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1、输电线路基础第输电线路基础第4 4章章-杆塔受力分析杆塔受力分析-第二节第二节-特特杆塔外形尺寸确定杆塔外形尺寸确定.（一）确定杆塔外形尺寸的因素（一）确定杆塔外形尺寸的因素 杆塔外形尺寸主要包括杆塔呼称高、横担长度、上下横担的垂直距离、避雷线支架高度、双避雷线挂点之间水平距离等。杆塔用来支持导线和避雷线，其外形尺寸主要取决于导线避雷线电气方面的因素。如导线对地、对交叉跨越物的空气间隙距离，导线之间、导线与避雷线之间的空气间隙距离，导线与杆塔部分的空气间隙距离，避雷线对边导线的防雷保护角，双避雷线对中导线的防雷保护，考虑带电检修带电体与地电位人员之间的空气间隙距离等。具体的有：1、在内部过电压
2、(操作过电压)和外部过电压(雷电过电压)气象条件下，档距中央导线部分对地或对交叉跨越物必须保证一定距离。2、在正常运行电压气象条件下，导线发生不同步摇摆时，使档距中央导线之间的空气间隙减小，导线之间必须保证一定的距离。3、导线覆冰不均匀以及覆冰脱落时的跳跃，使导线之间及导线与避雷线之间的垂直距离减小，导线之间必须保证一定的垂直距离。4、在正常运行电压、操作过电压和雷电过电压气象条件下，带电体(导线)与接地体(杆塔身、脚钉、拉线等)之间必须保证一定的空气间隙距离。5、考虑带电检修时，带电体与地电位人员或接地体与等电位人员之间要保证规程规定的空气间隙。6、导线挂点与避雷线挂点的位置关系要满足避雷线
3、对导线防雷保护的要求。7、在雷电过电压气象条件下，档距中央导线与避雷线之间的距离应满足s=0012L+1(m)(s为导线与避雷线在档距中央断面处的距离，L为档距)的要求。（二）杆塔呼称高的确定（二）杆塔呼称高的确定 杆塔呼称高的确定主要考虑导线与地面、建筑物、树木、铁路、道路、河流、管道、索道、各电压等级的电力线路的安全距离的要求。杆塔的呼称高是指杆塔下横担下缘到设计地面的竖直距离，用H表示。如右图所示，确定呼称高的公式如下(4-2-1)式中 悬垂绝缘子串长度（m）；fm导线最大弧垂（m）；h发生最大弧垂时，导线到设计地面的最小距离，见表2-4-1、2-4-2；h施工裕度（m），主要考虑断面测
4、绘误差和安装导线的施工误差，见表46。1、最大弧垂计算原则 计算最大弧垂时，应根据最高气温情况或覆冰无风情况的计算结果确定。计算最大风偏时，按最大风情况或覆冰情况求得的结果确定。计算弧垂可不考虑由于电流、太阳辐射引起的弧垂增加，但需计及导线架线后塑性伸长引起的弧垂增大和设计施工误差可能导致的弧垂增大；重冰区的线路应计算导线覆冰不均匀引起的弧垂增大。大跨越情况应按导线实际能够达到的最高气温计算导线弧垂。送电线路与标准轨距铁路、高速公路、一级公路交叉时，如交叉档距超过200m，最大弧垂应按+70计算。2、安全距离h的确定 安全距离是保证导线安全运行时导线对地面、建筑物、树木、果树、经济作物及城市绿
5、化灌木之间的最小竖直距离，见第二章第四节表2-4-1、2-4-2。3、绝缘子串长度的确定 在海拔1000m以下空气清洁地区，操作过电压与雷电过电压要求的悬垂绝缘子串的绝缘子片数，不应少于表4-2-1所列数值。表表4-2-1 操作过电压与雷电过电压要求悬垂绝缘子串的最少片数操作过电压与雷电过电压要求悬垂绝缘子串的最少片数 标准电压(kV)3566110220330500750 单片绝缘子长(mm)146146146146146155170 绝缘子数(片)35713172532耐张绝缘子串的绝缘子片数较表4-2-1数值上增加，3566kV、110330kV送电线路增加1片，500kV送电线路增加2
6、片，对750kV输电线路不需增加片数。全高超过40m的有避雷线杆塔，高度每增加10m，应比表4-2-1增加1片相当于高度为146mm的绝缘子，全高超过100m的杆塔，绝缘子片数应根据运行经验结合计算确定。由于高杆塔而增加绝缘子片数时，雷电过电压最小间隙也相应增大；750kV杆塔全高超过40m时，可根据实际情况进行验算，确定是否需要增加绝缘子和间隙。通过污秽地区的输电线路，绝缘子串片数的确定依据污秽等级，按照规程计算。高海拔地区污秽绝缘子的闪络电压，随着海拔升高或气压降低而变化，悬垂绝缘子串的片数，宜按下式进行修正。（4-2-2）式中 nH高海拔地区每串绝缘子所需片数；H海拔高度，km；m1特征
7、指数，它反映气压对于污闪电压的影响程度，由试验确定。4、施工裕度h取值 各种档距下杆塔的施工裕度h参考表4-2-2。表表4-2-2 施工裕度施工裕度 档距(m)操雷)，根据表4-2-7查取三种气象条件的空气间隙值R正、R操和R雷(R正R操R雷)；根据计算出的风偏角，标出绝缘子串的相应位置，根据绝缘子串长度，确定风偏后相应的导线挂点位置；分别以相应风偏下的导线挂点为圆心，以各自规定的最小空气间隙值为半径，画间隙圆，如图4-2-5所示。图图4-2-5间隙圆校验间隙圆校验 验证间隙圆是否与杆塔部分相切或相离，若不满足要求，需要调整或加大塔头横向尺寸。一般来说，操作过电压和雷电过电压情况下的间隙圆控制
8、着塔头横向尺寸。规程规定在海拔为1000m以下的地区，带电部分与杆塔构件的空气间隙，在相应的风偏下，不应小于表4-2-7、4-2-8所列数值。表表4-2-7 带电体与杆塔接地体的最小空气间隙带电体与杆塔接地体的最小空气间隙 单位：单位：m 电压等级(kV)33103566110220330500雷电过电压0.050.20.450.651.001.902.303.30 3.30操作过电压0.05O20.250,500.701.451.952.50 2.70工频电压0.050.20.100.20O250.550.901.20 1.30注注1 1按雷电过电压和操作过电压情况校验间隙时的相应气象条件，
9、参见典型气象区的取值；按雷电过电压和操作过电压情况校验间隙时的相应气象条件，参见典型气象区的取值；2 2按运行电压情况校验间隙时采用最大风速及相应气温；按运行电压情况校验间隙时采用最大风速及相应气温；3 3500kV500kV空气间隙栏，左侧数据适用海拔高度不超过空气间隙栏，左侧数据适用海拔高度不超过500m500m的地区，右侧数据适用超过的地区，右侧数据适用超过500m500m但不但不超过超过 1000m 1000m地区。地区。表表4-2-8 750kV带电部分与杆塔构件的最小间隙带电部分与杆塔构件的最小间隙 单位：单位：m 标称电压(kV)750海拔高度(m)5001000工频电压I串2.
10、252.40操作过电压边相I串3.303.45中相V串5.055.30雷电过电压4.20（或按绝缘子串放电电压的0.80配合)注：1 按雷电过电压和操作过电压情况校验间隙时的相应气象条件。2 按运行电压情况校验间隙时风速采用基本风速修正至相应导线平均高度处的值及相应气温。3 只适用单回路。3、带电作业条件的空气间隙校验 确定塔头横向尺寸时，尚应适当考虑带电作业对安全距离的要求。在海拔高度1000m 以下地区，为便利带电作业，带电部分对杆塔接地部分的校验间隙不应小于表4-2-9 所列数值。表表4-2-9 为便利带电作业，带电部分对杆塔与接地部分的校验间隙为便利带电作业，带电部分对杆塔与接地部分的
11、校验间隙 电压等级(kV)103566110220330500750安全距离R(m)0.40.60.71.01.82.23.2*4.00/4.40(边相串/中相)注：*为750kV单回路带电作业间隙值。带电作业条件校验时，人体活动范围为0.30.5m，气象条件为：风速V=10ms，气温t=15。带电作业安全距离校验如图4-2-6所示。图图4-2-6带电作业安全距离校验带电作业安全距离校验 对于三相导线水平布置时，也可由表4-2-7、4-2-8和表4-2-9给定的空气间隙值，先按式(4-2-8)确定在杆塔断面上导线的水平线间距离，然后按公式(4-2-3)校验档距中央导线线间距离，即(4-2-8)
12、式中 Rk一起控制作用的气象条件的空气间隙；k起控制作用的气象条件的风偏角；bk间隙圆与杆塔接地部分相切时，间隙圆的垂直切线与杆塔垂直中心线间的距离；带电作业气象条件时，bk取规定的人体活动范围半径；绝缘子串长。4、杆塔线间距离允许的最大使用档距杆塔的最大使用档距受到线间距离的限制。档距越大，导线受风荷作用时摆动的幅度越大，线间距离越不容易满足要求。当塔头尺寸确定后，最大使用档距也随之确定。线间距离允许的最大弧垂可由式(4-2-3)导出(4-2-9)式中 Dmin导线水平线间距离和斜向线间距离Ds中最小的。根据fm查导线机械特性曲线，得线间距离允许的最大使用档距LD。5、避雷线支架高度及避雷线
13、水平线间距离的确定 避雷线支架高度(hb)是指避雷线金具挂点到上横担导线绝缘子串挂点之间的高度。避雷线支架水平距离是指双避雷线系统的两避雷线挂点之间的水平距离。防雷保护角是在杆塔断面度量的角度，如图4-2-7所示。图图4-2-7塔头导线与避雷线的相对位置图塔头导线与避雷线的相对位置图 避雷线支架高度和避雷线支架水平距离的确定，主要考虑：在雷电过电压气象条件下，杆塔断面位置上避雷线对最危险的边导线防雷保护要求和双避雷线系统中导线的防雷保护，档距中央断面位置上导线与避雷线之间最小距离的要求。规程规定：(1)杆塔上地线对边导线的保护角，对于同塔双回或多回路，220kV 及以上线路的保护角均不大于0，
14、110kV 线路不大于10；对于单回路，500750kV 线路对导线的保护角不大于10，330kV 及以下线路不大于15；单地线线路不大于25。对中重冰区线路的保护角可适当加大。(2)双避雷线之间的水平距离，不应超过导线与避雷线垂直距离的5倍，即 Db5hbd (4-2-10)式中 Db避雷线水平线间距离；hbd避雷线与导线间的垂直投影距离，如图4-2-7所示。(3)在雷电过电压气象条件下(气温+15C，无风)，应保证档距中央导线与避雷线之间距离满足 s0012L+1(m)(4-2-11)杆塔断面上导线与避雷线间的垂直距离hbd=hb+d-b，根据第(1)条规定，有 即(4-2-12)根据第(
15、2)条规定，把hbd代人式(4-2-10)，有 5(hb+d-b)Db 即 hb2Db5+b-d (4-2-13)档距中央导线、避雷线线间的垂直距离 其中 根据第(3)条规定，把s代入式(4-2-11)，有 把弧垂关系式代入，移到不等式右端，得(4-2-14)对上式求关于档距L的导数并令其为零，得 代回(4-2-14)式中并整理，得(4-2-15)式中 gd、gb雷电过电压气象条件下，导线、避雷线的比载，N(mmm2)；d、b雷电过电压气象条件下导线、避雷线的应力，Nmm2。如按导线、避雷线线间的斜距s确定避雷线支架高度，有(4-2-16)式中档距中央导线、避雷线之间的斜距与垂直线的夹角。最后
16、确定的避雷线支架高度为(双避雷线)(单避雷线)例例4-2-1 某110kV线路，导线为JL/G1A-315-267型，避雷线为JG1A-10-7型，气象区，杆塔采用带拉线的等径水泥杆，如图4-2-8所示，杆径300mm，水平档距Lh=300m，垂直档距Lv=250m，导线问水平距离5m，垂直距离为35m，导线与避雷线间的垂直距离为26m，保护角不大于22，导线悬垂绝缘子串长1.45m，重力为520N，避雷线金具长0.182 m，导线最大弧垂，fm=6.9m。考虑带电检修，试校验电杆头部外形尺寸。解：解：1校验头部间隙 根据IV气象区查表1-7-2可得有关气象参数，从附录B表4中查得JL/G1A
17、-315-267型导线截面A=366mm2、G=1269.7kg/km、d=24.9mm、g1=3575 210-3Nmmm2，g4（10）=745310-3Nmmm2、g4（15）=16.77010-3Nmmm2，比载计算 Nmmm2 Nmmm2 Nmmm2 Pj忽略不计，则雷电过电压时 操作过电压时 查表4-2-7得最小空气间隙雷过电压e1=1.0m、操作过电压e2=0.7m，带电检修时风速与雷电过电压时风速相同,允许间隙也相同。右图分别作出了外过电压、内过电压两种情况的间隙圆图。从上导线横担的间隙圆图看出，以上两种情况下导线风偏后对杆身的间隙是满足的，而带电作业时的间隙圆图(与雷电过电压
18、的间隙圆图相同)，对人体活动范围尚显不足。下导线对拉线的间隙圆图受操作过电压控制。因拉线不在悬垂绝缘子串摇摆角平面内，故图上间隙圆对拉线的距离实为该距离的投影。从图上可见，间隙圆与拉线投影尚未相切，故合格。2校验档中的线间距离(1)导线的水平线间距离。导线的水平线间距离按式(4-2-3)计算 合格。上下导线间的等效水平线间距离按式(4-2-5)计算 合格。(2)校验垂直线间距离。根据线路电压110kV，查表4-2-4得最小垂直线间距离为3.5m，与该杆的垂直线间距离相等，合格。(3)导线与避雷线的距离。这里只校验保护角。避雷线对上导线的保护角一般不应大于25，该杆的保护角为18.57，所以满足防雷保护要求。(4)上下导线间和导线与避雷线间的水平偏移校验。线路通过IV级气象区，覆冰厚5mm。表4-2-5中冰厚10mm地区线间最小偏移值0.5m，而已知该杆的两种偏移均大于此值，满足要求。根据题目要求，各校验项目均合格。结束！结束！