架空导线的拉断力及安全系数
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在导线：刚柔并济的集大成者！中讲到，
常见架空导线需要具备两个性能：
机械性能 和 电气性能，
机械性能由钢芯（铝包钢芯、殷钢芯）承担，
电气性能由铝线（铝合金线）承担，
那么他们是怎么相互合作的？
其拉断力如何计算？
现以钢芯铝绞线为例：
拉断力：钢芯铝绞线在均匀增大的拉力作用下，
逐渐被拉长，至拉断时所需的拉力称为拉断力。
(1、拉断力由钢部和铝部共同承担、共同形变）
（2、有一股或多股断裂即为拉断）
由于铝和钢的机械性能不同，
铝的延伸率远小于钢的延伸率，
当铝部被拉断时，
钢部的强度还未得到充分发挥，
通常认为此时钢线的变形量才为1%左右。
所以，钢芯铝绞线拉断力的计算式为：
铝抗拉强度×铝面积+钢伸长1%时的应力×钢面积
根据《架空输电线路设计手册》：
根据现行国家标准：
《圆线同心绞架空导线》GB/T 1179
中的计算拉断力，
在试验中要求绞线拉断力试验结果
应不小于上述计算值的95%。
故拉断力实际上仅保证不小于计算拉断力的95%。
即：
导线最大使用张力=综合拉断力=计算拉断力×0.95
（感谢qq群227827623群主总结）
综合拉断力是架空线张力的红线，
施工、运行等任何工况下都不能超过。
那么问题来了！
在工程中如何控制导线的张力呢?
线路工程师们用了一个非常聪明的做法，
即把导线的张力和线路弧垂挂钩，
通过控制弧垂来控制导线张力，
这样把看不见摸不着的导线张力
转变成了可以观测、调整的导线弧垂！！
学习架空线的力学计算模型，
我们首先要知道什么是悬链线。
因为在如下假设下，
1）架空线只承受拉力不承受弯矩
2）荷载沿线长均匀分布
架空线呈悬链线形状分布。
悬链线 (Catenary)指的是一种曲线，指两端固定的一条(粗细与质量分布)均匀、柔软(不能伸长)的链条，在重力的作用下所具有的曲线形状，例如悬索桥、架空输电线路等。
悬链线的弧垂计算公式要用到双曲线公式，
因此我们进一步简化模型，
假设荷载沿档距均匀分布，
即按斜抛物线计算公式，
得出如下弧垂计算公式：
根据如上计算公式，
架空线的弧垂和
比载（γ）档距（l)
弧垂最低点的应力（σ）挂点高差角（β） 有关
由于在特定的环境下，
比载（γ）档距（l) 挂点高差角（β）都是定值，
因此弧垂值f取决于弧垂最低点的应力σ，
两者一一对应！
即我们可以通过在放线时控制弧垂
来控制导线弧垂最低点的张力！
这也是为什么施工图总一定会有弧垂放线表，
施工单位要依照放线表严格执行的原因。
那么弧垂最低点张力取多少呢？
工程设计中以架空线拉断力为基准，
除以一个安全系数，
得到的值即为弧垂最低点张力。
即：弧垂最低点张力 = 拉断力 / 安全系数
根据GB50545-2010线路设计规范：
那意思是不是导、地线最少有2.5倍的安全裕度呢？
安全系数可不是简单的安全裕度的关系，
它是多种影响因素经过科学计算的结果。
可见：
即使不考虑悬挂点附加弯曲应力
和振动时附加动应力的影响，
最小安全系数也要求达到1.86。
若考虑上述两个因素，
则要求安全系数为2.0~2.5。
为保证架空线路的安全运行，
规程规定导线的设计安全系数不应小于2.5，
考虑到地线多为钢绞线，易腐蚀，
其设计安全系数不应小于导线的安全系数。
弧垂最低点的张力也叫最大使用张力，
但实际上最大张力出现的地方是在悬挂点,
我们一般规定悬挂点的张力
不超过弧垂最低点张力的1.1倍，
即规范中要求
悬挂点的安全系数不应小于2.25。
规范中只规定了安全系数的最小值，
因此安全系数可以取2.5及以上的任意值。
那么安全系数该如何取值呢？
1、比选优化
安全系数取值越小越能发挥导线潜能，
减小线路弧垂，降低杆塔呼高和数量。
同时能增大档距，适应更多的地形。
但是张力增大会增加塔重和基础大小，
因此要反复推算，
直至最经济、最合理。
一般而言，
当导线较小，回路数较少，
即杆塔荷载不大时安全系数取2.5。
当导线较大，回路数较多，
杆塔承受荷载较大时则安全系数取4左右。
当杆塔为窄基塔、钢管杆等特殊塔型时，
安全系数取6~10。
2、遵守杆塔使用条件
杆塔规划设计时会约定导地线型号和安全系数，
实际使用时不得超过该安全系数，
如果超过了就要根据实际使用条件对杆塔进行验算。
3、注意导地线配合
GB 50545对档中导地线距离有明确要求，
而导地线距离主要受导地线安全系数影响，
因此要合理选择地线的型号和安全系数，
对全线导地线距离进行核实，
特别是档距较大时。
4、注意特殊档
变电站进出线档属于小孤立档，
且构架承受张力有限，
故计算弧垂时需根据构架允许张力进行计算。
5、新旧线安全系数一致
线路工程中经常遇到新建线路和旧线路连接，
因此要搜集旧线路安全系数资料，
避免连接塔位两侧出现不平衡张力，
当避免不了时则要选择合适塔型。
本文完
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编辑整理丨“电力笔记”编辑部
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