第三章特殊情况导线张力弧垂计算.doc
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第三章特殊情况导线张力弧垂的计算
第一节概述
第二章所述的导线的张力弧垂计算公式都是在导线上为均匀分布荷载的情况下导出的。
在实际工程中，导线、地线上还会出现非均匀分布的荷载，一般在以下几种情况出现。
山区线路施工时，由于道路交通不便，运输极为困难，往往采用滑索运输。
在超高压、特高压线路上，由于采用了分裂导线，施工人员在安装分裂导线的间隔棒时采用飞车作业。
运行检修人员修补档距中损坏导线，检测档距中压接管等，往往用绝缘爬梯挂在导线上进行高空带电作业。
国外在超高压、特别是在特高压线路上，我国在某些山区线路中，为了降低线路投资，采用镀锌钢绞线或钢丝绳制成的软横担，如图3-1-1所示。
图3-1-1特高压线路采用的软横担
在变电站户外架空母线上，悬挂引线与开关、变压器等所用的连接线。
以上介绍的几种情况，都属于档距中有集中荷载的情况。
在孤立档中，特别是档距较小时，如线路终端杆塔至变电站门型架，变电站户外母线。
由于耐张绝缘子串单位长度重力和导线的单位长度重力相差很大，特别是小导线的情况。
而且由于孤立档档距较小时，耐张绝缘子串在一档中所占的比重较大，因此必须考虑耐张绝缘子串的影响。
在孤立档施工紧线时，锚塔处有耐张绝缘子串，而在紧线塔处没有，如图3-1-2所示。
导线张力、弧垂应按一端有耐张绝缘子串而另一端没有的架线情况进行计算。
在架空线路施工已架好导线或线路处于运行情况时，孤立档两端均有耐张绝缘子串，如图3-1-3所示。
此时，导线张力、弧垂应按两端有耐张绝缘子串情况进行计算。
图3-1-2孤立档施工紧线图3-1-3孤立档竣工运行
显然，以上两种情况的张力、弧垂大小计算结果是不同的。
在中性点直接接地的电力网中，长度超过100km的线路均应换位。
换位循环长度不宜大于200km。
目前换位方式有直线换位塔，耐张换位塔等。
也可采用在一般直线杆塔上悬空换位方式，如图3-1-4所示，它是在每相导线上串接一组承受相间电压的耐张绝缘子串，通过两根短跳线A相换至B相，B相换至C相，一根长跳线C相换至A相。
这种换位方法在瑞典、芬兰等国用的较多。
我国辽宁、山西等省也采用过。
由于在档距中串接了许多耐张绝缘子，因此，在导线张力、弧垂计算中，也应考虑串接耐张绝缘子串的影响。
图3-1-4直线杆塔悬空换位
第二节档距中有一个集中荷载时导线张力弧垂的计算
一、档距中有一个集中荷载的弧垂
图3-2-1
（1）中，导线悬挂点A、B等高，导线单位荷载为p（N/m）。
若距悬挂点A为x处悬挂一个集中荷载Q（N），必然将曲线拉的直一些。
因此，可将导线近似的看成是一个弦三角形AcB来代替悬链线。
Ac边重力是px，Bc边重力是p（l-x），它们的合力作用点分别在Ac、Bc边中点处。
因此，可根据弦多边形原理，将Ac、Bc边重力的一半各移至A、c、B三点上，则c点集中力G为
图3-2-1
（1）档距中有一个集中荷载曲线
（1）图3-2-1
（2）档距中有一个集中荷载曲线
（2）
用T1表示Ac边拉力，T2表示Bc边拉力，三角形AcB在以上各力作用下仍处于静止状态，作用于c点的水平分力为T2cosφ2-T1cosφ1=0，T2cosφ2=T1cosφ1=T0，从而可求出
，（3-2-1）
作用于c点的垂直分力为T1sinφ1+T2sinφ2-G=0，其中G=Q+pl/2，则
T1sinφ1+T2sinφ2=G（3-2-2）
将式（3-2-1）代入式（3-2-2），得
T0（tanφ1+tanφ2）=G（3-2-3）
由图3-2-1看出tanφ1=fx/x，tanφ2=fx/（l-x）。
代入式（3-2-3）得T0[fx/x+fx/（l-x）]=G
由此得档距中任意一点有一个集中荷载时的弧垂公式为
（3-2-4）
若集中荷载Q位于档距中央时，即x=l/2，又得档距中央有一个集中荷载时的弧垂f为
（3-2-5）
若集中荷载为动荷载，如飞车或滑索运输，Q应按实际重量乘1.3的冲击系数计算。
二、档距中有一个集中荷载的张力
图3-2-1
（2）表示当集中荷载Q位于距A杆x处时，弧垂fx由式（3-2-4）为
同理可求出距A杆任意点x1处导线弧垂y1为（3-2-6）
亦可求出距B杆任意点x2处导线弧垂y2为（3-2-7）
曲线上微小的长度
架空线的弧垂与档距之比都是远小于1的，相应的dy/dx<1，故有
（3-2-8）
有了式（3-2-8），可求得Ac曲线长LAc，Bc曲线长LBc，AB曲线总长L=LAc+LBc。
对式（3-2-6）与式（3-2-7）分别求导，得
（3-2-9）
按第二章推导状态方程式的方法，可求出n气象情况下的状态方程式为
（3-2-10）
m气象情况下，导线未悬挂集中荷载时状态方程式为
（3-2-11）
由式（3-2-10）减去式（3-2-11），即可求出导线上有一个集中荷载时状态方程式为
（3-2-12）
当集中荷载在档距中央时，x=l/2,则式（3-2-12）为
（3-2-13）
若集中荷载在连续档内，则l为代表档距lD，任意点有集中荷载和集中荷载在某一档距中央时状态方程式分别为
（3-2-14）
（3-2-15）
由式（3-2-12）看出：
有了集中荷载Q，导线的张力在孤立档中比没有Q时增加了，对其求导令其为零后得x=l/2处最大。
由式（3-2-14）看出：
有了集中荷载Q，导线的张力在连续档中增加了，而且在x=l/2处lmax=l时最大。
故连续档导线张力最大时的状态方程式由式（3-2-15）得
（3-2-16）
令，
得
即可用式（2-6-33）求解。
式中Tm、Tn—集中荷载作用前后架空线的张力，N；
tm、tn—集中荷载作用前及作用时的气温，℃，一般集中荷载作用前后气温相同，可取tm=tn；
pm、pn—集中荷载作用前后架空线的单位荷载，N/m；
Q—集中荷载，N，可取作业人员和工具总重的1.3倍；
E—导线的弹性系数，N/mm2；
A—导线的截面积，mm2；
lD—耐张段中各个倾斜档距计算的代表档距长度，
；
li—耐张段中任意档的档距，m；
Δhi—耐张段中任意档的悬点高差，m；
φi—耐张段中任意档的悬点高差角，（°），；
lmax—连续档中有集中荷载作用的最大一档的档距，m；
分析有一个集中荷载时的状态方程式，可以得出其导线张力弧垂有以下特点：
1.对于某一档距，一集中荷载作用在档距中央时，导线张力最大。
2.对于受集中荷载作用的耐张段，档数越少，∑l越小，导线张力增加越多，以孤立档的张力为最大。
3.当集中荷载作用于耐张段中较大的档距中时导线张力也较大。
因此，如耐张段中各个档距均需上人作业时，可取最大一档验算，此档若安全，其他各档必安全。
若飞车通过某档，则可取该档距中央点验算，如验算结果符合要求，则飞车在该档其他各点时亦符合要求。
三、导线强度及对地或交叉跨越物距离的校验
沿连续档距的导线、地线上悬挂软梯或飞车进入强电场的作业，其导、地线的截面不准小于：
钢芯铝绞线和铝合金绞线为120mm2，铜绞线为70mm2，钢绞线为50mm2（等同OPGW光缆和配套的LGJ-70/40导线）。
在孤立档距的导、地线上的作业，在有断股的导、地线上的作业，在有锈蚀的地线上的作业，在其他型号导、地线上的作业，2人以上在同档同一根导、地线上的作业，只要属上列情况之一，按规定必须经验算合格经过批准后才可进行。
当受集中荷载作用时，导、地线强度的安全系数应满足下式的要求，即
（3-2-17）
式中K—导、地线的安全系数；
Tps—导、地线的设计破坏张力，N；
Tn—带电作业气象条件下，集中荷载作用时的导线、地线张力，N。
图3-2-2集中荷载与交叉跨越物的距离
带电作业时，利用式（3-2-13）和（3-2-16）可求出集中荷载作用下的张力Tn，再用式（3-2-4）可得到作用点处弧垂fx。
由图3-2-2所示的几何关系，可求出集中荷载对地面或交叉跨越物的距离y值，即
（3-2-18）
式中H—杆塔悬点A对地高度，m；
Δh—杆塔两悬点A、B的高差，m；
其他符号意义同前。
【例3-2-1】位于四川零级气象区的某线路耐张段有三个连续档，各档距分别为100、200、500，各档悬点高差角为0°，导线型号为LGJ—185/25，其导线的设计安全系数为2.5，年平均运行张力为破坏张力的25%。
现欲用飞车在导线上作业，设飞车、人、工具总重为1100N，作业时无风，温度为0℃，试验算导线的强度并计算作业时的最大弧垂。
1、查资料找出LGJ—185/25导线的相关数据，计算导线的最大使用张力和平均运行张力：
表3-2-1LGJ—185/25导线的物理特性和最大使用张力和平均运行张力计算表
项目
截面积
A（mm²）
外径
d（mm）
质量
m0（kg/km）
拉断力
Tp（N）
弹性系数
E（N/mm²）
线膨胀系数
α（1/℃）
最大使用张力
Tmax（N）
平均运行张力
Tcp（N）
计算公式
（查资料）
（查资料）
（查资料）
（查资料）
（查资料）
（查资料）
=0.95*Tp/2.5
=0.95*Tp*0.25
数值
211.29
18.9
706.1
59420
73000
1.96E-05
22580
14112
2、四川0级气象区的设计条件数据如下表。
表3-2-2四川零级气象区气象条
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