Podstawy projektowania elektroenergetycznych linii napowietrznych. Mechanika przewodów. Seria: Zeszyty dla elektryków - nr 11
Od Autora
Projektowanie elektroenergetycznych linii napowietrznych wymaga wielodyscyplinarnej wiedzy, obejmującej zagadnienia czysto elektryczne, ale też zagadnienia z zakresu mechaniki. Na ogół projektantami linii energetycznych są elektrycy, posiadający dużą wiedzę o zagadnieniach elektrycznych, ale mniejszą z zakresu mechaniki. Dlatego tej tematyce poświęcona została niniejsza książka. Jej zawartość daje podstawową wiedzę techniczną z zakresu mechaniki przewodów i słupów, a także omawia szczegółowo niektóre problemy związane z budową i rozbudową linii napowietrznych.
Zgodnie z Prawem budowlanym (DzU z 2000 r., nr 106, poz. 1126) „obiekt budowlany należy projektować, budować, użytkować i utrzymywać zgodnie z przepisami, w tym techniczno-budowlanymi, obowiązującymi Polskimi Normami oraz zasadami wiedzy technicznej”. Następnie Ustawa o normalizacji (DzU z 2002 r., nr 169, poz. 1386) z 12 września 2002 r., zniosła obowiązek stosowania norm, dając projektantom większą swobodę tworzenia, ale przeniosła na nich pełną odpowiedzialność za wykonany projekt. Znajomość norm można uznać za element wiedzy technicznej, więc projektanci zawsze będą się nimi posługiwać, choćby ze względu na to, że są one sankcjonowane przez firmy energetyczne i odniesienie się do nich w projekcie zawsze stanowi „żelazny argument” na jego obronę. Dlatego projektanci posługują się normami i gotowymi katalogami różnych firm nie zastanawiając się, skąd wzięły się zawarte w nich wzory i zalecenia. A powinni to wiedzieć, aby być pewnym swojej pracy. Do tej pory w tej dziedzinie stosowane były normy PN-E-05100-1 i SEP-E-003. Obecnie zastępowane są normami europejskimi. Dla sieci 110 kV obowiązuje norma PN-EN 50341-1:2005, z kolei dla sieci 15 kV – norma PN-EN 50423 1:2007, obie normy posiadają uzupełnienia krajowe. Nowe normy jak na razie nie obejmują linii o napięciu mniejszym niż 1 kV. Być może, kiedy ukaże się ta książka, będą obowiązywały już inne normy. Wybór właściwej normy należy do projektanta. Niezależnie od tego, jakie one będą, do ich zrozumienia konieczna jest odpowiednia wiedza techniczna. I tę wiedzę pragnę Czytelnikowi przekazać. Podstawą jej jest fizyka. Starałem się opisać wszelkie zjawiska fizyczne, jakie występują w liniach napowietrznych. Chciałbym, aby z książki mogli skorzystać wszyscy zainteresowani tą tematyką, niezależnie od wykształcenia i umiejętności matematycznych. Dlatego część wzorów wyprowadziłem za pomocą prostej matematyki. Niestety, niektóre zagadnienia wymagają minimalnej znajomości rachunku różniczkowego i całek. Czytelnicy mniej wprawni w tej dziedzinie muszą uwierzyć, ale aby ich przekonać, zaproponowałem kilka łatwych do powtórzenia doświadczeń. Zachęcam też innych do ich wykonania, przede wszystkim młodszych Czytelników. Pozwalają bowiem nabrać pewnego wyczucia inżynierskiego, które przyda się im w życiu zawodowym. Wyczucie to trudniej nabyć analizując suche zapisy wzorów matematycznych. Nie oznacza to jednak rezygnacji z teorii i jej matematycznych rezultatów, ponieważ pozwalają one zweryfikować naszą intuicję.
Ponieważ te same wielkości fizyczne mają w wielu opracowaniach i normach różne oznaczenia, aby terminologia była dla wszystkich jednoznaczna, do opisu zjawisk fizycznych przyjąłem oznaczenia z typowego podręcznika do fizyki. Natomiast w przypadku powołania się na wzory zaczerpnięte z norm, podaję ich oryginalną postać, a więc i oznaczenia wielkości fizycznych.
Choć w książce odnoszę się głównie do elektroenergetycznych linii napowietrznych, to z zawartych w niej informacji mogą korzystać projektanci napowietrznych sieci światłowodowych i teletechnicznych, zresztą niektóre materiały zaczerpnąłem z katalogów dotyczących sieci światłowodowych.
Spis treści
Od Autora - s.5
Podziękowania - s.6
1. Wprowadzenie - s.7
2. Podstawowe pojęcia - s.8
2.1. Elementy linii napowietrznej - s.9
3. Siły działające na przewód - s.12
3.1. Zjawiska fizyczne wewnątrz przewodów - s.15
4. Konstrukcje przewodów - s.21
4.1. Własności mechaniczne przewodów - s.24
4.1.1. Wielkości mechaniczne charakteryzujące przewody - s.27
5. Krzywa łańcuchowa - s.32
5.1. Rysowanie krzywej łańcuchowej (rozwiązanie graficzne) - s.33
5.2. Uogólnienie metody graficznej - s.37
5.3. Wyprowadzenie wzoru na zwis (sposób pierwszy) - s.38
5.4. Wpływ rozciągania przewodu - s.39
5.5. Przęsło poziome - s.42
5.6. Równanie krzywej łańcuchowej przęsła poziomego - s.43
5.7. Przęsło pochyłe - s.47
5.8. Analiza dokładności obliczeń - s.50
6. Równania stanów - s.52
6.1. Równanie stanów dla przęsła poziomego - s.52
6.2. Równanie stanów dla przęsła pochyłego - s.53
6.3. Równanie stanów dla nierównomiernego obciążenia - s.53
6.4. Rozwiązywanie równania stanów - s.56
6.5. Naprężenie przęsła montażowego - s.58
6.6. Maksymalna długość przęsła - s.59
6.7. Analiza powstawania naprężeń w przewodzie - s.61
6.8. Uogólnienie wzoru na naprężenie - s.63
6.9. Parametry graniczne - s.66
6.10. Wpływ podatności konstrukcji wsporczej - s.68
6.11. Tabele zwisów i naciągów 76
7. Analiza wpływu długości sąsiednich przęseł na słup przelotowy - s.80
7.1. Przypadek jednakowo długich przęseł - s.80
7.2. Przypadek przęseł o różnej długości - s.81
7.3. Wpływ sadzi na naprężenia w przęsłach o różnej długości - s.82
7.4. Przypadek ogólny - s.82
7.5. Praktyczne sprawdzenie teorii – „spinaczowy” model przęsła - s.84
7.6. Analiza wpływu postawienia dodatkowego słupa na rozkład sił w słupach skrajnych - s.88
7.7. Analiza zakłóceniowych warunków pracy - s.94
7.8. Moment skrętny - s.94
8. Zagrożenia - s.96
8.1. Zagrożenie spowodowane przez sadź - s.96
8.2. Zagrożenie spowodowane działaniem sił skupionych - s.101
8.2.1. Wyprowadzenie zależności między siłą skupioną a ugięciem przewodu - s.103
8.2.2. Określenie maksymalnej wytrzymałości przewodu - s.106
9. Drgania przewodów - s.114
9.1. Rezonans własny i drgania eolskie - s.114
9.2. Zasada działania tłumika Stockbridge'a - s.117
9.3. Zasada działania tłumika spiralnego - s.122
10. Konstrukcje wsporcze – słupy - s.124
10.1. Działanie sił na konstrukcję wsporczą - s.124
10.1.1. Ugięcie słupa - s.130
10.2. Działanie sił pionowych - s.133
10.3. Schemat statyczny słupa podczas wyboczenia - s.141
10.3.1. Wpływ początkowego ugięcia słupa - s.144
10.4. Przykłady uszkodzeń słupów - s.145
10.5. Wyboczenia w słupie rozkracznym - s.148
10.6. Konstrukcje zespolone - s.153
10.7. Siły i momenty przekrojowe działające na słup - s.159
10.8. Konstrukcje figurowe - s.163
10.8.1. Słup ze sprężystym odciągiem - s.166
10.8.2. Słup rozkraczny – Aowy - s.169
10.9. Słupowe stacje transformatorowe - s.173
11. Na zakończenie - s.178
12. Dodatki - s.179
Literatura - s.192
