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第二章导线的机械计算目录导线计算的气象条件1导线的机械物理特性2导线的比载3导线的档距4导线的弧垂和应力计算5一、导线计算的气象条件一、气象条件的收集和用途送电线路设计用的气象条件,广义地说是指那些与架空线路的电气强度和机械强度有关的气象参数如:风速、气温、湿度、雷电参数等。但机械计算的气象参数主要指:风速、覆冰厚度和气温,称之为设计用气象条件的三要素。一、导线计算的气象条件历年的极端最高气温—用以计算导线的最大弧垂和导线发热。历年的极端最低气温—用以计算杆塔强度,校验导线上拔力等。历年年平均气温—用以计算导线的年平均气温时应力,以确定导线的防振设计。一、导线计算的气象条件历年最大风速及最大风速月的平均气温—最大风速是计算杆塔和导线机械强度的基本条件之一。地区最多风向及其出现频率—主要用于考虑导线防振设计、防腐和绝缘子串的防污设计。导线覆冰厚度—用于计算杆塔和导线机械强度及验算不均匀覆冰时,垂直排列的导线间接近距离。雷电日数—作为防雷设计的依据。一、导线计算的气象条件一、导线计算的气象条件二、气象条件的换算收集到的气象条件需要进行换算使之成为对线路起控制作用的气象条件。1、设计用气象条件的选取:(1)最大风速的选取:1)次时换算我国各地目前采用的风速测记方式有两种:(1)1天4次定时2min平均风速。(2)连续自记10min平均风速。送电线路规定采用后者。若气象台站的资料为前者,须经过下列换算,称为次时换算(即观测次数及时距的换算)。一、导线计算的气象条件一、导线计算的气象条件2)高度换算将风速仪安装高度为h的连续自记10min的平均风速Vh换算为离地面15m高度时的连续自记10min的平均风速V15。V15=K0Vh3)最大风速的选定:线路应按其重要程度不同,分别考虑最大风速的重现期。采用“经验频率法”:1nmPP:最大风速出现的频率n:统计风速的总次数m:统计年份内出现全部最大风速值由大到小排序编号一、导线计算的气象条件(2)覆冰厚度的选取:常用的换算方法有以下两种:1)测水重法RLGRRcblGRcRlclG3232322101010b:标准覆冰厚度,mmR:无冰架空线的半径,mmG:试样冰层融化后的质量,kgL:导线取试样冰段长度,m:冰的标准比重,g/cm3=0.9一、导线计算的气象条件2)测总重法RlGGRb312210)(G2:每米覆冰架空线的总质量,kg/mG2:每米无冰架空线的总质量,kg/m一、导线计算的气象条件(3)气温的选取:1)最高气温一般取+40ºC。2)最低气温偏低的取5的倍数。3)年平均气温,取逐年的年平均气温的平均值。4)最大风速时的气温,取出现最大风速年的大风季节的最冷月平均气温,偏低的取5的倍数。一、导线计算的气象条件2、设计用气象条件的组合及典型气象区主要考虑风速、气温、覆冰的组合(1)各种气象条件的组合情况1)线路正常运行情况下的气象条件组合:最大风速、无冰和相应的气温(大风季节最冷月的平均气温);最低温度、无冰、无风;覆冰、相应风速、气温为-5ºC;年平均气温、无冰、无风。一、导线计算的气象条件2)线路事故情况下的气象条件组合:这里线路事故情况仅指断线情况,不包括杆塔倾覆或其它停电事故。规程规定断线情况气象条件组合为:覆冰厚度为10mm以下地区无冰、无风、历年最低气温月的最低平均气温值;覆冰厚度为10mm以上地区有冰、无风、气温为-5ºC。一、导线计算的气象条件3)线路安装和检修情况下的气象条件组合:规程规定:遇有六级(风速为10.8~13.8m/s)以上大风,禁止高空作业。安装、检修情况下的气象条件组合为:10m/s、无冰、气温为最低气温月的平均气温。其它特殊情况,只有靠安装时用辅助加强措施来解决。一、导线计算的气象条件为了使输电线路的设计、部件的制造统一化、标准化,综合分析了我国各地历年气象记录资料,1999年10月国家经济贸易委员会颁布实施的《110~500kV架空送电线路设计技术规程》(DL/T5092-1999),其设计气象条件重现期110kV~330kV送电线路取15年,500kV送电线路取30年,并由此将我国划分为9个典型气象区。全国典型气象区见表2.1-1(2)典型气象区一、导线计算的气象条件全国典型气象区(1999年规范)气象区ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨ大气温度(℃)最高+40最低-5-10-10-20-10-20-40-20-20覆冰-5最大风+10+10-5-5+10-5-5-5-5安装00-5-10-5-10-15-10-10雷电过电压+15操作过电压、年平均气温+20+15+15+10+15+10-5+10+10风速(m/s)最大风353025253025303030覆冰10*15安装10雷电过电压1510操作过电压0.5×最大风速(不低于15m/s)覆冰厚度(mm)05551010101520冰的密度(g/cm³)0.9*一般情况下覆冰同时风速10m/s,当有可靠资料表明需加大风速时可取为15m/s。一、导线计算的气象条件2010年7月1日住房和城乡建设部、国家质量监督检验检疫总局联合颁布实施的国家标准《110kV~750kV架空输电线路设计技术规范》(GB50545-2010),设计气象条件重现期有所提高,110kV~330kV输电线路取30年,500kV、750kV输电线路取50年;统计风速的高度由取离地面15m或20m统一调整为离地面10m,由此将我国划分为9个典型气象区,各区除最高温度一致外,最低温度、最大风速、导线覆冰均有较大差别,其中最低温度分为-5℃、-10℃、-20℃、-40℃四个区;基本风速分为23.5m/s、27.0m/s、31.5m/s三个风区;覆冰厚度分为0、5mm、10mm、15mm、20mm五个冰区。全国典型气象区见表2.1-2。一、导线计算的气象条件全国典型气象区(2010年规范)气象区ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨ大气温度(℃)最高+40最低-5-10-10-20-10-20-40-20-20覆冰-5最大风+10+10-5-5+10-5-5-5-5安装00-5-10-5-10-15-10-10雷电过电压+15操作过电压、年平均气温+20+15+15+10+15+10-5+10+10风速(m/s)基本风速31.527.023.523.527.023.527.027.027.0覆冰10*15安装10雷电过电压1510操作过电压0.5×基本风速折算至导线平均高度处的风速(不低于15m/s)覆冰厚度(mm)05551010101520冰的密度(g/cm³)0.9*一般情况下覆冰同时风速10m/s,当有可靠资料表明需加大风速时可取为15m/s。一、导线计算的气象条件I气象区分布在南方沿海受台风侵袭地区,如广东、广西、福建、浙江、上海等。最大风速为30m/s,最低温度为一5℃。II气象区分布在华东大部分地区,最大风速为25m/s,覆冰厚度为5mm,最低温度为一10℃。III气象区分布在西南地区(非重冰区),福建、广东受台风影响较弱的地区,最大风速为25m/s,覆冰厚度为5mm,最低温度为一5℃。一、导线计算的气象条件IV气象区在西北大部分地区及华北京津唐地区,最大风速为25m/s,覆冰厚度10mm,最低温度为-20℃。V气象区在华北平原、湖北、湖南、河南,最大风速为25m/s,覆冰为5mm最低温度为-20℃。VI气象区在华北西北大部分地区,张家口、承德一带,最大风速25m/s,覆冰为10mm,最低温度为-40℃。VII气象区在覆冰严重地区,如山东、河南部分地区,湘中、鄂北、粤北地带,最大风速为25m/s,覆冰为15mm,最低温度为-20℃。二、导线物理机械特性一、导线的机械物理特性1、导线的瞬时破坏应力STPP其大小决定了导线本身的强度,瞬时破坏应力大的导线适用在大跨越、重冰区的架空线路;在运行中能较好防止出现断线事故。钢芯铝绞线的瞬时破坏应力:saspsapapAAAA85.095.0钢导体截面。铝导体截面;::saAA:导线的瞬时破坏应力,MPa;:导线瞬时破坏拉断力,N;S:导线的截面积,。公式:P=F/S,p表示压强,单位帕斯卡(简称帕,符号Pa),;F表示压力,单位牛顿(N);S表示受力面积,单位平方米,1帕=1牛顿每平方米,。MPa:兆帕表示:1000000Pa1标准大气压=0.1MPa=760mmHG水银柱.1大气压=1.03323kg/cm2.的压力.1MPA=10大气压力=10.3323kg/cm2.即相当于10.332公斤/平方厘米的压力.pPT二、导线物理机械特性2、导线的弹性系数LSTLEE1弹性伸长系数::导线应变。:导线应力,;:导线的伸长量,;:导线的原长,;:导线截面积,;导线拉力,;导线的弹性系数,;ammmm::2MPLLSNTMPE钢芯铝绞线的弹性系数:aaEEEas19.0导线铝和钢截面比。;钢线弹性系数,取;铝单线弹性系数,取:200900:65660:aMPaEMPaEsa导线的弹性系数是指在弹性限度内,导线受拉力时,其应力与应变的比例系数。二、导线物理机械特性3、导线的温度线膨胀系数导线温度升高1℃引起的相对变形量,称为导线的温度线膨胀系数,用下式表示t钢芯铝绞线的温度线膨胀系数:asaassaEEEaE铝、钢截面比。数;铝、钢的温度线膨胀系::,asa二、导线物理机械特性4、比重比重顾名思义就是一个比值,数值上和密度相等,是物质的密度与水的密度相比的比值导线避雷线的物理机械特性见P19表2-2.二、导线物理机械特性三、导线的比载比载的定义作用在导线上的机械荷载有自重、冰重合风压。这些荷载可能是不均匀的,但是为了方便计算,一般按沿导线均匀分布考虑,在计算中我们常把导线受到的机械荷载用比载表示。比载:单位长度,单位截面积导线上的载荷,话句话说,即将单位长度(1m)导线上的荷载这算至单位截面积(1mm2)上的数值。单位:2/()Nmmm三、导线的比载三、导线的比载1.自重比载导线本身重量所造成的比载称为自重比载,按下式计算式中:g1—导线的自重比载,N/m·mm2;m0一每公里导线的质量,kg/km;S—导线截面积,mm2。3019.810mgS三、导线的比载2.冰重比载导线覆冰时,由于冰重产生的比载称为冰重比载,假设冰层沿导线均匀分布并成为一个空心圆柱体,如图2-1所示,冰重比载可按下式计算:式中:g2—导线的冰重比载,N/m·mm2;b—覆冰厚度,mm;d—导线直径,mm;S—导线截面积,mm2。图覆冰的圆柱体32()27.70810bbdgS三、导线的比载3.导线自重和冰重总比载导线自重和冰重总比载等于二者之和,即:g3=g1+g2式中:g3—导线自重和冰重比载总比载,N/m.mm2。三、导线的比载4.无冰时风压比载无冰时作用在导线上每平方毫米的风压荷载称为无冰时风压比载,可按下式计算:式中:g4—无冰时风压比载,N/m.mm2;C—风载体系数,当导线直径d17mm时,C=1.2;当导线直径d≥17mm时,C=1.1;v—设计风速,m/s;d—导线直径,mm;S—导线截面积,mm2;a—风速不均匀系数,采用右表所列数值。各种风速下的风速不均匀系数a设计风速(m/s)20以下20-3030-3535以上a1.00.850.750.702340.612510CdgS三、导线的比载5.覆冰时风压比载覆冰导线每平方毫米的风压荷载称为覆冰风压比载,此时受风面增大,有效直径为(d+2b),可按下式计算:式中:g5—覆冰风压比载,N/m.mm2;C—风载体型系数,取C=1.2;2350.6125210CbdgS三、导线的比载6.无冰有风时综合比载无冰有风时,导线上作用着垂直方向的比载为g1和水平方向的比载为g4,按向量合成可得综合比载为g6,可按下式计算:式中,g6—无冰有风时的综合比载,N/m.mm2。2
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