Проектирование механической части линий электропередачи

Проектирование механической части линий электропередачи
Учебная программа
дисциплины для специальности 1-43 01 02 “Электроэнергетические системы и сети”
специализации 1-43 01 02 02 “Проектирование, монтаж и эксплуатация электрических
сетей”
1. Цели и задачи учебной дисциплины
Цель дисциплины – формирование знаний и умений по основам проектирования
механической части линий электропередачи.
В результате изучения дисциплины студент должен
знать:
- основные нормативные материалы по проектированию механической части линий
электропередачи;
- методы расчета конструктивных элементов линий электропередачи на
механическую прочность;
- методы выбора конструктивных элементов линий электропередачи с учетом
воздействующих на них механических нагрузок;
- принципы выбора защиты воздушных линий электропередачи от грозовых
перенапряжений;
- методы определения расчетных нагрузок на опоры воздушных линий
электропередачи;
- подходы к проектированию железобетонных, металлических и деревянных опор
линий электропередачи;
- основы проектирования механической части кабельных линий электропередачи;
уметь:
- рассчитывать вертикальные и горизонтальные нагрузки, воздействующие на
конструктивные элементы линий электропередачи;
- спроектировать металлическую, железобетонную или деревянную опору для линии
электропередачи;
- выбрать тип фундаментов для металлических опор или рассчитать глубину
заложения основания стойки в грунт для железобетонных или деревянных опор;
- спроектировать грозозащиту линии, выбрать сечение троса и проверить его на
термическую стойкость;
- проверить сечение жил кабельных линий на термическую стойкость;
- выбирать линейную изоляцию и арматуру для сооружения линии.
2. Виды занятий и формы контроля
Виды занятий и формы контроля
Дневное
отделение
Курс
4
Семестр
8
Лекции, час
28
Практические занятия, час
28
Зачет (семестр)
8
Курсовая работа (семестр)
8
Самостоятельная работа, час
64
Аудиторных часов
56
Всего часов изучения дисциплины
120
Заочное
отделение
5
10
8
8
10
10
104
16
120
3. Содержание учебной дисциплины
Тема 1. Методы расчета конструктивных элементов линии электропередачи
на механическую прочность
Методы расчета проводов, изоляторов и опор воздушных линий электропередачи
на механическую прочность. Определение коэффициентов линейного расширения и
упругого удлинения сталеалюминиевых проводов. Расчет больших пролетов линий
электропередачи. Причины возникновения “пляски” проводов. Возможности ограничения
пляски проводов. Выбор линейной изоляции. Применение сдвоенных гирлянд изоляторов.
Выбор линейной арматуры. Выбор материала опор воздушных линий электропередачи.
Выбор материала опор воздушных линий электропередачи на основе минимума
дисконтированных затрат. Оценка надежности конструкций воздушной линии
электропередачи напряжением 6-20 кВ. Вероятностный подход к оценке надежности
воздушных линий электропередачи. Выбор материала опор воздушных линий
электропередачи с учетом их надежности и грозоупорности. Вспомогательные
сооружения на воздушных линиях электропередачи. Пересечение воздушными линиями
электропередачи инженерных сооружений и водных преград. Высокочастотная связь по
линиям электропередачи. Определение значений габаритного, ветрового и весового
пролетов линии электропередачи.
Тема 2. Проектирование защиты воздушных линий электропередачи от
прямых ударов молнии
Защита воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ от грозовых
перенапряжений. Защита воздушных линий электропередачи напряжением 3-35 кВ от
грозовых перенапряжений. Применение грозозащитных тросов на воздушных линиях
электропередачи напряжением 35 кВ и выше. Способы крепления грозозащитных тросов
на промежуточных и анкерных опорах. Выбор площади поперечного сечения
грозозащитного троса. Расчет грозозащитного троса на механическую прочность.
Проверка сечений грозозащитных тросов на термическую стойкость. Параметры схемы
замещения грозозащитных тросов. Активное и индуктивное сопротивления
грозозащитных тросов. Сопротивления нулевой последовательности системы
грозозащитных тросов.
Наведенные электростатические напряжения на грозозащитных тросах.
Наведенные электромагнитные напряжения на грозозащитных тросах. Потери
электрической энергии в грозозащитных тросах.
Поражаемость воздушных линий электропередачи грозовыми разрядами.
Ожидаемое число устойчивых грозовых отключений воздушных линий электропередачи.
Определение годового числа отключений линии при прямых ударах или прорывах молнии
через тросовую защиту на фазные провода. Оценка вероятности появления тока молнии,
равного или превышающего максимальное значение. Вероятность прорыва молнии через
тросовую защиту воздушных линий. Годовое число отключений линии при ударах молнии
в опору. Годовое число отключений линии при ударах молнии в трос в середине пролета.
Годовое число отключений линии при ударах молнии в землю вблизи воздушной линии.
Определение числа грозовых отключений линий без троса, выполненных на
металлических и железобетонных опорах. Определение числа грозовых отключений
воздушных линий напряжением 6…35 кВ. Количественные показатели надежности
грозозащиты воздушных линий электропередачи различного конструктивного
исполнения.
Оценка целесообразности применения грозозащитных тросов на воздушных
линиях электропередачи на основе сравнения дисконтированных затрат. Капитальные
затраты на создание тросовой защиты воздушной линии электропередачи от прямых
ударов молнии. Годовые эксплуатационные расходы на содержание тросовой защиты
линий электропередачи от прямых ударов молнии. Стоимостные оценки недоотпуска
электроэнергии потребителям из-за обрывов грозозащитных тросов и грозовых
отключений линии. Учет показателей надежности грозозащиты воздушных линий
электропередачи напряжением 110…220 кВ при оценке целесообразности применения
грозозащитных тросов.
Тема 3. Определение расчетных нагрузок на опоры воздушных линий
электропередачи
Определение вертикальных расчетных нагрузок, действующих на опоры в
нормальных режимах. Вертикальные расчетные нагрузки, действующие на
промежуточные опоры в нормальных режимах. Определение горизонтальных расчетных
нагрузок, действующих на опоры в нормальных режимах. Расчетные горизонтальные
нагрузки, действующие на промежуточные опоры в нормальных режимах. Расчетные
горизонтальные нагрузки, действующие на анкерные опоры в нормальных режимах.
Определение вертикальных и горизонтальных нагрузок, действующих на опоры в
аварийных режимах. Определение вертикальных и горизонтальных расчетных нагрузок,
действующих на промежуточные опоры в аварийных режимах. Определение
вертикальных и горизонтальных расчетных нагрузок, действующих на анкерные опоры в
аварийных режимах. Проверка промежуточных и анкерных опор на условия монтажа
проводов и тросов. Составление расчетных схем приложения нагрузок к опорам. Схемы
приложения расчетных нагрузок на промежуточные и анкерные одноцепные и
двухцепные опоры в нормальном режиме. Схемы приложения расчетных нагрузок на
промежуточные одноцепные и двухцепные опоры в аварийном режиме. Схемы
приложения расчетных нагрузок на анкерные опоры в аварийном режиме.
Тема 4. Проектирование железобетонных опор для воздушных линий
электропередачи
Подходы к проектированию железобетонных опор для воздушных линий
электропередачи. Характеристики бетона, применяемого для изготовления стоек опор
линий электропередачи. Характеристики стальной арматуры, используемой для
армирования стоек железобетонных опор. Технические характеристики унифицированных
конических и цилиндрических железобетонных стоек для опор воздушных линий
электропередачи. Расчет железобетонных опор воздушных линий электропередачи на
механическую прочность. Выбор материалов для конструирования железобетонных опор.
Определение расчетных изгибающих моментов, действующих на деформированную
стойку опоры. Определение прочности или несущей способности стойки опоры. Расчет
железобетонных стоек опор по прочности на совместное действие крутящего и
изгибающего моментов. Определение изгибающего момента, действующего на стойку
опоры, при котором еще не появляются трещины в бетоне. Выбор типа унифицированной
конической железобетонной стойки для опор воздушных линий электропередачи. Расчет
портальных свободностоящих железобетонных опор с ветровыми связями. Расчет
металлических траверс железобетонных опор. Расчет закрепления железобетонных стоек
опор в грунте. Основные физические и механические характеристики грунта.
Определение предельной горизонтальной силы, которая может быть приложена на высоте
равнодействующей расчетных горизонтальных нагрузок. Расчет основания одностоечных
свободностоящих железобетонных опор по деформациям.
Тема 5. Основы конструирования металлических опор для воздушных линий
электропередачи
Конструкции металлических опор. Расчет стальных опор. Определение усилий в
стержнях решетчатых свободностоящих стоек пирамидальной формы в нормальном
режиме. Выбор сечений элементов пространственных решетчатых конструкций.
Определение усилий в поясах и раскосах решетки металлических траверс. Оценка массы
металлической опоры. Расчет усилий в поясах опорных секций широкобазовых
металлических опор. Расчет грибовидных железобетонных фундаментов металлических
опор. Расчет на выравнивание анкерных плит для крепления оттяжки.
Тема 6. Проектирование деревянных опор воздушных линий электропередачи
Применение деревянных опор на воздушных линиях электропередачи Республики
Беларусь. Определение размеров элементов деревянной промежуточной опоры линии
электропередачи напряжением 0,38 кВ. Оценка размеров элементов деревянной
промежуточной опоры высотой более 10 м. Расчет размеров элементов деревянной Побразной промежуточной опоры с ветровыми связями.
Тема 7. Проектирование механической части кабельных линий
электропередачи
Конструктивное устройство силовых электрических кабелей. Силовые
электрические кабели с бумажно-масляной изоляцией. Силовые электрические кабели с
пластмассовой изоляцией. Арматура для кабельных линий. Прокладка кабельных линий
электропередачи. Выбор площади поперечного сечения жил кабельных линий
электропередачи напряжением 6…10 кВ. Защита металлических оболочек кабелей от
коррозии. Целесообразность применения силовых электрических кабелей с изоляцией из
сшитого полиэтилена. Оценка дисконтированных затрат на сооружение кабельных линий
электропередачи. Надежность работы кабельных линий с бумажно-масляной и
полиэтиленовой изоляцией. Оценка удобства монтажа кабельных линий. Пропускная
способность кабелей с полиэтиленовой изоляцией. Целесообразность применения
одножильных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.
3.2 Примерный перечень практических занятий
1. Выбор схемы расположения проводов и тросов на опоре. Определение габаритного,
весового и ветрового пролетов линии.
2. Выбор линейной изоляции и арматуры.
3. Определение нормативных и расчетных нагрузок на промежуточную опору в
нормальных режимах.
4. Определение нормативных и расчетных нагрузок на промежуточную опору в
аварийном режиме.
5. Определение нормативных и расчетных нагрузок на анкерные опоры в нормальных
режимах.
6. Определение нормативных и расчетных нагрузок на анкерные опоры в аварийных
режимах.
7. Составление расчетных схем приложения нагрузок к опорам.
8. Выбор материала опор воздушных линий электропередачи.
9. Оценка надежности конструкции воздушной линии электропередачи.
10. Расчет грозозащитного троса на механическую прочность и проверка сечений тросов
на термическую стойкость.
11. Определение годового числа отключений линий от грозовых перенапряжений.
12. Оценка целесообразности применения грозозащитного троса на линиях
электропередачи.
13. Определение расчетных изгибающих моментов, действующих на деформированную
железобетонную стойку опоры.
14. Определение прочности или несущей способности стойки опоры.
15. Выбор сечений элементов пространственных решетчатых конструкций металлических
опор.
16. Оценка массы металлической опоры.
17. Расчет грибовидных железобетонных фундаментов металлических опор.
18. Расчет металлических траверс железобетонных и металлических опор.
19. Определение размеров элементов деревянной промежуточной опоры.
20. Выбор площади поперечного сечения жил силовых кабелей и проверка на нагрев и
термическую стойкость.
3.3 Примерная тематика курсовой работы
1. Проектирование механической части воздушной линии электропередачи на
металлических опорах напряжением:
- 35 кВ (провода сечением АС 35 – АС 150);
- 110 кВ (провода сечением АС 70 – АС 240);
- 220 кВ (провода сечением АС 240 – АС 400);
- 330 кВ (провода сечением 2АС 240 – 2АС 500);
- 750 кВ (провода сечением 5АС 330 – 5АС 500).
2. Проектирование механической части воздушной линии электропередачи на
железобетонных опорах напряжением:
- 35 кВ (провода сечением АС 35 – АС 150);
- 110 кВ (провода сечением АС 70 – АС 240);
- 220 кВ (провода сечением АС 240 – АС 400);
- 330 кВ (провода сечением 2АС 240 – 2АС 500).
3. Проектирование механической части воздушной линии электропередачи на
деревянных опорах напряжением:
- 35 кВ (провода сечением АС 35 – АС 120);
- 110 кВ (провода сечением АС 70 – АС 185);
4. Конструирование свободностоящей металлической опоры.
5. Конструирование свободностоящей железобетонной опоры.
6. Конструирование свободностоящей деревянной опоры.
Объем пояснительной записки курсовой работы – до 20 страниц, количество листов
графической части - 1
4. Информационно-методическое обеспечение
4.1 Основная литература
1. Короткевич, М.А. Проектирование линий электропередачи. Механическая часть / МА.
Короткевич. – Минск: Вышэйшая школа, 2010. – 574 с.
2. Правила устройства электроустановок. 6-е изд. – М.: Энергоатомиздат, 1985, 640 с.
3. Электрические системы, т.2. Электрические сети/ Под ред. В.А. Веникова, В.А.
Строева. – М.: Высшая школа, 1999, - 309 с.
4. Крюков К.П., Новгородцев Б.П. Конструкции и механический расчет линий
электропередачи. – Л.: Энергия, 1979. – 309 с.
5. Справочник по проектированию линий электропередачи / Под ред. М.А. Реута и С.С.
Рокотяна. – М.: Энергия, 1980. – 292 с.
6. Поспелов Г.Е. Электрические системы и сети / Г.Е. Поспелов, В.Т. Федин, П.В. Лычев.
– Минск: УП “Технопринт”, 2004. – 711 с.
4.2 Дополнительная литература
1. Справочник по сооружению линий электропередачи напряжением 35-750 кВ. – М.:
Энергоатомиздат, 1990. – 496 с.
2. Зеличенко А.С., Смирнов Б.И. Проектирование механической части воздушных линий
сверхвысокого напряжения. – М.: Энергоиздат, 1981. – 336 с.
3. Ларина Э.Г. Силовые кабели и высоковольтные кабельные линии. – М.:
Эненргоатомиздат, 1984. – 382 с.
4.3 Компьютерные программы, электронные учебно-методические пособия
1. Каталог унифицированных опор воздушных линий электропередачи,
сооружаемых в Республике Беларусь (электронный вариант).
2. Систематический расчет проводов (компьютерная программа).