Ежков В.В., Зарудский Г.К., Зуев Э.Н. и др. Электрические системы и сети в примерах и иллюстрациях

Подождите немного. Документ загружается.

Суммарные потери мощности в ВЛ первого варианта

ЛР', = АР А-1.1 + АР'Л_2. ,+ЛР', , =

1,487

0,867

0.069

=2,423 МВт.

Во втором варианте (рис. 10.11, в) с учетом того, что

'o(9S)=0,306 Ом/км и Лд=2, получим

1 92^+54.2^ 1

26^

+ 14.9*

' • 0,306-27 =

2 110» 2 110»

=2,052 + 0,307 =2,359 МВт.

С учетом полученных результатов годовые потери электро-

энергии на нагрев проводов ВЛ

ДЭ',=ар', т=2423

•

2900 = 70Д67

•

10^ кВтч/год;

A3'2=AP'IT=2359-2900=

68,411 •

10^ кВтч/год.

Соответственно затраты на возмещение потерь

3„„т1

= з^АЭ',= 1,52.10"^70,267.10' = 106,8 тыс. руб/год;

3„от2=з'з

АЭ

j= 1,52.10"'. 68,411.

Ю'

= 104,0 тыс. руб/год.

Итак, определены все технико-экономические показатели, не-

обходимые для сопоставления вариантов схем сети по критерию

минимума приведенных затрат при Д,=0,12 1/год. Они сведены

в табл. 10.15.

Таблица 10.13. Кшшталовложешш

(тыс. р/уб.) и

составляющие

праведевшх затрат (тыс. руб/год) оо вармантам

Варвант

Хл

Ил

Ипс

Иг

Эпох

1 1491,9

570,0 2061,9 247.4 41,8 53,6 95,4 106,8 449,6

2 1344,6 332,6

1677Д

201,3 37.6 31.3

68,9

104,0

374Л

Анализ данных табл. 10.15 показывает, что второй вариант

характеризуется меньшими суммарными капиталовложениями

и издержками эксплуатации при примерно одинаковых с первым

вариантом затратах на возмещение потерь мощности и электро-

энергии. При этом относительная разница в суммарных затратах

^ Зи 374Д

что свидетельствует о необходимости выбора второго варианта

схемы сети.

310

в заключение отметим, что этот вывод получен при допуще-

нии об одинаковоЁ степени надежности вариантов схем сети.

Более глубокое исследование и сопоставление реальных показа-

телей надежности может привести к решению об отказе во вто-

ром варианте от применения упрощенной схемы электрических

соединений на стороне ПО кВ такой мощной подстанщ1и, какой

является ПС 1, и использовании там более надежной схемы

с выключателями, что повлечет за собой увеличение Кпс2,

Ипа, Hj;2 и Згг. т. е. сближение значений З^ и Зц.

ГЛАВА 11

РАСЧЕТЫ ПРОВОДОВ И ГРОЗОЗАЩИТНЫХ ТРОСОВ,

РАБОТАЮЩИХ В КОНСТРУКЦИЯХ

ВОЗДУШНЫХ линий ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Задачи этой главы расположены в последовательности, соот-

ветствующей принятой технологии проектирования конструктив-

ной части воздушных линий, и имеют сквозную исходную инфор-

мацию. Темы представленных задач охватывают такие важные

вопросы, как определение климатических условий для выполне-

ния расчетов сталеалюминиевых проводов и стальных грозоза-

щитных тросов на механическую прочность по методу допуска-

емых напряжений; выявление климатических условий, вызыва-

ющих наибольшее провисание и приближение проводов к земной

поверхности, и определение оптимального промежуточного про-

лета при расстановке опор по ровной местности; составление

документащш, сопровождающей проведение монтажных работ

с проводами; выбор тарельчатых подвесных изоляторов для

комплектования поддерживающих и натяжных гирлянд; об^-

печение рахщонального и безопасного пересечения воздушной

линии с несколькими инженерными сооружениями и др.

Задача 11.1. Трасса сооружаемой ВЛ на номинальное напря-

жение 220 кВ проходит по населенной местности, относящейся

к IV гололедноАпг и III ветровому районам. На унифицированных

двухцепных свободносгоящих стальных опорах будут смонтиро-

ваны сталеалюминиевые провода марки АСЗОО/66.

Рассчитать удельные механические нагрузки от внешних воз-

действий на провода.

Исходные

данные

и пояснения

В соответствии с ГОСТ 839 — 80Е («Провода неизолирован-

ные для линий электропередачи») провод АСЗОО/66 состоит из

стального сердечника, свитого из 19 стальных оцинкованных

Рве. пл. По11^>ечное сечение стале-

алюминиевого провода марки

АСЗОО/66

312

проволок диаметром 2,1 мм (два повива проволок), и провод-

никовой части в виде 30 алюминиевых проволок диаметром 3,5

мм (два повива) (рис. 11.1 и табл. 11.1).

Таблица 11.1. TexBiPiecKiie давные провода

Параметры

Проводник Сердечввк Провод

Сеченве, мм'

288,6 65,8 354,4

—

10,5 24.5

Масса, кг/км

796 517 1313

Отношение сечений /п=5А/5'С=288,6/65,8=4,386, т. е. провод

имеет усиленную конструкцию.

Согласно Правилам устройства электроустановок ПУЭ [И .2],

интенсивность вненших воздействий на конструктивные элемен-

ты ВЛ 220 кВ принимают, исходя из частоты повторяемости

наибольших гололедной и ветровой нагрузок 1 раз в 10 лет. При

этом максималы&ш нормативный скоростной напор ветра на

высоте до 15 м над поверхностью земли принимают в III районе

500 Н/м^ (см. табл. 2.5.1 в [11.2]), а нормативная толщина стенки

гололеда для высоты 10 м над поверхностью земли в IV районе

составляет 20 мм (см. табл. 2.5.3 в [11.2]).

Промежуточная опора заданного исполнения имеет шифр

П220-2 [11.3] и характеризуется конструктивными размерами,

указанными на рис. 11.2. Высота поддерживающей гирлянды,

состоящей из 14 тарельчатых стеклянных изоляторов типа ПС

70-Б, равна 2,3 м (табл. 41.14 в [11.3]).

Для ВЛ нормируется наименьшее допустимое расстояние от

проводов до поверхности земли (вертикальный габарит). Соглас-

но табл. 2.5.24 ПУЭ, для населенной местности в нормальном

режиме оно равно 8 м (при необорванных проводах и грозоза-

щитных тросах).

Решение. С№ределяем следующие удельные механические на-

грузки.

1. Постоянно действующая нагрузка от собственной массы

провода

=. Ю- Н/(м

•

мм^):

1-111.О SI

= НДм мм^).

2. Временно действующая нагрузка от масод гололедных

отложений

НДм.мм^),

Sa+SC

313

где b=b„kikb — расчетная толщина

стенки гололедного цилиндра на проводе,

причем 6н=20 мм — нормативная тол-

щина в нашем случае; kf — поправочный

коэффициент, учитывающий отличие диа-

метра провода от 10 мм;

А:*

— то же, но

учитывающий отличие высоты располо-

жения приведенного центра тяжести си-

стемы проводов от 15 м (А^<15 м,

А:* =1,0). Поправочные коэффициенты

рассчитываем по аппроксимирующим

формулам:

Vo.l'/n Vo.1-24,5

+0,17=0,833;

W/////4//////

Рис. 11.2. Промежуточ-

ная двухцепвая стальная

свободностоящая опора

типа П220-2

где h'„

_ 1

т. е. выражается через

высоты расположения центров тяжести всех проводов, подвешен-

ных на опоре.

Для нижних проводов

h^^fh+m/^,

где Лг=8 м — нормированный габарит; [/] — наибольшая допу-

стимая стрела провисания провода, определяемая по известным

конструктивным размерам опоры (рис. 11.2):

[/]=Я^-Л,-А=22,5-8-2,3 = 12,2 м,

тогда

8 +12,2/3

= 12,07 м.

Приведенный центр тяжести всех проводов

2 [12,07+(12,07+ 6.5)+(12,07 +2.6

18,57

М.

Находим поправочный коэффициент:

ifc{=0g\/7-18,57)^= 1,12.

Расчетная толпщна стенки ледяного цилиндра

^)=0,833-1,12.20 = 18,66 м.

Удельная нагрузка

10-3=6,304.10"^ НДм-мм^).

314

3. Суммарная вертикальная удельная нагрузка от собственной

массы провода и массы гололеда

Уз

у,

+ =

(3,634

6,304).

10"2 =

9,938 • 10" ^

Н/(м

•

мм^).

4. Временно действующая горизонтальная нагрузка от давле-

ния ветра на провод, свободный от гололеда,

Си 4

Хд + ^с

Так как 270<б„=500<745 Н/м^, то коэффициент неравномер-

ности распределения скоростного напора по длине пролета

0,1

= 0,768.

VoO.ieH-1.7

Аэродинамический коэффициент С, =

1,1,

так как da>20 мм.

Поправочный коэффициент на высоту 15 м)

А: с=Ое =(Ig VlO = 1,286.

Принимаем, что вектор скорости ветра направлен перпен-

дикулярно проводам, тогда sin

(/7

и удельная нагрузка

500 - 24 5

у^=0,768.1,1

•

1,286-- ^.10-^ =

3,755..

10"^ НДм мм^).

354,4 I

5. временно действующая горизонтальная нагрузка от давле-

ния ветра на провод, покрытый гололедом,

0^5QAda+2b)

= aC^k^Q~ — 10"^ НДм мм^).

' ^А + ^С

Коэффициент а определяется в зависимости от

0,25 Q^,

причем

для районов с

мм скорость ветра при гололеде принимают

не менее 15 м/с и соответственно скоростной напор не менее 140

Н/м^, но и не более 300 Н/м^ (ПУЭ, 2.5.34,6). Коэффициент

Ле=

1,286

остается прежним.

В нашем случае *:^(0,25е,)=1,286.125= 160,8<

270

Н/м^ и,

следовательно, принимаем а=1. Для всех проводов, покрытых

гололедом, Сх=1Л-

Таким образом,

= 3,365.10-2 НДм мм^).

315

Рис. 11.3. Определение результиру-

ющей удельной нагрузки провода

в зависимости от собственной мас-

сы в ветрового давления

Рис. 11.4. Определение ре-

зультирующей удельной на-

грузки провода от собственной

массы, массы гололедных от-

ложений и ветрового давления

6. Результирующая удельная нагрузка от собственной массы

провода и давления ветра (рис. 11.3)

У б=Vy!+yi=10"^ V3.6342 +3,7552=5,226.10 -

Н/(м. мм^).

7. Результирующая удельная нагрузка от массы провода,

массы гололеда и давления ветра (рис. 11.4)

У^=+у^у -1-^=10-2 ^9,9384

3,365^

= 10.49.10- 2 НДм мм^).

Сравнение показывает, что из двух нагрузок yg и уу наиболь-

шей является

Yj,

т. е. результирующая нагрузка от действия ветра

и гололеда

= 10.49.10-2 Н/(м.мм2).

Аналогично рассчитываем удельные механические нагрузки

для грозозащитного троса. Центр тяжести троса имеет при этом

другую высоту, 4ем у проводов, и определяется в предположении

одинаковости стрел провисания троса и проводов:

Л^г=Я„-|[Л=41-0,667.12Д=32,9 м,

тогда поправочные коэффициенты

^JT=AGV7-32,9)2=L,395; 32,9)2 = 1,584.

316

Задача 11.2. Воздушная линия 220 кВ сооружается с примене-

нием проводов марки АСЗОО/66 (см. задачу 11.1) на местности,

характеризуемой следующими округлеывыми значениями темпе-

ратуры воздуха за длительный период наблюдения на метеоро-

логической станции:

— средняя годовая +10° С;

— образования гололеда

— 5"

С;

— наинизшая (абсолютная низшая) 0(_)=

— 25°

С.

Найти эквивалентные значени55 температурного коэффициен-

та линейного удлинения провода, его модуля упругости и до-

пускаемые значения эквивалентного механического напряжения

для трех характерных эксплуатационных состояний провода, со-

ответствующих заданным температурам; решить уравнения со-

стояния провода методом Ньютона для анкерных пролетов ВЛ

различной длины и построить графические зависимости измене-

ния напряжения в проводе.

Исходные данные и пояснения

Технические данные провода АСЗОО/66 и его удельные меха-

нические нагрузки берем из задачи 11.1. Эквивалентные физи-

ко-механические характеристики и допускаемые напряжения ста-

леалюминиевого провода в целом зависят от соотношения сече-

ний проводниковой части провода и его стального сердечника.

Для решения поставленной задачи воспользуемся данными, при-

веденными в ПУЭ.

Решение. Для провода АСЗОО/66 усиленной конструкции с со-

отношением сечений алюминия и стали /п=4,39 по табл. 2.5.8

в [11.2] находим

18,3.1/С°, £=89.10^ Н/мм^

В табл. 2.5.7 из [11.2] указаны значения допускаемого эк-

вивалентного напряжения (принимаем, что провод изготовлен из

обычной твердотянутой электротехнической алюминиевой про-

волоки марки AT):

[О^]в6=14,9 даН/мм^ = 149 Н/мм^ в состоянии провода, когда

действует наибольшая механическая нагрузка Увв;

ст](_)=[ст]вб= 149 Н/мм^ при наинизшей температуре воздуха;

o^]o=99 Н/мм^ при средней годовой температуре воздуха

(средние эксплуатационные условия работы провода).

Каждое из этих значений не может быть длительно превыше-

но в процессе эксплуатации ВЛ.

Рассчитаем изменение значений напряжений в рассматрива-

емом проводе, которые будут возникать при средних эксплу-

атационных условиях и в анкерных пролетах различной длины,

если требуется обеспечить сохранение допускаекшх напряжений

317

как при условиях возникновения наибольшей механической на-

грузки, так и при установившейся наинизшей температуре окру-

жающего воздуха. Составим и решим уравнения состояния про-

вода в двух вариантах.

Первое уравнение: исходные условия т — при у^; искомые

условия п — при средних эксплуатационных условиях

Второе уравнение: исходные условия т — при искомые

условия п — при средних эксплуатационных условиях

Структура обоих уравнений, являющихся неполными кубичес-

кими, одинакова:

al-Atrl-B^O,

где

{7т1д^

B=iyJ,fEI24.

По итерационному методу Ньютона, наиболее эффективному

для решения таких уравнений, 0k+i=0k—fi0k)lf'i0k) — напряже-

ние на последующей 1ггерации;/'

(ст*)

— производная по перемен-

ной с на итерации к:

Г{ск)^Ъа1-2Аак.

Тогда

„l-Acl-B

Otj.1

— Ok = .

2al-2Ack akOek-2A)

Ha нулевой итерации удобно взять некоторые легко вычисля-

емые значения напряжения. Так, при /«-»0 из первого уравнения

состояния получим

в„)=

149-Ь 18,3 -10"® • 89 -10'

(-5-10)=

= 149-24,43=124,6 H/мм^ т. е. >[а]^

Из второго уравнения состояния

W9-I-1,629

(-25-10)=149-57,02=92 H/мм^ т. е. <[^1,.

318

Теперь вычислим значения коэффициентов А и В для первого

уравнения состояния при длинах пролетов 100, 200, 300, 400

и 600 м:

од

Л^=149-(0,1049/149)2/?—+18,3.10-®-89.103х

-10) = 124,6 -1,845

• 10"

' /?.

5„б=(0,03634^/24) 89.10' /?=4,9161 /?.

Расчет будем сопровождать занесением результатов в табл. 11.2.

Таблица 11.2. Результаты расчета

/,-,

Впб "оО

"сэЗ

tfoJ

100 106,1

49161

125 112,9

110,3 110,2

200

50,8

196644

ПО

98,3 81,9

80,9

300

-41,5

442449 80 67

64,64

64,6

400

-170,6

786576 64 58,7

58,6

58,5

600 -539,6

1769796 58 54,7

54,6 54,5

Если рассмотреть то

149^=51,62 Н/мм\

0,1049

Полученные значения <т„з (см. табл. 11.2) наносим как точки

в координатах а и и, соединяя их, получим график изменения

Oo=f(Jb при заданном исходном значении

[ff]„6=

149 Н/мм^ (рис.

11.5).

Рис. 11.S. Изменение напряжения

в проводе при q>eAHHX эксплуатаци-

онных климатических условиях

в зависимости от длины анкерного

1фолета:

1 — значени» напряжении рассчитаны по

ураввеншо сосгоавия при исходных клв-

матвчесхнх условвах вавболыпей меха-

ввчесхой вагрузЕв;

— то аве, во всход-

вые условии соответствуют ванюпшей

темперпуре воздуха

ЮО 200 S00 400 500 600 1,м

319