同桿四回10kV直線桿的選擇

李善金 ?？∮?耿偉亞

（1.河南商丘供電公司，河南 商丘 476000；2.商丘夏邑供電局，河南 商丘 476400）

在城市規(guī)劃區(qū)，受工程造價等因素限制，10kV仍大量采用架空方式架設(shè)，但隨著城市的發(fā)展，電力線路與電力走廊的矛盾也越來越突出，由此催生了10kV同桿多回架設(shè)。10kV桿塔種類主要按使用用途主要分為直線桿型、耐張桿型和混合桿型三類，現(xiàn)在多回路轉(zhuǎn)角耐張桿一般都采用鋼管桿或者鐵塔，而用量最多的直線桿主要仍然采用環(huán)形混凝土桿。

而現(xiàn)在的 10kV電桿往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇，沒有經(jīng)過受力分析，從而造成安全問題或者浪費(fèi)。本文以以河南商丘地區(qū)為例，就同桿四回 10kV直線桿當(dāng)中的電桿選擇和電桿埋深進(jìn)行探討。以期達(dá)到在不同的工程中，能根據(jù)工程實(shí)際情況，合理設(shè)置桿頭布置，選擇合理的電桿高度，再通過計(jì)算桿塔荷載分析，確定電桿強(qiáng)度和埋深。以達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理使用電桿的目的。

1 電桿使用條件

1）氣象條件

根據(jù)《66kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50061-2010）和《架空絕緣配電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 601—1996）相關(guān)規(guī)定，商丘地區(qū)10kV氣象條件選用最高氣溫＋40℃，最低氣溫－20℃，最大覆冰10mm，最大風(fēng)速25m/s。

2）導(dǎo)線型號

本文以10kV配網(wǎng)中比較常用導(dǎo)線 JKLYJ-240鋁絞線芯架空絕緣電纜為例計(jì)算，其外徑為26.5mm，單位重量為935kg/km，額定抗拉強(qiáng)度為34696N。

3）使用檔距

按照《架空絕緣配電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，架空絕緣線路的檔距不宜大于50m。

4）地質(zhì)條件

根據(jù)商丘地區(qū)地質(zhì)勘探的結(jié)果，土壤為亞粘土或粉質(zhì)粘土，其物理特性按取值如下：計(jì)算容重γ0=18kN/m3，計(jì)算內(nèi)摩阻角β=30°，土壤側(cè)壓力系數(shù)取0.72，地基承載力Fk=100kPa。

5）電桿形式

在城市走廊日趨緊張的情況下，需要降低桿塔高度、減小線路寬度，同時便于線路各回路檢修和下線。

根據(jù)規(guī)程規(guī)定，10kV架空絕緣線路的線間距離應(yīng)不小于0.4m；10kV架空絕緣線路的過引線、引下線與鄰相的過引線、引下線及低壓線路的凈空距離不應(yīng)小于0.2m；絕緣線路橫擔(dān)之間的最小垂直距離和導(dǎo)線支承點(diǎn)間的最小水平距離均為0.5m；架空絕緣電線與電桿、拉線或構(gòu)架間的凈空距離不應(yīng)小于0.2m。

本文考慮按如下桿頭尺寸計(jì)算荷載：

本文暫假定采用15m或18mφ230頭電桿，電桿埋深3m，根據(jù)桿頭尺寸和埋深，電桿呼稱高分別為10.2m和13.2m，可以滿足大多數(shù)電氣距離要求。

2 電桿荷載計(jì)算

按上述電桿形式，對于直線桿主要按下列荷載條件進(jìn)行計(jì)算：

最大風(fēng)速、無冰、未斷線；覆冰、相應(yīng)風(fēng)速、未斷線；同檔內(nèi)不同相2根導(dǎo)線斷線，無冰、無風(fēng)

電桿、絕緣導(dǎo)線的風(fēng)荷載按下式計(jì)算：

式中，W為電桿或絕緣導(dǎo)線的風(fēng)荷載，N；C為風(fēng)載體型系數(shù)，采用下列數(shù)值；圓形截面的鋼筋混凝土桿，0.7；絕緣導(dǎo)線外徑小于17mm，1.2；絕緣導(dǎo)線外徑不小于17mm，1.1；絕緣導(dǎo)線復(fù)冰(不論直徑大小)，1.2；α為電線風(fēng)荷載檔距系數(shù)，20≤V＜30時取0.85，30≤V＜35時取0.75；計(jì)算桿身荷載時取1；F為電桿桿身側(cè)面的投影面積或單根絕緣導(dǎo)線外徑與水平檔距的乘積，m2；v為設(shè)計(jì)風(fēng)速，m/s。

導(dǎo)線垂直荷載計(jì)算公式：G=LV qn+G1

式中，LV為桿塔垂直檔距，m；q為電線單位長度的重力，N/m；n為每相電線的根數(shù)；G1為絕緣子串、金具、防振錘等的重力，N。

根據(jù)上述公式，計(jì)算各工況下桿塔荷載：

1）最大風(fēng)工況

導(dǎo)線風(fēng)荷載

導(dǎo)線垂直荷載為

15m電桿1/3埋深處桿身風(fēng)壓：

同理計(jì)算15m電桿地面處桿身風(fēng)壓：

18m電桿1/3埋深處桿身風(fēng)壓：WDG3≈90.3N

18m電桿地面處桿身風(fēng)壓：WDG4≈88.5N

2）最大覆冰工況

風(fēng)荷載

3）斷線工況

按GB50061-2010的規(guī)定，截面210mm2以上導(dǎo)線，直線鋼筋混凝土桿斷線張力按最大使用張力的40%。而10kV導(dǎo)線一般設(shè)計(jì)安全系數(shù)都大于5，因此，斷線后導(dǎo)線張力TD＝34696/5×0.4≈2776N

3 電桿彎距

正常情況下，桿身任意截面X處的彎距和切力計(jì)算公式為

2）最大覆冰工況：Ma2≈29.7kN·m

3）斷線工況：考慮最不利的斷線情況，

通過上述計(jì)算知道，距地面 1/3電桿埋深處桿身最大彎距為85.5kN·m，切力為6.8kN。

同理計(jì)算在地面處，桿身最大彎距為77.8kN·m，切力為6.7kN。

當(dāng)采用18m電桿時，仍然按電桿埋深3m可計(jì)算得出：

距地面1/3埋深處桿身最大彎距為110.6kN·m，切力為7.2kN。

地面處桿身最大彎距為 102.4kN·m，切力為7.1kN。

4 電桿選擇

根據(jù)《環(huán)形混凝土電桿》（GB/T 4623－2006）規(guī)定，參照“組裝鋼筋混凝土錐形桿的開裂檢驗(yàn)彎距”、“組裝預(yù)應(yīng)力、部分預(yù)應(yīng)力混凝土錐形桿的開裂檢驗(yàn)彎距”、“寬度增大系數(shù)K0值”、 “μ及θ值”四組表格數(shù)據(jù)，組裝混凝土錐形桿的開裂檢驗(yàn)彎距應(yīng)不小于規(guī)定數(shù)據(jù)。

根據(jù)彎距計(jì)算結(jié)果，對照前兩組表數(shù)據(jù)，10kV同桿四回架設(shè)時，選擇稍徑為φ230的鋼筋混凝土錐形桿或者預(yù)應(yīng)力、部分預(yù)應(yīng)力混凝土錐形桿均可滿足要求，電桿的強(qiáng)度等級應(yīng)不小于“O”級（開裂檢驗(yàn)彎距15m電桿為98 kN·m，18m電桿為122 kN·m）。

5 電桿埋深

根據(jù)商丘土壤力學(xué)特性計(jì)算得m值為54kN/m3；μ值與埋深、傾覆力作用點(diǎn)高度有關(guān)，經(jīng)計(jì)算，本文近似取12.1。

基礎(chǔ)計(jì)算寬度，按相關(guān)公式計(jì)算，本文15m電桿時，K0b0值取 0.865m，18m 電桿時，K0b0值取0.93m。

直線電桿基礎(chǔ)的傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)不應(yīng)小于1.5，即

此推算15m電桿時，電桿埋深

因此，考慮 15m電桿埋深3.2m，18m電桿埋深3.4m，驗(yàn)算基礎(chǔ)抗傾覆力滿足要求。

同理計(jì)算18m電桿埋深

6 結(jié)論

本文結(jié)合商丘地區(qū)實(shí)際情況，通過對電桿荷載分析和基礎(chǔ)傾覆計(jì)算的結(jié)果，可以知道在使用JKLYJ-240鋁絞線芯架空絕緣電纜，同桿四回架設(shè)時，電桿可選擇φ230頭的環(huán)形混凝土電桿，電桿的強(qiáng)度等級應(yīng)不小于“O”級。電桿埋深按通常的1/6桿高不能滿足傾覆要求，需增加埋深或者增設(shè)卡盤。