­
Przewody elektroenergetyczne i kolei linowych ⋆ Chodor-Projekt ⋆ Architekci i Inżynierowie. Encyklopedia PiWiki
Processing math: 100%

Przewody elektroenergetyczne i kolei linowych

Przewody napowietrznych linii elektroenergetycznych oraz kolei linowych są wyposażone w przewody – liny rozciągnięte pomiędzy słupami. Długość tych przewodów (odległość podpór) może dochodzić do kilku kilometrów. Obciążenie i nieliniowości konstrukcji są znaczne i wymagają dokładnych oraz żmudnych, zaawansowanych analiz.

Wprowadzenie

Na rys. 1 pokazano przykład realizacji lin nośnych górskiej kolejki linowej, a na rys.2 przykład  linii elektroenergetycznej ponad rzeką Łabą.

Rys.1.  Przewody kolei linowej [1]–  str. 866

Rys.2.  Przewody elektroenergetyczne [1]– str. 854

W każdym przypadku przewody elektroenergetyczne lub kolei linowych charakteryzują się dużymi rozpiętościami i zwisami.

Statyka lin- przewodów

Równanie stanu liny- przewodu

W artykule Statyka cięgna omówiono statykę pojedynczej liny lub kolei lub przewodu, rozpiętego pomiędzy dwiema podporami A i B. Pokazano, że cięgno układa się w krzywą łańcuchową w sposób przedstawiony na rys. 2, które można opisać formułą:

y=HqcoshxH/q,  (1)

gdzie: q- obciążenie liniowe cięgna, H – rozciąg cięgna (reakcja pozioma) (rys.3).

Rys.3. Pojedyncza lina (przewód) rozpięty pomiędzy punktami A i B [1]– str. 852

Dla odcinka cięgna rozpiętego pomiędzy punktami o różnicy w poziomie a i poziomów h dla rzędnych punktów zawieszenia A(xa,ya), B(xb,yb), korzystając z własności funkcji hiperbolicznych, linię cięgna można zapisać w postaci [1]– str. 852:

y=Hq(coshxbH/qcoshxaH/q)=2Hqsinhxb+xa2H/qsinhxbxa2H/q
=2Hqsinha2H/qsinha+2xa2H/q,
 (2)
gdzie: xa=Hqaecsinh(h2H/q1sinha2H/q)a2,  (3)

Tutaj xa jest dodatnią odległością podpdory a od osi y.  Obciążenie q  jest złożone z: ciężaru własnego g, zwykłych  obciążeń zimowych (szron, lód, śnieg), dodatkowych obciążeń (zależnych od szczególnych danych meteorologicznych i topograficznych) oraz wiatru. Obciążenia termiczne rozpatruje się dla temperatury otoczenia  (-20, -5, 5 , +10°C ). Należy stosować odpowiednie kombinacje obciążeń ze współczynnikami redukcyjnymi (jednoczesności).

Równanie stanu cięgna (35)  z artykułu Statyka cięgna dla przewodów i lin można zapisać w postaci [1]– str. 853:

σ31+[Eγ22a224σ22Eαt(t2t1)σ2]σ21Eγ21a224,  (4)

gdzie przyjęto oznaczenia opisane w artykule Statyka cięgna.

Obciążania klimatyczne liny- przewodu

Obciążenie oblodzeniem

W normie [2] wskazano, że obciążenie oblodzeniem można przyjmować przy założeniu, że  element konstrukcyjny jest pokryty taką samą grubością lodu na całej powierzchni (rys. 3).

Rys. 3 Grubość  oblodzenia elementów konstrukcyjnych [2]

Wartości obciążenia oblodzeniem  przyjmować zgodnie z normami: [2], [3]

Głównymi warunkami przyrostu lodu są wymiary odsłoniętego obiektu i jego orientacja na kierunek wiatru lodowcowego. Oblodzenie atmosferyczne  jest tradycyjnie klasyfikowane według dwóch różnych procesów : a) oblodzenia od opadów; b) oblodzenie w chmurze.  Na rys.4. pokazano główne parametry  tworzącego się się lodu. Gęstość lodu waha się w szerokim zakresie od miękkiego lodu poprzez średni ciężkiego (glazury).

Rys.4 Czynniki warunkujące rodzaj lodu [2], [3]

Masa lodu na konstrukcji może się znacznie różnić w zależności od wysokości elementu nad terenem, ale do tej pory niestety nie znaleziono nie znaleziono rozkładu lodu z wysokością. W niektórych przypadkach lód może nie być obserwowany w pobliżu poziomu gruntu, ale na wyższych poziomach obciążenie lodowe może być znaczące.

Masa właściwa poszczególnych rodzajów lodu wynosi [2], [3]:

  • glazura (symbol ICG) 900kg/m3 i przyjmuje się w klasach grubości od t=10mm (klasa G1) do t=50mm (klasa G5) i więcej (klasa G6),
  •  średni lód (symbol ICR) 300do900kg/m3

W pracy [1] – str. 852 podano, że zwykle obciążenie zimowe (oblodzenie) L przyjmuje się jako

L=(5+0,1d)[N/m](d[mm]),  (5)

Odpowiada to w przybliżeniu średniej grubości lodu ciężkiego (glazury) wg  normy [2] , [3]. Ze względu na nieprecyzyjne uregulowania w tej normie w projektowaniu  konstrukcji budowlanych zwykle przyjmuje się wg formuły (5), które w przypadku dużych wysokości nad poziomem morza jest zwiększane zgodnie z danymi lokalnymi.

Kombinacje obciążeń klimatycznych lin-przewodów

Obciążenia zimowe, wiatr i temperaturę przykłada się z uwzględnieniem jednoczesności ich działania:

przy -20°C bez obciążeń zimowych i bez wiatru,
przy -5°C ze zwykłymi obciążeniami zimowymi w kombinacji z wiatrem,
przy +5°C z wiatrem, bez obciążeń zimowych,
tmax=+ 40°C

Wymienione wyżej temperatury  zastały tak dobrane, ponieważ z badań wynika, że w mroźnym powietrzu (-20°C) jest zbyt mała wilgotność, by mógł wytwarzać się lód lub sadź. Optymalną temperaturą do tworzenia sadzi i lodu jest ok -5°C. Lód natomiast nie tworzy się w dodatnich temperaturach.

W normie [2] podano współczynniki redukcyjne (kombinacji wiatr-lód (W-L), gdy jedno z nich jest wiodące – wówczas towarzyszące redukuje się o połowę (ψW=ψL=0,5), czyli będziemy mieli W+0,5L lub L+0,5W.

Współczynniki obciążeń zależą od klasy niezawodności: klasa 3 niezawodności dotyczy obiektów w miastach i konstrukcji, których konsekwencje zniszczenia mogą być bardzo poważne; klasa 2 dotyczy wszystkich obiektów, które nie są zakwalifikowane do klasy 1 lub 3 ; Klasa 1 dotyczy mało zaludnionych otwartych terenów wiejskich i obiektów o małym prawdopodobieństwie strat w ludziach.  Współczynniki obciążeń γf wynoszą:

  • do obciążeń stałych  γG=1,2;1,1;1,0  – dla klasy niezawodności 3, 2  i 1 odpowiednio ,
  • do obciążeń zmiennych γQ=1,6;1,4;1,2  – dla klasy niezawodności 3, 2 i 1 odpowiednio.
Zgodnie z normą do projektowania przewodów elektroenergetycznych  [4] obliczenia przewodów należałoby prowadzić dla następujących kombinacji obciążeń:

1,0L+0,4W,
0,35L+0,7W,
1,0W,
1,0L.

Zdaniem autora kombinacje należy ustalać w sposób spójny z Eurokodem jak opisano wyżej, to jest dla nieco większych obciążeń kombinacyjnych niż  przewiduje [5].

Literatura

  1. Petersen C., (2013), Stahlbau: Grundlagen der Berechnung und baulichen Ausbildung von Stahlbauten, 4 Wydanie
  2. PN-EN 1993-3-1+AC+Ap1: 2008, Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych – Część 3-1: Wieże, maszty i kominy- Wieże i maszty
  3. ISO 12494:2001, Atmospheric icing of structures
  4. PN-EN 50341-1-2 2 :2010
  5. PN-EN 50341-3-22:2010, Elektroenergetyczne linie napowietrzne prądu przemiennego powyżej 45 kV – Część 3: Zbiór normatywnych warunków krajowych

________________________________

Comments : 0
O autorze
* dr inż. Leszek Chodor. Architekt i Inżynier Konstruktor; Rzeczoznawca budowlany. Autor wielu projektów budowli, w tym nagrodzonych w konkursach krajowych i zagranicznych, a między innymi: projektu wykonawczego konstrukcji budynku głównego Centrum "Manufaktura" w Łodzi, projektu budowlanego konstrukcji budynku PSE w Konstancinie Bielawa, projektów konstrukcji "Cersanit" ( Starachowice, Wałbrzych, Nowograd Wołyński-Ukraina), projektu konstrukcji hali widowiskowo-sportowej Arena Szczecin Autor kilkudziesięciu prac naukowych z zakresu teorii konstrukcji budowlanych, architektury oraz platformy BIM w projektowaniu.

Twój komentarz do artykułu

Translate »