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应力计算及电线荷载分析

时间:2023-06-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:水平档距、垂直档距当计算杆塔结构所承受的电线横向(风)荷载时,其荷载通常近似认为是电线单位长度上的风压与杆塔两侧档距平均值之乘积,其档距平均值称为“水平档距”lH。V形绝缘子串的受力计算V形绝缘子串及其受力分析如图24-4和图24-5所示。

应力计算及电线荷载分析

(1)荷载、应力弧垂公式(见表24-11、表24-12)。

电线弧垂示意图如图24-2所示。

表24-11 电线单位荷载及比载计算表

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表24-12 电线应力弧垂公式一览表

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(续)

978-7-111-46217-0-Chapter24-56.jpg

式中978-7-111-46217-0-Chapter24-57.jpg双曲线函数正弦:

978-7-111-46217-0-Chapter24-58.jpg.双曲线函数余弦

l——档距(两悬挂点间之水平距离)(m);

h——高差(两悬挂点间之垂直距离)(m);

β——高差角,978-7-111-46217-0-Chapter24-59.jpg

f——电线弧垂(两悬挂点连线上各点到电线上的垂直距离)(m);

yy′——电线各点到横坐标轴的垂直高度(m);

σ0——电线各点的水平应力(亦即最低点之应力)(N/mm2);

γ——电线比载(即单位长度单位截面上的荷载)[N/(m·mm2)]。

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图24-2 电线弧垂示意图

(2)导地线风荷载计算

WX=gHLHβcsin2θ (24-41)

式中 WX——垂直于导(地)线方向的水平风荷载(N);

gH——导(地)线单位长度上的风荷载(N/m);

LH——杆塔水平档距(m);

βc——500kV和750kV线路导(地)线风荷载调整小数,风速v<20m/s时,βc=1.00;20m/s≤v<27m/s时,βc=1.10;27m/s≤v<31.5m/s时,βc=1.20;v≥31.5m/s时,βc=1.30;其他电压级的线路βc取1.0;

θ——风向与电线轴向间的夹角(°)。

(3)杆塔垂直荷载计算

G=lVqn+G1+G2 (24-42)

式中 G——杆塔垂直荷载(N);

lV——垂直档距(m);

q——导线单位长度重力(N/m);

n——每相导线的分裂数;

G1G2——绝缘子、金具、防振锤、重锤等的重力(N)。

(4)转角型杆塔的张力计算

在计算转角型杆塔的张力时,将它们分解成顺着杆塔平面的横向荷载(称角度荷载)和垂直于杆塔平面的纵向荷载(称不平衡张力),见图24-3。

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图24-3 转角型杆塔张力计算示意图

对横向角度力:

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对不平衡张力:

ΔT=T1cosα1-T2cosα2 (24-44)

式中 T1T2——杆塔前后两档内的电线张力(N);

α1α2——电线与杆塔横担垂线之间的夹角(°)。

978-7-111-46217-0-Chapter24-63.jpg,则式(24-43)、式(24-44)变成

978-7-111-46217-0-Chapter24-64.jpg

(5)电线状态方程式

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式中 σmσ——分别为已知和待求情况下的电线最低点的水平应力(N/mm2);

γmγ——分别为已知和待求情况下的电线比载[N/(m·mm2)];

tmt——起始气象条件和另一气象条件下的气温(℃);

l——电线档距,对具有悬垂绝缘子串的直线杆塔的连续档,则为耐张段的代表档距;

E——电线的弹性系数(N/mm2);

a——电线的温度伸长系数(1/℃)。

(6)临界档距

电线上的应力随气象情况而变化,例如最大使用应力和平均运行应力,其相应的气象条件为最大荷载(风、冰)、最低气温和平均气温。因此这些气象条件就成为不同的控制条件,某一档距下可能某两个控制条件同时起控制作用,超过此档距时是一个条件控制,而小于此档距时则是另一个条件控制。此档距称为该两个控制条件的临界档距。

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若两控制条件下的电线允许应力值相等(σm=σn)时,则临界档距lcr的计算公式为

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式中 lcr——临界档距(m);

σmσn——分别为两种控制条件下允许的使用应力(N/mm2);

tmtn——分别为两种控制条件下的气温(℃);

γmγn——分别为两种控制条件下的电线比载[N/(m·mm2)];

a——电线的温度线膨胀系数(1/℃);

E——电线的弹性系数(N/mm2)。

(7)水平档距、垂直档距

当计算杆塔结构所承受的电线横向(风)荷载时,其荷载通常近似认为是电线单位长度上的风压与杆塔两侧档距平均值之乘积,其档距平均值称为“水平档距”lH

当计算杆塔结构所承受的电线垂直荷载时,其荷载通常近似地认为是电线单位长度上的垂直荷载与杆塔两侧电线最低点(O点)间的水平距离之乘积,此距离因系供计算垂直荷载之用故称为“垂直档距”lV

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当高差较大且又需要精确计算时:978-7-111-46217-0-Chapter24-69.jpg

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当为直线杆塔时:σ10=σ20=σ0

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式中 l1Vl2V——分别为某一杆塔两侧的垂直档距(m);(www.xing528.com)

σ10、σ20——分别为某一杆塔两侧的电线水平应力(N/mm2);

a——杆塔的综合高差系数;

l1l2lH——分别为杆塔两侧的档距和杆塔的水平档距(m);

h1h2——分别为杆塔两侧的悬挂点高差(m),当邻塔悬挂点低时取正号,反之取负号;

σ0——耐张段内的电线水平应力(N/mm2),对于耐张塔,应取两侧可能不同的应力,按对应注角号分开计算垂直档距;

γV——电线的垂直比载[N/(m·mm2)];

978-7-111-46217-0-Chapter24-72.jpg978-7-111-46217-0-Chapter24-73.jpg分别为杆塔两侧高差角(°)。

注:比载与应力应取相同的气象条件。

(8)风偏角与悬垂角

1)绝缘子串的风偏角可按下式计算

978-7-111-46217-0-Chapter24-74.jpg

式中 φ——悬垂绝缘子串风偏角(°);

P1——悬垂绝缘子串风压(N);

G1——悬垂绝缘子串重力(N);

P——相应于工频电压、操作过电压雷电过电压风速下的导线风荷载(N/m);

Wt——导线自重力(N/m);

lH——悬垂绝缘子串风偏角计算用杆塔水平档距(m);

lV——悬垂绝缘子串风偏角计算用杆塔垂直档距(m);

a——塔位高差系数;

T——相应于工频电压、操作过电压及雷电过电压下气象条件下导线张力(N)。

2)导线风偏角

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3)导线悬垂角

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式中 γd——导线最大弧垂时的比载[N/(m·mm2)];

σd——导线最大弧垂时的应力(N/mm2);

LXVD(x=1、2)——杆塔两侧最大弧垂的导线最大垂直档距(m)。

(9)V形绝缘子串的受力计算

V形绝缘子串及其受力分析如图24-4和图24-5所示。

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式中 P——最大风时导线的综合荷载(N);

PH——导线最大风荷载,PH=lHW4(N);

WV——导线自重荷载,WV=lVW1(N);

F1——P力在绝缘子串1上的分力(N);

F2——P力在绝缘子串2上的分力(N);

lHlV——导线的水平和垂直档距(m);

W1W4——导线单位长度自重荷载和最大风荷载(N/m);

φ——导线最大风偏角,978-7-111-46217-0-Chapter24-78.jpg

α——V形绝缘子串夹角之半(°)。

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图24-4 V形绝缘子串

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图24-5 V形绝缘子串受力分析图

(10)导、地线不平衡张力

1)10mm及以下冰区导、地线断线张力(或分裂导线纵向不平衡张力)的取值应符合表24-13规定的导、地线最大使用张力的百分数,垂直冰荷载取100%设计覆冰荷载。

表24-13 10mm及以下冰区导、地线断线张力 (或分裂导线纵向不平衡张力)(%)

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2)10mm冰区不均匀覆冰情况的导、地线不平衡张力的取值应符合表24-14规定的导、地线最大使用张力的百分数。垂直冰荷载按75%设计覆冰荷载计算。相应的气象条件按-5℃、10m/s风速的气象条件计算。

表24-14 不均匀覆冰情况的导、地线不平衡张力(%)

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(11)安全系数

1)导、地线在弧垂最低点的设计安全系数不应小于2.5,悬挂点的设计安全系数不应小于2.25。地线的设计安全系数不应小于导线的设计安全系数。

导、地线在稀有风速或稀有覆冰气象条件时,弧垂最低点的最大张力不应超过其导、地线拉断力的70%。悬挂点的最大张力,不应超过导、地线拉断力的77%。

2)绝缘子机械强度的安全系数,应符合表24-15的规定。双联及多联绝缘子串应验算一联后的机械强度,其荷载及安全系数按断联情况考虑。

表24-15 绝缘子机械强度的安全系数

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绝缘子机械强度的安全系数KI应按下式计算:

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式中 TR——绝缘子的额定机械破坏负荷(kN);

T——分别取绝缘子承受的最大使用荷载、断线荷载、断联荷载、验算荷载或常年荷载(kN)。

注:常年荷载是指年平均气温条件下绝缘子所承受的荷载。验算荷载是验算条件下绝缘子所承受的荷载。断线的气象条件是无风、有冰、-5℃,断联的气象条件是无风、无冰、-5℃。

3)金具强度的安全系数应符合下列规定:

最大使用荷载情况不应小于2.5。

断线、断联、验算情况不应小于1.5。

(12)悬垂线夹及其他金具握力

见表24-16和表24-17。

表24-16 悬垂线夹握力不应小于的数值

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表24-17 耐张线夹、接续金具和接触金具握力与绞线计算拉断力之百分比

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注:对特大截面导线、扩径导线和绝缘线用耐张线夹,其握力可取65%。

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