Проектирование механической части ВЛ - Установка переходных опор

Установка переходных опор и монтаж проводов должны выполняться особенно точно, так как недостаточные габариты над пересекаемыми объектами недопустимы [3, 6, 11, 13].
Основной целью расчета переходов является определение высоты над пересекаемыми объектами
В первом приближении эту высоту определяют при помощи шаблона по расстоянию от кривой 1 до пересекаемого объекта. После выбора положения опор по шаблону необходимо проверить полученное расстояние расчетом. Проверку производят, исходя из отметок точек подвеса провода на опорах Ил и Не , а также расстояния до пересекаемого объекта х (рис. 2.35) по формуле:
(2.61)
где hв - отметка подвеса провода на опоре, м;
h - отметка пересекаемого объекта, м.
Допуская, что продольный профиль трассы сохраняет равнинный характер, стрелу провисания провода над пересекаемым объектом можно найти по формуле (2.24).
Если продольный профиль имеет уклон (рис. 2.35), то формула 2.24 примет вид:
(2.62)
где Θ - угол уклона, град.
В общем случае значения σ и γ в формуле (2.24) принимаются из расчета провода для режима, в котором стрела провеса получается наибольшей. Исключения составляют переходы через железную дорогу, где эти величины определяются для температуры +70°С (с учетом нагрева проводов электрическим током) и на пересечениях линий между собой - при температуре +15°С.

Рис. 2.35. Переход через автомобильную дорогу
Если переход ограничен с обеих сторон анкерными опорами, то расчет габарита производится только по нормальному режиму. Если одна или обе опоры промежуточные, то при пересечениях линий связи, железных и автомобильных дорог, трамвайных и троллейбусных линий, надземных трубопроводов и канатных дорог линиями с проводами сечением менее 185 мм требуется расчет габарита по аварийному режиму (параграф 2.13) при обрыве провода в соседнем пролёте. Расчет габарита в аварийном режиме производится при среднегодовой температуре и отсутствии гололеда и ветра.
При пересечениях воздушных линий между собой расчет аварийного режима не требуется.

Пример 2.8
Рассчитать переход воздушной линии 220 кВ, строящейся на металлических опорах с проводами АС-240/32, через автомобильную дорогу I категории (ширина земляного полотна 27,5 м и более) с отметкой полотна h = 3 м (рис. 2.35). Выбрать тип и конструкцию анкерных опор, ограничивающих пролёт пересечения. Пролёт перехода составляет 200 м. Расстояние от опоры В до оси дороги 130 м.

Пояснения
Переход планируется ограничить с обеих сторон анкерными опорами, поэтому проверку габарита произведем только по нормальному режиму. Угол пересечения воздушной линии с автомобильными дорогами не нормируется.
Согласно [13] вертикальное расстояние от проводов воздушной линии напряжением 220 кВ до полотна автомобильной дороги I категории должно быть в нормальном режиме работы воздушной линии не менее 8-ми метров.
Наибольшее провисание провода имеет место при нагрузке провода собственной массой и массой гололеда (пример 2.5), то есть при удельной механической нагрузке γ3 = 0,015 даН/м мм (пример 2.1),
поэтому в качестве габаритных климатических условий были выбраны гололедные (без ветра) при агаб = 12,64 даН/мм* (пример 2.7).

* место пересечения следует выбирать как можно ближе к опоре воздушной линии. Не допускается расположение опор линии связи под проводами воздушной линии. Расстояние по горизонтали

Решение
Необходимо выбрать анкерные опоры. Так как строительство воздушной линии планируется осуществить с использованием стальных свободностоящих опор (пример 2.1), то и анкерные опоры следует выбрать стальные свободностоящие. Из [6, стр. 40, табл. 1.34] выбираем опору с шифром 1У220-2 с высотой расположения нижней траверсы 10,4 м.
Стрелу провисания провода над дорогой находим по формуле (2.24):

а габарит над дорогой проверяем по формуле (2.61):
Г = hв - У - h = 10,4-5,4-3 = 2 (м) < 8 м, что недопустимо, поэтому следует применить опору с подставкой высотой 9 м, имеющей основание шириной 7,9 м, тогда высота крепления проводов на нижней траверсе будет составлять 10,4 + 9 = 19,4 м. В данном случае шифр опоры станет 1У220-2+9, а габарит над дорогой Г = Ив - У - И = 19,4 - 5,4 - 3 = 11 м > 8 м, что является приемлемым.

Пример 2.9
Двухцепная воздушная линия 220 кВ, строящаяся на металлических опорах с проводами АС-240/32, по направлению трассы должна пересекать автомобильную дорогу I категории с шириной полотна 30 м (рис. 2.36) и идущие параллельно автомобильной дороге линии связи. Определить наибольшее возможное расстояние между анкерными опорами, ограничивающими пролёт пересечения.

Пояснения
Так как строящаяся воздушная линия пересекает помимо автострады еще и линии связи, то проверку габарита необходимо произвести с учетом нагрева проводов электрическим током, то есть при нагрузке проводов собственной массой при температуре Θдоп = +70 °С.
Опоры, ограничивающие пролёт, могут быть только анкерными нормальной конструкции.
Горизонтальное расстояние от основания опоры до бровки земляного полотна дороги следует выбирать при пересечении не менее высоты опоры.
Кроме автострады объектами пересечения будут линии связи (на рис. 2.36 - ЛС). В разделе «Пересечение и сближение воздушных линий с сооружениями связи, сигнализации и радиофикации» [13] предписывается выполнять следующие требования:

Рис. 2.36. Профиль трассы на участке пересечения воздушной линии с автострадой и двумя воздушными линиями связи (проектное решение воздушного перехода)

1)   угол пересечения проводов воздушной линии с проводами линии связи должен быть близок к 90°;
от опоры воздушной линии до проводов линии связи должно быть не менее 7-ми метров, а от опоры линии связи до проекции ближайшего провода воздушной линии - не менее 15 м;

1. опоры воздушной линии, ограничивающие пролёт пересечения с линией связи, должны быть анкерного типа (железобетонными, стальными или деревянными). При Uном > 35 кВ и проводах сечением 120 мм2 и более разрешается сооружать пересечение с применением промежуточных опор;
2. для воздушных линий 220 кВ расстояние по вертикали от проводов воздушной линии до проводов линии связи в нормальном режиме должно быть не менее 4-х м, в аварийном режиме - не менее 2-х м (при применении промежуточных опор);
3. для воздушных линий 220 кВ, пересекающих несколько инженерных сооружений (в данном случае автостраду и линии связи), следует выполнять проверку габаритов при нагрузке проводов собственной массой и допустимой температуре Θдоп = 70° С.

Решение
Как и в примере 2.8, применим опору с шифром 1У220-2 с высотой расположения нижней траверсы 10,4 метра [6, стр. 40, табл. 1.34], полной высотой опоры 29,4 м на подставке высотой 9 м имеющей основание шириной 7,9 м, тогда высота крепления проводов на нижней траверсе будет составлять 10,4 + 9 = 19,4 м, полная высота опоры - 29,4 + 9 = 38,4 м, шифр опоры станет 1У220-2+9.
Наименьшее расстояние по горизонтали от бровки земляного полотна до основания опоры должно быть 38,4 м, а до вертикальной оси опоры - (38,4 + 7,9/2) = 42,35 м. Такое расположение опоры удовлетворяет требованиям [13] к горизонтальному расстоянию до проводов линий связи.
Необходимо определиться, где расположить ближайшую к объектам пересечения опору - справа или слева от автострады. Так как поверхность земли слева от автострады имеет на 1,2 м более высокую отметку, предпочтительной является установка такой опоры слева от автострады, а положение второй (правой) анкерной опоры определится расчетом.
Примем расстояния по горизонтали: от вертикальной оси левой опоры до проводов левой линии связи высотой 6,8 м - 33 м; от вертикальной оси левой опоры до левой бровки земляного полотна - 45 м; от вертикальной оси левой опоры до правой бровки земляного полотна - 75 м; от вертикальной оси левой опоры до проводов правой линии связи высотой 7,6 м - 85 м (рис. 2.36).
Расстояния по вертикали отсчитаем от единого горизонтального уровня, в качестве которого примем уровень площадки под левой линией связи.
Начало системы координат, совмещенное с точкой крепления нижнего провода на левой анкерной опоре, будет располагаться на высоте (19,4 + 1,2) = 20,6 м над принятым уровнем. Допустим, что продольный профиль трассы справа и слева от объектов пересечения сохраняет равнинный характер, поэтому угол уклона Θ =0.
Определяющими условиями при расчете провода на прочность признаны гололедные условия:
γ нб = 0,0155 даН/м мм2; σнб = 13 даН/мм2; ΘΡ = - 5° С.
Так как проверку габаритов необходимо выполнить при допустимой температуре Θдоп= 70° С, составим уравнение состояния провода, где исходные условия - условия наибольшей нагрузки, а искомые - условия работы провода при 70°С:

Зададимся первоначальной длиной анкерного пролёта l ан = 100 м,
тогда

Нулевое приближение для вычисления механического напряжения:
(пример 2.4).
Алгоритм итерационного метода Ньютона для решения уравнения состояния провода приведен в примере 2.4.
Вычислим значения коэффициентов А и В, а также значений механических напряжений σ70 при длинах пролётов от 100 до 200 м, сопровождая расчет занесением результатов в табл. 2.6.
Отрицательного значения напряжения быть не может (табл. 2.6, столбец 7), поэтому ограничимся длиной анкерного пролёта в 200 м.
Рассчитаем ординаты кривой провисания провода (высотные отметки положения низших проводов над инженерным сооружением) для точек на оси абсцисс, обозначенных на рис. 2.36 как х1, х2, х3, х4, и для точки х5, находящейся в середине анкерного пролёта, (на рис. 2.36 не обозначена).

Таблица 2.6

Результаты расчета механического напряжения σ70 при различных длинах анкерных пролётов, даН/мм

Для этого используем формулу (2.24), преобразовав ее к виду:  Результаты расчетов приведены в табл. 2.7.

Таблица 2.7
Результаты расчетов ординат кривой провисания провода

По результатам табл. 2.7 видно, что искомый пролёт может находиться в пределах от 100 до 150 м.
Проверим, будут ли соблюдаться запасы в габаритах Δ с учетом требований [13] для пролётов в 100 и 150 м. Результаты расчетов приведены в табл. 2.8.

Таблица 2.8
Результаты расчетов запасов в габаритах Δ

По результатам расчетов, приведенных в табл. 2.8, видно, что при любом изменении длины пролёта в диапазоне от 100 до 150 м запас габарита Δ будет выдержан как по отношению к линиям связи, так и по отношению к автостраде с учетом требований [13] (рис. 2.37).

Рис. 2.37. Графики изменения запасов габарита в зависимости от длины пролёта