Указания к выполнению работы

Схему замещения сети в данном случае удобно представить в виде сопротивлений всех трех фаз трансформатора и линии так, как это показано на рис. 4.1б.

Проводимость линии и трансформатора в данном случае не учитывается, так как в низковольтных сетях она не оказывает заметного влияния на результаты расчетов.

Значения сопротивлений проводов линии 0,38 кВ и трансформатора набирают на горизонтальной панели стенда при помощи специальных проводников и перемычек. На стенде указаны марка, сечение, длина провода и мощность трансформатора.

Нагрузка также должна быть набрана на горизонтальной части панели стенда, маркировка ее дана в ваттах. Подсоединять нагрузку нужно параллельно сопротивлению линии.

Подобие модели реальной сети создается подбором масштабов М_U, M_I, М_z и М_Р.

Показания амперметра и вольтметра, а также результаты вычислений сводят в таблицу.

Контрольные вопросы

1. Вкаких случаях возникает несимметрия напряжения в сети?

2.Какие виды несимметричных нагрузок вызнаете?

3.В чем заключается сложность расчета сети с несимметричной нагрузкой?

4.Какое влияние оказывает несимметричная загрузка фаз на работу электрической сети?

5. Как уменьшить несимметрию в сети?

Раздел 3. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ

Механический расчет проводов

Расчет проводов на механическую прочность проводят для определения максимальной стрелы провеса и тяжения в проводе при наиболее неблагоприятных метеорологических условиях, которые могут возникнуть в районе проектируемой линии электропередачи, а также для составления монтажных таблиц, т.е. значений напряжения и тяжения в проводе и стрел провеса для различных температур окружающей среды.

Расчет делится на четыре этапа: определение удельных механических нагрузок, определение наиболее тяжелых расчетных условий, т.е. условий, при которых напряжение в проводе максимально, определение максимальной стрелы провеса и составление монтажной таблицы.

Задача 3.1

Провести механический расчет проводов АС70 для воздушной линии 10 кВ, сооружаемой в населенной местности. Вычислить данные монтажной таблицы для температур воздуха от –20 °С до +35 °С через каждые 5 °С. Длина пролета l = 80 м. Климатический район по гололеду II, по ветровому напору – II. Температурные условия:

t°_max = +35 °C; t°_min = –30 °C; t°_э = 0 °С.

Определяем удельные механические нагрузки на провод в пролете.

От собственного веса провода

(51)

где G – вес провода (G = mg – масса провода m = m_a + m_c = 188 + 88,6 = 276 кг/км (приложение 10.3).

Ускорение силы тяжести g = 9,81 м/с²;

G = 276 ∙ 9,81 ∙ 10^–3 = 2,7 Н/м;

F – сечение провода ( F = F_A + F_C = 68 + 11,3 = 79,3 мм² (приложение 10.3).

От веса льда

(52)

где в – толщина слоя гололеда (в = 10 мм = 10×10^–3 м (приложение 32); d – диаметр провода (d = 11,4 мм = 11,4×10^–3 м (приложение 10.3); γ_о – удельный вес льда (γ_о = 0,9×10^–3 кг/см³ = 0,9×10^–3×9,81 = 8,83×10^–3 Н/см³ = 8,83×10³ Н/м³).

Суммарная удельная нагрузка от веса провода и веса льда следующая:

g₃ = g₁ + g₂ = (34 + 74,8)×10^–3 = 108,8×10^–3 Н/(м×мм²).

От давления ветра на провод

(53)

где К_L – коэффициент, учитывающий длину пролета, К_L = 1,1; α – коэффициент, учитывающий неравномерность ветрового напора (α = 0,85, так как Q_max = 400 Па); С_х – коэффициент лобового сопротивления (С_х = 1,2, т.к. диаметр d = 11,4 мм, т.е. d < 20 мм); Q_max – максимальный напор ветра (Q_max = 400 Н/м² (приложение 33); d – диаметр провода (d = 11,4×10^–3 м).^.

От давления ветра на провод, покрытый льдом:

(54)

где Q_г = 0,25 (K_L, a­_L, C_хг, Q_г) (приложение 33).

Суммарная удельная нагрузка от веса провода и давления ветра такова:

Н/(м×мм²).

Суммарную удельную нагрузку от веса провода, льда и давления ветра находят так:

Н/(м мм²).

Определяем наиболее тяжелые расчетные условия.

Критический пролет

[1], (55)

где t_г – температура гололеда.

Разрывное усилие провода Т = 22980 Н (приложение 10.3).

Предел прочности провода на растяжение

Максимально допустимое напряжение в проводе

Q_max = 0,4σ_вр = 0,4×290 = 116 Н/мм².

где коэффициент 0,4 соответствует 40 % (приложение 34).

Температурный коэффициент удлинения α_t = 19,2×10^–6 (приложение 35).

Подставляем цифровые значения величин в формулу критического пролета, получаем

Так как заданный пролет l = 80 м, он меньше критического, поэтому l_кр = 107,5 м, то максимальное напряжение в проводе будет при минимальной температуре t_min и нагрузке g₁, т.е. σ_max при t_min и g₁.

Следует проверить напряжение в проводе при среднеэксплуатационной температуре t^о_э (сравнив его с σ_{э доп}).

Составляем уравнение состояния провода в пролете. В левой части уравнения подставляем параметры среднеэксплуатационного режима σ_э, g₁, t_э в правой – параметры максимального режима, т.е. режима, при котором напряжение в проводе максимально. Как уже определено, это режим минимальной температуры, т.е.

[2] (56)

где – (модуль упругости Е определен по приложению 35; Е = 80,93 кН/мм²);

Подставляя цифровые значение величин в уравнение состояния провода в пролете, имеем

Решаем уравнение относительно σ_э:

σ_э³ – 67,6σ_э² = 24941;

σ_э²(σ_э – 67,6) = 24941; σ_э = 72,3 Н/мм².

Допустимое значение σ_э = 0,3σ_вр = 0,3×290 = 87 Н/мм²; σ_э < σ_{э доп}. Следовательно, самым тяжелым режимом является не среднеэксплуатационный, а режим минимальной температуры t_min и g₁.

Определяем максимальную стрелу провеса провода в пролете. Для этого определяем критическую температуру и сравниваем ее с максимальной. При этом, если t_max > t_кр, то максимальная стрела провеса будет при максимальной температуре (g₁ и t^o_max). Если же t^o_кр > t^o_max, то максимальная стрела провеса f_max будет при гололеде (g₃, t_г):

(57)

где σ₃ – напряжение в проводе при гололеде без ветра.

Для определения σ₃ составляем уравнение состояния провода в пролете в режиме гололеда без ветра. В первую часть уравнения подставляем параметры максимального режима (t_min, g₁, σ_max), в левую – параметры режима гололеда без ветра:

(58)

σ_з²(σ_з – 75,35) = 255392; σ_з = 100,6 Н/мм².

Находим критическую температуру

Максимальная температура t^о_max = 35 °С, что меньше критической t_кр = 35,15 °С. Следовательно, максимальная стрела провеса будет при гололеде (t_г, g_з, σ_з)

м. (59)

Составляем монтажную таблицу для температур от –20 °С до +35 °С. Для этого нужно определить напряжение в проводе при заданных температурах воздуха при отсутствии ветра и гололеда.

Напряжение в проводе при температуре –20 °С

(60)

σ_t–20(σ_t–20 – 98,65) = 24941; σ_t–20 = 101,3 Н/мм².

Тяжение в проводе Н таково:

Т = σF = 101,3 ∙ 79,3 = 8033 Н.

Стрела провеса при t^о = –20 °С;

м.

Для других температур напряжение, тяжение и стрелу провеса определяют аналогично, затем данные сводят в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Монтажная таблица значений σ, Т, f в зависимости от температуры воздуха