1、输配电线路设计输配电线路设计 刘增良 杨泽江 主编 在进行杆塔结构设计计算时，对作用在杆塔外部荷载的分析及选定计算是否合理，直接影响杆塔结构的安全性和经济性。因此在杆塔设计计算时必须对作用在杆塔上的荷载认真地进行分析计算。按照架空输电线路设计技术规程规定：各类杆塔进行强度计算时，均应考虑线路的运行情况，断线情况，安装情况的荷载。第十一章第十一章 杆塔荷载计算杆塔荷载计算11.1 11.1 荷载种类及计算条件荷载种类及计算条件杆塔荷载的来源杆塔荷载的来源1 1、杆塔自重与杆塔自身的风荷载;2 2、电线上的所有荷载都要通过电线挂点传给杆塔。电线重量、电线覆冰荷载、电线风荷载、电线不平衡张力(包括电
2、线转角张力)、温度变化引起的电线张力变化、事故断线引起的张力变化、防振锤和重锤的重量等;3 3、架线施工时紧线、挂线、吊线引起的荷载;4 4、绝缘子串的重力荷载与风荷载也要传给杆塔;5 5、杆塔组立时所发生的施工荷载;6 6、拉线结构的永久拉线荷载;7 7、地震荷载与电线舞动产生的荷载;随时间的变化随时间的变化1.1.永久荷载：永久荷载：包括杆塔自重荷载，导线，避雷线，绝缘子，金具的重力以及其他固定设备的重力，人工和工具等附加荷载。2.2.可变荷载：可变荷载：包括风荷载，导线，避雷线和绝缘子上的覆冰荷载，导线避雷线张力，事故荷载，安装荷载和验算荷载等。3.3.特殊荷载：特殊荷载：地震引起的地震
3、荷载，以及在山区或特殊地形地段，由于不均匀结冰所引起的不平衡张力等荷载。荷载分类荷载分类（1 1）横向水平荷载：）横向水平荷载：顺横担方向作用的水平荷载，导、地线的风荷载、杆塔身风荷载和导地线的角度合力。（2 2）纵向水平荷载：）纵向水平荷载：垂直于横担方向的水平荷载，导、地线的不平衡张力、断线张力及杆塔、导线、地线的纵向风荷载，安装时的紧线张力。（3 3）垂直荷载：）垂直荷载：指垂直于地面方向作用的荷载，包括导、地线及附件自重、杆塔、横担自重、覆冰重及拉线下压力、安装检修时人员、工器具重力。作用方向作用方向 1 1、荷载标准值、荷载标准值 按照各种荷标准规定计算而得的荷载叫标准荷载，风载为基
4、本风压乘挡风面积.2 2、荷载设计值、荷载设计值 荷载标准值乘分项系数 一般分项系数:永久荷载取1.2 可变荷载取1.411.1.2 11.1.2 荷载的计算条件（组合原则）荷载的计算条件（组合原则）(1)(1)各类杆塔正常运行情况的荷载组合(2)(2)直线及悬垂转角杆塔断线情况的荷载组合(3)(3)耐张及转角杆塔断线情况的荷载组合(4)(4)直线及悬垂转角杆塔安装情况的荷载组合(5)(5)耐张及转角杆塔安装情况的荷载组合(6)(6)地震情况的荷载组合11.1.311.1.3荷载系数荷载系数为了采用同一标准进行受力的比较和尺寸选择，用荷载系数kH来表征各种情况的荷载对杆塔安全可靠性的要求。11
5、.211.2各种挡距的确定各种挡距的确定 计算杆塔荷载时，常用到三个设计档距:垂直档距垂直档距,水平水平档距和代表档距档距和代表档距1 1、水平档距：、水平档距：2 2、垂直档距、垂直档距3 3、代表档距、代表档距 代表档距用于计算某一耐张段电线的代表应力(平均应力)。4 4、设计档距初值的确定、设计档距初值的确定标准挡距标准挡距与杆塔的经济呼称高相应的挡距，称为标准挡距(2)(2)水平档距水平档距 平原地区线路，可取杆高标准档距Lb的1.05-1.1倍。丘陵和山地线路，水平档距的变动范围较大，一般按地形分段、分级取值。如110线路一般可将水平档距Lh分级为450,600,750,900m，按
6、不同级的水平档距设计若干种高度的杆塔以适应地形复杂地区的需要。（3 3）垂直档距）垂直档距 按经验一般取(1.25-1.7)Lh,或按水平档距加大（50-100)m （4 4）代表档距）代表档距 代表档距与导线张力有关，随电压等级和地形条件而变化。根据设计经验220kV线路，在平地上代表档距可取200-350m，山地可取200-600m。另外根据实际工程的统计分析，约有80%左右的代表档距小于标准杆塔高的标准档距，且为杆高标准档距的0.7-0.9倍左右，另外有10%-20%的代表档距大于杆高标准档距，其值为杆高标准档距的1.2-1.5倍左右。11.311.3荷载确定及荷载图荷载确定及荷载图11
7、.3.1 11.3.1 垂直荷载的计算垂直荷载的计算 在计算安装情况及断线情况荷载时，应考虑工作人员登杆作业时的附加荷载（工人及工具重力）。11.3.211.3.2水平荷载的计算水平荷载的计算1.1.杆塔的风压荷载杆塔的风压荷载当风向与线路方向垂直时，杆塔风压F 风压方向杆（塔）身侧面构件的投影面积，m 2;C 一风载体形系数，对环形截面电杆取 0.6，矩形截面电杆取 1.4，角钢铁塔取 1.4(1+)，圆钢铁塔取 1.2(1+);空间桁架背风面的风压荷载降低系数，采用表 11一 4 所列的数值。另外，60米以上的杆塔，考虑的风的振动作用，杆塔塔身风荷载应乘以风振系数。铁塔的风振系数取1.5，
8、拉线杆塔的风振系数取1.25.2.2.导线避雷线的风压荷载导线避雷线的风压荷载导线的风压荷载用下式计算 3.3.导线避雷线的角度荷载导线避雷线的角度荷载 线路转角时，杆塔承受顺横担方向的合力T11.3.311.3.3顺线荷载的计算顺线荷载的计算1.1.避雷线的不平衡张力、避雷线的不平衡张力、断线张力断线张力导线的断线张力和不平衡张力可分别取最大使用张力的百分数。不平衡张力按下式计算：T=T1COS1-T2COS2 2T1T1T1T1T1T12T2T2T122COS1T2COST22COS1COST1T22 2 2、顺线风荷载、顺线风荷载 杆塔、导线、避雷线在顺线路方向的风荷载总和，可取为导线在
9、垂直线路方向的风荷载的 20 一 50。11.3.4 11.3.4 杆塔安装荷载杆塔安装荷载 杆塔安装荷载计算杆塔安装荷载计算架设导线或避雷线时，需要将其从地面提升到杆塔上，此工作过程所引起的荷载叫吊线荷载。在施工中常采用双倍吊线双倍吊线或转向滑车吊线转向滑车吊线两种方式。滑 轮导 线至 卷 扬 机GP转 向 滑 轮PG滑 轮导 线至 卷 扬 机GFGF滑 轮(a)(b)采用双倍吊线时:G2KGGF 式中 K动力系数，考虑滑动阻力和牵引倾斜等因素，取K1.1；采用转向滑车吊线时:垂直荷载 GKG+GF N 吊线时，还要考虑相应风荷载引起对导线横向水平荷载 水平荷载 P=KG+P N 式中 P导
10、线或避雷风荷载 N；例例11-1 11-1 110kV 单回直线杆的呼称高为 13.4m,LGJ 一 150/20 ，GJ 一 35，标准挡距 260m，水平挡距 300m,垂直挡距 350m。气象条件如表11-8，导线避雷线的参数如表11-9试计算该直线杆的荷载，并画出荷载图。解解:避雷线金具无冰时重力 Gjb 和覆冰时重力Gjb Gjb =50N Gjb=70N 绝缘子串无冰时重力 Gj 和覆冰时重力 Gj Gj =530N Gj =600N 忽略金具及绝缘子串的水平风压。由表11-1，该杆塔需要计算7种荷载。（1 1）运行情况）运行情况I I（最大风速，无冰）（最大风速，无冰）避雷线重力
11、：避雷线重力：GB=g1ABlv+GJB=83.79710337.15350+50=1142 N 避雷线风压：避雷线风压：PB=g4B(25)ABlh=82.0410-337.15300=914 N 导线重力：导线重力：GD=g1Alv+GJ=32.75210-3164.5350+530=2416 N导线风压：导线风压：PD=g4(25)Alh=39.59610-3164.5300=1954 N（2 2）运行情况）运行情况II II（覆冰（覆冰:v=10m/s,t=-5:v=10m/s,t=-5，b=5mmb=5mm）避雷线重力：避雷线重力：GB=g3ABlv+GJB=131.7610337.
12、15350+70=1785 N 避雷线风压：避雷线风压：PB=g5BABlh=35.24110-337.15300=393 N 导线重力：导线重力：GD=g3Alv+GJ=51.016103164.5350+600=3537 N 导线风压：导线风压：PD=g5Alh=11.92410-3164.5300=588 N（3 3）断线情况）断线情况 。断上。断上 下导线时，气象条件为无冰，下导线时，气象条件为无冰，无风。无风。避雷线重力：避雷线重力：GB=1142 N 未断相导线重力未断相导线重力 ：GD=2416 N 断线相导线重力：断线相导线重力：GD=g1Alv/2+GJ=32.7521031
13、64.5350/2+530=1473 N 断线张力：断线张力：TD=0.35pA/K=6517N （4 4）避雷线张力差）避雷线张力差V V。其气象条件未无冰无风。其气象条件未无冰无风。避雷线重力：避雷线重力：GB=1142 N 导线重力导线重力 ：GD=2416 N 避雷线张力：避雷线张力：TB=0.2BOAB=0.2294.237.15=2187 N (5)(5)安装情况安装情况。起吊导线的气象条件取无冰，风速。起吊导线的气象条件取无冰，风速10m/s.10m/s.起吊上导线一般按避雷线已安，下导线未安装考虑。避雷线重力：避雷线重力：GB=1142 N 避雷线风压：避雷线风压：PB=g4B
14、(10)ABlh=15.44310-337.15300=172 N 导线重力导线重力 ：GD=2416 N 导线风压：导线风压：PB=g4(10)ABlh=17.45310-3164.5300=368 N下图为上导线的安装图。导线越过下横担的拉力T2与水平线的夹角为20。假设上下横担导线被水平拉出1.3m.根据力平衡条件，列平衡方程根据力平衡条件，列平衡方程 X=0 X=0 1.3T1/3.74=T2cos20 T1=2.7 T2 Y=0 Y=0 3.5T1/3.74=GD+T2sin20 T1=3.74(2416+0.342T2)/3.5 联立求解联立求解 T1=2986N T2=1106N
15、 杆头荷载传递至主杆：杆头荷载传递至主杆：GT1=29863.5/3.74=2794N PT1=29861.3/3.74=1038N G=1.12794+1500=4573N（6 6）安装情况）安装情况 按起吊下导线。按起吊下导线。避雷线重力：避雷线重力：GB=1142 N 避雷线风压避雷线风压 PB=g4B(10)ABlh=15.44310-337.15300=172 N 导线重力导线重力 ：GD=2416 N 导线风压：导线风压：PB=g4(10)ABlh=17.45310-3164.5300=368 N 正在安装的下导线横担处的总荷载为正在安装的下导线横担处的总荷载为 G=1.12416+1500=4158N
