МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОВОДОВ
На рисунке 6.5 изображена схема пролета воздушной линии, расположенной на местности без больших разностей уровней. Длиной пролета, или пролетом l, называют горизонтальное расстояние между точками крепления провода.
Гибкая натянутая между двумя точками нить всегда провисает. Стрелой провеса f называют расстояние по вертикали между горизонталью, соединяющей точки крепления провода, и низшей точкой провода.
Габаритом линии h называют наименьшее расстояние по вертикали от провода при его наибольшем провисании до поверхности земли, воды, крыш зданий, головки рельса и т. п.
Гибкая нить, подвешенная в двух точках, подчиняется математическому закону цепной линии.
Стрела провеса, м,
Приведенные уравнения справедливы для любых пролетов, в том числе и очень длинных. Для пролетов с длиной, обычной в практике сооружения сельских воздушных линий, с достаточной точностью можно пользоваться этими уравнениями, отбросив последние члены в правой части.
Из этого следует, что если напряжение в проводе слишком велико и превышает допустимое, то не нужно увеличивать сечение провода, а достаточно увеличить стрелу провеса. Именно поэтому сечение провода линии выбирают по электрическому расчету, а затем проектируют воздушную линию так, чтобы напряжение в проводе не превышало допустимое во всех случаях.
Напряжения растяжения в различных точках провода неодинаковы и выше всего в местах закрепления провода на опоре. Однако в пролетах обычной длины эта разница незначительна и ею пренебрегают. Пусть для каких-то условий температура окружающего воздуха, удельная нагрузка на провод и напряжение растяжения в проводе. При изменившихся условиях эти величины соответственно t,g и q без индексов.
Такое кубическое уравнение можно решить подбором. Если приходится выполнять большое число расчетов, то целесообразно применять способы, облегчающие решение уравнения.
При использовании уравнения состояния провода в пролете основной исходной величиной служит максимально допустимое механическое напряжение для материала проволок. Его определяют по данным таблицы 6.3.
Для того чтобы не решать 2 раза уравнение состояния провода в пролете, вводят понятие критического пролета. Критический пролет — это такой пролет, при котором для данного провода и климатического района напряжение на растяжение в проводе одинаково как при гололеде и температуре —5 °С, так и при его отсутствии и минимальной температуре.
Выведем уравнение критического пролета.
Пусть пролет линии очень большой и в пределе стремится к бесконечности. В уравнении (6.12) состояния провода в пролете разделим все его части на Р. Тогда получим
В этом случае напряжение в проводе зависит только от температуры и, следовательно, для весьма малых пролетов наибольшее напряжение возникает при минимальной температуре и отсутствии гололеда.
Очевидно, существует пролет, при котором напряжения в проводе при гололеде и температуре —5 "С и без него и минимальной температуре одинаковы. Как указывалось ранее, такой пролет называется критическим.
Когда известен критический пролет, достаточно сравнить с ним пролет, подлежащий расчету. Если заданный пролет больше критического, то по предьщущему наибольшее напряжение в проводе будет при гололеде и температуре —5 °С; наоборот, если заданный пролет меньше критического, то наихудший случай будет при минимальной температуре без гололеда.
Для вывода уравнения критического пролета используют уравнение (6.12) состояния провода в пролете. Пусть члены уравнения с индексом т относятся к режиму гололеда и температуре —5 °С, а без индексов — к режиму с минимальной температурой без гололеда.
При критическом пролете напряжение в проводе в обоих режимах одинаково и равно максимальному, т. е.
После того как установлен наиболее тяжелый расчетный режим, по уравнению состояния провода в пролете определяют напряжение в проводе для любой температуры при наличии и отсутствии гололеда. Кроме того, находят напряжение в проводе для среднегодовой температуры данной местности. Это напряжение не должно быть больше значений, приведенных в таблице 6.3. Если оно окажется большим, то это значит, что наиболее максимальное расчетное напряжение в проводе будет при среднегодовой температуре.
При механическом расчете проводов определяют также максимальную стрелу провеса, которая может быть при гололеде и температуре —5 °С или при наивысшей температуре.
Максимальную стрелу провеса рассчитывают, найдя по уравнению (6.12) напряжения для двух этих режимов и затем определив стрелы провеса для каждого из режимов по уравнению (6.9).
Для того чтобы не определять стрелу провеса для обоих случаев, вводят понятие критической температуры.
Под критической температурой понимают такую температуру, при которой стрела провеса равна стреле провеса при гололеде и температуре —5 °С. Если для данного случая критическая температура больше максимальной, то, очевидно, максимальная стрела провеса будет при гололеде и температуре —5 °С. Напротив, если критическая температура меньше максимальной, то наибольшая стрела провеса будет при максимальной температуре окружающего воздуха.
Для определения критической температуры найдем по уравнению (6.9) стрелу провеса при температуре —5 °С и гололеде без учета ветра, так как при нем отклоняется провод и уменьшается стрела провеса:
Для монтажных работ необходимо знать, какую стрелу провеса нужно иметь при температуре окружающего воздуха в период монтажа. С этой целью для данного пролета определяют напряжение по уравнению (6.12), а по уравнению (6.9) — стрелы провеса через каждые 5... 10 °С. Поскольку монтаж при гололеде и сильном ветре не ведут, удельные нагрузки определяют без учета гололеда и ветра. Таблицы, содержащие указанные сведения, называют монтажными.
На рисунке 6.6 приведены такие характеристики для сталеалюминиевого провода в целом и его алюминиевой части. Поскольку временное сопротивление алюминия 150...160 МПа, то несложным построением можно определить, как это сделано на рисунке, что временное сопротивление провода 240...250 МПа.
Температурный коэффициент линейного расширения сталеалюминиевого провода можно найти, зная температурные коэффициенты его стальной и алюминиевой частей. При этом учитывают, что вследствие тесной конструктивной связи стальных и алюминиевых проволок в проводе они удлиняются либо укорачиваются при изменениях температуры одинаково.
Температурный коэффициент линейного расширения сталеалюминиевого провода
Таким образом, сталеалюминиевый провод рассчитывают как провод того же сечения из одного металла, для которого известны временное сопротивление, коэффициент упругого удлинения и температурный коэффициент (см. табл. 6.3 и 6.4).
И. А. Будзко, Т. Б. Лещинская, В. И. Сукманов, Электроснабжение сельского хозяйства, М., Колос, 2000
