Как найти стрелу провеса провода

1. Расчет характеристик самонесущего оптического кабеля

1.1. Начальный модуль упругости

При растяжении кабеля необходимо учитывать модуль упругости кабеля, E_каб. Оптический кабель состоит из различных материалов, при этом определяющее значение на модуль упругости целого кабеля оказывают центральный силовой элемент и упрочняющие нити.

Для расчета модуля упругости кабеля, необходимо воспользоваться следующей формулой:

где E_i и S_i – модуль и площадь i-го несущего элемента кабеля.

Понятно, что модуль упругости кабеля также зависит от числа и вида силовых элементов и определяется изготовителем кабеля.

1.2. Сечение кабеля

Расчет производится по следующей формуле:

где D_каб – внешний диаметр кабеля.

Необходимо учесть, что модули упругости приведены к сечению всего кабеля в целом. Соответственно приводится и расчет площади всего кабеля. В этом случае расчет площади твердых элементов кабеля не нужен.

1.3. Расчет максимально допустимой растягивающей нагрузки

При расчете рассматриваются оптические кабели со свободной укладкой волокна в оптических модулях скрученных вокруг центрального силового элемента (ЦСЭ) (типов ДПТа, ДПТс, ДОТа, ДОТс производства ООО «Инкаб»). Максимально допустимая растягивающая нагрузка пропорционально предельно допустимому удлинению самого кабеля и оптического волокна. Удлинение кабеля приводит к тому, что волокна, расположенные в центре модуля, начинают смещаться к внутренней поверхности модуля у ЦСЭ (рис. 1):

Рис. 1. Расположение волокон в оптическом модуле.

При этом еще не происходит удлинения волокна. При дальнейшем удлинении волокно распрямляется за счет избыточной длины в модуле. После распрямления начинает удлиняться само волокно, при этом оно не должно превысить некоторого допустимого значения. Поэтому допустимое удлинение кабеля вычисляется по следующей формуле:

где, ε_доп — максимально допустимое удлинение кабеля; ε_к — допустимое удлинение кабеля, при котором волокно не подвергается механическому напряжению; ε_изб — избыточная длина волокна в модуле; ε_ов — максимально допустимое удлинение оптического волокна.

Избыточная длина волокна в модуле закладывается при его изготовлении и задается изготовителем ОК. Максимально допустимое удлинение оптического волокна определяется исходя зависимости срока службы оптического волокна от приложенной растягивающей нагрузки. При определенном сроке службы кабеля в 25 лет, допускается удлинение волокна на величину до 0,25% без ухудшения его свойств в течение всего времени. Следует понимать, что максимально допустимая растягивающая нагрузка действует на кабель максимум несколько суток раз в 10–15 лет, что также гарантирует сохранение свойств волокна в течение всего срока службы. Допустимое удлинение кабеля, при котором волокно не подвергается механическому напряжению, зависит от конструкции, определяемой конкретным изготовителем, и рассчитывается по следующей формуле:

где, R — радиус скрутки; S — шаг скрутки; ΔR — зазор между оптическим волокном и внутренней стенкой модуля.

Путем увеличения радиуса скрутки и зазора (внутреннего пространства модуля), а также уменьшения шага скрутки можно получить большее допустимое удлинение кабеля без механического напряжения волокна. При этом шаг скрутки не должен быть меньше определенной величины, определяемой минимальным радиусом кривизны волокна за счет спиральной скрутки модулей. Таким образом, зная начальный модуль упругости кабеля, его сечение и допустимое удлинение, можно определить максимально допустимую растягивающую нагрузку на кабель (МДРН):

Именно эта расчетная величина, указывается изготовителем в характеристиках кабеля. Соответственно, при расчете нагрузок, действующих на кабель при заданных условиях эксплуатации необходимо, чтобы они не превышали МДРН кабеля.

1.4. Прочие допустимые нагрузки

Допустимая монтажная нагрузка (ДМН) — нагрузка, которая допустима при монтаже кабеля и его прокатке через ролики.

Максимально допустимая монтажная нагрузка (МДМН) — нагрузка, которая допустима при выставлении монтажных стрел провеса.

Разрывная нагрузка — нагрузка, при которой происходит разрыв кабеля.

Значения данных нагрузок зависят от механических свойств кабеля, как совокупности конструкции и материалов (в первую очередь количества силовых элементов), а, следовательно, пропорциональны значению МДРН.

1.5. Масса кабеля

Рассчитывается как масса отдельных материалов из которых состоит кабель:

где

— массы центрального силового элемента, оптических волокон, ПБТ, корделей, гидрофобов внутримодульного и межмодульного, промежуточной оболочки, силовых нитей и наружной оболочки соответственно.

1.6. Наружный диаметр кабеля

Рассчитывается следующим образом:

Где D_скр — диаметр по скрутке, который складывается из диаметра центрального силового элемента и диаметров оптических модулей; h_пр.об. — толщина промежуточной оболочки (при ее наличии); h_нить — толщина слоя силовых нитей; h_об. — толщина наружной оболочки.

1.7. Конечный модуль упругости

Первоначальное удлинение оптического кабеля при увеличении прикладываемой нагрузке происходит по начальному модулю упругости. Однако после снятия максимальной нагрузки, в кабеле остается остаточное удлинение (см. рис):

Далее растяжение-сжатие происходит по прямой 2 на рисунке, соответственно расчет нужно проводить по конечному модулю упругости, определяемому как тангенс угла между получившейся прямой 2 и осью удлинения. Для определения конечного модулей упругости необходимо провести тест на растяжение-сжатие. К кабелю прикладывается растягивающая нагрузка, возрастающая до МДРН. Параллельно фиксируется удлинение кабеля. Далее  растягивающая нагрузка снимается и фиксируется остаточное удлинение. Точка на графике, соответствующая этому растяжению, соединяется с точкой, соответствующей МДРН и максимально допустимому удлинению кабеля. Тангенс угла между получившейся прямой 2 и осью удлинения будет равен конечному модулю упругости:

где ε_доп — остаточное удлинение кабеля.

1.8. Модуль упругости после вытяжки

При расчетах необходимо учитывать вытяжку кабеля при среднеэксплуатационной нагрузке. Вытяжка кабелей имеет место для всех типов кабелей, в независимости от материала армирующих элементов. Величина вытяжки определяется как свойствами кабеля, так и величиной растягивающей нагрузки. При проектировании подвески кабеля необходимо рассчитывать стрелы провеса и тяжения кабеля с учетом его вытяжки при среднеэксплуатационной нагрузке, которая не всегда бывает определяющей в эксплуатации, а также и в режиме после воздействия максимальной внешней нагрузки, воздействие которой, может приводить к большей остаточной деформации кабелей.

Условия, при которых удлинение кабеля будет наибольшим при его эксплуатации, определяются условиями подвески (длина пролета, стрела провеса, внешние климатические нагрузки) и физико-механическими параметрами кабеля. Для определения модуля упругости после вытяжки проводят тест  на вытяжку в соответствии с IEEE 1222. К кабелю прикладывается растягивающая нагрузка, равная 50% МДРН. При этом температура должна оставаться постоянной. Регистрируются удлинения кабеля через 1, 10, 100 и 1000ч.

Получившийся график зависимости вытяжки от времени описывается функцией:

где ε — удлинение кабеля; t — время, ч; A, B — коэффициенты, вычисляемые из эксперимента. Коэффициент А определяется как вытяжка, зафиксированная через 1 час после начала эксперимента. Коэффициент В определяется путём подстановки в уравнения текущего значения вытяжки, времени и известного значения коэффициента А:

Зная коэффициенты А и В, можно вычислить величину вытяжки кабеля через 25 лет при значении нагрузки 50% от МДРН. Через соответствующую точку можно построить зависимость удлинения от нагрузки для СОК при учёте 25 летней вытяжки.

Тангенс угла между получившейся прямой и осью удлинения будет равен модулю упругости после вытяжки:

где ε_вып. — удлинение СОК после 25 летней вытяжки.

1.9. Минимально допустимый радиус изгиба кабеля

Определяется по следующей формуле:

1.10. Температурный коэффициент линейного расширения

ТКЛР всех элементов в кабеле (кроме арамидных нитей) имеет положительное значение.

ТКЛР арамидных нитей имеет отрицательное значение.

ТКЛР всего кабеля будет определяться исходя из условия равновесия всех элементов, входящих в кабель, по следующей формуле:

где — ТКЛР каждого элемента кабеля.

1.11. Температуры эксплуатации и монтажа

Температурный диапазон эксплуатации определяется исходя из требований, указанных в «Правилах применения оптических кабелей связи, пассивных оптических устройств и устройств для сварки оптических волокон», утвержденных Приказом Мининформсвязи России № 47 от 19.04.2006г. Минимально допустимая температура монтажа определяется исходя из проведенных испытаний на изгиб кабеля при отрицательных температурах и обеспечивается соответствующими применяемыми материалами и технологией производства.

1.12. Максимально допустимый потенциал электрического поля

Максимально допустимый потенциал электрического поля определяется исходя из типа материала применяемого в оболочке.

Обычный полиэтилен средней или высокой плотности в оболочке допускает максимальное воздействие потенциала электрического поля в 12 кВ.

Трекингостойкий полиэтилен в оболочке допускает максимальное воздействие потенциала электрического поля в 24 кВ.

2. Расчет стрел провеса и нагрузок при различных климатических условиях

2.1. Вес кабеля

Вес кабеля в Н/м рассчитывается исходя из заданной массы кабеля кг/км по следующей формуле:

Где g – ускорение свободного падения, м/с².

2.2. Растягивающая нагрузка, действующая на кабель

Растягивающая нагрузка, H, действующая на кабель вычисляется следующим образом:

где W — линейный вес кабеля, Н/м; L — расстояние между опорами, м; S – стрела провеса, м — определяемая как максимальная величина, на которую провисает кабель от горизонтальной линии между точками подвеса кабеля.

Исходя из формулы, видно, что нагрузка на кабель увеличивается с увеличением веса кабеля и расстояния между опорами и уменьшается при увеличении стрелы провеса. Начальная нагрузка на кабель:

2.3. Перепад высот между опорами

При разной высоте точек подвеса, кривая провисания кабеля будет несимметричной и низшая точка этой кривой будет находиться не посередине, а ближе к более низкой опоре. В данном случае, для расчета стрел провеса удобно пользоваться значениями эквивалентных пролетов.

Можно достроить левую ветвь кривой до точки, одинаковой по высоте с правой, и получить симметричную кривую. Расстояние L1 называется малым эквивалентным пролетом, а расстояние L2 – большим эквивалентным пролетом. Расстояния L1 и L2 рассчитываются следующим образом:

Стрелы провеса S₁ и S₂:

Где h – перепад высот между точками подвеса кабеля, м. В случае подвеса кабеля на одном уровне L₁=L₂=L и S₁=S₂=S.

2.4. Длина подвешенного кабеля

Очевидно, что длина подвешенного кабеля больше расстояния между опорами, за счет некоторого провеса кабеля и она, тем больше, чем больше стрела провеса. Длина подвешенного кабеля рассчитывается следующим образом:

2.5. Длина кабеля в ненагруженном состоянии

Для дальнейших расчетов необходимо знать длину кабеля между опорами, как если бы он не находился под действием растягивающих нагрузок (H = 0). Данная величина называется длиной кабеля в ненагруженном состоянии, L_н0:

2.6. Длина кабеля в ненагруженном состоянии с учётом температуры

Дальше необходимо определить длину кабеля в ненагруженном состоянии с учетом температуры кабеля, L_нк. Под действием температуры кабель может, как удлиняться, так и сжиматься и эта способность определяется температурным коэффициентом линейного расширения кабеля (ТКЛР, 1/°С).

где Т — температура кабеля в условиях эксплуатации; Т_ср — средняя температура эксплуатации.

2.7. Вес кабеля при воздействии максимального гололёда

В некоторые периоды эксплуатации происходит обледенение оптического кабеля подвешенного между опорами. При этом величина обледенения зависит от географического местоположения подвешенного кабеля и определяется районами гололедности по классификации и картам гололедных районов РФ, согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) — 7 ред. Гололедная нагрузка действует на кабель вертикально вниз. Исходя из заданного района гололедности определяют толщину стенки льда на кабеле и рассчитывают вес кабеля в условиях обледенения:

Где ρ_л — объемная масса гололеда (обычно 0,9·10^-3), кг/см³; С — толщина стенки гололеда, мм; d — диаметр кабеля, мм; K_i и K_d — коэффициенты учитывающий изменение толщины стенки гололеда по высоте и в зависимости от диаметра провода. Коэффициенты K_i и K_d  учитывающие изменение толщины стенки гололеда:

Примечание. Для промежуточных высот и диаметров значения коэффициентов K_i и K_d  определяются линейной интерполяцией. Нормативную толщину стенки гололеда плотностью 0,9 г/см³ следует принимать по табл. в соответствии с картой районирования территории России по толщине стенки гололеда или по региональным картам районирования.

Карта районирования территории РФ по толщине стенки гололеда. Детальнее смотрите в интерактивных климатических картах.

Нормативная толщина стенки гололеда b_э для высоты 10 м над поверхностью земли:

2.8. Ветровая нагрузка на кабель при гололёде

Также необходимо учитывать, что в процессе эксплуатации на подвешенный оптический кабель действуют ветровые нагрузки и следует рассчитать максимальную нагрузку под воздействием ветра. Для этого, исходя из географического места подвеса кабеля, по классификации и картам районов РФ по максимальной ветровому давлению (или скорости ветра), выбирают необходимое значение.

Детальнее смотрите в интерактивных климатических картах.

Ветровая нагрузка действует на кабель в горизонтальном направлении, перпендикулярном его оси.

Ветровая нагрузка (Н/м) рассчитывается следующим образом:

где a_w — коэффициент, учитывающий неравномерность ветрового давления по пролету ВЛ, принимаемый равным:

По условиям воздействия ветра на ВЛ различают три типа местности:

1. А — открытые побережья морей, озер, водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра.
2. В — городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой не менее 2/3 высоты опор.
3. С — городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м, просеки в лесных массивах с высотой деревьев более высоты опор, орографически защищенные извилистые и узкие склоновые долины и ущелья.

C_x — коэффициент лобового сопротивления, принимаемый равным: 1,1 — для кабелей, свободных от гололеда, диаметром 20 мм и более; 1,2 — для всех кабелей, покрытых гололедом, и для всех проводов и тросов, свободных от гололеда, диаметром менее 20 мм;

W — нормативное ветровое давление, Па, в рассматриваемом режиме:

• в режиме максимального ветра: W = W₀ — определяется по табл. в зависимости от ветрового района:

• в режиме максимального гололеда: W = W_г — определяется, следующим образом: Нормативное ветровое давление при гололеде W_г с повторяемостью 1 раз в 25 лет определяется по скорости ветра при гололеде v_г. Скорость ветра v_г принимается по региональному районированию ветровых нагрузок при гололеде или определяется по данным наблюдений согласно методическим указаниям по расчету климатических нагрузок. При отсутствии региональных карт и данных наблюдений W_г = 0,25 W₀.
  Если в исходных данных известна скорость ветра v₀, то ветровое давление (Па) определяется следующим образом:

2.9. Максимальная нагрузка, действующая на кабель

Совместное действие вертикальной гололедной нагрузки и горизонтальной ветровой определяется как максимальная нагрузка по следующей формуле:

2.10. Расчет максимальной стрела провеса

2.10.1. Определив максимальную нагрузку, можно узнать длину кабеля в нагруженном состоянии (из п. 2.5. и п. 2.2.):

2.10.2. Эта же величина равна:

2.10.3. Из п.п. 2.2. и 2.4.

2.10.4. Подставив выражения из 2.10.3. в 2.10.2. получим:

2.10.5. Из п.2.4 находим:

Тогда:

2.10.6. Подставим выражение из п.2.10.5. в выражение из п.2.10.4.:

2.10.7. Приравняем выражения из 2.10.1. и 2.10.6.:

После преобразования, получим кубическое уравнение следующего вида:

2.10.8. Т. е.:

где:

2.10.9. Решив кубическое уравнение можно получить значения максимальной стрелы провеса при наиболее сложных погодных условиях:

Если

то:

Если

то:

2.11. Максимальная растягивающая нагрузка при наихудших условиях

Зная максимальную стрелу провеса кабеля, легко найти (по аналогии с п. 2.2.) максимальную растягивающую нагрузку, действующую на кабель, при наихудших погодных условиях:

Эквивалентные пролеты и стрелы провеса при переде высот между опорами рассчитываются по аналогии с п. 2.3, только вместо начального веса и нагрузки подставляются максимальный вес и максимальная нагрузка:

2.12. Расчет монтажной стрелы провеса, нагрузки и монтажной таблицы

По п. 2.6. определяется длина кабеля в ненагруженном состоянии с учетом монтажной температуры:

Далее расчет ведется, согласно п.п. 2.10.8, 2.10.9 и 2.11 подставляя соответствующую длину кабеля в ненагруженном состоянии (L_н.монT), модуль упругости кабеля E_каб и вес кабеля W и определяется стрела провеса при соответствующей температуре монтажа (S_мон) и нагрузка (H_мон).

Монтажная таблица стрел провеса — монтажные нагрузки и стрелы провеса при различных температурах монтажа исходя из заданной начальной нагрузки. Расчет монтажной таблицы ведется аналогично расчету максимальной нагрузки и стрел. Определяется длина кабеля в ненагруженном состоянии при различной температуре:

где Т_мон – температура кабеля в условиях эксплуатации; Т_ср – средняя температура эксплуатации. Эта длина используется при расчете коэффициентов для определения монтажной стрелы провеса, в качестве веса используется вес кабеля в нормальных условиях:

По рассчитанным коэффициентам вычисляется S_мон и H_мон, согласно п. 2.10.9 и 2.11.

2.13. Расчет конечной стрелы провеса и нагрузки при нормальных условиях

После воздействия на кабель максимально тяжелого режима (гололед с ветром), кабель возвращается (сжимается) в нормальное состояние по конечному модулю упругости, т. е. остается остаточное удлинение (см. п. 1.7). Для того чтобы рассчитать конечную стрелу провеса и нагрузку при нормальных условиях необходимо определить длину кабеля при воздействии максимальной нагрузки:

Далее эта длина приводится к длине кабеля в ненагруженном состоянии по конечному модулю упругости:

Затем по п.п. 2.10.8, 2.10.9 и 2.11 (подставляя W, L_кк, E_кон) находим конечную стрелу провеса S_н.кон и нагрузку H_н.кон. Эквивалентные длины пролетов и стрел провеса (при наличии перепада высот между опорами) определяются согласно п. 2.3., подставляя вес кабеля и рассчитанную нагрузку.

2.13. Расчет стрелы провеса и нагрузки при нормальных условиях после реализации вытяжки

В процессе эксплуатации кабеля при подвесе происходит его вытяжка (см. п.1.8). Для того, чтобы определить стрелу провеса S_н.выт и нагрузку H_н.выт после вытяжки, необходимо воспользоваться формулами из п.п. 2.10.8, 2.10.9 и 2.11, подставляя в коэффициент b вместо начального модуля упругости, модуль упругости после вытяжки E_выт. Вес принимается равным весу кабеля. Эквивалентные длины пролетов L_1н.выт, L_2н.выт и стрел провеса S_1н.выт, S_2н.выт (при наличии перепада высот между опорами) определяются согласно п. 2.3., подставляя вес кабеля и рассчитанную нагрузку.

2.14. Расчет стрел провеса и нагрузок при минимальной и максимальной температуре эксплуатации после реализации вытяжки

По п. 2.6. определяется длина кабеля в ненагруженном состоянии с учетом минимальной или максимальной температуры:

Далее расчет ведется, согласно п.п. 2.10.8, 2.10.9 и 2.11 подставляя соответствующую длину кабеля в ненагруженном состоянии (L_{н minT}, L_{н maxT}), модуль упругости вытяжки E_выт и вес кабеля W и определяется стрела провеса при соответствующей температуре (S_{н minT}, S_{н minT}) и нагрузки (H_{н minT} , H_{н maxT}).

2.15. Расчет стрелы провеса и нагрузки при максимальных условиях (гололед + ветер) после реализации вытяжки

Определяется длина кабеля между опорами по п. 2.4. подставляя соответствующие значения эквивалентных пролетов и стрел провеса после вытяжки в нормальных условиях (по п. 2.4):

Затем определяется длина кабеля в ненагруженном состоянии (по конечному модулю упругости) по п.2.5.:

С учетом температуры:

Далее расчет ведется, согласно п.п. 2.10.8, 2.10.9 и 2.11 подставляя соответствующую длину кабеля после вытяжки (L_{к.каб.выт}), конечный модуль упругости E_кон, максимальную нагрузку W_max (из п. 2.9) и определяется стрела провеса при максимальных нагрузках после вытяжки (S_{max выт}) и нагрузка (H_{max выт}). Эквивалентные длины пролетов L_{1 max выт}, L_{2 max выт} и стрел провеса S_{1 max выт}, S_{2 max выт} (при наличии перепада высот между опорами) определяются согласно п. 2.3., подставляя максимальную нагрузку W_max и рассчитанную растягивающую нагрузку H_{max выт}.

Воспользуйтесь нашим конфигуратором подвесных ВОЛС. С его помощью вы сможете автоматически:

• рассчитать нагрузки и стрелы провеса кабеля при максимальных воздействиях льда и ветра, а также подготовить монтажные таблицы;
• рассчитать эллипсы пляски кабеля для исключения их схлестывания с проводами;
• подобрать рекомендуемые строительные длины кабеля в зависимости от мест расстановки муфт и длины трассы.

2.16. Определение роли вытяжки при расчете максимальных нагрузок

Если при воздействии максимальных нагрузок  на кабель (гололед и ветер), растягивающая нагрузка после реализации вытяжки (по п. 2.15) будет больше растягивающей нагрузки на кабель не подвергшийся вытяжке (по п. 2.11):

то в таком случае вытяжка является определяющим фактором и при расчетах необходимо учитывать стрелы провеса и нагрузки, возникающие после реализации вытяжки (по п. 2.15). Если же максимальная растягивающая нагрузка после вытяжки (по п. 2.15) меньше максимальной растягивающей нагрузки без учета вытяжки (по п. 2.11):

то в таком случае вытяжка НЕ является определяющим фактором и при расчетах необходимо учитывать стрелы провеса и нагрузки, возникающие после первоначального удлинения кабеля (по п. 2.11).

2.17. Расчет стрелы провеса и нагрузки при воздействии максимального гололеда

Для того, чтобы определить максимальную вертикальную стрелу провеса S_max.вер. и нагрузку H_max.вер, необходимо воспользоваться формулами из п.п. 2.10.8, 2.10.9 и 2.11, подставляя L_{к.каб.выт} и E_кон (если вытяжка — фактор) или L_нк и E_нач (если вытяжка — не фактор). Вес принимается равным весу кабеля под воздействием гололеда W_г (по п. 2.7). Эквивалентные длины пролетов L_1г, L_2г и стрел провеса S_1г, S_2г (при наличии перепада высот между опорами) определяются согласно п. 2.3., подставляя вес кабеля под воздействием льда и рассчитанную нагрузку H_max.вер.

2.18. Расчет стрелы провеса и нагрузки при воздействии максимальной силы ветра

Максимальная ветровая нагрузка, действующая на кабель определяется по п. 2.8:

При этом используется максимальное ветровое давление W₀ и диаметр кабеля d_каб без воздействия гололеда. Если максимальная ветровая нагрузка при воздействии гололеда W_в (по п.2.8) больше максимальной ветровой нагрузки без гололеда W_{в max}:

то тогда для данного режима берется ветровая нагрузка при гололеде:

Для того, чтобы определить максимальную горизонтальную стрелу провеса S_max.гор. и нагрузку H_max.гор, необходимо воспользоваться формулами из п.п. 2.10.8, 2.10.9 и 2.11, подставляя L_{к.каб.выт} и E_кон (если вытяжка — фактор) или L_нк и E_нач (если вытяжка — не фактор). Вес принимается равным весу кабеля под воздействием максимального ветра W_{в max}. Эквивалентные длины пролетов L_1в, L_2в и стрел провеса S_1в, S_2в (при наличии перепада высот между опорами) определяются согласно п. 2.3., подставляя вес кабеля под воздействием ветра W_{в max} и рассчитанную нагрузку H_max.вер.

2.19. Проверка допустимости расчетных значений заданным условиям

Результаты расчетов должны быть проверены на допустимость заданным условиям (в тех частях, где они заданы): Максимальная растягивающая нагрузка на кабель не должна превышать допустимую:

Максимальная вертикальная стрела провеса не должна превышать допустимую:

Минимальное расстояние от кабеля (при максимальной вертикальной стреле) до земли не должно быть меньше допустимого:

Монтажная нагрузка не должна превышать максимально допустимую монтажную нагрузку:

И другие проверки согласно заданным условиям.

3.1. Расчет стрелы провеса на произвольном расстоянии от одной из опор

Для того, чтобы рассчитать стрелу провеса на любом расстоянии от одной из опор, достаточно воспользоваться следующей формулой:

Где y — расстояние от более высокой опоры, S₂, L₂ — эквивалентная стрела провеса и расстояние для более высокой опоры, S_y — стрела провеса на заданном расстоянии от более высокой опоры.

3.2. Расчет монтажной таблицы для других расстояний между опорами при заданной начальной стреле провеса или нагрузке

Если задана начальная стрела провеса, то начальная нагрузка рассчитывается по п. 2.2, подставляя требуемое расстояние между опорами L_x. Если задана начальная нагрузка, то начальная стрела провеса определяется из формулы по п. 2.2:

Далее расчёт ведется по п.п. 2.3–2.6 и 2.12.

Проверка габаритов и стрелы провеса проводов и тросов

Стрела провеса — это расстояние по вертикали в промежуточном пролете ВЛ между проводом (тросом) и прямой линией, соединяющей точки его подвеса.
Стрелы провеса проводов и тросов, габариты линии до земли или пересекаемых объектов измеряют при приемке линии в эксплуатацию для проверки правильности монтажа, и в процессе эксплуатации, а в дальнейшем по мере необходимости: при появлении новых пересечений или сооружений, при переустройстве имеющихся переходов или пересекаемых объектов (замена опор, проводов, изоляторов, арматуры), а также при наклонах опор или изменениях их конструкций при ремонтных и реконструктивных работах, вытяжке проводов, проскальзывании проводов в подвесных и натяжных болтовых зажимах, изменения длины гирлянд при замене дефектных изоляторов и перекосе траверс и др.
Габариты линий могут измениться в результате прокладки под проводами дорог, сооружения линий электропередачи.
Если строительство таких сооружений не было согласовано с эксплуатирующей организацией, то габариты могут оказаться недостаточными, возникнет угроза безопасности для посторонних лиц и снизится надёжность работы линии. Строгой периодичности измерения стрел провеса габаритов не установлено и эти измерения должны производиться по мере необходимости, определяемой в результате периодических осмотров.
Измерения, как правило, производят без отключения линии при помощи угломерных приборов или изолирующих штанг и капронового или сухого хлопчатобумажного каната. Для измерений на отключенных линиях могут быть использованы дополнительно обычные рулетки или веревки. В качестве угломерных приборов могут быть использованы теодолиты, нивелиры, а также более простые, но достаточно точные для данных измерений оптические приборы, карманные высотомеры и т.п.
При измерениях следует фиксировать температуру воздуха. Полученные при измерениях фактические значения путем расчетов или с помощью специальных таблиц приводятся к температуре, при которой получаются наибольшие стрелы провеса, которые сопоставляются с проектными данными и допусками, приведенными в нормативно-технической документации.
Фактическая стрела провеса проводов и тросов не должна отличаться от расчетной более чем на 5%. Разрегулировка проводов любой фазы по отношению к другой, а также разрегулировка тросов допускается не более чем на 10% проектного значения при условии соблюдения необходимого расстояния до земли и пересекаемых объектов. Расстояния от проводов ВЛ до земли и до различных пересекаемых объектов в местах сближения с ним должна быть не менее определённых в нормативах .
Проверка габаритов в местах пересечения линии с другими сооружениями является обязательной во всех случаях реконструкции и ремонта линии со сменой или переустройством опор, при замене проводов, возвышении каких-либо сооружений под линией и других работах, вызванных изменениями габаритов.
Способы измерения габаритов и стрелы провеса проводов и тросов ВЛ. Измерение габарита линии с помощью капронового каната ведут в такой последовательности. На опору, не доходя 2 м до уровня изолирующих подвесок, поднимается электромонтер и устанавливает блок бесконечного каната. Затем по этому канату он поднимает изолирующую штангу и в специальном чехле ролик с измерительным капроновым канатом. С помощью штанги ролик устанавливают на проводе, второй конец капронового каната держит второй электромонтер, находящийся на земле. После установки ролик с помощью капронового каната вторым электромонтером передвигается до места измерения габарита. По отметкам на канате определяется расстояние от ролика (проводов) до поверхности земли (рис.). После измерения ролик возвращается к опоре и снимается первым электромонтером с помощью изолирующей штанги.

Измерение габарита ВЛ с помощью капронового каната 1 — ролик; 2 — отметки; 3 — капроновый канат

Так как эти работы выполняются под напряжением, к работе допускаются только специально обученные лица. Запрещается производство работ в сырую погоду.
Наиболее точным и простым способом измерения габарита является непосредственное измерение под напряжением с помощью специальной испытанной в соответствии с нормами изолирующей штанги. Один электромонтер в месте измерения одним концом штанги касается провода, другой электромонтер замеряет расстояние от нижнего конца штанги до поверхности земли (дороги, железнодорожного полотна и др.). Сумма длины штанги и измеренного расстояния определяют габарит. Габарит в месте пересечения двух линий определяется разностью габаритов каждой линии.
Для измерения стрелы провеса с помощью штанги определяют габарит линии и расстояние от места крепления провода к изолятору или гирлянд до поверхности земли. Разница между измеренными величинами равна значению стрелы провеса (при прохождении трассы по ровной местности).
Простым и удобным прибором для измерения стрелы провеса или габарита провода до земли (рис. 2. 12.24) является приспособление для определения высоты элементов ПОВЭ (карманный высотомер).
Прибор представляет собой плоскую коробку, имеющую форму равностороннего треугольника. В основание треугольника вставлено стекло, на котором нанесены две риски. В вершине треугольника имеются два отверстия, через которые производится визирование.

Карманный высотомер типа ВК-1 ( ПОВЭ)

Для определения высоты измеряемого объекта (высоты дерева под проводами, высоты опоры или подвески провода на опоре) наблюдатель удаляется от него, держа приспособление отверстиями у глаз, на такое расстояние, при котором риски на стекле совпадают: верхняя — с вершиной объекта, нижняя — с его основанием; затем измеряется рулеткой расстояние от объекта до наблюдателя, искомая высота равняется половине этого расстояния.
Для определения высоты провода над землей под проводом в месте измерения забивается колышек. Затем наблюдатель удаляется от линии в направлении, перпендикулярном к ней, держа приспособление отверстиями у глаз на расстояние, при котором риски совпадают, верхняя — с проводом, нижняя — с основание колышка. Измеряется расстояние от наблюдателя до колышка. Габарит провода в месте измерения равен половине этого расстояния.
Для определения стрелы провеса провода измеряется сначала высота подвески провода на опоре, как указано выше, затем наименьший габарит над землей и находят их разность.
Погрешность измерений ПОВЭ при высоте объектов или габаритов до 50 м не превышает 4%, что является допустимым.
Измерение стрелы провеса проводов (тросов) может быть выполнено путем глазомерного визирования (с помощью двух визирующих реек следующим способом.

Крючок-СпЭ. крепить шурупами

Устройства для визирования стрел провеса проводов
а — на ВЛ со штыревыми изоляторами, б — на ВЛ с подвесными изоляторами, в — на ровном профиле, г — в наклонном пролете
1 — стойка металлической опоры; 2 — окуляр; 3 — рейка с уровнем.
4 — струбцина для крепления; 5 — стрела провеса
На стояках двух смежных опор закрепляют по одной рейке на расстоянии по вертикали от точки крепления провода, равном расчетному значению стрелы провеса провода (определяемому по монтажным таблицам) в проверяемом пролете при данной температуре. Если низшая точка провисания провода находится выше или ниже прямой линии, соединяющей обе визирные рейки, провод смонтирован с отклонением от заданного тяжения (соответственно с перетяжкой или недотяжкой). Для определения фактической стрелы провеса обе рейки перемещают вверх или вниз до положения, когда низшая точка провода совпадет с прямой, соединяющей обе рейки. Значение стрелы провеса определяется как среднее арифметическое расстояние по вертикали от точек подвеса провода до каждой рейки, сравнением полученных данных со значением стрелы провеса по монтажным кривым или таблицам, определяется отклонение от требуемого значения.
Наиболее точно стрелы провеса могут быть измерены с помощью теодолита, однако использование этого метода измерений требует специально обученного персонала. Для измерения габарита теодолит устанавливают на расстоянии 50. 60 м от линии, так чтобы расстояния от прибора до вертикальных проекций низшей точки провода и точки подвеса провода на опоре (R1 и R2) были примерно одинаковы (рис. 26). Эти расстояния тщательно измеряют с помощью рулетки или с помощью теодолита и рейки.
Вертикальная визирующая ось теодолита направляется на точку провода на опоре и производится отсчет превышения этой точки над горизонтальной осью прибора (угол р). Аналогично производится отсчет превышения низшей точки провода над горизонтальной осью прибора (угол а). По полученным отсчётам определяется стрела провеса провода как разность подсчитанных значений.
Расстояния от проводов до зданий и сооружений, расположенных вблизи BЛ, должны измеряться от проекции крайнего провода при наибольшем его расчетном отклонении до ближайших выступающих частей этих зданий и сооружений.
Все измерения не разрешается производить при скорости ветра более 10 м/с. Результаты измерений габаритов проводов записывают в специальную ведомость.

Источник

Стрела провеса и напряжение в материале провода

Провод, закрепленный в двух точках на одинаковой высоте и испытывающий равномерно распределенную нагрузку от собственной массы, массы гололеда и давления ветра, можно рассматривать, как гибкую нить, принявшую форму цепной линии. При достаточно больших отношениях длины пролета L к стреле провеса f (что соответствует действительности) кривая провеса провода очень близка к параболе вида: ? = ℎ + ?? 2 .

При совмещении начала координат с наинизшей точкой провеса линейного провода (рис. 1), (т.е. полагая h=0), уравнение параболы принимает вид: ? = ?? 2 . Исходя из этого уравнения и, полагая длину провода в пролете примерно равной длине пролета (? ≈ ?), и с учетом силы тяжения Ti в каждой точке вдоль провода, обусловленной нагрузками на провод и зависящей от стрелы провеса провода, закрепленного между точками А и В получим формулу для расчета стрелы провеса провода.

Рис. 1. Эскиз пролета воздушной линии электропередачи

Выделим участок ОС (рис. 1) с координатами О (0,0) и рассмотрим его равновесие. На отрезок провода в точках О и С действуют постоянные силы тяжения ТО и ТС, а также вертикальные нагрузки ?_?? = ?₀?, где ?₀– вертикальная нагрузка провода длиною 1м.

Условия равновесия отрезка будут соблюдены, если сумма проекций всех составляющих сил на оси х и у будет равна нулю, т.е.

Тогда , а так как tg α характеризует угол наклона прямой в координатной плоскости x, y, т.е. , то получим

где ?₀и T₀ – постоянные величины, а y – текущая ордината кривой провеса провода:

При ? = ?/2 (средина пролета) получим выражение для стрелы провеса провода для пролета

Выразив вертикальную нагрузку провода ?0 через его удельную нагрузку γ_? = ?₀/?, а также тяжение провода Т₀ – через напряжение материала провода σ₀ = ?₀/F и фактическую суммарную площадь сечения проволок, составляющих провод, F, получим расчетную формулу для стрелы провеса провода, м:

где γ_x – удельная вертикальная нагрузка провода, соответствующая условиям расчета провода, Н/м 3 ;

σ₀ – напряжение при растяжении в низшей точке провода. Соответствующее тем же условиям расчета, Па (10 -7 кгс/мм 2 );

l – длина пролета, м.

Выражение для стрелы провеса представляет собой уравнение параболы с хордой l и стрелой f. Тогда длина дуги такой параболы, а, следовательно, и длина провода в пролете будет:

Длина провода в пролете отличается от длины пролета менее чем на 0,1%, т.е. на очень малую величину. Таким образом, сделанное ранее допущение о равномерном распределении нагрузки не по длине провода, а по длине пролета не приводит к заметной погрешности.

Напряжение в материале провода по его длине неодинаково в различных точках пролета. В низшей точке провеса провода оно меньше всего (σ₀), а у точек закрепления провода на опоре оно под воздействием вертикальных нагрузок провода на участках ОА или ОВ достигает наибольшей величины (σ_?). Для определения наибольшей величины напряжения в материале провода служит формула:

где γ_? – удельная механическая нагрузка на провод.

В пролетах нормальной длины разница между σ_A и σ₀ очень мала (не больше 0,3%) и ею обычно пренебрегают, используя для расчетов данные по напряжению в низшей точке провеса провода. Но при очень больших пролетах (порядка 500 м и более) необходимо применять приведенную выше формулу.

1. Условия максимального напряжения в проводе и максимальной стрелы провеса

Согласно ПУЭ для каждой марки провода, используемых при сооружении воздушной линии электропередачи, назначаются три значения допускаемого напряжения соответственно для трех возможных наиболее тяжелых режимов работы, отличающихся значениями величин внешних воздействий (давление ветра, гололедные отложения, температура окружающей среды) и, как правило, несовпадающими по временам года. Повторяемость перечисленных неблагоприятных факторов и вероятность их возникновения неодинакова. Кроме того, значения величин наибольших нагрузок, согласно картам ветрового напора и гололедных образований ПУЭ, являются различными для разных географических районов и местностей сооружения воздушных линий.

Максимальное напряжение в материале провода воздушной линии электропередач (ВЛ) может наступить при одном из следующих двух условий:

1. при низшей температуре в данной местности, ϑмин;
2. при наибольшей добавочной нагрузке и соответствующей этой нагрузке температуре окружающего воздуха при гололеде, ϑг, обычно равной минус 5℃, но иногда лежащей в пределах минус 5 до минус 10℃.

В первом случае увеличение тяжения по проводу происходит за счет сокращения его длины при низшей температуре, а во втором – за счет действия наибольших добавочных нагрузок (гололед, ветровой напор). При расчетах прежде всего выясняют, какой из этих случаев будет наиболее тяжелым для данного провода, а затем, исходя из допустимого напряжения в проводе в этом, более тяжелом случае, определяют напряжения для всех других условий работы провода в пролете.

Рис. 2. Гололедное образование на проводе ВЛ

Первый случай – для малых пролетов, когда в пределе значение длины пролета l = 0. Подставим значение l в уравнение состояния провода и, упростив его, получим:

где величины с индексом m относятся к известному (исходному) состоянию провода;

ϑ − искомая температура окружающей среды;

Е – модуль упругости, Н/мм 2 .

α −коэффициент неравномерности распределения скоростного ветрового напора по длине ВЛ.

При заданном скоростном напоре ветра, ?н, (Н/м 2 ) коэффициент неравномерности распределения скоростного напора по длине ВЛ равен:

Из уравнения для первого случая видно, что при малых длинах пролетов расчетным является условие низшей температуры. Уравнение состояния провода для этого случая, после подстановки в него вместо σ? величины σдоп = σмакс будет иметь вид:

Второй случай – для больших пролетов, когда в пределе ? = ∞. Разделим уравнение состояния провода на ? 2 и, упростив его, получим:

Из этого уравнения следует, что при больших длинах пролетов расчетным является условие наибольшей добавочной нагрузки, для которого уравнение состояния провода будет

В соответствии с полученным уравнением, искомые напряжения в проводе зависят от длины пролета линии l. Можно подобрать пролет такой длины, при которой напряжения в проводе, как при низшей температуре, ϑмин, так и при наибольшей добавочной нагрузке γ7, будут одинаковыми, такой пролет называют критическим (l_кр) при соответствующих условиях:

Совместное решение уравнений относительно ? = ?кр дает длину критического пролета:

Сравнивая длину заданного (расчетного) пролета с длиной критического пролета, полученного из уравнения, можно установить, в каком из двух расчетных случаев материал провода испытывает большее напряжение.

Если заданный пролет меньше критического, то максимальное напряжение в проводе будет при низшей температуре окружающего воздуха ϑмин и удельной нагрузке γ₁. Если заданный пролет больше критического, то максимальное напряжение в проводе будет при наибольшей удельной нагрузке γ₇ и температуре ϑг.

Различают 3 критических пролета ?_{кр ?}:

— ?_кр1 –первый критический пролет – определяет переход от расчетных условий при наинизшей температуре к средним эксплуатационным условиям (СГ), при этом выполняются условия:

— ?_кр2 –второй критический пролет – определяет переход от расчетных условий наинизшей температуры к условиям наибольшей нагрузки (НБ):

— ?_кр3 – третий критический пролет – определяет переход от расчетных средних эксплуатационных условий(СЭ) к условиям наибольшей нагрузки:

где величины с индексом m относятся к известному (исходному) состоянию провода, а с индексом n – к искомому состоянию.

Исходные условия расчета проводов на механическую прочность, соотношения расчетного и критического пролетов в зависимости от наинизшей температуры и наибольшей нагрузки приведены в табл. 1.

Одной из величин, определяющих высоту опор, является стрела провеса провода. Наибольшая стрела провеса провода, называемая максимальной стрелой провеса, может возникнуть только при отсутствии ветра, когда провод находится в вертикальной плоскости, проходящей через точки его крепления. Такой случай может быть:

а) — при гололеде и температуре от 0 до минус 10℃, когда провод испытывает наибольшую вертикальную нагрузку (γ3);

б) — при высшей температуре окружающего воздуха, например, при значении максимальной температуры ϑмакс = +40℃, когда провод имеет минимальное механическое напряжение и испытывает вертикальную нагрузку только от собственной массы (γ1).

Таблица 1. Условия расчета проводов на механическую прочность

Соотношения критических пролетов	Соотношения расчетного пролетов	Исходные условия на механическую прочность
?кр1 ?кр3	γНБ — Наибольшая нагрузка
?кр1 > ?кр2 > ?кр3	? ?кр2	? > ?кр3 — Наибольшая нагрузка

Температура, при которой стрела провеса провода f_п1, вызываемая только его собственной массой, будет равна стреле провеса провода в условиях гололеда без ветра f_п3, называется критической температурой ϑкр. Значение последней определяется по формуле, полученной для случая ?_п3 = ?_п1. Путем сравнения значения ϑкр с высшей температурой ϑ₍₊₎ выявляются габаритные климатические условия. Приближенное значение критической температуры вычисляется по формуле:

Чтобы определить, в каком случае будет максимальная стрела провеса, сравнивают величину высшей температуры данной местности с величиной критической температуры. Поскольку расчет механической прочности проводов все равно требует определения напряжения в проводе при высшей температуре и при гололеде без ветра, то, применяя эту формулу, можно значительно проще определить и сопоставить стрелы провеса в интересующих нас условиях.

Если критическая температура меньше высшей температуры данной местности, то максимальная стрела провеса провода будет при высшей температуре. Если же критическая температура больше высшей температуры данной местности, то максимальная стрела провеса будет при гололеде без ветра.

Длина фазного провода (троса) в пролете при одинаковой высоте его крепления на смежных опорах и пролетах до 800 м вычисляется как для параболы:

или при более длинных пролетах – как для цепной линии

.

При неодинаковых высотах точек крепления проводов на опорах ВЛ их длина в пролете определяется по формуле:

т.е. в виде суммы длин провода в половине пролета до разных точек крепления.

2. Расчёт удельных механических нагрузок от атмосферных воздействий на фазные провода и грозозащитные тросы с учетом высот их крепления на промежуточной опоре

Расчёт удельных механических нагрузок от атмосферных воздействий на фазные провода и на грозозащитные тросы рассмотрим на примере сталеалюминиевого провода, состоящего из двух слоев (рис. 3). Конструктивные данные сталеалюминевого провода, приведенные ниже, выбранной марки определяем по справочным данным.

Рис. 3. Поперечное сечение сталеалюминиевого провода

В справочнике для сталеалюминиевого провода приводятся следующие параметры:

• ?_? — нормативный диаметр провода марки АС, мм;
• ?_? — диаметр стальной проволоки, мм;
• ?_? — диаметр алюминиевой проволоки, мм;
• ?_? — количество стальных проволок в проводе АС;
• ?_? — количество алюминиевых проволок в проводе АС;
• M — масса 1 км провода, кг.

Сечения стальной и алюминиевой частей сталеалюминевого провода соответственно равны:

Соотношение сечений стальной и алюминиевой частей:

В зависимости от заданного климатического района определяют:

• максимальный нормативный скоростной напор ветра на высоте до 15 м над поверхностью земли (например, в IV-м ветровом районе его принимают равным 650 Н/м 2 );
• нормативную толщину стенки гололеда для высоты 10 м над поверхностью земли (во II-м гололедном районе составляет 10 мм);
• наименьшее допустимое расстояние от проводов до поверхности земли для ненаселенной местности, в зависимости от уровня напряжения.

На сооружаемых ВЛ, как правило, применяются унифицированные и типовые опоры для данных климатических условий территории страны, в зависимости от населенной или ненаселенной местности. Паспортные данные опоры должны соответствовать перечисленным в таблице 2.

Строительная высота гирлянды изоляторов ? выбирается в зависимости от уровня напряжения воздушной линии электропередачи и может изменяться в пределах (0,7 ÷ 4,9) м.

Таблица 2. Стальная промежуточная одноцепная опора ВЛ 110 кВ

напряж. Шифр Условное

обозначение Марка

провода Толщина

стенкигололеда, мм Длина пролета, м Расход

материалов Габаритная Весового Ветрового Стали,

кг 110кВ П110-3 П-1Ц-Ст-С с

АС-240/32 5, 10 365-440 155-555 435-445 2558

Расчет удельных механических нагрузок от атмосферных воздействий на фазные провода ВЛ проводится по следующему алгоритму:

— определяется постоянно действующая нагрузка от собственной массы провода:

— рассчитывается временно действующая нагрузка от массы гололедных отложений:

где: ? = ?н ∙ ?_? ? ∙ ?_? ℎ — расчетная толщина стенки гололедного цилиндра на проводе, мм;

?_н – нормативная толщина стенки гололеда;

– поправочный коэффициент, учитывающий отличие диаметра провода от 10 мм;

– поправочный коэффициент, учитывающий отличие высоты расположения приведенного центра тяжести проводов, ℎ_цт ∗ от 15 м;

Приведенный центр тяжести проводов, ℎ_цт ∗ определяется с учетом расположением проводов на опоре:

Для нижних проводов с учетом стрелы провеса:

, где

[?] = ?_тр нж — ℎ_г — λ – наибольшая стрела провисания провода;

?_тр нж – высота траверсы опоры.

Приведенный центр тяжести всех проводов ℎ_цт ∗ определяется по формуле:

где ∆λ1 – расстояния между нижним проводом и вторым проводом;

∆λ2 – расстояния между нижним проводом и третьим проводом;

N – количество цепей в ЛЭП.

По вычисленным значениям удельных нагрузок γ1 и γ2 определяют суммарную вертикальную удельную нагрузку от собственной массы провода и массы гололеда:

Затем определяют временно действующую горизонтальную нагрузку от давления ветра на провод, свободный от гололеда:

При заданном скоростном напоре ветра ?н, (Н/м 2 ), коэффициент неравномерности распределения скоростного напора по длине ВЛ равен:

Значение аэродинамического коэффициента ?? зависит от ?? — нормативного диаметра провода марки АС (справочно). Поправочный коэффициент на высоту ?_? ℎ = 1 , при значении ℎ_цт ∗ т необходимо учитывать высоту подвеса троса, т.е. высоту опоры ?_оп:

т.е. учесть отличие высоты расположения приведенного центра тяжести троса от 15 м.

2.1. Расчет однородных (монометаллических) проводов

Исходным условием расчета грозозащитных тросов в нормальных режимах является обеспечение допустимой стрелы провеса при климатических условиях, соответствующих атмосферным перенапряжениям, принимают, что при данных условий А для надежной защиты проводов от непосредственного поражения молнией стрела провеса троса должна быть на 0,5 – 1,5 м меньше стрелы провеса провода (0,5 м – пролет 200 – 250 м; 1,5 м – пролет 450 – 500 м).

Кроме того, расстояние между верхним проводом и грозозащитным тросом в середине пролета в нормальном режиме работы линии должно быть не менее следующих значений (высота между проводом и тросом):

По стреле провеса троса определяется его механическое напряжение при климатических условиях соответствующих атмосферным перенапряжениям:

где, γ_1т – удельная нагрузка троса от его собственной массы, ;

l – длина пролета, м;

?_тА – стрела провеса троса для условий А, м.

По найденному значению механического напряжения троса σ_тА и по уравнению состояния записанного для троса, определяется напряжение троса при любых климатических условиях:

Температура воздуха при атмосферных перенапряжениях принимается равной 15℃.

Климатические условия для проверки на прочность стального грозозащитного троса устанавливается путем расчета 3-его критического пролета:

Если ? ?кр3, то расчет троса ведется по наибольшей механической нагрузке.

Цель механического расчета провода – выявить условия, обеспечивающие создание в них необходимого запаса прочности. Поэтому допустимое напряжение в проводе принимается значительно меньше его предельного сопротивления при разрыве, т.е.

где п – коэффициент запаса прочности провода.

В ГОСТ 839-74 «Провода неизолированные для линий электропередачи» для всех марок и конструкций проводов даны разрывные усилия провода в кгс. На основании этих данных предельное сопротивление при разрыве для любого провода определится из формулы:

где R – разрывное усилие провода. кгс; F – фактическая суммарная площадь сечения проволок, составляющих провод, мм 2 .

Кроме расчета проводов по максимально допустимому напряжению σдоп рассчитывают напряжение в них при среднегодовой эксплуатационной температуре ϑэ и отсутствии внешних нагрузок. Это напряжение, обозначаемое через σ_э, значительно меньше σдоп. Ограничение напряжения в проводе до значения σ_э при среднегодовой температуре служит для предотвращения преждевременного износа провода от усталости из-за вибраций в нем.

Для определения величины σ_э в уравнение состояния провода в пролете в качестве исходных условий (т.е. величин с индексом m) принимают условия, отвечающие максимальному напряжению провода (σмин или ϑг), и затем определяют σэ при подстановке в уравнение соответствующих этому условию значений γ₁ и ϑэ (вместо γ и ϑ).

Таким образом, провода (монометаллические и комбинированные) рассчитывают для следующих условий:

• наибольшей внешней нагрузки;
• низшей температуры при отсутствии внешних нагрузок;
• среднегодовой температуры при отсутствии внешних нагрузок.

2.2. Тяжение по проводам и грозозащитным тросам при их разрывах

При обрыве провода (проводов) линии в одном из промежуточных пролетов снижается тяжение и напряжение в проводе той же фазы в неповрежденных промежуточных пролетах. При этом делается расчет приближения проводов к поверхности земли и усилий, воспринимаемых промежуточными опорами.

Наибольшее тяжение создается в проводе в промежуточном пролете примыкающем к анкерной опоре. Этот режим является расчетным для промежуточной опоры ограничивающей аварийный пролет.

При прохождении трассы ВЛ по населенной местности является обязательным обеспечение нормируемого приближения к землепровисных необорванных проводов. Для этих целей сокращается длина промежуточных пролетов, либо промежуточные опоры заменяются анкерными облегченными. Опоры до 1 кВ не рассчитываются по нагрузкам в аварийном режиме, для опор выше 1 кВ нормативное тяжение по проводам воспринимаемое промежуточной опорой определяется следующим образом:

• по таблице ПУЭ при креплении проводов в глухих зажимах;
• по паспортным данным зажимов при креплении проводов в зажимах с ограниченной прочностью заделки;
• принимается равным 1,5 кН для крепления проводов к штыревым изоляторам;
• рассчитывается на основе специальных методик.

При обрыве молниезащитного троса в одном из промежуточных пролетов тяжение по проводу в соседнем пролете определяется по следующей формуле:

?_ТНБ – наибольшее тяжение троса;

σ_ТНБ – наибольшее напряжение троса;

Источник

На ВЛ провода изоляторами и арматурой крепятся к опорам. Расстояние между центрами двух соседних опор будет длиной пролёта.

Если через точки подвеса провода провести прямую, то габарит от неё до земли это высота подвеса. Расстояние от провода до земли — габарит провода ВЛ.

Разницу между высотой подвеса и габаритом провода называют стрела провеса проводов.

В заметке допустимые габариты для ВЛ 6-10 и 0,4 кВ, периодичность замеров провеса проводов и основные принципы на примере прибора Даль.

Габариты пересечений и сближения проводов ВЛ 0,4 и 6-10 кВ

Расстояния от нижних проводов ВЛ 0,4-6-10 кВ до пересекаемых ими инженерных сооружений должны быть не меньше указанных в таблице.

На пересечениях улиц вводами в здания от ВЛИ 0,4 габарит допускается до 3,5 метра. Ответвления к домам от СИП 0,4 не менее 2,5 м. Для не изолированных проводов 0,4 кВ 2,75 метра.

При максимальном отклонении проводов ветром до зданий и сооружений, для ВЛ 6-10 кВ, должно быть не менее 2-х метров, для ВЛ 0,4 кВ – 1,5 метра.

Когда измеряются габарит и стрела провеса проводов

Измерение габаритов и стрел проводится при приёмке ВЛ в эксплуатацию – это может быть ново-построенная ВЛ, после капитального ремонта, либо реконструкции.

Со временем габариты ВЛ могут меняться: провода вытягиваются, опора наклонилась, дорогу которую пересекает ВЛ подсыпали и заасфальтировали и т. д.

Поэтому на ВЛ 6-10 кВ габариты и стрелы замеряют при ежегодном техническом обслуживании, по ВЛ 0,4 кВ при ТО не реже чем раз в 6 лет.

Естественно места для замера выбирают где наибольший провес проводов, либо в местах пересечения с дорогами, коммуникациями и другими ВЛ.

Также следует учитывать сезонность. Из-за физических свойств алюминия, в период высоких температур провода провисают, а при низких вытягиваются в струну.

О линиях классов напряжения свыше 10 кВ, если кто с ними работает, дополните в комментариях.

Методы измерения габаритов и стрелы провеса проводов ВЛ

Раньше монтёры проводили измерения системой реек, которые подвешивались на провода у изоляторов по обеим сторонам пролёта.

Передвигая ползунок по линейке монтёр совмещал его с максимальным провисом провода и получал значение стрелы провеса.

Поскольку данный метод не обеспечивал допустимых расстояний, от человека до токоведущих частей, замеры выполнялись на отключённых ВЛ.

Также на отключённой и заземлённой ВЛ, при наличии АГП, можно подняться прямо в цент пролёта и померить габариты рулеткой или лазерным дальномером.

Но не всегда есть возможность обесточить потребителей, к тому же это долго: вывод ВЛ в ремонт, допуск и, по завершении замеров, ввод в работу.

Поэтому мне ближе методы замеров без отключения ВЛ:

1. Геометрический – Вы должны быть на некотором удалении от ВЛ. Тогда между Вами, точкой максимального провиса проводов и землёй под этой точкой будет треугольник.

Так как Tangens угла в прямоугольном треугольнике равен отношению противолежащего катета к прилежащему, найдём противолежащий катет из произведения Тангенса угла и прилежащего катета.

Если стать так, чтобы этот угол был 45 градусов, то его Тангенс будет единицей. Отсюда следует, что расстояние от Вас до точки на земле под проводом будет равно габариту провода.

Рулетка далеко? Замерим.

2. Ультразвуковой – его мы рассмотрим на примере прибора Даль.

Габарит и стрела провеса проводов ВЛ прибором Даль

Если у Вас нет этого прибора, я всё равно рекомендую Вам прочитать то, что написано после этого подзаголовка, потому что здесь говорится об основных принципах измерения габаритов и стрел проводов ВЛ.

Итак,

Ультразвуковой прибор Даль работает в диапазоне высот от 3,5 до 15 метров. Предназначен для замера расстояния от поверхности земли до проводов воздушных линий. В помещениях не эффективен.

Видит провода сечением от 10 миллиметров, погрешность измерений составляет не более 2 %.

Перед применением “Даль” вынимается из футляра и выдерживается на открытом воздухе в течение 10-15 минут – это нужно, чтобы датчик прибора настроился на температуру места измерения.

Температура, при которой проводятся измерения важный показатель для проводов. Расширяться при нагреве, сужаться на холоде, как и все металлы, алюминий в проводах обладает этим свойством.

Так, например, провод СИП вытянутый в струну летом уже зимой вырвет из крепления, либо опора начнёт уходить.

Как использовать прибор Даль

При нажатии кнопки “Измерение” на дисплее высветится номер прибора, а затем напряжение батареи питания в вольтах. Если напряжение меньше 5 Вольт, то батарейки нужно заменить.

Дальше кратковременным нажатием кнопки “Режим” определим значение температуры окружающего воздуха.

Если меньше 0, то переключатель остаётся в положении I. Если больше, то переводим его в II.

Установим прибор Даль на ровную поверхность под провода ВЛ, так чтобы его не перекрывали ветки деревьев, выступающие части зданий и т. п.

Нажмём кнопку “Измерение” и удерживаем пока на дисплее не появится устойчивое расстояние до провода, в метрах.

Если до провода менее 3,5 метра, то на дисплее будет (____). Если более максимального измеряемого прибором, то ( _ и три верхних слеша).

На ВЛ 35 кВ и выше каждый провод замеряется отдельно. Если провода близко друг к другу как на ВЛ 0,4 или 6-10 кВ, то одним замером прибор Даль показывает расстояние до всех нижних проводов.

Если нужно замерить габарит пересечения двух ВЛ, то сначала замеряем относительно земли одну, потом другую. Из разницы значений получим искомый габарит.

Прибор боится влаги. При дожде, снегопаде, тумане его не используем.

Ещё паспорт запрещает использование прибора при ветре более 10 м/с, но по факту провести измерения удаётся только в штиль, или в паузе между порывами ветра.

Кнопки “Выключить” нет, через 30 секунд бездействия прибор переходит в спящий режим.

Номинальный срок службы 6 лет. Калибровку проходит раз в год.

Результаты измерения (габариты и стрела провеса проводов) фиксируются в специальном бланке и подшиваются к паспорту ВЛ.

Всем добра.

Определение
стрелы провеса провода в режимах гололеда
без ветра выс­шей темпера­туры

и
грозового режима определяется по
формуле:

(3.23)

где

и

– удельная нагрузка и напряжение в
проводе в соответствующем ре­жиме.

–
допустимая стрела провеса при высшей
температуре определяется по фор­муле:

(3.24)

–
допустимая стрела провеса при низшей
температуре определяется по фор­муле:

(3.25)

–
допустимая стрела провеса при средней
температуре определяется по фор­муле:

(3.26)

–
допустимая стрела провеса при грозовом
режиме определяется по формуле:

(3.27)

–
допустимая стрела провеса при максимальной
нагрузке определяется по фор­муле:

(3.28)

–
допустимая стрела провеса при гололёде
без ветра определяется по формуле:

(3.29)

3.6 Алгоритм расчета проводов на механическую прочность

При
выполнении работы по проверке проводов
на механическую проч­ность, расчет
необходимо выполнять в следующей
последовательности:

1
этап. Определить удельные нагрузки (γ₁–
γ₇)
на провода ЛЭП;

2
этап. Определить критические пролеты
(l_k1–l_k3),
после чего, по соотно­шению расчет­ного
и критических пролетов определить
параметры исходного режима расчетного
пролета;

3
этап. С помощью уравнения состояния
провода определяют напряжения в проводе
для режимов среднегодовой и низшей
температур, а также для ре­жима
наибольшей нагрузки по формулам
(3.30-3.32) соответственно:

(3.30)

(3.31)

(3.32)

4
этап. Проверить условия механический
прочности проводов:

(3.33)

5
этап. С помощью уравнения состояния
провода определить напряжения в проводе
для режимов гололеда без ветра, высшей
температуры и грозового режима по
формулам (3.34-3.36) соответственно:

(3.34)

(3.35)

(3.36)

6
этап. Определить стрелы провеса проводов
для режимов гололеда без ветра, высшей
температуры и грозового режима.

7
этап. Проверить соблюдение расстояний
от нижнего провода до земли по условию:

где

– допустимая стрела провеса провода.

Библиографический список

1. Кесельман
   Л.М. Основы
   механики воздушных линий электропередачи
   / Л.М. Кесельман. – М.: Энергоатомиздат,
   1992. – 352 с.

2. Крюков
   К.П. Конструкции
   и механический расчет линий электропередачи/
   К.П. Крюков, Б.П. Новгородцев. – 2-е изд.,
   перераб. и доп. – Л.: Энергия, 1979, 312 с.

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

4. Правила
   устройства электроустановок. 7-е изд.
   (ПУЭ-7). – Москва

Приложение

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #