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(shè)計(jì)中，電桿結(jié)構(gòu)選型是存在于我們自身的一塊“短板”。一些單位線路勘測(cè)不嚴(yán)謹(jǐn)、選型不規(guī)范，缺少必要的結(jié)構(gòu)計(jì)算；更有甚者，憑借所謂的“經(jīng)驗(yàn)”來確定電桿選型。其結(jié)果，要么給電網(wǎng)的工程質(zhì)量及運(yùn)行維護(hù)埋下隱患；要么標(biāo)準(zhǔn)過高，結(jié)國家和企業(yè)造成不必要的資金浪費(fèi)。因此，要求我們必須熟悉并掌握電桿結(jié)構(gòu)計(jì)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(wǎng)工程建設(shè)情況，相較于設(shè)備材料制造、施工工藝等環(huán)節(jié)，工程勘測(cè)設(shè)計(jì)、電桿結(jié)構(gòu)選型確實(shí)是存在于我們自身的一塊“短板”。檢查中發(fā)現(xiàn)，一些單位線路勘測(cè)不嚴(yán)謹(jǐn)、電桿選型不規(guī)范，缺少必要的結(jié)構(gòu)計(jì)算。更有甚者，憑借所謂的“經(jīng)驗(yàn)”來確定電桿選型。其結(jié)果，要么給電網(wǎng)的工程質(zhì)量及運(yùn)行維護(hù)埋下隱患；要么標(biāo)準(zhǔn)過高，給國家和企業(yè)造成不必要的資金浪費(fèi)。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電力需求快速增長(zhǎng)，大截面導(dǎo)線的設(shè)計(jì)使用越來越普遍，已往的經(jīng)驗(yàn)早已行不通了。因此，熟悉并掌握電桿結(jié)構(gòu)計(jì)算與選型，對(duì)于我們今后的工程建設(shè)工作就顯得尤為重要。下面讓我們從認(rèn)識(shí)水泥電桿開始，掌握導(dǎo)線應(yīng)力、弧垂設(shè)計(jì)與電桿荷載、高度的關(guān)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(yù)應(yīng)力混凝土桿（BY）及預(yù)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)（GB 4623-2014）2015年12月1日起正式實(shí)施，電桿的梢徑、長(zhǎng)度、開裂檢驗(yàn)荷載、開裂檢驗(yàn)彎矩、承載力檢驗(yàn)彎矩等技術(shù)參數(shù)，可從新標(biāo)準(zhǔn)查閱[2]。

2 導(dǎo)線應(yīng)力與弧垂

（1）導(dǎo)線應(yīng)力值的確定。各種氣象條件下，導(dǎo)線的張力弧垂計(jì)算應(yīng)采用最大使用張力和平均運(yùn)行張力作為控制條件，最大使用張力不應(yīng)大于瞬時(shí)破壞張力的40%（即設(shè)計(jì)安全系數(shù)不應(yīng)小于2.5）。平均運(yùn)行張力上限應(yīng)符合66kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50061-2010）規(guī)定。架空絕緣導(dǎo)線、鋼絞線的設(shè)計(jì)安全系數(shù)不應(yīng)小于10kV及以下架空配電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程（DL/T 5220-2005）規(guī)定。

①最大設(shè)計(jì)應(yīng)力值計(jì)算。線路設(shè)計(jì)、施工過程中，考慮導(dǎo)線在各種氣象條件，當(dāng)出現(xiàn)最大應(yīng)力時(shí)的應(yīng)力恰好等于導(dǎo)線的最大允許應(yīng)力，即滿足技術(shù)要求。但由于地形或孤立檔等條件限制，有時(shí)必須把最大應(yīng)力控制在比最大允許應(yīng)力小的某一水平上，以確保線路運(yùn)行的安全性，即安全系數(shù)K＞2.5。因此，我們把設(shè)計(jì)時(shí)所取定的最大應(yīng)力氣象條件時(shí)導(dǎo)線應(yīng)力的最大使用值稱最大使用應(yīng)力（σmax）。

式中：σmax導(dǎo)線最低點(diǎn)最大使用應(yīng)力，MPa；Tcal導(dǎo)線計(jì)算拉斷力，N；σcal導(dǎo)線計(jì)算拉斷應(yīng)力，N/mm2；K導(dǎo)線強(qiáng)度安全系數(shù)。

工程中，一般導(dǎo)線安全系數(shù)均取2.5，對(duì)檔距較小的孤立檔，導(dǎo)線最大使用應(yīng)力則往往是受豎線施工時(shí)的允許過牽引長(zhǎng)度控制；對(duì)個(gè)別地形高差很大的耐張段，導(dǎo)線最大使用應(yīng)力又受導(dǎo)線懸掛點(diǎn)應(yīng)力控制。這些情況下，導(dǎo)線安全系數(shù)均大于2.5。

②平均運(yùn)行應(yīng)力計(jì)算：σpj=σcal×x%

式中：σpj導(dǎo)線平均運(yùn)行應(yīng)力，N/mm2；x%規(guī)定百分比。

（2）導(dǎo)線應(yīng)力、弧垂。依據(jù)國網(wǎng)公司《10kV及以下配電網(wǎng)工程典型設(shè)計(jì)》導(dǎo)線應(yīng)力、弧垂與檔距表，工程設(shè)計(jì)中可直接查用。導(dǎo)線弧垂表是以懸點(diǎn)等高為前提給出的，當(dāng)懸掛點(diǎn)不等高，但高差（△h）小于或等于檔距的10%時(shí)，其計(jì)算精度可以滿足工程要求。若懸掛點(diǎn)高差大于檔距的10%時(shí)時(shí)（如山區(qū)地帶），則應(yīng)考慮高差影響，需要進(jìn)行重新計(jì)算并校核。已知代表檔弧垂，求觀測(cè)檔弧垂計(jì)算式：

式中：f觀測(cè)檔弧垂；f0代表檔弧垂；L觀測(cè)檔距；L0代表檔距。

3 電桿選型相關(guān)計(jì)算

（1）電桿高度計(jì)算[1]：H=h1+h2+fmax+h3-h4

式中：H 電桿長(zhǎng)度，m；h1埋深，m；h2導(dǎo)線對(duì)地距離，m；fmax導(dǎo)線最大弧垂，m；h3最下層橫擔(dān)中心至桿頂距離，m；h4導(dǎo)線懸掛點(diǎn)至橫擔(dān)中心距離，上正、下負(fù)，m。

導(dǎo)線弧垂根據(jù)架設(shè)線路檔距、安裝溫度、線路所在典型氣象區(qū)，可從國網(wǎng)公司《10kV及以下配電網(wǎng)工程典型設(shè)計(jì)》中查取相應(yīng)的弧垂數(shù)值。導(dǎo)線對(duì)地面、建筑物、樹木，果樹、經(jīng)濟(jì)作物或城市綠化灌木等垂直最小距離，導(dǎo)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(jí)同桿架設(shè)的桿塔，橫擔(dān)間最小垂直距離依據(jù)《66kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》確定。

轉(zhuǎn)角或分支線如為單回線，則分支線橫擔(dān)距主干線橫擔(dān)為0.6m；如為雙回線，則分支橫擔(dān)距上排主干線橫擔(dān)為0.45m，距下排主干線橫擔(dān)為0.6m。同桿架設(shè)絕緣線路橫擔(dān)之間的最小垂直距離應(yīng)符合《10kV及以下架空配電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定。

（2）直線桿荷載。直線桿無拉線，同時(shí)主要承受水平橫向的風(fēng)荷載。水平荷載在電桿與地面A截面處（圖1）產(chǎn)生的彎矩最大，這個(gè)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(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，直線桿按照無冰時(shí)的最大風(fēng)速、冰、未斷線；覆冰、相應(yīng)風(fēng)速、未斷線兩種情況計(jì)算。

圖1 直線桿受力圖

依據(jù)66kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范，直線桿A截面處彎矩計(jì)算有關(guān)公式[4]如下：

①風(fēng)向與線路垂直情況導(dǎo)線風(fēng)荷載：

式中：Wx-導(dǎo)線風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN；a-風(fēng)荷載檔距系數(shù)，風(fēng)速20m/s以下取 1.0，風(fēng)速 20～29m/s取 0.85，風(fēng)速 30～34m/s取 0.75，風(fēng)速 35m/s及以上取 0.7；μs-風(fēng)荷載體型系數(shù)，d＜17mm，取 1.2；d≥17mm，取 1.1；覆冰時(shí)取1.2；d-導(dǎo)線覆冰后的計(jì)算外徑，m；Lw-水平檔距，m。

②桿身（與橫擔(dān)垂直）風(fēng)荷載：

式中：Ws-桿身風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN；β-風(fēng)振系數(shù)，取1.0；μs-電桿風(fēng)荷載體型系數(shù)，環(huán)形鋼筋混凝土電桿取0.7；μz-風(fēng)壓高度變化系數(shù)，城區(qū)、縣城中心區(qū)取0.65，農(nóng)村地區(qū)取1.0；A-桿身迎風(fēng)面的投影面積，m2。

③基本風(fēng)壓：

式中：W0-基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m2；v-風(fēng)速，m/s。

④考慮附加彎矩系數(shù)0.15，最大風(fēng)速90°風(fēng)吹時(shí)，直線桿A截面處最大彎矩計(jì)算：

式中：h1、h2上、下層導(dǎo)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(shè)計(jì)采用彎矩：

式中：[M]電桿標(biāo)準(zhǔn)開裂檢驗(yàn)彎矩，kN·m；k電桿強(qiáng)度安全系數(shù)，普通鋼筋混凝土電桿k≥1.7，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿k≥1.8。

（3）轉(zhuǎn)角及終端桿荷載。轉(zhuǎn)角及終端桿主要承擔(dān)導(dǎo)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(chǎn)生最大剪力[4]。環(huán)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(jì)算：

式中：Vs-剪力設(shè)計(jì)值，N；Vu-構(gòu)件的抗剪承載力設(shè)計(jì)值，N；δ-電桿截面壁厚，mm；D0-電桿外徑，mm；ft-混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2；環(huán)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(jì)=拉線抱箍至桿頂距離×斜率+電桿梢徑?；炷量估瓘?qiáng)度設(shè)計(jì)值：普通鋼筋混凝土桿用混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，抗拉強(qiáng)度為1.71N/mm2；預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土桿、部分預(yù)應(yīng)力混凝土桿用混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50，抗拉強(qiáng)度為1.89N/mm2。

圖2 轉(zhuǎn)角及終端桿受力圖

工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)平面走徑圖、縱斷面圖等勘測(cè)結(jié)果確定電桿最大剪力設(shè)計(jì)值。

4 電桿的規(guī)格選型

《環(huán)形混凝土電桿》規(guī)定，產(chǎn)品按外形代號(hào)、電桿梢徑、桿長(zhǎng)、開裂檢驗(yàn)彎矩、品種代號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)順序進(jìn)行標(biāo)記。規(guī)范的電桿型號(hào)如（Z）φ190×12×39×G（GB 4623），即梢徑為 190mm、桿長(zhǎng)為 12m、開裂檢驗(yàn)彎矩為39kN·m的鋼筋混凝土錐形桿。

5 結(jié)語

以上將10kV及以下架空配電線路電桿結(jié)構(gòu)計(jì)算與選型依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)范及有關(guān)技術(shù)成果等內(nèi)容全部涵蓋其中，通過上述步驟，我們可以快速而準(zhǔn)確地計(jì)算出電桿荷載等級(jí)及具體的規(guī)格型號(hào)。

[1]國網(wǎng)公司.10kV及以下配電網(wǎng)工程典型設(shè)計(jì)[S].

[2]《環(huán)形混凝土電桿》（GB 4623-2014）[S].

[3]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010-2010）[S].

[4]《66kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50061-2010）[S].

[5]《10kV及以下架空配電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)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(wǎng)建設(shè)管理工作。