35KV普通砼电杆及基础设计课程设计.doc

电气工程及其自动化（输电线路方向）

《输电杆塔设计》课程设计
设计说明书

题目：35KV普通砼电杆及基础设计

班 级：20091481
学生姓名：
学 号：2009148134
指导教师：王老师

三峡大学电气与新能源学院

2012年12月

设计参数如下：
参数序号
导线型号
水平档距（m）
垂直档距（m）
地线支持力
△Tmax
△Tmin
2009148134
LGJ-150/20
255
370
4500
4400

LGJ—150/20
265
380
4650
4550

目 录
一、整理设计用相关数据……………………………….…………………….1
（1）气象条件表……………………………………………………….………1
（2）杆塔荷载组合情况表………………………………………………..…..1
（3）导线LGJ-150/20相关参数表……………………………………..…….1
（4）地线GJ-35相关参数表……………………………………………..……1
（5）绝缘子数据表…………………………………………………………….2
（6）线路金具的选配表……………………………………………………….2
（7）电杆结构及材料………………………………………………………….3
（8）地质条件………………………………………………………………….3
二、导地线相关参数计算………………………………………………..……4
（1）导线比载的计算……………………………………………………..…..4
（2）地线比载的计算………………………………………………..………..5
（3）导线最大弧垂的计算…………………………………………………….7
三、电杆外形尺寸的确定………………………………………………..……9
（1）电杆的总高度……………………………………………………………9
（2）横担的长度………………………………………………………………11
四、荷载计算…………………………………………………………………12
五、电杆杆柱的强度验算及配筋计算…………………………………..…..15
（1）正常情况的弯矩计算…………………………………………………..15
（2）断线情况时的弯矩计算…………………………………………..……16
（3）安装导线时的强度验算………………………………………..………17
（4）杆柱弯扭验算……………………………………………………..……18
（5）正常情况的裂缝宽度验算………………………………………..……18
（6）电杆组立时的强度验算…………………………………………..……19
六、电杆基础强度校验……………….………………………………..……..21
七、拉线及附件设计………………………………………………………….22
八、参考文献………………………………………………………………….22
九、附图

27

110KV普通自立式硂电杆设计

一、整理设计用相关数据：
（1）气象条件表
根据《架空输电线路设计》（孟遂民）整理IV区气象条件：
序号
代表情况
温度(℃)
风速(m/s)
冰厚(mm)
1
最低气温
-20
0
0
2
最大风
-5
25
0
3
年均平均
10
0
0
4
覆冰有风
-5
10
5
5
最高气温
40
0
0
6
安装
-10
10
0
7
外过有风
15
10
0
8
内过有风
10
15
0

（2）杆塔荷载组合情况表
见后面第四步“荷载计算”最后面。
（3）导线LGJ-150/25相关参数表
根据《架空输电线路设计》（孟遂民）整理导线LGJ-150/25的相关参数：
名 称
符 号
数 值
单 位
弹性系数
E
76000
MPa
温膨系数
Α
18.9
1/℃
单位长度重量
W
601.0
Kg/km
导线直径
D
17.1
mm
截面积
A
173.11

计算拉断力

54110
N
安全系数
K
2.5

年均应力上限
[]

MPa
重力加速度
G
9.80665

（4）地线GJ-35相关参数表
根据《架空输电线路设计》（孟遂民）整理地线GJ-35的相关参数：
名 称
符 号
数 值
单 位
弹性系数
E
181400
MPa
温膨系数
α
11.5
1/℃
单位长度重量
W
295.1
kg/km
导线直径
d
7.8
mm
截面积
A
37.17

计算拉断力

43424
N
安全系数
k
2.7

年均应力上限
[]

MPa
重力加速度
g
9.80665

（5）绝缘子数据表
根据任务书整理相关数据：
绝缘子型号
串数
片数
标称电压（kV）
单片长度（mm）
XP-4.5
1
4
35
146

（6）线路金具的选配表
根据电力金具手册（第二版）查得导线相关数据：
如图所示;

件号
名称
质量(kg)
数量
型号
1
U型螺丝
0.72
1
U-1880
2
球头挂环
0.30
1
Q-7
3
绝缘子
5.0
4
LXP-4.5
4
碗头挂板
0.82
1
W-7A
5
悬垂线夹
3.0
1
CGU-4
6
预绞丝
0.57
1
FYH-150/25
绝缘子串长度L（mm）
1267
绝缘子串重量（kg）
37.41
适用导线
LGJ-150/20
电压等级（kV）
35

地线相关数据：
如图所示：

件号
名称
质量(kg)
数量
型号
1
挂板
0.56
1
Z-7
2
球头挂环
0.27
1
QP-7
3
绝缘子
3.3
1
XDP1-7
4
悬垂线夹
5.7
1
CGU-2
绝缘子串长度L（mm）
362
绝缘子串重量（kg）
9.83
适用避雷线
1×7-7.8-1470-A
电压等级（kV）
35

（7）电杆结构及材料
电杆结构为上字型，材料为钢筋混凝土。
（8）地质条件
见任务书。

二、导地线相关参数计算
（2）地线比载的计算
1.地线的自重比载：

2.冰重比载：

3.垂直总比载：

4.无冰风压比载：
假设风向垂直于线路方向，可以得出下式：
1）外过电压，安装有风：v=10m/s,=1.0,=1.2

2）内过电压：v=15m/s,=0.75,=1.2

3）最大风速：v=25m/s,设计强度时，=0.85,=1.2

4）最大风速：v=25m/s,计算风偏时，=0.61,=1.2

5.覆冰风压比载计算：
v=10m/s,计算强度和风偏时，=1.0,=1.2

6.无冰综合比载
1）外过电压，安装有风：
2）内过电压：
3）最大风速,设计强度时：
4）最大风速,计算风偏时：
7.覆冰综合比载：

将计算的结果汇成下表（单位：）
自重

覆冰无风

无冰综合

无冰综合

无冰综合

强度
无冰综合

风偏
覆冰综合
强度和风偏
77.86
125.60
79.43
85.53
114.25
98.30
130.63

=1
=1.1
=0.75=1.1
=0.85=1.2
=0.61
=1.1
=0.75=1.2

（3）导线最大弧垂的计算
1.计算比值，将计算的结果列入下表：
气象条件
最大风速
最厚覆冰
最低气温
年均气温
许用用力 (MPa)
118.78
118.78
118.78
74.24
比载 ()
49.61
53.06
34.05
34.05
温度t（°C）
-5
－5
－20
10
(1/m)
0.4177
0.4467
0.2867
0.4586
由小至大编号
b
c
a
d
2.计算临界档距：
根据《架空输电线路设计》（孟遂民）列表求解临界档距：
气象条件
最低气温
最大风速
最厚覆冰
年均气温
临界档距
Lab=271.57m
Lac=240.74m
Lad=虚数
Lbc=虚数
Lbd=虚数

Lcd=虚数

由此得出无论档距多大，年均气温为控制气象条件。
3.计算最大弧垂：
1）判断最大弧垂发生的气象条件：
以年均气温问第一气象条件，覆冰无风为第二气象条件，根据《架空输电线路设计》（孟遂民）求解状态方程。
第一状态：，，，；
第二状态：，。
其他条件：无高差，档距l=255m。根据以上条件和公式求解得；
根据《架空输电线路设计》（孟遂民）求解临界温度：
解得
所以最大弧垂发生在最高气温下。
2）计算最大弧垂：
根据《架空输电线路设计》（孟遂民）求解最高气温下的导线应力；
第一状态：，，；
第二状态：，。
其他条件：无高差，档距l=255m。根据以上条件和公式求解得；代入《架空输电线路设计》（孟遂民）P67 公式4-39中得出最大弧垂；

（1）导线比载的计算
根据《架空输电线路设计》（孟遂民）计算比载：
1.导线的自重比载：

2.冰重比载：

3.垂直总比载：

4.无冰风压比载：
假设风向垂直于线路方向，可以得出下式：
1）外过电压，安装有风：v=10m/s,=1.0,=1.1

2）内过电压：v=15m/s,=0.75,=1.1

3）最大风速：v=25m/s,设计强度时，=0.85,=1.1

4）最大风速：v=25m/s,计算风偏时，=0.61,=1.1

5.覆冰风压比载计算：
v=10m/s,计算强度和风偏时，=1.0,=1.2

6.无冰综合比载
1）外过电压，安装有风：
2）内过电压：
3）最大风速,设计强度时：
4）最大风速,计算风偏时：
7.覆冰综合比载：

将计算的结果汇成下表（单位：）
自重

覆冰无风

无冰综合

无冰综合

无冰综合

强度
无冰综合

风偏
覆冰综合
强度和风偏
34.05
51.75
34.72
37.32
49.61
42.76
53.06

=1
=1.1
=0.75=1.1
=0.85=1.2
=0.61
=1.1
=0.75=1.2

三、电杆外形尺寸的确定
（1）电杆的总高度
1．杆塔呼称高度的确定：
根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）有。
为绝缘子串长度，前面以列表为1267mm。
为导线的最大弧垂，前面已计算为4.75m。
为导线到地面及被跨越物的安全距离，查阅《输电杆塔及基础设计》（陈祥和），取6m。
为施工裕度，取0.7m。
则杆塔呼称高度为：

再根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和），取呼称高度为13m
2．导线间垂直距离的确定：
根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）可以求出导线间垂直距离。
导线水平排列线间距离：

导线垂直排列线间距离：

再查阅《输电杆塔及基础设计》（陈祥和），取3.5m
3．地线支架高度的确定：
要确定地线支架高度，必须先确定横担的长度。
1）空气间隙校验：
查阅《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）得

①基本风压：

②绝缘子串所受风压：
绝缘子串风荷载计算式：

③导线风荷载计算：

④导线自重比载计算：

⑤绝缘子串风偏角，即计算：

根据值，制作好间隙圆校验图，三种气象条件下间隙校验合格。
2）地线支架高度的确定：
由下一步“横担的长度”求得横担长为2m，根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）求得地线与导线间的垂直投影距离：。
所以地线支架高度为：
综上取2.8m。

3）带电作业校验：
带电作业气象条件刚好和外过电压气象条件相同，绝缘字串风偏角，人体活动范围0.5m,带电作业安全距离。校验结果：地电位作业风偏人员对导线作业时，作业人员只能在杆塔顺线方向前后作业，不得在杆塔横线路方向作业。否则带电作业安全距离不够。
4）验算地线保护角：根据《高电压技术》（赵智大）得：

所以地线高度是安全的。
综上得电杆总高度为3+13+3.5+2.8=22.3m，主杆分段处取距离地面7米处。

（2）横担的长度
上字型杆塔的上横担长度确定根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）
1）正常运行电压情况下：

2）操作过电压：

3）雷电过电压：

4）空气间隙校验：

综上，上横担长度取2m，下横担长度取2.4m。安全起见，横担采用转动横担。

四、荷载计算
2.运行情况II：覆冰、有相应风速、未断线。
1）地线重力：

2）地线风压：

3）导线重力：

4）绝缘子串的风荷载：

5）导线风压：

3.断导线情况I、II：断一根导线、无冰、无风：
1）地线重力：
2）导线重力：未断导线相：
断导线相：

3）导线断线张力：
地线支持力：
4.断地线情况：无冰、无风、导线未断：
1）导线重力：
2）地线重力：
3）地线断线张力：
5.安装情况I：起吊上导线、有相应风速、无冰：
1）地线重力：
2）地线风压：
3）导线重力：
4）导线风压：
挂上导线时，存在拉力。根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）
；所以它们引起的垂直荷载和横向荷载 为：，
则

1．运行情况I：最大设计风速、无冰、未断线。
1）地线重力为：

2）地线风压为：

3）导线重力为：

4）绝缘子串风荷载：

5）导线风压：

6.安装情况II：起吊下导线：
地线、导线的重力和风压同安装情况I。
正在起吊下导线时下横担处的总重力为：

根据以上结果列杆塔荷载组合情况表（标准值）：
荷载组合情况

荷载类型
运行情况I
运行情况II
断导线情况I、II
断地线情况
安装情况I
安装情况II
地线重力
1182N
1855N
1182N

1182N
1182N
地线风压
792N
340N

149N
149N
导线重力
2577N
3754N
2577N
2577N
2577N
2577N
导线风压
1687N
612N

300N
300N
绝缘子串风荷载
94N
15N

导线断线重力

1472N

导线断线张力

7575N

地线断线重力

687N

地线断线张力

3217N

安装上导线总横向荷载

1517N

安装上导线总垂直荷载

8611N

安装下导线总垂直荷载

5335N

杆头荷载图如下：

五、电杆杆柱的配筋计算及强度验算

（1（3）安装导线时的强度验算
1）安装上导线时各处的弯矩：
安装情况I的杆身风压：

2）安装下导线时各处的弯矩：
安装情况II的杆身风压：

（4）杆柱弯扭验算
转动横担起动力为2500N，长度为2.4m，故上导线断线，横担转动时主杆同时承受弯矩、剪力和扭矩的作用，剪力V=2500N，扭矩T=25002.4=6000N。电杆外径D=400mm，内径d=300mm，C40混凝土，，根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）得：

由上式得全部拉应力可有混凝土承担，螺旋钢筋可仅按构造要求配置。

）正常情况的弯矩计算
根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）计算正常情况下的弯矩：其中，可根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）求得。因为不是重冰区，所以运行情况II不是控制条件，只计算运行情况I的弯矩。计算弯矩应该用到荷载的设计值，所以
1）电杆最顶端弯矩：

2）上横担处弯矩：

3）下横担处弯矩：

4）主杆分段处弯矩：

5）地面处弯矩：

6）嵌固点弯矩：

（2）断线情况时的弯矩计算
断上导线产生比断下导线更大的弯矩（断上导线起控制作用），故只计算断上导线时的弯矩。
1）断上导线情况：
断导线张力：
地线最大支持力：
地线最小支持力：
地线的不平衡张力：
横担转动后断线张力：
上横担弯矩：
嵌固点的弯矩根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）

2）由地线不平衡张力在嵌固点引起的弯矩：

（6）正常情况的裂缝宽度验算
1）已知参数：
初步配置光面I级纵向钢筋。采用I级螺旋钢筋，螺距S=100mm。

光面钢筋v=1。根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）得出：

2）计算开裂弯矩：

3）计算裂缝宽度：

所以满足要求。

（7）电杆组立时的强度验算
以上横担B处为起吊点起吊电杆。已知上横担处的集中荷载为上横担和绝缘子串的重量，估计为900N，作用在下横担C处的集中荷载为2000N；整根电杆自重为30600N。将锥形电杆的自重按等径电杆均布荷载计算，即每米电杆自重为：2）主杆起吊是各截面的剪力：
①O点截面处的剪力：

在OC段内剪力为零的截面E点距O点的距离为：

②C点剪力为：

③B截面点剪力为：

1）求支点反力：
，列式计算：
5
解得：；所以得
2
3）电杆起吊时O、E、C、B各截面的弯矩计算为：

4）求零弯矩点的位置：
①OC段：设零弯矩点位置距D点的距离为，则

解得：，后者不符合题意。
②CB段：设零弯矩点位置距D点的距离为，则

解得：，前者不符合题意。
以上横担B点位起吊点的剪力弯矩图：

六、电杆基础强度校验
单杆直线电杆一般用倾覆类基础。
1）抗倾覆稳定验算：
根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）进行计算。
先确定，所有荷载弯矩设计值的总和应等于，因此：

基础计算宽度的计算：

所以计算宽度为：
，查相应表得
则
而
所以不需要加卡盘。

七、拉线及附件设计
无拉线与附件。

八、参考文献
[1].电力金具手册（第二版）
[2].高电压技术
架空输电线路设计
[3].输电杆塔及基础设计
九、附图
附图1结构总布置图

附图2间隙圆校验图

附图3正常运行最大风情况下的抵抗弯矩图

1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究
2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究
3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究
4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制
5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究
6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器
7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究
8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现
9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统
10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究
11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究
12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发
13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制
14. 基于单片机的自动找平控制系统研究
15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发
16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发
17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现
18. 一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制
19. 基于双单片机冲床数控系统的研究
20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制
21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制
22. 基于单片机的软起动器的研究和设计
23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究
24. 基于单片机的机电产品控制系统开发
25. 基于PIC单片机的智能手机充电器
26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究
27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究
28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制
29. 基于微型光谱仪的单片机系统
30. 单片机系统软件构件开发的技术研究
31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制
32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制
33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用
34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制
35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制
36. 基于单片机的数字磁通门传感器
37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究
38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究
39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制
40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪
41. 基于单片机的电机运动控制系统设计
42. Pico专用单片机核的可测性设计研究
43. 基于MCS-51单片机的热量计
44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站
45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究
46. 基于单片机的轮轨力检测
47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现
48. 基于单片机的电液伺服控制系统
49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制
50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究
51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究
52. 单片机控制的后备式方波UPS
53. 提升高职学生单片机应用能力的探究
54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究
55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究
56. 基于单片机的多通道数据采集系统
57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制
58. 基于单片机的红外测油仪的研究
59. 96系列单片机仿真器研究与设计
60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造
61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现
62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制
63. 基于单片机的气体测漏仪的研究
64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器
65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究
66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计
67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计
68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统
69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统
70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究
71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践
72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现
73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统
74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究
75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统
76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究
77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用
78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究
79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究
80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发
81. 基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究
82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究
83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现
84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究
85. 基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现
86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现
87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统
88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现
89. 单片机监测系统在挤压机上的应用
90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用
91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用
92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用
93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发
94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计
95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计
96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发
97. 锅炉的单片机控制系统
98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计
99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制
100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现
101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计
102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现
103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制
104. 基于ADμC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究
105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计
106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究
107. 单片机实现的寻呼机编码器
108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究
109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究
110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究
111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制
112. PIC单片机在空调中的应用
113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究
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