Venkovní vedení VVN (II)
Druhá část tématického celku o venkovním vedení se věnuje namáhání vodičů venkovních vedení a jejich výpočtům, mezi které patří např. hledisko namáhání větrem, námrazkem, kmitáním, určením průhybu vedení apod. Článek shrnuje i okrajové podmínky, repsektive předpoklady výpočtů.
Namáhání vodičů venkovních vedení
Venkovní vedení je vystaveno všem povětrnostním vlivům, které není možné stanovit přesně. Působení větru je velmi proměnlivé, nebezpečné jsou nárazy při vichřici, kdy může dojít k přetrhání vodičů a tím i ke zlomení stožárů. U velkých polí se projevuje i menší rychlost větrů (6 ms-1). Na vedení vznikají stojaté vlny a vodiče kmitají. To se nepříznivě projevuje ve svorkách a vazech, kde se vodiče ohýbají.
Vedení musíme dimenzovat tak, aby zůstalo neporušeno i v kritických situacích a proto musí být vodiče navrženy tak, aby odolaly působení síly větru, tíhové síly námrazku v zimních měsících, kmitání vodičů a působení vlastní tíhové síly vodičů.
Namáhání větrem
Statická složka zatížení větrem, působící kolmo na vodiče, se určí ze vztahu
 |
[2.1] |
kde:
| wn [Pa] | normový tlak větru |
| A [m2] | plocha vodiče, vystavená větru |
Člen rovnice wn určíme z rovnice:
 |
[2.2] |
kde:
| w0 [Pa] | základní tlak větru, na území ČR je w0 = 550 Pa |
| kw [m2s2] | součinitel výšky, závisí na rychlosti větru a určí se ze vztahu: v [m s-1] ... rychlost větru |
| Cw [-] | tvarový součinitel (je dán např. úhlem mezi směrem větru a osou vodiče, nerovnoměrností tlaku větru na vodič...) |
Hodnoty, potřebné pro výpočet síly větru na vodiče jsou uvedeny v tab. 1.
Namáhání námrazkem
Vodiče pro venkovní vedení mohou být namáhány i tíhou námrazku. To je obal, vytvořený z ledových částeček a jinovatky, ulpívající na povrchu vodiče a zatěžující vodič i armatury vedení přídavným svislým zatížením. Námrazky vznikají za teplot 0°C a nižších, je-li vzduch nasycen drobnými částicemi podchlazené vody, které při styku s vodičem krystalizují. Vodiče se tíhou jednostranných námrazků stáčí, až jsou celé obaleny námrazkem. Velikost námrazku závisí většinou na nadmořské výšce i charakteru krajiny a určuje se podle námrazových oblastí. V ČR jsou zavedeny čtyři námrazové oblasti (viz - obr. 2):
| L | ... lehká námrazová oblast |
| S | ... střední námrazová oblast |
| T | ... těžká námrazová oblast |
| K | ... kritická námrazová oblast |
V uvedených oblastech se mohou vytvářet námrazky o různých tloušťkách a na vodiče pak působí vertikální tíhová síla daná vlastní hmotností vodiče a hmotností námrazku na vodiči. Hodnoty určující velikost hmotností námrazku jsou uvedeny v tab. 2.
| Výška vodiče nad zemí |
Rychlost větru | Součinitel nerovnoměrnosti | Nenormovaný tlak větru na vodič wn pro průměr vodiče |
|---|---|---|---|
| [m] | [m s-1] | [-] | d < 16 mm |
| 0 ÷ 20 | 29,6 | 0,80 | 440 |
| 20 ÷ 40 | 33,5 | 0,75 | 525 |
| 40 ÷ 100 | 38,0 | 0,75 | 675 |
| 100 ÷ 150 | 43,8 | 0,75 | 900 |
Tab. 1
Obr.2 - Námrazová mapa ČR
| Námrazová oblast | Tloušťka námrazy t | Hmotnost námrazku na 1 m délky vodiče [kg m-1] |
|
|---|---|---|---|
| [-] | [mm] | qt na měrné tyči Ø 30 mm |
q na vodiči o průměru d [mm] |
| L | 17,0 | 1.0 | 0,361 + 0,0213 d |
| S | 27,6 | 2.0 | 0,959 + 0,0347 d |
| T | 36,1 | 3.0 | 1,638 + 0,0454 d |
| K | √ 225 + 795,8 . qt -15 | > 3,0 | 1,257 . t (d + t) . 10-3 |
Tab. 2
Kmitání vodičů
K ochraně proti kmitání se užívá armování vodičů, tlumiče vibrací nebo antivibrační lana. Armování vodičů se provádí ovíjením vodičů ochrannou páskou v místě zachycení vodiče k izolátorovému řetězci. Tlumiče kmitů jsou tvořeny dvěma závažími spojenými navzájem ocelovým lanem. Tlumič je uchycen speciální svorkou na fázový vodič poblíž závěsného bodu. U vodičů do 120 mm2 je váha závaží 3 ÷ 4 kg, u větších průřezů vodičů 8 kg. U menších průřezů je vzdálenost tlumiče asi 50 cm od závěsného bodu, u větších průřezů 60 ÷ 140 cm.
Mechanický výpočet zavěšeného vodiče
V praxi uvažujeme, že pružný a ohebný vodič, zavěšený na dvou bodech ve stejné výši, tvoří řetězovku. Často nahrazujeme při výpočtech řetězovku řetězovou parabolou, která se u malých a středních rozpětí liší od řetězovky jen nepatrně. U paraboly předpokládáme rovnoměrné rozložení tíhy vodiče i přídavného zatížení po spojnici závěsů, u řetězovky předpokládáme rovnoměrné rozdělení tíhy i přídavného zatížení po délce vodiče.
Předpoklady výpočtu
Pro výpočet průhybu a namáhání vodičů se uvažují tyto případy počasí (ta určují největší dovolená namáhání):
- -5°C, bezvětří s normálním námrazkem příslušné oblasti
- -5°C a vítr na neomrzlý vodič
- +40°C, bezvětří
- -30°C, bez námrazku a bezvětří
- -5°C, vítr na omrzlý vodič
U lan AlFe delších než 50 m se musí provést kontrola na zvětšený námrazek (první případ), při kterém nesmí namáhání přesáhnout 85% měrné pevnosti. Zvětšený námrazek se určí podle tab. 3 (hmotnost zvětšeného námrazku = k x hmotnost normálního námrazku).
| Hmotnost norm. námrazku [kg/m] | ≥ 3 | 3,1 ÷ 5 | 5,1 ÷ 8 | 8,1 ÷ 12 | 12 ≥ |
|---|---|---|---|---|---|
| Násobek k | 3 | 2,5 | 2 | 1,5 | 1 |
Tab. 3
Určení průhybu vedení
a. Závěsy ve stejné výšce
- rovnice řetězovky při výpočtech nahrazujeme pro zjednodušení rovnicí paraboly:
[2.3]
Obr.3 - (a-šířka pole, c-vzdálenost vrcholu řetězovky od počátku
souřadnic, fmax-maximální průhyb, fx-průhyb v bodě x) - maximální průhyb potom určíme ze vztahu:
[2.4]
b. Závěsy v různé výšce
- řetězovka je symetrická křivka, proto ji můžeme doplnit na případ se závěsy ve stejné výšce (C). Pak leží vrchol (V) v polovině ai. Mohou nastat tři případy:
1. 
... vrchol leží v nižším závěsném bodě, stožár se musí zakotvit
2. 
... vrchol leží mezi závěsnými body A a B
3. 
... vrchol leží mimo závěsné body A a B
(m-převýšení, a-šířka pole, ai-fiktivní rozpětí) - převýšení m se určí jako rozdíl ymax - yx. Z daného převýšení m můžeme určit ideální rozpětí ai, čímž tento případ převedeme na případ se závěsy ve stejné výšce.
[2.5]
- a maximální průhyb pak určíme ze vztahu:
[2.6]
Literatura
- Fejt Z., Čermák J.: "Elektroenergetika"
- Fencl F.: "Rozvodná zařízení"
- Kozák J.: "Ocelové stožáry a věže"; SNTL Praha 1990
- www.ceps.cz
