環(huán)形混凝土電桿在配電網(wǎng)中的應(yīng)用

摘要：根據(jù)沿海地區(qū)氣象條件，計(jì)算15m環(huán)型混凝土電桿在各種條件下的彎矩，對(duì)10kV配電網(wǎng)輸電線路的設(shè)計(jì)提出了參考建議。

關(guān)鍵詞：直線桿;彎矩;設(shè)計(jì)風(fēng)速

0"前言

環(huán)形混凝土電桿由于其力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性較高，在全國(guó)的配電網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但由于在過(guò)去的配網(wǎng)線路設(shè)計(jì)中，只對(duì)水泥桿的梢徑和桿長(zhǎng)提出要求，并末對(duì)電桿所受彎矩進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算校核，以至于特別是臺(tái)風(fēng)多發(fā)的沿海地區(qū)在臺(tái)風(fēng)來(lái)臨時(shí)有倒桿現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)和居民生活產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。本文就環(huán)形混凝土電桿在運(yùn)行中所受彎矩進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)配網(wǎng)線路設(shè)計(jì)中的電桿選型提出參考建議。

1"計(jì)算條件及計(jì)算公式

1.1計(jì)算條件

本次計(jì)算模型采用雙回路直線桿，桿型為φ190*15*K，錐度為1/75，電桿埋深2.3m;導(dǎo)線采用JKLYJ-10/240，導(dǎo)線計(jì)算外徑D=26.8mm，計(jì)算截面S=244.39mm2;線路水平檔距取55m，電桿設(shè)計(jì)風(fēng)速取30m/s，見(jiàn)圖1。

圖1"電桿布置圖

正常運(yùn)行的環(huán)形混凝土直線桿在水平方向上主要受風(fēng)荷載作用，風(fēng)向均以垂直線路方向計(jì)算。由于橫擔(dān)、絕緣子及附件在順線路方向受力較小，故略去不計(jì)，只以導(dǎo)線和桿身的風(fēng)荷載來(lái)計(jì)算電桿彎矩。電桿最大彎矩計(jì)算點(diǎn)為電桿埋深1/3處。

1.2"計(jì)算公式

①根據(jù)《架空絕緣配電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL/T601-1996，電桿、絕緣導(dǎo)線的風(fēng)荷載計(jì)算公式為：

W=9.807CFV2/16

式中：C—風(fēng)載體形系數(shù)，采用下列數(shù)值：環(huán)形截面的鋼筋混凝土桿，0.6;絕緣導(dǎo)線外徑小于17mm，1.2;外徑不小于17mm，1.1。F—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。

②根據(jù)《66kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50061-2010，導(dǎo)線和桿塔的風(fēng)荷載計(jì)算公式分別如下：

導(dǎo)線風(fēng)荷載：Wx=αμsdLwW0"""""""桿塔風(fēng)荷載：Ws=βμsμzAW0

式中α—風(fēng)荷載檔距系數(shù);μs—風(fēng)荷載體型系數(shù);d—導(dǎo)線或地線覆冰后的計(jì)算外徑之和;Lw—導(dǎo)線水平檔距;W0—基本風(fēng)壓;β—風(fēng)振系數(shù);μz—風(fēng)壓高度變化系數(shù)。

③本文分別以《架空絕緣配電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》和《66kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》提供的公式進(jìn)行計(jì)算，并比較分析其結(jié)果。

2"計(jì)算過(guò)程

2.1選用《架空絕緣配電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》公式計(jì)算：

W=9.807CFV2/16

單根導(dǎo)線風(fēng)荷載：

W線=9.807CFV2/16=9.807*1.1*0.0268*55*302/16=894.435（N）

導(dǎo)線在電桿根部計(jì)算點(diǎn)產(chǎn)生的彎矩M線：

M線=3*"W線*L1+3*"W線*L2=3*894.435*（13.317+12.317）="68.784（KN·m）

電桿風(fēng)荷載：

W桿=9.807CFV2/16

=9.807CFV2/16=9.807*1.1*0.5*（0.19+0.19+1/75*（15-2.3））*（15-2.3）*302/16=1154.568（N）

電桿在電桿根部計(jì)算點(diǎn)產(chǎn)生的彎矩M桿：

M桿="W桿*L3（L3為電桿重心至根部計(jì)算點(diǎn)的距離）

=1154.568*（（15-2.3）/2+0.767）=8.217（KN·m）

所以電桿在根部計(jì)算點(diǎn)所受外力彎矩為：

M總="M線+"M桿=68.784+8.217=77.001（KN·m）

2.2選用《66kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》公式計(jì)算：

導(dǎo)線風(fēng)荷載：Wx=αμsdLwW0

根據(jù)已知條件：α=0.75，μs=1.1

單根導(dǎo)線風(fēng)荷載：Wx=αμsdLwW0

=0.75*1.1*0.0268*55*302/1.6=684.028（N）

導(dǎo)線在電桿根部計(jì)算點(diǎn)產(chǎn)生的彎矩M線：

M線=3*"W線*L1+3*"W線*L2=3*684.028*（13.317+12.317）=52.603（KN·m）

電桿風(fēng)荷載：Ws=βμsμzAW0

根據(jù)已知條件：β=1.0，μs=0.6，μz=0.94

桿身風(fēng)荷載：Ws=βμsμzAW0

=1.0*0.6*0.94*0.5*（0.19+0.19+1/75*（15-2.3））*（15-2.3）*"302/1.6=1106.653（N）

電桿在電桿根部計(jì)算點(diǎn)產(chǎn)生的彎矩M桿：

M桿="W桿*L3=1106.653*（（15-2.3）/2+0.767）=7.876（KN·m）

所以電桿在根部計(jì)算點(diǎn)所受外力彎矩為：

M總="M線+"M桿=52.603+7.876=60.479（KN·m）

根據(jù)《環(huán)形混凝土電桿》GB/T4623-2006標(biāo)準(zhǔn)，K級(jí)電桿的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)彎矩為49.00"KN·m，而我們計(jì)算出的電桿實(shí)際所受彎矩為60.479"KN·m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了K級(jí)電桿的檢驗(yàn)彎矩，可見(jiàn)普通的K級(jí)電桿無(wú)法滿足單桿雙回路（JKLYJ-10/240）在水平檔距為55m，風(fēng)速為30m/s的地區(qū)架設(shè)的要求。

2.3附加彎矩

由于一般的環(huán)形混凝土電桿的長(zhǎng)細(xì)比很大，在實(shí)際計(jì)算校核時(shí)，除考慮電桿承受水平荷載產(chǎn)生的彎矩外，還必須考慮由撓度和垂直荷載而產(chǎn)生的附加彎矩。對(duì)于10kV及以下配電線路：?jiǎn)位芈?0kV無(wú)低壓直線電桿的附加彎矩取主彎矩的8%，單回路10kV帶單回路低壓線及10kV多回路直線電桿的附加彎矩取主彎矩的10%。

2.4圖表分析

為了直觀的反映設(shè)計(jì)風(fēng)速和導(dǎo)線截面大小的變化對(duì)環(huán)形混凝土電桿所受彎矩的影響，下表以上述兩種公式分別計(jì)算電桿在不同風(fēng)速和導(dǎo)線截面情況下的彎矩。計(jì)算模型同上。

表1""電桿彎矩表"""""""""""""""""單位：KN·m

由以上電桿彎矩表可得出：1、設(shè)計(jì)風(fēng)速的大小對(duì)電桿彎矩起著決定性的作用。2、設(shè)計(jì)風(fēng)速較大時(shí)，導(dǎo)線截面積增加所引起電桿受所彎矩的增加尤為明顯。3、設(shè)計(jì)風(fēng)速較小時(shí)，配電規(guī)程公式和66kV規(guī)范公式計(jì)算的彎矩相差不大，而當(dāng)設(shè)計(jì)風(fēng)速較大時(shí)，選用配電規(guī)程公式計(jì)算電桿彎矩勢(shì)必會(huì)大大增加線路建設(shè)成本，建議選用66kV規(guī)范公式進(jìn)行電桿的彎矩計(jì)算。

3"小結(jié)與建議

1、沿海地區(qū)設(shè)計(jì)風(fēng)速較大，而且隨經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，大截面的導(dǎo)線應(yīng)用越來(lái)越普遍，一般的電桿已經(jīng)不能滿足要求。所以在配網(wǎng)設(shè)計(jì)中，必須對(duì)電桿所受彎矩進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算校核，提出電桿允許抗彎強(qiáng)度數(shù)值，保證選型電桿的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)彎矩滿足要求。

2、由于設(shè)計(jì)風(fēng)速對(duì)計(jì)算電桿所受彎矩影響甚大，故設(shè)計(jì)風(fēng)速的選取就顯的尤為重要。設(shè)計(jì)風(fēng)速選取過(guò)大，必然會(huì)導(dǎo)致線路成本的上升。《66kV及以下線路設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50061-2010中規(guī)定“架空電力線路通過(guò)市區(qū)或森林等地區(qū)，如兩側(cè)屏蔽的平均高度大于桿塔的2/3，其最大設(shè)計(jì)風(fēng)速取值設(shè)計(jì)宜比當(dāng)?shù)刈畲笤O(shè)計(jì)風(fēng)速減少20%”。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50061-2010，66kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范.

[2]DL/T5220-2005，10kV及以下架空配電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程.