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10配电线路设计几个问题
10kV配电线路设计的几个问题
李叔昆编
2012年12月
目录
一、概述
二、确定档距的因素
三、绝缘水平
四、电压损耗计算
五、配电线路的无功补偿
六、电杆拉线选择计算
附件
一、钢芯铝绞线力学特性
二、铝绞线力学特性
三、绝缘导线力学特性
10kV配电线路设计的几个问题
一概述
1.输送功率：
合理输送功率200~2000kW
2.输送距离：
合理输送距离6~20km
3.现场勘测：
a）选线（路径最短，交通方便，避开障碍物，路径要取得地方政府同意的书面协议）
b）测断面图（比例：
纵1/5000，横1/500注意边线，危险点，交叉跨越）
c）搜集塔位地质资料及塔基地形（目勘，估计）
二确定档距的因素
a）按水泥杆允许弯矩确定档距
参考资料
预应力电杆的技术数据
№
电杆规格
主要尺寸
主筋钢材
混凝土体积m3
理论质量
kg
标准弯矩kN-m
梢径mm
根径mm
壁厚mm
杆长m
3
YФ150－10
150
283
3.5
10
A3冷拔钢丝
0.2
540
13.0
4
YФ190－10
190
323
4
10
0.272
734
16.0
5
YФ190－12
190
350
4
12
0.347
937
19.0
6
YS190－9
190
310
5
9
高强钢丝
0.283
764
24.5
7
YS310－6
310
390
5
6
0.283
764
49.0
8
YS310－9
310
430
5
9
0.452
1220
59.0
9
YS230－9
230
350
5
9
0.339
915
34.0
10
YS350－9
350
470
5
9
0.509
1394
69.0
等径杆
11
YФ300－6
300
300
5
6
0.233
637
30.0
12
YФ300－9
300
300
5
9
0.353
953
30.0
13
YФ400－6
400
400
6
6
0.385
1040
59.0
注：
强度安全系数1.8（表中未计入）
非预应力拔稍杆（原云南线路器材厂样本）
№
规格
配筋
标准弯矩
（吨-米）
破坏弯矩（吨-米）
理论重量（kg）
备注
1
Ф150/243×7m
12Ф12
1.791
2.508
511
2
Ф150/258×8m
12Ф12
1.966
2.753
589
3
Ф150/283×10m
12Ф12
2.211
3.096
796
4
Ф150/250×7.5m上段
12Ф12
1.877
2.628
539
与5组合成15m杆
5
Ф250/350×7.5m下段
16Ф12
3.506
4.908
881
6
Ф150/270×9m上段
12Ф12
2.111
2.955
688
与7组合成18m杆
7
Ф270/390×9m下段
18Ф12
4.578
6.41
1181
8
Ф190/350×12m
14Ф12
3.414
4.779
1239
9
Ф190/270×6m上段
12Ф12
2.111
2.955
505
12m杆
10
Ф270/350×6m下段
14Ф12
3.506
4.908
736
11
Ф190/297×8m上段
14Ф12
2.782
3.895
726
15m杆
12
Ф297/390×7m下段
16Ф12
4.578
6.41
965
13
Ф190/324×10m上段
14Ф14
2.682
3.755
976
与9组合成18m杆
14
Ф324/430×8m下段
18Ф14
7.634
10.687
1227
Ф300等径杆（原云南线路器材厂样本）
№
规格
配筋
标准弯矩
（吨-米）
破坏弯矩（吨-米）
理论重量（kg）
备注
1
Ф300×6m上段
12Ф12
2.693
3.77
725
2
Ф300×6m中段
12Ф12
2.693
3.77
725
3
Ф300×6m下段
12Ф12
2.693
3.77
725
4
Ф300×9m上段
12Ф12
2.693
3.77
1090
5
Ф300×9m下段
12Ф12
2.693
3.77
1090
6
Ф300×9m上段
14Ф12
3.096
4.334
1090
7
Ф300×9m下段
14Ф12
3.096
4.334
1090
Ф400等径杆（原云南线路器材厂样本）
№
规格
配筋
标准弯矩
（吨-米）
破坏弯矩（吨-米）
理论重量（kg）
备注
1
Ф400×6m上段
18Ф12
5.618
7.865
983
2
Ф400×6m中段
18Ф12
5.618
7.865
991
3
Ф400×6m下段
18Ф12
5.618
7.865
983
4
Ф400×4.5m上段
16Ф12
6.65
9.334
691
5
Ф400×4.5m中段
16Ф14
7.509
10.512
691
6
Ф400×4.5m下段
18Ф12
7.404
10.366
691
导线参数（安全系数2.5）
型 号
大风时风荷载（kg/m）
10mm复冰时冰重g3（kg/m）
5°小转角时水平负荷（kg）
安全系数2.5时导线最大拉力（kg）
LGJ-240/30
0.7889
1.816
255
2929
LGJ-185/25
0.6903
1.523
201
2302
LGJ-150/25
0.6246
1.367
182
1817
LGJ-120/20
0.6004
1.176
138
1588
LGJ-95/20
0.5526
1.084
125
1441
LGJ-70/10
0.4542
0.881
79
906
LGJ-70/40
0.5420
1.179
197
2258
LGJ-50/8
0.3825
0.749
57
654
LGJ-50/30
0.4622
0.9827
144
1651
LJG-35/6
0.3251
0.6544
42
489
无拉线拔梢杆
平衡方程式
所有风压产生的弯矩＝电杆弯矩/安全系数 ∑P·h＝M/k
2P·（h-1）+P·h+P0·h/2＝M/k------------------------------①
式中 导线风压P＝Lhg4（25）S--------------------------------------②
杆身风压P0＝（d1+d2）×h/2×0.7×V2/1600------③
Ф150mm
P
P－导线风压，kg;
P
Lh－水平档距，m；
1m
P
g4（25）－导线风压比载,kg/m·mm2;
P0
10m
8.3m
S－导线综合截面，mm2;
P0－杆身风压（d1+d2）×h/2×0.7×V2/1600
h－杆顶到地面的距离，m；
d1，d2－杆段上、下端的直径，m；
Ф283
1.7m
k－杆段的安全系数1.8；
v－最大设计风速，m/s;
0.7－杆段的体型系数；
M－杆段的额定弯矩，kg-m。
例：
LGJ－95/20C＝10mmV＝25m/s
电杆YФ150－10稍径150mm，根径283mm
求使用的水平档距？
已知：
导线风压P＝Lhg4（25）S＝Lh×0.5526＝0.5526Lh
电杆弯矩13kN-m=13000N-m=1300kg-m
埋深1.7m
计算；
上导线弯矩P·h＝0.5526Lh×8.3＝4.587Lhkg-m
下导线弯矩2P·（h-1）＝2×0.5526Lh×（8.3-1）＝8.068Lhkg-m
杆身风压产生的弯矩
P0＝（（d1+d2）×h/2×0.7×V2/1600）×h/2
＝（（0.150+0.283）×8.3/2×0.7×252/1600）×8.3/2
＝2.039kN-m
＝203.9kg-m
杆段允许弯矩
M/k＝1300/1.8＝722.2kg-m
代人①式得允许的水平档距：
4.587Lh+8.068Lh+203.9＝722.2
12.655Lh＝722.2－203.9
Lh＝518.3/12.655
＝41m
b）按绝缘子机械强度确定档距
针式绝缘子
针式绝缘子最大允许水平力（kg）（湖北试验数据）
M16单个120kg
M16双个152kg
M20单个192kg
M20双个252kg
（已计入安全系数2.5）
按针脚强度确定的档距：
LHg4S=针式绝缘子最大允许水平力
LH=针式绝缘子最大允许水平力/g4S
例LGJ-95/20用P-10单个M16针脚允许水平力120kg计算允许的水平档距？
查大风时风荷载为0.5526kg/m
0.5526Lh=120
Lh=120/0.5526=217m
瓷横担
10Kv
S-185 83kg
S-210 83kg （已计入3.0安全系数）
按瓷横担强度确定的档距：
LVg3S=瓷横档担最大允许荷载
LV=瓷横档担最大允许荷载/g3S
例LGJ-95/20用S-185单根允许荷载83kg计算允许的垂直档距？
查覆冰时垂直荷载为1.084kg/m
1.084Lv=83
Lv=83/1.084=76m
悬式绝缘子安全系数为2.7
悬式绝缘子允许的荷载＝绝缘子额定机电破坏强度/2.7
耐张串－当导线为钢芯铝绞线，安全系数2.5，使用70kN绝缘子时
240为双联串
导线最大拉力2929kg>单联绝缘子串允许强度70000/9.81/2.7＝2642kg
185及以下为单联串
导线最大拉力2302kg<单联绝缘子串允许强度70000/9.81/2.7＝2642kg
悬垂串－当导线为钢芯铝绞线，在10mm覆冰地区，单联绝缘子串允许的垂直档距为
240/30导线
Lv=70000/9.81/2.7/g3S
=2642/6.579×10-3×275.96
=1455m
可知，
（1）一般悬垂串（除交叉跨越要求外）用单联串即可；
（2）用悬式绝缘子，不受档距限制。
c）按线间距离确定档距
水平排列
10kV配电线路档距与线间距离的关系
（规程规定的线间距离对应的最大档距）
档距（m）
40及以下
50
60
70
80
90
100
110
120
最小线间距离（m）
0.6（0.4）
0.65（0.5）
0.7
0.75
0.85
0.90
1.0
1.05
1.10
注：
刮号中数字为绝缘导线
档距120m以上参考线距
档距（m）
150
200
250
300
350
400
参考线间距离（m）
1.4
1.8
2.0
2.4
2.8
3.0
三角形排列
设计规程规定：
导线为三角形排列时的等效水平线距按下式计算：
Dx=√（Dp2+（4Dz/3）2）
式中Dx－三角形排列时的等效水平线距（m）;o
Dp－导线间水平投影距离（m）；Dz
Dz－导线间垂直投影距离（m）。
oo
Dp
垂直排列
设计规程规定：
导线垂直排列的线间距离为水平线距的0.75。
使用悬垂绝缘子串的杆塔，其垂直线距不宜小于下表值：
标称电压（kV）
35
110
220
330
500
垂直线距（m）
2.0
3.5
5.5
7.5
10.0
三绝缘水平
a）针式绝缘子
高海拔10kV山区线路宜采用P-15针式绝缘子。
b）悬式绝缘子
一般采用70kN钢化玻璃绝缘子或瓷绝缘子。
悬垂串：
2片
耐张串：
3片
c）空气间隙
相间：
0.3m
相地：
0.2m
四电压损耗计算
五配电线路的无功补补偿
六电杆拉线选择计算
拉线单杆的拉线，一般为四根呈对称布置。
拉线与横担的水平夹角α一般为40°。
拉线与地面夹角β一般为60°
拉线的受力计算主要由正常情况的荷载和挠度控制。
拉线上荷载比较复杂，如自重、风、冰等。
常采用简化计算方法，忽略拉线上的冰、风荷载。
杆塔拉线系统属柔性体系，拉线点可视作弹性铰支。
（a）当电杆埋深小于1.5m时，根部可按铰接计算，拉线点以下的杆柱，其计算长度L0,取拉线点到地面以下1.0m处的距离。
（b）当电杆埋深在1.5～2.0m时，其根部按半固定计算，杆柱计算长度L0,取拉线点到地面的距离。
（1）正常情况下拉线的受力
T＝1.05R/2COSαCOSβ
式中R－拉线点反力
R＝∑MD/h2
∑MD＝ψ[（PD+PJ）×（h1+2h2）+0.0625V2×d×h1×μs×h1/2]
∑MD－所有外力对地面下1.0m处铰接点的力矩和,--kg-m；
α－拉线与横担轴线的水平夹角；h1-地面到杆顶高度-m;h2-拉线点到地面距离-m;
β－拉线与地面夹角；L＝100md-水泥杆平均直径-m；
ψ－荷载组合系数，正常情况为1.0；
1.05－受力增大系数;V2-最大风速-m/s;
W0=V2/1600----kN/m2;μs-电杆体型系数，取0.7；
＝0.0625V2—kg/m2;
导线覆冰时水平力PD＝Lg5（10）S—kg；Ф-线路转角度数；
导线角负荷PJ=2TSIN（Ф/2）；覆冰时最大拉力T=σm×S――kg。
例：
绝缘铝导线JKLYJ－240C＝10mmV＝25m/s转角Ф＝60°σm=2.838kg/mm2
电杆YФ190－12稍径190mm根径350mm全长＝12m
h1＝12mh2＝11m
拉线与很多夹角α=60°对地夹角β=45°
求拉线规格？
计算：
导线水平力PD＝Lg5（10）S＝100×1.436×10-3×244.39＝35kg
导线角负荷PJ=2TSIN（Ф/2）＝2×2.838×244.39SIN（60/2）＝693.6kg
三相导线产生的弯矩：
（PD+PJ）×（h1+2h2）＝（35+693.6）×（12+2×11）
＝24772kg-m
杆身风压产生的弯矩：
0.0625V2×d×h1×μs×h1/2＝0.0625×252×（0.19+0.35）×0.5×12×0.7×12/2
＝531.6
总弯矩∑MD＝ψ[（PD+PJ）×（h1+2h2）+0.0625V2×d×h1×μs×h1/2]
＝1×[24772+532]
＝25304kg-m
拉线点反力R＝∑MD/h2
＝25304/11
＝2300kg
拉线受力T＝1.05R/2COSαCOSβ
＝1.05×2300/（2×COS60°×COS45°）
＝3415kg
拉线安全系数取2.0则T＝2×3415kg＝6830kg
选GJ-70钢绞线强度为[7940]kg>6830kg满足要求
例：
绝缘铝导线JKLYJ－240C＝10mmV＝25m/s直线杆
电杆YФ190－12稍径190mm根径350mm全长＝12m
h1＝10.1mh2＝9.1m L＝100m防风拉线对地夹角β=60°
求拉线规格？
计算：
导线水平力PD＝Lg4（25）S＝100×4.005×10-3×244.39＝98kg
导线角负荷PJ=0
三相导线产生的弯矩：
PD×（h1+2h2）＝98×（11.1+2×9.1）
＝2871.4kg-m
杆身风压产生的弯矩：
0.0625V2×d×h1×μs×h1/2＝0.0625×252×（0.19+0.35）×0.5×11.1×0.7×11.1/2
＝454.8 kg-m
总弯矩∑MD＝ψ[PD×（h1+2h2）+0.0625V2×d×h1×μs×h1/2]
＝1×[2871.4+454.8]
＝3326kg-m
拉线点反力R＝∑MD/h2
＝3326/9.1
＝365.5kg
拉线受力T＝1.05R/2COSαCOSβ
＝1.05×365.5/（2×COS0°×COS60°）
＝384kg
拉线安全系数取2.0则T＝2×384kg=768kg
选GJ-35钢绞线强度为[4086]kg>768kg满足要求
（2）选择拉线规格
根据计算所得的拉线受力乘安全系数所得的数值，应小于下列表中某型号拉线对应的破坏拉断力，即为该型号的拉线。
拉线的安全系数为1.8-2.0
拉线强度表
规 格
GJ-35
GJ-50
GJ-70
GJ-100
公称抗拉强度（kg）
4086
5440
7940
11050
注：
强度安全系数2.0（表中未计入）
END
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