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摘要：根据沿海地区气象条件，计算15m环型混凝土电杆在各种条件下的弯矩，对10kV配电网输电线路的设计提出了参考建议。
关键词：直线杆;弯矩;设计风速
0 前言
环形混凝土电杆由于其力学性能和经济性较高，在全国的配电网中得到了广泛的应用。但由于在过去的配网线路设计中，只对水泥杆的梢径和杆长提出要求，并末对电杆所受弯矩进行严格的计算校核，以至于特别是台风多发的沿海地区在台风来临时有倒杆现象的发生，对当地经济建设和居民生活产生了严重的影响。本文就环形混凝土电杆在运行中所受弯矩进行计算分析，对配网线路设计中的电杆选型提出参考建议。
1 计算条件及计算公式
1.1计算条件
本次计算模型采用双回路直线杆，杆型为φ190*15*K，锥度为1/75，电杆埋深2.3m;导线采用JKLYJ-10/240，导线计算外径D=26.8mm，计算截面S=244.39mm2;线路水平档距取55m，电杆设计风速取30m/s，见图1。
图1 电杆布置图
正常运行的环形混凝土直线杆在水平方向上主要受风荷载作用，风向均以垂直线路方向计算。由于横担、绝缘子及附件在顺线路方向受力较小，故略去不计，只以导线和杆身的风荷载来计算电杆弯矩。电杆最大弯矩计算点为电杆埋深1/3处。
1.2 计算公式
①根据《架空绝缘配电线路设计技术规程》DL/T601-1996，电杆、绝缘导线的风荷载计算公式为：
W=9.807CFV2/16
式中：C—风载体形系数，采用下列数值：环形截面的钢筋混凝土杆，0.6;绝缘导线外径小于17mm，1.2;外徑不小于17mm，1.1。F—电杆杆身侧面的投影面积或单根绝缘导线外径与水平档距的乘积，m2。
②根据《66kV及以下架空电力线路设计规范》GB50061-2010，导线和杆塔的风荷载计算公式分别如下：
导线风荷载：Wx=αμsdLwW0 杆塔风荷载：Ws=βμsμzAW0
式中α—风荷载档距系数;μs—风荷载体型系数;d—导线或地线覆冰后的计算外径之和;Lw—导线水平档距;W0—基本风压;β—风振系数;μz—风压高度变化系数。
③本文分别以《架空绝缘配电线路设计技术规程》和《66kV及以下架空电力线路设计规范》提供的公式进行计算，并比较分析其结果。
2 计算过程
2.1选用《架空绝缘配电线路设计技术规程》公式计算：
W=9.807CFV2/16
单根导线风荷载：
W线=9.807CFV2/16=9.807*1.1*0.0268*55*302/16=894.435（N）
导线在电杆根部计算点产生的弯矩M线：
M线=3* W线*L1+3* W线*L2=3*894.435*（13.317+12.317）= 68.784（KN·m）
电杆风荷载：
W杆=9.807CFV2/16
=9.807CFV2/16=9.807*1.1*0.5*（0.19+0.19+1/75*（15-2.3））*（15-2.3）*302/16=1154.568（N）
电杆在电杆根部计算点产生的弯矩M杆：
M杆= W杆*L3（L3为电杆重心至根部计算点的距离）
=1154.568*（（15-2.3）/2+0.767）=8.217（KN·m）
所以电杆在根部计算点所受外力弯矩为：
M总= M线+ M杆=68.784+8.217=77.001（KN·m）
2.2选用《66kV及以下架空电力线路设计规范》公式计算：
导线风荷载：Wx=αμsdLwW0
根据已知条件：α=0.75，μs=1.1
单根导线风荷载：Wx=αμsdLwW0
=0.75*1.1*0.0268*55*302/1.6=684.028（N）
导线在电杆根部计算点产生的弯矩M线：
M线=3* W线*L1+3* W线*L2=3*684.028*（13.317+12.317）=52.603（KN·m）
电杆风荷载：Ws=βμsμzAW0
根据已知条件：β=1.0，μs=0.6，μz=0.94
杆身风荷载：Ws=βμsμzAW0
=1.0*0.6*0.94*0.5*（0.19+0.19+1/75*（15-2.3））*（15-2.3）* 302/1.6=1106.653（N）
电杆在电杆根部计算点产生的弯矩M杆：
M杆= W杆*L3=1106.653*（（15-2.3）/2+0.767）=7.876（KN·m）
所以电杆在根部计算点所受外力弯矩为：
M总= M线+ M杆=52.603+7.876=60.479（KN·m）
根据《环形混凝土电杆》GB/T4623-2006标准，K级电杆的标准检验弯矩为49.00 KN·m，而我们计算出的电杆实际所受弯矩为60.479 KN·m，远远超过了K级电杆的检验弯矩，可见普通的K级电杆无法满足单杆双回路（JKLYJ-10/240）在水平档距为55m，风速为30m/s的地区架设的要求。
2.3附加弯矩
由于一般的环形混凝土电杆的长细比很大，在实际计算校核时，除考虑电杆承受水平荷载产生的弯矩外，还必须考虑由挠度和垂直荷载而产生的附加弯矩。对于10kV及以下配电线路：单回路10kV无低压直线电杆的附加弯矩取主弯矩的8%，单回路10kV带单回路低压线及10kV多回路直线电杆的附加弯矩取主弯矩的10%。
2.4图表分析
为了直观的反映设计风速和导线截面大小的变化对环形混凝土电杆所受弯矩的影响，下表以上述两种公式分别计算电杆在不同风速和导线截面情况下的弯矩。计算模型同上。
表1 电杆弯矩表 单位：KN·m
由以上电杆弯矩表可得出：1、设计风速的大小对电杆弯矩起着决定性的作用。2、设计风速较大时，导线截面积增加所引起电杆受所弯矩的增加尤为明显。3、设计风速较小时，配电规程公式和66kV规范公式计算的弯矩相差不大，而当设计风速较大时，选用配电规程公式计算电杆弯矩势必会大大增加线路建设成本，建议选用66kV规范公式进行电杆的弯矩计算。
3 小结与建议
1、沿海地区设计风速较大，而且随经济不断的发展，大截面的导线应用越来越普遍，一般的电杆已经不能满足要求。所以在配网设计中，必须对电杆所受弯矩进行严格的计算校核，提出电杆允许抗弯强度数值，保证选型电杆的标准检验弯矩满足要求。
2、由于设计风速对计算电杆所受弯矩影响甚大，故设计风速的选取就显的尤为重要。设计风速选取过大，必然会导致线路成本的上升。《66kV及以下线路设计规范》GB50061-2010中规定“架空电力线路通过市区或森林等地区，如两侧屏蔽的平均高度大于杆塔的2/3，其最大设计风速取值设计宜比当地最大设计风速减少20%”。
参考文献：
[1]GB50061-2010，66kV及以下架空电力线路设计规范.
[2]DL/T5220-2005，10kV及以下架空配电线路设计技术规程.
关键词：直线杆;弯矩;设计风速
0 前言
环形混凝土电杆由于其力学性能和经济性较高，在全国的配电网中得到了广泛的应用。但由于在过去的配网线路设计中，只对水泥杆的梢径和杆长提出要求，并末对电杆所受弯矩进行严格的计算校核，以至于特别是台风多发的沿海地区在台风来临时有倒杆现象的发生，对当地经济建设和居民生活产生了严重的影响。本文就环形混凝土电杆在运行中所受弯矩进行计算分析，对配网线路设计中的电杆选型提出参考建议。
1 计算条件及计算公式
1.1计算条件
本次计算模型采用双回路直线杆，杆型为φ190*15*K，锥度为1/75，电杆埋深2.3m;导线采用JKLYJ-10/240，导线计算外径D=26.8mm，计算截面S=244.39mm2;线路水平档距取55m，电杆设计风速取30m/s，见图1。
图1 电杆布置图
正常运行的环形混凝土直线杆在水平方向上主要受风荷载作用，风向均以垂直线路方向计算。由于横担、绝缘子及附件在顺线路方向受力较小，故略去不计，只以导线和杆身的风荷载来计算电杆弯矩。电杆最大弯矩计算点为电杆埋深1/3处。
1.2 计算公式
①根据《架空绝缘配电线路设计技术规程》DL/T601-1996，电杆、绝缘导线的风荷载计算公式为：
W=9.807CFV2/16
式中：C—风载体形系数，采用下列数值：环形截面的钢筋混凝土杆，0.6;绝缘导线外径小于17mm，1.2;外徑不小于17mm，1.1。F—电杆杆身侧面的投影面积或单根绝缘导线外径与水平档距的乘积，m2。
②根据《66kV及以下架空电力线路设计规范》GB50061-2010，导线和杆塔的风荷载计算公式分别如下：
导线风荷载：Wx=αμsdLwW0 杆塔风荷载：Ws=βμsμzAW0
式中α—风荷载档距系数;μs—风荷载体型系数;d—导线或地线覆冰后的计算外径之和;Lw—导线水平档距;W0—基本风压;β—风振系数;μz—风压高度变化系数。
③本文分别以《架空绝缘配电线路设计技术规程》和《66kV及以下架空电力线路设计规范》提供的公式进行计算，并比较分析其结果。
2 计算过程
2.1选用《架空绝缘配电线路设计技术规程》公式计算：
W=9.807CFV2/16
单根导线风荷载：
W线=9.807CFV2/16=9.807*1.1*0.0268*55*302/16=894.435（N）
导线在电杆根部计算点产生的弯矩M线：
M线=3* W线*L1+3* W线*L2=3*894.435*（13.317+12.317）= 68.784（KN·m）
电杆风荷载：
W杆=9.807CFV2/16
=9.807CFV2/16=9.807*1.1*0.5*（0.19+0.19+1/75*（15-2.3））*（15-2.3）*302/16=1154.568（N）
电杆在电杆根部计算点产生的弯矩M杆：
M杆= W杆*L3（L3为电杆重心至根部计算点的距离）
=1154.568*（（15-2.3）/2+0.767）=8.217（KN·m）
所以电杆在根部计算点所受外力弯矩为：
M总= M线+ M杆=68.784+8.217=77.001（KN·m）
2.2选用《66kV及以下架空电力线路设计规范》公式计算：
导线风荷载：Wx=αμsdLwW0
根据已知条件：α=0.75，μs=1.1
单根导线风荷载：Wx=αμsdLwW0
=0.75*1.1*0.0268*55*302/1.6=684.028（N）
导线在电杆根部计算点产生的弯矩M线：
M线=3* W线*L1+3* W线*L2=3*684.028*（13.317+12.317）=52.603（KN·m）
电杆风荷载：Ws=βμsμzAW0
根据已知条件：β=1.0，μs=0.6，μz=0.94
杆身风荷载：Ws=βμsμzAW0
=1.0*0.6*0.94*0.5*（0.19+0.19+1/75*（15-2.3））*（15-2.3）* 302/1.6=1106.653（N）
电杆在电杆根部计算点产生的弯矩M杆：
M杆= W杆*L3=1106.653*（（15-2.3）/2+0.767）=7.876（KN·m）
所以电杆在根部计算点所受外力弯矩为：
M总= M线+ M杆=52.603+7.876=60.479（KN·m）
根据《环形混凝土电杆》GB/T4623-2006标准，K级电杆的标准检验弯矩为49.00 KN·m，而我们计算出的电杆实际所受弯矩为60.479 KN·m，远远超过了K级电杆的检验弯矩，可见普通的K级电杆无法满足单杆双回路（JKLYJ-10/240）在水平档距为55m，风速为30m/s的地区架设的要求。
2.3附加弯矩
由于一般的环形混凝土电杆的长细比很大，在实际计算校核时，除考虑电杆承受水平荷载产生的弯矩外，还必须考虑由挠度和垂直荷载而产生的附加弯矩。对于10kV及以下配电线路：单回路10kV无低压直线电杆的附加弯矩取主弯矩的8%，单回路10kV带单回路低压线及10kV多回路直线电杆的附加弯矩取主弯矩的10%。
2.4图表分析
为了直观的反映设计风速和导线截面大小的变化对环形混凝土电杆所受弯矩的影响，下表以上述两种公式分别计算电杆在不同风速和导线截面情况下的弯矩。计算模型同上。
表1 电杆弯矩表 单位：KN·m
由以上电杆弯矩表可得出：1、设计风速的大小对电杆弯矩起着决定性的作用。2、设计风速较大时，导线截面积增加所引起电杆受所弯矩的增加尤为明显。3、设计风速较小时，配电规程公式和66kV规范公式计算的弯矩相差不大，而当设计风速较大时，选用配电规程公式计算电杆弯矩势必会大大增加线路建设成本，建议选用66kV规范公式进行电杆的弯矩计算。
3 小结与建议
1、沿海地区设计风速较大，而且随经济不断的发展，大截面的导线应用越来越普遍，一般的电杆已经不能满足要求。所以在配网设计中，必须对电杆所受弯矩进行严格的计算校核，提出电杆允许抗弯强度数值，保证选型电杆的标准检验弯矩满足要求。
2、由于设计风速对计算电杆所受弯矩影响甚大，故设计风速的选取就显的尤为重要。设计风速选取过大，必然会导致线路成本的上升。《66kV及以下线路设计规范》GB50061-2010中规定“架空电力线路通过市区或森林等地区，如两侧屏蔽的平均高度大于杆塔的2/3，其最大设计风速取值设计宜比当地最大设计风速减少20%”。
参考文献：
[1]GB50061-2010，66kV及以下架空电力线路设计规范.
[2]DL/T5220-2005，10kV及以下架空配电线路设计技术规程.