导线张力(应力)弧垂分析.doc

27第二章第二章 导线张力导线张力(应力应力)弧垂计算弧垂计算第一节 导线和地线的机械物理特性与单位荷载一、导线的机械物理特性一、导线的机械物理特性 导线的机械物理特性，一般指破坏张力、弹性系数、热膨胀系数 (一) 导线的破坏张力 对导线作拉伸试验，将测得瞬时拉断力利用多次测量结果，可以建立一组经验公式来计算导线的 瞬时拉断力考虑到施工和运行中导线接头、修补等因素，设计用导线破坏张力取其实测或计算瞬时拉 断力 Tp的 95%，即 Tps=0.95Tp （2-1- 1） 式中 T p —导线的瞬时拉断力，N； T ps—导线的破坏张力，N （二）导线的弹性系数 物体的弹性系数也称为弹性模量导线的弹性系数是指在弹性限度内，导线受拉力作用时，其应力 与相对变形的比例系数，通过试验得出的应力-应变曲线确定，可表示为（2-1-2）TlTEA lA 式中 T—导线拉力，N； l、Δl—导线的原长和伸长，m； σ—导线的应力，即单位截面的张力，σ=T/A，N/mm²； ε—导线的相对变形，ε=Δl/l； A—导线的截面积，mm²； E—导线的弹性系数，N/mm²。

钢芯铝绞线的弹性系数按下式近似计算（2-1-3） 1sAlEmEEm式中 EAl、Es、E—分别为铝、钢和综合弹性系数，N/mm² ²，Es =190000 N/mm², EAl =55000 N/mm²；； m=AAl/As—铝对钢的截面比 m=AAl/As （三）导线的热膨胀系数 导线温度升高 1℃所引起的相对变形，称为导线的热膨胀系数，可表示为（2-1-4）/t 式中 ε—温度变化引起的导线相对变形，ε=Δl/l； Δt—温度变化量，℃； α—导线的热膨胀系数，1/℃ 钢芯铝绞线的热膨胀系数的计算式为（2-1-5）ssAlAlsAlEmE EmE式中 αAl、αs、α—分别为铝、钢和综合热膨胀系数，1/℃αAl=23×10-61/℃，αs=11.5×10-61/℃ 无试验资料时，导线的弹性系数和热膨胀系数可按下表选用 表 2-1-1 铝绞线和钢芯铝绞线的弹性系数和热膨胀系数（GB1194-83）结 构结 构铝钢铝钢截 面比 m弹性系数 E (N/mm2)线膨胀系数(×10-61/℃)铝钢铝钢截 面比 m弹性系数 E (N/mm2)线膨胀系数(×10-61/℃)7——5900023.02676.137600018.919——5600023.03074.298000017.837——5600023.030194.377800018.02861——5400023.042719.446100021.4616.007900019.145714.466300020.9775.067600018.548711.346500020.51271.7110500015.35477.716900019.318118.006600021.354197.906700019.422710.007100020.3—7—18140011.52477.717300019.6—19—18140011.5二、导线的单位荷载二、导线的单位荷载 作用在导线上的荷载有自重、冰重和风压。

这些荷载可能是不均匀的，但为了便于计算，一般按沿 导线均匀分布考虑在导线张力弧垂计算中，常把导线受到的机械荷载用单位荷载表示导线单位长度 的荷载称为单位荷载常用的单位荷载有如下七种 （一）自重荷载 由导线的质量引起的荷载称为自重荷载，自重单位荷载计算式为 p1=9.80665m0×10-3 （2-1-6） 式中 9.80665—重力加速度，m/s²，其近似值可取 9.8、9.81 或 10； m0—每千米导线的质量，kg/km； p1—导线的自重单位荷载，N/m （二）冰重荷载 导线覆冰时，由于冰重产生的荷载称为冰重荷载假设冰层沿导线均匀分布并成为一个空心圆柱体 （图 2-1-1），冰的密度为 0.9g/cm³，冰重单位荷载可按下式计算图 2-1-1 覆冰的圆柱体 p2=9.80665×0.9πb(b+d)×10-3 （2-1-7） 式中 b—覆冰厚度，mm； d—导线直径，mm； p2—导线的冰重单位荷载，N/m。

设计覆冰厚度：轻冰区取无冰、5mm 或 10mm，中冰区取 15mm 或 20mm，重冰区取 20mm、30mm、40mm 或 50mm，必要时还应按稀有覆冰条件进行验算 地线设计冰厚，除无冰区外，应较导线冰厚增加 5mm 大跨越最大设计冰厚，除无冰区外，宜较附近一般送电线路的最大设计冰厚增加 5mm （三）导线的自重和冰重总荷载 导线的自重和冰重总单位荷载等于二者之和，即p3 =p1 +p2 (2-1-8) 式中 p3—导线自重和冰重总单位荷载，N/mp1 、p2和 p3都是垂直单位荷载 （四）无冰时导线风压荷载 无冰时作用在导线上每米长的风压荷载称为无冰时导线风压单位荷载，计算式为基本风速情况 （2-1-9）2 20 4sin1600sczdVp 其它情况 （2-1-10）241600scdVp29式中 α—风速不均匀系数，也称档距系数，采用表 2-1-2 所列数值； 表 2-1-2 各种风速 V 下的风速不均匀系数ααV( m/s)V31.5αα1.00.850.750.70V0—离地面或水面 10m 处的基本风速，m/s； V—设计风速，m/s； d—导线直径，mm； μsc—风载体型系数，当导线直径 d＜17 mm 时 μsc =1.2， d≥17 mm 时 μsc =1.1； μz—风压高度变化系数，按地面粗糙度类别用指数公式计算： A 类指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，μz=0.794Z0.24，1.00≤μz≤3.12； B 类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区，μz=0. 479Z0.32，1.00≤μz≤3.12；C 类指有密集建筑群的城市市区，μz=0.224Z0.44，0.74≤μz≤3.12； D 类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区，μz=0.08Z0.60，0.62≤μz≤3.12。

Z 为离地面或水面的平均高度(m)：一般 500~750 kV 输电线路取离地面 20m，330kV 及以下输电线路 取离地面 15m，10kV 及以下配电线路取离地面 10m；大跨越根据实际情况确定 θ—风向与架空线轴线间的夹角； p4—无冰时导线风压单位荷载，N/m 输电线路的基本风速，应按基本风速统计值选取 330kV 及以下输电线路的基本风速不应小于 23.5m/s；500kV、750kV 输电线路计算导、地线的张力、 荷载以及杆塔荷载时，基本风速不应低于 27m/s必要时还宜按稀有风速条件进行验算 山区送电线路的基本风速，如无可靠资料，应按附近平原地区的统计值提高 10%选用 大跨越基本风速，如无可靠资料，宜将附近平地送电线路的风速统计值换算到与大跨越线路相同电 压等级陆上线路重现期下历年大风季节平均最低水位以上 10m 处，并增加 10%，然后考虑水面影响再增 加 10%选用大跨越基本风速不应低于相连接的陆上送电线路的基本风速 雷电过电压工况，当基本风速折算到导线平均高度处其值大于等于 35m/s 时，风速宜取 15m/s，否则 取 10m/s；校验导线与地线之间的距离时，应采用无风。

操作过电压工况的风速宜取基本风速折算到导线平均高度处风速的 50%，且不宜低于 15m/s 安装工况采用风速 10m/s带电作业工况的风速可采用 10m/s （五）覆冰时导线风压荷载 覆冰时导线每米长的风压荷载称为覆冰时导线风压单位荷载，计算式为（2-1-11）2 sc 5(2) 1600abd Vp式中 μsc—风载体型系数，取 μsc =1.2；p5—覆冰时导线风压单位荷载，N/m； 其他符号意义同式（2-1-8、2-1-9） p4和 p5都是水平单位荷载 （六）无冰有风时的综合荷载 无冰有风时，导线上作用着垂直方向的荷载 p1和水平方向的荷载 p4，按向量合成可得无冰有风时的 综合单位荷载（图 2-1-2），按下式计算（2-1-12）22 614ppp式中 p6—无冰有风时的综合单位荷载，N/m30图 2-1-2 无冰有风时的综合荷载 图 2-1-3 有冰有风时的综合荷载 （七）有冰有风时的综合荷载 有冰有风时，综合单位荷载为垂直总单位荷载 p3和覆冰时风压单位荷载 p5的向量和（图 2-1-3）， 按下式计算（2-1-13）22 735ppp式中 p7—有冰有风时的综合单位荷载，N/m。

在计算成果表中，常在相关的单位荷载的脚注数字后用括号标注覆冰厚度和风速的数据：p2、p3标覆 冰厚度（mm）, p4、p6标风速（m/s）, p5、p7左数为覆冰厚度（mm）、右数为风速（m/s）第二节 导线的设计张力一、导线张力的概念一、导线张力的概念 悬挂于两基杆塔之间的一档导线，在导线自重、冰重、风压等荷载作用下，任一横截面上均有一张 力存在因导线上作用的荷载是沿导线长度均匀分布的，所以一档导线中各点的张力是不相等的，且导 线上某点张力的方向与该点导线悬挂曲线的切线方向相同由此可知，一档导线中，其导线最低点张力 的方向是水平的图 2-2-1 一档导线的受力图 如图 2-2-1 所示，取导线最低点 O 至任意一点 P 的一段导线分析：设 P 点张力为 Tx，方向为 P 点的 切线方向，导线最低点张力为 T0，方向为水平方向将 Tx分解为垂直方向 T1和水平方向 T2两个分力， 根据静力平衡条件可知 T2=T0，即档中导线各点的水平分力均相等，且等于导线最低点张力 T0另一方面， 一个耐张段在施工紧线时，直线杆上导线置于放线滑车中，当忽略滑车的摩擦力影响时，各档导线最低 点的张力均相等。

所以，在导线张力、弧垂分析中，除特别指明者外，导线张力都指档中导线最低点的 水平张力，常用 T0表示 悬挂于两基杆塔之间的一档导线，在导线的截面不变时，其弧垂与张力的关系是弧垂越大，则导线 的张力越小，弧垂越小，则导线的张力越大因此，从导线强度安全考虑，应加大弧垂以减小张力，从 而提高安全系数但在弧垂增大后，为保证带电导线对地安全距离，在档距相同的条件下，必须增加杆 高，或在相同杆高条件下缩小档距，结果使线路基建投资增加同时，间距离不变的条件下，增大 弧垂也增加了运行中发生混线事故的机会在导线机械强度允许的范围内，根据实际情况合理地确定导 线张力，既能最大限度地利用导线的机械强度，又能降低杆塔高度，是线路设计工作的一项重要内容 二、导线的最大许用张力和最大使用张力二、导线的最。