Лекция. Расчетные климатические условия. Ветровые и гололедные нагрузки. Влияние температуры

Содержание лекции: расчетные климатические условия. Ветровые и гололедные нагрузки. Влияние температуры.

Цель лекции: рассмотрение климатических условий в процессе эксплуатации ВЛ, определение нагрузок на провода и тросы.

Согласно ПУЭ расчет проводов, тросов, изоляторов и арматуры воздушных линий производится по методу допускаемых напряжений. В расчетах по этому методу принимаются нагрузки, соответствующие условиям эксплуатации линии, называемые нормативными.

Для обеспечения надежной работы воздушных линий в расчетах конструкций необходимо учитывать скорости ветра, гололедно-изморозевые отложения и температуры воздуха в зоне трассы сооружаемой линии.

Согласно ПУЭ для определения нормативных нагрузок следует принимать наиболее неблагоприятные сочетания климатических условий, наблюдаемые не реже 1 раза в 5 лет для линий напряжением 3 кВ и ниже, 1 раза в 10 лет для линий 110—330 кВ и 1 раза в 15 лет для линий 500 кВ. Увеличение периодов повторяемости по мере повышения напряжения линий объясняется требованием большей надежности линий более высоких напряжений. Опыт эксплуатации показал, что этот способ обеспечивает достаточную надежность линий.

Ветровая нагрузка на поверхность пропорциональна не скорости ветра, а квадрату скорости ветра. При определении ветровых нагрузок в расчетах удобно принимать величину v²/16 = q даН/м²(кгс/м²), называемую скоростным напором.

Значения максимальных скоростей ветра V и нормативных скоростных напоров, наблюдаемых в семи районах на высоте до 15 м над поверхностью земли при повторяемости 1 раз в 5, 10 и 15 лет приведены в справочных материалах.

Гололедно-изморозевые отложения на проводах и тросах воздушных линий имеют различную форму и виды. Наблюдаются отложения чистого гололеда, т. е. плотного намерзшего льда, инея и зернистой изморози, мокрого снега, налипающего на провода, а также сочетания отложений различных видов.

Толщина стенки гололеда возрастает с высотой и уменьшается при увеличении диаметра провода свыше 10 мм. Поэтому метеостанции регистрируют толщину стенки гололеда с учетом поправочных коэффициентов на диаметр и высоту, определяя толщину стенки для высоты 10 м.

По толщине стенки гололеда вся территория разделена на четыре района гололедности — от I до IV и на особые гололедные районы с толщиной стенки более 20 или 22 мм. Нормативная толщина стенки в показанных на карте I—IV районах гололедности принимается в зависимости от повторяемости 1 раз в 5 лет (для линий напряжением до 3 кВ включительно) или 1 раз в 10 лет (для линий 35—330 кВ).

Провода и тросы, подвешенные на воздушных линиях, находятся постоянно под действием вертикальной нагрузки от собственного веса. К этой нагрузке могут добавляться временные нагрузки — вертикальная от гололеда и горизонтальная от ветра. Гололедные отложения распределяются по длине провода не вполне равномерно. Однако при известной условности определения гололедных нагрузок эту нагрузку считают равномерно распределенной по длине провода в рассматриваемом пролете.

Распределение ветрового давления по длине пролета также неравномерно; эта неравномерность, возрастающая при увеличении скорости ветра, учитывается коэффициентом неравномерности а, значение которого принимается в зависимости от скоростного напора. После умножения на этот коэффициент ветровую нагрузку, так же как и гололедную, считают равномерно распределенной по длине пролета.

Рисунок 5.1- Поперечное сечение провода с гололёдом

Равномерно распределенная нагрузка по длине пролета на 1 м длины провода называется единичной нагрузкой и выражается в деканьютонах (даН) или килограмм-силах (кгс) на один метр. В технической литературе принято обозначать единичные нагрузки латинской буквой р с соответствующими индексами.

Единичная нагрузка от собственного веса провода. Эта нагрузка обозначается р_х и принимается по действующим стандартам или техническим условиям, в которых указана масса или вес провода в килограммах на один километр. Для получения единичной нагрузки от собственного веса в килограммах на один метр следует разделить на 1000 (или умножить на 10³) массу или вес, указанные в стандарте,

Единичная нагрузка от гололеда. Площадь сечения слоя гололеда с толщиной стенки с на проводе диаметром d (см. рисунок.5.1)) определяется по формуле

Так как диаметр провода и толщина стенки гололеда принимаются в миллиметрах, а единичную нагрузку требуется получить на метр, то плотность гололеда g₀ следует перевести в соответствующие единицы: g₀ ⁼ 0, 9 кг/дм³ = 0, 9·10^-3 даН/(м·мм²), и единичная нагрузка от веса гололеда в деканьютонах на метр определяется по формуле

. (5.1)

Результирующая единичная весовая нагрузка при гололеде. Эта нагрузка, обозначаемая р₃, равна арифметической сумме единичных нагрузок от собственного веса и гололеда:

. (5.2)

Единичная нагрузка от ветра. Ветровое давление на поверхность с площадью F в деканьютонах (килограмм-силах) определяется по формуле

где С_х — аэродинамический коэффициент (или коэффициент лобового сопротивления), зависящий от плотности воздуха ρ , от скорости ветра v, от формы, протяженности и шероховатости обдуваемой поверхности; φ — угол между направлением ветра и обдуваемой поверхностью.

При нормальном барометрическом давлении и температуре воздуха около + 15° С коэффициент р = 1/8; при этом значении .

Величина q = v²/16, называемая скоростным напором, принимается в расчетах ветрового давления на элементы воздушных линий без поправок на изменения плотности воздуха. Таким образом, формула приводится к виду

При вычислении ветровых нагрузок на провода и тросы в эту формулу вводится коэффициент α, учитывающий неравномерность давления ветра по пролету:

. (5.3)

Чтобы получить единичную нагрузку в деканьютонах (килограмм-силах) на один метр при ветре, направленном перпендикулярно оси провода, диаметр которого выражен в миллиметрах, следует подставить в формулу (5.3) значения:

Таким образом, единичная ветровая нагрузка на провод без гололеда в даН/м (кгс/м) определяется по формуле

; (5.4)

а на провод с гололедом

. (5.5)

Единичная ветровая нагрузка р₄ на провод без гололеда определяется при наибольшей скорости ветра v_макс, которой соответствуют нормативные скоростные напоры q. Значения q принимаются по таблице или вычисляются по наибольшей скорости ветра, установленной на основании наблюдений. Скорости ветра, установленные на основании наблюдений, умножаются на поправочный коэффициент α = 0, 75 + 5/v, где v — скорость ветра, м/с. При расположении центра тяжести проводов на высоте более 15 м эти значения умножаются на коэффициенты увеличения скоростного напора по высоте.

При определении ветровых нагрузок на провода с гололедом следует принимать значения скоростного напора 0, 25q, где q — скоростной напор, принятый при определении нагрузки p₄. Согласно ПУЭ в районах с толщиной стенки гололеда 15 мм и более значения скоростного напора следует принимать не менее 14 даН/м²(значения скорости ветра — не менее 15 м/с). Согласно ПУЭ в расчетах ветровых нагрузок на провода принимаются следующие значения аэродинамического коэффициента С_х: 1, 1—для проводов и тросов диаметром 20 мм и более; 1, 2 — для проводов и тросов диаметром менее 20 мм, а также для проводов и тросов любого диаметра, покрытых гололедом.

Значения коэффициента неравномерности α принимаются: 1, 0 при скоростном напоре до 27 даН/м² (кгс/м²); 0, 85 - при 40 даН/м²; 0, 75 - при 55 даН/м²; 0, 7 - при 76 даН/м²и более. Промежуточные значения определяются линейной интерполяцией.

Результирующие единичные нагрузки от веса провода (с гололедом или без гололеда), действующего вертикально, и горизонтального ветрового давления складываются геометрически и определяются по формулам:

при отсутствии гололеда

; (5.6)

при наличии гололеда

. (5.7)

Удельные нагрузки. В расчетах проводов удобнее пользоваться не единичными нагрузками, а так называемыми удельными, или приведенными, нагрузками. Эти нагрузки в даН/(м * мм²) или кгс/(м-мм²) получаются путем деления соответствующих единичных нагрузок р на сечение провода F и обозначаются греческой буквой γ с соответствующими индексами:

. (5.8)

Следует отметить, что удельные нагрузки γ ₁ от собственного веса алюминиевых, стальных и сталеалюминиевых проводов приводятся в ПУЭ и поэтому не подлежат расчету.

Следует отметить, что программы расчета проводов на ЭВМ выдают все необходимые единичные и удельные нагрузки. Тем не менее в практике проектирования приходится вычислять эти нагрузки вручную, и проектировщики должны знать соответствующие расчеты.

При работе проводов в пролете имеют значение следующие температуры, учитываемые в расчетах:

а) высшая температура t_макс, при которой провод растягивается больше всего и стрелы провеса достигают наибольших значений;

б) низшая температура t_м_ин, при которой длина провода сокращается в наибольшей степени и температурные напряжения в нем достигают наибольших значений;

в) среднегодовая, соответствующая средним условиям эксплуатации температура t_с, при которой определяется надежность работы провода при вибрациях;

г) температуры при наибольшей скорости ветра t_ветр и при гололеде t_{гололёд} как правило, t_ветр и t_{гололёд} принимаются равными — 5° С;

д) температура + 15° С, при которой определяются расстояния от проводов до тросов и до тела опоры по условиям грозовых перенапряжений.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 Следующая ⇒