塔头间隙尺寸的确定

六 塔头间隙尺寸的确定六 塔头间隙尺寸的确定 一 悬垂绝缘子串摇摆角计算 以上各款论述了在运行 工频 电压 操作过电压及雷电过电压作用下绝缘子片数及塔 头空气间隙数值的选取 并指出这种空气间隙数值是指在规定风速下绝缘子串相应风偏后 带电体对塔构所应保持的最小距离 因此 为了最终确定直线塔塔头间隙尺寸 尚必须对 绝缘子串的风偏大小进行计算 绝缘子串的风偏大小依其所产生的风偏角大小来表示 绝缘子串的风偏角可按下式计算 tg 1 aTlwG plp hI HI 1 2 2 tg 2 6 44 1 vI HI lwG plp 1 2 2 式中 悬垂绝缘子串风偏角 悬垂绝缘子串风压 N I p 悬垂绝缘子串重力 N I G P 相应于工频电压 操作过电压及雷电过电压风速下的导线风荷载 N m 导线自重力 N m 1 w 悬垂绝缘子串风偏角计算用杆塔水平档距 m h l 悬垂绝缘子串风偏角计算用杆塔垂直档距 m v l 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气象条件下的导线张力 N 下面对公式中各参数数值的选取进行说明 1 悬垂绝缘子串风压 按下式计算 I p P 9 87A N 2 6 45 II 16 2 V 式中 V 设计采用的 10min 平均风速 m s A 绝缘子串的受风面积 m 单盘盘径为 254mm 的绝缘子 每片受风面积取 I 2 0 02 m 大盘径及双盘径者取 0 03 m 金具零件受风面积 对单导线每串取 0 03 m 22 对两分裂导线 每串取 0 04 m 对 3 4 分裂导线 每串取 0 05 m 双联绝缘子 222 串的受风面积 可取为单联的 1 5 2 0 倍 2 导线风荷载 P 可按第三章公式 3 1 14 计算 3 杆塔水平档距 的选取 图 2 6 63 及图 2 6 64 分别列出了西南电力设计院 h l 统计的 220KV 线路及东北电力设计院统计的 500KV 线路 在各种地形情况下的水 平档距频率分布及累积频率分布曲线 可供参考 规划塔头间隙圆图时 可根据 地形及拟规划杆塔的档距使用范围 并参考图 2 6 63 及图 2 6 64 或既有的实际 经验 即可确定相应的水平档距 应该说明 杆塔荷载规划使用的水平档距 应 采用拟规划杆塔水平档距使用范围的上限 而塔头规划使用的水平档距 则应使 其所规划的塔头尺寸能满足该型塔的水平档距使用范围 在 a T 等参数一定时 往往选用拟规划杆塔水平档距使用范围的下限 或接近下限的某一水平档距 否则摇摆角偏小 因此 杆塔荷载规划用的水平档距与塔头规划用的水平档距往 往是不一致的 4 垂直档距 导线张力 T 及塔位高差系数 a 的选取 垂直档距 v l v l 可按式 3 3 10 选取 由式 3 3 10 可以看出 0 或水平张力 T a 四个参数的选 h l v l 取是相互有关的 将式 3 3 10 代入式 2 6 44 的后半式 即可得其前半式 有些设 计者习惯于用 a T 三参数来确定风偏角 有些设计者则习惯于用及两参数来确 h l h l v l 定风偏角 当用 a T 三参数来确定风偏角时 对平地 a 一般取 0 03 0 05 对 h l 丘陵及低山地 a 一般取 0 06 0 08 对山地 包括大山地 a 一般取 0 08 0 15 至 于导线张力 T 则与代表档距有关 因而也就与地形有关 一般取在相应地形下可能 出现的代表档距范围内张力稍大一点的代表档距 当用及来确定风偏角时 其数值的选取可根据经验来确定 从杆塔定位 v l h l 验证来看 表示 40 C 时之垂直档距 之比值 平地一般取 0 75 左右 40 v l h l 40 v l 丘陵及低山地一般取 0 65 0 75 山地及大山地一般取 0 55 0 65 当按 之比值 40 v l h l 及值确定之后 即可用下式将换算到工频 操作或雷电条件下的 h l 40 v l 40 v l v l 2 6 46 v l 40 v la w TT 1 40 式中 40 C 时导线张力 N 40 T T 雷电 操作或工频条件下的导线张力 N a 符号的含义同式 2 6 44 1 w 将式 2 6 46 算得的不同条件下的代入式 2 6 44 即可得不同条件下的 v l 绝缘子串风偏角 二 直线杆塔间隙圆图的绘制 悬垂绝缘子片数及串长 包括连接金具 以及运行 工频 电压 操作过电压 雷电过电压所需空气间隙距离和其相应的风偏角确定之后 若需要考虑带点检修 则尚 应包括带电检修的情况 即可着手进行直线杆塔间隙圆图的绘制 以最终确定直线塔塔 头间隙尺寸 1 自立式塔及内拉线塔间隙圆图的绘制 此类塔的特点是塔头纵向 沿线路方向 宽度不大 只需根据绝缘子串长度 及悬垂绝缘子串的风偏角 并适当考虑塔身边缘导线弧垂的影响 在杆塔正面 图上绘出间隙圆即可 其情况如图 2 6 65 所示 图中 L 为绝缘子串串长 1 2 3 及 R R R 分别为雷电过电压 I 123 操作过电压及运行 工频 电压情况下的绝缘子串风偏角及间隙距离 1 为考虑塔身边缘导线弧垂影响而引入的数值 其计算公式见式 2 6 48 23 图中间隙圆与塔头单线图轮廓线不应相切 应留 0 1m 左右的裕度 这主要 是考虑杆塔单线图与制造图的差别 制图误差以及实际杆塔组装误差的影响 2 外拉线塔间隙圆图的绘制及检查 在有拉线的情况下 因拉线顺线路方向的尺寸可长达 10 多米 导线下垂 和它的风偏实际上就比较大 因此单纯的正面图一般说来不再能说明问题 常需另作较细致的检查 通常的方法是绘出与拉线垂直的平面上的投影 这 时拉线投影成一点 而导线 指与塔身接近的那一段 则可足够近似地视为 一直线 从而二者间的距离可以准确清楚地表示出来 另外 也可以用计算公式算出距拉线的间隙 d 同样可以借助作正面间隙 圆图的简单表示方法来检查间隙是否满足 此时间隙圆半径中应加入由于出 口导线下垂 风偏对拉线的接近而应留出的裕度 1 投影作图法 与拉线垂直的平面的投影图是由两个相互垂直的投 影图构成的 图中导线各点对拉线的垂直距离按照下述原则相交 而成 以图 2 6 66 a 的投影原理图为例 该图中水平虚线的上 半部为正视 或侧视 图 而下半部则为其相应的平面图 该水 平虚线则可理解为这二投影面的分界线 该图中除用实线标示出 导线和拉线的投影外 其他全部虚线均系作图用的辅助线 图中 g g 分别为空间拉线在正视 或侧视 和下视图上的投影 O A 121 O A 分别为空间导线 OA 在正视 或侧视 和下视图上的投影 122 在正规图和下视图交线上任选一点 P 作水平分界线 并作 l 和 l 1 分别与拉线投影 g 和 g 垂直 得交点 G 和 G 随意指定其正 21212 方向如图所示 注意夹角 a 和 a 为这三者正方向间的夹角 然后 12 过 O 点的投影 O 和 O 分别作 l 和 l 的垂线 得点 O 和 O 121212 同样过 A 点的投影 A 和 A 得垂足 A 1 和 A 2 12 图 2 6 66 b 为与拉线垂直的平面的投影 先任取一点 G 作为拉线在这 个平面上的投影 然后过 G 作直线 l 和 l 也分别指定其正方向 这一 12 步惟一的要求只是应使它们之间正方向的夹角 符合 cos cos 1 cos 的关系 注意超过 90 的余弦是负数 为了得出 A 点的投影 可 2 在 l 上量取 GA 使与正视 或侧视 图中的 G A 相等 同样在 l 上量 11112 取 GA G A 这一步应注意的是正 负方向不要弄错 例如图中 GA 222 就应向负方向量取 因在下视图中 A 系位于 l 的负侧 过 A 和 A 2221 作 l 和 l 的垂线相交于 A 就是空间 A 点在这个平面上的投影 完全 212 同样地使 GO G O GO G O 得出 O 点的投影 O 过 OA 的直线 111222 就是空中导线的投影 从 G 至 OA 的垂直距离就是导线和拉线在空中的净 空距离 角度 可以根据拉线的坡度算出 也可以从原始投影图上量 和 1 后算出 还可以直接作图得出 为此可在 l 上任取一点 t 依次作垂 211 线得点 t 和 t 如图 2 6 66 a 所示 以 pt 为斜边 pt 为底边的直 212 角三角形 其底角就是 即 cos 1 2 pt pt 上述方法较为简明 其作图所依据的理由 只需将原始资料 图 2 6 66 a 沿分界线叠成彼此垂直的二平面即可看出 这时 l 和 l 在空间 12 所组成的平面即为与拉线垂直的平面 其作图法示例见图 2 6 67 这种作 图法适用于对直线 如拉线 的垂直平面投影 且垂直平面内的坐标夹角 是随着拉线的布置位置不同而变 故要特别注意夹角 计算与作图的 正确性 否则会产生投影的错误 为了避免上述非直角坐标夹角 的计算或作图易产生错误 仍根据上 述原理 选择其 90 的投影面作图法 其作图示例见图 2 6 68 作图 步骤是 第一 先作杆塔正视及下视图 第二 根据正视 下视图中的数 据 作拉线与地所成垂直平面上的侧视图 第三 根据下视与侧视图中各 点到拉线的垂直投影距离 作出垂直拉线的平面投影图 其作图方法是先 划一直角坐标 即 Pl Pl 补助线 坐标原点 G 即拉线投影为一点的位 12 置 将侧视图中各投影点到拉线的垂直投影距离分别标在相应的坐标线上 每两相应的垂距相交的交点即为各投影点 简言之 将下视图与侧视图以 拉线为坐标轴成直角相重叠 各点的平行投视线两两相应相交 所得交点 即为垂直拉线的平面投影图 该作图法一般均需多作一个侧视图 但省去 了作辅助线的计算 角工作 现将图 2 6 68 中的符号说明如下 OB cos2 6 lll sin n AO ltg F A FA K B KB G a Ga G b Gb G e Ge 2222111 L 悬垂绝缘子串长度 I 线夹出口 l 处的弧垂 拉线与地垂线间的夹角 tg 1 sz yx 22 L 档距长度 单侧悬挂点高差角 导线应力 N mm 2 导线综合比载 N m mm 6 2 l 导线 B 点到悬挂点 A 间的水平距离 设为 3 6m 垂直拉线平面内坐标夹角 恒为 90 悬垂绝缘子串风偏角 间隙半径 s 横担下沿至拉线挂点距离 导线风偏角 tg 为导线自重比载 为导线风荷载 1 1 4 1 4 比载 三 非直线杆塔的间隙设计及跳线计算 非直线塔 包括直线耐张及转角塔 的间隙设计实质上就是按运行 工频 电压 操作过电压及雷电过电压确定的间隙距离 并计及跳线 亦称引流线 的风偏摆动来确定 跳线弧垂 线长以及塔头尺寸 在设计非直线塔时 可预先选定一初步的塔型及塔头正 侧面尺寸 然后进行跳线计算 看其是否符合要求 并按计算结果来修正原初步拟定的塔 头尺寸 当塔头尺寸确定后 即可按实际塔头尺寸进行跳线施工弧垂及线长的计算以供安 装使用 跳线一般有 直引 和 绕引 两种 直引跳线如同穿过塔头空间的一个小孤立档 导线 绕引跳线如同中间具有一 或二 个直线转角的两 或三 个连续档 跳线由于线 长较短 导线的刚性对跳线的几何形状与风偏摆动是有一定影响的 但为简化计算 通常 均假定跳线是柔软而呈悬链线或抛物线状 1 直引跳线计算 直引跳线计算主要是选取一个合适的跳线弧垂或线长 弧垂太小会引起跳线对横担 及上部构件间隙不足 太大又可能引起对塔身 拉线和下部构件间隙不足 由于跳 线悬挂点 即耐张线夹尾端 的位置在各种校验条件下是变化的 因而弧垂也不同 较为合理的跳线计算方法是首先假定一个跳线长度 并认为在各种校验条件下 如 雷电过电压 操作过电压 工频电压条件 线长保持不变 依此借助公式或链条 弧垂模板等 比拟画出跳线在塔头正 下 侧视图中各校验条件下的投影位置 然 后检查跳线各点对周围构件的空气间隙 若间隙不满足或不匀称 可重新选定线长 另行计算 上述计算法由于考虑了跳线档距 弧垂是变化的 因此换算计算与作图 比较麻烦 实际计算中是更为粗糙地假定跳线在各种校验条件下的弧垂是不变的 依此便可选跳线施工弧垂为各校验条件下跳线最小允许弧垂 的最大值与最大允 min 许弧垂 最小值的平均值 其计算步骤如下 max 第一步 计算跳线作图中的原始数据 如逐塔计算雷电过电压条件下的耐张绝 缘子串倾斜角 其他条件选择计算 计算代表性的耐张绝缘子串水平风偏角 跳线 风偏角等 耐张绝缘子串倾斜角 系耐张绝缘子串与横担水平面间的夹角 图 2 6 69 示 出绝缘子串所在平面内的受力图 下倾为正角 上仰为负角 其算式为 tg 1 T wG vv 5 0 tg 2 6 49 1 l h T lgGV 2 1 式中 G 耐张绝缘子串重力 N v W 作用于绝缘子串末端的导线重力 N v g 导线单位长度自重力 N m 1 计算侧档距及高差 m 当比邻塔低时为负值 lhh T 计算条件下的导线水平张力 N 耐张绝缘子串水平风偏角 系风垂直导线吹时引起耐张绝缘子串在水平面内的偏移 角度 受力图如图 2 6 70 所示 其算式为 tg 1 T lgGN 2 4 9 81A N G I 16 2 V 式中 G 耐张绝缘子串所受风压 N H A 绝缘子串受风面积 m I 2 v 风速 m s g 导线计算条件下的单位风荷载 N m 4 T L 的符号含义同式 2 6 49 图中 为线路转角度数 角的正 负选取应依跳线距构件最接近为原则 由于角较 小 对跳线计算影响不大 一般仅取一有代表性的常数 跳线风偏角 仍同前述导线风偏角一样近似取 tg 不考虑跳线悬 1 4 1 挂点刚性影响 第二步 图解跳线最小允许弧垂 最小允许弧垂值是在各种校验条件下跳线 min 各点与横担或第一片绝缘子铁帽间应保持有最小的规定间距下定出的 它的大小系指横担 下沿至塔身宽度内跳线最低点间的垂直距离 对于小转角和耐张杆塔 图解最小弧垂时 一般仅需在横担侧视图中比拟即可 如图 2 6 71 所示 在图中近似地认为跳线与耐张绝缘 子串均位于侧视平面图内 实际工程中同一塔型使用多基 可仅选一代表性的较严重情况 进行弧垂计算 为了得到最小弧垂的较大值 选取代表条件时应取转角较大 两侧 或一 侧 绝缘子串倾斜角较小者 按各种校验间隙条件下绝缘子串的倾斜数据作出侧视图 图 2 6 71 中仅表示了一种校验情况 在图中以最接近跳线的接地构件端头为圆心 如横担 下沿角或第一片绝缘子铁帽 0 点 以要求间隙 R 为半径画间隙圆 以链条或弧垂模板比 1 拟出风偏下最小允许弧垂的垂直投影 等 并算出各最小允许弧垂 1min2min1min 等 取其各最小允许弧垂中的最大值为设计最小弧垂 在图 1 1min cos f 2min 2 2min cos f min 2 6 71 中绝缘子串的投影位置是由以下数据画出 D sin coscos 0 2 tg 1 2 cos cos sin 式中 耐张绝缘子串长度 m 线路转角度 及的含义见式 2 6 49 及式 2 6 50 当线路转角较大时 由于在侧视图中跳线与接地构件并不在一个平面内 必须利用侧 视图和下视图中跳线对构件的两个正交投影距离 x y 求出空间间隙 R 22 yx 时则表示间隙满足要求 图 2 6 72 示出跳线最小弧垂时对第一片绝缘子铁帽间的净距投影 如 d 22 dd xy 2 2 2 1 dodo 第三步 图解跳线最大允许弧垂 最大允许弧垂是考虑跳线在各校验条件下风偏时 满足 对塔身构件 拉线的要求间隙下求出的 并取其各最大允许弧垂中的最小值作为计算最大 允许弧垂 对无拉线杆塔 一般仅利用塔头正视图进行最大弧垂的图解 如图 2 6 73 所示 图中为醒目起见 仅画出了一种校验条件 图中 e cos cos cp 2 1 AA BB sin 为跳线两侧悬挂点的平均水平位移 d cos cos 2 pcp 2 1 AA BB 为跳线两侧悬挂点的平均垂直位移 图中 d是负值 跳线最大允许弧垂为 S cpmax d 取其最小值 为了得到较小的最大允许弧垂 选择 数据时应使 d cp 最小 如为负值 e最大 cpcp 对于拉线杆塔 为了求得拉线间隙控制下的最大允许弧垂 可按前述拉线间隙的投影方 法作出如图 2 6 74 垂直拉线平面的投影图 图中仅示出一种校验条件 由于开始不知道 最大允许弧垂数值 可先假设各效验条件时的最大允许弧垂大于已选出的最小允许弧垂 或者取任意值定出各图中 F F 点 O 点为 A B 悬挂点连线的中点 在垂直拉线平面 12 投影图中 悬挂点 A B 和跳线档中央假定弧垂点 F 是利用正 下视图中的尺寸投影画 333 出的 O 点或利用投影得到或取 A B 连线中间点即是 O F 既为假定弧垂摇摆部分的 33333 投影长度 又为跳线综合荷载作用线的投影 故置图使 O F 方向垂直于地面 用链条或 33 模板过 A F B 点作出跳线投影位置 若刚好切于拉线间隙圆 则最大弧垂为 333max d O F 否则应找出使链条与拉线间隙圆相切时跳线在 O F 线上的交点 F 按照比 cp1133X 例关系 d O F 取各种校验条件的最小值 maxcp11 33 3 FO FO X 现将图 2 6 74 中的符号说明如下 coscos 0 2 d sin OF O F cos 11 d maxcp11F O min OB OA 2 AB O F O F sin 2211 O E O F OE 1111 cos 1 22 zx z cos 2 22 yx y cos cos cos 12 cos pt pt 21 或 上述各式中 跳线风偏角 耐张绝缘子串长度 耐张绝缘子串倾斜角 线路转角角度 耐张绝缘子串水平风偏角 跳线弧垂 垂直拉线平面的坐标间的夹角 即 间的立体空间夹角 21pl l 当按图 2 6 74 的方法作图时要特别注意 角的计算 y z 的正负取决于 1 pl PQ 三者方向的选定 并要注意当 cos 为负值时 为大于 90 的角 即 2 pl 180 cos cos 1 第四步 确定跳线施工弧垂 跳线施工弧垂 应大于最小允许弧垂 小于最大允许弧 垂 一般取 m 考虑到跳线的施工与气温变化等所产生的弧垂误差 如若 2 minmax ff 200mm 时 则认为跳线间隙不足 应加装跳线绝缘子串或其他措施防止跳线 minmax ff 风偏摆动 第五步 跳线施工长度计算 根据已求得的跳线施工弧垂 以雷电过电压气象条 件下耐张绝缘子串的倾斜角 逐塔画出如图 2 6 71 所示的跳线两悬挂点及跳线所在平面侧 视图 自横担 下沿 向下量 长 并通过末点画一水平线 将图纸垂直悬挂 以链条过 两悬挂点并切于 末端水平线 此时记住链条两端位置 然后拉直链条量出量悬挂点间的 线长即为跳线施工长度 L 加装跳线悬垂绝缘子串时 悬垂线夹点可相当于 末端 模拟跳线长度时应使悬垂 线夹两侧跳线稍有下垂而不致引起悬垂串上卷 当杆塔转角且加跳线绝缘子串时 跳线变 成 绕引 形式 跳线悬挂点 A B 和悬垂线夹点 F 不在一个垂直平面内 为模拟跳线长度 可将上述三点展开 放在同一个侧视平面图内 如图 2 6 75 所示 模拟线长时 以跳线呈 链状通过 F 点为准 当跳线施工后 悬垂串受力向转角内侧偏移 跳线在 F 点两侧必然呈 悬垂状 2 绕引跳线计算 绕引跳线是耐张绝缘子串悬挂在杆塔主柱上 跳线借助塔身旁侧悬垂绝缘子串的支 持 自塔身正面绕行旁侧节点塔身后侧耐张线夹处 如图 2 6 76 所示 一般设计中 跳线中间的悬垂线夹 B 点是可动的 它随跳线施工的松紧和悬垂串上作用的荷重不 同而变化 绕引跳线的计算主要是选择一个合适的悬垂绝缘子串的施工偏角 或 0 偏距 sin 以及相应的施工线长 L 并检查跳线在各种校验条件下变位时 0 0 0 跳线对上 侧 下 各面的构件间隙是否均能满足要求 图 2 6 76 中仅示出跳线的 一种校验条件间隙检查示意 其间隙检查方法仍可选同类塔型中的一基典型进行 如跳线一般通过转角内侧 故选转角较小者为严重情况 计算与图解步骤如下 第一步 计算施工时的跳线张力和线长 为作出跳线的正 下视图 如图 2 6 76 先假设无风 15 C 施工时 绕跳悬垂串拉偏角为 位移 然后算出跳 0 0 线单侧悬挂点 A B 间档距及高差 假定两侧对称布置 继而算出跳线施工张 0 l 0 h 力 T 及单侧线长 L 选定偏角时应使跳线对构件的间距大于雷电过电压的间隙 000 一般选 10 左右 跳线在任意条件下的档距 张力 T 线长 L 弧垂 按式 2 6 51 计算 l S cossin sin l 2 2 coscos 2 2 S D 2 2 1 T cos2 5 0 5 0 41 tg l h lgGlgGtg HHv L L 0 cos l 2 2 1 3 24 cos T gl 0 0 cos l 2 0 0 2 1 3 0 24 cos T gl xv cos2 1 T gxlx H cos2 4 T gxlx coscos l H 2 2 S D cos 1