10kV及以下架空配電線路電桿選型淺析

王凱

（渭南供電分公司 陜西渭南 714000）

10kV及以下架空配電線路電桿選型淺析

王凱

（渭南供電分公司 陜西渭南 714000）

10kV及以下架空配電線路工程設計中，電桿結構選型是存在于我們自身的一塊“短板”。一些單位線路勘測不嚴謹、選型不規范，缺少必要的結構計算；更有甚者，憑借所謂的“經驗”來確定電桿選型。其結果，要么給電網的工程質量及運行維護埋下隱患；要么標準過高，結國家和企業造成不必要的資金浪費。因此，要求我們必須熟悉并掌握電桿結構計算與選型。

10kV；架空；線路；電桿選型

引言

回顧以往10kV及以下配電網工程建設情況，相較于設備材料制造、施工工藝等環節，工程勘測設計、電桿結構選型確實是存在于我們自身的一塊“短板”。檢查中發現，一些單位線路勘測不嚴謹、電桿選型不規范，缺少必要的結構計算。更有甚者，憑借所謂的“經驗”來確定電桿選型。其結果，要么給電網的工程質量及運行維護埋下隱患；要么標準過高，給國家和企業造成不必要的資金浪費。

隨著社會經濟發展，電力需求快速增長，大截面導線的設計使用越來越普遍，已往的經驗早已行不通了。因此，熟悉并掌握電桿結構計算與選型，對于我們今后的工程建設工作就顯得尤為重要。下面讓我們從認識水泥電桿開始，掌握導線應力、弧垂設計與電桿荷載、高度的關系，一步步探究電桿選型的問題。

1 電桿的分類和選用

水泥電桿按不同配筋方式分為普通鋼筋混凝土電桿（G）、部分預應力混凝土桿（BY）及預應力鋼筋混凝土桿（Y）；按外形可分為錐形桿（Z）和等徑桿（D）。鋼筋混凝土電桿國家標準（GB 4623-2014）2015年12月1日起正式實施，電桿的梢徑、長度、開裂檢驗荷載、開裂檢驗彎矩、承載力檢驗彎矩等技術參數，可從新標準查閱[2]。

2 導線應力與弧垂

（1）導線應力值的確定。各種氣象條件下，導線的張力弧垂計算應采用最大使用張力和平均運行張力作為控制條件，最大使用張力不應大于瞬時破壞張力的40%（即設計安全系數不應小于2.5）。平均運行張力上限應符合66kV及以下架空電力線路設計規范（GB 50061-2010）規定。架空絕緣導線、鋼絞線的設計安全系數不應小于10kV及以下架空配電線路設計技術規程（DL/T 5220-2005）規定。

①最大設計應力值計算。線路設計、施工過程中，考慮導線在各種氣象條件，當出現最大應力時的應力恰好等于導線的最大允許應力，即滿足技術要求。但由于地形或孤立檔等條件限制，有時必須把最大應力控制在比最大允許應力小的某一水平上，以確保線路運行的安全性，即安全系數K＞2.5。因此，我們把設計時所取定的最大應力氣象條件時導線應力的最大使用值稱最大使用應力（σmax）。

式中：σmax導線最低點最大使用應力，MPa；Tcal導線計算拉斷力，N；σcal導線計算拉斷應力，N/mm2；K導線強度安全系數。

工程中，一般導線安全系數均取2.5，對檔距較小的孤立檔，導線最大使用應力則往往是受豎線施工時的允許過牽引長度控制；對個別地形高差很大的耐張段，導線最大使用應力又受導線懸掛點應力控制。這些情況下，導線安全系數均大于2.5。

②平均運行應力計算：σpj=σcal×x%

式中：σpj導線平均運行應力，N/mm2；x%規定百分比。

（2）導線應力、弧垂。依據國網公司《10kV及以下配電網工程典型設計》導線應力、弧垂與檔距表，工程設計中可直接查用。導線弧垂表是以懸點等高為前提給出的，當懸掛點不等高，但高差（△h）小于或等于檔距的10%時，其計算精度可以滿足工程要求。若懸掛點高差大于檔距的10%時時（如山區地帶），則應考慮高差影響，需要進行重新計算并校核。已知代表檔弧垂，求觀測檔弧垂計算式：

式中：f觀測檔弧垂；f0代表檔弧垂；L觀測檔距；L0代表檔距。

3 電桿選型相關計算

（1）電桿高度計算[1]：H=h1+h2+fmax+h3-h4

式中：H 電桿長度，m；h1埋深，m；h2導線對地距離，m；fmax導線最大弧垂，m；h3最下層橫擔中心至桿頂距離，m；h4導線懸掛點至橫擔中心距離，上正、下負，m。

導線弧垂根據架設線路檔距、安裝溫度、線路所在典型氣象區，可從國網公司《10kV及以下配電網工程典型設計》中查取相應的弧垂數值。導線對地面、建筑物、樹木，果樹、經濟作物或城市綠化灌木等垂直最小距離，導線與鐵路、道路、河流、管道、索道及各種架空線路交叉或接近要求，10kV及以下多回路桿塔和不同電壓等級同桿架設的桿塔，橫擔間最小垂直距離依據《66kV及以下架空電力線路設計規范》確定。

轉角或分支線如為單回線，則分支線橫擔距主干線橫擔為0.6m；如為雙回線，則分支橫擔距上排主干線橫擔為0.45m，距下排主干線橫擔為0.6m。同桿架設絕緣線路橫擔之間的最小垂直距離應符合《10kV及以下架空配電線路設計技術規程》規定。

（2）直線桿荷載。直線桿無拉線，同時主要承受水平橫向的風荷載。水平荷載在電桿與地面A截面處（圖1）產生的彎矩最大，這個彎矩必須小于電桿允許彎矩。按照《10kV及以下架空配電線路設計技術規程》規定，直線桿按照無冰時的最大風速、冰、未斷線；覆冰、相應風速、未斷線兩種情況計算。

圖1 直線桿受力圖

依據66kV及以下架空電力線路設計規范，直線桿A截面處彎矩計算有關公式[4]如下：

①風向與線路垂直情況導線風荷載：

式中：Wx-導線風荷載標準值，kN；a-風荷載檔距系數，風速20m/s以下取 1.0，風速 20～29m/s取 0.85，風速 30～34m/s取 0.75，風速 35m/s及以上取 0.7；μs-風荷載體型系數，d＜17mm，取 1.2；d≥17mm，取 1.1；覆冰時取1.2；d-導線覆冰后的計算外徑，m；Lw-水平檔距，m。

②桿身（與橫擔垂直）風荷載：

式中：Ws-桿身風荷載標準值，kN；β-風振系數，取1.0；μs-電桿風荷載體型系數，環形鋼筋混凝土電桿取0.7；μz-風壓高度變化系數，城區、縣城中心區取0.65，農村地區取1.0；A-桿身迎風面的投影面積，m2。

③基本風壓：

式中：W0-基準風壓標準值，kN/m2；v-風速，m/s。

④考慮附加彎矩系數0.15，最大風速90°風吹時，直線桿A截面處最大彎矩計算：

式中：h1、h2上、下層導線距地面高度，m；h3電桿地面以上水平投影面積形心，m。

⑤最終確定電桿設計采用彎矩：

式中：[M]電桿標準開裂檢驗彎矩，kN·m；k電桿強度安全系數，普通鋼筋混凝土電桿k≥1.7，預應力鋼筋混凝土電桿k≥1.8。

（3）轉角及終端桿荷載。轉角及終端桿主要承擔導線水平拉力，由于有拉線平衡，因此，在電桿拉線A截面處（圖2）產生最大剪力[4]。環形鋼筋混凝土電桿在剪力作用下斜截面受剪承載力，可按下式計算：

式中：Vs-剪力設計值，N；Vu-構件的抗剪承載力設計值，N；δ-電桿截面壁厚，mm；D0-電桿外徑，mm；ft-混凝土抗拉強度設計值，N/mm2；環形鋼筋混凝土錐形桿壁厚，梢徑小于φ190取40mm，大于或等于φ190取50mm；A-截面處電桿外徑計=拉線抱箍至桿頂距離×斜率+電桿梢徑。混凝土抗拉強度設計值：普通鋼筋混凝土桿用混凝土強度等級為C40，抗拉強度為1.71N/mm2；預應力鋼筋混凝土桿、部分預應力混凝土桿用混凝土強度等級為C50，抗拉強度為1.89N/mm2。

圖2 轉角及終端桿受力圖

工程設計中，應根據平面走徑圖、縱斷面圖等勘測結果確定電桿最大剪力設計值。

4 電桿的規格選型

《環形混凝土電桿》規定，產品按外形代號、電桿梢徑、桿長、開裂檢驗彎矩、品種代號和標準編號順序進行標記。規范的電桿型號如（Z）φ190×12×39×G（GB 4623），即梢徑為 190mm、桿長為 12m、開裂檢驗彎矩為39kN·m的鋼筋混凝土錐形桿。

5 結語

以上將10kV及以下架空配電線路電桿結構計算與選型依據的標準、規程、規范及有關技術成果等內容全部涵蓋其中，通過上述步驟，我們可以快速而準確地計算出電桿荷載等級及具體的規格型號。

[1]國網公司.10kV及以下配電網工程典型設計[S].

[2]《環形混凝土電桿》（GB 4623-2014）[S].

[3]《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2010）[S].

[4]《66kV及以下架空電力線路設計規范》（GB 50061-2010）[S].

[5]《10kV及以下架空配電線路設計技術規程》（DL/T 5220-2005）[S].

TM752

A

1004-7344（2016）14-0065-02

2016-4-27

王凱（1980-），男，本科，從事配電網建設管理工作。