配电线路混凝土电杆埋深的校验计算实例

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1.电杆的埋深

电杆的埋深应按导线截面、导线数量、杆长、电杆埋设部分土质、并按当地气象条件来选择并验算。

一般地质下的电杆埋深为h=杆高的1/10+0.7m，但最少不能少于1.2m,最多不超过3m，带拉线的电杆埋深，最多不超过2m．在设计未作规定时，若埋深不能满足电杆安全运行要求时，应增设卡盘、底盘或拉线及拉线盘来增加电杆的抗倾覆力矩。

表1-1  配电线路电杆最小埋设深度 m

注：

1)电杆的埋深一般按电杆长度的1/10＋0.7m来计算；

2）遇有土松软较高等情况时，应做特殊处理；

3)变压器台的电杆在设计未作规定时，其埋设深度不应小于2m.。

2. 电杆的埋深校验

电杆在土壤中固定，当受到外力所引起的力矩作用时，电杆埋入地下部分就会围绕某一方向转动，但这一转动将被土壤侧面反作用力所产生的力矩抵消。但如果电杆埋深不够，则会由于其受外力作用而导致歪斜甚至倾斜。由此可见，电杆高度与埋深有直接关系。电杆越高，埋入土中部分就越深，抗倾覆力也就越大，相反就越少。

电杆埋深应满足的关系

式中：

M_hp —— 电杆埋设深度可能承受的极限弯矩，kN▪m；

M——计算所得的外力在电杆地面处产生的最大力矩；，kN▪m

K —— 各种杆塔的稳定安全系数，如下表

表2-1  各种杆塔的稳定安全系数

不设卡盘时电杆埋深时，电杆埋深可能承受的极限力矩由下式求得：

式中：

h——电杆埋入土中深度，m

m——土壤反作用力的基本特性，如下表：

表2-2  土壤反作用力的基本特性

注：土境的安息角或称静止角 。当土境在自由堆积时,即在一定的自然倾斜面下保证土壤不再发生遍落現象，此时土壤的自然倾斜面与水平面所形成的倾斜坡角(ψ)叫做安息角(如下图)。

d_cp —— 电杆埋设深度d的平均直径，m；

K_op——单独系数，如下表

表2-3  单独系数

μ —— 常数，如下表

表2-3  μ常数

注：H为电杆上合成力矩作用点的高度，一般可按 M/（导线水平荷载+杆塔水平风荷载）计算 。

从上可知配电线路电杆的埋深先根据  L/10 + 0.7m 来确定 。然后根据下式来校核杆塔埋深：

根据以上计算当h≤  L/10 + 0.7m  时，电杆不设置卡盘满足要求，否则就需要增加卡盘、底盘、拉线来增加电杆的抗倾覆力矩。

上面的公式中除开计算所得的外力在电杆地面处产生的最大力矩M不知外其余我们都已知，下面我们介绍最大力矩M的估算方法。

3. 外力在电杆地面处产生的最大力矩M

 3.1 导线的风荷载  

根《66kV及以下架空电力线路设计规范》  （据GB 50061-2010）第8.1.2 条 风向与线路垂直情况的导线或地线风荷载的标准值计算公式知：

P_X=α ▪ μ_s ▪ （d+2b）▪L_v  ▪ V²/1600   （kN）

式中：

a —— 风荷载档距系数，应根据设计风速查 GB 50061-2010 表8.1.6 获得，如下表：

m_S ——  风荷载体型系数，当d<17mm,取1.2；当d≥17mm,取1.1；覆冰时，取1.2。

d ——  导、地线计算外径之，m；

b ——  覆冰厚度，无覆冰时为0，m；

L_v —— 水平档距，m。
       v  ——  风速，m/s。

 3.2 杆塔的风荷载 

P_s=β ▪ μ_s ▪ μ_z ▪A ▪ V²/1600   （kN）

式中：

β  —— 风震系数，杆高总高不大于50m，取1，大于50米取1.2：

m_S  ——  风荷载体型系数，取0.7。

m_z  ——  风荷载体高度变化系数，如下表：

A  ——  杆塔结构件迎风面积的投影面积,m²。

 v  —— 风速，m/s。

 3.3 转角电杆上导、地线角度张力及不平衡张力 

3.3.1 角度荷载

P_j=(T₁ +T₂ ) ▪sin(α/2)（kN）

3.3.2 不平衡张力

△T=(T₁ -T₂ ) ▪cos(α/2)（kN）

式中：

T₁ 、T₂  —— 杆塔前后侧导、地线张力，kN;

α  ——  线路转角。

水平荷重的结果是使电杆有发生倾斜的趋势（水平荷重对地面产生的弯矩应小于电杆允许的最大弯矩）。故外力在电杆地面处产生的最大力矩M为：

M = ∑P_X ▪ （h_X+h/3） +  P_s ▪ （h_X+H/2) +  _{∑Pj ▪ （hX+h/3）} + ∑△T ▪ （h_X+h/3）

注，考虑导、地线及杆塔扰度的影响一般提高10%，既按1.1M计。

式中：

h_X —— 各相导、地线挂点对地距离，m

h —— 电杆埋入土中深度，m

H——电杆全高，m

4. 计算应用实例

▲ 杆型埋深示意图

如上图（国网2016年10kV典设杆型图），一单回路无地线的10kV配电线路，导线采用 LGJ-240/30，电杆采用梢径Ø190混凝土电杆，杆高12m，坚硬潮湿土壤，电杆埋深1.9m(1/10+0.7m)，风速25m/s，档距为60m，请校核该杆无卡盘或拉线时埋深是否稳定。

计算工程如此：

因为为直线杆，正常运行时 外力在电杆地面处产生的最大力矩M，主要由水平风荷载产生的。

每相导线风荷载：

P_X=α ▪ μ_s ▪ （d+2b）▪L_v  ▪ V²/1600  

=0.85 × 1.1 × 0.0216  × 60  × 25²  /1600

=0.4733  (kN) 

注，导线直径为21.6mm，既0.0216m，其他查阅前面介绍公式中的说明,下同。

电杆的风荷载：

P_s=β ▪ μ_s ▪ μ_z ▪A ▪ V²/1600  

= 1 × 0.7 × 1  × [(0.19+0.19+(12-1.9)/75)×(12-1.9)/2]  × 25²  /1600

=0.7107  (kN) 

注，A=(0.19+0.19+(12-1.9)/75)×(12-1.9)/2，既露土地面部分的（顶径+底径）×地面高度的一半。风荷载体高度变化系数小编按B类粗糙度，离地10m考虑。

电杆地面处产生的最大力矩M为：

M = ∑P_X ▪ （h_X+h/3） +  P_s ▪ （h_X+H/2) +  _{∑Pj ▪ （hX+h/3）} + ∑△T ▪ （h_X+h/3）

= ∑P_X ▪ （h_X+h/3） +  P_s ▪ （h_X+H/2)

= 0.4733 × （12 - 1.9 + 1.9/3 ） +2 × 0.4733 × （12 - 1.9 - 0.8 + 1.9/3 ） + 0.7107  ×（12 - 1.9 + 1.9/3 ）

=18.2983  (kN ▪m) 

考虑导、地线及杆塔扰度的影响一般提高10%，既按1.1 M = 20.1281 kN ▪m 计。

注，上导线与杆地面高度按(12 - 1.9) m，下导线地面高度按(12 - 1.9 -0.8 ) m，导线高度实际需要考虑绝缘子的影响，一般可以忽悠不计。

验算电杆需要埋深：

注：

 电杆埋设深度d的平均直径dcp =（0.19+10.1/75 + 0.19+12/75）/2；

直线K查表2-1得1.5；

H=M/（导线水平荷载+杆塔水平风荷载）=18.2983 /（3 × 0.4733 +0.7107）≈9,H/h=9/1.9≈5,故查表2-4得μ=11.81；

根据坚硬潮湿土壤查2-2得m为7.63（得倾斜坡角45度）；

h/dcp=1.9/[（0.19+10.1/75 + 0.19+12/75）/2]≈6，查表2-3得单独系数Kop为2.53。

根据以上计算，1.9 m > 1.77 m，故根据1/10+0.7m 选择的埋深满足要求，不需要设置卡盘或拉线等措施。

耐张杆计算根据小编前面介绍的《各种气象条件下导、地线应力的计算应用（状态方程式求解）》求出杆塔前后侧计算条件的应力后乘导、地线截面得前后张力，然后根据 3.3 求出角度荷载与不平衡张力可以求出相应校验的电杆需要埋深，如果埋深不足一般采用增加卡盘或拉线方式解决。拉线的相关知识小编原在《拉线盘选择和埋深计算 》、《配网线路中拉线型号选择和长度简易计算 》、《配网线路中拉线棒直径的简易计算 》介绍过，小编不在重复介绍，关于杆塔荷载小编在《10kV单回路直线电杆荷载计算实例》介绍过，关于电杆的一些基础知识小编在《环形混凝土电杆的技术要求、锥形杆直径及埋深计算》介绍过，更多的可以在公众号底部左侧的目录查阅。

根据前面部分配电工作者要求小编临时学习完成本专题，另外由于小编水平有限，且近十年未涉及配电工程，难免有不妥之处，恳请批评指正。

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