输电杆塔课程设计

摘要架设输电导线的刚性支撑结构。为避免电晕放电以及感应静电场对人的危险，高压和超高压输电线路所用杆塔必须有足够的高度，杆塔上架设的各根输电线之间还须隔开相当的距离。随着经济水平的不断发展，电力工业越来越发达，输电杆塔的重要性也就凸显出来，好的电杆设计不仅要满足输电供电的安全要求，还要满足环保设计，经济设计等各项指标。关键词：输电杆塔目录摘要……………………………………………………………………Ⅰ1设计条件及相关参数………………………………………………12导线与地线的相关参数………………………………………………22-1导线比载计算………………………………………………………22-2地线比载计算………………………………………………………32-3导线最大弧垂的计算……………………………………………43电杆外形尺寸确定…………………………………………………53-1电杆总高计算………………………………………………………53-2横担长度计算……………………………………………………63-3电杆外形尺寸校验………………………………………………64电杆荷载计算………………………………………………………84-1各气象条件荷载计算…………………………………………84-2杆塔风压计算……………………………………………………115电杆杆柱的强度验算和配筋计算…………………………………125-1正常情况下电杆弯矩计算………………………………………125-2断导线情况……………………………………………………135-3电杆强度和配筋计算……………………………………………156基础计算……………………………………………………………156-1抗倾覆稳定计算…………………………………………………156-2拉线稳定及强度计算……………………………………………166-3底盘计算…………………………………………………………17参考文献………………………………………………………………181：设计条件与相关参数1)气象条件表一：Ⅰ级典型气象区气象条件大气温度（℃）风速（m/S）冰厚mm最高温最低温覆冰安装最大风年均温最大风覆冰安装冰厚40-5—+100+2035101002)电杆荷载组合情况表二：110自立式单杆电杆荷载组合情况荷载类型垂直荷载横向水平荷载纵向水平荷载荷载组合项目导、地线、绝缘子串、金具重力荷电杆自重荷载安装时工人、工具重力荷载导、地线、绝缘子串和金具风压电杆本身风载转角电杆上导线及地线角度力导、地线不平衡张力断线时对电杆产生的支持力导线安装时的紧线张力3)表三：导线LGJ-150/25相关参数导线型号计算截面积（2mm）外径（mm）计算拉断力(N)单位长度质量(kg/km)LGJ-150/25173.1117.15411601.04)表四：地线GJ-35相关参数型号计算截面积（2mm）计算直径（mm极限强度(2/Nmm)最大拉断力(N)最小拉断力(N)重量(kg/km)GJ-3537.27.81176~1372470046003005)表五：绝缘子相关参数型号主要尺寸（mm）工频电压KVr.m.S不小于雷电全波冲击电压KVpeak不小于抗张机械负荷（KN）重量（kg）结构高度H盘径D公称爬电距离L连接形式标记干闪络湿闪络1min湿耐受击穿50%闪络耐受例行试验1h机电试验机电破坏不小于×-4.5146254285168045401101201003645605.06)表六：线路金具选配表7)电杆结构及材料8)地质条件安B类地区设计风速土壤类型可塑粘性土;容重16km/m3;抗剪角35°;被动土压系数48km/m3.2导线与地线的相关计算2-1导线比载计算（单位：MPa/m）①自重比载γ1(0,0)=qg/A×10-3=601×9.80665/173.11×10-3=34.05×10-3②冰重比载无③垂直总比载γ3(0,0)=γ1(0,0)=34.05×10-3④无冰风压比载γ4(0,35)=βｃαｆμｓｃｄwc/Aｘ10－３4(0,35)=βｃαｆμｓｃｄwc/Aｘ10－３=1.0×0.75×1.1×17.1×352/(1.6×173.11)×10-3=62.39×10-3γ4(0,10)=βｃαｆμｓｃｄwc/Aｘ10－３=1.0×1.0×1.1×17.1×102/(1.6×173.11)×10-3=6.79×10-3⑤覆冰风压比载无⑥无冰综合比载γ6(0,35)=[γ1(0,0)2+γ4(0,35)2]1/2=71.08×10-3γ6(0,10)=[γ1(0,0)2+γ4(0,10)2]1/2=34.72×10-3⑦覆冰综合比载无2-2地线比载计算地线比载计算同导线，比载见下表。表六：导线和地线荷载计算参数名称导线LGJ-150/25地线GJ-35截面面积（mm2）Ad=173.11Ad=37.2外径（mm）D=17.1D=7.8比载（N/m.mm2）γ1d(0,0)=34.05×10-3γ3d(0,0)=34.05×10-3γ4d(0,35)=62.39×10-3γ4d(0,10)=6.79×10-3γ6d(0,35)=71.08×10-3γ6d(0,10)=34.72×10-3γ1b(0,0)=79.09×10-3γ3b(0,0)=79.09×10-3γ4b(0,35)=144.48×10-3γ4b(0,10)=15.73×10-3γ6b(0,35)=164.71×10-3γ6b(0,10)=80.64×10-32-3导线最大弧垂的计算可能控制气象条件有最低气温、最大风速、最厚覆冰及年均气温，其中年均温气象条件下取安全系数K=4.0，其它条件取K=2.5①计算得比载、许用应力0[]及两者比值0/[]见下表气象条件最低气温最大风速最厚覆冰年均气温(/)MPam34.05×10-362.39×10-3____34.05×10-30[]()MPa118.78118.78____74.240/[](/)sm0.287×10-30.525×10-3____0.459×10-3排序ac____b②计算临界档距（无高差，cos1）00220024[[][]()][()()][][]jijiijjijiEttlE有效临界档距判别表气象条件abc临界档距（m）Lab=109.28Lac=虚数Lbc=217.37———临界档距有:Lab=109.28m,Lac=217.37m;当0L109.28m时，最低气温为控制气象条件；当109.28L217.37m时，年均气温为控制气象条件；当L217.37m时，最大风速为控制气象条件。因计算原理过程相同，下面计算均以档距L75.95m为例，取计算单据为L=200m。③最大弧垂气象条件的判断及计算最大弧垂可能出现气象条件是最高气温和最厚覆冰，但由于Ｉ区没有覆冰，因此最大弧垂出现在最高气温气象条件下0max49.30,3.32MPafm3电杆外形尺寸确定3-1电杆总高计算电杆的总高度与档距、地理条件、电压等级、气候及电气等因素有关。电杆总高等于呼称高度加上导线间的垂直距离和避雷线支架高度、基础埋深。1)电杆呼称高度电杆下横担的下线边缘线到地面垂直距离H称为电杆的呼称高度，由悬垂绝缘子串长度、导线最大弧垂maxf、导线到地面及被跨越物安全距离xh及施工裕量h组成，即maxxHfhh110KV电杆采用7片×-4.5绝缘子【27】λ=1.1066m，导线弧垂为3.32m,电杆按居民区设计偏安全，设计导线到地面垂直距离为7.0m,100m档距施工裕度为0.5m。因此，电杆设计呼高H=11.842m,选取呼高为13.5m。2）导线间的垂直距离单回线路两相导线水平排列线间距，《规程》规定：导线间的水平线间距，可根据运行经验确定，1000m以下档距计算式为DM=0.4λ+U/110+0.65fma×1/2在覆冰较少地区，《规程》推荐垂直线间距宜采用水平线间距的75%即计算得Dm=2.593m,Dv=1.945m设计导线间水平距离为5m，设计导线间垂直距离为4m。3）地线支架高度设计110KV线路采用25防雷保护角，取地线支架向右侧偏移0.3m,避雷线支架高度为h，则地线对下横担左侧导线防雷保护为控制条件，由防雷条件知1.50.3tan1.022h求的h=1.55m,选取避雷线支架高度为3.0m。综上，电杆设计总高H=0.5+3.0+4.0+13.5+3=24.0m，其中杆段为270~390mm,390~510mm,510~590mm各一段。3-2.横担长度计算由以上计算出两相导线水平间距，可选取下横担长度为5m,上下导线垂直间距为4m,上下导线水平偏移距离1.0m,上横担长度为1.5m。电杆草图如下图3-1电杆外形尺寸2-3电杆外形尺寸校验1)上下导线垂直线间距的校验。由表3-10得最小垂直线间距为3.5m,小于实际线间距4.0m，合格。2)上下导线水平偏移校验。由表3-11得《规程》规定水平偏移距离为0.5m,小于实际上下导线水平偏移距离1.0m,合格。3)间隙圆校核。Ⅳ级气象区三种气象条件风速：正常运行情况v=25m/S,操作过电压v=15m/S,雷电过电压v=10m/S。①三种气象条件下绝缘子串风荷载为PJ=n1(n2+1)μZW0AJ因n1=1,n2=7,μZ=1.1,AJ=0.03m2则PZ=1×(1+7)×1.1×352×0.03/1600=0.202(kN/m2)PC=1×(1+7)×1.1×202×0.03/1600=0.066(kN/m2)PL=1×(1+7)×1.1×152×0.03/1600=0.0371(kN/m2)②三种气象条件下导线风荷载为P=αfβcμScw0dLhSinθ2αf=0.75(校验v=15m/S),αf=0.61(校验v=20m/S),αf=0.61(校验v=35m/S)βc=1.0，μSc=1.1(d17mm),d=17.1,Lh=245m,θ=90。则pZ=0.61×1.0×1.1×352×254×17.1×10-3/1600=2.152kNpc=0.61×1.0×1.1×202×254×17.1×10-3/1600=0.703kNpL=0.75×1.0×1.1×152×254×17.1×10-3/1600=0.486kN③导线重力荷载γ1=34.05×10-3MPa/mGD=nγ1ALV=1×34.05×10-3×173.11×370=2.18(kN)④三种气象条件下绝缘子串风偏角为Ø=arctan[(PD+PJ/2)/(GD+PJ/2)]ØZ=arctan[(2.152+0.202/2)/(2.18+0.202/2)]=44.65。ØC=arctan[(0.703+0.066/2)/(2.18+0.066/2)]=18.40。ØL=arctan[(0.486+0.037/2)/(2.18+0.037/2)]=12.93。⑤《规程》给出的最小空气间隙为：RZ=0.25,RC=0.70,RL=1.00.根据λ=1.022m和ø、R值，用一定比例制作间隙圆校验图（如下），三种气象条件下间隙校验合格。图3-2电杆间隙圆计算（合格）4.电杆荷载计算1．运行情况1：直线杆塔第一种荷载组合情况为最大设计风速、无冰、未断线。Ⅰ级气象区，从《规程》中查得：V=35m/S,t=+10。,b=01)地线重力为GB=γ1BABLV+GTB=79.09×10-3×37.2×370+90=1179(N)2)地线风压为PB=γ4B(35)ABLP=144.48×10-3×37.2×370=1989(N)3)导线重力为GD=γ1DADLV+GTB=34.05×10-3×173.11×370+520=2701(N)4)绝缘子串风荷载：绝缘子串数n1=1，每串绝缘子片数n2=7，单裙一片绝缘子挡风面积AJ=0.03m2，绝缘子串高度为13.5m,查表得风压高度变化系数μZ=1.0，则PJD=n1(n2+