CC BY
34
Tran Khanh, postgraduate, khanh89hd@,gmail. com, Russia, Tula, Tula State University,
Surkov Victor Vasilevich, doctor of technical sciences, professor, ivts. tulguarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.315.027.8.019.3(573.3) ББК 3279.1 (5 ТАД)
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТРАДИЦИОННЫХ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПРОВОДОВ
ВЛЭП-110 КВ
М.И. Тошходжаева
Проведен сравнительный анализ механических характеристик традиционных и высокотемпературных проводов в зависимости от природно-климатических условий. Произведен расчет стрелы провеса проводов, напряженности на проводах, полного тяжения в зависимости от скорости ветра и температуры окружающей среды.
Ключевые слова: провод, тяжение, стрела провеса, скорость ветра, температура, линии электропередач, механические нагрузки.
При проектировании механической части ВЛЭП-110 кВ применяется методика расчёта механических нагрузок на элементы линий электропередач [1, 2, 3]. При эксплуатации ВЛЭП-110 кВ, кроме эксплуатационных нагрузок, влияют также природно-климатические воздействия. Эти воздействия на ВЛЭП-110 кВ определяются в виде статических величин наибольших механических нагрузок, которые должны соответствовать действующим требованиям [1], климатическим картам скоростного напора ветра и «пляске» проводов.
Кроме выше указанных факторов, на надежность ВЛЭП-110 кВ в условиях резкоконтинентального климата также влияют интенсивность солнечной радиации и скоростной напор ветра. При увеличении температуры окружающей среды ухудшается естественный конвективный теплообмен между проводом и окружающей средой, уменьшается пропускная способность ВЛЭП-110 кВ. При больших ветровых нагрузках происходит «пляска», в отдельных случаях - обрыв проводов.
Традиционно выбор сечения проводов ВЛЭП производится в соответствии с ПУЭ [1] по значениям экономической плотности тока и часов использования максимума времени. Но при этом наблюдаются случаи, когда выбранный провод не выдерживает природно-климатических нагрузок.
169
Доказательством вышесказанного является анализ причин отказов ВЛЭП-11 кВ Согдийской энергосистемы (рис. 1). Решением такой проблемы является применение высокотемпературных проводов вместо традиционных с соблюдением требований по надежности.
Причины отказов ВЛЭП 110 кВ
114% отказы функционирования устройств РЗ и А I 25% дождь, снег
36%перелетные птицы 18% сильный ветер 6% причин не выявлено 1%ошибка персонала
Рис. 1. Причины отказов ВЛЭП-110 кВ Согдийской энергосистемы
Для более наглядной иллюстрации производится расчет ожидаемых механических нагрузок на провода GTACSR-240 напряжением 110 кВ, полученные данные сравниваются с проводом АС-240. В качестве исходных данных принимаются реальные природно-климатические условия Согдийской области Республики Таджикистан. Данный регион относится к 3-му климатическому району по скоростному напору ветра (б = 29 м/с) 5 образование гололёда отсутствует, за минимальную температуру принимается -25 0С, за максимальную температуру принимается 40 0С.
Следует отметить, что провод GTACSR является разработкой компании «J-Power Systems», провод имеет зазор между стальным сердечником и токопроводящими жилами, которые выполнены из композиционного сплава алюминия и циркония. Зазор заполнен специальной термостойкой смазкой, которая позволяет разгрузить провод от усилий растяжения [4].
Полное тяжение, которое возникает в проводах без гололедных отложений, определяем в двух режимах при изменении температуры окружающей среды t =-25, -20, -15, -10, -5, 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 °С и изменении скорости ветра & = 5, 10,15, 20,25 м/с. Расчёт механических нагрузок проводов произведен согласно [4].
Определяем напряженность на проводах из уравнения состояния провода:
у у 2
где: <Тд - исходное напряжение, которое определяется механическим свойством материала провода, Н/мм ; у -приведеннная нагрузка от собственного веса провода, [кг/м*мм2]; о - напряжение на проводе в любой момент времени, Н/мм ; Е модуль упругости, которая зависит от материа-
2
ла провода,
Н/мм ; /
— длина пролета провода, м; а —коэффициент линейного расширения провода; t0Kcp,t0 - соответственно температура окружающей среды и номинальная температура провода, °С.
Значения напряженности на проводах в зависимости от температуры окружающей среды приведены на рис. 2.
, 21 « 20 о 19 g 18 ь 17 С 16 £ 15 * < 14 н £ 13 ° й п о ¡a В Щ 11 ё ю я 9 « 8 с я
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40
М Температура окружающей среды
-GTACSR АС -Допустимое напряжение
Рис. 2. Напряженность на проводах при изменении температуры
окружающей среды
Как видно из рис. 2, напряженность на проводах при изменении температуры окружающей среды имеет почти линейную зависимость, но у провода марки GTACSR наблюдается наименьшая температурная зависимость, чем у провода АС. Это обусловлено составом, структурой, конструктивным исполнением провода.
С помощью уравнения состояния определяется стрела провеса провода в любой момент времени, если известны начальное напряжение, величины токовых нагрузок и температуры. Стрела провеса определяется по формуле
/ = (2) 171
Изменение стрелы провеса в зависимости от изменения температуры окружающей среды приведены на рис 3.
2 У СО о - 1 с 1 а е а и 0,5 и 0
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Температура окружающей среды -ОТЛСЖ -АС
Рис. 3. Зависимость изменения стрелы провеса проводов от температуры окружающей среды
Как видно из рис. 3, изменение стрелы провеса от температуры окружающей среды у провода марки СТАБСЯ при минимальной температуре больше, чем у провода АС, но при максимальной температуре значение стрелы провеса меньше, чем у провода АС. Следовательно, провод марки СТАСЗЯ менее подвержен температурным воздействиям и относительно высокой температуре, его физико-механические свойства не меняются.
При воздействии скорости ветра на провод возникает дополнительная механическая нагрузка, изменяется стрела провеса провода. Удельные механические нагрузки на провод определяются по формуле
где Сх — аэродинамический коэффициент, которое зависит от плотности воздуха и скорости ветра. Для условий резко континентального климата Сх=1,2; д - скорость ветра, м/с; <1п — скоростной напор ветра для отдельных режимов; F —поперечное сечение провода, мм ; а = 1,1 - коэффициент неравномерности скоростного напора ветра по пролету.
Изменение стрелы провеса проводов в зависимости от изменения скорости ветра приведено на рис. 4.
6
3 5 «
о
1
О ---------
2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25
Скорость ветра, м/с
-АС -Доп
Рис. 4. Зависимость стрелы провеса на проводах в зависимости от изменения скорости ветра
Как видно из рис. 4, изменение стрелы провеса при изменении скорости ветра для обоих сравниваемых проводов почти одинаковое и ниже допустимого значения.
Горизонтальные составляющие полного тяжения:
_ Мо-10~3(1расч)2
--т:--(4)
8Д
где М0 - погонная масса провода, кг/мм ; 1расч - расчетная длина
пролёта, м
Вертикальные составляющие полного тяжения провода:
V, = М0 ■ Ю-3 ■ 1расч (5)
Полные тяжения провода:
Ъ = л/(Ю2 + (ТО2 (6)
Зависимости полного тяжения проводов от изменения скорости ветра и температуры окружающей среды приведены на рис. 5 и 6.
173
3700,00 3450,00 3200,00 И 2950,00
0 2700,00 & 2450,00 § 2200,00 с 1950,00
1 1700,00 щ 1450,00 | 1200,00
950,00 700,00 450,00
200,00
0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 Скорость ветра, м/с
Рис. 5. Зависимость изменения тяжения проводов от изменения скорости ветра
5000 4500 4000 3500 3000
о
И 2500 <£
2 2000 н
0
§■ 1500
« 1000 О)
£ 500
1 о
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40
Температура°С
-СТАСЕК -АС Доп
Рис. 6. Изменение тяжения проводов в зависимости от температуры окружающей среды
Как видно из рис. 5 и 6, при изменении скорости ветра тяжение проводов изменяется по экспоненциальному закону. Тяжение на проводе ОТЛС8Я больше, чем у провода АС. На рис. 6, наоборот, тяжение на проводе ОТЛС8Я значительно меньше, чем у провода АС.
174
Таким образом, для повышения эксплуатационной надежности ВЛЭП-110 кВ на современном этапе развития необходимо заменить существующие провода АС на высокотемпературные, что даст возможность снизить воздействие природных факторов.
Список литературы
1. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. М.: НЦ ЭНАС,
2011.
2. Алексеев Б. А. Повышение пропускной способности воздушных линий электропередачи и применение проводов новых марок // ЭЛЕКТРО. 2009. №3. С.45 - 50.
3. Эксплуатация воздушных линий электропередач / В.Н. Андриевский [и др.]. М.: Энергия, 1976. 616 с.
4. Крюков К.П., Новгородцев Б.П. Конструкции и механический расчет линий электропередач. Л.: Энергия, 1979. 312 с.
5. Барг И.Г., Эдельман В.И. Воздушные линии электропередачи: вопросы эксплуатации и надежности. М.: Энергоатомиздат, 1985. 248 с.
6. Design of Latticed Steel Transmission Structures / American Society of Civil Engineers. ANSI/ASCE 10-90, A.N.S.I-New York: A.S.C.E., 1991. 64 p.
Тошходжаева Мухайё Исломовна, старший преподаватель, shukrona14 012011 @,mail. ru, Республика Таджикистан, Худжанд, Худжандский политехнический институт ТТУ имени академика М. Осими
COMPARATIVE ANALYSIS OF MECHANICAL PROPERTIES AND TRADITIONAL HIGH WIRE OVERHEAD POWER LINES OF 110 KV
M.I. Toshhodzhaeva
The article: made a comparative analysis of the mechanical properties of conventional and high-temperature wires, depending on the natural and climatic conditions. The calculation of sag of wires, the tension on the wires, the total traction of depending on wind speed and ambient temperature.
Key words: wire, traction of, sag, wind speed, temperature, power lines, mechanical
load
Toshhodzhaeva Muhayo Islomovna, senior lecturer, shukrona14 012011 @,mail. ru, Republic of Tajikistan, Khujand, Khujand Polytechnic Institute TTU named after Academician M. Osimi
