避雷线和导线在档距中央的线间距离校验

第五章　杆塔荷载及强度校验第四节　避雷线与导线线间距离校验　字体大小　小　中　大二、避雷线和导线在档距中央的线间距离校验　　在线路设计的绝缘配合内容中，在档距中央，导线与避雷线线间距离必须满足规程的要求，这也是避雷线在塔头布置的一项重要要求。　　即在档距中央，导线与避雷线线间距离Dd.b在15℃、无风的气象条件下应满足下式：　　　（5—15）　　式中　—线路的档距（m）；　　　　　Dd.b—满足防雷要求的导线与避雷线线间距离（m）。　　对大档距则应满足：　　（5—16）　　式中　—线路耐雷水平（KA）；　　　　　　　　U—线路额定电压（KV）。　　下面我们将讨论在避雷线的布置中如何满足式（5—15）及式（5—16）的要求。　　为了满足防雷要求，做到在大气过电压下，档距中央导、地线之间不发生闪络，导、地线之间距离应按式（5－15）和式（5－16）决定。为了达到这一要求，应从三方面着手。一是在塔头上适当布置避雷线的悬点高度，一般满足保护角的要求，就认为是适当的。过度增加高度会使杆塔造价增加；二是避雷线截面和导线截面适当配合；三是适当选择避雷线的安全系数和运行应力，使避雷线的应力、安全系数与导线适当配合。　　1．在大气过电压、无风条件下满足防雷要求的避雷线水平应力值σbf。 　　当导线和避雷线截面选定之后，在大气过电压条件下，导线的应力和弧垂可以确定。这时，为了保证导、地线之间距离满足防雷要求，避雷线的应力和弧垂就要受到限制。其应力不能过低。应力过低则使避雷线弧垂加大，导、地线之间距离得不到保证。根据大气过电压对间隙距离的要求，可以计算出避雷线的水平应力。　　把导线、避雷线投影到杆塔所在平面（垂直于线路的平面），得到图5－10。　　　　图5－10　导线、避雷线档距中央处线间距离　　图5－10中所示均为大气过电压、无风条件下的量值。　　其中：fb为避雷线弧垂(m)；　　　　　b为档距中央避雷线的最低点；　　　　　d为档距中央导线的最低点；　　fd为导线弧垂(m)，h为导、地线悬挂点之间的垂直距离(m)，S为导、地线悬挂点水平距离(m)，Dd.b为导、地线的空气间隙(m)，λ为绝缘子串的长度(m)。由图5－10可知：　　　　而　，　　式中：—分为导线、避雷线的比载、水平应力；　　　　　　—档距。　　令，将代入上式，解出σb，并以符号表示，得到：　　　（5—17）　　式中符号同前。　　是在大气过电压、无风条件下满足档距中央导线与避雷线线间距离要求的避雷线最小水平应力，由上式可知，与导线应力σd有关。　　因为代表档距不同，的值也不同。在同一个耐张段内，σd是确定常数，在选择杆型后S、h也是常数，则与档距有关。因为档距改变时，导线及避雷线的弧垂fd、fb 也随之改变。代表档距、杆型确定之后，与的关系曲线如图5－11所示。　　　　图5—11　与档距的关系　　2．的极大值σbQ。　　从图5－11可知，应力有极大值，用符号σbQ表示。与σbQ对应的档距长度称为控制档距，用Q表示，令式（5－17）中的分母为　　　　根据σb的极值条件，必有。由此，得到控制档距Q的计算公式：　　　　式中　—控制档距，其余符号同前。　　上式是一个代数方程，其解法与导线的状态方程式类似。　　　当近似地认为S≈0时，上式简化为　　（5－18）　　将代入式（5－17），便得到的极大值σbQ。　　3．大气过电压、无风条件下避雷线控制应力σbfm的确定。　　因为值与档距有关，若耐张段内有n个档，则值也有n个，其中的最大值设为σbfm。实际上，一个耐张段内，各档的避雷线应力也可近似的认为相等，只有一个值，设为σbs。　　显然，在大气过电压、无风条件下，若有σbs≥σbfm ，则可以保证各线档档距中央的导线、避雷线线间距离满足防雷要求。　　因此，的最大值σbfm可以做为大气过电压、无风条件的控制应力。它是由档距中央的导线、避雷线线间距离做为控制条件所决定的避雷线应力下限。　　应当说明，由于耐张段各档距可能不等于，所以σbfm不一定等于σbQ。下面讨论怎样简便地确定σbfm值。　　当线路已初步定位，或根据地形条件、杆塔使用条件可以大致知道档距变化范围时，值σbfm可以按下面的方法确定；　　①如果可能最大档距max＜，参考图5－11可知，令＝man代入式（5－17），求得的值便是各档距值的最大值σbfm。　　②如果可能最小档距min＞，此时令＝min代入式（5－17）求得的便是最大值σbfm。　　③如果min＜＜max，这时很可能有某一档距等于或接近，可近似地取σbfm=σbQ。　　当无法知道档距变化范围时，也可以取σbfm=σbQ来验算导线、避雷线线间距离。　　顺便说明，σbfm值取得愈大，避雷线的最大应力也会愈大，从而降低避雷线的安全系数。所以，希望在满足防雷要求前提下，应设法降低σbfm值。　　4．导线避雷线线间距离校验方法　　校验的方法有下面两种：　　（1）与导线力学计算方法一样，根据临界档距判断避雷线的控制条件，以避雷线的控制条件及控制应力为已知状态，用状态方程求出大气过电压、无风状态避雷线的实际应力σbs。如果σbs≥σbfm，则导线、避雷线线间距离满足防雷要求。反之，不满足防雷要求。　　（2）以大气过电压、无风气象条件及σbfm为控制条件，用状态方程求得最大风、覆冰、最低气温、年平均气温等条件下避雷线控制应力，如果所求出的各个应力分别小于各条件下避雷线的控制应力，也说明在雷电过电压、无风条件下导线、避雷线线间距离满足防雷要求。反之，算出的任一个条件的避雷线应力大于该条件的控制应力，则说明导线、避雷线线间距离不符合防雷要求。　　如果导线、避雷线线间距离不满足防雷要求，应采取降低避雷线设计安全系数或调整塔头尺寸、改换杆型等措施加以解决。　　这里需要明确以上各应力符号所代表的含义。　　　σbf—满足防雷要求的避雷线水平应力；　　　σbQ—对应控制档距的避雷线水平应力(极大值 )；　　　σbs—耐张段内n个档中避雷线的等值应力；　　　σbfm—在n个档距中，σbf值的最大者(控制应力)。三、举例　　[例5－1]　110KV线路通过IV类气象区，某耐张段代表档距re=300m，耐张段内各档档距在230m与400m之间。线路采用110ZS3型铁塔，塔头尺寸图见参考文献。导线悬垂绝缘子串的长度λ＝1.289m，避雷线线夹下垂长度λb＝0.24m。导线为LGJ－240／40，避雷线GJ－50，试校验避雷线的线间距离并确定避雷线的控制条件。　　解：　　1．计算准备　由附录查得GJ－50钢绞线的参数为：破坏应力σbp=1176.8(Mpa)，线膨胀系数α＝11.5×10-6(1／℃)，弹性系数E＝181420(N／mm2)，计算直径d=90(mm)，截面积S=49.46(mm2)，单位长度质量m0=423.7(Kg/km)。　　计算出避雷线GJ－50的比载如下（步骤同导线比载计算，从略）：　　　　　　　　LGJ－240／40的比载，雷电过电压时应力为。（其过程从略）。　　2．计算控制档距　　　由书中附录图及λ、λb的值可知数据，h=2.8+1.289-0.24=3.849m，S=2.0-0.43=1.57m。　　将h、S的值代入式（5－1８），得：　　　　　　解出：＝516.5m　　3．计算过电压无风条件控制应力σbfm　　在该耐张段的最大档距 。　　以＝400m代入式（5－1７）求出的应力即为σbfm　　　　4．以gb1、15℃、σbfm为控制条件计算其它可能控制条件下避雷线的应力　　其中：，。由前述状态方程式为：，其A、B值计算如下：　　　　求出各条件的A、B值，用状态方程解出各条件下的避雷线应力σbn，计算过程列入表5－5。表5－5　避雷线应力计算值代表档距参数\计算条件大气过电压、无风平均气温覆冰最低气温最大风速300（m）气象条件tn(℃)1510-5-20-5gn(×10-3)84.0184.01126.4984.01110.21A=-150.75+2.0863tn -129.89-140.32-192.47-140.32B=680.33×10-6×gtn 48016001088500048016008263500σbn(MPa) 224.9279.6262.3261.33　　避雷线的设计安全系数应大于导线的安全系数。根据杆塔设计条件避雷线安全系数K＝3.33，则最大使用应力 。　　此外。　　由表5－5可知，各状态下避雷线应力均不超过其控制应力，因此，在大气过电压、无风条件下，导线、避雷线之间的距离满足防雷要求。　　5．避雷线的设计控制条件　　根据上面的计算结果可知，如用大气过电压、无风、作为避雷线设计的控制条件，既满足导线机械强度要求，也可以满足导线、避雷线间距的要求。但是避雷线的应力偏低。以覆冰及作为设计控制条件也能满足上述要求，但是避雷线的应力偏高。　　为了降低避雷线耐张杆塔的作用力，本题最大使用应力可选在268.8－353MPa之间。例如，可以选覆冰及做为设计控制条件。　　在架空线路设计中，导线避雷线线间距离校验，尤其是对220KV及以上的线路设计是一项重要校验内容。　　下面介绍架空线路设计中的其它校验事项。