輸電桿塔課程設(shè)計

1、摘要架設(shè)輸電導線的剛性支撐結(jié)構(gòu)。為避免電暈放電以及感應(yīng)靜電場對人的危險，高壓和超高壓輸電線路所用桿塔必須有足夠的高度，桿塔上架設(shè)的各根輸電線之間還須隔開相當?shù)木嚯x。隨著經(jīng)濟水平的不斷發(fā)展，電力工業(yè)越來越發(fā)達，輸電桿塔的重要性也就凸顯出來，好的電桿設(shè)計不僅要滿足輸電供電的安全要求，還要滿足環(huán)保設(shè)計，經(jīng)濟設(shè)計等各項指標。關(guān)鍵詞：輸電 桿塔目錄摘要1 設(shè)計條件及相關(guān)參數(shù)12 導線與地線的相關(guān)參數(shù)22-1導線比載計算22-2地線比載計算32-3導線最大弧垂的計算43 電桿外形尺寸確定53-1電桿總高計算53-2橫擔長度計算63-3電桿外形尺寸校驗64 電桿荷載計算84-1各氣象條件荷載計算84-2桿塔

2、風壓計算115電桿桿柱的強度驗算和配筋計算125-1正常情況下電桿彎矩計算125-2斷導線情況135-3電桿強度和配筋計算156基礎(chǔ)計算156-1抗傾覆穩(wěn)定計算156-2拉線穩(wěn)定及強度計算166-3底盤計算17參考文獻181：設(shè)計條件與相關(guān)參數(shù) 1)氣象條件表一：級典型氣象區(qū)氣象條件大氣溫度（）風速（m/S）冰厚mm最高溫最低溫覆冰安裝最大風年均溫最大風覆冰安裝冰厚40-5+100+2035101002) 電桿荷載組合情況 表二：110自立式單桿電桿荷載組合情況荷載類型垂直荷載橫向水平荷載縱向水平荷載荷載組合項目l 導、地線、絕緣子串、金具重力荷l 電桿自重荷載l 安裝時工人、工具重力荷載l

3、導、地線、絕緣子串和金具風壓l 電桿本身風載l 轉(zhuǎn)角電桿上導線及地線角度力l 導、地線不平衡張力l 斷線時對電桿產(chǎn)生的支持力l 導線安裝時的緊線張力3)表三：導線LGJ-150/25 相關(guān)參數(shù)導線型號計算截面積（）外徑（mm）計算拉斷力(N)單位長度質(zhì)量(kg/km)LGJ-150/25173.1117.15411601.04)表四：地線GJ-35相關(guān)參數(shù)型號計算截面積（）計算直徑（mm極限強度()最大拉斷力(N)最小拉斷力(N)重量(kg/km)GJ-3537.27.811761372470046003005)表五：絕緣子相關(guān)參數(shù)型號主要尺寸（mm）工頻電壓KV r.m.S不小于雷電全波沖擊

4、電壓KV peak不小于抗張機械負荷（KN）重量（kg）結(jié)構(gòu)高度H盤徑D公稱爬電距離L連接形式標記干閃絡(luò)濕閃絡(luò)1min濕耐受擊穿50%閃絡(luò)耐受例行試驗1h機電試驗機電破壞不小于-4.5146254285168045401101201003645605.06)表六：線路金具選配表7) 電桿結(jié)構(gòu)及材料8)地質(zhì)條件安B類地區(qū)設(shè)計風速土壤類型 可塑粘性土 ;容重 16km/m3 ;抗剪角 35 ;被動土壓系數(shù) 48km/m3 .2導線與地線的相關(guān)計算2-1導線比載計算（單位：MPa/m）1 自重比載 1(0,0)=qg/A10-3=6019.80665/173.1110-3=34.0510-32 冰重

5、比載 無3 垂直總比載 3(0,0)= 1(0,0)=34.0510-34 無冰風壓比載4(0,35)= wc/A10 4(0,35)= wc/A10 =1.00.751.117.1352/(1.6173.11)10-3=62.3910-34(0,10)= wc/A10=1.01.01.117.1102/(1.6173.11)10-3=6.7910-35 覆冰風壓比載 無6 無冰綜合比載6(0,35)= 1(0,0)2+4(0,35)21/2=71.0810-36(0,10)= 1(0,0)2+4(0,10)21/2=34.7210-3 7 覆冰綜合比載 無 2-2地線比載計算 地線比載計算同

6、導線，比載見下表。表六：導線和地線荷載計算參數(shù)名稱導線LGJ-150/25地線GJ-35截面面積（mm2）Ad=173.11Ad=37.2外徑（mm）D=17.1D=7.8比載（N/m.mm2）1d(0,0)=34.0510-33d(0,0)=34.0510-34d(0,35)=62.3910-34d(0,10)=6.7910-36d(0,35)=71.0810-36d(0,10)=34.7210-31b(0,0)=79.0910-33b(0,0)=79.0910-34b(0,35)=144.4810-34b(0,10)=15.7310-36b(0,35)=164.7110-36b(0,10)

7、=80.6410-32-3導線最大弧垂的計算可能控制氣象條件有最低氣溫、最大風速、最厚覆冰及年均氣溫，其中年均溫氣象條件下取安全系數(shù)K=4.0，其它條件取K=2.51 計算得比載、許用應(yīng)力及兩者比值見下表氣象條件最低氣溫最大風速最厚覆冰年均氣溫34.0510-362.3910-3_34.0510-3118.78118.78_74.240.28710-30.52510-3_0.45910-3排序ac_b2 計算臨界檔距（無高差，） 有效臨界檔距判別表氣象條件abc臨界檔距（m）Lab=109.28Lac=虛數(shù)Lbc=217.37臨界檔距有: Lab=109.28m,Lac=217.37m; 當0

8、 L109.28m時，最低氣溫為控制氣象條件； 當109.28L217.37m時，最大風速為控制氣象條件。因計算原理過程相同，下面計算均以檔距L75.95m為例，取計算單據(jù)為L=200m。3 最大弧垂氣象條件的判斷及計算最大弧垂可能出現(xiàn)氣象條件是最高氣溫和最厚覆冰， 但由于區(qū)沒有覆冰，因此最大弧垂出現(xiàn)在最高氣溫氣象條件下3電桿外形尺寸確定3-1電桿總高計算 電桿的總高度與檔距、地理條件、電壓等級、氣候及電氣等因素有關(guān)。電桿總高等于呼稱高度加上導線間的垂直距離和避雷線支架高度、基礎(chǔ)埋深。1) 電桿呼稱高度 電桿下橫擔的下線邊緣線到地面垂直距離H稱為電桿的呼稱高度，由懸垂絕緣子串長度、導線最大弧垂

9、、導線到地面及被跨越物安全距離及施工裕量組成，即110KV電桿采用7片-4.5絕緣子【27】=1.1066m，導線弧垂為3.32m, 電桿按居民區(qū)設(shè)計偏安全，設(shè)計導線到地面垂直距離為7.0m,100m檔距施工裕度為0.5m。 因此，電桿設(shè)計呼高H=11.842m,選取呼高為13.5m。2）導線間的垂直距離單回線路兩相導線水平排列線間距，規(guī)程規(guī)定：導線間的水平線間距，可根據(jù)運行經(jīng)驗確定，1000m以下檔距計算式為DM=0.4+U/110+0.65fma1/2在覆冰較少地區(qū)，規(guī)程推薦垂直線間距宜采用水平線間距的75%即 計算得 Dm=2.593m, Dv=1.945m 設(shè)計導線間水平距離為5m，設(shè)

10、計導線間垂直距離為4m。3）地線支架高度設(shè)計110KV線路采用防雷保護角，取地線支架向右側(cè)偏移0.3m,避雷線支架高度為h，則地線對下橫擔左側(cè)導線防雷保護為控制條件，由防雷條件知 求的 h=1.55m, 選取避雷線支架高度為3.0m。 綜上，電桿設(shè)計總高H=0.5+3.0+4.0+13.5+3=24.0m，其中桿段為270390mm,390510mm,510590mm各一段。3-2. 橫擔長度計算由以上計算出兩相導線水平間距，可選取下橫擔長度為5m,上下導線垂直間距為4m,上下導線水平偏移距離1.0m,上橫擔長度為1.5m。電桿草圖如下圖3-1 電桿外形尺寸2-3電桿外形尺寸校驗1) 上下導線

11、垂直線間距的校驗。由表3-10得最小垂直線間距為3.5m, 小于實際線間距4.0m，合格。2) 上下導線水平偏移校驗。由表3-11得規(guī)程規(guī)定水平偏移距離為0.5m,小于實際上下導線水平偏移距離1.0 m,合格。3) 間隙圓校核。級氣象區(qū)三種氣象條件風速：正常運行情況v=25m/S,操作過電壓v=15m/S,雷電過電壓v=10m/S。1 三種氣象條件下絕緣子串風荷載為 PJ=n1(n2+1)ZW0AJ因n1=1,n2=7,Z=1.1,AJ=0.03m2則PZ=1(1+7)1.13520.03/1600=0.202(kN/m2)PC=1(1+7)1.12020.03/1600=0.066(kN/m

12、2)PL=1(1+7)1.11520.03/1600=0.0371(kN/m2)2 三種氣象條件下導線風荷載為P=fcScw0dLhSin2f=0.75(校驗v=15m/S), f=0.61(校驗v=20m/S), f=0.61(校驗v=35m/S) c=1.0，Sc=1.1(d17mm),d=17.1,Lh=245m, =90。則pZ=0.611.01.135225417.110-3/1600=2.152kNpc=0.611.01.120225417.110-3/1600=0.703kNpL=0.751.01.115225417.110-3/1600=0.486kN3 導線重力荷載1=34.

13、0510-3MPa/mGD=n1ALV=134.0510-3173.11370=2.18(kN)4 三種氣象條件下絕緣子串風偏角為=arctan(PD+PJ/2)/(GD+PJ/2)Z=arctan(2.152+0.202/2)/(2.18+0.202/2)=44.65。C=arctan(0.703+0.066/2)/(2.18+0.066/2)=18.40。L=arctan(0.486+0.037/2)/(2.18+0.037/2)=12.93。5 規(guī)程給出的最小空氣間隙為：RZ=0.25,RC=0.70,RL=1.00.根據(jù)=1.022m和、R值，用一定比例制作間隙圓校驗圖（如下），三種氣

14、象條件下間隙校驗合格。 圖3-2 電桿間隙圓計算（合格）4. 電桿荷載計算1 運行情況1：直線桿塔第一種荷載組合情況為最大設(shè)計風速、無冰、未斷線。 級氣象區(qū)，從規(guī)程中查得：V=35m/S,t=+10。,b=0 1) 地線重力為GB=1BABLV+GTB=79.0910-337.2370+90=1179(N)2) 地線風壓為PB=4B(35)ABLP=144.4810-337.2370=1989(N)3) 導線重力為GD=1DADLV+GTB=34.0510-3173.11370+520=2701(N)4) 絕緣子串風荷載：絕緣子串數(shù)n1=1，每串絕緣子片數(shù)n2=7，單裙一片絕緣子擋風面積AJ=

15、0.03m2，絕緣子串高度為13.5m,查表得風壓高度變化系數(shù)Z=1.0，則 PJD=n1(n2+1)ZAJW0=1(1+7)1.00.03252/1.6=94(N)5) 導線風壓為 PD4D(35)ADLP+PJD=62.3910-3173.11370+94=4090(N)下圖（a）為運行情況一塔頭荷載圖1. 運行情況2：直線桿塔的第二種荷載組合為覆冰、有相應(yīng)風速、未斷線。(不存在)2. 斷導線情況1、2：斷一根導線的荷載組合為無風、無冰。1) 地線重力： GB=1179(N)2) 導線重力未斷導線相： GD=2701(N)斷導線相為 GD=1DADLV/2+GJD=2701/2+520=1

16、871(N)3) 斷線張力。LGJ-150/25型導線的計算拉斷力TJ=54110N)導線最大使用張力為 TDma=Tj/KC=54110/2.5=21644(N)導線最大使用張力百分比值為35%，則TD=TDma%=2164435%=7575(N)地線支持力：Tma=4700(N), Tmin=4600(N)下圖（b）、（c）為斷上下導線的荷載圖。4. 斷地線情況：斷地線荷載組合情況為無冰、無風、導線未斷。1）導線重力：GD=2701(N) 2）地線重力： GB=GB/2+GJB=1179/2=90=680(N)3) 地線斷線張力。GJ-35最小破壞拉力Tj=47000(N)地線最大使用張力

17、為 TDma=Tj/KC=4700/2.7=17407(N)地線最大使用張力百分比值為20%，則TD=TDma%=1740720%=3841(N)下圖（d）為斷地線荷載圖。5. 安裝情況1：起吊上導線，荷載組合情況為有相應(yīng)風、無冰。 V=10m/S,t=0，b=01) 地線重力： GB=1179(N)2) 地線風壓為PB=4B(10)ABLP=15.7310-337.2245=143N)3） 導線重力： GD=2701(N)4） 導線風壓為PD=4D(10)ADLP=6.7910-3173.11245=288(N)掛上導線時，導線越過下橫擔須向外拉開，其拉力T2與水平線的夾角為20，并假定上、

18、下橫擔間導線水平拉出1.3m。=0,則 1.3/(1.32+3.52)1/2T1=T2coS20得 T1=2.7T2y=0,則 1.3/(1.32+3.52)1/2T1=GD+T2Sin20得 T1=3.74(2701+0.342T2)/315=2886+0.365T2T1=3313(N) T2=1227(N)T1引起的垂直荷載GT1和橫向水平荷載PT1為GT1=33133.5/3.74=3100(N)PT1=12271.3/3.74=426(N)G=K(GD+GT1)+GF+1000=1.1(2701+3100)+1500+1000=8881(N)P=KPT1+PD=1.1426+288=7

19、57(N)下圖（d）為起吊上導線時的荷載圖。6. 安裝情況2：起吊下導線。 地線、導線的重力和風壓同安裝情況1所述。G=KGD+GF+1000=1.12701+1500+1000=5471(N)下圖（ e）為起吊下導線時的荷載圖。圖3-3各種氣象條件桿塔荷載圖4-2桿身風壓計算。根據(jù)已知條件：風壓高度變化系數(shù)取Z=1.0，構(gòu)件體形系數(shù)取S=0.7，電桿風荷載調(diào)整系數(shù)取Z=1.0。1) 正常情況大風時上橫擔處單位長度桿身風壓為D1=D0+h1/75=0.27+3/75=0.31(m)P01=ZSZAfW0=ZSZ(D0+D1) V2/(21.6)=10.71(0.27+0.31)352/(21.

20、6)=155.42(N/m)下橫擔處單位長度桿身風壓為D2=D0+h2/75=0.27+7/75=0.363(m)P02=ZSZAfW0=ZSZ(D0+D1) V2/(21.6)=10.71(0.27+0.363)352/(21.6)=169.62(N/m)電桿接頭處處單位長度桿身風壓為D3=D0+h3/75=0.27+13.5/75=0.45(m)P03=ZSZAfW0=ZSZ(D0+D1) V2/(21.6)=10.71(0.27+0.45)352/(21.6)=192.94(N/m)地面處單位長度桿身風壓為D4=D0+h4/75=0.27+20.5/75=0.543(m)P04=ZSZA

21、fW0=ZSZ(D0+D1) V2/(21.6)=10.71(0.27+0.543)352/(21.6)=217.86(N/m)2）安裝情況。上橫擔處單位長度桿身風壓為P01=ZSZAfW0=ZSZ(D0+D1) V2/(21.6)=10.71(0.27+0.31)102/(21.6)=12.96(N/m)下橫擔處單位長度桿身風壓為P02=ZSZAfW0=ZSZ(D0+D1) V2/(21.6)=10.71(0.27+0.363)102/(21.6)=13.85 (N/m)電桿接頭處處單位長度桿身風壓為P03=ZSZAfW0=ZSZ(D0+D1) V2/(21.6)=10.71(0.27+0.

22、45)102/(21.6)=15.75 (N/m)地面處單位長度桿身風壓為P04=ZSZAfW0=ZSZ(D0+D1) V2/(21.6)=10.71(0.27+0.543)102/(21.6)=17.12 (N/m)5. 電桿桿柱的強度驗算及配筋計算5-1正常情況下電桿彎矩計算1) 運行情況1（大風）電桿荷載如圖, 截面0，1，2，3，4，5，6處的彎矩為M0=(GB0.3)=11790.3=353.7(N/m)M1=1.15(GB0.3+GD1.5)+(PB3.0+P010.53.02)=1.15(11790.3+27011.5)+(19893.0+155.420.53.02)=12732

23、(N/m)M2=1.15(GB0.3+GD1.5)+(PB7.0+PD4.0+P020.57.02)= 1.15(11790.3+27011.5+19897.0+169.620.57.02=25856(N/m)M3=1.15(GB0.5+GD1.5)+(PB13.75+PD(10.75+26.75)P030.513.752)=1.15(11790.3+27011.5)+(198913.75+(4090(10.75+26.75)+192.940.513.752)=(N/m)M4=1.15(GB0.3+GD1.5)(PB20.5+PD(17.5+213.5)+P040.520.52)=1.15(1

24、1790.3+27011.5)+(198920.5+4090(17.5+213.5)+217.860.520.52)=(N/m)M5=1.15(GB0.3+GD1.5)+(PB21.5+PD(18.5+214.5)+P0421.5(21.5/2+1)=1.15(11790.3+27011.5)+(198921.5+4090(18.5+214.5)+217.8621.5(21.5/2+1)=(N/m)圖5-1運行情況1的彎矩圖。2）運行情況2（覆冰）運行情況2的計算方法同上，因為為非重冰區(qū)，故不是控制條件，計算略去。5-2斷導線情況1) 斷上導線情況因斷上導線對桿身產(chǎn)生的彎矩比斷下導線要大得多，

25、即斷上導線起著控制作用，故只計算斷上導線時桿柱的彎矩。首先計算斷導線時的設(shè)計荷載。斷導線張力為 TD=1.47575=10605(N)地線最大支持力為 Tma=1.44700=6580(N)最小支持力為 Tmin=1.44600=6440(N)地線不平衡力為 TB=1.43481=4873.4(N)橫擔轉(zhuǎn)動后斷線張力為 TD=0.8TD=0.89139.2=7311.4(N)上橫擔處彎矩為 M1=-hBTma=-0.753.06580=14805(N/m)嵌固點處的彎矩為 M5=1.15KCTD18.5-Tmin21.5+(GD+GF)1.5 =1.15(1.17311.418.5-64402

26、1.5+30501.5)0.75=(N/m)圖5-2斷上導線時的彎矩圖2） 地線不平衡張力引起的彎矩只計算電桿嵌固點的彎矩M5=1.15（TB22.5）=1.15(4873.422.5)0.75=94574(N)圖5-3地線不平衡張力電桿彎矩圖5-3.桿柱彎扭驗算轉(zhuǎn)動橫擔啟動力取2500N，橫擔長度為2.5m,上導線斷線，橫擔轉(zhuǎn)動時主桿同時承受彎矩、剪力和扭矩的作用，剪力V=2500N，扭矩。電桿外徑D=370mm,內(nèi)徑d=270mm,C30級混泥土，則全部拉應(yīng)力可由混泥土承擔，螺旋鋼筋可僅按構(gòu)造配置。6、電桿基礎(chǔ)計算已知土壤為粘性土軟塑，其容重為s=15（kN/m）,計算內(nèi)摩擦角=15，土壤

27、參數(shù)m=26（Kn/m），大風情況下，水平荷載合力S0=14.3kN,其合力作用點高度H0=13.5m,電桿埋深h0=3.5m,電桿腿部外徑D=0.5m6-1抗傾覆穩(wěn)定驗算1）基礎(chǔ)的計算寬度bJ為 h0/b0=3.5/0.3=11.7K0=1+2/3(tancos(45+/2)h0/b0=1+2/3(0.38tan15cos(45+150/2)11.7=1.48Bj=k0b0=0.51.48=0.741) 計算。由于=H0/h0=4,查表得=12.1，則MJ=mbjho3/=260.743.52/12.1=68.17(KN.m)2） 抗傾覆穩(wěn)定計算。查表得基礎(chǔ)附加系數(shù)f=1.1,則 fH0S0=1.113.514.3=212.36(kN.m)MJ需要加卡盤（2）加上卡盤后的抗傾覆穩(wěn)定計算 1）設(shè)卡盤位置y1=h0/3=3.5/3=1.17(m),并選擇卡盤截面為bh=0.30.22)求。由于F=fs0(1+3)/mbJh02=1.114.3(1+34)/(260.743.52)=0.868只加上卡盤不能滿足要求（3） 加上下卡盤的傾覆穩(wěn)定計