Проект разгрузки кабеля электроснабжения в МОУ СОШ с. Свищёвки им. П.И Мацыгина

Муниципальное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа с. Свищёвки

Белинского района Пензенской области

Проект

«Старт в науку»

Тема:

«Проект разгрузки кабеля электроснабжения

в МОУ СОШ с. Свищёвки»

Выполнила:

ученица 10 класса

Максимкина Анастасия

Руководитель: учитель физики Новиков М.Н.

• Рождение энергетики произошло несколько миллионов лет тому назад, когда люди научились использовать огонь. Огонь давал им тепло и свет, был источником вдохновения и оптимизма, оружием против врагов и диких зверей, лечебным средством, помощником в земледелии, консервантом продуктов, технологическим средством.
• На сегодняшний день электрическая энергия остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможность создавать различные материалы, является одним из главных факторов при разработке новых технологий. Попросту говоря, без освоения различных видов энергии и в особенности электроэнергии человек не способен полноценно существовать.

Постановка задачи

• Надёжность электроснабжения – способность электрической системы в любой момент времени снабжать электрической энергией присоединенные к ней потребители.
• Чем вызвана необходимость нашего проекта? Дело в том, что энергоснабжение школы осуществляется от ТП через силовой кабель АЕ, который подвешен на опоры A,B,E и, как вы видите, честь его лежит на крыше столовой, что противоречит ПУЭ (правилам устройства электроустановок). Кроме того, привязанный к опорам кабель испытывает деформацию растяжения, что также противоречит ПУЭ и тем самым снижает надежность электроснабжения.

Рис. 1. Существующая схема электроснабжения

Рис.2. Схема расположения троса на опорах A,B,C,D,E

Рис.3. Предлагаемая схема электроснабжения

Модель участка DE

По условиям равновесия имеем:

1. Ʃ F i =0

2. Ʃ M i =0

1.Сумма всех сил относительно

любой оси равна 0.

2.Сумма моментов относительно

любой точки равна 0.

Выберем систему координат XOY и составим два условия равновесия.

F D +T 1 +T 2 +F T +F E =0, следовательно,

T 1 *0+T 2 l 2 - F T l T - F E l 2 =0

Так как нагрузки симметричны, можно упростить расчет, освободив кабель от связей:

Ʃ F i =0

F T + T 1 + T 2 =0

OX: 0+T 2 cos α – T 1 cos α=0; T 1 =T 2 (1)

OY: -F 1 +T 1 sin α+T 2 sin α=0 (2)

Имеем из уравнения (2):

2Tsin α=F T

Отсюда T 1 =

Так как |T 1 | = |F D |, рассчитаем составляющие F x и F y в точке D.

F Dx =T 1 cos α; *cos α=

F Dy =T 1 sin α; *sin α=

Сила F Dy =F Ey = , в этом нет

ничего удивительного,

т.к. сила тяжести со стороны кабеля делится пополам.

Сложнее и интереснее обстоит с горизонтальной составляющей |F Dx |=|F Ex |=

Парадокс ситуации состоит в том, что мы не можем самопроизвольно выбрать ни F T , ни угол α:

Сила тяжести привязана к существующему кабелю.

Угол α определяется строительными нормами и правилами (п. 3,5,7)

Схема для определения длины кабеля

Согласно правилам стрела прогиба MK составляет ( ) – длины участка DE

Для расчета длины кабеля (упрощенно): l к =DK+KE по теореме Пифагора DK= Где DM=0,5DE, где DE – длина пролета. MK= DE DE=15 м; MK= *14=0,35 м; DM=7 м. tg α=MK/DM=0,35/7=0,05 DK=√7 2 +0,35 2 =√49+0,1225=√49,1225=7,01 м Общая длина l к =2*DK=2*7,01=14,01=15 м (примем 15 м)

Рассчитаем силу тяжести в точке К F T =m к *g=m п.м. l к g m к =m п.м. *l к =2*15=30 кг где: m п.м. =2 кг/м – масса погонного метра; g=10м/с – ускорение свободного падения; l к =15 м – длина кабеля F T =2*15*10=30*10=300 Н Кроме силы тяжести действует еще и гололедная нагрузка, согласно условиям гололедности, наша область принадлежит к 1 группе.

Расчет нагрузки на кабель по условиям гололёдности

Нормативная толщина стенки гололёда для высоты 10 м от земли

Район по гололеду

Нормативная толщина стенки гололеда  b э ,  мм

I

10

II

15

III

20

IV

25

V

30

VI

35

VII

40

Особый

Выше 40

M л =ρ л *V л , где ρ л =900 кг/м 3 , V л – объем льда на кабеле

D=d+2t=55*10 -3

d=35 мм=35*10 -3 м

Схема для расчета объема гололеда

V= (D 2 -d 2 )*l к =3,14((55*10 -3 ) 2 – (35*10 -3 ) 2 =22*10 -3 м 3 =22 дм 3

Масса льда: m л =ρ л *V л =900*22*10 3 =20 кг

Общая сила тяжести в точке K:

F T =(m к +m л )g=(30+20)*10=500 Н

Рассчитаем составляющие F Dx и F Dy в точке D:

F Dx = = = =5000 Н=5 кН

Это большая сила – достаточно посмотреть, что она сделает с опорой E (отклонилась от вертикального положения, см.фото)

F Dy = = =250 Н

Расходные материалы для реализации проекта

Выбираем проволоку ВR 1(ГОСТ 6727)

d=5 мм F раз =10,85 кН запас прочности k=2

Для компенсации моментов сил F Dx и F Ex предполагается установка растяжек DP и CZ

Соответственно (можно совсем освободиться от столба EF, просверлив стену и закрепив трос с внутренней стороны). Надо отметить, что усилие (изгибающий момент) на трос DP будет меньше и намного ˂5000 Н, т.к. это усилие уравновешивается силой тяжести со стороны кабеля на участке CD.

Установка растяжек для компенсации реактивного момента

Но есть ли альтернатива моему проекту?

1. Можно поставить опору D, но и в этом случае необходимость крепления кабеля на тросе не отпадает

2. Заменить существующий кабель кабелем СИП (самонесущий изолированный провод)

Для реализации нашего проекта нам надо:

1. 80-90 метров проволоки BR – 1 d=5мм

2. 2 консольные стойки длиной l=2 м d=60 мм

3. Кронштейны – 4 шт.

4. Болт М16*80 – 2 шт.

5. Гайки М16*1,75 – 2 шт.

6. Крепежная проволока – 10 метров.

Самонесущие изолированные провода (СИП) предназначены для применения в воздушных линиях электропередачи (ЛЭП) с подвеской на опорах или фасадах зданий и сооружений. Климатическое исполнение — УХЛ, категории размещения — 1, 2 и З.

Типы самонесущих изолированных проводов: СИП-1, СИП-1А, СИП-З,СИП—2, СИП—2А Конструкция СИП: 1. Фазная токопроводящая жила из алюминия, многопроволочная, уплотненная. 2. Нулевая несущая жила из алюминиевого сплава АВЕ или сталеалюминиевая, многопроволочная, уплотненная. З. Изоляция: светостабилизированного полиэтилена (LDPE) для проводов СИП-1, СИП-IА светостабилизированного полиэтилена (XDPE) для проводов СИП-2, СИП-2А, СИП-З 

Преимущества СИП:

• Требуют меньших эксплуатационных расходов
• Высокая безопасность
• Меньший вес и большая длительность налипания снега
• Повышенная надежность в зонах интенсивного гололедообразования
• Снижение падения напряжения вследствие малого реактивного сопротивления
• Простота ремонтов

Расчет максимального тока в кабеле

Для этого рассчитаем нагрузку в существующем кабеле

P=3U ф I ф cosφ I ф =

I ф = = =200 А

где: U ф =220 В - фазное напряжение P=100 кВт – мощность трансформатора; I ф - фазный ток cos φ=0,8 – угол между U ф и I ф

Расчет стоимости кабеля СИП

I max =200 А

СИП1А – 3*70+1* 95

Цена= 193 руб/п.м.

С=Ц*l к =193*80=15440 руб .

Количество и сечение жил,

шт х мм 2

Масса, кг/км

3 х 70 + 1 х 95

СИП-1

Диаметр,

1122,41

СИП-1А

1205,21

Токовая

мм

41,0

Ток короткого

нагрузка, А

180

замыкания, кА

4,5

Спасибо

за

внимание!