10kV及以下架空配电线路电杆选型浅析

2016-08-11王凯

大科技 2016年14期

关键词：档距电杆选型

王凯

（渭南供电分公司陕西渭南 714000）

10kV及以下架空配电线路电杆选型浅析

王凯

（渭南供电分公司陕西渭南 714000）

10kV及以下架空配电线路工程设计中，电杆结构选型是存在于我们自身的一块“短板”。一些单位线路勘测不严谨、选型不规范，缺少必要的结构计算；更有甚者，凭借所谓的“经验”来确定电杆选型。其结果，要么给电网的工程质量及运行维护埋下隐患；要么标准过高，结国家和企业造成不必要的资金浪费。因此，要求我们必须熟悉并掌握电杆结构计算与选型。

10kV；架空；线路；电杆选型

引言

回顾以往10kV及以下配电网工程建设情况，相较于设备材料制造、施工工艺等环节，工程勘测设计、电杆结构选型确实是存在于我们自身的一块“短板”。检查中发现，一些单位线路勘测不严谨、电杆选型不规范，缺少必要的结构计算。更有甚者，凭借所谓的“经验”来确定电杆选型。其结果，要么给电网的工程质量及运行维护埋下隐患；要么标准过高，给国家和企业造成不必要的资金浪费。

随着社会经济发展，电力需求快速增长，大截面导线的设计使用越来越普遍，已往的经验早已行不通了。因此，熟悉并掌握电杆结构计算与选型，对于我们今后的工程建设工作就显得尤为重要。下面让我们从认识水泥电杆开始，掌握导线应力、弧垂设计与电杆荷载、高度的关系，一步步探究电杆选型的问题。

1 电杆的分类和选用

水泥电杆按不同配筋方式分为普通钢筋混凝土电杆（G）、部分预应力混凝土杆（BY）及预应力钢筋混凝土杆（Y）；按外形可分为锥形杆（Z）和等径杆（D）。钢筋混凝土电杆国家标准（GB 4623-2014）2015年12月1日起正式实施，电杆的梢径、长度、开裂检验荷载、开裂检验弯矩、承载力检验弯矩等技术参数，可从新标准查阅[2]。

2 导线应力与弧垂

（1）导线应力值的确定。各种气象条件下，导线的张力弧垂计算应采用最大使用张力和平均运行张力作为控制条件，最大使用张力不应大于瞬时破坏张力的40%（即设计安全系数不应小于2.5）。平均运行张力上限应符合66kV及以下架空电力线路设计规范（GB 50061-2010）规定。架空绝缘导线、钢绞线的设计安全系数不应小于10kV及以下架空配电线路设计技术规程（DL/T 5220-2005）规定。

①最大设计应力值计算。线路设计、施工过程中，考虑导线在各种气象条件，当出现最大应力时的应力恰好等于导线的最大允许应力，即满足技术要求。但由于地形或孤立档等条件限制，有时必须把最大应力控制在比最大允许应力小的某一水平上，以确保线路运行的安全性，即安全系数K＞2.5。因此，我们把设计时所取定的最大应力气象条件时导线应力的最大使用值称最大使用应力（σmax）。

式中：σmax导线最低点最大使用应力，MPa；Tcal导线计算拉断力，N；σcal导线计算拉断应力，N/mm2；K导线强度安全系数。

工程中，一般导线安全系数均取2.5，对档距较小的孤立档，导线最大使用应力则往往是受竖线施工时的允许过牵引长度控制；对个别地形高差很大的耐张段，导线最大使用应力又受导线悬挂点应力控制。这些情况下，导线安全系数均大于2.5。

②平均运行应力计算：σpj=σcal×x%

式中：σpj导线平均运行应力，N/mm2；x%规定百分比。

（2）导线应力、弧垂。依据国网公司《10kV及以下配电网工程典型设计》导线应力、弧垂与档距表，工程设计中可直接查用。导线弧垂表是以悬点等高为前提给出的，当悬挂点不等高，但高差（△h）小于或等于档距的10%时，其计算精度可以满足工程要求。若悬挂点高差大于档距的10%时时（如山区地带），则应考虑高差影响，需要进行重新计算并校核。已知代表档弧垂，求观测档弧垂计算式：

式中：f观测档弧垂；f0代表档弧垂；L观测档距；L0代表档距。

3 电杆选型相关计算

（1）电杆高度计算[1]：H=h1+h2+fmax+h3-h4

式中：H 电杆长度，m；h1埋深，m；h2导线对地距离，m；fmax导线最大弧垂，m；h3最下层横担中心至杆顶距离，m；h4导线悬挂点至横担中心距离，上正、下负，m。

导线弧垂根据架设线路档距、安装温度、线路所在典型气象区，可从国网公司《10kV及以下配电网工程典型设计》中查取相应的弧垂数值。导线对地面、建筑物、树木，果树、经济作物或城市绿化灌木等垂直最小距离，导线与铁路、道路、河流、管道、索道及各种架空线路交叉或接近要求，10kV及以下多回路杆塔和不同电压等级同杆架设的杆塔，横担间最小垂直距离依据《66kV及以下架空电力线路设计规范》确定。

转角或分支线如为单回线，则分支线横担距主干线横担为0.6m；如为双回线，则分支横担距上排主干线横担为0.45m，距下排主干线横担为0.6m。同杆架设绝缘线路横担之间的最小垂直距离应符合《10kV及以下架空配电线路设计技术规程》规定。

（2）直线杆荷载。直线杆无拉线，同时主要承受水平横向的风荷载。水平荷载在电杆与地面A截面处（图1）产生的弯矩最大，这个弯矩必须小于电杆允许弯矩。按照《10kV及以下架空配电线路设计技术规程》规定，直线杆按照无冰时的最大风速、冰、未断线；覆冰、相应风速、未断线两种情况计算。

图1 直线杆受力图

依据66kV及以下架空电力线路设计规范，直线杆A截面处弯矩计算有关公式[4]如下：

①风向与线路垂直情况导线风荷载：

式中：Wx-导线风荷载标准值，kN；a-风荷载档距系数，风速20m/s以下取 1.0，风速 20～29m/s取 0.85，风速 30～34m/s取 0.75，风速 35m/s及以上取 0.7；μs-风荷载体型系数，d＜17mm，取 1.2；d≥17mm，取 1.1；覆冰时取1.2；d-导线覆冰后的计算外径，m；Lw-水平档距，m。

②杆身（与横担垂直）风荷载：

式中：Ws-杆身风荷载标准值，kN；β-风振系数，取1.0；μs-电杆风荷载体型系数，环形钢筋混凝土电杆取0.7；μz-风压高度变化系数，城区、县城中心区取0.65，农村地区取1.0；A-杆身迎风面的投影面积，m2。

③基本风压：

式中：W0-基准风压标准值，kN/m2；v-风速，m/s。

④考虑附加弯矩系数0.15，最大风速90°风吹时，直线杆A截面处最大弯矩计算：

式中：h1、h2上、下层导线距地面高度，m；h3电杆地面以上水平投影面积形心，m。

⑤最终确定电杆设计采用弯矩：

式中：[M]电杆标准开裂检验弯矩，kN·m；k电杆强度安全系数，普通钢筋混凝土电杆k≥1.7，预应力钢筋混凝土电杆k≥1.8。

（3）转角及终端杆荷载。转角及终端杆主要承担导线水平拉力，由于有拉线平衡，因此，在电杆拉线A截面处（图2）产生最大剪力[4]。环形钢筋混凝土电杆在剪力作用下斜截面受剪承载力，可按下式计算：

式中：Vs-剪力设计值，N；Vu-构件的抗剪承载力设计值，N；δ-电杆截面壁厚，mm；D0-电杆外径，mm；ft-混凝土抗拉强度设计值，N/mm2；环形钢筋混凝土锥形杆壁厚，梢径小于φ190取40mm，大于或等于φ190取50mm；A-截面处电杆外径计=拉线抱箍至杆顶距离×斜率+电杆梢径。混凝土抗拉强度设计值：普通钢筋混凝土杆用混凝土强度等级为C40，抗拉强度为1.71N/mm2；预应力钢筋混凝土杆、部分预应力混凝土杆用混凝土强度等级为C50，抗拉强度为1.89N/mm2。