第三章-杆塔外形尺寸的确定(第二版)

输电杆塔及基础设计主讲：陈祥和电话：[phone]主要内容：1、杆塔外形尺寸2、防雷保护角意义3、通用杆塔的选用及其校验第三章杆塔外形尺寸的确定第三章杆塔外形尺寸的确定第一节杆塔高度计算第二节导线间距离计算第三节地线支架高度及地线水平距离的确定第四节杆塔横担长度第五节杆塔定位与接近物距离的规定第六节通用设计杆塔应用简介杆塔外形尺寸(见图3－1)，主要包括杆塔呼称高度H、导线间的距离Dm、上下横担的垂直距离Dv、地线支架高度hB、双地线的地线挂点之间水平距离等、电杆埋深h0、杆塔总高。一、杆塔总高度杆塔的总高度等于呼称高度加上导线间的垂直距离和地线支架高度，对于钢筋混凝土电杆总高度还要加上埋地深度h0。第三章杆塔外形尺寸的确定第一节杆塔高度计算图3－1杆塔外形尺寸影响总高的因素：（1）档距：档距↑，弧埀↑，呼称高度↑，总高↑。（2）地理条件：影响导线对地面的垂直距离（跨越物的安全距离）（3）电压等级：（4）气象：温度（高温，弧埀大），冰（重冰弧埀大）。（5）电气条件；各种电气安全距离。二、杆塔呼称高度杆塔下横担的下弦边缘线到地面的垂直距离H称为杆塔呼称高度（见图3－2）也称杆塔基本高度H=+fmax+hx+h式中λ绝缘子串的长度（包括金具的长度）；fmax导线的最大弧垂；hx导线到地面、水面及被跨越物的安全距离（查《线路设计规范》；h考虑测量、施工误差等所预留宽度。以下说明各参数的确定图3－2杆塔呼称高度示意图砼电杆铁塔1.悬垂绝缘子串长度的确定由电压等级、污秽级别确定；2.导线最大弧垂的确定气象条件有关，高温↑，弧垂↑。覆冰↑，弧垂↑。高温或覆冰取最大者。3.导线到地面及被跨越物的安全距离电压等级，地理环境有关如导线对地面最小垂直距离见表3-2～3－54.施工裕度h的确定施工裕度主要考虑测量、安装等施工中出现的误差而预留宽度。施工裕度见表3－8。三、杆塔经济呼称高度1、档距↑，弧垂↑，呼高↑杆塔高↑，但杆塔个数少。2、档距↓，弧垂↓，呼高↓杆塔高↓，但杆塔个数多。两者一定有一个最优的呼称高度，使得整个线路杆塔材料用量最少，把这个最优呼称高度称为经济呼称高度，也称杆塔标准呼称高度。根据设计经验，不同电压等级经济呼称高度见表3－98()JJxLHhhr2max8lffmax＝H－－hx－h联立求LJ用式中导线最大弧垂时的应力；r导线最大弧垂时的比载；HJ－经济呼称高度。四、经济档距LJ经济呼称高度对应的档距叫经济档距一、单回路两相导线水平排列线间距的确定档距在1000m以下的可按下式计算max65.0110fUKDim式中Dm导线水平线间距，m；Ki－悬垂绝缘子串系数，见表3－10悬垂绝缘子串长度，m；U线路电压等级，kV；fmax导线最大弧垂，m。使用悬垂绝缘子串的杆塔，其水平线间距离与档距的关系，如表3－11所示。(见图3－1)第二节导线间距离计算二、单回路两相导线垂直排列的垂直线间距的确定垂直线间距按正式计算：DV=Dm75%规范还规定：使用悬垂绝缘子串的杆塔，其垂直线间距不宜小于表3－13所列数值。三、单回路两相导线倾斜排列等效水平线间距的确定按下列公式计算：224()3xPVDDD(见图3－1)(见图3－1)式中DX－导线三角形排列等效水平线间距；DP－导线间水平投影距离（上、下导线水平偏移）；DV－导线间垂直投影距离。（四）多回路杆塔的线间距的确定不同回路的不同相导线间的水平距离或垂直距离，《规程》规定按单回路计算的线距增大0.5m1、覆冰地区上下层相邻导线间或地线与相邻导线间的最小水平偏移(见图3－1)，宜符合表3－15规定2、10kV及以下最小水平、垂直线间距另有规定地线距导线有两个控制条件距导线的高度距导线的水平距一、地线支架高度hb按下式计算：BDBhh式中h－地线与导线间的垂直投影距离；λD－绝缘子串长度；λB－地线金具长度。如图3－3第三节地线支架高度及地线水平距离的确定图3－3地线示意图二、防雷保护角地线与导线在垂直方向形成的夹角α，称防雷保护角，如图3－3，《规范》规定：根据地线与相邻导线水平偏移和防雷保护角便可确定地线与导线间的垂直投影距离h，即：1、对于单回路，330kV及以下线路的保护角不宜大于15°，500kV～750kV线路的保护角不宜大于10°；2、对于同塔双回或多回路，110kV线路的保护角不宜大于10°，220kV及以上线路的保护角均不宜大于0°；3、单地线线路不宜大于25°；4、对重覆冰线路的保护角可适当加大。21BDDDahtgtg式中D2－导线悬挂点到杆塔中心线的距离；D1－地线悬挂点到杆塔中心线的距离；aBD－地线与导线水平投影距离，即水平偏移，覆冰按表3－15取值。如图3－3注：规范规定了水平偏移aBD,和防雷保护角α，可计算地线与导线间的垂直投影距离h；因此可得地线支架高度：BDBhh四、档距中央导线与地线间的距离《规范》规定在雷电过电压气象条件下（气温＋150，无风），应保证档距中央导线与地线间的距离，须满足下列条件S≥0.012L＋1式中S－档距中央导线与地线间的距离；L－档距。《规范》规定：双地线之间的水平距离不应超过导线与地线垂直距离的5倍，即DB≤5h式中h－地线与导线间的垂直投影距离。三、地线之间的水平距离DB指双地线两地线挂点之间的水平距离杆塔的横担长度可根据导线水平线间距和最小空气间隙并考虑带电作业的要求来确定。当悬垂绝缘子串长度和风偏角（摇摆角）、最小空气间隙确定后，横担的长度（如下图）按下式计算上字型杆塔的上横担长度：Dh＝R＋sin＋b上字型杆塔的下横担长度：Dh＝2（R＋sin＋b）第四节杆塔横担尺寸的确定杆塔bλsinRDh悬垂绝缘子串长度m；b杆塔上脚钉外露部分加杆径一半的长度m悬垂绝缘子串风偏角（º）；式中R最小空气间隙，不应小于表3－16中相应的数值m；悬垂绝缘子串风偏角如图，并按以下公式计算：41/2/2/2/2DJhJDJVJPPALParctgarctgGGALG杆塔导线为双层布置时，计算出横担长度要考虑导线上下层间的水平偏移距离，并按表3－15取值。式中PD—导线的风荷载；GD—导线垂直荷载；PJ—悬垂绝缘子串风荷载；GJ—悬垂绝缘子串垂直荷载；LP、LV－分别为水平档距和垂直档距γ1、γ4－分别为导线的自重比载和风压比载第五节杆塔定位与接近物距离的规定见规范规定1、模块划分原则本着“唯一性、相容性、方便性和扩展性”，通用设计将杆塔划分为若干个模块和子模块。（1）模块相同的电压等级、回路数和导线型号划分为一个模块。（2）子模块一个模块中不同的风速、覆冰厚度和海拔高度划分为一个子模块。一、通用设计杆塔名称编制规则第六节通用设计杆塔应用简介110～500kV输电线路通用设计修订模块主要技术条件：见附录B（一）110kV以上杆塔命名规则2、杆塔名称编制规则杆塔名称由三部分组成：例3-1解释2A1－ZM1型铁塔各符号及数字表示的意义查《通用设计》手册（见表3－27）分别解释如下：铁塔图见图3－8例3-2解释1X1－ZBC1型铁塔各符号及数字表示的意义查《通用设计》手册（见表3－28）分别解释如下：铁塔图见图3－9（二）66kV以下杆塔命名规则[模块编号]－[塔型名称]－[系列号]三位数组成第一位：电压等级35－35kV第二位：杆塔代号A－砼电杆B－铁塔C－钢管杆第三位：模块代号01、02、03……Z－单回直线杆塔SZ－双回直线杆塔J－单回转角（或耐张）杆塔SJ－双回转角（或耐张）杆塔塔型系列号：1、2、3……例3解释35C01－J1杆各符号及数字表示的意义。35－表示电压等级为35kV，C－为钢管杆，01－模块代号，表示单回，风速25m/s，覆冰厚为10mm、导线截面185mm2。J－转角杆塔1－1型，表示呼高，水平、垂直档距及转角。查《通用设计》手册，分别解释如下：例4解释35B02－Z1杆塔各符号及数字表示的意义。35－表示电压等级为35kV，B－为铁塔，02－模块代号，表示单回，风速25m/s，覆冰厚为10mm、导线截面240mm2。Z－直线型，1－1型，表示呼高，水平、垂直档距及塔头尺寸。查《通用设计》手册，分别解释如下：二、通用杆塔模块选用方法选择通用杆塔模块的依据是：①电压等级②气象条件③导、地线型号⑤地理条件、海拔高度④线路回路数⑥呼称高度2、杆塔的选择电压等级线路回路数导地线型号气象条件塔头型式地理条件海拔高度查模块主要技术参数表（附录B）列出杆塔的设计参数确定模块根据模块查通用设计手册设计使用条件基础作用力杆塔外形尺寸例535kV输电线路某段，经过非居民区山地，Ⅲ级典型气象区。导线为LGJ-185/30，地线为GJ-35，悬垂绝缘子串选用XP-70型绝缘子，每串4片，绝缘子串长度λ＝0.885m，重量GJ＝0.23kN。经线路设计计算及排杆定位，呼称高度为10m，试选择电杆。解：Ⅲ级典型气象区对应通用设计的A气象组合即最大风速V＝25m/s,覆冰厚度t＝5mm根据电压等级35kV，单回路，V＝25m/s，t＝5mm,导、地线型号，地理条件查35kV通用设计手册混凝土电杆模块表，选用35A02－Z3，设计条件及参数见《典型设计35kV分册》P66页三、通用杆塔主要应用参数(1)气象参数(2)导、地线型号及最大使用张力(3)水平档距、垂直档距、代表档距、呼称高度(4)塔头荷载(5)导、地线张力(6)根开(7)基础作用力(8)单线图四、要求：要满足各种运行条件（电气要求）结构的合理性经济性好外形的美观。1、导线与杆塔之间的空气间隙及校验（1）悬垂绝缘子串风偏角的计算（摇摆角）2/2/2/2/14JVJhJdJdGALPALarctgGGPParctg式中Pd—导线的风荷载；Gd—导线垂直荷载；PJ—悬垂绝缘子串风荷载；GJ—悬垂绝缘子串垂直荷载；五、杆塔校验杆塔选择后，必须进行校验合格后，才能使用。(一)塔头尺寸的校验（结构尺寸校验）Lh、LV－分别为水平档距和垂直档距γ1、γ4－分别为导线的自重比载和风压比载（2）空气间隙校验用作图法2、导线水平线间距校验max65.0110fUKDim（1）求最大弧垂（2）根据弧垂求水平间距（3）当Dm小于实际，满足。fmax＝H－－hx－h3、上下导线等效水平线间距校验1、用水平档距、垂直档距进行校验由第二章荷载计算可知，水平荷载与水平档距有关，垂直荷载与垂直档距有关。因此，定位图上得到的水平档距、垂直档距如果小于所选杆塔设计水平档距、垂直档距时安全。5、上下导线水平偏移校验大于表3－15规定4、上下导线垂直线间距校验不小于表3－13规定224()3xPZmDDDD(二)承载能力校验（荷载校验）2、用荷载进行校验注意：因定位图上的垂直档距是最大弧垂时的垂直档距，根据垂直档距计算公式可看出，最大垂直档距不见得发生在最大弧垂的气象条件，因此，当定位图上取得的垂直档距与所选择杆塔设计垂直档距很接近时，不能用此方法校验，应根据垂直档距计算公式计算出校验条件下的垂直档距，再做比较。根据杆塔的受力情况，计算杆塔实际承受的荷载与杆塔能承受的荷载比较校验（三）杆塔最大使用档距的校验max65.0110fUKDim2max8lf1、计算最大弧垂注意:Dm为所选杆塔实际线间距,2、用下列公式计算档距定位图上的档距应小于以上计算的档距maxmax8fL例6(见教材例3－5)例7(见教材例3－6)