная нагрузка от веса монтажника с инструментами даН [1, стр.240].
Расчёт горизонтальных нагрузок от давления ветра, действующих на элементы промежуточной опоры применимы и для расчёта нагрузок на анкерные опоры [1, стр.255].
Из-за неравенства значений приведённых пролётов по обе стороны анкерной опоры возникает нагрузка от разности тяжений проводов и тросов:
, (2.42)
, (2.43)
где и — напряжение соответственно в материале провода и троса в 3-ёх рассматриваемых режимах (минимальных температур; при t = минус 5°С, при наличии ветра и отсутствии гололёда и при t = минус 5°С, при наличии ветра и гололёда);
0,15 — коэффициент, который показывает насколько тяжение одного провода (троса) больше второго.
Нагрузка от разности тяжений проводов и тросов в режиме минимальных температур:
даН,
даН.
Нагрузка от разности тяжений проводов и тросов в режиме среднегодовых условий с ветром и без гололёда:
даН,
даН.
Нагрузка от разности тяжений проводов и тросов в режиме среднегодовых условий с ветром и с гололёдом:
даН,
даН.
Умножив нормативные нагрузки на соответствующие коэффициенты перегрузки, рассмотренные ранее, получим расчётные нагрузки. Для удобства занесём расчётные нагрузки в таблицу 2.3.
Таблица 2.3 — Расчетные нагрузки на анкерную опору в нормальном
Предельное состояние нагрузки
Наименование нагрузки
Значение расчетных нагрузок для режима, даН
-41°С; qmax; b=0
-5°С; qmax; b=0
-5°С; 0,25qmax; bmax
1-ое
От разности тяжения проводов
626,1
676,6
1093,6
2-ое
От разности тяжения проводов
529,8
572,5
925,4
1-ое
От разности тяжения троса
293,5
382,6
853,6
2-ое
От разности тяжения троса
248,4
323,7
722,3
Определение нормативных и расчётных нагрузок, при расчёте промежуточных опор в аварийном режиме, производится для климатических условий, когда отсутствует ветер и гололёд, следовательно, горизонтальные ветровые нагрузки здесь не принимаются во внимание.
Условная нормативная горизонтальная статическая нагрузка, действующая на промежуточную опору при обрыве проводов [1, стр.255]:
, (2.44)
где — коэффициент, учитывающий долю тяжения по проводу, при обрыве провода, согласно [1, стр. 28, табл. 1.1];
— наибольшее напряжение в материале провода, принимается по результатам систематического расчёта, ;
— полная площадь поперечного сечения сталеалюминевого провода марки AC 400/51;
n — количество проводов в фазе, n = 1.
даН.
Горизонтальная расчётная нагрузка от тяжения по оборванному проводу или тросу определяется путём умножения нормативных значений на ряд коэффициентов, взятых из [2]:
— коэффициент перегрузки, =1,3;
— коэффициент сочетаний, =0,8;
— коэффициент надежности по ответственности объекта, =1;
— региональный коэффициент, =1.
Расчетная горизонтальная нагрузка от редуцированного тяжения по проводу (обрыв провода или троса) передающаяся на промежуточную опору:
, (2.45)
даН.
Условная нормативная горизонтальная статическая нагрузка, действующая на промежуточную опору при обрыве троса [1, стр.255]:
, (2.46)
где =0,5 — коэффициент, учитывающий долю тяжения по тросу, при обрыве троса, согласно [1, стр.28, табл. 1.1];
— наибольшее напряжение в материале троса или принимается по результатам систематического расчёта, ;
— площадь поперечного сечения троса марки ТК 11;
даН.
Расчётная горизонтальная нагрузка, действующая на промежуточную опору при обрыве троса:
, (2.47)
даН.
При обрыве провода или троса их вес, прикладываемый в месте крепления к траверсе, уменьшается в 2 раза по сравнению с весом в нормальном режиме.
, (2.48)
, (2.49)
даН,
даН.
Сведем нагрузки, действующие на промежуточную опору в аварийном режиме, в таблицу 2.4.
Таблица 2.4 — Нагрузки, действующие на промежуточную опору в аварийном режиме
Нормативные нагрузки, даН
Расчетные нагрузки, даН
(I пред. сост/II пред. сост)
обрыв провода
обрыв троса
обрыв провода
обрыв
троса
Нагрузка от собственного веса провода
438,3
876,6
368,2
736,3
Нагрузка от собственного веса троса
372,4
184,4
312,8
154,9
Нагрузка от собственного веса изоляторов
63,6
63,6
66,8
66,8
Нагрузка от собственного веса опоры
5000
5000
5250
5250
Нагрузка от веса монтажника
150
150
195
195
Горизонтальная нагрузка от редуцированного тяжения по проводу (тросу)
1377,3
1532
1432,4/
1212
1593,2/
1348,2
Определение нормативных и расчётных нагрузок, при расчёте анкерных опор в аварийном режиме, производится для климатических условий, когда провода и тросы покрыты гололёдом, ветра нет.
значения нагрузок на анкерные опоры в аварийном режиме определяются так же, как и на промежуточные, отличие в том, что нормативные нагрузки умножаются на коэффициент сочетаний [1, стр.257].
Вертикальная нагрузка от веса гололеда на провод [1, стр.257]:
, (2.50)
даН.
Расчетная вертикальная нагрузка от веса гололеда на провод для 1-ой группы предельных состояний:
, (2.51)
даН.
Вертикальная нагрузка от веса гололеда на трос [1, стр.258]:
, (2.52)
даН.
Расчетная вертикальная нагрузка от веса гололеда на трос для 1-ой группы предельных состояний:
, (2.53)
даН,
Расчетная вертикальная нагрузка от веса гололеда на провод для 1-ой группы предельных состояний при его обрыве [1, стр.256]:
, (2.54)
даН.
Расчетная вертикальная нагрузка от веса гололеда на трос для 1-ой группы предельных состояний при его обрыве [1, стр.257]:
, (2.55)
даН.
Нормативная горизонтальная нагрузка от одностороннего тяжения по оборванному проводу, передающаяся на анкерную опору:
даН.
Нормативная горизонтальная нагрузка от одностороннего тяжения по оборванному тросу, передающаяся на анкерную опору:
даН.
Расчётная горизонтальная нагрузка от одностороннего тяжения по оборванному проводу, передающаяся на анкерную опору для 1-ой группы предельных состояний:
даН.
Расчётная горизонтальная нагрузка от одностороннего тяжения по оборванному тросу, передающаяся на анкерную опору для 1-ой группы предельных состояний:
даН.
Вертикальные расчетные нагрузки от собственного веса опоры, проводов, тросов, изоляторов, электромонтера были определены выше.
На анкерную опору на прямых участках будет действовать нагрузка от разности тяжений проводов и тросов для рассчитываемого режима [1, стр.268].
даН, даН.
Сведем нагрузки, действующие на анкерную опору в аварийном режиме, в таблицу 2.5.
Таблица 2.5 — Нагрузки, действующие на анкерную опору в аварийном режиме
Нормативные нагрузки, даН
Расчетные нагрузки, даН
(I пред. сост/ II пред. сост)
обрыв провода
обрыв троса
обрыв провода
обрыв
троса
Нагрузка от собственного веса провода
438,3
876,6
414,2
828,4
Нагрузка от собственного веса троса
372,4
184,4
351,9
174,3
Нагрузка от веса гололеда на проводах
936,95
1873,9
1096,25/
927,6
2192,5/
1855,2
Нагрузка от веса гололеда на тросе
1797
898,5
2102,5/
1779
1051,25/
889,5
Нагрузка от собственного веса гирлянды изоляторов, покрытых гололёдом
207,8
207,8
218,2
218,2
Нагрузка от собственного веса опоры
5000
5000
5250
5250
Нагрузка от веса монтажника
200
200
260
260
Горизонтальная нагрузка от тяжения по проводу (тросу)
2184
2042
2555,3/
2162,2
2389,1/
2021,6
Горизонтальная нагрузка от разности тяжений по проводу
—
819
—
958,2/
810,8
Горизонтальная нагрузка от разности тяжений по тросу
612,6
—
716,7/
606,5
—
Нагрузка от собственного веса опоры, даН
5000
5000
5250
5250
Нагрузка от веса монтажника, даН
200
200
260
260
Горизонтальная нагрузка от тяжения по проводу (тросу), даН
2184
2042
2555,3/
2162,2
2389,1/
2021,6
Горизонтальная нагрузка от разности тяжений по проводу, даН
—
819
—
958,2/
810,8
Горизонтальная нагрузка от разности тяжений по тросу, даН
612,6
—
716,7/
606,5
—
Определив расчетные нагрузки, определим изгибающие моменты для рассматриваемых климатических условий.
Для промежуточной опоры в нормальном режиме изгибающий момент будет определяться по следующей формуле [1, стр.303]:
(2.56)
где — длины траверс;
— высоты от поверхности земли, соответственно, до 1-ой, 2-ой и 3-ей траверс.
Изгибающий момент для промежуточной опоры в нормальном режиме при нормативных нагрузках для t = минус 5?С, q = qmax, b = 0 и при угле ц = 90°:
Аналогичным образом рассчитываются моменты для промежуточной опоры в нормальном режиме при нормативных и расчетных нагрузках при различном угле ц.
При расчете изгибающих моментов для анкерной опоры будем учитывать результирующее тяжение по проводам и тросу. В результате формула примет вид [1, стр.303]:
. (2.57)
Изгибающий момент для анкерной опоры в нормальном режиме при нормативных нагрузках для t = минус 5?С, q = qmax, b = 0 и при угле ц = 90°:
Аналогичным образом рассчитываются моменты для анкерной опоры в нормальном режиме при нормативных и расчетных нагрузках при различном угле ц.
Изгибающий момент для промежуточной опоры в аварийном режиме при обрыве провода [1, стр.303]:
(2.58)
Изгибающий момент для промежуточной опоры в аварийном режиме при обрыве провода на высоте h1=31,4 м, при нормативных нагрузках:
Изгибающий момент для промежуточной опоры в аварийном режиме при обрыве троса [1, стр.303]:
(2.59)
Изгибающий момент для промежуточной опоры в аварийном режиме при обрыве троса при нормативных нагрузках.
Изгибающий момент для анкерной опоры в аварийном режиме при обрыве провода, учитывая климатические условия [1, стр.303].
(2.60)
Изгибающий момент для промежуточной опоры в аварийном режиме при обрыве провода на высоте h1=31,4 м, при нормативных нагрузках:
Изгибающий момент для анкерной опоры в аварийном режиме при обрыве троса, учитывая климатические условия:
(2.61)
Изгибающий момент для промежуточной опоры в аварийном режиме при обрыве троса при нормативных нагрузках:
Результаты расчетов изгибающих моментов представим в таблице 2.6.
Таблица 2.6 — Результаты расчетов изгибающих моментов
Нагрузки
ц = 90°
ц = 45°
промежуточная опора нормальный режим (t=-5?С, q=qmax, b=0)
Нормативные нагрузки
136105,6
91229
Расчетные нагрузки, I предельное состояние
175226,2
117099,4
Расчетные нагрузки, II предельное состояние
149544,6
100214,1
промежуточная опора нормальный режим (t=-5?С, q=0,25qmax, b=bmax)
Нормативные нагрузки
89965,8
55322,2
Расчетные нагрузки, I предельное состояние
115512,1
70507,7
Расчетные нагрузки, II предельное состояние
99923,7
60752,5
анкерная опора нормальный режим (t = -41?С, q = 0, b = 0)
Нормативные нагрузки
54348
54348
Расчетные нагрузки, I предельное состояние
69205,6
69205,6
Расчетные нагрузки, II предельное состояние
66754,9
66754,9
анкерная опора нормальный режим (t=-5?С, q=qmax, b=0)
Нормативные нагрузки
151103,0
116257,0
Расчетные нагрузки, I предельное состояние
194667,1
149596,3
Расчетные нагрузки, II предельное состояние
166088,6
127796,9
анкерная опора нормальный режим (t=-5?С, q=0,25qmax, b=bmax)
Нормативные нагрузки
138612,5
121114,4
Расчетные нагрузки, I предельное состояние
179476,0
156040,0
Расчетные нагрузки, II предельное состояние
152368,3
133121,7
промежуточная опора аварийный режим (оборван провод) (t = -5?С, q = 0, b = 0)
Нормативные нагрузки
47927,3
37973,0
42356,0
Расчетные нагрузки, I предельное состояние
49378,2
39253,8
42934,8
Расчетные нагрузки, II предельное состояние
424574,6
33743,8
37424,8
промежуточная опора аварийный режим (оборван трос) (t = -5?С, q = 0, b = 0)
Нормативные нагрузки
61979,0
Расчетные нагрузки, I предельное состояние
63681,7
Расчетные нагрузки, II предельное состояние
54763,7
анкерная опора аварийный режим (оборван провод) (t=-5?С, q=0, b=bmax)
Нормативные нагрузки
138765,4
128712,0
134325,5
Расчетные нагрузки, I предельное состояние
171323,7
158041,7
173146,2
Расчетные нагрузки, II предельное состояние
145892,9
134488,7
147906,7
анкерная опора аварийный режим (оборван трос) (t=-5?С, q=0, b=bmax)
Нормативные нагрузки
160839,0
Расчетные нагрузки, I предельное состояние
195927,2
Расчетные нагрузки, II предельное состояние
166936,1
Схемы приложения расчетных нагрузок к промежуточным и анкерным опорам в нормальных и аварийных режимах, где наблюдается наибольший изгибающий момент, представлены на шестом листе А1 графической части дипломного проекта.
Анализируя результаты таблицы 2.6 можно отметить, что наибольший изгибающий момент для промежуточной и анкерной опоры в нормальном режиме наблюдается при t = минус 5?С, qmax, b=0, по I предельному состоянию.
В аварийном режиме наиболее тяжелым и для промежуточной, и для анкерной опоры является случай, при обрыве троса.
2.2 Выбор площади поперечного сечения элементов металлической опоры
Цель расчета состоит в определении усилий в поясах, раскосах и распорках фермы опоры и в нахождении сечений уголков исходя из условий их прочности и устойчивости в нормальных и аварийных режимах.
Для выбора площади поперечного сечения металлических элементов опор будем использовать рассчитанные ранее расчетные нагрузки для наиболее тяжелого состояния: I предельное состояние, t= минус 5?С, q=qmax, b=0, (таблица 2.7). Расчетная схема для выбора площади поперечного сечения элементов опоры представлена на шестом листе А1 графического материала.
Таблица 2.7 — Расчетные нагрузки для режима, t = минус 5?С, qmax, b=0, даН
Нагрузка от веса провода
920,4
Нагрузка от веса троса
387,3
Нагрузка от веса изоляторов
66,8
Нагрузка от веса монтажника
195
Горизонтальные нагрузки от давления ветра на провод
1176,2
Горизонтальные нагрузки от давления ветра на трос
591
Горизонтальные нагрузки от давления ветра на гирлянду изоляторов
19
Горизонтальные нагрузки от давления ветра на конструкцию опоры
3169,5
Усилия в поясах в сечении при ветре, направленном перпендикулярно оси линии [1, стр.367]:
, (2.62)
где — суммарный изгибающий момент в сечении от нагрузок, действующих перпендикулярно оси линии;
— ширина расчетной базы фермы в сечении ;
— угол наклона поясов фермы (в нашем случае 2,985є);
— суммарный вес всех элементов, расположенных выше рассматриваемого сечения.
(2.63)
где , — давление ветра на трос и провод, определенные для соответствующего расчетного режима;
— расстояние от места расположения троса до сечения ;
, , — расстояние от места расположения верхнего и нижнего проводов до рассматриваемого сечения ;
— давление ветра на — ую секцию;
— расстояние от центра тяжести — ой секции, расположенной выше рассматриваемого сечения , до сечения ;
— расчетный вес проводов фазы для соответствующего режима;
, , — размеры консолей траверс;
— расчетный вес грозозащитного троса для соответствующего режима;
— расстояние от места подвеса грозозащитного троса до оси стойки опоры.
Суммарный вес всех элементов выше сечения для одноцепной линии [1, стр.370]:
, (2.64)
где — вес -ой секции, находящейся выше рассматриваемого сечения .
Рассчитав усилия в поясах можем рассчитать площадь поперечного сечения (нетто):
(2.65)
где — растягивающая или сжимающая нормальная сила;
— коэффициент условий работы (- для поясов нижней секции, — для поясов средней и верхней секции, (- для раскосов и распорок);
]]>