塔头间隙尺寸的确定

六、塔头间隙尺寸的确定

（一）悬垂绝缘子串摇摆角计算

以上各款论述了在运行（工频）电压、操作过电压及雷电过电压作用下绝缘子片数及塔头空气间隙数值的选取，并指出这种空气间隙数值是指在规定风速下绝缘子串相应风偏后带电体对塔构所应保持的最小距离。因此，为了最终确定直线塔塔头间隙尺寸，尚必须对绝缘子串的风偏大小进行计算。

绝缘子串的风偏大小依其所产生的风偏角大小来表示。绝缘子串的风偏角可按下式计算 ?=tg?1(

pI/2?plHGI/2?w1lh?aTpI/2?plHGI/2?w1lv)

= tg?1( ) (2-6-44)

式中 ?——悬垂绝缘子串风偏角，（°）； pI——悬垂绝缘子串风压，N； GI——悬垂绝缘子串重力，N；

P——相应于工频电压、操作过电压及雷电过电压风速下的导线风荷载，N/m； w1——导线自重力，N/ m；

lh——悬垂绝缘子串风偏角计算用杆塔水平档距，m； lv——悬垂绝缘子串风偏角计算用杆塔垂直档距，m； a——塔位高差系数；

T——相应于工频电压、操作过电压及雷电过电压气象条件下的导线张力，N。 下面对公式中各参数数值的选取进行说明。 （1） 悬垂绝缘子串风压（pI）按下式计算

V2 PI=9.87AI16,N （2-6-45）

式中 V——设计采用的10min平均风速，m/s;

AI——绝缘子串的受风面积，m2。单盘盘径为254mm的绝缘子，每片受风面积取0.02 m2，大盘径及双盘径者取0.03 m2。金具零件受风面积，对单导线每串取0.03 m2,对两分裂导线，每串取0.04 m2，对3～4分裂导线，每串取0.05 m2。双联绝缘子串的受风面积，可取为单联的1.5～2.0倍。

（2） 导线风荷载（P）可按第三章公式（3-1-14）计算。

（3） 杆塔水平档距（lh）的选取：图2-6-63及图2-6-64分别列出了西南电力设计院

统计的220KV线路及东北电力设计院统计的500KV线路，在各种地形情况下的水平档距频率分布及累积频率分布曲线，可供参考。规划塔头间隙圆图时，可根据地形及拟规划杆塔的档距使用范围，并参考图2-6-63及图2-6-64或既有的实际经验，即可确定相应的水平档距。应该说明，杆塔荷载规划使用的水平档距，应采用拟规划杆塔水平档距使用范围的上限，而塔头规划使用的水平档距，则应使其所规划的塔头尺寸能满足该型塔的水平档距使用范围。在a、T等参数一定时，往往选用拟规划杆塔水平档距使用范围的下限（或接近下限的某一水平档距），否则摇摆角偏小。因此，杆塔荷载规划用的水平档距与塔头规划用的水平档距往往是不一致的。

（4） 垂直档距（lv）、导线张力（T）及塔位高差系数（a）的选取：垂直档距（lv）可

按式（3-3-10）选取。

由式（3-3-10）可以看出，lh、lv、σ0（或水平张力T）、a四个参数的选取是相互有关的。将式（3-3-10）代入式（2-6-44）的后半式，即可得其前半式。有些设计者习惯于用lh、a、T三参数来确定风偏角，有些设计者则习惯于用lh及lv两参数来确定风偏角。

当用lh、a、T三参数来确定风偏角时，对平地，a一般取-0.03～-0.05，对丘陵及低山地，a一般取-0.06～-0.08，对山地（包括大山地），a一般取-0.08～-0.15。至于导线张力（T），则与代表档距有关，因而也就与地形有关。一般取在相应地形下可能出现的代表档距范围内张力稍大一点的代表档距。

当用lv及lh来确定风偏角时，其数值的选取可根据经验来确定。从杆塔定位验证来看，lv?40/lh（lv?40表示+40°C时之垂直档距）之比值，平地一般取0.75左右，丘陵及低山地一般取0.65～0.75，山地及大山地一般取0.55～0.65。当按lv?40/lh之比值及lh值确定lv?40之后，即可用下式将lv?40换算到工频、操作或雷电条件下的lv lv=lv?40-T?40?Tw1a （2-6-46）

式中 T?40——+40°C时导线张力，N；

T——雷电、操作或工频条件下的导线张力，N； w1、a符号的含义同式（2-6-44）。

将式（2-6-46）算得的不同条件下的lv代入式（2-6-44），即可得不同条件下的绝缘子串风偏角。

（二）直线杆塔间隙圆图的绘制

悬垂绝缘子片数及串长（包括连接金具）以及运行（工频）电压、操作过电压、雷

电过电压所需空气间隙距离和其相应的风偏角确定之后（若需要考虑带点检修，则尚应包括带电检修的情况），即可着手进行直线杆塔间隙圆图的绘制，以最终确定直线塔塔头间隙尺寸。

1. 自立式塔及内拉线塔间隙圆图的绘制

此类塔的特点是塔头纵向（沿线路方向）宽度不大，只需根据绝缘子串长度及

悬垂绝缘子串的风偏角，并适当考虑塔身边缘导线弧垂的影响，在杆塔正面图上绘出间隙圆即可，其情况如图2-6-65所示。

图中LI为绝缘子串串长，? 1、?2、?3及R1、R2、R3分别为雷电过电压、操作过电压及运行（工频）电压情况下的绝缘子串风偏角及间隙距离。δδ

1、δ

2、

3为考虑塔身边缘导线弧垂影响而引入的数值，其计算公式见式（2-6-48）。

图中间隙圆与塔头单线图轮廓线不应相切，应留0.1m左右的裕度，这主要是考虑杆塔单线图与制造图的差别、制图误差以及实际杆塔组装误差的影响。 2. 外拉线塔间隙圆图的绘制及检查

在有拉线的情况下，因拉线顺线路方向的尺寸可长达10多米，导线下垂和它的风偏实际上就比较大，因此单纯的正面图一般说来不再能说明问题，常需另作较细致的检查。通常的方法是绘出与拉线垂直的平面上的投影，这时拉线投影成一点，而导线（指与塔身接近的那一段）则可足够近似地视为一直线，从而二者间的距离可以准确清楚地表示出来。

另外，也可以用计算公式算出距拉线的间隙d。同样可以借助作正面间隙圆图的简单表示方法来检查间隙是否满足，此时间隙圆半径中应加入由于出口导线下垂、风偏对拉线的接近而应留出的裕度δ。

（1） 投影作图法：与拉线垂直的平面的投影图是由两个相互垂直的投影

图构成的，图中导线各点对拉线的垂直距离按照下述原则相交而成。以图2-6-66（a）的投影原理图为例，该图中水平虚线的上半部为正视（或侧视）图，而下半部则为其相应的平面图，该水平虚线则可理解为这二投影面的分界线。该图中除用实线标示出导线和拉线的投影外，其他全部虚线均系作图用的辅助线，图中g1、g2分别为空间拉线在正视（或侧视）和下视图上的投影，O1A1，O2A2分别为空间导线OA在正视（或侧视）和下视图上的投影。在正规图和下视图交线上任选一点P作水平分界线，并作l1和l2分别与拉线投影g1和g2垂直，得交点G1和G2。随意指定其正方向如图所示，注意夹角a1和a2为这三者正方向间的夹角，然后过O点的投影O1和O2分别作l1和l2的垂线，得点O′1和O′2；同样过A点的投影A1和A2得垂足A′1和A′2。

图2-6-66（b）为与拉线垂直的平面的投影。先任取一点G作为拉线在这个平面上的投影，然后过G作直线l1和l2，也分别指定其正方向，这一步惟一的要求只是应使它们之间正方向的夹角α符合cosα=cosα

1? cosα

2的关系（注意超过90°的余弦是负数）。为了得出A点的投影，可在l1上

量取GA′1使与正视（或侧视）图中的G1A′1相等，同样在l2上量取GA′

2=G2A′2。这一步应注意的是正、负方向不要弄错，例如图中GA′2就应

向负方向量取，因在下视图中A2系位于l2的负侧。过A′1和A′2作l1和l2的垂线相交于A，就是空间A点在这个平面上的投影。完全同样地使GO′1=G1O′1，GO′2=G2O′2，得出O点的投影O，过OA的直线就是空中导线的投影，从G至OA的垂直距离就是导线和拉线在空中的净空距离。 角度α可以根据拉线的坡度算出，也可以从原始投影图上量α1和α

2后

算出，还可以直接作图得出。为此可在l1上任取一点t1，依次作垂线得点t和t2，如图2-6-66（a）所示，以pt1为斜边，pt2为底边的直角三角形，其底角就是α，即cosα=

pt2pt1。

上述方法较为简明，其作图所依据的理由，只需将原始资料[图2-6-66（a）]沿分界线叠成彼此垂直的二平面即可看出。这时l1和l2在空间所组成的平面即为与拉线垂直的平面。其作图法示例见图2-6-67.这种作图法适用于对直线（如拉线）的垂直平面投影，且垂直平面内的坐标夹角α是随着拉线的布置位置不同而变，故要特别注意夹角α计算与作图的正确性，否则会产生投影的错误。

为了避免上述非直角坐标夹角α的计算或作图易产生错误，仍根据上述原理，选择其α=90°的投影面作图法，其作图示例见图2-6-68，作图步骤是：第一、先作杆塔正视及下视图；第二、根据正视、下视图中的数据，作拉线与地所成垂直平面上的侧视图；第三、根据下视与侧视图中各点到拉线的垂直投影距离，作出垂直拉线的平面投影图，其作图方法是先划一直角坐标（即Pl1、Pl2补助线），坐标原点G即拉线投影为一点的位置，将侧视图中各投影点到拉线的垂直投影距离分别标在相应的坐标线上，每两相应的垂距相交的交点即为各投影点。简言之，将下视图与侧视图以拉线为坐标轴成直角相重叠，各点的平行投视线两两相应相交，所得交点即

为垂直拉线的平面投影图。该作图法一般均需多作一个侧视图，但省去了作辅助线的计算α角工作。

现将图2-6-68中的符号说明如下： OB=Δ?=

?6(l??l)?l2?cos?；

Δ?n=Δ?sinη; AO=Δltgβ;

F2A2=FA;K2B2=KB,G1a=Ga；G1b=Gb；G1e=Ge; LI——悬垂绝缘子串长度； Δ?——线夹出口Δl处的弧垂； Ψ——拉线与地垂线间的夹角， Ψ=tgL——档距长度；

β——单侧悬挂点高差角； σ——导线应力，N/mm2； ?6——导线综合比载，N/m- mm2；

?1x?yz??s22;

Δl——导线B点到悬挂点A间的水平距离（设为3～6m）； α——垂直拉线平面内坐标夹角（恒为90°）； ?——悬垂绝缘子串风偏角； γ——间隙半径；

Δs——横担下沿至拉线挂点距离； η——导线风偏角，η=tg?1载。

（三）非直线杆塔的间隙设计及跳线计算

非直线塔（包括直线耐张及转角塔）的间隙设计实质上就是按运行（工频）电压、操作过电压及雷电过电压确定的间隙距离，并计及跳线（亦称引流线）的风偏摆动来确定跳线弧垂、线长以及塔头尺寸。在设计非直线塔时，可预先选定一初步的塔型及塔头正、侧面尺寸，然后进行跳线计算，看其是否符合要求，并按计算结果来修正原初步拟定的塔头尺寸。当塔头尺寸确定后，即可按实际塔头尺寸进行跳线施工弧垂及线长的计算以供安装使用。 跳线一般有“直引”和“绕引”两种。直引跳线如同穿过塔头空间的一个小孤立档导线；绕引跳线如同中间具有一（或二）个直线转角的两（或三）个连续档。跳线由于线长较短，导线的刚性对跳线的几何形状与风偏摆动是有一定影响的，但为简化计算，通常均假定跳线是柔软而呈悬链线或抛物线状。

1. 直引跳线计算

?4?1，?1为导线自重比载，?4为导线风荷载比

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