ev-E2778

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВ Е Р С И Т Е Т»

Электротехнический факультет Кафедра электроэнергетических систем

А. П. Вихарев,

А.В . Выч егж ан ин ,

Н. Г. Репкин а

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ВОЗДУШНЫХ ЛЭП

Учебное пособие

Утверждено Ученым Советом университета

в качестве учебного пособия

Киров, 2009

2

УДК 621.315.66(07) В 548

Вихарев А.П., Вычегжанин А.В., Репкина Н.Г. Проектирование механической части ЛЭП: учебное пособие. – Киров: Изд. ВятГУ, 2009. - 140 с.

Учебное пособие предназначено для студентов специальностей 140205 «Электроэнергетические системы и сети», 140204 «Электрические станции», 140211 «Электроснабжение» дневной и заочной форм обучения при изучении курса «Средства передачи электрической энергии».

В пособии приведены понятия и определения, методики расчета, необходимые для проектирования механической части воздушных линий электропередачи напряжением 35-220 кВ. Изложены основные теоретические сведения по конструктивному выполнению опор, проводов, тросов, изоляторов и линейной арматуры, методики расстановки опор, расчета пересечений и переходов через инженерные сооружения, расчета проводов и тросов в нормальных и аварийных режимах, основные сведения о строительных и монтажных работах при сооружении линий электропередачи. Приводятся примеры с использованием этих методик и приложения со справочным материалом.

Работа подготовлена на кафедре электроэнергетических систем Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Вятский государственный университет».

Рис. 102; табл. 59; библиогр. 9 назв.

Издание 3-е, переработанное и дополненное

Рецензенты: кафедра ЭСС Санкт-Петербургского государственного технического университета; докт.техн.наук, проф. Рагозин А.А.

Авторская редакция Компьютерный набор - Н.В. Праздникова, Т. А. Сапожникова

ã ГОУ ВПО «ВятГУ», 2009 ã Вихарев А.П., 2009 ã Вычегжанин А.В., 2009 ã Репкина Н.Г., 2009

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ......................................................................................................................................	5
1. Основные понятия и определения ..........................................................................................	5
2. Провода и грозозащитные тросы воздушных линий .............................................................	7
3. Опоры воздушных линий электропередачи .........................................................................	12
3.1. Типы и классификация опор ..........................................................................................	12
3.2. Материал опор ................................................................................................................	14
3.3. Унификация опор ...........................................................................................................	16
3.4. Расположение проводов и тросов на опоре ...................................................................	18
4. Расчет проводов и тросов на механическую прочность ......................................................	19
4.1. Расчет ветровых и гололедных нагрузок ......................................................................	19
4.2. Расчет удельных нагрузок на провода и тросы .............................................................	23
4.3. Расчетные климатические условия ................................................................................	26
4.4. Уравнение состояния провода (троса)...........................................................................	27
4.5. Решение уравнения состояния провода (троса) ............................................................	28
4.6. Определение исходного режима....................................................................................	29
4.7. Порядок расчета проводов на механическую прочность .............................................	32
4.8. Порядок расчета грозозащитного троса на механическую прочность .......................	33
4.9. Пример расчета провода на механическую прочность .................................................	34
5. Расчет проводов и тросов в аварийных режимах .................................................................	38
5.1. Общие сведения .............................................................................................................	38
5.2. Расчетные условия и нормативные тяжения .................................................................	39
5.3. Расчет отклонений опор и гирлянд в аварийных режимах воздушных ЛЭП .............	40
5.4. Упрощенный расчет тяжения проводов и тросов в аварийных режимах ...................	41
5.5. Пример расчета проводов на механическую прочность в аварийных режимах .........	42
6. Изоляторы и линейная арматура ...........................................................................................	46
6.1. Типы изоляторов и их характеристики .........................................................................	46
6.2. Выбор изоляторов ..........................................................................................................	48
6.3. Линейная арматура .........................................................................................................	52
6.4. Выбор линейной арматуры ............................................................................................	54
6.5. Защита проводов и тросов от вибрации ........................................................................	55
6.6. Пример выбора изоляторов и линейной арматуры .......................................................	56
7. Расстановка опор по профилю трассы ..................................................................................	59
7.1. Построение шаблона ......................................................................................................	59
7.2. Проверка опор на прочность .........................................................................................	61
7.3. Проверка опор на вырывание ........................................................................................	63

4

7.4. Пример проверки опоры на вырывание ........................................................................	65
7.5. Пояснения к выполнению расстановки опор в курсовом проекте ...............................	65
8. Расчет переходов ВЛ через инженерные сооружения .........................................................	66
8.1. Требования ПУЭ к различным случаям пересечений ..................................................	67
8.2. Определение расстояний от проводов ВЛ до пересекаемого объекта ........................	70
8.3. Установка опор в пролете пересечения .........................................................................	71
8.4. Пример расчета перехода через инженерное сооружение ...........................................	72
9. Расчет монтажных стрел провеса проводов и тросов ..........................................................	74
9.1. Порядок расчета монтажных стрел провеса проводов .................................................	74
9.2. Порядок расчета монтажных стрел провеса грозозащитного троса ...........................	76
9.3. Пример расчета монтажных графиков ..........................................................................	77
10. Основные работы при сооружении ВЛ ...............................................................................	80
10.1. Установка опор ВЛ.......................................................................................................	80
10.1.1. Установка одностоечных железобетонных опор краном К-64 или
автокранами КС ................................................................................................	81
10.1.2. Установка одностоечных железобетонных опор краном и трактором .........	82
10.1.3. Установка одностоечных многогранных опор ................................................	83
10.2. Выверка и закрепление опор .......................................................................................	84
10.3. Монтажные работы при сооружении ВЛ ....................................................................	85
11. Рекомендации для выполнения курсового проекта «Механическая часть воздушных
линий электропередачи ».......................................................................................................	86
Библиографический список ......................................................................................................	88
Приложения...............................................................................................................................	90

5

Введение

Курс «Средства передачи электрической энергии» включен в программу обучения студентов специальностей «Электрические станции», «Электроэнергетические системы и сети», «Электроснабжение». Для закрепления теоретических знаний, полученных в этом курсе, студенты выполняют курсовой проект «Механическая часть воздушных ЛЭП».

При выполнении указанного курсового проекта студенты изучают основы проектирования механической части воздушных ЛЭП, получают навыки пользования справочными материалами и нормативными документами, а также навыки выполнения самостоятельных инженерных расчетов с привлечением прикладного программного обеспечения персональных компьютеров (ПК).

Впоследние годы значительно сократился выпуск технической учебной литературы. В течение более двадцати лет не переиздавались учебники, посвященные расчету механической части воздушных ЛЭП. В связи с этим возникла необходимость написания настоящего пособия.

Впособии рассмотрены основные этапы проектирования механической части воздушных ЛЭП, приведены краткие теоретические сведения по конструкции проводов и грозозащитных тросов, различных типов опор, изоляторов и линейной арматуры, а также способы расчета этих конструкций. В приложении приведены необходимые справочные и информационные материалы, варианты заданий для курсового проекта.

Пособие состоит из11 разделов и приложения. Все разделы снабжены примерами расчетов, которые могут служить основой для выполнения студентами курсового проекта.

1. Основные понятия и определения

Понятия и определения, относящиеся к воздушным линиям напряжением выше 1 кВ, выполненным неизолированными проводами, приведены в ПУЭ [1]. В пособии приводятся лишь те из них, которые используются в последующих разделах.

Воздушная линия электропередачи(ВЛ) – это устройство для передачи электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным при помощи изолирующих конструкций и арматуры к опорам.

Пролет ВЛ – это участок ВЛ между двумя опорами или конструкциями, заменяющими опоры.

Длина пролета – это горизонтальная проекция пролета ВЛ.

Габаритный пролет – это пролет, длина которого определяется нормированным вертикальным расстоянием от проводов до земли при установке опор на идеально ровной поверхности.

6

Ветровой пролет – это длина участка ВЛ, давление ветра на провода и тросы с которого воспринимается опорой.

Весовой пролет – это длина участка ВЛ, вес проводов и тросов которого воспринимается опорой.

Стрела провеса провода – это расстояние по вертикали от прямой, соединяющей точки крепления провода, до провода.

Габаритная стрела провеса провода– это наибольшая стрела провеса провода в габаритном пролете.

Анкерный пролет – это участок ВЛ между двумя ближайшими анкерными опорами. Анкерный пролет обычно состоит из нескольких промежуточных пролетов.

Подвесной изолятор – это изолятор, предназначенный для подвижного крепления токоведущих частей к опорам.

Гирлянда изоляторов – это устройство, состоящее из нескольких подвесных изоляторов и линейной арматуры, подвижно соединенных между собой.

Штыревой изолятор – это изолятор, состоящий из изоляционной детали, закрепленной на штыре или крюке опоры.

Пляска проводов (тросов) – это устойчивые периодические низкочастотные (0,2 ÷ 2 Гц) колебания провода (троса) в пролете с односторонним или асимметричным отложением гололеда, вызываемого ветром со скоростью3 ÷ 25 м/с и образующие стоячие волны с числом полуволн от одной до двадцати и амплитудой 0,3 ÷ 5 м.

Вибрация проводов (тросов) – это периодические колебания провода (троса) в пролете с частотой от3 до 150 Гц, происходящие в вертикальной плоскости при ветре и образующие стоячие волны с размахом, который может превышать диаметр провода (троса).

Нормальный режим – это режим при необорванных проводах и тросах, гирляндах изоляторов.

Аварийный режим – это режим при оборванных одном или нескольких проводах или тросах, гирляндах изоляторов.

Монтажный режим – это режим в условиях монтажа опор, проводов и тросов.

Населенная местность – это земля городов в пределах городской черты, курортные и пригородные зоны, земли поселков городского типа и сельских населенных пунктов, а также территория садово-огородных участков.

Труднодоступная местность – это местность, недоступная для транспорта и сельхозмашин.

Ненаселенная местность – это земли, не отнесенные к населенной и труднодоступной местности.

Большими переходами называются пересечения судоходных рек, каналов, озер, водохранилищ, ущелий, оврагов и других препятствий с пролетом пересечения более 700 м.

7

2. Провода и грозозащитные тросы воздушных линий

На ВЛ подвешиваются голые(неизолированные) провода, состоящие из одной или нескольких проволок. Провода из одной проволоки – однопроволочные – имеют меньшую прочность и в настоящее время применяются на ВЛ до 1000 В. Многопроволочные провода, свитые из нескольких проволок, обладают большей надежностью и используются на всех напряжениях.

К материалу проводов предъявляют следующие требования: высокая электрическая проводимость (наилучшую имеют медь, бронза и алюминий), достаточная прочность (сталь), антикоррозионная стойкость (медь, бронза). Вместе с тем медь является дорогим и дефицитным металлом, поэтому медные провода в настоящее время не применяются при проектировании. Основными материалами для проводов служат алюминий и сталь, из них изготавливают алюминиевые и комбинированные сталеалюминиевые провода, свитые из стальных и алюминиевых проволок. Эти провода обладают большой гибкостью и могут быть выполнены любого необходимого сечения. Диаметры отдельных проволок и их число подбираются так, чтобы сумма поперечных площадей се-

чений отдельных проволок дала требуемое общее значение площади сечения провода (в дальнейшем просто сечение). В центре многопроволочного провода размещается либо одна проволока, либо с навитыми вокруг центральной стальными проволоками такого же сечения. Таких навитых слоев проволок на центральную проволоку (повивов) может быть несколько.

После скрутки каждая проволока, кроме центральной, располагается по винтовой линии. Для придания проводу круглой формы, и для предотвращения раскручивания смежные повивы скручиваются в противоположных направлениях. При этом верхний повив должен иметь«правое» направление. Скрученные проволоки, естественно, имеют большую длину, чем длина провода, измеренная по его оси, и это обусловливает увеличение его физической массы по сравнению с теоретической. Многопроволочные провода обладают большей гибкостью, но имеют меньшую прочность на разрыв, по сравнению со сплошным проводом того же сечения.

Алюминиевые провода изготавливаются только из алюминиевых проволок, у сталеалюминиевых центральная проволока и несколько ближайших к ней повивов изготавливаются из стали, что придает проводу механическую прочность, а верхние повивы – из алюминия, что обеспечивает достаточно высокую электропроводность (рис. 2.1).

8

А-70 АС-95/16 АС-120/19 АС-185/29

АС-240/32

Рис. 2.1. Конструкции алюминиевых и сталеалюминиевых проводов

В маркировке проводов указывается материал, из которого изготовлен провод и номинальное сечение проводящей части провода. В зависимости от материала проволок провода маркируются буквами: А – алюминиевые, АС – сталеалюминиевые. Номинальным сечением провода является округленное значение площади его проводящей части, а для сталеалюминиевых проводов – проводящей части (в числителе) и стальной (в знаменателе). Примеры условных обозначений по ГОСТ 839-80*Е:

-А-70 – алюминиевый провод номинального сечения 70 мм2,

-М-35 – медный провод с номинальным сечением 35 мм2,

-АС-70/11 – сталеалюминиевый провод номинального сечения алюминиевой части 70 мм2 и стальной части 11 мм2.

Добавляемые к этому обозначению символы характеризуют дополнительные конструктивные особенности провода. Например, марка алюминиевого провода АКП означает, что межпроволочное пространство всего провода, за исключением наружной поверхности, заполнено нейтральной смазкой, защищающей провод от коррозии, то есть провод АКП имеет повышенную корро-

зийную стойкость. Выпускаются также сталеалюминиевые провода марок АСКС и АСК, обладающие повышенной коррозионной стойкостью. Используются в эксплуатации и провода из алюминиевого сплава АВЕ. Они имеют маркировку АН (обычные) и АТ (термоупрочненные). Их конструкция соответствует конструкции алюминиевых проводов по ГОСТ839-80, а механическая прочность значительно выше.

На находящихся в эксплуатации ВЛ еще можно встретить обозначения по старому ГОСТ проводов марок АСО– облегченной, АСУ – усиленной и АСУС – специально усиленной конструкции, но с 1980 г. эти обозначения отменены.

Провода сечением до 95 мм2 выполняются с однопроволочным стальным сердечником и одним повивом алюминиевых проволок, отношение сечений алюминия и стали в этих проводах равно шести. Провода сечением 95 ÷ 400 мм2 изготавливаются при соотношении сечений6/11 ÷ 6/25 с многопроволочным стальным сердечником и двумя алюминиевыми повивами.

При почти одинаковом сечении алюминиевой части изменение сечений стальной части приводит к конструкциям, значительно отличающимся друг от

9

друга массой и прочностью, что определяет соответствующую область применения. В табл. 2.1 приведено сравнение параметров сталеалюминиевых проводов (в скобках приведена старая маркировка провода).

	Сравнение параметров сталеалюминиевых проводов					Таблица 2.1
	Марка провода	АС-300/39	АС-300/48	АС-300/66		АС-300/204
		(АСО-300)	(АС-300)	(АСУ-300)	(АСУС-300)
	Сечение, мм2:		295	288		298
	- алюминиевой части	301
	- стальной части	38,6	47,8	65,8		204
	Отношение сечений (А/С)	7,81	6,16	4,39		1,46
	Масса, кг/м	1,132	1,186	1,313		2,428
	Разрывное усилие, даН	8935	9969	12191		27398

В зависимости от соотношения алюминиевой и стальной части(А/С) сталеалюминиевые провода разделены на семь групп. Чем меньше количественное значение соотношения А/,С тем больше механическая прочность провода (табл. 2.1). Согласно ПУЭ, например, провода с соотношением А/С4,4 ÷ 4,28, относящиеся к пятой группе, применяются в тяжелых гололедно-ветровых условиях как механически надежные. Провода шестой группы(А/С составляет 1,46) используются для выполнения больших переходов через реки и водоемы, поскольку они требуют меньшую высоту опор, и, следовательно, более экономичны. Провода седьмой группы, где соотношение А/С равно 0,95 ÷ 0,65 могут применяться в качестве токопроводящего грозозащитного троса.

Алюминий и сталь имеют различные механические характеристики. Практический расчет сталеалюминиевых проводов ведется по характеристикам, приведенным к проводу в целом, то есть формально провод считается выполненным из одного материала. Основными характеристиками являются модуль упругости Е, температурный коэффициент линейного удлиненияa , допустимое напряжение [s ]. Физико-механические характеристики сталеалюминиевых проводов, применяемых на ВЛ35 ÷ 220 кВ, приведены в табл. А1 приложения А.

Анализ многолетней эксплуатации неизолированных многопроволочных проводов в сетях напряжения 0,4 ÷ 10 кВ, использующихся, в основном, в сельской местности, показал, что отключение таких ВЛ, в основном, вызвано схлестыванием фазных проводов (50 %), а также окислением контактов, гололедными явлениями и др. Это явилось причиной создания самонесущих изолированных проводов (СИП), имеющих повышенную надежность и безопасность.

Конструкция СИП представляет собой пучок из трех изолированных жил, скрученных вокруг несущего троса таким образом, чтобы механическая нагруз-

10

ка смонтированного провода воспринималась только несущим тросом. Жилы выполнены из одной или нескольких скрученных алюминиевых проволок. В качестве изоляции применяется светостабилизирующий пропилен черного цвета, который обладает высокой нагревостойкостью. Несущий трос круглого сечения скручен из семи проволок, изготовленных из алюминиевого сплава, и может использоваться, как нулевой провод. Для СИПов разработана специализированная арматура.

В настоящее время в РФ применяют СИП 0,4 кВ марок «АМКА-Т» (Финляндия), «Торсада», (Франция) и провода отечественных марок, изготовленные на заводах Севкабель (Санкт-Петербург) – СИП, СИП1А, СИП 2, Иркутсккабель – САПт, САСПт, САПс и др. Пример конструктивного исполнения СИП «АМКА» приведен на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Конструктивное исполнение СИП: а - «АМКА», б - «АМКА-Т»

Все провода СИП «АМКА», за исключением несущего нулевого, имеют изолирующую оболочку. Жилы фазных проводов выполнены из алюминия, жила несущего нулевого провода – из алюминиевого сплава (альмелек). Достоинствами СИП «АМКА» являются также стойкость к ультро-фиалетовому излучению и к воздействию озона, сохранение механической прочности и электрических параметров в широком диапазоне температур: от – 450 до +850С, влагонепроницаемость. Такими же свойствами обладают СИП других марок. ВЛ до 1 кВ, выполненные с использованием СИП, называют воздушными изолированными линиями (ВЛИ). Их преимущества по сравнению с традиционными ВЛ с неизолированными проводами, заключаются в следующем:

- повышение в 5÷6 раз эксплуатационной надежности работы ЛЭП за счет снижения или исключения основных видов механических повреждений и отсутствия коротких замыканий, снижения уровня вибраций и налипания снега