Процесс построения опоры для линии электропередачи в условиях ветрености: необходимые качества

2

Содержание



1. Расчёт проводов ЛЭП на прочность

1.1 Постановка задачи и исходные данные

1.2 Определение характеристик провода

1.3 Определение расчётной нагрузки для каждого режима

1.4 Вычисление длины критических пролётов

1.5 Расчёт кривых провисания провода

2. Расчёт опоры ЛЭП

2.1 Постановка задачи и исходные данные

2.2 Расчёт ветровой нагрузки, действующей на опору

2.3 Определение усилий в стержнях фермы

2.4 Подбор безопасных размеров поперечного сечения стержней фермы


1. Расчёт проводов ЛЭП на прочность



1.1 Постановка задачи и исходные данные



Цель курсового проекта: Спроектировать линию электропередачи (ЛЭП) и рассчитать для неё опоры при заданном ветровом районе по гололёду.

Для заданной линии ЛЭП необходимо определить нагрузки, действующие на провод для трёх расчётных режимов, напряжения в проводе, стрелу провеса, величину наибольшего провисания и её координаты, первоначальную длину провеса. 

Построить кривые провисания проводов.

При расчёте принято:

длина пролёта l = 300 м;

разность уровней точек подвеса h = 35 м;

марка провода по ГОСТ 839-59 - АС-400;

район по гололёду - IV;

район по ветру - VI;

температура, при которой подвешен провод Т0 = 0С;

среднегодовая температура TIII = 0С;

минимальная температура TI = - 40С;

коэффициент скоростного напора k = 1.



1.2 Определение характеристик провода



Площадь сечения провода F = 493,3 мм2.

Расчётный диаметр провода d = 29 мм.

Расчётный вес провода qп = 1,840 даН/м.

Модуль упругости материала Е = 8900 даН/мм2.

Коэффициент температурного линейного расширения  град -1.



1.3 Определение расчётной нагрузки для каждого режима



1.3.1 I режим - минимальной температуры (TI = - 40С; гололёд и ветер отсутствуют). Интенсивность нагрузки от собственного веса для провода марки АС-300 по ГОСТ 839-59



 даН/м



Удельная нагрузка







1.3.2 II режим - максимальной нагрузки (TII = - 5С; гололёд и ветер)

Толщина стенки гололёда b = 20 мм (IV район).

Скоростной напор ветра  даН/м2 (I район; при наличии гололёда скоростной напор принимается равным 25% от нормативного qн). 

Удельный вес льда провода



.



Интенсивность нагрузки от гололёда:



 даН/м.



Интенсивность нагрузки от давления ветра:

 даН/м 



(Здесь с = 1,2 - аэродинамический коэффициент).

Суммарная интенсивность нагрузки:



 даН/м.



Удельная нагрузка







1.3.3 III режим - среднегодовой температуры (TI = 0С; гололёд и ветер отсутствуют).

Как и для I режима:



 даН/м; .



Вычисленные нагрузки и допускаемые напряжения для трёх режимов сведены в таблицу.



Расчётный режим

Допускаемые напряжения, даН/мм2

Температура Т, С

Интенсивность нагрузки, даН/м

Удельная нагрузка, 



I

II

III



11,5

13,0

7,75



40

5

0



1,840

4,82

1,840



0,00372

0,00977

0,00372


1.4 Вычисление длины критических пролётов



Длину критических пролётов вычисляем по формуле:







По этой формуле находим, принимая 



0,9933










Полученное соотношение критических величин пролётов ( ) соответствует случаю № 2, пролеты  и  в этом случае фиктивные, физического смысла не имеют и находятся на пересечении прямой III - III с продолжением кривых I - III и II - III (см. рис.1) Для пролетов L расчет. < L 2 кр. исходным является режим I, а при L расчет. > L 2 крит. режим II, где L расчет. - длина пролета, по которому ведется расчет (задана по условию).





Рисунок 1



1.5 Расчёт кривых провисания провода



1.5.1 Режим II. Горизонтальное натяжение нити:



даН.



Величина наибольшего провисания:







Абсцисса, определяющая положение низшей точки:






Из решения видно, что низшая точка кривой провисания лежит за пределами пролёта.

Стрела провисания



м



Конечная длина провода







Первоначальная длина провода







По выполненным расчётам строим кривую провисания провода

(рис.2).





Рис.2




1.5.2 Режим I

Для режима I используем уравнение состояния провода







где индекс m означает исходный режим, индекс n - исследуемый режим.

В нашем случае имеем:





или





После упрощения получим:







откуда  даН/мм2.

Дальнейший расчёт проводим аналогично расчёту режима II:



даН;



;

;

;





По полученным данным строим кривую провисания провода аналогично режиму I (см. рисунок 3).





Рис.3



1.5.2 Режим III

Для режима III имеем:





или





После упрощения получим:




откуда  даН/мм2.

даН;



;

;

;





По полученным данным строим кривую провисания провода аналогично режиму III (см. рисунок 4).






2. Расчёт опоры ЛЭП



2.1 Постановка задачи и исходные данные



Для расчётной схемы опоры ЛЭП необходимо:

определить интенсивность давления на ферму ветровой нагрузки (район по ветру I);

определить усилия в элементах плоской фермы;

подобрать из условия устойчивости безопасные размеры поперечного сечения отдельно для поясов и раскосов решётки в виде равнобокого уголка;

рассчитать опасный узел сварного и болтового соединений, выполнить эскизы этих узлов.

При расчёте принять:

допускаемые напряжения при растяжении и сжатии для прокатных профилей даН/см2 (210 МПа);

допускаемые напряжения для сварных швов, болтов, заклёпок на срез даН/см2 (130 МПа); на смятие  даН/см2 (340 МПа);

сосредоточенный момент 

сосредоточенная сила Р = 1000 даН (0,01 МН);

параметр а = 2 м.



2.2 Расчёт ветровой нагрузки, действующей на опору



Определим величину расчётного скоростного напора:



 даН/м2,



Где даН/м2 – 


скоростной напор ветра (VI район)

n = 1,3 - коэффициент перегрузки для высотных сооружений;

k =1 - поправочный коэффициент изменения скоростного напора, зависящий от высоты и типа местности (см. п.1.1).

Коэффициент лобового сопротивления для пространственной четырёхгранной фермы при направлении ветра на грань:







где

Сх = 1,4 - аэродинамический коэффициент для плоской фермы;

m = 0,3 - коэффициент увеличения давления ветра на подветренную грань, зависящий от типа решётки.

Площадь проекции опоры на плоскость, перпендикулярную направлению ветра (рисунок 3):



,



где

м2 - площадь проекции прямоугольной части;

м2 - площадь проекции трапециевидной части;

-угол наклона боковой стороны трапеции к ветру.



При этих значениях получим:



м2.


Вычисляем давление ветра на опору:



даН,



где

 = 1,5 - коэффициент увеличения скоростного напора, учитывающий его динамичность и пульсацию;

поправочный коэффициент при действии ветра на ребро;

расчётная площадь проекции конструкции по наружному обмеру на плоскость, перпендикулярную направлению ветра; здесь  коэффициент заполнения плоской фермы.

Интенсивность ветровой нагрузки



даН/м.



Принимаем qw = 131 даН/м.



2.3 Определение усилий в стержнях фермы



2.3.1 Определение узловой нагрузки

Интенсивность распределённой нагрузки разносим по узлам фермы. Усилие, приходящееся на одну панель, определяем по формуле:



 тогда






2.3.2 Вычисление реакций в опорах

Из условий равновесия:







Рис.5



Вычисление усилий в стержнях фермы

Для определения усилий в стержнях используем метод сечений и способ вырезания узлов.





рис.7



сечение I - I (рис.7)

Условия равновесия:









рис.8




рис.9



2) сечение 2 - 2 (рис.9)

Условия равновесия:









рис.10




Рис.11



3) сечение 3 - 3 (рис.11)

Условия равновесия:









Рис.12



сечение 4 - 4 (рис.15)




Рис.13



Условия равновесия:










 

Рис.14



 

рис.15












Сечение 5-5 (рис.18)







Рис.16



Условия равновесия:














Рис.17


Рис.18





Сечение 6-6 (рис. 20)

Условия равновесия:













Рис. 19


Рис. 20






Рис.21



сечение 7-7 (рис.24)





Рис.22





Рис.23



Условия равновесия:







По найденным значениям строим эпюры внутренних усилий в стержнях фермы (рис.25).


Рис.24




рис.25




2.4 Подбор безопасных размеров поперечного сечения стержней фермы



Наибольшее сжимающее усилие в поясе даН.

Безопасные размеры поперечного сечения равнобокого уголка находим из условия прочности при растяжении:







Из условия устойчивости при сжатии имеем:







принимая 0 = 0,5 в первом приближении. Согласно ГОСТ 8509-57, по сортаменту выбираем равнобокий уголок 10010010, для которого F = 19,2 см2 и imin = 1,96 см. Вычисляем гибкость стержня, считая элементы пояса шарнирно закреплёнными по концам:







По справочной таблице для гибкости  = 103,6, используя линейную интерполяцию, находим:






По сортаменту окончательно выбираем равнобокий уголок 10010010, для которого A = 19,2 см2 и imin = 1,98 см.

Аналогичным образом определяем необходимые размеры сечения для стержней решётки.

Из условия устойчивости при сжатии имеем:







принимая 0 = 0,5 в первом приближении.

Согласно ГОСТ 8509-93, по сортаменту выбираем равнобокий уголок 63634, для которого F = 4,96 см2 и imin = 1,25 см.

Вычисляем гибкость стержня, считая элементы пояса шарнирно закреплёнными по концам:







Гибкость очень велика, поэтому выбираем равнобокий уголок 80807, для которого F = 10,8 см2 и imin = 1,58 см.

Гибкость стержня







Окончательно принимаем для раскосов уголок 80807.