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电气工程及其自动化(输电线路方向)《输电杆塔设计》课程设计设计说明书题目110KV普通硂电杆及基础设计班级20081481学生姓名学号2008148126指导教师王老师三峡大学电气与新能源学院2011年7月设计参数如下参数序号导线型号水平档距(m)垂直档距(m)地线支持力△Tmax△Tmin2008148126LGJ-150/2525537545504450目录
一、整理设计用相关数据……………………………….…………………….1
(1)气象条件表……………………………………………………….………1
(2)杆塔荷载组合情况表………………………………………………..…..1
(3)导线LGJ-150/25相关参数表……………………………………..…….1
(4)地线GJ-35相关参数表……………………………………………..……1
(5)绝缘子数据表…………………………………………………………….2
(6)线路金具的选配表……………………………………………………….2
(7)电杆结构及材料………………………………………………………….3
(8)地质条件………………………………………………………………….3
二、导地线相关参数计算………………………………………………..……4
(1)导线比载的计算……………………………………………………..…..4
(2)地线比载的计算………………………………………………..………..5
(3)导线最大弧垂的计算…………………………………………………….7
三、电杆外形尺寸的确定………………………………………………..……9
(1)电杆的总高度……………………………………………………………9
(2)横担的长度………………………………………………………………11
四、荷载计算…………………………………………………………………12
五、电杆杆柱的强度验算及配筋计算…………………………………..…..15
(1)正常情况的弯矩计算…………………………………………………..15
(2)断线情况时的弯矩计算…………………………………………..……16
(3)安装导线时的强度验算………………………………………..………17
(4)杆柱弯扭验算……………………………………………………..……18
(5)正常情况的裂缝宽度验算………………………………………..……18
(6)电杆组立时的强度验算…………………………………………..……19
六、电杆基础强度校验……………….………………………………..……..21
七、拉线及附件设计………………………………………………………….22
八、参考文献………………………………………………………………….22
九、附图110KV普通自立式硂电杆设计
一、整理设计用相关数据
(1)气象条件表根据《架空输电线路设计》(孟遂民)整理IV区气象条件序号代表情况温度℃风速m/s冰厚mm1最低气温-20002最大风-52503年均平均10004覆冰有风-51055最高气温40006安装-101007外过有风151008内过有风10150
(2)杆塔荷载组合情况表见后面第四步“荷载计算”最后面
(3)导线LGJ-150/25相关参数表根据《架空输电线路设计》(孟遂民)整理导线LGJ-150/25的相关参数名称符号数值单位弹性系数E76000MPa温膨系数Α
18.91/℃单位长度重量W
601.0Kg/km导线直径D
17.1mm截面积A
173.11计算拉断力54110N安全系数K
2.5年均应力上限[]MPa重力加速度G
9.80665
(4)地线GJ-35相关参数表根据《架空输电线路设计》(孟遂民)整理地线GJ-35的相关参数名称符号数值单位弹性系数E181400MPa温膨系数α
11.51/℃单位长度重量W
295.1kg/km导线直径d
7.8mm截面积A
37.17计算拉断力43424N安全系数k
2.7年均应力上限[]MPa重力加速度g
9.80665
(5)绝缘子数据表根据任务书整理相关数据绝缘子型号串数片数标称电压(kV)单片长度(mm)XP-4517110146
(6)线路金具的选配表根据电力金具手册(第二版)查得导线相关数据如图所示;件号名称质量kg数量型号1U型螺丝
0.721U-18802球头挂环
0.301Q-73绝缘子
5.07LXP-
4.54碗头挂板
0.821W-7A5悬垂线夹
3.01CGU-46预绞丝
0.571FYH-150/25绝缘子串长度L(mm)1267绝缘子串重量(kg)
37.41适用导线LGJ-150/25电压等级(kV)110地线相关数据如图所示件号名称质量kg数量型号1挂板
0.561Z-72球头挂环
0.271QP-73绝缘子
3.31XDP1-74悬垂线夹
5.71CGU-2绝缘子串长度L(mm)362绝缘子串重量(kg)
9.83适用避雷线1×7-
7.8-1470-A电压等级(kV)110
(7)电杆结构及材料电杆结构为上字型,材料为钢筋混凝土
(8)地质条件见任务书
二、导地线相关参数计算
(1)导线比载的计算根据《架空输电线路设计》(孟遂民)计算比载
1.导线的自重比载
2.冰重比载
3.垂直总比载
4.无冰风压比载假设风向垂直于线路方向,可以得出下式1)外过电压,安装有风v=10m/s=
1.0=
1.12)内过电压v=15m/s=
0.75=
1.13)最大风速v=25m/s设计强度时,=
0.85=
1.14)最大风速v=25m/s计算风偏时,=
0.61=
1.
15.覆冰风压比载计算v=10m/s计算强度和风偏时,=
1.0=
1.
26.无冰综合比载1)外过电压,安装有风2)内过电压3)最大风速设计强度时4)最大风速计算风偏时
7.覆冰综合比载将计算的结果汇成下表(单位)自重覆冰无风无冰综合无冰综合无冰综合强度无冰综合风偏覆冰综合强度和风偏
34.
0551.
7534.
7237.
3249.
6142.
7653.06=1=
1.1=
0.75=
1.1=
0.85=
1.2=
0.61=
1.1=
0.75=
1.2
(2)地线比载的计算
1.地线的自重比载
2.冰重比载
3.垂直总比载
4.无冰风压比载假设风向垂直于线路方向,可以得出下式1)外过电压,安装有风v=10m/s=
1.0=
1.22)内过电压v=15m/s=
0.75=
1.23)最大风速v=25m/s设计强度时,=
0.85=
1.24)最大风速v=25m/s计算风偏时,=
0.61=
1.
25.覆冰风压比载计算v=10m/s计算强度和风偏时,=
1.0=
1.
26.无冰综合比载1)外过电压,安装有风2)内过电压3)最大风速设计强度时4)最大风速计算风偏时
7.覆冰综合比载将计算的结果汇成下表(单位)自重覆冰无风无冰综合无冰综合无冰综合强度无冰综合风偏覆冰综合强度和风偏
77.
86125.
6079.
4385.
53114.
2598.
30130.63=1=
1.1=
0.75=
1.1=
0.85=
1.2=
0.61=
1.1=
0.75=
1.2
(3)导线最大弧垂的计算
1.计算比值,将计算的结果列入下表气象条件最大风速最厚覆冰最低气温年均气温许用用力MPa
118.
78118.
78118.
7874.24比载
49.
6153.
0634.
0534.05温度t(°C)-5-5-20101/m
0.
41770.
44670.
28670.4586由小至大编号bcad
2.计算临界档距根据《架空输电线路设计》(孟遂民)列表求解临界档距气象条件最低气温最大风速最厚覆冰年均气温临界档距Lab=
271.57mLac=
240.74mLad=虚数Lbc=虚数Lbd=虚数Lcd=虚数由此得出无论档距多大,年均气温为控制气象条件
3.计算最大弧垂1)判断最大弧垂发生的气象条件以年均气温问第一气象条件,覆冰无风为第二气象条件,根据《架空输电线路设计》(孟遂民)求解状态方程第一状态,,;第二状态,其他条件无高差,档距l=255m根据以上条件和公式求解得;根据《架空输电线路设计》(孟遂民)求解临界温度解得所以最大弧垂发生在最高气温下2)计算最大弧垂根据《架空输电线路设计》(孟遂民)求解最高气温下的导线应力;第一状态,,;第二状态,其他条件无高差,档距l=255m根据以上条件和公式求解得;代入《架空输电线路设计》(孟遂民)P67公式4-39中得出最大弧垂;
三、电杆外形尺寸的确定
(1)电杆的总高度1.杆塔呼称高度的确定根据《输电杆塔及基础设计》(陈祥和)有为绝缘子串长度,前面以列表为1267mm为导线的最大弧垂,前面已计算为
4.75m为导线到地面及被跨越物的安全距离,查阅《输电杆塔及基础设计》(陈祥和),取6m为施工裕度,取
0.7m则杆塔呼称高度为再根据《输电杆塔及基础设计》(陈祥和),取呼称高度为13m2.导线间垂直距离的确定根据《输电杆塔及基础设计》(陈祥和)可以求出导线间垂直距离导线水平排列线间距离导线垂直排列线间距离再查阅《输电杆塔及基础设计》(陈祥和),取
3.5m3.地线支架高度的确定要确定地线支架高度,必须先确定横担的长度1)空气间隙校验查阅《输电杆塔及基础设计》(陈祥和)得
①基本风压
②绝缘子串所受风压绝缘子串风荷载计算式
③导线风荷载计算
④导线自重比载计算
⑤绝缘子串风偏角,即计算根据值,制作好间隙圆校验图,三种气象条件下间隙校验合格2)带电作业校验带电作业气象条件刚好和外过电压气象条件相同,绝缘字串风偏角,人体活动范围
0.5m带电作业安全距离校验结果地电位作业风偏人员对导线作业时,作业人员只能在杆塔顺线方向前后作业,不得在杆塔横线路方向作业否则带电作业安全距离不够3)地线支架高度的确定由下一步“横担的长度”求得横担长为2m,根据《输电杆塔及基础设计》(陈祥和)求得地线与导线间的垂直投影距离所以地线支架高度为综上取
2.8m4)验算地线保护角根据《高电压技术》(赵智大)得所以地线高度是安全的综上得电杆总高度为3+13+
3.5+
2.8=
22.3m,主杆分段处取距离地面7米处
(2)横担的长度上字型杆塔的上横担长度确定根据《输电杆塔及基础设计》(陈祥和)1)正常运行电压情况下2)操作过电压3)雷电过电压4)空气间隙校验综上,上横担长度取2m,下横担长度取
2.4m安全起见,横担采用转动横担
四、荷载计算1.运行情况I最大设计风速、无冰、未断线1)地线重力为2)地线风压为3)导线重力为4)绝缘子串风荷载5)导线风压
2.运行情况II覆冰、有相应风速、未断线1)地线重力2)地线风压3)导线重力4)绝缘子串的风荷载5)导线风压
3.断导线情况I、II断一根导线、无冰、无风1)地线重力2)导线重力未断导线相断导线相3)导线断线张力地线支持力
4.断地线情况无冰、无风、导线未断1)导线重力2)地线重力3)地线断线张力
5.安装情况I起吊上导线、有相应风速、无冰1)地线重力2)地线风压3)导线重力4)导线风压挂上导线时,存在拉力根据《输电杆塔及基础设计》(陈祥和);所以它们引起的垂直荷载和横向荷载为,则
6.安装情况II起吊下导线地线、导线的重力和风压同安装情况I正在起吊下导线时下横担处的总重力为根据以上结果列杆塔荷载组合情况表(标准值)荷载组合情况荷载类型运行情况I运行情况II断导线情况I、II断地线情况安装情况I安装情况II地线重力
1167.2N1167+664N
1167.2N
1167.2N
1167.2N地线风压792N340N149N149N导线重力
2547.8N
2547.8+11161N
2547.8N
2547.8N
2547.8N
2547.8N导线风压1687N612N300N300N绝缘子串风荷载94N15N导线断线重力
1457.3N导线断线张力7575N地线断线重力680N地线断线张力3217N安装上导线总横向荷载1613N安装上导线总垂直荷载8542N安装下导线总垂直荷载
5302.58N杆头荷载图如下
五、电杆杆柱的配筋计算及强度验算
(1)正常情况的弯矩计算根据《输电杆塔及基础设计》(陈祥和)计算正常情况下的弯矩其中,可根据《输电杆塔及基础设计》(陈祥和)求得因为不是重冰区,所以运行情况II不是控制条件,只计算运行情况I的弯矩计算弯矩应该用到荷载的设计值,所以1)电杆最顶端弯矩2)上横担处弯矩3)下横担处弯矩4)主杆分段处弯矩5)地面处弯矩6)嵌固点弯矩
(2)断线情况时的弯矩计算断上导线产生比断下导线更大的弯矩(断上导线起控制作用),故只计算断上导线时的弯矩1)断上导线情况断导线张力地线最大支持力地线最小支持力地线的不平衡张力横担转动后断线张力上横担弯矩嵌固点的弯矩根据《输电杆塔及基础设计》(陈祥和)2)由地线不平衡张力在嵌固点引起的弯矩
(3)安装导线时的强度验算1)安装上导线时各处的弯矩安装情况I的杆身风压2)安装下导线时各处的弯矩安装情况II的杆身风压
(4)杆柱弯扭验算转动横担起动力为2500N,长度为
2.4m,故上导线断线,横担转动时主杆同时承受弯矩、剪力和扭矩的作用,剪力V=2500N,扭矩T=
25002.4=6000N电杆外径D=400mm,内径d=300mm,C40混凝土,,根据《输电杆塔及基础设计》(陈祥和)得由上式得全部拉应力可有混凝土承担,螺旋钢筋可仅按构造要求配置
(6)正常情况的裂缝宽度验算1)已知参数初步配置光面I级纵向钢筋采用I级螺旋钢筋,螺距S=100mm光面钢筋v=1根据《输电杆塔及基础设计》(陈祥和)得出2)计算开裂弯矩3)计算裂缝宽度所以满足要求
(7)电杆组立时的强度验算以上横担B处为起吊点起吊电杆已知上横担处的集中荷载为上横担和绝缘子串的重量,估计为900N,作用在下横担C处的集中荷载为2000N;整根电杆自重为30600N将锥形电杆的自重按等径电杆均布荷载计算,即每米电杆自重为1)求支点反力,列式计算5解得;所以得2)主杆起吊是各截面的剪力
①O点截面处的剪力在OC段内剪力为零的截面E点距O点的距离为
②C点剪力为
③B截面点剪力为23)电杆起吊时O、E、C、B各截面的弯矩计算为4)求零弯矩点的位置
①OC段设零弯矩点位置距D点的距离为,则解得,后者不符合题意
②CB段设零弯矩点位置距D点的距离为,则解得,前者不符合题意以上横担B点位起吊点的剪力弯矩图
六、电杆基础强度校验单杆直线电杆一般用倾覆类基础1)抗倾覆稳定验算根据《输电杆塔及基础设计》(陈祥和)进行计算先确定,所有荷载弯矩设计值的总和应等于,因此基础计算宽度的计算所以计算宽度为,查相应表得则而所以不需要加卡盘
七、拉线及附件设计无拉线与附件
八、参考文献
[1].架空输电线路设计
[2].输电杆塔及基础设计
[3].电力金具手册(第二版)
[4].高电压技术
九、附图附图1结构总布置图附图2间隙圆校验图附图3正常运行最大风情况下的抵抗弯矩图。