导线机械特性曲线绘制.docx
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导线机械特性曲线绘制
电气化届架空线路课程设计
机械特性曲线绘制设计
学生姓名
学号
所属学院
专业农业电气化与自动化
班级
指导教师
日期
前言
建设一条架空线输电线路,必须符合经济合理、安全适用的原则，既要充分利用材料的强度，又要保证安全运行。
对于悬挂在架空线路杆塔上的导线，外界温度变化将引起导线的伸长或缩短，而导线上的荷载变化将引起导线的弹力变形，这两种现象都使导线的长度发生变化。
通过计算可知：
档距一定时，导线长度的微小变化也会导致导线应力和弧垂的很大变化。
导线长度的缩短，将使导线应力增大，弧垂减小；反之，导线伸长，将使导线应力减小，弧垂增大。
显然，在线路设计时，必须计算导线的应力和弧垂，确定和掌握导线在各种气象条件下的应力和弧垂的变化情况，并保证当导线应力最大时，其值不超过导线强度允许值，而当弧垂最大时，要保证导线的对地安全距离，从而保证线路设计经济合理、运行安全可靠。
本次设计是要绘制导线的机械特性曲线，在线路设计过程中，为了设计计算的方便，总是首先计算导线在各种不同气象条件下和不同代表档距时的应力和弧垂，并把计算结果以横坐标为代表档距，纵坐标为应力或弧垂绘制成各种气象条件时代表档距和应力或弧垂的关系曲线，这些曲线就称为导线的应力或弧垂曲线，简称导线机械特性曲线。
工程概况
导线机械特性曲线是根据广泛调查分析沿线有关气象数据等资料的前提下确定的设计条件，包括导线型号、气象区、安全系数和防振措施（以确定年平均运行应力）后，通过下述计算程序绘制的。
设计条件中任意改变其中之一，就有不同的机械特性曲线，所以应用时必须明确设计条件，特别是输电线路较长时，可能在线路不同区段采用不同的设计条件，此时尤其需要注意。
导线机械特性曲线的计算程序如下：
（1）确定导线的型号及设计气象区；
（2）确定导线在各种气象条件时的比载；
（3）确定导线的安全系数及防振措施，计算导线最大使用应力和年平均运行应力；
（4）计算临界档距并进行有效临界档距辨别，确定控制条件及控制范围；
（5）以有效临界档距辨别结果为已知条件，逐一求出其他各种气象条件下各种代表档距值时的应力和弧垂值；
（6）以代表档距为横坐标，应力或弧垂为纵坐标，绘制各种气象条件时的应力曲线弧垂曲线。
下面就以上述步骤完成此次设计。
1．导线型号的确定
本次需要绘制的是LGJ-185/45型导线，经过第二气象区。
第二气象区各参数如下表1-1所示。
表1-1第二气象区气象参数
大气温度（℃）
风速（m/s）
最高
最低
覆冰
最大风速
安装情况
外过电压
内过电压
最大风速
覆冰
安装情况
外过电压
内过电压
+40
-10
-5
+10
0
+15
+15
+30
10
10
10
15
覆冰厚度b=5mm
LGJ-185/45型导线在各种情况下的比载如下表1-2所示。
表1-2LGJ-185/45型导线比载表×10-3[N/（m·mm2）
g1
36.510
g4（15）
13.050
g5（15,10）
16.012
g6（35）
61.698
g2（5）
14.969
g4（18）
18.792
g5（15,15）
36.028
g7（5,10）
52.359
g2（10）
36.024
g4（21）
21.742
g5（20,10）
19.241
g7（5,15）
55.789
g2（15）
63.164
g4（25）
30.813
g5（20,15）
43.291
g7（10,10）
73.652
g2（20）
96.389
g4（30）
39.151
g6（10）
36.968
g7（10,15）
78.029
g3（5）
51.479
g4（35）
49.736
g6（15）
38.772
g7（15,10）
100.952
g3（10）
72.534
g5（5,10）
9.566
g6（18）
41.062
g7（15,15）
105.985
g3（15）
99.674
g5（5,15）
21.500
g6（21）
42.493
g7（20,10）
134.284
g3（20）
132.899
g5（10,10）
12.784
g6（25）
47.775
g7（20,15）
139.772
g4（10）
5.800
g5（10,15）
28.764
g6（30）
53.533
2.各气象条件时的比载确定
根据表1-1以及表1-2可列出第二气象区的各种气象条件参数及比载表，如下表2-1所示。
表2-1第二气象区的各种气象条件参数及比载
编号
气象条件
风速（m/s）
气温（℃）
覆冰（mm）
比载[N/（m·mm2）]
1
最低气温
0
-10
0
36.510×10-3
2
平均气温
0
15
0
36.510×10-3
3
最大风速
30
10
0
53.533×10-3
4
最大覆冰
10
-5
5
52.359×10-3
5
最高气温
0
40
0
36.510×10-3
6
安装
10
0
0
36.968×10-3
7
事故
0
0
0
36.510×10-3
8
外过电压
10
15
0
36.968×10-3
9
内过电压
15
15
0
38.772×10-3
3.安全系数及防振措施的确定
本设计的导线强度安全系数K=2.5，防振锤防振。
4.临界档距计算及辨别
4.1计算数据
由《架空输配电线路设计》可查的LGJ185/45型导线的导线截面积A=227.83mm2，热膨胀系数=17.8×10-6（1/℃），弹性系数E=80000MPa，计算拉断力TP=80190N，导线最大使用应力，年平均运行应力，其他数据列于表4-1中。
表4-1计算数据表
气象条件
风速（m/s）
气温（℃）
覆冰（mm）
控制应力（MPa）
比载[N/（m·mm2）]
g/σ
（1/m）
编号
最低气温
0
-10
0
140.79
36.510×10-3
2.593×10-4
A
最大覆冰
10
-5
5
140.79
52.359×10-3
3.719×10-4
B
最大风速
30
10
0
140.79
53.533×10-3
3.802×10-4
C
年平均气温
0
15
0
87.99
36.510×10-3
4.149×10-4
D
4.2临界档距计算
计算式为
4.3有效临界档距辨别
有效临界档距辨别见表4-2，判别结果见图4-1
表4-2有效临界档距判别表
A
B
C
Lcr.AB=173.38
Lcr.BC=1010.81
Lcr.CD=虚数
Lcr.AC=332.48
Lcr.BD=虚数
Lcr.AD=虚数
（m）
图4-1判别结果图
4.4结论
从表4-2中可以看出，A,B,C中都有虚数，故控制气象条件为D控制，即控制气象条件为年平均气温，控制应力为。
5.机械特性应力特计算
以有效临界档距辨别结果为已知条件，逐一求出其他各种气象条件下各种代表档距值时的应力和弧垂值。
以最低气温为例，，，计算出应力特性，计算结果列入表5-1。
其中，，，，，，，。
表5-1应力特性计算表
控制条件
（m）
2
A
B
a
b
c
d
（MPa）
（m）
年平均气温gm=36,510×10-3N/（m·mm2）
σm=87.99MPatm=15℃
50
2500
122.155
11108.168
122.155
11108.168
8.258
0.203
122.891
0.093
100
10000
117.851
44432.670
117.851
44432.670
16.816
0.428
120.891
0.378
150
22500
110.677
99973.508
110.677
99973.508
26.028
0.706
117.873
0.871
200
40000
100.634
177730.680
100.634
177730.680
36.395
1.085
114.250
1.598
250
62500
87.721
277704.188
87.721
277704.188
48.727
1.666
110.475
2.582
300
90000
71.939
399894.030
71.939
399894.030
64.569
2.693
106.920
3.842
350
122500
53.287
544300.208
53.287
544300.208
87.526
4.928
103.803
5.386
400
160000
31.766
710922.720
31.766
710922.720
129.557
12.235
101.193
7.216
450
202500
7.375
899761.568
7.375
899761.568
302.484
123.038
99.063
9.329
500
250000
-19.885
1110816.750
19.885
1110816.750
204.687
30.881
97.343
11.721
其余各天气情况应力特性列入表5-2，表5-3中。
表5-2应力特性计算表
控制气象
档距
平均气温
最大风速
最大覆冰
最高气温
g1=36。
510
t=15
g1=53.533
t=10
g7=52.359
t=-5
g1=36.510
t=40
σ
f
σ
f
σ
f
σ
f
年平均气温gm=36,510×10-3N/（m·mm2）σm=87.99MPatm=15℃
50
87.990
0.130
96.253
0.119
116.712
0.098
54.672
0.209
100
87.990
0.519
99.098
0.461
117.365
0.389
59.291
0.770
150
87.990
1.167
102.611
1.001
118.259
0.868
63.935
1.606
200
87.990
2.075
106.098
1.721
119.228
1.531
67.939
2.687
250
87.990
3.242
109.257
2.611
120.159
2.374
71.240
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