Моделирование механической части линий электропередач и гибких ошиновок ОРУ

1.

Моделирование механической
части линий электропередач и
гибких ошиновок ОРУ
Основные понятия

2.

3.

Требования, предъявляемые к гиббкой ошиновке и ВЛ.
• Во всех климатических режимах габарит нижнего провода не
должен быть меньше допустимого;
• Сила натяжения провода во всех климатических режимах не
должна превышать допустимую для провода;
• Нагрузка на каждую опору и на каждую точку крепления
провода не должна превышать допустимую.
• Провода не должны иметь возможность схлестываться при
ветре
• Расстояние между грозозащитным тросом и фазными
проводами в середине пролета не должны быть меньше
допустимых

4.

В идеальной задаче трасса линии на плане - кратчайшая прямая.

5.

В реальной задаче трасса линии на плане определяется характером
местности.

6.

При проектирование воздушных ЛЭП,
необходимо решить ряд взаимосвязанных задач:
• Прокладка трассы линии с учетом свойств местности, искусственных и
естественных препятствий на плане местности;
• Выбор типа и высоты опор;
• Расстановка опор с учетом рельефа местности;
• Проверка габаритов в пролетах и габаритов пересечений в особых условиях;
• Проверка проводов на схлестывание;
• Проверка опор на вырывание. Проверка устойчивости гирлянд изоляторов.
• Проверка расстояний грозозащитный трос-провод
• Построение монтажных таблиц для проводов тросов и оптических кабелей
• Расчет нагрузок на гирлянды изоляторов.
• Расчет нагрузок на опоры и расчет нагрузок на фундаменты.
• Формирование ведомостей материалов и оборудования, формирование
заказных спецификаций.

7.

Карта с Влэп 10 кВ.

8.

Проект линии делится на трассы. Одной трассой может быть
представлена одна линия от ПС до ПС или от точки отпайки до
ПС или другой точки отпайки.

9.

Промежуточные опоры.
• Промежуточные опоры
устанавливаются на прямых
участках трассы ВЛ,
предназначены только для
поддержания проводов и
тросов и не рассчитаны на
нагрузки от тяжения проводов
вдоль линии. Обычно
составляют 80—90 % всех опор
ВЛ.

10.

Анкерные опоры.
• Анкерные опоры –это опоры,
которые несут продольную
нагрузку от тяжения проводов и
тросов. Их конструкция отличается
жесткостью и прочностью. Они
способны выдерживать
кратковременно нагрузку
одностороннего тяжения. На углах
поворота трассы, анкерные
угловые опоры способны
длительно выдерживать
равнодействующую нагрузку от
двух смежных пролетов, а еще и
ветровую нагрузку на саму эту
опору.

11.

Концевые опоры.
• Концевая опора – это
разновидность анкерных
опор, которая
устанавливается в начале и в
конце линии. Особенностью
ее условий работы является
то, что она принимают
одностороннюю нагрузку
тяжения;

12.

Угловые опоры.
• Угловая опора – это опора, которая
устанавливается в углах поворота ВЛ,
принимает нагрузки от равнодействующей сил
тяжения проводов двух в двух смежных
пролетах. При небольших углах поворота могут
быть установлены угловые промежуточные
опоры, при больших углах поворота, где силы
тяжения велики, применяются анкерные
угловые опоры

13.

Расстановка опор.
Анкерные опоры (то же правило работает для угловых
промежуточных) имеют особые функции в ЛЭП,
расставляются, как правило, исходя из конфигурации
трассы. Их число предопределено числом особых
ситуаций (начало и конец линии, поворот трассы,
потребность ввести опору на длинном прямом
участке).
Промежуточные опоры расставляются для каждого
участка между двумя анкерными опорами. Тип, высота и
число промежуточных опор может быть оптимизировано,
но при этом, должны быть соблюдены критерии стрелы
провеса, напряжения в проводе и нагрузки на опору.

14.

Расстановка опор.

15.

Информация о форме рельефа может быть получена из:
• Геодезических исследований в табличном виде;
• Цифровой модели местности, созданной программных
комплексах:
– Credo,
– GeoniCS,
– AutoCAD Civil.
• Чертежа профиля.

16.

Исходные данные для построения
трассы.
• Исходные данные, по результатам изысканий
оформляются , в виде чертежа - профиля трассы

17.

Исходные данные для построения трассы.
• Профиль может быть не только в графической
форме в виде линии, но и в табличном виде.

18.

Ручной механический расчет.
Расчет удельных нагрузок γ1 - γ7;
Выбор исходного режима (критический пролет);
Расчет режима наибольшей стрелы провисания (критическая температура);
По решению уравнения состояния провода строится шаблон для наибольшей
стрелы провисания. Шаблон строится на кальке с масштабом по вертикали
1:500, по горизонтали 1:5000 и представляет собой три параболы: кривая
провода, габаритная кривая и кривая земли. Шаблон строится для каждого типа
опор, т.к. расстояния между габаритной кривой и землей отличаются.
• Шаблон прикладывается к опорам, таким образом, чтобы линия провода
пересекла точку подвеса провода на установленной опоре, при этом линия
габарита коснулась земли, а земляная линия пересекла линию поверхности
земли в точке установки опоры, тогда вторая точка пересечения земляной линии
с линией профиля покажет место установки следующей опоры.

19.

Шаблон

20.

Расстановка опор по шаблону

21.

Габаритный, весовой и
ветровой пролеты

22.

Ветровой пролет
t
a'
a
b'
b
c'
c
Mизг
П110-2

23.

Весовой пролет

24.

Приведённый пролёт
Вычисление величины приведенного пролета (определение)
l
lпр
l
i
3
i
Оценка величины приведённого пролёта
lпр 0.8...0.9lгаб

25.

Основы расчета
Нормативные и расчетные нагрузки
• 1 Вертикальная от собственного веса провода
• 2 Вертикальная от веса гололеда
• 3 Вертикальная от веса провода со гололедом
• 4 Горизонтальная от ветра на провод без гололеда
• 5 Горизонтальная от ветра на провод с гололедом
• 6 Результирующая нагрузка от провода без гололеда
• 7 Результирующая нагрузка от провода c гололедом
• 8 Горизонтальная нагрузка от ветра W=6%Wo
• 9 Горизонтальная нагрузка от ветра W=50 Па
• 10 Результирующая нагрузка от ветра W=6%Wo
• 11 Результирующая нагрузка от ветра W=50 Па

26.

Расчет нагрузок ПУЭ, гл.2.5
• При расчете ВЛ и их элементов должны учитываться климатические условия ветровое давление, толщина стенки гололеда, температура воздуха, степень
агрессивного воздействия окружающей среды, интенсивность грозовой
деятельности, пляска проводов и тросов, вибрация.
• Определение расчетных условий по ветру и гололеду должно производиться на
основании соответствующих карт климатического районирования территории РФ
(рис. 2.5.1, 2.5.2) с уточнением при необходимости их параметров в сторону
увеличения или уменьшения по региональным картам и материалам
многолетних наблюдений гидрометеорологических станций и метеопостов за
скоростью ветра, массой, размерами и видом гололедно-изморозевых
отложений. В малоизученных районах* для этой цели могут организовываться
специальные обследования и наблюдения.

27.

Районирование по втровому давлению

28.

Районирование по толщине стенки гололеда

29.

Районирование по продолжительности гроз в году

30.

По частоте пляски проводов

31.

Расчет нагрузок ПУЭ, гл.2.5
• При отсутствии региональных карт значения климатических
параметров уточняются путём обработки соответствующих
данных многолетних наблюдений согласно методическим
указаниям (МУ) по расчёту климатических нагрузок на ВЛ и
построению региональных карт с повторяемостью 1 раз в 25 лет.
• Основой для районирования по ветровому давлению служат
значения максимальных скоростей ветра с 10-минутным
интервалом осреднения скоростей на высоте 10 м с
повторяемостью 1 раз в 25 лет.
• Районирование по гололёду производится по максимальной
толщине стенки отложения гололёда цилиндрической формы при
плотности 0,9 г/см3 на проводе диаметром 10 мм,
расположенном на высоте 10 м над поверхностью земли,
повторяемостью 1 раз в 25 лет.

32.

Сочетания нагрузок

33.

Кривая провисания
H p
Y ch x C1 C2
p H
H p
LАВ 2 L0 B 2 sh
l
p 2H
H p
f 0 ch
l 1
p 2H

34.

Напряжение и тяжение, погонная
и удельная нагрузка
• Н - сила натяжения провода
• F - площадь поперечного сечения провода
Н
F
• G – погонный вес провода
G
F
Н
Н
G

35.

36.

Разложение в ряд Маклорена для ch(x)
z2 z4 z6
x
ch( z ) 1 , где z
2! 4! 6!
x
x
ch( ) 1
2
2
2
2
x x 2
y ch( )
2
l2
f0
8

37.

Длина провода в пролете
z3 z5 z7
x
sh( z ) z , где z
3! 5! 7!
x x 3 x 3
sh( ) 3
6
z3 z5 z7
x
sh( z ) z , где z
3! 5! 7!
l
l
3l 3
2 l3
l
LAB 2 sh( ) 2
3
2
2 8 6
24 2

38.

Длина провода через стрелу
2 4
l2
l
2
f0
f0 2 2
8
8
2
2 3
8 f0
l 8l
L l
l
2
24 8l
3l
2
L
8 f0
L* 1
l
3 l
f0
0.06, то L* 1.01
l

39.

Критичные режимы
• Режим низшей температуры
• Режим наибольшей нагрузки
– Режим наибольшего скоростного напора ветра
– Режим гололедных отложений с ветром
• Режим наибольшей стрелы провисания
– Режим гололеда без ветра
– Режим высшей температуры
• Режим среднегодовой температуры (среднеэксплуатационный режим)
• Режим при грозе
• Монтажные режимы
• Режим обрыва провода

40.

Нормативные нагрузки
p1н 1н
• 1. Нагрузка от веса провода
• 2. Нагрузка от гололедных отложений
н
н
p
3
3
• 3. Нагрузка от веса провода с гололедными отложениями
• 4. Нагрузка от скоростного давления ветра
• 5. Нагрузка от скоростного давления ветра
• 6. Суммарная нагрузка от веса провода и ветра
p6н 6н
• 7. Суммарная нагрузка от веса провода с гололедом и ветра
н
н
p
7
7
при гололеде.

41.

Нормативные нагрузки от веса провода и веса
гололеда
Различают погонные нагрузки – нагрузка на единицу длины. Так для провода
весовая нагрузка p1 приводится в справочнике, как погонный вес провода или вес
одного метра или километра провода.
н
1
G н p
p
1
l
F
н
1
Погонный вес гололедных отложений определится как
p c d b
н
2
н
p
н
2 2
F
В расcчетах можно пользоваться погонными нагрузками, но удобнее
использовать так называемые удельные нагрузки, которые представляют
собой погонные нагрузки, отнесённые к единице площади поперечного
сечения

42.

Нагрузка от ветрового давления на провод и
провод с гололедом

43.

Суммарные нагрузки от веса и ветрового
давления

44.

Расчетная нагрузка
2.5.54. Расчетная ветровая нагрузка на провода (тросы) при механическом расчете проводов и тросов
по методу допускаемых напряжений определяется по формуле, Н
pw pWн knwk p k f
pw
F
nw - коэффициент надежности по ответственности, принимаемый равным: 1,0 - для ВЛ до 220 кВ; 1,1 для ВЛ 330-750 кВ и ВЛ, сооружаемых на двухцепных и многоцепных опорах независимо от
напряжения, а также для отдельных особо ответственных одноцепных ВЛ до 220 кВ при наличии
обоснования;
p - региональный коэффициент, принимаемый от 1 до 1,3. Значение коэффициента принимается на
основании опыта эксплуатации и указывается в задании на проектирование ВЛ;
f - коэффициент надежности по ветровой нагрузке, равный 1,1.
2.5.55. Расчетная линейная гололедная нагрузка на 1 м провода (троса) Pг.п при механическом расчете
проводов и тросов по методу допускаемых напряжений определяется по формуле, Н/м
н
pгл pгл
knwk p k f kd
w
гл
pгл
F
nw - коэффициент надежности по ответственности, принимаемый равным: 1,0 - для ВЛ до 220 кВ; 1,3 для ВЛ 330-750 кВ и ВЛ, сооружаемых на двухцепных и многоцепных опорах независимо от
напряжения, а также для отдельных особо ответственных одноцепных ВЛ до 220 кВ при наличии
обоснования;
p - региональный коэффициент, принимаемый равным от 1 до 1,5. Значение коэффициента
принимается на основании опыта эксплуатации и указывается в задании на проектирование ВЛ;
f - коэффициент надежности по гололедной нагрузке, равный 1,3 для районов по гололеду I и II; 1,6 —
для районов по гололеду III и выше;
d - коэффициент условий работы, равный 0,5.

45.

Длина провода в пролете

46.

Длина провода в разных режимах
dLтемпер dLвыт
dLпласт
dLупр

47.

Упругое удлинение
dLупр L и р Е
Температурное удлинение
dLтемпер L tи t р

48.

Работа сталеалюминиевого провода

49.

Изменение усилий и напряжений

50.

Приведённый или эквивалентный модуль
упругости

51.

Температурное линейное удлинение

52.

Коэффициент температурного линейного
удлинения

53.

Уравнение состояния провода
L р , р L и , и L Lt

54.

Уравнение состояния провода
L р , р L и , и (1 и р Е tи t р )

55.

Уравнение состояния провода
L р , р L и , и L Lt
L р , р L и , и 1 и р Е tи t р

56.

Нормативные сочетания климатических условий

57.

Нормативные сочетания климатических условий

58.

Характеристики НСКУ

59.

60.

61.

Критические пролеты

62.

63.

Выбор исходного режима
• Понятие критический пролет

64.

Выбор исходного режима

65.

Выбор исходного режима
• Алгоритм выбора исходного режима

66.

Выбор расчетного режима
• 1. Если tк>tмакс, то режим гололеда, иначе
режим высшей температуры
• 1. Расчет f при гололеде без ветра
• 2. Расчет f при высшей температуре
без ветра
• 3. Выбор режима с наибольшим
значением f

67.

Программные комплексы, работающие с механическим Расчетом
ВЛЭП.
• EnergyCS line;
• Model studio CS ЛЭП;
• ЛЭП 2008.
• PLS-CADD
• SAG-10

68.

Особенности EnergyCS Line
• Рассматривается единая модель линии с подвеской системы фазных
проводов, грозозащитных тросов и, возможно, самонесущих волоконнооптических кабелей (ВОК).
• При расчетах в описании кривой провисания проводов, тросов и кабелей
применяется уравнение цепной линии.
• Уравнение состояния провода трансцендентное, оно решается численным
методом.
• При расчете анкерных участков применяется два подхода.
– Для предварительного расчета, для расстановки опор применяется понятие
«приведенный пролет».
– Для уточненного расчета стрел провисания провода и для расчета аварийного режима с
обрывом провода применяется решение систем уравнений состояния провода анкерного
участка с учетом каждого пролета. При этом учитываются отклонения гирлянд изоляторов
и упругие деформации опор
• Используется автоматизированная расстановка опор по профилю трассы
• Монтажные стрелы и тяжения рассчитываются с учетом остаточных
деформаций

69.

Механический расчет в ПК EnergyCS line
• В основе механического расчета в программе
положено решение дифференциального
уравнения цепной линии.
• Кривая провисания провода описана
выражением:
Уравнение состояния провода
Механический расчет производится итерационно,
методом деления пополам.

70.

Пояснение к решению уравнения методом
деления пополам

71.

Результат расстановки опор в ПК EnergyCS line.
• Схема после автоматической расстановки

72.

Задачи механического расчёта
• 1. Расстановка опор по трассе
• 2. Проверка габаритов пересечений
• 3. Проверка допустимости расстояний проводгрозозащитный трос
• 4. Проверка гирлянд на устойчивость и расчёт балластов
• 5. Расчет проводов на схлёстывание.
• 6. Построение таблиц монтажных стрел и монтажных
тяжений.

73.

Проверка габаритов пересечений
Виды пересечений:
1. ВЛ высшего напряжения
2. ВЛ низшего напряжения
3. Линия связи
4. Железная дорога
5. Электрифицированная железная дорога
6. Автодорога
7. Трубопроводы
8. Водная поверхность несудоходная
9. Судоходная водная поверхность
10. Замерзающая водная поверхность.

74.

Расстояние грозозащитный трос провод

75.

Защита прямых ударов молнии

76.

Наименьшие расстояния между тросом и
проводом в середине пролета

77.

Оформление результата расчета в AutoCAD.

78.

Схема взаимодействия программных
комплексов в рамках САПР

79.

Схема взаимодействия программных комплексов в рамках САПР

80.

Общие данные для расчета

81.

Чтение анкерных опор с плана трассы

82.

Чтение плана трассы

83.

Описание конфигурации линии

84.

Описание трассы
1. Ввод табличных значений из AutoCAD Civil, GeoniCS или Credo
2. Чтения описания линии поверхности с чертежа профиля в AutoCAD
3. Ручное заполнение таблицы числами

85.

Расстановка опор по трассе
• Расстановка опор автоматическая
• Учет ограничений крайних пролетов
• Распределение последнего неполного
пролета по критерию наибольшего
габарита или наибольшей равномерности
опор
• Учет указанных зон запрета установки опор
и учет пересечений

86.

Результат расстановки опор
Схема после автоматической расстановки опор
Схема после ручной корректировки
Линии:
объект
Передвинута
промежуточная опора
Коричневая – поверхность земли
Красная – пересекаемый
Желтая – допустимый габарит
Синяя – фазные провода
Зеленая – грозозащитный трос
Черная - опоры

87.

Документирование расстановки в AutoCAD
Таблица опор для вывода в чертеж, загруженный в AutoCAD
Результат построений из EnergyCS Line в AutoCAD
Настройка построения

88.

Пример чертежа в AutoCAD

89.

План трассы

90.

Монтажные стрелы и тяжения
-
В программе предусмотрено 3 вида таблиц
Монтажные стрелы (шаг 5°)(отдельно для провода, троса, ВОК)
Монтажные тяжения (шаг 5°)((отдельно для провода, троса, ВОК)
Монтажные тяжения и стрелы (шаг 10°)( для провода и троса или для провода
и ВОК)
Таблица в EnergyCS Line может строится для всех пролетов ВЛ или для
отдельных визируемы (вторые от краев или максимальные) и имеет вид:
Выходной документ получается в MS Word с использованием настраиваемого
шаблона:

91.

Расчет грозозащитного троса
Расчет грозозащитного троса производится по всем пролетам
анкерного участка. Его натяжение рассчитывается так, чтобы в
режиме температуры грозы расстояние от верхнего провода
по вертикали было не меньше регламентируемого по ПУЭ.
Для проверки можно открыть таблицу расстояний между
проводом и тросом для всех пролетов всех участков. Строки,
соответствующие пролетам, в которых расстояние не
обеспечивается окрашены красным. В этом примере
причиной является недостаточная высота тросостойки.
Очевидно, что для решения проблемы необходима новая
расстановка опор Причем при расстановке не следует делать
максимальный пролет более рекомендуемого в колонке Lдоп
Таблица обоснования режима
троса для участка,
проверка
допустимости
других режимных
условий

92.

Расчет нагрузок на опоры и на
фундаменты

93.

Спецификации оборудования
• По результатам расчетов EnergyCS Line представляет
спецификации или ведомости оборудования:
- Ведомость оборудования общая для всех элементов
ВЛ
- Ведомость проводов и тросов
- Ведомость опор
- Ведомость деталей опор
- Ведомость изоляторов
- Ведомость гасителей вибрации
- Ведомость оборудования поопорная
- Ведомость пересечений

94.

Документирование спецификации

95.

Документирование табличных данных

96.

Ведомость опор

97.

Пример поопорной ведомости

98.

Ведомость пересечений

99.

Оформление пересечений в AutoCAD

100.

Оформление пересечений на профиле

101.

Оформление пересечаний в
AutoCAD

102.

Таблица с монтажными кривыми пролета
Для любого пролета могут быть получены монтажные кривые –
зависимости тяжений и стрел провеса от температуры в
табличном и в графическом виде

103.

Расчет проводов на схлестывание
при коротком замыкании
Ψ(t)
F(t)
F(t)
G
v
a(t)
G

104.

Расчет кабелей ВОЛС при подвеске
на ВЛ
• Расчеты для ОКГТ и ОКСН
• Расстановка соединительных муфт
• Расчет натяжения по одному из алгоритмов
• Проверка нагрузочной способности опор после
подвески ОК.
• Таблицы монтажных стрел и тяжений для ОК
• Ведомость оборудования, необходимого для
монтажа ОК.

105.

Общие данные ВОК

106.

Алгоритмы определения натяжения
кабелей
1. ОКГТ рассчитывается также, как и
грозозащитный трос
2. ОКСН рассчитывается по одному из следующих
алгоритмов:
– По расположению кабеля в среднегодовом режиме
вблизи линии наименьшей напряженности
электрического поля
– По провисанию оптического кабеля в режиме
наибольшей стрелы провисания не ниже нижнего
провода ВЛ
– По обеспечению допустимого габарита для
оптического кабеля в режиме наибольшей стрелы
провисания с учетом пересечений
– По допустимому натяжению с учетом нагрузочной
способности опор.

107.

Расчет волоконно-оптичекого кабеля
(ВОК)
Траверса среднего провода
Траверса среднего провода
Линия наименьшей напряженности
электрического поля
Линия наименьшей напряженности
электрического поля
ОКСН
ОКСН
Нижний провод
Нижний провод

108.

Расчет волоконно-оптичекого кабеля
(ВОК)
Проектирование ВОК осуществляется на основе проекта ВЛ или на основе
данных существующей ВЛ.
Проектирования ВОК в EnergyCS Line предполагает следующие шаги:
- Закачка списка опор из внешней таблицы
- Расстановка кабельных муфт с определением строительных длин ВОК
- Определение особенностей подвески ВОК на каждой опоре в каждом
пролете
- Формирование таблицы – монтажной ведомости опор для ВОК с
указанием размещения муфт, строительных длин и используемого
кабеля
- Формирование таблицы монтажных тяжений и стрел провеса
- Формирование спецификаций оборудования и материалов
- Формирование чертежа профиля расстановки опор

109.

Таблицы расчета и обоснования
натяжения ВОК

110.

Изображение подвески ВОК на линии

111.

Пример исходных данных по опорам в Excel

112.

Описание пересечений

113.

Монтажная ведомость опор

114.

Оформление результата расчета в
AutoCAD, BricsCAD

115.

116.

Спасибо за внимание!