輸電線路基礎(chǔ)桿塔受力分析特桿塔外形尺寸確定

1、整理課件1 第四章第四章 桿塔受力分析桿塔受力分析 第二節(jié)第二節(jié) 桿塔外形尺寸確定桿塔外形尺寸確定 整理課件2 （一）確定桿塔外形尺寸的因素（一）確定桿塔外形尺寸的因素 桿塔外形尺寸主要包括桿塔呼稱高、橫擔(dān)長度、上下橫擔(dān)的垂直 距離、避雷線支架高度、雙避雷線掛點之間水平距離等。 桿塔用來支持導(dǎo)線和避雷線，其外形尺寸主要取決于導(dǎo)線避雷線 電氣方面的因素。 如導(dǎo)線對地、對交叉跨越物的空氣間隙距離，導(dǎo)線之間、導(dǎo)線與 避雷線之間的空氣間隙距離，導(dǎo)線與桿塔部分的空氣間隙距離，避 雷線對邊導(dǎo)線的防雷保護角，雙避雷線對中導(dǎo)線的防雷保護，考慮 帶電檢修帶電體與地電位人員之間的空氣間隙距離等。 具體的有： 1、

2、在內(nèi)部過電壓(操作過電壓)和外部過電壓(雷電過電壓)氣象條件 下，檔距中央導(dǎo)線部分對地或?qū)徊婵缭轿锉仨毐ＷC一定距離。 2、在正常運行電壓氣象條件下，導(dǎo)線發(fā)生不同步搖擺時，使檔距 中央導(dǎo)線之間的空氣間隙減小，導(dǎo)線之間必須保證一定的距離。 整理課件3 3、導(dǎo)線覆冰不均勻以及覆冰脫落時的跳躍，使導(dǎo)線之間及導(dǎo)線與 避雷線之間的垂直距離減小，導(dǎo)線之間必須保證一定的垂直距離。 4、在正常運行電壓、操作過電壓和雷電過電壓氣象條件下，帶電 體(導(dǎo)線)與接地體(桿塔身、腳釘、拉線等)之間必須保證一定的空氣 間隙距離。 5、考慮帶電檢修時，帶電體與地電位人員或接地體與等電位人員 之間要保證規(guī)程規(guī)定的空氣間隙。

3、6、導(dǎo)線掛點與避雷線掛點的位置關(guān)系要滿足避雷線對導(dǎo)線防雷保 護的要求。 7、在雷電過電壓氣象條件下，檔距中央導(dǎo)線與避雷線之間的距離 應(yīng)滿足s=0012L+1(m)(s為導(dǎo)線與避雷線在檔距中央斷面處的距離， L為檔距)的要求。 整理課件4 （二）桿塔呼稱高的確定（二）桿塔呼稱高的確定 桿塔呼稱高的確定主要考慮導(dǎo)線與地面、建筑物、樹木、鐵路、 道路、河流、管道、索道、各電壓等級的電力線路的安全距離的要 求。 桿塔的呼稱高是指桿塔下橫擔(dān)下緣到設(shè)計地面的豎直距離， 用H表示。 如右圖所示，確定呼稱高的公式如下 hhfH m (4-2-1) 式中 懸垂絕緣子串長度（m）； fm導(dǎo)線最大弧垂（m）； h發(fā)

4、生最大弧垂時，導(dǎo)線到設(shè)計地面的最小距離， 見表2-4-1、2-4-2； h施工裕度（m），主要考慮斷面測繪誤差和安裝 導(dǎo)線的施工誤差，見表46。 整理課件5 1、最大弧垂計算原則 計算最大弧垂時，應(yīng)根據(jù)最高氣溫情況或覆冰無風(fēng)情況的計算結(jié) 果確定。 計算最大風(fēng)偏時，按最大風(fēng)情況或覆冰情況求得的結(jié)果確定。 計算弧垂可不考慮由于電流、太陽輻射引起的弧垂增加，但需計 及導(dǎo)線架線后塑性伸長引起的弧垂增大和設(shè)計施工誤差可能導(dǎo)致的 弧垂增大；重冰區(qū)的線路應(yīng)計算導(dǎo)線覆冰不均勻引起的弧垂增大。 大跨越情況應(yīng)按導(dǎo)線實際能夠達到的最高氣溫計算導(dǎo)線弧垂。 送電線路與標準軌距鐵路、高速公路、一級公路交叉時，如交叉 檔距

5、超過200m，最大弧垂應(yīng)按+70計算。 2、安全距離h的確定 安全距離是保證導(dǎo)線安全運行時導(dǎo)線對地面、建筑物、樹木、果 樹、經(jīng)濟作物及城市綠化灌木之間的最小豎直距離，見第二章第四 節(jié)表2-4-1、2-4-2。 整理課件6 3、絕緣子串長度的確定 在海拔1000m以下空氣清潔地區(qū)，操作過電壓與雷電過電壓要求 的懸垂絕緣子串的絕緣子片數(shù)，不應(yīng)少于表4-2-1所列數(shù)值。 表表4-2-1 操作過電壓與雷電過電壓要求懸垂絕緣子串的最少片數(shù)操作過電壓與雷電過電壓要求懸垂絕緣子串的最少片數(shù) 標準電壓(kV)3566110220330500750 單片絕緣子長(mm)146146146146146155170

6、 絕緣子數(shù)(片)35713172532 耐張絕緣子串的絕緣子片數(shù)較表4-2-1數(shù)值上增加，3566kV、 110330kV送電線路增加1片，500kV送電線路增加2片，對750kV 輸電線路不需增加片數(shù)。 全高超過40m的有避雷線桿塔，高度每增加10m，應(yīng)比表4-2-1增 加1片相當(dāng)于高度為146mm的絕緣子，全高超過100m的桿塔，絕緣 子片數(shù)應(yīng)根據(jù)運行經(jīng)驗結(jié)合計算確定。由于高桿塔而增加絕緣子片 數(shù)時，雷電過電壓最小間隙也相應(yīng)增大；750kV桿塔全高超過40m 時，可根據(jù)實際情況進行驗算，確定是否需要增加絕緣子和間隙。 整理課件7 通過污穢地區(qū)的輸電線路，絕緣子串片數(shù)的確定依據(jù)污穢等級， 按

7、照規(guī)程計算。 高海拔地區(qū)污穢絕緣子的閃絡(luò)電壓，隨著海拔升高或氣壓降低而 變化，懸垂絕緣子串的片數(shù)，宜按下式進行修正。 11215. 0 1 Hm H nen （4-2-2） 式中 nH高海拔地區(qū)每串絕緣子所需片數(shù)； H海拔高度，km； m1特征指數(shù)，它反映氣壓對于污閃電壓的影響程度，由試驗確定。 4、施工裕度h取值 各種檔距下桿塔的施工裕度h參考表4-2-2。 表表4-2-2 施工裕度施工裕度 檔距(m) 操雷)，根據(jù) 表4-2-7查取三種氣象條件的空氣 間隙值R正、R操和R雷(R正R 操R雷)；根據(jù)計算出的風(fēng)偏角， 標出絕緣子串的相應(yīng)位置，根據(jù) 絕緣子串長度，確定風(fēng)偏后相應(yīng) 的導(dǎo)線掛點位置；

8、分別以相應(yīng)風(fēng) 偏下的導(dǎo)線掛點為圓心，以各自 規(guī)定的最小空氣間隙值為半徑， 畫間隙圓，如圖4-2-5所示。 圖圖4-2-5間隙圓校驗間隙圓校驗 整理課件19 驗證間隙圓是否與桿塔部分相切或相離，若不滿足要求，需要調(diào) 整或加大塔頭橫向尺寸。一般來說，操作過電壓和雷電過電壓情況 下的間隙圓控制著塔頭橫向尺寸。 規(guī)程規(guī)定在海拔為1000m以下的地區(qū)，帶電部分與桿塔構(gòu)件的空 氣間隙，在相應(yīng)的風(fēng)偏下，不應(yīng)小于表4-2-7、4-2-8所列數(shù)值。 表表4-2-7 帶電體與桿塔接地體的最小空氣間隙帶電體與桿塔接地體的最小空氣間隙 單位：單位：m 電壓等級(kV)33103566110220330500 雷電過電

9、壓0.050.20.450.651.001.902.303.30 3.30 操作過電壓0.05O20.250,500.701.451.952.50 2.70 工頻電壓0.050.20.100.20O250.550.901.20 1.30 注注1 1按雷電過電壓和操作過電壓情況校驗間隙時的相應(yīng)氣象條件，參見典型氣象區(qū)的取值；按雷電過電壓和操作過電壓情況校驗間隙時的相應(yīng)氣象條件，參見典型氣象區(qū)的取值； 2 2按運行電壓情況校驗間隙時采用最大風(fēng)速及相應(yīng)氣溫；按運行電壓情況校驗間隙時采用最大風(fēng)速及相應(yīng)氣溫； 3 3500kV500kV空氣間隙欄，左側(cè)數(shù)據(jù)適用海拔高度不超過空氣間隙欄，左側(cè)數(shù)據(jù)適用海拔高

10、度不超過500m500m的地區(qū)，右側(cè)數(shù)據(jù)適用超過的地區(qū)，右側(cè)數(shù)據(jù)適用超過500m500m但不但不 超過超過 1000m1000m地區(qū)。地區(qū)。 整理課件20 表表4-2-8 750kV帶電部分與桿塔構(gòu)件的最小間隙帶電部分與桿塔構(gòu)件的最小間隙 單位：單位：m 標稱電壓(kV)750 海拔高度(m)5001000 工頻電壓I串2.252.40 操作過電壓 邊相I串3.303.45 中相V串5.055.30 雷電過電壓4.20（或按絕緣子串放電電壓的0.80配合) 注：1 按雷電過電壓和操作過電壓情況校驗間隙時的相應(yīng)氣象條件。 2 按運行電壓情況校驗間隙時風(fēng)速采用基本風(fēng)速修正至相應(yīng)導(dǎo)線平均高度處的值及

11、相應(yīng)氣溫。 3 只適用單回路。 3、帶電作業(yè)條件的空氣間隙校驗 確定塔頭橫向尺寸時，尚應(yīng)適當(dāng)考慮帶電作業(yè)對安全距離的要求。 在海拔高度1000m 以下地區(qū)，為便利帶電作業(yè)，帶電部分對桿塔接 地部分的校驗間隙不應(yīng)小于表4-2-9 所列數(shù)值。 整理課件21 表表4-2-9 為便利帶電作業(yè)，帶電部分對桿塔與接地部分的校驗間隙為便利帶電作業(yè)，帶電部分對桿塔與接地部分的校驗間隙 電壓等級(kV)103566110220330500750 安全距離R(m)0.40.60.71.01.82.23.2*4.00/4.40 (邊相串/中相) 注：*為750kV單回路帶電作業(yè)間隙值。 帶電作業(yè)條件校驗時，人體活動

12、范 圍為0.30.5m，氣象條件為：風(fēng)速 V=10ms，氣溫t=15。帶電作業(yè) 安全距離校驗如圖4-2-6所示。 圖圖4-2-6帶電作業(yè)安全距離校驗帶電作業(yè)安全距離校驗 對于三相導(dǎo)線水平布置時，也可由 表4-2-7、4-2-8和表4-2-9給定的空氣 間隙值，先按式(4-2-8)確定在桿塔斷 面上導(dǎo)線的水平線間距離，然后按公 式(4-2-3)校驗檔距中央導(dǎo)線線間距離， 即 整理課件22 kkkT bRDsin2 (4-2-8) 式中 Rk一起控制作用的氣象條件的空氣間隙； k起控制作用的氣象條件的風(fēng)偏角； bk間隙圓與桿塔接地部分相切時，間隙圓的垂直切線與桿塔垂直中心線間的 距離；帶電作業(yè)氣象

13、條件時，bk取規(guī)定的人體活動范圍半徑； 絕緣子串長。 4、桿塔線間距離允許的最大使用檔距桿塔的最大使用檔距受到線 間距離的限制。 檔距越大，導(dǎo)線受風(fēng)荷作用時擺動的幅度越大，線間距離越不容 易滿足要求。當(dāng)塔頭尺寸確定后，最大使用檔距也隨之確定。 線間距離允許的最大弧垂可由式(4-2-3)導(dǎo)出 2 min 65. 0 110 4 . 0 U D f m (4-2-9) 整理課件23 式中 Dmin導(dǎo)線水平線間距離和斜向線間距離Ds中最小的。 根據(jù)fm查導(dǎo)線機械特性曲線，得線間距離允許的最大使用檔距 LD。 5、避雷線支架高度及避雷線水平線間距離的確定 避雷線支架高度(hb)是指避雷線 金具掛點到上

14、橫擔(dān)導(dǎo)線絕緣子串 掛點之間的高度。避雷線支架水 平距離是指雙避雷線系統(tǒng)的兩避 雷線掛點之間的水平距離。防雷 保護角是在桿塔斷面度量的角度， 如圖4-2-7所示。 圖圖4-2-7塔頭導(dǎo)線與避雷線的相對位置圖塔頭導(dǎo)線與避雷線的相對位置圖 整理課件24 避雷線支架高度和避雷線支架水平距離的確定，主要考慮：在雷 電過電壓氣象條件下，桿塔斷面位置上避雷線對最危險的邊導(dǎo)線防 雷保護要求和雙避雷線系統(tǒng)中導(dǎo)線的防雷保護，檔距中央斷面位置 上導(dǎo)線與避雷線之間最小距離的要求。 規(guī)程規(guī)定： (1) 桿塔上地線對邊導(dǎo)線的保護角，對于同塔雙回或多回路，220kV 及以上線路的保護角均不大于0，110kV 線路不大于10

15、；對于 單回路，500750kV 線路對導(dǎo)線的保護角不大于10，330kV 及 以下線路不大于15；單地線線路不大于25。對中重冰區(qū)線路的 保護角可適當(dāng)加大。 (2)雙避雷線之間的水平距離，不應(yīng)超過導(dǎo)線與避雷線垂直距離的5 倍，即 Db5hbd (4-2-10) 整理課件25 式中 Db避雷線水平線間距離； hbd避雷線與導(dǎo)線間的垂直投影距離，如圖4-2-7所示。 (3)在雷電過電壓氣象條件下(氣溫+15C，無風(fēng))，應(yīng)保證檔距中央 導(dǎo)線與避雷線之間距離滿足 s0012L+1(m) (4-2-11) 桿塔斷面上導(dǎo)線與避雷線間的垂直距離hbd=hb+d-b，根據(jù)第(1) 條規(guī)定，有 1 tanta

16、n bdb bd h aa 即 bd bd b aa h 1 1 tan (4-2-12) 根據(jù)第(2)條規(guī)定，把hbd代人式(4-2-10)，有 整理課件26 5(hb+d-b)Db 即 hb2Db5+b-d (4-2-13) 檔距中央導(dǎo)線、避雷線線間的垂直距離 bdbbddb ffhffhs 其中 bdb hh 根據(jù)第(3)條規(guī)定，把s代入式(4-2-11)，有 1012. 0Lffh bd 把弧垂關(guān)系式代入，移到不等式右端，得 b b d d LgLg Lh 88 1012. 0 22 (4-2-14) 整理課件27 對上式求關(guān)于檔距L的導(dǎo)數(shù)并令其為零，得 b b d d gg L 04

17、8. 0 代回(4-2-14)式中并整理，得 1 1088. 2 4 3 bd b b d d b gg h (4-2-15) 式中 gd、gb雷電過電壓氣象條件下，導(dǎo)線、避雷線的比載，N(mmm2)； d、b雷電過電壓氣象條件下導(dǎo)線、避雷線的應(yīng)力，Nmm2。 如按導(dǎo)線、避雷線線間的斜距s確定避雷線支架高度，有 1coscos 1088. 2 2 4 3 bd b b d d b gg h (4-2-16) 整理課件28 式中檔距中央導(dǎo)線、避雷線之間的斜距與垂直線的夾角。 最后確定的避雷線支架高度為 321 ,max bbbb hhhAh (雙避雷線) 31, max bbb hhAh (單避

18、雷線) 整理課件29 例例4-2-1 某110kV線路，導(dǎo)線為JL/G1A-315-267型，避雷線為 JG1A-10-7型，氣象區(qū)，桿塔采用帶拉線的等徑水泥桿，如圖4- 2-8所示，桿徑300mm，水平檔距Lh=300m，垂直檔距Lv=250m， 導(dǎo)線問水平距離5m，垂直距離為35m，導(dǎo)線與避雷線間的垂直距 離為26m，保護角不大于22，導(dǎo)線懸垂絕緣子串長1.45m，重 力為520N，避雷線金具長0.182 m，導(dǎo)線最大弧垂，fm=6.9m。考 慮帶電檢修，試校驗電桿頭部外形尺寸。 解：解： 1校驗頭部間隙 根據(jù)IV氣象區(qū)查表1-7-2可得有關(guān)氣象參數(shù)，從附錄B表4中查得 JL/G1A-31

19、5-267型導(dǎo)線截面A=366mm2、G=1269.7kg/km、 d=24.9mm、g1=3575 210-3Nmmm2，g4（10） =745310-3Nmmm2、g4（15）=16.77010-3Nmmm2， 整理課件30 比載計算 333 )0, 0(1 10021.3410 366 7 .1269807. 9 10 807. 9 A G gNmmm2 33 2 3 2 4(0,10) 10587. 4101 366 10 9 .240 . 11 . 10 . 1613. 0 1090sin613. 0g A du csc Nmmm2 33 2 3 2 4(0,15) 10322.10

20、101 366 15 9 .240 . 11 . 10 . 1613. 0 1090sin613. 0g A du csc Nmmm2 Pj忽略不計，則雷電過電壓時 49. 8 2 520 25036610021.34 30036610587. 4 tan 2 2 tan 3 3 1 1 )10(4 1 j v j h G ALg P ALg 整理課件31 操作過電壓時 57.18 2 520 25036610021.34 30036610322.10 tan 2 2 tan 3 3 1 1 )15(4 1 j v j h G ALg P ALg 查表4-2-7得最小空氣間隙雷過電壓e1=1.0m、操作過電壓e2=0.7m， 帶電檢修時風(fēng)速與雷電