导线应力弧垂计算
导线弧垂计算通俗易懂
导线弧垂计算通俗易懂
导线弧垂是指在一定距离上，导线下垂的高度。
它在电力输电和电缆架设过程中非常重要，因为合理的导线弧垂能够保证导线的安全性和稳定性。
导线弧垂的计算可以通过以下步骤进行：
1. 确定导线的线性密度：导线的线性密度是指单位长度上的导线重量。
可以通过查找或测量导线的规格和质量来确定。
2. 确定支持点的高度差：支持点是指导线安装的起始点和终点。
测量起始点和终点之间的高度差。
3. 计算跨距：跨距是指支持点之间的水平距离。
测量支持点之间的水平距离。
4. 计算导线的自重：导线的自重是指导线自身重量所产生的垂直力。
可以通过导线的线性密度乘以跨距来计算。
5. 计算附加负荷：在考虑其他外力时，如风力和冰覆盖等，导线还需要考虑附加的负荷。
这些负荷可以通过各种标准和规范来确定。
6. 计算总负荷：总负荷是指导线受到的所有力的总和，包括自重和附加负荷。
7. 计算导线弧垂：导线弧垂可以通过将总负荷除以跨距的平方
来计算。
以上是导线弧垂计算的通俗易懂的步骤。
通过这些计算，可以确定导线安装时需要保持的适当弧垂，以确保导线的安全性和稳定性。
导线控制应力判断方法及用微机进行弧垂计算
导线控制应力判断方法及用微机进行弧垂计算导线在输电线路中起着承载电流和重量的作用。
在输电线路中，导线的弧垂和应力是十分重要的参数，其合理的控制对于线路的安全运行和寿命有着重要影响。
本文将介绍导线控制应力的判断方法，并讨论使用微机进行弧垂计算的原理和步骤。
一、导线控制应力的判断方法导线的应力可以通过以下方法进行判断和控制。
1.等效应力法等效应力法是通过计算导线的总应力来判断导线是否超过了允许的应力值。
总应力包括机械应力、热应力和冲击应力等。
计算公式如下：σ=σm+σt+σi其中，σ为总应力，σm为机械应力，σt为热应力，σi为冲击应力。
2.拉线法拉线法是通过拉线仪等仪器直接测量导线的应力。
通过对导线进行拉线实验，可以得到导线的弹性限度，进而判断导线的应力是否超过了允许的范围。
3.挠度法挠度法是通过测量导线的挠度来判断导线的应力是否超限。
通过测量导线的弧垂和支立点的高度差，可以计算出导线的应力。
以上方法都是基于导线的物理特性和力学原理来进行判断的，可以得到较为准确的结果。
但要注意的是，不同类型的导线在应力判断上可能存在差异，需要根据具体情况选择合适的方法。
二、用微机进行弧垂计算的原理和步骤微机弧垂计算方法是基于物理和数学原理，通过计算机算法进行弧垂计算，从而得到导线的弧垂和应力等参数。
其原理和步骤如下：1.建立导线模型首先需要建立导线的模型，包括导线的几何形状、材料性质和线路条件等。
导线的几何形状包括导线的横截面形状、弹性系数和断裂应变等。
2.计算导线的张力通过导线的拉力计算公式，根据导线的长度、重力和线路条件等参数，计算导线的张力。
导线的张力是导线弧垂计算的基础。
3.计算导线的弧垂根据导线的张力和线路条件，使用弧垂计算公式，通过迭代计算，得到导线的弧垂。
常用的弧垂计算方法有杨氏公式、西格尔公式和拉平公式等。
4.判断导线应力是否超限通过计算得到导线的应力，使用上述的导线控制应力的判断方法，判断导线的应力是否超过了允许的范围。
输电线路设计—应力弧垂计算
电线应力弧垂计算
张鸣
2011年07月08日
1
1、基本概念 2、临界档距计算及判定有效临界档距 3、悬链线方程、弧垂、应力及线长 4、斜抛物线、平抛物线相关公式 5、弧垂公式的选用 6、应力状态方程公式
2
1、基本概念
比载：电线单位长度、单位截面上承受的荷载称为比载。 常用符号g或γ，单位用N/m.mm2 ，或MPa/m。 应力：电线单位截面上承受的张力。 常用符号σ，单位用N/mm2 ，或MPa。 水平档距：水平档距就是某杆两侧档距之 和的算术平均值。它表示有多长导线的水平 荷载作用在某杆塔上。水平档距是用来计算 导线传递给杆塔的水平荷载。常用符号Lh。
x cos 0
2、架空线上任意一点轴向应力的垂直分量等 于该点到弧垂最低点间线长Loc与比载γ之积。
x sin Loc
13
将上两式相比，求得电线任一点的切线斜率为： dy tg Loc dx 0 上式说明：当比值γ/σ0一定时，架空线上任一点处的斜率于该点至弧垂最 低点之间的线长成正比。
36
h 0.15 l
6、应力状态方程公式
一、应力状态方程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
37
二、应力状态方程求解
38
39
40
14
式（1-3）是悬链曲线方程的普遍式。式中的sh、ch分别是双曲线正弦、余 弦函数符号，积分常数C1、C2根据所取坐标原点的位置及边界条件而定。当 绘制弧垂曲线模板时，通常取坐标原点位于原低点处，Y轴与荷载方向相平 行，即x=0时 dy 0 ，代入式（1-2）求得C1=0；由x=0、y=0、及C1=0 代入
dx
式（1- 3）求得 。将C1、C2值代入式（1-3），便可推得， 坐标原点位于曲线最低点的架空线悬链方程为
第五章导线和避雷线的弧垂和应力
(1)最低气温;无风;无冰 (2)最大风速；无冰;相应的气温 (3)覆冰、相应风速、一5C; (4)年平均气温、无风、无冰
出现最大应力 年平均运行应力
5. 6. 2临界挡距
以上四种控制条件，并不是在所有的挡距范围内 都是控制条件，各控制条件可能在不同的挡距范围内 起控制作用，而在某一挡距下可能某两个控制条件同 时起控制作用，超过此挡距时是一个条件控制，而小 于此挡距时是另一个条件控制。这样的挡距称为该两 个控制条件的临界挡距。
应力的变化
n状态
气温tn 比载gn 应力σn
m和n两种气象条件下的导线线长表达式
上式为导线在孤立挡距中的状态方程式。当已知 一种气象条件时导线应力为σm，求另一种气象条件 时的应力σn
求解方法一般用试凑法和计算机叠代法求解。
5.5.2 连续挡耐张段的代表挡及状态方程式
一般情况下，耐张段中各挡导线在一种气象条 件下的水平张力(水平应力)总是相等或基本相等的。 这个相等的水平应力称为该耐张段内导线的代表应 力，其值是用耐张段内的所谓“代表挡距”代人状 态方程式求得
5.1.2弧垂和应力的关系
弧垂越大，则导线的应力越小，使安全系数增 加;反之，弧垂越小，应力越大，机械安全性降低。 从导线强度安全角度考虑，应加大导线弧垂，从而 减小应力，以提高安全系数。但是，若片面强调增 大弧垂，则为保证带电导线的对地安全距离，在挡 距相同的条件下，必须增加杆高，或在相同杆高条 件下缩小挡距，使线路投资增加。
5. 6 临界挡距
5. 6.1 控制条件
在线路运行中，导线应力随气象条件和大小而变 化。任何气象条件下的应力都不超过最大使用应力， 必须使架空线在长期运行中可能出现的最大应力等 于最大使用应力。因此，需要找出出现最大应力时 的气象条件，该气象条件叫控制气象条件，与之对 应的导线的最大使用应力叫控制应力。
[架线]导地线各种弧垂的含义及计算方法（附计算表格），彻底弄懂弧垂
![[架线]导地线各种弧垂的含义及计算方法（附计算表格），彻底弄懂弧垂](https://img.taocdn.com/s3/m/d68a65cb185f312b3169a45177232f60ddcce7e5.png)
[架线]导地线各种弧垂的含义及计算方法（附计算表格），彻底弄懂弧垂01-导地线各种弧垂的含义弧垂，又叫弛度，行业外叫“挠度”。
一般定义为：导线悬挂曲线上任意一点到两侧悬挂点连线之间的垂直距离（即任意点弧垂）。
在工程设计、施工、运行中，涉及到观测弧垂、竣工弧垂、平视弧垂（分小平视弧垂和大平视弧垂）、任意点弧垂、最大弧垂、中点弧垂和百米弧垂等诸多术语。
我们施工平时常用的弧垂，有观测弧垂、竣工弧垂、百米弧垂。
为方便初学者使用，将各种弧垂的含义逐一解释如下。
1）观测弧垂，就是某一温度下，现场观测时需要达到的弧垂。
高差不大的情况下，观测弧垂=竣工弧垂，只有连续倾斜地形工况下，才需要区分观测弧垂和竣工弧垂。
施工时，需要根据设计图纸要求，先计算竣工弧垂，然后根据计算出来的竣工弧垂，进一步计算出观测弧垂和线夹安装位置调整值（俗称“爬山值”）。
当导地线弧垂稳定达到观测弧垂时，停止紧线，开始进行附件安装，直线塔附件安装时，需要对线夹安装位置进行调整，也就是说线夹安装的位置不一定是导线与滑车的中心，正常线夹安装完毕，悬垂串应呈竖直状态，各档的弧垂由观测弧垂值变成竣工弧垂值。
观测弧垂、紧线弧垂、施工弧垂，基本上都是同一个意思。
孤立档的观测弧垂，在以前，孤立档或构架档紧线，是一端挂好耐张瓷瓶串，然后在另一端不带瓷瓶串紧线，弧垂紧到设计所规定的紧线弧垂时，再将耐张瓷瓶串挂到导线上，由于瓷瓶串自重比载往往比导线重很多，弧垂会发生变化。
紧线完毕挂耐张串前的弧垂，称之为观测弧垂、紧线弧垂或施工弧垂，两侧瓷瓶串均安装完毕后的弧垂，叫竣工弧垂。
如今的紧线施工工艺，是两端均带瓷瓶串紧线，其中一端事先压接完毕，另一端通过卡线器、钢丝绳短套临时与瓷瓶串金具连接，紧线完毕画印、断线压接，然后过牵引挂到金具上，弧垂直接定型，直接达到竣工弧垂。
2）竣工弧垂，附件安装完毕之后的弧垂值，是与观测弧垂、紧线弧垂、施工弧垂相对而言的。
通过上面观测弧垂的阐述，相信大家已经有了初步的理解。
架空线路弧垂应力及线长计算
架空线路弧垂、应力及线长计算1、导线的机械特性和荷载 1.1导线的机械特性导线的特性参数是指导线的瞬时破坏应力σp 、弹性系数E 、温度线膨胀系数α以及密度γ等数据。
这些特性参数是对导线进行机械计算的重要依据，一般可从有关资料或手册中得到。
1.1.1导线的瞬时破坏应力σp 。
对导线做拉伸试验时，将测得的瞬时拉断力除以导线的截面积，即得导线的瞬时破坏应力σp ，计算公式为σp =AT p （N/mm 2） （ZY0400201002-1）式中：T p —导线的瞬时拉断力，N ；A —导线的截面积，mm 2。
对于钢芯铝绞线来说，指的是的综合瞬时破坏应力σp ，可以通过下面的经验公式求得σp =sa sps s ap a a A A σA σA η++η（N/mm 2） （ZY0400201002-2）式中：ηa —铝线绞合引起的强度损失系数，37股以下绞线ηa ＝0.95，37股以上绞线ηa ＝0.9； ηs —钢绞线绞合引起的强度损失系数，取ηa ＝0.85； σap —铝单线的抗拉强度，N ／mm 2； σsp —钢线的抗拉强度，N ／mm 2； A a —铝部的截面积； A s —钢部的截面积。
1.1.2导线弹性系数E 。
是指在弹性限度内，导线受拉力作用时，其应力σ与应变ε的比例系数E 。
钢芯铝绞线的弹性系数是一个综合弹性系数E ，可按下式计算aaE E E ++=1a s （N/mm 2） （ZY0400201002-3）式中：E s —单股钢线的弹性系数，N ／mm 2； E a —单股铝线的弹性系数，N ／mm 2；a —导线铝和钢的截面比，LGJ 型a =5.3～6.0，LGJQ 型a =8.0，LGJJ 型a =4.3～4.4。
1.1.3导线温度线膨胀系数α。
是指导线温度升高1℃时长度伸长的相对值，用公式表示为α=tΔε（1／℃） （ZY0400201002-4）式中：ε—温度变化引起的导线相对变形量；∆t —温度变化量，℃。
输电线路弧垂计算公式
输电线路弧垂计算公式好的，以下是为您生成的关于“输电线路弧垂计算公式”的文章：在我们的日常生活中，电的存在就像空气一样不可或缺。
当我们轻轻按下开关，灯光瞬间亮起，电器开始运转，这一切的背后都离不开输电线路的默默工作。
而在输电线路的众多知识中，弧垂计算公式可是一个相当重要的部分。
先来说说啥是输电线路的弧垂。
想象一下，输电线路就像是一条长长的琴弦，被架设在电线杆或者铁塔之间。
由于线路自身的重量，它会在中间部分向下弯曲，形成一个类似于弧形的形状，这个弧形的垂直距离就是弧垂。
那为啥要关注弧垂呢？这可太重要啦！如果弧垂过大，线路可能会离地面太近，容易引发安全事故；要是弧垂过小，线路又会承受过大的张力，影响线路的使用寿命。
所以，准确计算弧垂对于保证输电线路的安全稳定运行至关重要。
接下来，咱们就聊聊输电线路弧垂的计算公式。
常见的计算公式有平抛物线法和悬链线法。
平抛物线法的公式相对简单，它假设输电线路的形状是一个平抛物线。
公式是：f = (g * L^2) / (8 * σ) 。
这里的 f 就是弧垂，g 是导线的比载，L 是档距，σ 是导线的水平应力。
举个例子来说吧，有一次我跟着电力工程师们去现场检修输电线路。
那天阳光特别好，我们来到了一片空旷的田野里，远处的输电线路在蓝天白云的映衬下格外醒目。
工程师们拿着仪器，仔细地测量着档距和导线的各种参数。
其中一个年轻的工程师，一边记录数据，一边嘴里念叨着弧垂的计算公式。
他的神情专注而认真，额头上还冒出了细密的汗珠。
我在旁边看着，心里不禁感叹，这看似简单的公式背后，可是他们日复一日的辛勤付出和对工作的严谨态度。
悬链线法的公式相对复杂一些，但它更接近实际情况。
不过在实际工程中，平抛物线法已经能够满足大多数的精度要求。
在实际应用这些公式的时候，还需要考虑很多因素，比如温度、风速、覆冰情况等等。
因为这些因素都会影响导线的张力和弧垂的大小。
总之，输电线路弧垂的计算可不是一件简单的事情，它需要我们综合考虑各种因素，选择合适的计算公式，并且要保证测量数据的准确性。
导线应力弧垂计算
导线应力弧垂计算导线的应力弧垂计算是为了确定导线的形态以及对导线进行张力设计的重要步骤。
应力弧垂的计算能够保证导线在各种外力的作用下仍能满足导线张力、弧垂和安全等要求。
在导线应力弧垂计算中，需要考虑导线的自重、气候条件（如风速、温度等）以及拉力等因素。
下面将详细介绍导线应力弧垂计算的主要内容。
1.导线自重的计算：导线自重是导线弧垂计算的基础，需要根据导线的材料、截面形状等参数来计算。
常用的导线材料有铝、钢、镀铝钢等，不同材料的密度和弹性模量不同，对导线自重的计算产生影响。
2.外力的计算：外力包括风力、温度应力等。
风力是导线设计中最重要的外力之一，通过风压力和风速来进行计算。
可以使用一些风压公式和根据当地的气象数据来计算风力对导线的作用力。
温度应力是由于导线在高温和低温环境下的膨胀和收缩所引起的。
根据导线的线膨胀系数和温度变化范围，可以计算出温度应力对导线张力和弧垂的影响。
3.导线张力的计算：导线张力是导线应力弧垂计算中即需要考虑的因素。
导线张力通过外力和导线自重的作用来计算。
在计算过程中，需要使用悬链线理论、拉力平衡方程等公式来进行计算。
4.弧垂的计算：导线在张力作用下会形成一定的弧垂，弧垂的大小与导线自重、张力、气象因素等有关。
通过计算张力和弧垂之间的关系，可以确定导线的最佳弧垂，确保导线的安全性和可靠性。
在导线应力弧垂计算中，还要考虑导线的固定方式和绝缘子的位置、串控因素等因素对导线张力和弧垂的影响。
通过综合考虑这些因素，可以得出合理的导线应力弧垂计算结果，从而指导导线的设计、安装和维护工作。
总之，导线应力弧垂计算是非常重要的工程设计环节，直接关系到导线的安全性和可靠性。
合理的导线应力弧垂计算结果可以保证导线在各种外力的作用下保持良好的形态，从而确保电力系统的正常运行和供电质量的稳定。
《输电线路基础》第2章-导线应力弧垂分析-第九节-导线应力、.
3
2
226464 .99
2 2 Egm l B m E t n t m 2 24 m
79000 33.847 103 245.06 6 40 15 6.4646 73.35 19 . 1 10 79000 2 24 73.35
3 2 n B n A0 3 2 n 6.464 n 226464 .99 0
2
13.5 A 13.5 226464 .99 C 1 11315 .318 3 3 | B| 6.4646
ch1 ch111313 .318 10.027
m m m2
72.886 103 N
因为g3=56.124×10-3<gLn 所以，最大垂直弧垂发生在最高气温。 再进行交叉跨越校验
g
33.847 103 fe l a lb 130 100 3.74(m) 2 o 2 58.87 44 30 d H B he f e H E 44 100 3.74 31 3.17 m 230
6.4646 | B| 10.027 n (2ch C ) 1 58.87MPa 2ch 3 3 3 3
然后进行最大垂直弧垂气象条件判别
g Ln
Eg1 19.1 106 79000 33.847 103 (40 5) 3 g1 (t m t 3 ) 33.847 10 1m 58.87
瞬时破坏应力
p
Tp A
最大使用应力
34330 293.42MPa 117
293.42 m 117.37MPa 2.5 2.5
《输电线路基础》第2章-导线应力弧垂分析-第四节-小高差档距(精)
➢对于一级弱电线路交叉角不应小于45°；二级弱电线路交叉角不应 小于30°，但输电线路跨越弱电线路不包括光缆和埋地电缆。
➢输电线路与铁路、道路、河流、管道、索道及各种架空线路交叉 或接近，应符合表2-4-2的要求（p92～93）。
➢为此，设计部门应在排定杆位时进行交叉跨越校验，而施工、运
➢500kV 及以上输电线路跨越非长期住人的建筑物或邻近民房时， 房屋所在位置离地面1.5m 处的未畸变电场不得超过4kV/m。
➢输电线路经过经济作物和集中林区时，宜采用加高杆塔跨越不砍 通道的方案。当跨越时，导线与树木(考虑自然生长高度)之间的垂 直距离。
➢当砍伐通道时，通道净宽度不应小于线路宽度加通道附近主要树 种自然生长高度的2 倍。通道附近超过主要树种自然生长高度的非 主要树种树木应砍伐。
gl 2
fo 8 o
（2-4-2）
➢将式(2-4-1)、(2-4-2)与式(2-3-3)、(2-3-4)相比较可见，其公式 的形式及符号意义完全相同，因此我们可以得出如下在应用上非常 有益的结论：
(1)当悬点不等高时，两悬点的连线是倾斜的，如图2-4-2(b)所示。 为了和悬点等高时相区别，有时将悬点不等高时相应各点弧垂称斜 弧垂，而将悬点等高时相应各点弧垂称水平弧垂，如图2-4-2所示。 但当采用平抛物线近似式计算弧垂时，弧垂大小与高差无关。
h yB yA
∵
yA
g
2 o
x
2 A
yB
g
2 o
x
2 B
∴
h g
2 o
x
2 B
x
2 A
弧垂算法
一、前言架空线路设计和施工都需要进行导线力学计算．笔者编制了导线应力、弧垂计算的BASIC 程序，用户只需按屏幕显示的表格键入导线参数、气象条件，计算机即能完成计算全过程，并将计算结果打印制表。
各种计算项目采用菜单选择，用户使用非常方便。
本文就该程序的设计方法及特点作一简单介绍，以供参考．二、架空导线应力、孤垂的计算机算法1．导线比载计算导线的综合比载是垂直比载（自重、冰重）、水平比载（风压）的矢量和．对各种气象情况的综合比载可用下式表示：式中：q——导线的单位重量（千克／千米）S——导线的计算截面（毫米2）d——导线的计算外径（毫米）b——导线覆冰厚度（毫米）v——设计风速（米／秒）C——风荷载体形系数，当线径d＜17毫米时，C=1.2，当线径≥17毫米时，C=1.1；覆冰时不论线径大小C=1.2α——风速不均匀系数，根据不同风速取值。
（程序框图略）2．临界档距计算及有效临界档距判别根据工程需要，导统应力孤垂的计算项目有时多达十种，即最大风速、覆冰情况、安装情况、事故断线、最低气温、最高气温、外过电压（有风、无风）、内过电压、平均气温。
这十种情况对应十种气象条件．但导线选用应力的控制条件只可能是其中的4种情况，即最低气温、最大风速、覆冰情况和平均气温．这4种控制条件的两两组合有6个临界档距。
一般地n种控制条件有=n(n－1)／2个临界档距，其中有效临界档距有0～（n—1）个。
两个控制条件的临界档距为式中：E——导线弹性模数（千克／毫米２）a——导线温度线膨胀系数（l／℃）δi、δj——两种控制条件的限定应力（最大使用应力或年平均运行应力上限）（千克／毫米２）ti、tj——两种控制条件的气温（℃）gi、gj——两种控制条件的比载（千克／米•毫米２）。
由式（2－1）可知，若将n个控制条件的g／δ值由小到大排列，再比较各δ＋aEt，并满足下式：不满足式（2－2）的控制条件不起作用舍去。
当两种控制条件的g／δ相同时，舍去δ＋aEt 较大者；若两者的δ＋aEt相同，舍去g／δ较小者，则所有满足式（2－2）的控制条件均有实数解的临界档距，把满足（2－2）式的控制条件由小到大编为序号1、2、3、…c（c≤n），并相应建立C－l个临界档距数栏。
《输电线路基础》第2章-导线应力弧垂分析-第六节-导线的状态讲解
2 3 gm l Lm l 2 24 m 2 3 gn l Ln l 2 24 n
将该式代人式(2-6-1)，则 2 3 2 3 2 3 gn l gm l gm l 1 l l t n t m n m l 2 2 2 E 24 n 24 m 24 m 因上式中
A 428
ｇｍ=ｇｎ＝ｇ１＝30.268×l0-3（N／m· ｍｍ２）
附录D中的表2查得 热膨胀系数 α=20.9×１０-６（l／℃） 弹性系数 E=63000MPa 其次，计算耐张段的代表档距
l0
l l
3 i i
5003 3503 4003 4803 444.92(m) 500 350 400 480
24 m
代入（2-6-2）得：
B n
A
2 n
或 n n B A
2
该三次方程的系数A恒为正，B可正可负，根据苗卡儿关于方程系 数符号法规则和导线力学的物理概念可知，方程只有一个正实数根， 就是σn的有效解。 求σn有效解的方法可用计算机求解，也可用计算尺试探求解。但 目前计算尺已被计算器取代，在此介绍一种借助于计算器能运算余 弦函数和双曲函数的功能，求解方程准确解的方法。 导线状态方程： 判别式：
再利用式(2-6-3)求解最高气温时导线应力，此时最低气温为已知 条件，最高气温为待求条件
2 2 Egn l 63000 30.248 103 444.922 A 475429 .9025 24 24
2 2 Egm l B m E t n t m 2 24 m
13.5 A 13.5 475429.902 5 C 1 271.4418717 1 3 3 |B| 28.73748624
第二章导线张力(应力)弧垂分析(1)
第二章 导线张力(应力)弧垂计算第一节 导线和地线的机械物理特性与单位荷载一、导线的机械物理特性导线的机械物理特性，一般指破坏张力、弹性系数、热膨胀系数。
(一) 导线的破坏张力对导线作拉伸试验，将测得瞬时拉断力。
利用多次测量结果，可以建立一组经验公式来计算导线的瞬时拉断力。
考虑到施工和运行中导线接头、修补等因素，设计用导线破坏张力取其实测或计算瞬时拉断力T p 的95%，即 T ps =0.95T p （2-1-1） 式中 T p —导线的瞬时拉断力，N ；T ps —导线的破坏张力，N 。
（二）导线的弹性系数物体的弹性系数也称为弹性模量。
导线的弹性系数是指在弹性限度内，导线受拉力作用时，其应力与相对变形的比例系数，通过试验得出的应力-应变曲线确定，可表示为Tl T E A l A σεε===∆ （2-1-2）式中 T —导线拉力，N ；l 、Δl —导线的原长和伸长，m ；σ—导线的应力，即单位截面的张力，σ=T/A ，N/mm ²； ε—导线的相对变形，ε=Δl/l ； A —导线的截面积，mm ²； E —导线的弹性系数，N/mm ²。
钢芯铝绞线的弹性系数按下式近似计算1s Al E mE E m+=+ （2-1-3）式中 E Al 、E s 、E —分别为铝、钢和综合弹性系数，N/mm ²，E s =190000 N/mm ², E Al =55000 N/mm ²；m =A Al /A s —铝对钢的截面比m =A Al /A s 。
（三）导线的热膨胀系数导线温度升高1℃所引起的相对变形，称为导线的热膨胀系数，可表示为 /t αε=∆ （2-1-4） 式中 ε—温度变化引起的导线相对变形，ε=Δl/l ；Δt —温度变化量，℃；α—导线的热膨胀系数，1/℃。
钢芯铝绞线的热膨胀系数的计算式为s s Al Al s Al E m E E mE ααα+=+ （2-1-5）式中 αAl 、αs 、α—分别为铝、钢和综合热膨胀系数，1/℃。
架空绝缘配电线路应力与弧垂计算及应用
收稿日期:20031024作者简介:王向东(1971—),男,工程师,1994年毕业于重庆大学电气工程系。
架空绝缘配电线路应力与弧垂计算及应用王向东(铁道专业设计院水电处 北京 100020) 摘 要:介绍架空绝缘配电线路设计时应力、弧垂的计算及其应用。
关键词:绝缘线路;应力;弧垂 中图分类号:U221 文献标识码:B 文章编号:10042954(2004)030082021 概述为保证架空绝缘配电线路安全可靠运行及适应自然界的各种气象变化,必须保证正确的线路设计。
架空绝缘配电线路设计的前提是导线机械力学计算,其主要是绝缘线路导线应力与弧垂的计算。
该计算是一项复杂、繁琐的工作。
为此,本文介绍一种简洁的计算方法供参考。
同时,编制了一套架空绝缘配电线路导线应力与弧垂计算的程序,该程序能计算出绝缘导线在某种气象条件下及某种档距情况下绝缘线路的应力及弧垂,是进行架空绝缘配电线路应力与弧垂计算的通用软件。
2 导线应力和弧垂设计原则在保证绝缘线安全系数的同时,要求在不利的气象条件下,绝缘线路应力恰好达到最大使用应力或平均运行应力,以充分利用绝缘线的机械强度。
绝缘线的应力与弧垂设计必须首先确定线路在什么气象条件下出现最大应力及所对应的控制应力。
临界档距是确定导线应力出现最大值时的控制气象条件的依据。
为此,在计算临界档距之前,必须确定各控制气象条件及所对应的控制应力,再根据指定的气象条件确定临界档距,根据临界档距即可划分各控制气象条件及其对应的控制应力所控制的档距范围。
3 临界档距计算和有效临界档距的判定架空绝缘线路的状态方程为σn -E L 2g 2n24σ2n=σm -E L 2g 2n24σ2m-αE (t n -t m )(1)式中 σn 、g n 、t n ———已知状态下的导线应力(MPa )、比载(N/m ・mm 2)和温度(℃);σm 、g m 、t m ———待求状态下的导线应力(MPa )、比载(N/m ・mm 2)和温度(℃);L ———档距(m ),对直线杆塔的连续档,则为耐张段的代表档距;E ———导线的弹性系数(MPa );α———导线的线膨胀系数(1/℃)。
导线应力弧垂计算
1（。
,。
）qg 1210 9.80665348.3610 334.06 10 3(Mpa/m)导线应力弧垂计算、确定相关参数表二LGJ-300）50型导线参数、相关比载计算1.自重比载2. 冰重比载2(5,0) 27.728b(d b)10 327.728 ^5 2426)10 311.60 10 3(Mpa/m)A 348.363•垂直总比载3(5,0) /0,0)2(5，) 45.66 10 3(Mpa /m)4. 无冰风压比载V1 1.6 1021.662.5 (Pa)vi 1.6 2521.6390.63(Pa)1）外过电压、安装有风：W V23f sc d 」sin 210 31.0 0.85 1.1 24.26A4（0,1議103=4.10 -310 （ Mpa/m ）2）最大设计风速:计算强度:（0,25） c fscd^sin 2 10 3 1.0 0.85 1.1 24.26A390.63 10 3 348.3625.43 -310（ Mpa/m ）低于500kv 的线路 c 取1.0,计算强度时f 按表取0.85，当d 17mm 时 sc 取 1.1.4（0,2…cd号曲1031.0 0.75 1.124.26 390.63 10 3348.36计算风偏时f 取 0.75W —1.61521.6140.625 （Pa ）（0,1）/ 号sin 2 1031.0 0.85 1.1 24.26 140.625 10 3348.36=9.16 -310V 2 102 1.61.662.5（5,1）scB （d 2b ）号 s in 2A10 1.0 1.0 1.2 1.1 （24.2610）62.5348.36计算风偏:3=22.44 10-（ Mpa/m ）3）内过电压:5.覆冰风压比载8.11 10（（ Mpa/m ）6.无冰综合比载 外过电压、安装有风:6（0,25）..（0,0）2 4（0,10）2< 34.062 4.102 10-3 34.31 10 3（Mpa/m）46.37 103(Mpa/m)6(0,25)•. !(0,0)24(0,25)234.062 25.432 10-3 42.51 10 3(Mpa/m)最大设计风速（计算风偏）：6(0,25) .!(0,0)24(0,25)234.062 22.442 10-3 40.79 10 3(Mpa/m)内过电压:6(0,10) .「(0,0) 4(0,12.5)234.062 9.162 10-3 35.27 10 3(Mpa/m)7.覆冰综合比载L227(5,10) ■. 3(5,0)25(5,10)(1)最大使用应力：282 0(2 )年平均运行应力上线：［功] p 25% 282.0 25% 70.5(Mpa)四、计算临界档距，判断控制气象条件因为覆冰与最大风情况下的最大使用应力和气温都相同, 的比载，故最大风不再作为控制气象图条件考虑。
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导线应力弧垂计算一、确定相关参数表一Ⅲ气象区条件表二 LGJ-300/50型导线参数1.自重比载2.冰重比载)/(1060.111036.348)26.245(5728.2710)(728.270,53332m Mpa A b d b ---⨯=⨯+⨯⨯=⨯+=）（γ 3.垂直总比载 4.无冰风压比载5.626.1106.122===V W V (Pa) 63.3906.1256.122===V W V (Pa)1）外过电压、安装有风： =3-10⨯（Mpa/m ）2）最大设计风速： 计算强度：33241036.34863.39026.241.185.00.110sin 25,0--⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=θμαβγA W d v sc f c ）（=3-10⨯（Mpa/m ）低于500kv 的线路c β取，计算强度时f α按表取，当d ≥17mm 时sc μ取.计算风偏：=3-10⨯（Mpa/m ） 计算风偏时f α取 3）内过电压：625.1406.1156.122===V W V (Pa) =3-10⨯（Mpa/m ）5. 覆冰风压比载6. 无冰综合比载 外过电压、安装有风：最大设计风速（计算强度）： 最大设计风速（计算风偏）：)/(1079.401044.2206.3425,00,025,033-2224216m Mpa -⨯=⨯+=+=）（）（）（γγγ 内过电压：7. 覆冰综合比载表三 比载（1）最大使用应力:)(8.1125.20.282Mpa kp===σσ （2）年平均运行应力上线：)(5.70%250.282%25][Mpa p pj =⨯=⨯=σσ四、计算临界档距，判断控制气象条件因为覆冰与最大风情况下的最大使用应力和气温都相同，又覆冰时的比载大于最大风时的比载，故最大风不再作为控制气象图条件考虑。
表四 比值]/[0σγ计算结果及其排序表临界档距计算（无高差） 公式：])][()][[(]][][[24202000ii j j i j i j ij E t t E l σγσγασσ--+-=）（])10302.0()10411.0[(76000]1054346.18.1128.112[242323--⨯-⨯⨯+-⨯+-⨯=）（ab l =])10302.0()10483.0[(76000]10154346.18.1125.70[242323--⨯-⨯⨯+⨯+-⨯=）（ac l =虚数 ])10411.0()10483.0[(76000]5154346.18.1125.70[242323--⨯-⨯⨯+⨯+-⨯=）（bc l =虚数表五 可能控制气象条件因为a,b 档内均存在虚数，所以a,b 不再成为控制气象条件。
所以可以判定不论档距多大，年均温为控制气象条件。
五、状态方程求应力已知年均温为控制气象条件 表六 已知条件参数状态方程计算式： 1. 最高温： 带入数据得：即：067.364.3400074.022022302=--+l l σσ）（当档距为以下各值时，由状态方程求得应力：50m: 05067.364.345000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)100m:010067.364.3410000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)150m:015067.364.3415000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)200m:020067.364.3420000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)250m:025067.364.3425000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)300m:030067.364.3430000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)350m:035067.364.3435000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)400m:040067.364.3440000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)450m:045067.364.3445000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)500m:050067.364.3450000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa) 2. 最低温： 带入数据得：即：067.341.10600074.022022302=--+l l σσ）（当档距为以下各值时，由状态方程求得应力：50m:05067.341.1065000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)100m:010067.341.10610000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)150m:015067.341.10615000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)200m:020067.341.10620000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)250m:025067.341.10625000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)300m:030067.341.10630000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)350m:035067.341.10635000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)400m:040067.341.10640000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)450m:045067.341.10645000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)500m:050067.341.10650000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)3.最大风： 带入数据得：即：072.520.9900074.022022302=--+l l σσ）（当档距为以下各值时，由状态方程求得应力：50m:05072.520.995000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)100m:010072.520.9910000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)150m:015072.520.9915000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)200m:020072.520.9920000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)250m:025072.520.9925000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)300m:030072.520.9930000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)350m:035072.520.9935000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)400m:040072.520.9940000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)450m:045072.520.9945000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)=02σ(Mpa) 4.覆冰无风： 带入数据得：即：081.620.9900074.022022302=--+l l σσ）（当档距为以下各值时，由状态方程求得应力：50m:05081.620.995000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)100m:010081.620.9910000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)150m:015081.620.9915000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)200m:020081.620.9920000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)250m:025081.620.9925000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)300m:030081.620.9930000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)350m:035081.620.9935000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)400m:040081.620.9940000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)=02σ(Mpa)500m:050081.620.9950000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)5. 安装带入数据得：即：073.320.9900074.022022302=--+l l σσ）（当档距为以下各值时，由状态方程求得应力：50m:05073.320.995000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)100m:010073.320.9910000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)150m:015073.320.9915000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)200m:020073.320.9920000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)250m:025073.320.9925000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)300m:030073.320.9930000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)350m:035073.320.9935000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)400m:040073.320.9940000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)450m:045073.320.9945000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)500m:050073.320.9950000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)6. 外过有风带入数据得：即：072.55.7000074.022022302=--+l l σσ）（当档距为以下各值时，由状态方程求得应力：50m:05072.55.705000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)100m:010072.55.7010000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)150m:015072.55.7015000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)200m:020072.55.7020000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)250m:025072.55.7025000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)300m:030072.55.7030000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)350m:035072.55.7035000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)=02σ(Mpa)450m:045072.55.7045000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)500m:050072.55.7050000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)7. 外过无风带入数据得： 即：5.7002=σ(Mpa)8. 操作过电压带入数据得：即：080.35.7000074.022022302=--+l l σσ）（当档距为以下各值时，由状态方程求得应力：50m:05080.35.705000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)100m:010080.35.7010000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)150m:015080.35.7015000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)200m:020080.35.7020000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)250m:025080.35.7025000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)=02σ(Mpa)350m:035080.35.7035000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)400m:040080.35.7040000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)450m:045080.35.7045000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)500m:050080.35.7050000074.022022302=⨯--⨯+σσ）（=02σ(Mpa)表七 LGJ-300/50型导线应力计算表续表弧垂计算公式：bl f 028σγ=1.最高温：50m:=⨯⨯⨯=86.388501006.3423-f (m) 100m:=⨯⨯⨯=20.4581001006.3423-f (m) 150m:=⨯⨯⨯=44.5081501006.3423-f (m)⨯49.548250m:=⨯⨯⨯=58.5782501006.3423-f (m) 300m:=⨯⨯⨯=95.5983001006.3423-f (m) 350m:=⨯⨯⨯=78.6183501006.3423-f (m) 400m:=⨯⨯⨯=21.6384001006.3423-f (m) 450m:=⨯⨯⨯=33.6484501006.3423-f (m) 500m:=⨯⨯⨯=24.6585001006.3423-f (m) 2.外过无风：50m:=⨯⨯⨯=5.708501006.3423-f (m) 100m:=⨯⨯⨯=5.7081001006.3423-f (m) 150m:=⨯⨯⨯=5.7081501006.3423-f (m) 200m:=⨯⨯⨯=5.7082001006.3423-f (m) 250m:=⨯⨯⨯=5.7082501006.3423-f (m) 300m:=⨯⨯⨯=5.7083001006.3423-f (m) 350m:=⨯⨯⨯=5.7083501006.3423-f (m)⨯5.708450m:=⨯⨯⨯=5.7084501006.3423-f (m) 500m:=⨯⨯⨯=5.7085001006.3423-f (m) 3.覆冰无风：50m:=⨯⨯⨯=08.998501006.3423-f (m) 100m:=⨯⨯⨯=78.9881001006.3423-f (m) 150m:=⨯⨯⨯=38.9881501006.3423-f (m) 200m:=⨯⨯⨯=98.9782001006.3423-f (m) 250m:=⨯⨯⨯=43.9782501006.3423-f (m) 300m:=⨯⨯⨯=32.9783001006.3423-f (m) 350m:=⨯⨯⨯=02.9783501006.3423-f (m) 400m:=⨯⨯⨯=88.9684001006.3423-f (m) 450m:=⨯⨯⨯=73.9684501006.3423-f (m) 500m:=⨯⨯⨯=61.9685001006.3423-f (m) 表八 LGJ-300/50型导线弧垂计算表。