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為什么冰雪會壓倒電線塔?

字号: 2014-07-16 16:15 来源:未知 点击

  1、基礎知識

  首先講電力線路的桿塔,線路要架空就必須有兩種桿塔,即一是直線塔、另一種是耐張塔,簡單的比喻就是你要曬衣裳拉一根線,兩端要固定在墻上,中間用竹桿撐起。好了,直線塔就有了,竹桿就是直線塔,其作用就是挑起導線,一般只承受導線的自重,專業講就垂直荷載。

  同時耐張塔也有了,即是曬衣裳固定的墻,所以電力線路線路最易出危險的是耐張塔,因為導線受張力架空后,沿導線縱向拉起的力全部掛在耐張塔上,即耐張塔要承受電力線路架空后的張力載荷,也就是要當成墻壁一樣承受導線的拉力。

  2、專業名詞和計算公式

  導線的標稱截面,400/35,即400 表示導線的鋁股部分橫截面積為400 平方mm,35表示鋼芯部分橫截面積為35平方mm. 當前500kV 高壓送電線路多為該型導線,然后每相導線有4 根,一條線路為3 相導線,共12根導線,還有兩根避雷線。一般線路就是構,架空在天上的共有14根線。

  (1)導線的自重,1 米400/35導線的自重是1.511kg.

  (2)按南方多年的氣象條件,設計時冰厚10mm,導線上履10mm厚冰后的增加重量是:1.04kg.計算式是y2=〔3.14*(d/2+b)^2-3.14*(d/2)^2〕*1000*0.9 b是冰厚,d是導線直徑,A是導線橫截面積,冰密度0.9.

  (3)由此:每一米導線的上加冰后的重量是:1.511+1.04=2.551kg.

  (4)耐張塔正常設計時應承受的張力G 是:2.55*1000 米*4根子導線*3相=30.6噸。取平均水平檔距1000米(多數為500 ~700 米,考慮山區的連續上山檔等因素取1000米)耐張塔的高度一般在20米左右。此30噸縱向拉力掛在塔上,對基礎的扭力力距為20米,基礎即按此不利的受力條件進行選取。耐張塔身要承受的扭力即為抗拒30噸的扭力力矩。

  (5)而當履冰為50mm厚,代入計算式:y2=10.85 ;G=(10.85+1.511)*1000*4*3=148.3噸。當冰厚為100mm 時,代入計算式:y2=35.83 ;G=(35.839+1.51)*1000*4*3=448.2 噸。

  (6)由此可見:50mm的冰產生的張力是10mm冰的148.3/30.612=4.85倍。100mm的冰產生的張力是10mm冰的448.2/30.612=16.6倍。雖然線路設計取了2.5 倍的安全系數。但是由于冰厚產生的荷載是平方關系的增長,耐張塔不可能按幾十年不遇的天氣條件來設計。

  如果為了抗拒100mm 冰的而設計耐張塔,其塔身強度和基礎強度都是不可想像的。在線路工程的造價中,鐵塔投資占20%。而三峽到上海的線路2000公里,塔量為2000基以上,總造價為40億元。單位造價為200 萬元/ 公里,如要每基塔均增加投資去抗衡50~100mm 冰,電力線路的總體投資翻10倍左右。即達到400 億,按此推算,當前電力建設每年建設電力線路均在5000公里左右。按10倍的關系,即光電力線路建設即達到1000個億。而一個國家級的三峽工程也不過2000億元,另外,電網投資均由電力企業自行投資,完全是為了保履冰而這樣投資是不合理的,也不經濟的,將會造成極大的浪費。

  質疑之一的解釋:為何導線不斷而塔倒的問題,這很好理解,這是因為耐張塔要承受不利的力矩效應(塔高20米),而導線只單純的承受縱向張力。在所有的導線中心均用鋼絞線進行承力,在履冰時,首先崩潰的一定是耐張塔,再才是倒塔的沖擊力掙斷導線。

  這就好比用繩子拴到一棵樹上,用力扯繩子,斷掉的一定是樹根,因繩子只受縱向拉力,故先斷的是樹,樹斷后,對繩子產生沖擊,再斷繩子。

  質疑之二的解釋:北方未倒塔的原因是:天氣干冷,塔身不會凝冰,導線上只是有附著積雪,沒有大量掛冰,而且在設計時冰厚就取得大,般在30mm左右。而湖南、貴州的事故中,導線上全部凝冰達50~100mm ,塔身及絕緣子上全結成了水桶。這樣多的額外荷載均由鐵塔來承受,遠遠超出了國家規定的鐵塔使用條件。

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