Расчет грозозащитного троса производится из условия соблюдения расстояний между проводами и тросом в середине пролёта, требуемых [13] по соображениям грозозащиты. Наименьшие расстояния по вертикали между тросом и проводом в середине пролёта при температуре + 15° С и без ветра приведены в [13, стр. 341, табл. 2.5.19].
Согласно схеме расположения троса и провода на опоре, показанной на рис. 2.41, стрела провисания троса f т при температуре +15°С и отсутствии ветра может быть определена по формуле:
fT = f п + h т - Zт,
где f п - стрела провисания провода в середине пролёта, м;
h т - расстояние по вертикали между тросом и проводом, м;
Z т - требуемое [13] расстояние между тросом и проводом в середине пролёта, указанное в [13, стр. 341, табл. 2.5.19], м.
Рис. 2.41. Схема подвеса провода и грозозащитного троса на опоре Если высота точек подвеса провода одинакова, то:
- для опор анкерного типа расстояние hт равно разности отметок тросостойки и траверсы, которую можно определить, используя чертеж опоры. Длину гирлянды изоляторов можно не учитывать, так как на анкерных опорах используются натяжные гирлянды;
- на опорах промежуточного типа трос и провод подвешены на поддерживающих гирляндах, поэтому для определения расстояния hт необходимо к разности отметок тросостойки и траверсы добавить длину гирлянды изоляторов провода и вычесть длину гирлянды изоляторов троса.
Если высота точек подвеса провода на двух рассматриваемых опорах различна, то в формулу (2.63) для нахождения стрелы провисания троса подставляют значение h т, найденное по формуле:
(2.64)
где hт и hт - расстояния между отметками подвеса троса и провода на каждой из рассматриваемых опор.
Напряжение в грозозащитном тросе в исходном состоянии определяется по формуле:
(2.65)
Полученное значение подставляют в уравнение (2.40) и определяют напряжения в тросе во всех требуемых режимах.
Как правило, в качестве грозозащитных тросов используют стальные канаты. В условиях наинизшей температуры или наибольшей нагрузки при нормальных линейных пролётах напряжение в тросе не должно превосходить допустимого [13] и равного 60 даН/мм. Если в результате расчета напряжение в тросе в каком-либо режиме превосходит допустимую величину, то следует либо увеличить поперечное сечение троса, либо увеличить высоту тросостойки [3, 11, 13].
Положение троса на опоре по условиям грозозащиты определяется величиной угла защиты проводов тросом - α. Линии со смешанным способом подвеса проводов защищаются одним тросом, а линии с горизонтальным подвесом проводов - двумя, как показано на рис. 2.42, а, б.
Воздушные линии 220 - 330 кВ со смешанным расположением проводов на опорах высотой 35 - 45 м защищаются двумя тросами на подходах к подстанциям, а в районах с сильной грозовой деятельностью по всей длине линии.
Рис. 2.42. Расположение тросов на опорах
При одном грозозащитном тросе защитный угол проводов α должен быть не более 30°, а при двух тросах - не более 20° [13].
Пример 2.10
Пользуясь данными и результатами расчетов предыдущих примеров, для стального троса марки ТК-11 с номинальным сечением 70 мм2 определить защитные углы для проводов на промежуточной опоре и их соответствие требованиям [13] по защите воздушных линий от атмосферных перенапряжений. Рассчитать натяжение троса, необходимое для устранения прорывов грозовых разрядов к проводам и возможных перекрытий с троса на провода при разрядах в трос в середине пролёта, а также проверить трос на механическую прочность.
Пояснения
Унифицированная промежуточная металлическая свободностоящая двухцепная опора типа П220-2, заданная к применению, имеет высоту тросостойки Hтс, равную 5,5 м (рис. 2.43).
Грозозащитные тросы крепятся на тросостойках опор с помощью одиночных изоляторов, шунтированных искровыми промежутками с целью исключения дополнительных потерь активной мощности от протекания в них индуцируемых токов и осуществления плавления гололеда. Высота изолятора, зажима и узла крепления троса λ т = 0,44 м.
Рис. 2.43. Промежуточная металлическая свободностоящая двухцепная опора типа П220-2
Высота гирлянды изоляторов на промежуточной опоре λπ = 1,54 м (пример 2.6).
Из [6, стр. 59, табл. 1.57] выпишем технические данные троса марки ТК-11 (табл. 2.9).
Технические данные троса ТК-11
Таблица 2.9
Параметры | ТК-11 |
Действительная площадь поперечного сечения, мм2 | 72,95 |
Масса смазанного каната, кг/км | 627,4 |
Диаметр троса, мм | 42 |
Максимальный нормативный скоростной напор ветра в IV ветровом районе 65 даН/м, нормативная толщина стенки гололеда более 22 мм (для решения принято 22 мм) (пример 2.1).
Значение температурного коэффициента линейного расширения троса αт = 12 · 10 1/°С ; модуль упругости троса Ет = 20-10 даН/мм (пример 2.4).
Характерные значения температур составляют (примеры 2.4 и 2.5):
- среднегодовая Θ= - 2° С;
- гололедообразования Θχ = - 5° С;
- абсолютная наинизшая Θ-_ = - 55° С;
- абсолютная наивысшая Θ+_= 20°С.
Следует заметить, что расчет троса проводится при температуре атмосферных перенапряжений Θ&_= 15°С (параграф 2.8).
Допускаемые напряжения для троса нормируются [13]: σт- = 60 даН/мм в состоянии провода, когда действует наибольшая механическая нагрузка или наинизшая температура воздуха; σтэ = 42 даН/мм2 в состоянии провода, когда действует среднегодовая температура воздуха (среднеэксплуатационные условия работы троса).
Габаритный пролёт для проектируемой воздушной линии составляет l габ = 268 м.
Стрела провисания провода при среднеэксплуатационных условиях работы воздушной линии f п = 3,6 м (пример 2.5).
Решение
Согласно [13] защитный угол α должен быть не более 30°. Используя рис. 2.42 и 2.43, проверим, выполняются ли требования [13] для проектируемой воздушной линии.
Находим защитный угол проводов верхней траверсы на опоре:
где Dв - половина длины верхней траверсы опоры, м.
Находим защитный угол проводов средней фазы:
где D c - половина длины средней траверсы опоры, м;
H св - высота опоры между средней и верхней траверсами, м. Требования [13] выполняются.
Определим нагрузки, действующие на трос в заданных климатических условиях. Воспользуемся примечаниями, которыми пользовались при расчете нагрузок на провод (пример 2.1).
1. Постоянно действующая нагрузка от собственной массы троса:
Расстояние по вертикали между тросом и проводом в середине пролёта должно быть не менее нормируемого [13, стр. 341, табл. 2.5.19], но данная таблица не содержит расстояний для промежуточных значений пролётов. Поэтому для длин пролётов, не превышающих 1000 м, расстояние между проводом и тросом рассчитывается для максимального значения пролёта lmax = 1,251 габ = 1,25 · 268 = 335 м по эмпирической формуле:
Z т = 4 + 0,015(lmax - 200) = 4 + 0,015(335 - 200) = 6,025 м, тогда стрела провисания троса может быть найдена как:
f та - f п + λп + Hтс - λт - Zт - 3,6 +1,54 + 5,5 - 0,44 - 6,025 - 4,175 м.
По условию исключения прорыва тросовой защиты грозовыми разрядами рекомендуется обеспечивать разность между стрелами провисания провода и троса 1,5 м.
Произведем проверку:
f п - f та - 3,6 - 4,175 - -0,575 м - условие не выполняется, поэтому увеличим расстояние Z т на 2,2 м, тогда
Z т - 8,225 м,
а f та - f п + λп + Hтс - λт - Zт - 3,6 +1,54 + 5,5 - 0,44 - 8,225 -1,975 м;
f п - f та - 3,6 -1,975 -1,625 м - условие выполняется.
При этом защитный угол троса в середине пролёта при неотклоненных ветром положениях троса и верхнего провода составляет:
то есть оказывается меньшим, чем на опоре, что и требуется для эффективной защиты проводов в пролёте.
Вычислим напряжение в тросе, обеспечивающее получение f та -1,975 м, в условиях атмосферных перенапряжений, оперируя длиной приведенного пролёта из-за возможности смещения точек крепления тросов, имеющих изолированную подвеску.
Из опыта проектирования известно, что длина приведенного пролёта в среднем составляет lпрв - 0,9 · lгаб - 0,9 · 268 - 241,2 м,
Определяющим режимом по климатическим условиям был выбран режим наибольших нагрузок γнб (пример 2.4).
Проверим трос на механическую прочность при работе в выбранном режиме. Для этого составим и решим уравнение состояния для троса, где в качестве исходных условий будут условия атмосферных перенапряжений (Θ&, σта, γ 6 т), а в качестве искомых условий - условия наибольшей нагрузки на трос (Θρ, γ7т):
В качестве первого приближения примем допускаемое напряжение для троса σтнб= 60 даН/мм. Уравнение решим методом Ньютона. Результаты расчетов представлены в табл. 2.10.
Таблица 2.10
Результаты расчетов напряжений в грозозащитном тросе при условии возникновения наибольшей механической нагрузки, даН/мм
Окончательный результат показывает, что напряжение в тросе превышает допустимое значение на 18,9 % вследствие большой гололедной нагрузки, поэтому необходимо заменить трос ТК-11 на трос большего сечения, например, ТК-14 [6, стр. 59, табл. 1.57] и повторить расчет.
В результате повторного расчета напряжение в тросе при наибольшей гололедной нагрузке получилось равным 58,6 даН/мм . Следовательно, механическая прочность троса марки ТК-14 обеспечена.
