Автор работы: Пользователь скрыл имя, 26 Марта 2014 в 15:48, курсовая работа
Метод расчета по предельным состояниям заключается в том, что расчет ведется не по эксплуатационному, а предельному состоянию, при достижении которого уже невозможна эксплуатация сооружения. Особенностью этого метода является введение взамен одного общего коэффициента запаса нескольких, учитывающих перегрузки, неоднородности материала и условия работы сооружения. Эти коэффициенты определяются статистическими методами по данным экспериментов с натурными изделиями.
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тульский государственный университет»
ИВТС им. В.П. Грязева
факультет Систем автоматического управления
кафедра «Электроэнергетики»
Курсовая работа
по дисциплине «Энергоснабжение»
на тему «Расчет воздушной линии электропередач»
Выполнила: ст.гр. 121511 Юрчикова В.О.
Проверил:
Тула, 2013г.
Содержание
Для выбора проводов по экономической плотности тока используют формулу:
Fэ = Iмакс / jэ, (1.1)
где Fэ – экономическая площадь сечения проводов, мм2; Iмакс – максимальный ток участка, А; jэ – экономическая плотность тока, А/мм2.
Максимальный ток участка определяют по формуле:
Iмакс = Sном /Uф, (1.2)
Экономическую плотность тока определяют по таблице в зависимости от времени использования максимальной мощности Tмакс.
Так как по условию Tмакс = 3600 ч., то экономическая плотность тока будет равна jэ = 1,1.
Рассчитаем максимальный ток. Для этого, в формулу (1.2) подставим значения Sном и Uф:
Iмакс = = 50,13 А.
Имея максимальный ток, можем рассчитать экономическое сечение провода:
Fэ = 50,13/1,1 = 45,57 мм2.
Исходя из полученного сечения, выбираем провод марки АС 50/8.
Технические и физико-механические характеристики провода, необходимые в дельнейших расчетах:
- площадь сечения всего провода, мм2 – 50;
- диаметр провода, мм – 9,6;
- максимальный длительный ток, А:
вне помещения – 210;
внутри помещения – 165;
- сопротивление постоянному току при 20°С, Ом/км – 0,5951;
- удельное активное сопротивление при 20°С, Ом/км – 0,619;
- допустимое напряжение, кгс/мм2:
при наибольшей нагрузке sг= 10,5;
при низшей температуре s- = 9,52;
при среднегодовой температуре sэ = 6,25;
- модуль упругости Е, кгс/мм2 – 8250;
- температурный коэффициент линейного удлинения a,1/град –
- масса 1 км провода, кг – 195.
Imax> Imax расч.;
Imax = 210 A > 50,13 A.
Так как максимальный длительный ток провода больше расчетного тока, то сечение провода марки АС 50/8, подходит по допустимому нагреву.
При электрическом расчете ВЛЭП необходимо учитывать, что провода воздушных и кабельных линий напряжением 35 кВ обладают не только активным, но и индуктивным сопротивлением. Для них характерна последовательная схема замещения, представленная на рисунке 1:
Рисунок 1 – Схема замещения линии электропередач
Активное сопротивление определяется по формуле:
rл=rо∙l; (2.1)
rл=0,619∙45=27,859Ом;
где rо – удельное сопротивление Ом/км при t° провода + 20°С, l – длина линии, км.
Реактивное сопротивление линии:
Xл = X0l ; (2.2)
Xл =0,5951∙45=26,7795 Ом.
где X0 - удельное реактивное сопротивление Ом/км.
3 Механический расчет проводов ВЛЭП
3.1 Единичные (погонные) нагрузки
Метод расчета по предельным состояниям заключается в том, что расчет ведется не по эксплуатационному, а предельному состоянию, при достижении которого уже невозможна эксплуатация сооружения. Особенностью этого метода является введение взамен одного общего коэффициента запаса нескольких, учитывающих перегрузки, неоднородности материала и условия работы сооружения. Эти коэффициенты определяются статистическими методами по данным экспериментов с натурными изделиями.
Единичная нагрузка от веса провода определяется по формуле:
p1 = m; (3.1)
p1 =195∙
где m – масса 1 км провода (кг).
Единичная нагрузка от веса гололеда на проводе определяется по формуле:
p (3.2)
0.9∙3.14∙10(9.6+10) =
где d – диаметр провода (мм); с – толщина стенки гололеда (мм); g0 – плотность гололеда (кг/дм3); g0 = 0.9 кг/дм3.
Единичная нагрузка от веса провода с гололедом определяется по формуле:
; (3.3)
1.043+0.195=
Ветровое давление на поверхность с площадью F в килограмм - силах определяется по формуле:
P = rV2CхFsinφ , (3.4)
где СХ – аэродинамический коэффициент (или коэффициент лобового сопротивления), зависящий от плотности воздуха r, 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 +15°С коэффициент r = 1/8; при этом значении rV2 = V2/16 = q. 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:
P = CxqFsinφ. (3.5)
При вычислении ветровых нагрузок на провода и тросы в эту формулу вводится коэффициент a, учитывающий неравномерность давления ветра по пролету :
P = aCxqFsin2φ. (3.6)
Чтобы получить единичную нагрузку в килограмм-силах на метр при ветре направленном перпендикулярно оси провода, диаметр которого выражен в миллиметрах, следует подставить значения: F = d*10-3.
Таким образом, единичная ветровая нагрузка на провод без гололеда определяется по формуле:
p4= a; (3.7)
p4 =19.2∙∙∙10∙26.7795∙9.6=
а на провод с гололедом –
p5a; (3.8)
p519.2∙∙∙10∙26.7795∙29.6=
Единичная ветровая нагрузка p4 на провод без гололеда определяется при наибольшей скорости ветра, которой соответствуют нормативные скоростные напоры q. Скорости ветра, установленные на основании наблюдений, умножаются на поправочный коэффициент a = 0,75 + 5/V, где V – скорость ветра, м/с.
Результирующие единичные нагрузки от веса провода (с гололедом и без гололеда), действующего вертикально, и горизонтального ветрового давления складываются геометрически и определяются по формулам:
при отсутствии гололеда:
; (3.9)
=
при наличии гололеда
; (3.10)
= .
3.2 Удельные нагрузки
В расчетах проводов удобнее пользоваться не единичными, а удельными, или приведенными, нагрузками. Эти нагрузки в кгс/(м*мм2) получают путем деления соответствующих единичных нагрузок на сечение провода F и обозначаются греческой буквой g с соответствующими индексами:
g (3.11)
g
g (3.12)
g
g (3.13)
g
(3.14)
g
g (3.15)
g
(3.16)
g
(3.17)
g
3.3 Критические пролеты
При расчете ВЛ на механическую прочность в нормальном режиме следует принимать следующие сочетания климатических условий:
отсутствует;
5°С, гололед отсутствует;
напор ветра 0.25qmax, но не меньше чем 14 кг/м2, при толщине стенки гололеда 15 мм и больше.
Определение напряжения в проводах при изменении атмосферных условий производится с помощью уравнения состояния провода, имеющего следующий вид:
s. (3.18)
Напряжения в проводах и тросах ВЛ не должны превышать допускаемых значений для следующих режимов:
а) режим наибольшей внешней нагрузки, имеющий место при климатических условиях 5 и 6. Параметры этого режима (погонную нагрузку, температуру и напряжение в проводе) обозначим соответственно через gг, tг,
sг;
б) режим низшей температуры при отсутствии внешних нагрузок, имеющий место при условиях 3. Параметры этого режима обозначим через g1, t-, s-;
в) режим среднегодовой температуры при отсутствии внешних нагрузок (климатические условия 4). Параметры этого режима обозначим через g1, tэ, sэ.
Уравнение состояния провода (3.15) позволяет определить следующие 3 критических пролета.
Первый критический пролет l1kпредставляет собой пролет такой длины, для которой напряжение провода в режиме среднегодовой температуры равно допускаемомуsэ, в режиме низшей температуры – допускаемомуs.
Подставляя в уравнение 3.15 параметры соответствующих режимов, величинуl1kможно выразить в виде:
(3.19)
l1K=187,011 м.
Второй критический пролет l2k имеет место в том случае, когда в режиме максимальных внешних нагрузок напряжение в проводе равно допускаемому sг, а в режиме низшей температуре – допускаемому s. Величина l2kопределяется соотношением:
(3.20)
l2K=33,118 м.
Третий критический пролетl3k имеет место в том случае, когда напряжение в режиме максимальных внешних нагрузок равно допускаемомуsг, а в режиме среднегодовой температуры – допускаемому sэ:
; (3.21)
l3K=23,874 м.
Для случая l1k>l2k>l3k;l>l2k исходным режимом является режим наибольшей нагрузки, что соответствует сочетанию расчетным климатическим условиям 6.
Для этого режима полагаем:
s6=sг=10.5 кг/мм2
3.4 Напряжения на проводе и стрелы провеса при всех сочетаниях климатических условий
Температура t=tmax, ветер и гололёд отсутствуют:
;
Провод покрыт гололёдом, t= -5°С, ветра нет:
;
Низшая температура t=tmin, ветер и гололёд отсутствуют:
Среднегодовая температура t=tэ, ветер и гололёд отсутствуют:
Наибольший нормативный напор ветра, t=-5°C, гололёд отсутствует:
Провода и тросы покрыты гололедом, t=-5°C, скоростной напор ветра 0,25qmax.:
4 Выбор элементов ВЛЭП
Воздушная линия состоит из трех основных элементов: проводов,опор иизоляторов.
4.1 Выбор опор
Промежуточная опора:
- шифр опоры П35-1;
- тип опоры Анкерная;
- цепность Одноцепная;
- район по гололеду III-IV;
- марка проводов АС 50/8 -АС 240/32;
- база опоры, мм 1800;
- масса опоры, кг 1558 кг;
- высота до низа траверсы 15 м.
Рисунок 2 – Промежуточная опора П35-1
Анкерная опора:
- шифр опоры У35-1+5;
- тип опоры Промежуточная;
- цепность Одноцепная;
- район по гололеду I-IV;
- марка проводов АС 50/8 -АС 240/32;
- база опоры, мм 4200;
- масса опоры, кг 4727 кг;
- высота до низа траверсы 15 м.
Рисунок 3 – Анкерная опора У35-1+5
Подвесные изоляторы собираются в гирлянды, которые бывают поддерживающими и натяжными. Первые монтируют на промежуточных опорах, вторые – на анкерных.
Выбираем изолятор типа ПС-70Е:
- разрушающая нагрузка – 70 кН;
- длина пути утечки–lэф = 303мм;
- строительная длина, lстр= 146 мм;
- гарантированная электромеханическая нагрузка не менее 7000 Н;
- пробивное напряжение, кВ – 100;
- коэффициент эффективности использования пути утечки k=1;
- число изоляторов в гирлянде – 3(+1) шт.
На воздушных линиях 35 кВ, в качестве грозозащитного троса, применяют канаты марки С50.