ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ
Выше было показано, что для оценки надежности механической части ВЛ электропередачи необходимо знать фактические нагрузки на элементы линии.
Исходными данными для вычисления климатических нагрузок являются результаты инструментальных наблюдений за гололедом и ветром на метеостанциях и специализированных метеопостах.
Наблюдения и замены производятся в соответствии с требованиями. При этом фиксируются скорость ветра, размеры гололедно-изморозевых отложений (вертикальный — а и горизонтальный — с), в том числе и диаметр провода гололедного станка диаметром 5 мм, а также масса отложений.
Для получения значений климатических нагрузок необходима следующая метеорологическая информация.
- Режим максимального веса гололеда:
- максимальная масса гололедного отложения за год, тр, кг;
- соответствующие этой массе размеры отложения, ар и ср, м;
- соответствующая этому случаю скорость ветра, замеренная в начале гололедообразования, vp, м/с.
- Режим максимальной скорости ветра при гололеде:
- максимальная за год скорость ветра при гололеде, vlp, м/с;
- соответствующие этому случаю размеры и масса отложения (av q и nij).
- Режим максимальных размеров гололеда:
- размеры отложений, дающие максимальное за год произведение вертикального и горизонтального размеров (а2 с2 = шах);
- соответствующие этому случаю масса отложения т2 и скорость ветра при гололеде v2p.
Из трех приведенных режимов «ветер-гололед» в качестве расчетного принимают режим, дающий максимальное значение результирующей нагрузки.
- Безгололедный режим. Максимальная за год скорость ветра м/с.
Полученные данные являются необходимыми и достаточными для
расчета всех нагрузок, воспринимаемых конструкциями ВЛ.
Для определения значений нагрузок с определенной повторяемостью необходимо представить ряд полученных годовых максимумов нагрузок в виде аналитической функции. В рекомендуется аппроксимировать ряды наблюдений за метеорологическими нагрузками первым предельным распределением (распределением Гумбеля). Оно дает возможность экстраполировать ряд на продолжительность большую, чем период наблюдений с наименьшими ошибками. Последнее обстоятельство очень важно потому, что периоды наблюдения на метеостанциях Украины составляют 35—45 лет, а нагрузки на ВЛ в соответствии с должны определяться с повторяемостью 50—500 лет.
Методы обработки временных рядов приведены во многих литературных источниках и излагать их в настоящей работе не имеет смысла.
2.3.3. Принципы координации прочности элементов воздушных линий
До настоящего времени вопросам координации прочности элементов ВЛ у нас не уделялось достаточного внимания. Опыт зарубежных исследований в этой области сконцентрирован в рекомендациях Международной электротехнической комиссии, где изложены общие принципы координации прочности элементов любой системы.
Принципы координации прочности базируются на следующих положениях: 1) отказ первого элемента системы должен вызывать наименьшие вторичные (дополнительные) нагрузки на соседние элементы во избежание каскадного развития аварии; 2) первый поврежденный элемент должен вызывать наименьший ущерб; 3) если повреждение элемента низкой стоимости приводит к таким же последствиям, что и повреждение главного элемента, то прочность элемента низкой стоимости должна быть не меньше прочности главного элемента. Исключением является случай, когда элемент предназначен для ограничения нагрузки на главный элемент или для ограничения каскадного развития аварии.
Исходя из этих положений разработана координация прочности элементов ВЛ (табл. 4).
4. Рекомендуемая координация прочности элементов линии
Последовательность повреждения элементов линии | Основные элементы | Компоненты, координацию которых нужно обеспечить |
Повреждается первой | Промежуточная опора | Стойка, фундамент, арматура |
Не повреждается с 90% | Угловая опора | Стойка, фундамент, арматура |
обеспеченностью | Концевая опора | Стойка, фундамент, арматура |
| Провод | Провод, изоляторы, арматура |
Подчеркнутый компонент является наиболее слабым с 90%-ной обеспеченностью, остальные расположены в порядке возрастания прочности.
Приведенная таблица подтверждает, что надежность линии может быть выражена через надежность двух основных элементов — промежуточных опор и проводов. Анкерные опоры должны быть практически неразрушимы.
Рассмотрим пример координации прочности провода и промежуточной опоры.
По направлению действия нагрузки на ВЛ можно разбить на две группы: горизонтальные — вызываемые давлением ветра на провода и опоры, и вертикальные — нагрузки от собственного веса элементов линии и веса гололедно-изморозевых отложений. Первые обычно приводят к разрушению опор, вторые — к обрывам проводов.
Рис. 10. Диаграмма разрушения промежуточных опор и проводов
Для иллюстрации этого на рис. 10 приведена диаграмма разрушения промежуточных опор и проводов при различных сочетаниях ветровых и весовых нагрузок.
По оси абсцисс отложено отношение текущего значения вертикальной нагрузки к нагрузке, вызывающей напряжения, равные пределу упругости провода, по оси ординат — скорость ветра. Диаграмма построена для ВЛ 10 кВ на железобетонных опорах.
Из диаграммы следует, что обрывы проводов происходят при больших гололедных нагрузках и малых скоростях ветра. При скоростях ветра более 15 м/с опоры оказываются более слабым элементом, чем провода. Обрывы проводов характеризуются весовыми нагрузками, превышающими 3,5 ру (ру — весовая нагрузка, соответствующая напряжению в материале провода, равному пределу упругих деформаций). Расчеты показывают, что нагрузка величиной 3,5 ру вызывает в проводе тяжение, примерно равное 0,8 Т . Учитывая то, что Правила устройства электроустановок регламентируют снижение прочности провода в зажимах на 10%, представляется целесообразным принимать предельно допустимое тяжение а проводах ВЛ не более 0,65 Тр (провода марок А) и 0,7 Тр (провода АС).
Расчет предельно допустимых нагрузок на провода, выполненный с учетом этого условия, позволяет практически полностью исключить отказы проводов при условии их правильного монтажа и последующей эксплуатации.