Normativ din 23 noiembrie 2006

PREAMBUL
Prezentul normativ feroviar stabileste metodologia pentru calculul mecanic al conductorului de protecție principal fiind folosita la lucrarile de proiectare, reparare și exploatare a instalațiilor de protecție împotriva electrocutarilor cauzate de defecte de izolatie pe liniile de contact aeriene din instalatiile fixe de tractiune electrica.
Metodologia de calcul din acest normativ feroviar se utilizeaza pentru:
- conductorul de protecție principal care nu intoarce curentul de tractiune (sau o parte din acest curent) la substatia de tractiune electrica (în ROMÂNIA acest tip de conductor poarta denumirea de "conductor colector", având condițiile de utilizare reglementate de ID-33:77 Normativ pentru protectia împotriva influentelor cailor ferate electrificate monofazat 25 kV, 50 Hz, aprobat de MTTc cu
Ordinul nr. 1976 din 06.12.1977
și Instructia 351:1988 Instrucțiuni pentru întreținerea tehnica și repararea instalațiilor de semnalizare centralizare și bloc (SCB)-1989-MTTc, Directia Linii și Instalații aprobat cu
ordin MTTc nr. 1749 din 23.09.1988 ); acest conductor este parcurs doar de curentii de scurt circuit care apar datorita unui defect de izolatie (de exemplu defectarea unuia dintre izolatoarele de pe stalpii liniei de contact aeriene, având armaturile metalice legate la conductorul de protecție principal);
- conductorul de protecție principal care în regim normal de functionare intoarce o parte din curentul de tractiune la substatia care alimenteaza zona de cale ferata electrificata; acest tip de conductor de protecție principal este parcurs și de curentii de scurtcircuit datorati eventualelor defecte de izolatie. Condițiile minime de realizare și de utilizare pentru acest conductor sunt indicate în SR EN 50119, SR EN 50122-1.
Standardele prevăzute la capitolul 6 din prezentul normativ feroviar sunt documente normative de referința.
Cifrele din parantezele patrate din cuprinsul normativului feroviar reprezinta numărul de ordine al documentelor de referința de la capitolul 6.
1. GENERALITATI
1.1. Introducere
Folosirea conductorului de protecție principal ca măsura de prevedere pentru protectia împotriva socurilor electrice (prin atingerea unor obiecte metalice, care ajung accidental la o tensiune periculoasa pentru om, datorita defectelor de izolatie în linia de contact aeriana, a cailor ferate electrificate 1x25 kV, 50 Hz și 2x25 kV, 50 Hz este reglementata prin documentele normative: [10], [13], [18] și [19].
Conductorul de protecție principal conecteaza una sau mai multe constructii metalice (lucrari de arta, elemente de sustinere a LCA, armaturi, etc.), individual sau în grup, la unul dintre urmatoarele obiecte: priza de pamant, sina, priza mediana a unei bobine de joanta, priza mediana a unei bobine de joanta suplimentara.
În cazul unui defect de izolatie la unul din stalpii ale caror armaturi sunt legate la conductorul de protecție principal, acesta din urma este parcurs de curentul de scurtcircuit.
Conductorul de protecție principal este suspendat pe stalpii LCA cu ajutorul unor cleme de suspendare (cleme tip sa), fixate de stalp cu ajutorul unor semibride metalice.
Calculul mecanic al conductorului de protecție principal se efectueaza pentru verificarea pozitiei conductorului în diferitele stari ale fortelor exterioare și temperaturii mediului ambiant care acționează asupra acestuia.
Forma geometrica pe care o capata conductorul de protecție principal sub influența acestor factori și eforturile interne în conductor depind de lungimea deschiderii dintre stalpii liniei de contact aeriene și de denivelarea punctelor de sustinere aflate pe stalpi.
Forma geometrica a curbei conductorului fiind stabilita (sagetile în fiecare punct al acestuia și sageata maxima), se verifica distantele minime admisibile ale conductorului de protecție principal față de celelalte conductoare și față de diferitele obstacole de care se apropie linia de contact aeriana. Aceste distante sunt functie de tensiunea nominala a liniei de contact aeriene pe care se monteaza conductorul de protecție principal și de natura și importanța obstacolului respectiv.
Calculul mecanic al conductorului de protecție principal reglementat de acest normativ consta în stabilirea tractiunilor normate în punctele de sustinere și sagetilor în deschideri și se efectueaza după metoda la stari limita prin care rezistentele de calcul ale acestuia sunt stabilite în procente din rezistenta de rupere calculată a conductorului [9].
De asemenea este efectuata o verificare din punct de vedere mecanic a rezistentelor de calcul pentru clemele de ancorare, de intindere și de sustinere utilizate pentru conductorul de protecție principal, raportate în cazul primelor doua tipuri, la rezistenta de rupere calculată a conductorului, iar pentru al treilea tip, respectiv la rezistenta de rupere calculată a clemei.
Prin cunoasterea sagetilor conductorului de protecție principal în deschiderile panoului de intindere și a distantelor minime admisibile față de conductoarele active ale LCA, se determina înălțimea minima a punctelor lui de sustinere precum și distanta dintre acestea și punctele de sustinere ale celorlalte conductoare.
1.2. Obiect
Prezentul normativ feroviar stabileste metodologia pentru calculul mecanic al conductorului de protecție principal din componenta instalațiilor de protecție împotriva socurilor electrice.
1.3. Domeniu de aplicare
Calculul mecanic al conductorului de protecție principal, reglementat de acest normativ tehnic, este folosit la stabilirea diagramelor de montaj atât în faza de proiectare și de realizare a instalațiilor noi de protecție a obiectelor din cale și vecinatate, cat și la lucrarile de exploatare și întreținere a instalațiilor de protecție existente, cu ocazia reparatiilor capitale, reconstructiilor sau modernizarilor, în care se utilizeaza conductorul de protecție principal ca prevedere de protecție în caz de defect.
Metoda de calcul este valabila în cazul conductoarelor suspendate, multifilare (cu fire fabricate din acelasi material sau din două materiale diferite), din linia de contact aeriana sau din instalatiile aferente acesteia (de exemplu: cablu de intoarcere amplasat pe stalpi LEA, conductor de protecție principal suspendat direct pe stalpii LCA).
Metoda de calcul reglementata în acest normativ tehnic nu se aplică conductoarelor suspendate pe stalpi prin intermediul lanturilor de izolatoare, cablului purtator și firului de contact.
1.4. Clasa de risc
Lucrarile necesare executiei, repararii și intretinerii instalatiei de protecție din care face parte conductorul de protecție principal au clasa de risc 1A, conform [25].
1.5. Durata normala de functionare
Instalatiile noi de protecție din care face parte conductorul de protecție principal au durata normala de functionare de 24-36 ani, conform [26].
1.6. Abrevieri
În textul acestei norme tehnice feroviare se vor folosi urmatoarele abrevieri:
LC - linie de contact;
LCA - linie de contact aeriana;
LEA - linie electrica aeriana;
OMT - Ordin al Ministrului Transporturilor;
HGR - Hotărâre a Guvernului României;
PE - conductor de protecție;
PEN - conductor legat la pamant care indeplineste simultan functia de conductor de protecție și de conductor neutru;
PEM - conductor care indeplineste simultan functia de conductor de protecție și de conductor de priza mediana;
PEL - conductor care indeplineste simultan functia de conductor de protecție și de conductor de linie;
ANM-RA - Administratia Naționala de Meteorologie - R.A.;
CPPLP - Conductor de protecție principal folosit pentru legarea la pamant sau la sinele de rulare;
CPPLPICT - Conductor de protecție principal folosit atât pentru legarea la pamant sau la sinele de rulare cat și pentru intoarcerea curentului de tractiune;
NSS - Nivelul superior al sinelor.
2. DEFINITII
Se recomanda ca în textul acestui normativ tehnic să se foloseasca definițiile din [9], [12], [14], [16] și [17], asimiland linia de contact aeriana ca o linie electrica aeriana de înaltă tensiune.
2.1. Echipament (electric), [17] - orice dispozitiv utilizat pentru scopuri ca producerea, transformarea, transportul, acumularea, distributia sau utilizarea energiei electrice, cum ar fi masini, transformatoare, aparataj, aparate de măsurare, dispozitive de protecție, accesorii pentru pozare, aparate de utilizare.
2.2. Instalatie electrica, [17] - ansamblu de echipamente electrice asociate în vederea unei utilizari date și având caracteristici coordonate.
2.3. Soc electric, [17] - efectul fiziologic al trecerii curentului electric prin corpul uman sau al unui animal.
2.4. Protecție de baza, [17] - protectia împotriva socurilor electrice în absenta unui defect.
2.5. Protecție în caz de defect, [17] - protecție împotriva socurilor electrice în condiții de simplu defect.
2.6. Parte activa, [17] - conductor sau parte conductoare destinata a fi sub tensiune în functionare normala, inclusiv conductorul neutru, însă prin convenție, exclusiv conductorul PEN, conductorul PEM sau conductorul PEL.
NOTĂ: acest termen nu implica în mod obligatoriu un risc de soc electric vatamator.
2.7. Parte activa periculoasa, [17] - parte activa care poate provoca, în anumite condiții, un soc electric vatamator.
NOTĂ: În instalatiile de înaltă tensiune, o tensiune periculoasa poate fi prezenta la suprafața unei izolatii solide, în acest caz suprafața este considerata parte activa periculoasa.
2.8. Parte conductoare accesibila (masa) [17] - o parte conductoare a unui echipament, care poate fi atinsa, și care în mod normal nu este sub tensiune, dar care poate ajunge sub tensiune când izolatia de baza este defecta.
Observatii:
Exemplu de masa: carcase metalice care sunt izolate de părțile active ale echipamentelor;
Exemple de masa ca parte conductoare activa: părțile metalice ale utilajelor folosite drept conductoare active sau la care se leagă părțile active ale circuitelor de comanda, carcasele unor aparate electronice, sinele cailor ferate electrificate, etc.
2.9. Parte conductoare străină de instalatia electrica [17] - parte conductoare care nu face parte din instalatia electrica și care poate introduce un potențial electric, în general potentialul electric al pamantului.
2.10. Atingere indirecta [17] - atingerea de către om a unor părți intrate accidental sub tensiune datorita unui defect electric.
2.11. Linie electrica aeriana (LEA) [9] - instalatie montata în aer liber, care serveste la transportul și distributia energiei electrice, fiind alcatuita din conductoare, izolatoare, cleme, armaturi, stalpi, fundatii și instalații de legare la pamant.
2.12. Linie de contact (LC) [16] - ansamblu de conductoare pentru alimentarea cu energie electrica a vehiculelor prin intermediul echipamentului de captare a curentului.
2.13. Linie de contact aeriana (LCA) [16] - linie de contact ale carei conductoare sunt plasate deasupra sau lateral față de limita superioara a gabaritului vehiculelor, care alimenteaza vehiculele cu energie electrica prin intermediul echipamentului pentru captarea curentului montat pe acoperisul acestora.
2.14. Echipamentul LCA [9] - ansamblul de conductoare, izolatoare, cleme și armaturi, montat pe stalpii LCA.
2.15. Conductoarele LCA [9] - firul de contact și conductoarele funie intinse liber sau tensionate între punctele de prindere la stalpi sau alte constructii speciale, indiferent dacă sunt sau nu sub tensiune în regim normal de functionare.
2.16. Circuit de intoarcere [10] - toate conductoarele care formeaza în mod intentionat o cale pentru curentul de tractiune de intoarcere.
NOTĂ: Conductoarele pot fi de exemplu: sinele de rulare, conductoare de protecție (de legare la pamant), cabluri de intoarcere, sina pentru intoarcerea curentului.
2.17. Conductor de intoarcere [10] - orice parte a circuitului de intoarcere.
2.18. Conductoare active [17] - conductoarele care servesc drept cai de curent pentru transportul sau distributia energiei electrice de la substatiile de tractiune electrica, la consumatorii electrici, care în regim normal de functionare se afla sub tensiune (de exemplu: firul de contact, cablul purtator, fiderul de intarire).
2.19. Conductor de protecție (PE) [17] - un conductor utilizat pentru realizarea protectiei împotriva socurilor electrice datorate unui defect de izolatie, care leagă masele cu:
- alte mase;
- o priza de pamant;
- un conductor de nul sau un alt conductor legat la pamant (masa);
- o parte conductoare străină;
- dispozitive de protecție.
2.20. Conductor de protecție de ramificatie [17] - un conductor prin care se stabileste legătură electrica dintre o masa și un conductor de protecție principal (de exemplu: conectarea la conductorul de protecție principal - conductorul de protecție al armaturilor de pe stalp).
2.21. Conductor de protecție principal [10], [17] - un conductor care conecteaza colectiv la pamant sau la sinele de rulare un numar de stalpi prin intermediul conductoarelor de protecție de ramificatie, pentru a proteja oamenii și instalatiile în cazul unui defect de izolatie. Poate fi de asemenea folosit drept conductor de intoarcere a curentului de tractiune.
NOTĂ: Din punct de vedere functional conductorul de protecție principal poate fi:
- conductor de protecție principal care nu intoarce curentul de tractiune (sau o parte din acest curent) la substatia de tractiune electrica (în ROMÂNIA acest tip de conductor poarta denumirea de "conductor colector", având condițiile de utilizare reglementate de [18]); acest conductor este parcurs doar de curentii de scurt circuit care apar datorita unui defect de izolatie (de exemplu defectarea unuia dintre izolatoarele de pe stalpii LCA, având armaturile metalice legate la conductorul de protecție principal); denumirea prescurtata a acestui conductor este CPPLP;
- conductor de protecție principal care în regim normal de functionare intoarce o parte din curentul de tractiune la substatia care alimenteaza zona de cale ferata electrificata, având condițiile de utilizare prevăzute în [10], [13]; acest tip de conductor de protecție principal cu denumirea prescurtata CPPLPICT este parcurs și de curentii de scurtcircuit datorati eventualelor defecte de izolatie.
2.22. Cablu de intoarcere [10] - conductor de intoarcere reprezentand o parte a circuitului de intoarcere și care conecteaza restul circuitului de intoarcere la substatia de tractiune electrica.
2.23. Stalpii LCA [16] - suport vertical, confectionat dintr-o bucata de lemn, beton, otel etc. sau dintr-o structura de zabrele metalice, fixat lateral față de calea de rulare, în sol, direct sau prin intermediul unei fundatii.
2.24. Clema [7] - conector și partea din conductorul activ sau de protecție care se afla în contact intim cu conectorul realizat prin presare sau orice alt mijloc mecanic.
2.25. Armaturi [9] - dispozitive cu ajutorul cărora se asambleaza și se monteaza conductoarele, izolatoarele și alte accesorii ale liniilor electrice.
2.26. Tensiunea nominala a liniei de contact, notata Un - valoarea efectiva a tensiunii între conductoarele active și pamantul sistemului de tractiune electrica, prin care este definita LCA precizata de [12].
2.27. Secțiunea nominala a unui conductor funie [9] - valoarea rotunjita a secțiunii sale reale. În cazul conductoarelor cu fire componente din materiale diferite, secțiunea nominala se obtine prin rotunjirea valorilor secțiunilor ambelor metale (de exemplu secțiunea nominala a unui conductor Al-OL 95/15 de execuție normala este Sn = S(nAl) + SUMA(nOl) = 95 + 15 = 110 mmp).
2.28. Secțiunea reala (efectiva) a unui conductor funie [9] - suma secțiunilor firelor componente ale conductorului (de exemplu secțiunea efectiva a unui conductor Al-OL 95/15 de execuție normala este Sc = S(Al) + S(ol) = 90 + 15 = 105 mmp).
2.29. Forta de rupere calculată a unui conductor funie [9] - forta determinata în mod convențional, în functie de caracteristicile mecanice ale materialelor firelor componente și de alcatuirea constructiva a conductorului, potrivit standardelor de conductoare în vigoare [1]-[6].
2.30. Forta de rupere minima a unui conductor funie [9] - forta de rupere a conductorului determinata prin încercări, a carei valoare nu trebuie să fie mai mica de 95% din valoarea forței calculate de rupere.
2.31. Rezistenta de rupere calculată a unui conductor funie, p(rc) [9] - raportul între valoarea forței de rupere calculate și secțiunea reala a conductorului.
2.32. Rezistenta de rupere minima a unui conductor funie, p(rmin) [9] - raportul între valoarea forței de rupere minime și secțiunea reala a conductorului.
2.33. Tractiunea în conductor [9] - rezistenta mecanica care ia nastere în conductor, inmultita cu secțiunea reala a conductorului, în diferite stari de functionare; tractiunea în conductor într-un punct al acestuia este tangenta la curba conductorului în acel punct.
2.34. Tractiunea orizontala în conductor [9] - valoarea tractiunii în punctul în care tangenta la curba conductorului este orizontala.
2.35. Deschidere, a(i) [16] - o parte din linia de contact aeriana situata între doua suporturi sau între doua puncte de suspendare succesive (în calcule, distanta masurata pe orizontala între axele a doi stalpi consecutivi).
2.36. Deschideri de dimensionare a stalpilor [9] - deschideri la incarcari din vant, a(v) și la incarcari verticale, a(g), adoptate la dimensionarea stalpilor, pe baza criteriilor de acoperire a tuturor amplasamentelor de pe traseul unei LCA, cu luarea în considerare a criteriilor tehnico economice pentru zona meteorologica de dimensionare.
2.37. Deschidere nominala, a(n) [9] - deschidere conventionala, la care punctele de prindere ale conductoarelor se gasesc în acelasi plan orizontal, terenul este plan, iar la sageata maxima gabaritul la sol al liniei este cel minim admisibil. Ea rezultă ca o valoare optima din calculele tehnico-economice.
2.38. Deschiderea virtuala [9] - distanta la locul în care orizontala dusa printr-unul din punctele de prindere ale conductorului intersecteaza curba reala a conductorului sau prelungirea ei, după cum punctul considerat este inferior sau superior punctului de prindere al conductorului la stalpul adiacent.
2.39. Deschidere la incarcari verticale, a(g) [9] - semisuma deschiderilor virtuale adiacente unui stalp. De marimea acestei deschideri depind incarcarile verticale care acționează asupra stalpului, provenite din greutatea conductoarelor și din greutatea conductoarelor acoperite de chiciura; se determina astfel încât la incarcari verticale efortul admisibil în stalp sa nu fie depasit.
2.40. Deschidere la incarcari din vant, a(v) [9] - semisuma deschiderilor adiacente unui stalp. De marimea acestei deschideri depind incarcarile orizontale care acționează asupra stalpului, provenite din presiunea vantului pe conductoare; se determina astfel încât la incarcari orizontale efortul admisibil în stalp sa nu fie depasit.
2.41. Denivelare, h(i) [9] - distanta masurata pe verticala între punctele de prindere ale conductorului la doi stalpi consecutivi.
2.42. Sageata conductorului într-un anumit punct [9] - distanta masurata pe verticala între punctul respectiv de pe curba conductorului și dreapta care uneste cele doua puncte de sustinere ale conductorului. În functie de condițiile climato-meteorologice existente la un moment dat, sageata conductorului într-un anumit punct poate avea diferite valori. Cea mai mare sageata a conductorului se considera practic, la mijlocul deschiderii.
2.43. Panou pentru intinderea conductorului de protecție principal - portiunea de linie de contact compusa din una sau mai multe deschideri, cuprinsa între doi stalpi consecutivi de ancorare a conductorului de protecție principal.
2.44. Regim normal de functionare al unei LCA [9] - regim în care linia de contact aeriana în ansamblu și elementele sale componente, fără a fi afectate prin ruperi, deformari, etc. se gasesc în stare de functionare.
2.45. Regim de avarie al unei LCA [9] - regim în care apar deformari ale elementelor componente, ruperi sau topiri ale conductoarelor, ruperi de izolatoare, cleme și armaturi, ruperea sau pierderea stabilitatii stalpilor sau fundatiilor etc., urmate în general de intreruperea funcționarii LCA. Regimul de avarie al unei LCA, considerat ca ipoteza de calcul, este regimul în care izolatoarele și lanturile de izolatoare, stalpii și fundatiile LCA sunt solicitate în mod diferit de regimul normal de functionare în urma ruperii conductoarelor sau izolatoarelor.
2.46. Rezistenta mecanica normata și sarcina mecanica normata [9] - valorile acestor marimi care se realizează cu o certitudine de cel puțin 95%. Sunt stabilite statistic ca valori caracteristice normate, corespunzătoare unui coeficient de variatie normat, care are o valoare reprezentativa pentru calitatea de ansamblu a productiei, în perioada respectiva.
2.47. Rezistenta mecanica de calcul și sarcina mecanica de calcul [9] - valorile obtinute prin impartirea valorilor rezistentei mecanice normate, respectiv sarcinii mecanice normate la un coeficient de siguranță al materialului sau elementului constructiv respectiv.
Valorile rezistentei mecanice de calcul și ale sarcinii mecanice de calcul se realizează cu o asigurare de cel puțin 99,9%.
2.48. Incarcari normate [9] - valori extreme ale incarcarilor (maxime sau minime probabile), definite statistic, realizate cu o anumita probabilitate (95-97,5%).
2.49. Incarcari de calcul [9] - valori extreme ale incarcarilor, care se realizează cu o probabilitate de 99,9% și care se determina prin înmulțirea incarcarilor normate cu coeficientii partiali de siguranță și cu cei de grupare a incarcarilor.
2.50. Denivelarea maxima admisibila a punctelor de sustinere ale conductorului de protecție principal intr-o deschidere - valoarea maxima pe care o poate lua oricare din denivelarile deschiderilor dintr-un panou de intindere a conductorului de protecție principal (h(i)), stabilita în functie de declivitatea maxima a liniei de cale ferata precizata de [15].
Declivitatea caii ferate are urmatoarele valori maxime: 150/00 pentru zone cu profil accidentat; 40/00 pentru zone de ses.
De exemplu pentru o deschidere a = 63 m rezultă o denivelare maxima admisibila:
h(max) = 0,945 m pentru zone cu profil accidentat;
h(max) = 0,252 m pentru zone de ses.
2.51. Siguranța în functionare - este o rezultanta a unui ansamblu de caracteristici, cum sunt: durabilitatea, fiabilitatea, mentenabilitatea, disponibilitatea.
3. CONDIȚII TEHNICE PENTRU CONDUCTORUL DE PROTECTIE PRINCIPAL
3.1. Condiții climato-meteorologice
3.1.1. Factori climato-meteorologici
La proiectare și la lucrarile de montare și de întreținere a liniei de contact aeriene este necesar să se tina seama de factorii principali climato-meteorologici: temperatura aerului, viteza vantului, depunerile de chiciura, precizati de [9], [11], [28]. Teritoriul României este impartit în cinci zone meteorologice (A-E), care difera din punct de vedere al intensitatii și al frecventei de manifestare a acestor factori (vezi figura 3.1 reprodusa din [9]).
În anumite zone cu caracter local, în care se constata condiții meteorologice mai grele decat cele prevăzute în tabelul 3.1, se pot adopta valori mai mari. Aceste valori trebuie să fie justificate prin date statistice furnizate de Administratia Naționala de Meteorologie - R.A., sau rezultate din statisticile de exploatare a liniilor de contact aeriene sau a liniilor aeriene de energie electrica sau de telecomunicatii din zonele respective și să aibă frecventa de aparitie de cel puțin o dată la zece ani.
3.1.1.1. În tabelul 3.1 din [9] sunt precizate presiunile dinamice de baza, date de vant (corespunzătoare vitezei mediate pe doua minute), la înălțimea de 10 m deasupra terenului și grosimea stratului de chiciura pe conductoarele LEA cu tensiuni nominale U(n) ≤ 110 kV.
TABELUL 3.1
Presiunea dinamica de baza, data de vant (corespunzătoare vitezei mediate pe doua minute) la înălțimea de 10 m deasupra terenului și grosimea stratului de chiciura pe conductoarele LEA, [9]
┌───────┬─────────────┬───────────────────────────────────────────┬───────────────────────────┐
│
│
│
Presiunea dinamica de baza [daN/mp]
│
Grosimea stratului de
│
│ Zona
│ Altitudinea ├───────────────────┬───────────────────────┤
chiciura în [mm] pentru
│
│ meteo │
[m]
│
Vant maxim fără
│
Vant simultan cu
│
U(n) ≤ 110 kV
│
│
│
│
chiciura p(v)
│
chiciura p(v) + ch
│
│
├───────┼─────────────┼───────────────────┼───────────────────────┼───────────────────────────┤
│
A
│
│
30
│
12
│
16
│
├───────┤
├───────────────────┼───────────────────────┼───────────────────────────┤
│
B
│
│
42
│
16,8 (15)*3)
│
│
├───────┤
≤ 800
├───────────────────┼───────────────────────┤
22
│
│
C
│
│
55
│
20 (17)*3)
│
│
├───────┤
├───────────────────┼───────────────────────┼───────────────────────────┤
│
D*1) │
│
│
│
│
├───────┼─────────────┼───────────────────┼───────────────────────┼───────────────────────────┤
│
E*2) │
1000
│
40
│
16
│
│
├───────┼─────────────┼───────────────────┼───────────────────────┤
│
│
│
1200
│
45
│
18
│
│
├───────┼─────────────┼───────────────────┼───────────────────────┤
Grosimea stratului de
│
│
│
1400
│
65
│
26
│ chiciura se va stabili pe │
├───────┼─────────────┼───────────────────┼───────────────────────┤
baza datelor statistice
│
│
│
1600
│
90
│
36
│furnizate de Administratia │
├───────┼─────────────┼───────────────────┼───────────────────────┤Naționala de Meteorologie -│
│
│
1800
│
110
│
44
│
R.A., sau rezultate din
│
├───────┼─────────────┼───────────────────┼───────────────────────┤statisticile de exploatare │
│
│
2000
│
130
│
52
│ ale LEA din aceasta zona
│
├───────┼─────────────┼───────────────────┼───────────────────────┤
│
│
│
2200
│
150
│
60
│
│
├───────┼─────────────┼───────────────────┼───────────────────────┤
│
│
│
2400
│
170
│
68
│
│
└───────┴─────────────┴───────────────────┴───────────────────────┴───────────────────────────┘
___________
*1) Zona meteorologica cu condiții deosebite de vant, pentru care se vor cere date de la Administratia Naționala de Meteorologie - R.A.
*2) În zone cu altitudini mai mici de 1400 m, presiunea dinamica de baza luata în considerare nu trebuie să aibă valori mai mici decat a zonelor limitrofe, cu altitudinea sub 800 m.
*3) Valorile dintre paranteze se referă la LEA de 20 kV.
Fig. 3.1
Nota 1: Greutatea volumica a chiciurei (ă(ch)) se considera egala cu 0,75 daN/dmc.
În cazul în care se adoptă, în conformitate cu punctul 3.1.1, pentru zonele (A-D), grosimi ale stratului de chiciura depus pe conductoare mai mari decat cele specificate în tabelul 3.1 și mai mari de 30 mm pentru zona E, se poate micsora valoarea densitatii chiciurii până la cel mult 0,5 daN/dmc.
Nota 2: Presiunile dinamice de baza ale vantului, prevăzute în tabelul 3.1, sunt determinate cu relația:
p = [V(10)]^2/16,3 [daN/mp],
unde: V(10) este viteza vantului în m/s, mediata pe durata a 2 minute, la 10 m deasupra solului.
3.1.1.2. Valorile temperaturii aerului care se iau în considerare la calculele de proiectare pentru liniile de contact aeriene sunt precizate în tabelul 3.2, conform cu [9].
TABELUL 3.2
┌──────────────────┬──────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│
│
Temperatura aerului [°C]
│
│Zona meteorologica├─────────────────┬─────────────────┬────────────────┬─────────────────────┤
│
│ media maximelor │ media minimelor │ media mediilor │media temperaturii de│
│
│
anuale
│
anuale
│
anuale
│ formare a chiciurii │
├──────────────────┼─────────────────┼─────────────────┼────────────────┼─────────────────────┤
│
Toata tara
│
40
│
-33
│
15
│
-5
│
│──────────────────┼─────────────────┼─────────────────┼────────────────┼─────────────────────┤
│Zone cu altitudini│
40
│
-33
│
10
│
-5
│
│
peste 800 m
│
│
│
│
│
└──────────────────┴─────────────────┴─────────────────┴────────────────┴─────────────────────┘
3.1.1.3. Condițiile climatice sunt corespunzătoare clasei 4K2 din [8], [27]. Valoarea medie anuală a umiditatii absolute maxime este 25 g x m^-3. Temperatura maxima (pentru care umiditatea relativa a aerului este ≥ 95%) are valoarea 27°C.
3.1.1.4. Radiatia solara maxima se recomanda să aibă cel puțin valoarea indicată de [11].
3.1.1.5. Condițiile seismice vor fi corespunzătoare macrozonei de amplasare a conductorului de protecție principal, având valorile recomandate de [33].
3.1.2. Gruparea incarcarilor, [9]
Calculul mecanic al conductorului de protecție principal trebuie să ia în considerare urmatoarele grupari ale incarcarilor, datorate factorilor climato-meteorologici enumerati în tabelele 3.1 și 3.2, ca ipoteze de încărcare:
a) temperatura minima, fără vant și fără chiciura;
b) temperatura medie, fără vant și fără chiciura;
c) temperatura medie, viteza vantului de 10 m/s, fără chiciura;
d) temperatura medie, viteza maxima a vantului, fără chiciura;
e) temperatura maxima, fără vant și fără chiciura;
f) temperatura de formare a chiciurii și depuneri de chiciura pe conductorul de protecție principal, fără vant;
g) temperatura de formare a chiciurii, vant simultan cu chiciura și depuneri de chiciura pe conductorul de protecție principal.
3.2. Condiții constructive, [9]
Pentru realizarea conductorului de protecție principal se va utiliza conductor funie fabricat cu fire componente din acelasi material sau din materiale diferite. Condițiile constructive generale ale conductoarelor utilizate trebuie să fie cel puțin cele indicate în standardele: [1]-[6].
Sarmele de otel folosite la realizarea conductoarelor de otel sau de otel-aluminiu vor fi protejate împotriva coroziunii cu un strat gros de zinc având caracteristicile cel puțin corespunzătoare clasei a doua de zincare, indicate în [4], [9].
3.3. Caracteristicile fizice ale conductoarelor utilizate la realizarea conductorului de protecție principal
3.3.1. Secțiunea reala a conductorului, [14]
Secțiunea reala (efectiva) a conductorului cu fire componente din acelasi material Sc [mmp] este suma secțiunilor firelor din care este fabricat conductorul.
Secțiunea reala a conductorului cu fire componente din materiale diferite Sc [mmp] este suma secțiunilor reale pentru fiecare metal utilizat la fabricarea conductorului:
Sc = S(Al) + S(Ol) [mmp].
Secțiunile reale și materialele folosite pentru fabricarea conductorului de protecție principal vor fi stabilite în urma calculului privind regimul termic în condiții normale de exploatare și în regim de scurtcircuit (în locul cel mai dezavantajos din instalatia de protecție din care face parte conductorul, având o durată determinata de valoarea maxima a timpului de declansare prin protectia de rezerva) și în urma determinarii potentialelor de calcul pe care le pot lua obiectele protejate față de sina în cazul acestor regimuri.
3.3.2. Modulul de elasticitate echivalent al conductorului de protecție principal cu fire componente din materiale diferite Ec, [14].
Se calculeaza cunoscand secțiunile reale și modulele de elasticitate ale celor două metale din care este alcătuit conductorul de protecție principal cu formula:
Ec = [E(Al) S(Al) + E(Ol) S(Ol)]/Sc [daN/mmp],
unde:
E(Al) - modulul de elasticitate pentru aluminiu [daN/mmp];
E(Ol) - modulul de elasticitate pentru otel [daN/mmp].
3.3.3. Coeficientul de dilatare liniara a conductorului de protecție principal cu fire componente din materiale diferite α(c), [14].
Se calculeaza cunoscand coeficientii de dilatare liniara pentru cele doua metale:
α(c) = [α(Al) E(Al) S(Al) + α(Ol) E(Ol) S(Ol)]/[E(Al) S(Al) + E(Ol) S(Ol)] [1/°C],
unde:
α(Al) - coeficientul de dilatare liniara pentru aluminiu [1/°C];
α(Ol) - coeficientul de dilatare liniara pentru otel [1/°C].
3.4. Cerințe privind siguranța în functionare pentru conductorul de protecție principal
Indicatorii de fiabilitate ai conductorului de protecție principal sunt definiti și precizati de [20], [23], în functie de natura materialelor din care este fabricat conductorul, considerand ca el este un produs nereparabil.
3.4.1. Centila de ordin P a duratei de viața
a) Pentru conductor funie de aluminiu-otel, maximum 5% din echipament se poate defecta în 60 ani;
b) Pentru conductor funie de otel, maximum 5% din echipament se poate defecta în 20 ani.
3.4.2. Rata de defectare lambda sau fiabilitatea R(t)
a) Pentru conductor funie de aluminiu-otel:
lambda ≤ 0,083 an^-1 pe 100 km, pentru un nivel de incredere ≥ 0,8;
R(t) ≥ 0,999 la t = 1 an și nivel de incredere ≥ 0,8.
b) Pentru conductor funie de otel:
lambda ≤ 0,25 an-1 pe 100 km, pentru un nivel de incredere ≥ 0,8;
R(t) ≥ 0,998 la t = 1 an și nivel de incredere ≥ 0,8.
3.5. Cleme și armaturi utilizate pentru prinderea conductorului de protecție principal
3.5.1. Condiții tehnice pentru dimensionarea clemelor și armaturilor utilizate pentru intinderea și suspendarea conductorului de protecție principal.
Clemele și armaturile utilizate pentru ancorarea, intinderea și susținerea conductorului de protecție principal pe stalpii LCA se impart în două categorii:
a) cleme și armaturi de categoria A, care sunt supuse din punct de vedere termic, incalzirii datorita trecerii curentului electric, iar din punct de vedere mecanic supuse la tractiune (de exemplu: clemele pentru innadirea mecanica și clemele pentru intinderea conductorului de protecție principal); aceste cleme este necesar să aibă o sarcina de alunecare egala cu minimum 95% din valoarea sarcinii de rupere minime a conductorului de protecție principal [9];
b) cleme și armaturi de categoria B, care sunt supuse din punct de vedere termic incalzirii datorita trecerii curentului electric, iar din punct de vedere mecanic nefiind supuse la tractiune (de exemplu: clemele pentru susținerea conductorului de protecție principal, cleme sa); aceste cleme se dimensioneaza din punct de vedere mecanic, pentru gruparile fundamentala și speciala de incarcari, astfel încât în ipoteza de încărcare maxima (-5°C, greutatea conductorului + vant + depuneri de chiciura), fortele de calcul să fie mai mici sau cel mult egale cu sarcinile de calcul ale pieselor respective [9]. Sarcinile de calcul ale clemelor și armaturilor din această categorie se determina prin adoptarea unui procentaj de 50% din sarcina mecanica de rupere minima a pieselor respective [9].
3.5.2. Protectia împotriva coroziunii.
Protectia împotriva coroziunii pentru clemele fabricate din otel (exceptand clemele din otel inoxidabil) se va realiza prin galvanizare la cald, recomandandu-se prevederile din [22].
3.5.3. Cerințe privind siguranța în functionare pentru clemele conductorului de protecție principal.
Siguranța în functionare a clemelor și armaturilor pentru conductorul de protecție principal se apreciaza pe baza indicatorilor de fiabilitate, cu valorile indicate în [20], [23], considerand ca piesele respective sunt nereparabile:
- Centila de ordin P a duratei de viața: maxim 3% din cleme se pot defecta până la 25 ani;
- Rata de defectare: lambda ≤ 0,0012 an^-1, pentru un nivel de incredere de minimum 0,8;
- Fiabilitatea: R(t) ≥ 0,998, pentru t = 1 an, la un nivel de incredere de minimum 0,8.
3.5.4. Încercările clemelor și armaturilor de categoriile A și B este necesar să se efectueze cu respectarea prevederilor din [7].
4. DETERMINAREA INCARCARILOR NORMATE ȘI A INCARCARILOR DE CALCUL PENTRU CONDUCTORUL DE PROTECTIE PRINCIPAL
4.1. Determinarea incarcarilor unitare
4.1.1. Incarcarile unitare normate, [9]
Aceste incarcari se realizează cu o probabilitate de 95% și se compun din:
4.1.1.1. Încărcare unitara normata datorita greutatii conductorului
g(1,n) = g(c) [daN/m],
unde g(c) este greutatea proprie a conductorului.
4.1.1.2. Încărcarea unitara normata datorita chiciurei, calculată cu relația:
g(2,n) = pi x b x [b + d(c)] x ă(ch)/1000 [daN/m],
unde:
d(c) [mm] - diametrul conductorului neacoperit cu chiciura;
b [mm] - grosimea stratului de chiciura depusa pe conductor din tabelul 3.1;
ă(ch) [daN/dmc] - greutatea volumica a chiciurii are valoarea precizata de Nota 1 la punctul 3.1.1.1.
4.1.1.3. Încărcarea unitara normata datorita greutatii conductorului acoperit cu chiciura:
g(3,n) = g(1,n) + g(2,n) [daN/m].
4.1.1.4. Incarcarile unitare normate datorita presiunii vantului se calculeaza în condițiile de la punctul 4.1.1.
4.1.1.4.1. Încărcarea unitara normata datorita vantului maxim fără chiciura:
g(4,n) = C(tc) x âa(c) x p(vmax) x dc/1000 [daN/m],
unde:
C(tc) = 1,2 coeficient aerodinamic pentru conductor cu diametrul mai mic de 20 mm, precizat în tabelul 4.1 [9];
â(c) = 1,55 este coeficientul de rafala și neuniformitate a vitezei vantului pentru deschideri cu lungimi mai mici de 100 m, la inaltimi mai mici de 10 m, precizat în [9];
p(vmax) [daN/mp] - presiunea dinamica data de regimul de vant maxim în zona climatica (A, B, C, D) din tabelul 3.1.
TABELUL 4.1
Valorile coeficientului aerodinamic C(tc) [9]
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────┬───────┐
│
Specificatia
│ C(tc) │
├───────────────────────────────────┬──────────────────────────────────┼───────┤
│
│Diametrul conductorul ≥ 20 [mm]
│
1,1
│
│
Fără chiciura
├──────────────────────────────────┼───────┤
│
│Diametrul conductorului < 20 [mm] │
1,2
│
├───────────────────────────────────┴──────────────────────────────────┼───────┤
│Cu chiciura, indiferent de diametrul conductorului
│
1,2
│
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────┴───────┘
4.1.1.4.2. Încărcarea unitara normata datorita vantului și chiciurei în regim normal de functionare:
g(5,n) = C(tc) x â(c) x p(v+ch) x [d(c) + 2b]/1000 [daN/m],
unde:
p(v+ch) [daN/mp] - presiunea dinamica de baza data de vant simultan cu chiciura în zona climatica (A, B, C, D) precizata în tabelul 3.1;
b [mm] - grosimea stratului de chiciura depusa pe conductor;
â(c) - coeficientul de rafala cu valoarea de la punctul 4.1.1.4.1;
C(tc) - coeficientul aerodinamic cu valoarea de la punctul 4.1.1.4.1.
4.1.1.4.3. Încărcarea unitara normata datorita vantului și chiciurei în regim de avarie:
g(8,n) = eta(a)/eta(n) x C(tc) x â(c) x p(v+ch) x (d(c) + 2b)/1000 [daN/m],
în care: eta(a), eta(n) sunt coeficientii partiali de siguranță din tabelul 4.2 extras din [9].
4.1.1.5. Incarcari unitare normate cumulate
4.1.1.5.1. Incarcari unitare rezultate din actiunea simultana a greutatii conductorului și a presiunii vantului pe conductor:
2
2
0,5
g
= (g
+ g
)
[daN/m]
6,n
1,n
4,n
4.1.1.5.2. Incarcari unitare rezultate din actiunea simultana a greutatii conductorului acoperit cu chiciura și a presiunii vantului pe conductor, în regim normal de functionare:
2
2
0,5
g
= (g
+ g
)
[daN/m]
7,n
3,n
5,n
4.1.1.5.3. Incarcari unitare rezultate din actiunea simultana a greutatii conductorului acoperit cu chiciura și a presiunii vantului pe conductor, în regim de avarie:
2
2
0,5
g
= (g
+ g
)
[daN/m]
9,n
3,n
8,n
4.1.2. Incarcari unitare de calcul
Aceste incarcari se realizează cu o probabilitate de 99,9% și se obtin prin înmulțirea incarcarilor unitare normate cu coeficientii de siguranță prescrisi în tabelul 4.2.
4.1.2.1. Încărcare unitara de calcul datorita greutatii conductorului:
g(1,c) = 1,1 g(c) [daN/m],
unde g(c) este greutatea unitara a conductorului.
4.1.2.2. Încărcare unitara de calcul datorita chiciurii:
g(2,c) = 1,8 x g(2,n) [daN/m].
TABELUL 4.2
Coeficienții partiali de siguranță pentru LCA 25 kV, 50 Hz, [9]
┌───────────────┬──────────────────────────────┬───────────────┬───────────────┐
│
│
│
eta(n)
│
eta(a)
│
│ Categoria de
│
Incarcari
├───────┬───────┼───────┬───────┤
│
incarcari
│
│Zonele │Zonele │Zonele │Zonele │
│
│
│ A,B,C │
D,E
│ A,B,C │
D,E
│
├───────────────┼──────────────────────────────┼───────┴───────┼───────┴───────┤
│
Permanente
│Masa proprie (stalpi, cabluri,│
1,1
│
1,1
│
│
│conductoare, izolatoare)
│
│
│
├───────────────┼──────────────────────────────┼───────┬───────┼───────┬───────┤
│
Variabile
│Presiunea vantului
│
1,3
│
1,5
│ 0,25
│ 0,45
│
│
├──────────────────────────────┼───────┴───────┼───────┴───────┤
│
│Masa chiciurei (pe izolatoare,│
│
│
│
│conductoare active și de
│
1,8
│
1,8
│
│
│protecție, stalpi, etc.)
│
│
│
│
├──────────────────────────────┼───────────────┼───────────────┤
│
│Tractiunea conductoarelor în
│
│
│
│
│regim normal de functionare
│
1,3
│
-
│
│
│(pentru calculul stalpilor)
│
│
│
├───────────────┼──────────────────────────────┼───────────────┼───────────────┤
│ Excepționale
│Tractiunea conductoarelor în
│
│
│
│
│regim de avarie (pentru
│
-
│
1,1
│
│
│calculul stalpilor)
│
│
│
├───────────────┼──────────────────────────────┼───────────────┼───────────────┤
│Regim de montaj│Incarcari rezultate din schema│
1,1
│
-
│
│
│de montaj
│
│
│
└───────────────┴──────────────────────────────┴───────────────┴───────────────┘
4.1.2.3. Încărcarea unitara de calcul datorita greutatii conductorului acoperit cu chiciura:
g(3,c) = g(1,c) + g(2,c) [daN/m].
4.1.2.4. Încărcarea unitara de calcul datorita presiunii vantului, [9]
4.1.2.4.1. Încărcarea unitara de calcul datorita vantului maxim, fără chiciura:
g(4,c) = eta(n) x g(4,n) [daN/m],
unde: eta(n) - coeficient parțial de siguranță pentru regim normal precizat în tabelul 4.2.
4.1.2.4.2. Încărcarea unitara de calcul datorita vantului și chiciurei în regim normal de functionare se calculeaza cu relația:
g(5,c) = eta(n) x g(5,n) [daN/m],
unde: eta(n) - coeficient parțial de siguranță pentru regim normal precizat în tabelul 4.2.
4.1.2.4.3. Încărcarea unitara de calcul datorita vantului și chiciurei în regim de
avarie:
g(8,c) = eta(a) x g(5,n) [daN/m],
în care:
eta(a) - este coeficientul parțial de siguranță pentru regim de avarie din tabelul 4.2.
4.1.2.5. Incarcari unitare de calcul cumulate
4.1.2.5.1. Încărcarea rezultata din actiunea simultana a greutatii conductorului și a presiunii vantului pe conductor se calculeaza cu relația:
2
2
0,5
g
= (g
+ g
)
[daN/m]
6,n
1,c
4,c
4.1.2.5.2. Incarcari rezultate din actiunea simultana a greutatii conductorului acoperit cu chiciura și a presiunii vantului pe conductor, în regim normal de functionare:
2
2
0,5
g
= (g
+ g
)
[daN/m]
7,c
3,c
5,c
4.1.2.5.3. Incarcari rezultate din actiunea simultana a greutatii conductorului acoperit cu chiciura și a presiunii vantului pe conductor, în regim de avarie:
2
2
0,5
g
= (g
+ g
)
[daN/m]
9,c
3,c
8,c
4.2. Determinarea incarcarilor specifice, [9]
Incarcarile specifice, normate și de calcul, se obtin din incarcarile unitare, normate și de calcul, impartite la secțiunea reala a conductorului.
4.2.1. Incarcarile specifice normate
4.2.1.1. Pentru gruparea fundamentala de incarcari normate (regim normal de functionare):
ă(1,n) = g(1,n)/Sc [daN/m/mmp],
ă(2,n) = g(2,n)/Sc [daN/m/mmp],
ă(3,n) = g(3,n)/Sc [daN/m/mmp],
ă(4,n) = g(4,n)/Sc [daN/m/mmp],
ă(5,n) = g(5,n)/Sc [daN/m/mmp],
ă(6,n) = g(6,n)/Sc [daN/m/mmp],
ă(7,n) = g(7,n)/Sc [daN/m/mmp],
ă(8,n) = g(8,n)/Sc [daN/m/mmp],
în care, Sc[mmp] reprezinta secțiunea reala a conductorului funie definita la 2.28.
4.2.1.2. Pentru gruparea speciala de incarcari normate (regim de avarie):
ă(9,n) = g(9,n)/Sc [daN/m/mmp],
4.2.2. Incarcarile specifice de calcul
4.2.2.1. Pentru gruparea fundamentala de incarcari de calcul (regim normal de functionare):
ă(1,c) = g(1,c)/Sc [daN/m/mmp],
ă(2,c) = g(2,c)/Sc [daN/m/mmp],
ă(3,c) = g(3,c)/Sc [daN/m/mmp],
ă(4,c) = g(4,c)/Sc [daN/m/mmp],
ă(5,c) = g(5,c)/Sc [daN/m/mmp],
ă(6,c) = g(6,c)/Sc [daN/m/mmp],
ă(7,c) = g(7,c)/Sc [daN/m/mmp],
ă(8,c) = g(8,c)/Sc [daN/m/mmp],
4.2.2.2. Pentru gruparea speciala de incarcari de calcul (regim de avarie):
ă(9,c) = g(9,c)/Sc [daN/m/mmp],
4.3. Determinarea incarcarilor normate și de calcul asupra stalpului LCA, [9]
4.3.1. Incarcari orizontale provenite din actiunea vantului pe conductorul de protecție principal.
4.3.1.1. Incarcari rezultate din actiunea vantului maxim pe conductorul de protecție principal.
Pentru stalpul cu numărul "i" se calculeaza:
F(4,n,i) = g(4,n) x a(v,i) x siný(phi) [daN] încărcare normata,
F(4,c,i) = g(4,c) x a(v,i) x siný(phi) [daN] încărcare de calcul,
unde:
g(4,n), g(4,c) [daN/m] - incarcarile unitare normate și de calcul pentru conductorul de protecție principal supus la actiunea vantului maxim, calculate la punctele 4.1.1, 4.1.2;
a(v,i) - deschiderea la incarcari din vant pentru stalpul "i", calculată cu relația:
a(v,i) = [a(i-1) + a(i)]/2 [m],
unde:
a(i-1); a(i) [m] - deschiderile adiacente stalpului "i";
phi [radian] - unghiul dintre directia vantului și axa LCA.
4.3.1.2. Incarcari rezultate din actiunea vantului pe conductorul de protecție principal acoperit cu chiciura:
F(5,n,i) = g(5,n) x a(v,i) x siný(phi) [daN] încărcare normata,
F(5,c,i) = g(5,c) x a(v,i) x siný(phi) [daN] încărcare de calcul,
unde:
g(5,n), g(5,c) [daN/m] - incarcarile unitare normate și de calcul pentru conductorul de protecție principal acoperit cu chiciura supus la actiunea vantului, calculate la punctele 4.1.1, 4.1.2;
a(v,i) [m] - deschiderea la incarcari din vant pentru stalpul "i", calculată conform punctului 4.3.1.1;
phi [radian] - unghiul dintre directia vantului și axa LCA.
4.3.2. Incarcari verticale provenite din greutatea conductorului de protecție principal
4.3.2.1. Incarcari verticale provenite din greutatea conductorului de protecție principal la temperatura medie
Pentru stalpul cu numărul "i":
G(1,n,i) = g(1,n) x a(g,i) [daN] încărcare normata,
G(1,c,i) = g(1,c) x a(g,i) [daN] încărcare de calcul,
unde:
g(1,n), g(1,c) [daN/m] - incarcarile unitare normate și de calcul provenite din greutatea conductorului de protecție principal, calculate la punctele 4.1.1, 4.1.2;
a(g,i) [m] - deschiderea la incarcari verticale pentru stalpul "i"; se calculeaza pe baza absciselor punctelor de minim ale curbelor conductorului în deschiderile "i-1", "i" adiacente stalpului, notate cu x(2,i-1) respectiv x(1,i), calculate cu relatiile de la punctul 5.9, pentru încărcarea specifică normata datorita greutatii conductorului:
a(g,i) = │x(2,i-1)│ + │x(1,i)│.
4.3.2.2. Incarcari verticale provenite din greutatea conductorului de protecție principal acoperit cu chiciura:
G(3,n,i) = g(3,n) x a(g,i) [daN] încărcare normata,
G(3,c,i) = g(3,c) x a(g,i) [daN] încărcare de calcul,
unde:
g(3,n), g(3,c) [daN/m] - incarcarile unitare normate și de calcul pentru conductorul de protecție principal acoperit cu chiciura, calculate la punctele 4.1.1, 4.1.2;
a(3,g,i) [m] - deschiderea la incarcari verticale pentru stalpul "i"; se calculeaza pe baza absciselor punctelor de minim ale curbelor conductorului în deschiderile "i-1", "i" adiacente stalpului, notate cu x(2,i-1) respectiv x(1,i), calculate cu relatiile de la punctul 5.9, pentru încărcarea specifică normata datorita greutatii conductorului acoperit cu chiciura:
a(3,g,i) = │x(2,i-1)│ + │x(1,i)│
5. DETERMINAREA TRACTIUNILOR ȘI SAGETILOR CONDUCTORULUI DE PROTECTIE PRINCIPAL (metoda de verificare la stari limita)
5.1. Ipoteze de calcul
În calculele pentru determinarea tractiunilor și sagetilor în conductorul de protecție principal se fac urmatoarele ipoteze:
a) Conductorul de protecție principal este considerat fix în punctele de sustinere și supus schimbarilor mediului exterior. Variatiile lungimii conductorului la variatia factorilor climatici determina variatia eforturilor în conductor. Tractiunile maxime pot să apară în conductor fie la temperaturi foarte scazute (vezi 3.1.2 a), fie la suprasarcini mari (vezi 3.1.2 g). În calculul mecanic al conductorului se adoptă drept condiții initiale eforturile maxime admisibile pe care trebuie să le suporte conductorul în condițiile cele mai defavorabile;
b) Se considera ca deschiderile cuprinse într-un panou de intindere sunt denivelate și inegale, iar variatiile parametrilor mediului ambiant sunt aceleasi în toate deschiderile panoului;
c) Rezistenta de rupere calculată a conductorului p(rc) se determina cu relația:
p(rc) = 0,95 'f3(r)/S(c) [daN/mmp],
unde:
'f3(r) [daN] - forta de rupere calculată a conductorului,
S(c) [mmp] - secțiunea reala (efectiva) a conductorului;
d) Pentru calculul mecanic al conductorului de protecție principal este necesar să se efectueze determinarea incarcarilor normate și a incarcarilor de calcul ținând seama de condițiile climato-meteorologice ale zonei traversate de linia de contact aeriana (temperatura aerului, viteza vantului, depuneri de chiciura) [9];
e) În urma calculului mecanic se considera ca un conductor este bine ales și intins corespunzător dacă sarcina mecanica de calcul și rezistenta mecanica de calcul (definite la 2.47), în toate starile de functionare, în punctele de prindere a conductorului în cleme, nu sunt depășite cu mai mult de 5%;
f) Incarcarile normate ale conductorului de protecție principal sunt valori extreme ale incarcarilor, definite statistic, realizate cu o probabilitate de 95%;
g) Incarcarile de calcul ale conductorului de protecție principal sunt valorile extreme ale incarcarilor care se realizează cu o probabilitate de 99,9%, care se determina prin înmulțirea incarcarilor normate cu coeficientul parțial de siguranță și cu cel de grupare a incarcarilor precizati de [9];
h) Sagetile maxime se calculeaza pe baza incarcarilor normate, în ipoteza temperaturii maxime (vezi 3.1.2 e), și în ipoteza de suprasarcina maxima (vezi 3.1.2 g), cu urmatoarele precizări:
- vantul acționează perpendicular pe conductorul de protecție principal;
- coeficientul de rafala și de neuniformitate a vantului pe conductor: â(c) = 1,55 s-a determinat conform [9] pentru înălțimea medie de suspensie a conductorului de protecție principal față de sol: H = 10 m, pentru deschideri mai mici de 100 m;
i) La calculul curbelor utilizate la amplasarea stalpilor pe profilul caii ferate, în faza de proiectare, se va considera starea finala a tractiunilor și sagetilor conductoarelor. Ca stare finala se va lua starea existenta după 10 ani de functionare, ținând seama de fluaj;
j) La calculul sagetilor de montaj ale conductorului de protecție principal se va considera starea initiala, ca stare dinaintea aparitiei fenomenului de fluaj. Tractiunile și sagetile conductorului de protecție principal se calculeaza pentru aceasta stare plecand de la valorile maxime ale rezistentelor de calcul indicate la punctul 5.2.
5.2. Verificarea comportarii conductorului de protecție principal la stari limita (critice) [9]
Se verifica comportarea conductorului de protecție principal în urmatoarele stari limita care pot da eforturi și/sau sageti maxime:
Starea 1 - starea de suprasarcina maxima (determinata de greutatea conductorului și de vant simultan cu chiciura, la temperatura T1 = -5°C, conform coloanei 4 din tabelul 3.2); valoarea maxima a rezistentei mecanice de calcul pentru aceasta stare va fi:
p(1) = p(max) (-5°C + conductor + chiciura + vant) = 0,7 p(rc) [daN/mmp],
unde: p(rc) este rezistenta de rupere calculată a conductorului (vezi punctul 5.1 c);
Starea 2 - starea de temperatura minima (determinata de greutatea conductorului la temperatura T2 = -33°C, conform coloanei 2 din tabelul 3.2). Valoarea maxima a rezistentei mecanice de calcul pentru aceasta stare va fi:
p(2) = p(max) (-33°C + conductor) = 0,5 p(rc) [daN/mmp];
Starea 3 - starea de solicitare în regim de temperatura medie fără vant și fără chiciura. Aceasta este starea de solicitare zilnica determinata de greutatea conductorului la temperatura T3, conform coloanei 3 din tabelul 3.2, pentru care valoarea maxima a rezistentei mecanice de calcul va fi:
p3 = p(max) (+15°C + conductor) = 0,25 p(rc) [daN/mmp].
Valorile maxime ale rezistentei mecanice de calcul pentru cele trei stari de mai sus sunt precizate în [9] pentru conductoare cu fire componente din acelasi material și pentru conductoare cu fire din materiale diferite, în deschideri cu lungimi mai mici de 120 m. Valorile rezistentei și sarcinii mecanice de calcul se realizează cu un coeficient de incredere de 99,9%.
NOTĂ: Se pot adopta valori mai mici pentru rezistentele mecanice maxime de calcul la cele trei stari de mai sus, cu condiția ca sagetile rezultate să asigure distanta minima a conductorului de protecție principal față de sol și față de conductoarele active ale LCA.
5.3. Ecuatia de stare
Ecuatia care leagă valorile eforturilor în doua stari de solicitare a conductorului pentru un panou având deschideri inegale, cu denivelari este:
u x p(0,n)-[a(med)x ă(n)/p(0,n)]^2 x E(c)/24 =
u x p(0,m)-[a(med)x ă(m,c)/p(0,m)]^2 x E(c)/24 - α(c)x E(c)x [T(n)-T(m)]
în care se folosesc indicii:
n - pentru marimile care se referă la starea pentru care se calculeaza tractiunea specifică normata la o valoare a temperaturii T(n) aparține interval [-33 la +40]°C;
m - pentru marimile care se referă la starea de referința;
și urmatoarele notatii:
E(c) [daN/mmp] - modulul de elasticitate al conductorului;
α(c) [°C-1] - coeficientul de dilatare liniara al conductorului;
a(i) [m] - deschiderea "i";
phi(i) [radian] - unghiul de panta al deschiderii "i";
h(i) [m] - denivelarea deschiderii "i";
ă(m,c) [daN/m/mmp] - încărcarea specifică de calcul a conductorului la starea de referința;
p(0,m) [daN/mmp] - componenta orizontala a tractiunii specifice de calcul la starea "m";
T(m) [°C] - temperatura stării de referința "m";
p(0,n) [daN/mmp] - componenta orizontala a tractiunii specifice normate la starea "n", care urmeaza să se determine;
ă(n) [daN/m/mmp] - încărcarea specifică normata a conductorului la starea pentru care se calculeaza p(0,n);
T(n) [°C] - temperatura stării pentru care se determina p(0,n) cu valori cuprinse între -33 și +40°C;
a(med) [m] - deschiderea medie pentru un panou cu "N" deschideri reale inegale a(i), cu unghiuri de panta phi(i), i = 1, ..., N este calculată cu relația:
a(med)=([(a(1)^3 x cos(phi)1+...+a(N)^3 x cos(phi)(N)]/[a(1)+...+a(N)])^0,5 [m];
u - factorul de denivelare al panoului este calculat cu relația:
u= (a1 x [1+(h1/a1)^2/2]+...+a(N)x [1+(h(N)/a(N))^2/2)]/(a1+...+a(N)).
5.4. Deschiderea critica
Deschiderea critica este acea valoare a deschiderii "a" pentru care influența temperaturii este egala cu influența sarcinii asupra efortului conductorului.
În calculele mecanice se va adopta în mod obisnuit ca regim initial acela care este caracterizat la solicitarea maxima și care va fi cel mult egala cu solicitarea admisibila de calcul.
Stabilirea regimului initial între doua stari limita se efectueaza în functie de: deschiderea, temperatura, încărcarea cu suprasarcini, valoarea rezistentei admisibile de calcul în conductorul de protecție principal.
Gruparea starilor la scrierea ecuatiilor de stare pentru conductorul de protecție principal este urmatoarea:
- pentru conductor cu fire componente din acelasi material starile 1 și 2 menționate la punctul 5.2;
- pentru conductor cu fire componente din materiale diferite starile 1 și 2; 1 și 3; 2 și 3, menționate la punctul 5.2.
5.4.1. Determinarea deschiderii critice se efectueaza pentru fiecare grup de stari folosind formulele urmatoare:
a(cr1-2) = (24 x [p1 - p2 + α(c) x E(c) x (T1 - T2)]/[E(c) x ((ă(7,c)/p1)^2 -
(ă(1,c)/p2)2)])^0,5
[m],
a(cr1-3) = (24 x [p1 - p3 + α(c) x E(c) x (T1 - T3)]/[E(c) x ((ă(7,c)/p1)^2 -
(ă(1,c)/p3)2)]^0,5)
[m],
a(cr2-3) = (24 x [p2 - p3 + α(c) x E(c) x (T2 - T3)]/[E(c) x ((ă(1,c)/p2)^2 -
(ă(1,c)/p3)^2)])^0,5
[m],
unde: p1, p2, p3 și T1, T2, T3 sunt valorile maxime ale rezistentelor mecanice de calcul respectiv valorile temperaturilor la starile 1, 2 și 3 definite la 5.2.
NOTĂ: - Pentru conductor de protecție principal cu fire componente din acelasi material se calculeaza doar a(cr1-2);
- Pentru conductor de protecție principal cu fire componente din materiale diferite (de exemplu Al-OL) se calculeaza a(cr1-2), a(cr1-3), a(cr2-3).
5.4.2. Stabilirea regimului initial se efectueaza ținând seama de urmatorii parametri: deschiderea, temperatura mediului ambiant, încărcarea cu suprasarcini, valoarea maxima admisibila de calcul a efortului în conductorul de protecție principal.
Pentru conductorul de protecție principal cu fire componente din acelasi material regimul initial se determina aplicand urmatoarea regula:
- dacă a(med) < a(cr1-2), regimul initial este cel de temperatura minima (starea 2);
- dacă a(med) > a(cr1-2), regimul initial este cel de sarcina maxima (starea 1).
Pentru conductorul de protecție principal cu fire componente din materiale diferite regimul initial se determina utilizand urmatoarea regula:
- dacă a(med) < a(cr1-2) regimul initial este cel de temperatura minima (starea 2);
- dacă a(med) > a(cr2-3) regimul initial este cel de suprasarcina maxima (starea 1);
- dacă a(cr1-2) < a(med) < a(cr2-3) regimul initial este cel de temperatura medie (starea 3).
5.5. Sarcina relativa critica pentru conductorul de protecție principal cu fire componente din materiale diferite este sarcina relativa la care deschiderile critice calculate cu formulele de la punctul 5.4 sunt egale:
a(cr1-2) = a(cr1-3) = a(cr2-3).
Sarcina relativa critica permite să se stabileasca starea la care se dimensioneaza conductorul, se va nota cu q(cr) și se va calcula cu formula din [14]:
q(cr)=(p1/p2) x [(A x E(c) x α(c)+B)/(E(c) x α(c) x (T3-T2)+p3-p2)]0,5,
unde s-au notat:
A = T3 - T1 + p2/p3 x (T1 - T2),
B = p3 - p1 + (p2/p3)^2 x (p1 - p2).
NOTĂ: Sarcina relativa critica se calculeaza doar pentru conductorul cu fire componente din materiale diferite.
TABELUL 5.1
Stabilirea stării de dimensionare a conductorului de protecție principal cu fire componente din materiale diferite
┌─────────┬──────────────────────────────────────────────────────┬─────────────┐
│
│
│ Starea care │
│ Sarcina │
Deschiderea medie a(med)
│dimensioneaza│
│relativa │
├─────┬───────┤
│
│
│
P
│ T[°C] │
├─────────┼──────────────────────────────────────────────────────┼─────┼───────┤
│
│a(med) < a(cr1-2)
│ p2
│
-33
│
│q > q(cr)├──────────────────────────────────────────────────────┼─────┼───────┤
│
│a(med) > a(cr1-2)
│ p1
│
-5
│
├─────────┼─────────────────┬────────────────────────────────────┼─────┼───────┤
│
│
│
a(cr2-3) = imaginar
│ p3
│
+15
│
│
│a(med) < a(cr1-2)├─────────────────┬──────────────────┼─────┼───────┤
│
│a(med) < a(cr1-2)│
│a(med) < a(cr2-3) │ p2
│
-33
│
│q < q(cr)│
│
a(cr2-3) > 0
├──────────────────┼─────┼───────┤
│
sau
│
│
│a(med) > a(cr2-3) │ p3
│
+15
│
│ q(cr) = ├─────────────────┼─────────────────┴──────────────────┼─────┼───────┤
│imaginar │
│
a(cr1-3) = imaginar
│ p3
│
+15
│
│
│a(med) > a(cr1-2)├─────────────────┬──────────────────┼─────┼───────┤
│
│a(med) > a(cr1-2)│
│a(med) < a(cr1-3) │ p3
│
+15
│
│
│
│
a(cr1-3) > 0
├──────────────────┼─────┼───────┤
│
│
│
│a(med) > a(cr1-3) │ p1
│
-5
│
└─────────┴─────────────────┴─────────────────┴──────────────────┴─────┴───────┘
5.6. Determinarea stării care dimensioneaza conductorul de protecție principal
5.6.1. Stabilirea stării de dimensionare a conductorului cu fire componente din acelasi material se efectueaza astfel:
- dacă a(med) < a(cr1-2) starea care dimensioneaza este starea 2;
- dacă a(med) > a(cr1-2) starea care dimensioneaza este starea 1.
5.6.2. Stabilirea stării de dimensionare a conductorului cu fire componente din materiale diferite se efectueaza conform tabelului 5.1, în functie de relația între sarcina relativa și sarcina relativa critica precum și functie de relația dintre deschiderea medie și deschiderile critice.
Se noteaza cu q sarcina relativa: q = ă(7,c)/ă(1,c).
5.7. Calculul tractiunii orizontale la starea care dimensioneaza
La starea care dimensioneaza determinata la punctul 5.6 se calculeaza tractiunea orizontala pentru fiecare deschidere a(i) din panou, ținând seama de denivelarea respectiva h(i) și de unghiul de panta, folosind urmatoarea ecuatie data în [14]:
p^2(0,m) + p(0,m) x [0,5 x h(i) x ă(m,c) - p(m)] x cos(phi)(i) + 0,125 x
[a(i) x ă(m,c)]^2 = 0,
unde:
m - indice care reprezinta una din starile 1, 2, 3 (starea care dimensioneaza conform tabelului 5.6);
ă(m,c) [daN/m/mmp] - încărcarea unitara specifică de calcul la starea "m" care dimensioneaza;
p(m) [daN/mmp] - efortul maxim admis în conductor pentru starea care dimensioneaza;
p(0,m) [daN/mmp] - efortul de tractiune orizontala la starea m;
a(i) [m] - deschiderea "i";
h(i) [m] - denivelarea deschiderii "i";
phi(i) [°] - unghiul de panta al deschiderii "i"; cos(phi)(i) = a(i)/[a(i)^2 + h(i)^2]^0,5.
Dacă discriminantul ecuatiei are valoare negativa conductorul se rupe sub greutatea proprie, caz în care trebuie micsorata lungimea deschiderii sau trebuie ales un conductor mai rezistent.
Dacă discriminatul este pozitiv, solutia pozitiva cea mai mare este aleasa ca valoare a tractiunii orizontale la starea care dimensioneaza. Valoarea acestei solutii este data de relația:
p(0,m)=0,5 x (-[0,5 x h(i)x ă(m,c)-p(m)] x cos(phi)(i) +
[(0,5 x h(i) x ă(m,c)-p(m))^2 x cos^2 (phi)(i)-0,5 x [a(i)x ă(m,c)^2]^0,5)
După determinarea tractiunii orizontale pentru fiecare deschidere din panou se stabileste valoarea minima a tractiunii orizontale pentru panoul respectiv care va fi notata cu P(0) = [p(0,m)] min.
5.8. Determinarea tractiunii orizontale normate
Determinarea tractiunilor orizontale normate este necesară pentru calculul sagetilor conductorului de protecție principal în deschiderile panoului în faza de montaj și pentru diverse stari critice.
Cu ajutorul ecuatiei de stare prezentată la punctul 5.3 se calculeaza tractiunile orizontale normate pentru diferite temperaturi de montaj în intervalul (-33 la +40)°C luand în considerare doar greutatea conductorului, precum și la starile: (-5°C + conductor + chiciura), (-5°C + conductor+ chiciura + vant), (-5°C + conductor + chiciura + vant + avarie), (T(med) + vant maxim), ținând seama de P0 determinat la 5.7.
Pentru deschiderea medie a(med) se scrie ecuatia de stare cu variabila p(0,n):
u x p(0,n)-[a(med)x ă(n)/p(0,n)^]2 x E(c)/24=
u x P0-[a(med) x ă(m,c)/P0)^2 x E(c)/24-α(c) x E(c) x [T(n)-T(m)].
Aceasta conduce la ecuatia de gradul 3:
Ap^3(0,n) + Bp^2(0,n) + Cp(0,n) + D = 0,
unde:
p(0,n) [daN/mmp] - componenta orizontala a tractiunii specifice normate la
starea "n";
A = u;
B = -u x P(0) + [a(med)x ă(m,c)/P(0)]^2 x E(c)/24 + α(c) x E(c) x [T(n)-T(m)];
C = 0;
D = - [a(med) x ă(n)]^2 x E(c)/24.
Din considerente economice, dintre cele trei radacini ale ecuatiei de mai sus se retine, pentru p(0,n), radacina reala pozitiva care are valoarea cea mai mare.
5.9. Determinarea punctului de minim al curbei conductorului de protecție principal intr-o deschidere denivelata
În figura 5.1 s-au notat cu A[x(1),y(1)], B[x(2),y(2)], punctele de sustinere intr-o deschidere denivelata, care au coordonatele raportate la sistemul de coordonate xoy, cu axa ox aflata la distanta h(0) de punctul de minim M al curbei conductorului și axa oy trecand chiar prin punctul de minim.
Se observa ca: x(2) - x(1) = a[m] este deschiderea, iar y(2) - y(1) = h[m] denivelarea deschiderii.
Ecuatia curbei conductorului în sistemul de coordonate xoy este:
y = h(0) x ch[x/h(0)] [m],
unde: h0 = p(0n)/ă(n) [m] - înălțimea conductorului în origine;
p(0n) [daN/mmp] - tractiunea orizontala normata, determinata anterior;
ă(n) [daN/m/mmp] - este încărcarea specifică normata;
ch α = (e^α + e^-α)/2, pentru argumentul α real.
Cu aceste notatii coordonatele punctelor de sustinere față de originea sistemului xoy sunt:
x(1)= -0,5 a + 2h(0) x ln[k+(k2+1)^0,5] [m];
y(1)= h(0) x ch[x1/h(0)]
[m], pentru punctul A,
x(2)= 0,5 a + 2h(0) x ln(k+(k2+1)^0,5) [m];
y(2)= h(0) x ch[x2/h(0)]
[m], pentru punctul A,
unde:
k = 0,5 h/h0/sh(0,5a/h0) factor adimensional, iar
sh α = (e^α - e^-α)/2, pentru argumentul a real.
5.10. Unghiul de cadere al conductorului de protecție principal din clema
În figura 5.1 este prezentată o deschidere a LCA, în care conductorul de protecție principal este suspendat la cele doua capete A, B prin cleme de sustinere. Unghiurile psi(A), psi(B), determinate de tangentele la conductorul de protecție principal în punctele de sustinere față de orizontalele în aceste puncte se numesc unghiurile de cadere a conductorului din cleme și se calculeaza pentru o deschidere cu urmatoarele formule:
tg(psi)1 = │sh[x1/h(0)]│, tg(psi)2 = │sh[x2/h(0)]│,
5.11. Componenta verticala a tractiunii normate în conductorul de protecție principal în punctele de sustinere
Cunoscand coordonatele punctelor de sustinere calculate la 5.9 se calculeaza componenta verticala a tractiunii normate în conductor, în aceste puncte, cu relatiile:
p(v,n,1) = p(0,n) │sh[x1/h(0)]│ [daN/mmp], în punctul A(x1,y1);
p(v,n,2) = p(0,n) │sh[x2/h(0)]│ [daN/mmp], în punctul B(x2,y2);
Tractiunile normate în conductor în punctele de sustinere A, B, tangente la curba conductorului în aceste puncte sunt:
p(n,1) = [p(0,n)^2 + p(v,n,1)^2]^0,5 [daN/mmp],
p(n,2) = [p(0,n)^2 + p(v,n,2)^2]^0,5 [daN/mmp],
5.12. Calculul sagetii maxime a conductorului de protecție principal și coordonatele punctului de sageata maxima intr-o deschidere
5.12.1. Conductor cu puncte de sustinere la acelasi nivel
În acest caz: x1 = x2 = a/2, h = 0, sageata maxima se obtine pentru abscisa x(max) = 0;
Sageata maxima a conductorului cu puncte de sustinere la acelasi nivel se calculeaza cu formula:
f(max) = 2 x [h(0)] x sh^2 [ă(n) x a/4/p(0,n)] [m],
sau cu formula aproximativa:
f(max) = [a^2/8/h(0)] x (1 + [a/h(0)^2/48] [m], în care s-au notat:
p(0,n) [daN/mmp] - tractiunea orizontala normata determinata anterior pentru starea la care se efectueaza calculul sagetii;
ă(n) [daN/m/mmp] - încărcarea specifică normata pentru starea la care se efectueaza calculul sagetii;
h(0)[m] - înălțimea conductorului în origine având expresia de la punctul 5.9;
a[m] - lungimea deschiderii.
Fig. 5.1 Deschiderea denivelata a conductorului colector
Fig. 5.2 Locul geometric al unui punct de pe conductor în timpul galoparii
5.12.2. Conductor cu puncte de sustinere denivelate
Coordonatele punctului F (din figura 5.1), în care conductorul de protecție principal realizează o sageata maxima în deschiderea denivelata (h diferit de 0) se determina exact cu formulele:
x(fmax) = h(0) x ln (tg(phi) + [1 + tg^2(phi)]^0,5) [m]
pentru abscisa punctului de sageata maxima,
y(fmax) = h(0) x ch (x(fmax)/h(0) [m]
pentru ordonata punctului de sageata maxima
Valoarea maxima a sagetii în deschiderea denivelata este determinata exact cu formula:
f(max) = h(0)([ch[x1/h(0)] - ch [x(fmax)/h(0)]) + tg(phi)[x(fmax) - x1] [m],
unde: tg(phi) = h/a este tangenta unghiului de denivelare a deschiderii.
5.13. Verificarea calculului sagetii conductorului de protecție principal
Temperatura critica este temperatura la care sageata conductorului neincarcat este egala cu sageata conductorului incarcat cu sarcina maxima, la temperatura corespunzătoare acesteia în regiunea considerata.
Determinarea temperaturii critice se efectueaza cu formula:
T(cr) = T1 + [p(-5°C + conductor + chiciura)/E(c)/α(c)][1-ă(1,n)/ă(3,n)] [°C]
în care:
T1 = -5°C - temperatura stării la care se formeaza chiciura;
P(-5°C + conductor + chiciura) [daN/mmp] - tractiunea orizontala normata determinata la punctul 5.8 pentru starea (-5°C + conductor + chiciura);
ă(1,n) [daN/m/mmp] - încărcarea specifică normata determinata doar de greutatea conductorului;
ă(3,n) [daN/m/mmp] - încărcarea specifică normata determinata de greutatea conductorului și de depunerea de chiciura la -5°C;
Dacă T(cr) < 40°C sageata maxima apare în cazul temperaturii maxime (+40°C);
Dacă T(cr) > 40°C sageata maxima apare în cazul suprasarcinii maxime (-5°C + conductor + chiciura).
5.14. Calculul lungimii conductorului de protecție principal
Ținând seama de notatiile de la punctul 5.9 se calculeaza lungimea conductorului intr-o deschidere denivelata (h diferit de 0) cu formula exacta:
L = 2 x h(0) x sh [0,5 a/h(0)] ch (0,5 [x1 + x2)/h(0)] [m],
unde: x1, x2 [m] - abscisele punctelor de sustinere pentru deschiderea "a";
a [m] - deschiderea;
h(0) = P(0,n)/ă(n) [m] - ordonata la originea sistemului de coordonate
atasat deschiderii.
Acest calcul este necesar să se efectueze pentru fiecare deschidere din panou, calculandu-se apoi lungimea totala a conductorului de protecție principal în panoul de intindere.
5.15. Calculul aproximativ al fluajului conductorului de protecție principal
Fluajul este o deformare plastica a conductoarelor care apare lent, în timp, sub actiunea sarcinilor mecanice aplicate, sarcini care sunt inferioare limitei de curgere a materialului din care sunt fabricate conductoarele.
În general fluajul unui conductor al LCA depinde de materialul din care se fabrica conductorul, de tractiunea ce se aplică, de timp și de temperatura.
Deoarece tractiunea și temperatura variaza în timp se va raporta fluajul conductorului de protecție principal la tractiunea medie anuală și la temperatura medie anuală (precizata în tabelul 3.2).
O apreciere corecta a fluajului unui conductor se poate face doar în urma unor încercări în condiții de laborator asupra unor epruvete din conductorul respectiv (încercările se efectueaza în condițiile precizate de [2]), rezultatele incercarilor fiind extrapolate pentru o durată de 10 ani.
În cazul conductoarelor cu fire componente din materiale diferite, de exemplu din otel-aluminiu cresterea diferita a alungirilor de fluaj pentru cele doua metale determina un transfer al eforturilor de la mantaua de aluminiu la inima de otel.
Fluajul conductorului are ca efect o crestere în timp a sagetilor conductorului în deschiderile panoului de intindere.
Pentru a se tine seama de fluajul conductorului de protecție principal se trage acest conductor la montaj, astfel, încât să fie satisfacuti coeficientii de siguranță prescrisi inca din faza initiala (la montaj).
Aceasta presupune ca la tragerea conductorului de protecție principal să se prevada o rezervă față de distanta la sol prescrisa, rezerva care să acopere fluajul corespunzător pe o durată de 10 ani.
În calculele ce urmeaza se considera ca stare finala starea conductorului de protecție principal la 10 ani de la montare.
Calculul lungimii și sagetii maxime a conductorului de protecție principal la starea initiala (temperatura medie din tabelul 3.2, încărcarea specifică normata ă(1,n) determinata doar de greutatea specifică a conductorului gresat) se efectueaza pentru tractiunea orizontala normata p(0,n) determinata la 5.8 pentru starea 3 și deschiderea a(med) folosind formulele de la punctul 5.12 și 5.14.
Vom notă:
L1 [m] lungimea initiala a conductorului de protecție principal pentru deschiderea medie a(med), la temperatura medie;
f(max1) [m] sageata maxima initiala a conductorului de protecție principal pentru deschiderea medie a(med), la temperatura medie.
5.15.1. Lungimea conductorului de protecție principal după 10 ani de la montare, în deschiderea medie a(med), la temperatura medie (precizata conform tabelului 3.2) va fi:
L10 = L1 [1 + K(f)] [m],
unde: K(f) coeficient de fluaj dat de fabricantul conductorului (sau determinat experimental [2]).
5.15.2. Sageata maxima a conductorului de protecție principal după 10 ani de la montare, în deschiderea a(med), la temperatura medie va fi determinata cu formula aproximativa:
f(max10) = [3 x a(med)(L10 - a(med))/8]^0,5 [m].
5.15.3. Tractiunea orizontala normata după 10 ani de la montare în deschiderea a(med), la temperatura medie se determina cu formula aproximativa:
p(0,n,10) = ă(1,n)a^2(med)/8/f(max10) [daN/mmp],
unde: ă(1,n) [daN/m/mmp] - încărcarea normata specifică data de greutatea conductorului;
Fiind determinata p(0,n,10) pentru a(med), se calculeaza:
a) - tractiunile orizontale normate pentru celelalte stari: (-33 'f7 40°C + conductor, -5°C + conductor + chiciura, -5°C + conductor + chiciura + vant) la o deschidere de lungime a(med), după 10 ani de la montaj, cu ecuatia de stare de la punctul 5.3;
b) - sagetile maxime corespunzătoare în fiecare deschidere și în deschiderea medie, pentru fiecare stare, folosind rezultatele de la punctul a) și formulele de la punctele 5.9, 5.12;
c) - lungimile conductorului pentru fiecare stare și deschidere după 10 ani de la montaj.
5.16. Verificarea coeficientilor de tractiune ai clemelor pentru starea initiala și după fluaj
Clemele de tip A (supuse la tractiune) [7], [9] trebuie să aibă o sarcina de alunecare ≥ 0,95 din valoarea sarcinii de rupere minime a conductorului de protecție principal.
Coeficientul de tractiune la starea "t" se calculeaza cu relația:
K(t,A) = p(max,h,t) x Sc/[0,95 'f3(rc)],
unde:
Sc [mmp] - secțiunea reala a conductorului;
'f3(rc) [daN] - forta de rupere calculată a conductorului;
p(max,h,t) [daN/mmp] - tractiunea orizontala maxima pe panou, la fiecare stare "t", determinata conform punctului 5.15.3 a).
Pentru cleme de tip B (nesupuse la tractiune orizontala ci doar la incarcari verticale provenite din greutatea conductorului de protecție principal acoperit cu chiciura) [9], fortele de calcul este necesar să fie mai mici sau cel mult egale cu sarcina de calcul a clemei respective.
Sarcina de calcul a clemei de tip B este 50% din sarcina mecanica de rupere minima a acesteia.
Coeficientul de tractiune la starea "t" se calculeaza cu relația:
K(t,B) = p(max,v,t) x S(clema)/[0,5 'f3r,clema)],
unde:
S(clema) [mmp] - secțiunea reala a clemei;
'f3(r,clema) [daN] - sarcina mecanica de rupere minima;
p(max,v,t) [daN/mmp] - tractiunea verticala maxima pe panou la fiecare stare "t" determinata ca la punctul 4.3.2.2.
Dacă coeficientii de tractiune sunt mai mari decat cei impusi, se schimba conductorul sau se reia calculul sagetilor conductorului de protecție principal cu o tractiune de valoare mai mica decat valoarea impusa la punctul 5.2 pentru starea 3.
5.17. Galoparea conductorului de protecție principal [9], [14]
Fenomenul de galopare a conductorului de protecție principal este caracterizat de amplitudini relativ mari ale miscarii acestuia și prin frecvente relativ mici (0,1 la 1) Hz [14].
Fenomenul este provocat de vanturi cu viteze de (3 la 22) m/s care acționează asupra conductorului acoperit de chiciura, în acest caz circulatia aerului în jurul conductorului conduce la aparitia unor forte portante și a unor vibratii instabile cu viteze mai mari de 7 m/s, care pot suprasolicita clemele de prindere și pot micsora distantele reale de izolare în aer dintre conductorul de protecție principal și conductoarele active până la strapungerea acestora.
Miscarea unui conductor supus acestui fenomen este o compunere de miscare de torsiune simultan cu o oscilatie verticala.
Experimental s-a determinat ca, intr-o secțiune transversala pe conductor, curba descrisa de acesta este cuprinsa în interiorul unei elipse.
Stabilirea relatiilor de calcul pentru determinarea distantelor de amplasare pe stalpii LCA, între conductorul de protecție principal și conductoarele active se efectueaza în urmatoarele ipoteze de calcul:
- infasuratoarea punctelor în care se deplaseaza conductorul (în plan transversal axei conductorului) în timpul galoparii are forma unei elipse alungite, având axa mare de aproximativ 2 ori mai mare decat axa mica, și o inclinatie față de axa verticala ca în figura 5.2;
- sageata de referința a conductorului, în timpul galoparii, se considera la -5°C simultan cu chiciura [notata cu "f(ch)"];
- între elipsele de galopare ale conductoarelor active și elipsa de galopare a conductorului de protecție principal se va menține distanta minima de izolare în aer d(min3), determinata la punctul 5.18;
- pentru verificarea distantei minime de amplasare pe verticala și pe orizontala între conductorul de protecție principal și celelalte conductoare, la stalp, se vor compune elipsele de galopare ale perechilor de conductoare, adunandu-se lungimile axelor acestora și d(min3); elipsa rezultata se va translata astfel încât centrul ei se va afla în punctul de sustinere al conductorului de protecție principal la stalp; dacă punctul de prindere al conductorului de protecție principal este pe elipsa translatata, rezultata din compunere sau în afara ei, se considera ca între conductoare nu este posibila o apropiere periculoasa.
Parametrii elipselor de galopare a conductoarelor se calculeaza cu urmatoarele formule:
Axa mica a elipsei de galopare a unui conductor "a"
a = K(a) x f(ch)
- pentru cazurile de galopare redusa (K(a) = 0,3);
a = K(a) x f(ch)
- pentru cazurile de galopare frecventa (K(a) = 0,45);
a = 1 + K(a) x f(ch)
- pentru cazurile de galopare frecventa și intensa
(K(a) = 0,45).
Axa mare a elipsei de galopare "b"
b = K(b) x f(ch)
- pentru cazurile de galopare redusa;
b = K(b) x f(ch)
- pentru cazurile de galopare frecventa;
b = 0,5 + 0,225 x f(ch) - pentru cazurile de galopare frecventa și intensa;
unde:
f(ch) - sageata conductorului;
K(b) = 0,23 - pentru f(ch) mai mica de 4 m;
K(b) = 0,14 - pentru f(ch) cuprins între 4 m și 16 m.
Unghiul de inclinare a axei mari a elipsei de galopare a conductorului α(ei)
α(el) = 7°
- pentru zone cu galopare redusa;
α(el) = 7°
- pentru zone cu galopare frecventa;
α(el) = 15°
- pentru zone cu galopare frecventa și intensa.
Unghiul de inclinare al conductorului în punctul de sustinere a(c)
a(c) = 14°
- pentru zone cu galopare redusa;
a(c) = 14°
- pentru zone cu galopare frecventa;
a(c) = 15°
- pentru zone cu galopare frecventa și intensa.
5.18. Montarea conductorului de protecție principal pe stalpii LCA. Distante. Gabarite, [9]
5.18.1. Montarea conductorului de protecție principal pe stalpii LCA se va realiza astfel încât să se respecte distantele minime admisibile între acest conductor și conductoarele active și între conductorul de protecție principal și nivelul superior al sinelor.
5.18.2. Determinarea distantei minime admisibile a conductorului de protecție principal față de conductoarele active ale LCA, în pozitii nedeviate de actiunea vantului, după condiția apropierii în deschidere, sunt calculate cu formula empirica:
d(min1) = k x f^0,5 + U(n)/150 [m],
unde:
f [m] - sageata maxima în deschidere, a conductoarelor LCA inclusiv a conductorului de protecție principal în doua ipoteze:
- temperatura maxima, vantul și chiciura lipsesc;
- temperatura de formare a chiciurii și depuneri de chiciura pe elementele componente ale liniei, vantul lipseste;
U(n) [kV] - tensiunea nominala a LCA;
k - coeficient care depinde de tensiunea nominala a liniei, de materialul și secțiunea conductoarelor și de pozitia lor pe stalp, coeficient calculat cu formula:
k = k(h) + [k(v) - k(h)] x b^2/(a^2 + b^2)
unde:
k(h) - coeficientul la asezarea conductoarelor pe orizontala;
k(v) - coeficientul la asezarea conductoarelor pe verticala, cu valorile din tabelul 5.2;
a, b - sunt distantele între axele conductoarelor pe orizontala respectiv pe verticala.
TABELUL 5.2
Valorile coeficientilor k(v) și k(h) [9]
┌──────────────────────────────────────────────┬───────────────────────────────┐
│
Materialul conductoarelor
│ Tensiunea nominala a liniei:
│
│
│
Un < 110 kV
│
├──────────────┬───────────────────┬───────────┼───────────────────────────────┤
│ Otel și otel │Aluminiu și aliaje │
Otel -
│
Coeficientul
│
│
aluminat
│
de aluminiu
│ Aluminiu
│
│
├──────────────┴───────────────────┴───────────┼───────────────┬───────────────┤
│
Secțiunea conductoarelor LCA mm
│
k(v)
│
k(h)
│
├──────────────┬───────────────────┬───────────┼───────────────┼───────────────┤
│
10 - 16
│
16 - 150
│
16 - 70
│
0,85
│
0,65
│
├──────────────┼───────────────────┼───────────┼───────────────┼───────────────┤
│
25 - 35
│
> 150
│
95 - 150 │
0,75
│
0,62
│
├──────────────┼───────────────────┼───────────┼───────────────┼───────────────┤
│
70 - 95
│
-
│ 185 - 300 │
0,7
│
0,6
│
├──────────────┼───────────────────┼───────────┼───────────────┼───────────────┤
│
> 95
│
-
│
> 300
│
0,7
│
0,6
│
└──────────────┴───────────────────┴───────────┴───────────────┴───────────────┘
Nota 1: Pentru conductoare din materiale sau secțiuni diferite se va lua în calcul conductorul pentru care sageata este cea mai mare, respectiv coeficientul k are valoarea cea mai mare.
Nota 2: Pentru circuite cu tensiuni nominale diferite se va lua valoarea cea mai mare a tensiunii nominale.
De exemplu pentru tensiunea nominala Un = 25 kV și un conductor de protecție principal din Al-OL, 95/15 mmp se alege din tabelul 5.2: k(v) = 0,75, k(h) = 0,62.
Rezultă:
k = 0,62 + (0,75 - 0,62) b^2/(a^2 + b^2),
unde a, b reprezinta distanta orizontala respectiv distanta verticala între punctele de sustinere ale cablului purtator și conductorului de protecție principal pe stalpii LCA.
Cu valoarea coeficientului k pentru distantele a, b fixate se calculeaza distanta minima între conductoare nesupuse actiunii vantului d(min1).
5.18.3. Determinarea distantei minime admisibile pentru conductoarele supuse la actiunea vantului [9]
Pentru conductoare de secțiuni diferite, din materiale diferite sau cu sageti diferite, se va verifica distanta "d" între conductoare, în ipoteza ca primul conductor este supus presiunii maxime a vantului, iar al doilea conductor presiunii unui vant cu viteza mai mica cu 20% decat primul. Distanta minima între conductoare în aceasta ipoteza trebuie să fie:
d(min2) = Un/150 [m],
însă nu mai mica decat 0,2 m (de exemplu pentru Un = 25 kV rezultă din calcul d(min2) = 0,166 m, iar din condiția suplimentara se alege d(min2) = 0,2 m).
5.18.4. Determinarea distantelor minime admise de separare între conductorul de protecție principal și conductoarele active pentru cazuri speciale [9] (inclusiv galoparea, saltul conductoarelor la descarcarea de chiciura, pendularea asincrona și incarcarile neuniforme cu chiciura ale conductoarelor) se va efectua în functie de condițiile locale; aceste distante nu vor fi mai mici decat distantele rezultate în condițiile precizate la 5.18.2, 5.18.3.
În cazul galoparii, saltului conductoarelor la descarcarea de chiciura, pendularii asincrone și incarcarilor neuniforme cu chiciura ale conductoarelor, distantele de separare minime admise între conductorul de protecție principal și celelalte conductoare active ale LCA vor fi obtinute, aproximativ, din valorile precizate în [9] prin interpolare liniara. De exemplu pentru tensiunea nominala de Un = 25 kV se obtine prin interpolare distanta de separare minima admisibila între conductorul de protecție principal și celelalte conductoare active ale LCA:
d(min3) = 0,2 + 0,25/90 (Un - 20) = 0,214 m.
5.18.5. Determinarea distantei minime admisibile între conductorul de protecție principal și nivelul superior al sinelor (NSS) se recomanda să se efectueze după [21], [24] și [34].
6. DOCUMENTE DE REFERINȚA
[1] SR EN 50183:2002 Conductoare pentru linii electrice aeriene. Sarme de aliaj de aluminiu-magneziu-siliciu.
[2] SR EN 61395:2000 Conductoare electrice aeriene. Metode de incercare la fluaj pentru conductoarele cablate.
[3] SR CEI 60104:1995 Sarme de aliaj de aluminiu-magneziu-siliciu pentru conductoarele liniilor aeriene.
[4] SR CEI 60888:1994 Sarme de otel zincate pentru conductoare cablate.
[5] SR CEI 60889:2002 (SR CEI 60899:1994 + SR CEI 60899:1994/A99:2002) Sarma de aluminiu trasa la rece în stare de ecruisare tare pentru conductoarele liniilor aeriene.
[6] SR CEI 61089:1996 + A1:1999 Conductoare pentru linii aeriene cu sarme rotunde cablate în straturi concentrice.
[7] SR EN 61284:2000 Linii electrice aeriene. Prescriptii și încercări pentru accesorii.
[8] SR EN 60721-3-4:1996 Clasificarea condițiilor de mediu. Partea 3: Clasificarea grupelor de agenti de mediu și a gradelor de severitate ale acestora. Secțiunea 4: Utilizarea stationara în spatii neprotejate împotriva intemperiilor.
[9] NTE 003/04/00: Normativ pentru construcția liniilor aeriene de energie electrica cu tensiuni peste 1000 V.
[10] SR EN 50119:2003 Aplicații feroviare. Instalații fixe. Linii aeriene de contact pentru tractiunea electrica.
[11] SR EN 50125-2:2003 Aplicații feroviare. Condiții de mediu pentru echipamente. Partea 2: Instalații electrice fixe.
[12] SR EN 50163:2003 Aplicații feroviare. Tensiuni de alimentare ale retelelor de tractiune electrica.
[13] SR EN 50122-1:2002 Aplicații feroviare. Instalații fixe. Partea 1: Măsuri de protecție referitoare la securitatea electrica și la legarea la pamant.
[14] Arie A. Arie s.a. Retele Electrice - Calculul Mecanic Ed. Tehnica 1981.
[15] STAS 3197-2:1990 Cai ferate normale. Elemente geometrice.
[16] SR CEI 60050-811:2000 Vocabular electrotehnic international - Capitolul 811: Tractiune electrica.
[17] SR EN 61140:2002 Protecție împotriva socurilor electrice. Aspecte comune în instalații și echipamente electrice.
[18] ID-33:77 Normativ pentru protectia împotriva influentelor cailor ferate electrificate monofazat 25 kV, 50 Hz, aprobat de MTTc cu
Ordinul nr. 1.976 din 06.12.1977 .
[19] 351:1988 Instrucțiuni pentru întreținerea tehnica și repararea instalațiilor de semnalizare centralizare și bloc (SCB) - 1989 - MTTc, Directia Linii și Instalații, aprobat cu ordin MTTc nr. 1.749 din 23.09.1998.
[20] SR EN 50126:2003 Aplicații feroviare. Specificarea și demonstrarea fiabilitatii, disponibilității, mentenantei și sigurantei (FDMS).
[21] STAS 4392:1984 Cai ferate normale. Gabarite.
[22] SR EN ISO 1461:2002 Acoperiri termice de zinc pentru piese fabricate din fonta și otel. Specificatii și metode de incercare.
[23] PE-028:1987 Indrumar privind indicatorii de fiabilitate pentru principalele produse utilizate în instalații energetice.
[24] STAS 1244-2:2004 Siguranța circulației. Treceri la nivel cu calea ferata. Partea a 2 a: Instalații neautomate. Prescriptii.
[25] OMT nr. 290/2000 Ordin al ministrului transporturilor privind admiterea tehnica a produselor și/sau serviciilor destinate utilizarii în activitățile de construire, modernizare, întreținere și reparare a infrastructurii feroviare și a materialului rulant, pentru transportul feroviar și cu metroul, modificat de OMTCT nr. 2.068/2004.
[26] HGR nr. 2.139/2004 Hotărâre pentru aprobarea Catalogului privind clasificarea și duratele normale de functionare a mijloacelor fixe.
[27] SR HD 478.2.1 S1:2002 (STAS CEI 60721-2-1:1992 + STAS CEI 60721-2-1:1992/A99:2002) Clasificarea condițiilor de mediu. Part 2: Condiții de mediu prezente în natură. Temperatura și umiditate.
[28] SR HD 478.2.2 S1:2002 (STAS CEI 60721-2-2:1992 + STAS CEI 60721-2-2:1992/A99:2002) Clasificarea condițiilor de mediu. Part 2: Condiții de mediu prezente în natură. Precipitatii și vant.
[29] DIN 48204 Aluminium conductors, steel reinforced. (Conductoare de aluminiu intarite cu otel).
[30] DIN 48203-11 Aluminium conductors, steel reinforced, technical terms of delivery. (Conductoare de aluminiu intarite cu otel, termeni tehnici pentru livrare.)
[31] DIN 48203-5 Wires and stranded conductors of aluminium for lines. (Sarme și conductoare funie de aluminiu pentru linii electrice.)
[32] DIN 48201-5 Aluminium stranded conductors. (Conductoare funie de aluminiu.)
[33] SR 11100-1:1993 Zonarea seismica. Macrozonarea teritoriului României
[34] 328:2001 Instrucțiuni pentru admiterea și expedierea transporturilor excepționale pe infrastructura feroviara publică, aprobat de MLPTL cu Ordinul nr. 1.126 din 06.08.2001.