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冰雪為什么會壓到電線塔的十萬個為什么
1、基礎(chǔ)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(dǎo)線,一般只承受導(dǎo)線的自重,專業(yè)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(dǎo)線受張力架空后,沿導(dǎo)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(dāng)成墻壁一樣承受導(dǎo)線的拉力。
2、專業(yè)名詞和計算公式
導(dǎo)線的標(biāo)稱截面,400/35,即400表示導(dǎo)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(dāng)前500kV高壓送電線路多為該型導(dǎo)線,然后每相導(dǎo)線有4根,一條線路為3相導(dǎo)線,共12根導(dǎo)線,還有兩根避雷線。一般線路就是構(gòu),架空在天上的共有14根線。
(1)導(dǎo)線的自重,1米400/35導(dǎo)線的自重是1.511kg.
(2)按南方多年的氣象條件,設(shè)計時冰厚10mm,導(dǎo)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*0.9b是冰厚,d是導(dǎo)線直徑,A是導(dǎo)線橫截面積,冰密度0.9.
(3)由此:每一米導(dǎo)線的上加冰后的重量是:1.511+1.04=2.551kg.
(4)耐張塔正常設(shè)計時應(yīng)承受的張力G是:2.55*1000米*4根子導(dǎo)線*3相=30.6噸。取平均水平檔距1000米(多數(shù)為500~700米,考慮山區(qū)的連續(xù)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(chǔ)的扭力力距為20米,基礎(chǔ)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(dāng)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(dāng)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(chǎn)生的張力是10mm冰的148.3/30.612=4.85倍。100mm的冰產(chǎn)生的張力是10mm冰的448.2/30.612=16.6倍。雖然線路設(shè)計取了2.5倍的安全系數(shù)。但是由于冰厚產(chǎn)生的荷載是平方關(guān)系的增長,耐張塔不可能按幾十年不遇的天氣條件來設(shè)計。
如果為了抗拒100mm冰的而設(shè)計耐張塔,其塔身強度和基礎(chǔ)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(dāng)前電力建設(shè)每年建設(shè)電力線路均在5000公里左右。按10倍的關(guān)系,即光電力線路建設(shè)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(wǎng)投資均由電力企業(yè)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(jīng)濟的,將會造成極大的浪費。
質(zhì)疑之一的解釋:為何導(dǎo)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(yīng)(塔高20米),而導(dǎo)線只單純的承受縱向張力。在所有的導(dǎo)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(dǎo)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(chǎn)生沖擊,再斷繩子。
質(zhì)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(dǎo)線上只是有附著積雪,沒有大量掛冰,而且在設(shè)計時冰厚就取得大,般在30mm左右。而湖南、貴州的事故中,導(dǎo)線上全部凝冰達50~100mm,塔身及絕緣子上全結(jié)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(guī)定的鐵塔使用條件。
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