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为什么冰雪会压倒电线塔?

[字体: ] [ 中学生科技网 | 时间:2013-01-20 08:53 ]

电线塔为何会倒掉,对于不懂电力的人来说的确很令人费解,其实如果想知道其倒塌的原因,还得从下面几个步骤来分析。

1、基础知识

首先讲电力线路的杆塔,线路要架空就必须有两种杆塔,即一是直线塔、另一种是耐张塔,简单的比喻就是你要晒衣裳拉一根线,两端要固定在墙上,中间用竹杆撑起。好了,直线塔就有了,竹杆就是直线塔,其作用就是挑起导线,一般只承受导线的自重,专业讲就垂直荷载。

同时耐张塔也有了,即是晒衣裳固定的墙,所以电力线路线路最易出危险的是耐张塔,因为导线受张力架空后,沿导线纵向拉起的力全部挂在耐张塔上,即耐张塔要承受电力线路架空后的张力载荷,也就是要当成墙壁一样承受导线的拉力。

2、专业名词和计算公式

导线的标称截面,400/35,即400 表示导线的铝股部分横截面积为400 平方mm,35表示钢芯部分横截面积为35平方mm. 当前500kV 高压送电线路多为该型导线,然后每相导线有4 根,一条线路为3 相导线,共12根导线,还有两根避雷线。一般线路就是构,架空在天上的共有14根线。

(1)导线的自重,1 米400/35导线的自重是1.511kg.

(2)按南方多年的气象条件,设计时冰厚10mm,导线上履10mm厚冰后的增加重量是:1.04kg.计算式是y2=〔3.14*(d/2+b)^2-3.14*(d/2)^2〕*1000*0.9 b是冰厚,d是导线直径,A是导线横截面积,冰密度0.9.

(3)由此:每一米导线的上加冰后的重量是:1.511+1.04=2.551kg.

(4)耐张塔正常设计时应承受的张力G 是:2.55*1000 米*4根子导线*3相=30.6吨。取平均水平档距1000米(多数为500 ~700 米,考虑山区的连续上山档等因素取1000米)耐张塔的高度一般在20米左右。此30吨纵向拉力挂在塔上,对基础的扭力力距为20米,基础即按此不利的受力条件进行选取。耐张塔身要承受的扭力即为抗拒30吨的扭力力矩。

(5)而当履冰为50mm厚,代入计算式:y2=10.85 ;G=(10.85+1.511)*1000*4*3=148.3吨。当冰厚为100mm 时,代入计算式:y2=35.83 ;G=(35.839+1.51)*1000*4*3=448.2 吨。

(6)由此可见:50mm的冰产生的张力是10mm冰的148.3/30.612=4.85倍。100mm的冰产生的张力是10mm冰的448.2/30.612=16.6倍。虽然线路设计取了2.5 倍的安全系数。但是由于冰厚产生的荷载是平方关系的增长,耐张塔不可能按几十年不遇的天气条件来设计。

如果为了抗拒100mm 冰的而设计耐张塔,其塔身强度和基础强度都是不可想像的。在线路工程的造价中,铁塔投资占20%。而三峡到上海的线路2000公里,塔量为2000基以上,总造价为40亿元。单位造价为200 万元/ 公里,如要每基塔均增加投资去抗衡50~100mm 冰,电力线路的总体投资翻10倍左右。即达到400 亿,按此推算,当前电力建设每年建设电力线路均在5000公里左右。按10倍的关系,即光电力线路建设即达到1000个亿。而一个国家级的三峡工程也不过2000亿元,另外,电网投资均由电力企业自行投资,完全是为了保履冰而这样投资是不合理的,也不经济的,将会造成极大的浪费。

质疑之一的解释:为何导线不断而塔倒的问题,这很好理解,这是因为耐张塔要承受不利的力矩效应(塔高20米),而导线只单纯的承受纵向张力。在所有的导线中心均用钢绞线进行承力,在履冰时,首先崩溃的一定是耐张塔,再才是倒塔的冲击力挣断导线。

这就好比用绳子拴到一棵树上,用力扯绳子,断掉的一定是树根,因绳子只受纵向拉力,故先断的是树,树断后,对绳子产生冲击,再断绳子。

质疑之二的解释:北方未倒塔的原因是:天气干冷,塔身不会凝冰,导线上只是有附着积雪,没有大量挂冰,而且在设计时冰厚就取得大,般在30mm左右。而湖南、贵州的事故中,导线上全部凝冰达50~100mm ,塔身及绝缘子上全结成了水桶。这样多的额外荷载均由铁塔来承受,远远超出了国家规定的铁塔使用条件。

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