CN109441194B - 星形输电杆塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星形输电杆塔，属于输电杆塔领域，包括倒夹角形绝缘塔窗，倒夹角形绝缘塔窗中包括有中相线横担，中相线横担的中部设有用于挂置绝缘串子的连接点。倒夹角形绝缘塔窗的两侧边设有边横担，顶边两侧分别设有地线支架，地线支架以一定角度倾斜并设有延长边与倒夹角形绝缘塔窗的顶边中心相交连接；地线支架与边横担也以一定角度相交并连接。位于绝缘范围内的倒夹角形绝缘塔窗、延长边采用绝缘材料。本发明通过将塔头设计为星形，大大缩小了塔窗面积，进而缩小了塔头的体积与重量，使其能够适应地质较为松软且走廊受限地区的输电线路地形使用，还能够减少塔材指标的使用、降低材料成本。

Description

星形输电杆塔

技术领域

本发明属于高压输电杆塔领域，具体地讲是一种星形输电杆塔。

背景技术

高压输电所用的输电杆塔的型式多种多样，根据输电回路、功能、材料等均有不同的类型。单回路输电杆塔为其中一种，其代表塔型包括酒杯塔、猫头塔。

酒杯塔导线采用水平排列，多应用于覆冰厚度较大的中、重冰区。应用在重覆冰区时，能避免导线脱冰跳跃引起的闪络，但该塔型存在曲臂K节点处变形较大和占用路径走廊较宽的缺点。

猫头塔型导线采用三角形排列，该塔型占用走廊资源较少，在轻冰区应用较广泛。但由于猫头塔导线采用三角排列，导致塔头高度大、塔重较重。相同呼高时，猫头塔塔重比酒杯塔重9%左右。另一方面，采用三角排列的猫头塔导线投影宽度较酒杯塔小4.6米，可以明显减小走廊宽度。

猫头塔走廊宽度小、但塔重较重，而酒杯塔重较轻、走廊宽度大，两者无法兼顾。此外，猫头塔、酒杯塔等中部具有占用塔头整体大面积的塔窗，而其塔窗具有的K节点还会引起杆塔结构的不稳定。

基于此，提出本案申请。

发明内容

为解决现有技术无法兼顾塔重和走廊宽度的问题，本发明提供一种星形输电杆塔，其塔重相较二者（猫型塔、酒杯塔）更轻、走廊宽度小，能够适用更多地形。

为实现上述目的，本发明采用的方案如下：星形输电杆塔，包括塔身、塔腿和塔头，塔头包括一主要由两夹角侧臂组成的倒夹角形绝缘塔窗，倒夹角形绝缘塔窗的两夹角侧臂之间设有中相线横担，中相线横担的中部设有用于挂置绝缘串子的连接点，连接点最好与倒夹角形绝缘塔窗的顶边中心重合。

倒夹角形绝缘塔窗的两夹角侧臂外侧，优选为夹角侧臂的顶部外侧，分别连接有夹角形或三角状的边横担，两夹角侧臂的顶部分别连接有夹角形或三角状的地线支架，边横担与地线支架的尖角朝外设置。两地线支架的内侧边相交，相交点与倒夹角形绝缘塔窗相对固定，最好与倒夹角形绝缘塔窗的顶边中心、相交点中的任一处重合或三者重合。位于以连接点为中心、绝缘串子为半径的绝缘范围内的部分倒夹角形绝缘塔窗、部分或全部中横担、部分地线支架采用绝缘材料，绝缘材料最好为GFRP材料（玻璃纤维增强复合材料）。

上述地线支架的内侧边的倾斜角度为30~90°，外侧边的倾斜角度为60~90°，内侧边的倾斜角最好小于外侧边。地线支架的外侧边、边横担的上侧边、下侧边、倒夹角形绝缘塔窗的夹角侧臂、地线支架的内侧边依次连接后形成星形的外框架。

倒夹角形绝缘塔窗的顶边——包括有虚拟顶边或实体顶边，虚拟顶边指其两夹角侧臂的顶点之间连接边的所在位置，实体顶边指其两侧边的定点之间相连接的一根连接杆。虚拟顶边与实体顶边的所在位置是相同的，区别在于一个具有实际结构，一个为概念。

本发明中所述侧边，均是正视视角下的描述。

作为优选，为确保塔头整体的荷载能力，地线支架的其余部分、边横担、倒夹角形绝缘塔窗的夹角侧臂采用钢材料。

本发明进一步设置如下：边横担为水平设置，即其下侧边/底边为水平设置，其下侧边/底边底部设有Y型绝缘串子。Y型绝缘串子是一种全新的挂线方式，其在V形挂串的基础上以I串管线方式进行挂串设置。采用Y型绝缘串子能够避免由于边相导线采用V串后存在一定的间隙浪费、而导致走廊宽度变大的缺陷，同时具备较好的抗冰闪、防鸟粪闪络的能力。

本发明进一步设置如下：倒夹角形绝缘塔窗的两夹角侧臂之间连接有至少一处横梁，位于绝缘范围中的部分横梁或横梁整体采用绝缘材料搭设而成.横梁用于两侧对称结构的连接，既能够加强两侧对称结构之间的连接强度、还能够用于分散其承受的荷载。

作为优选，位于最上方的横梁与边横担的底边位于同一直线上并与二者连接。该结构下，上横梁的两端分别与两侧的边横担、夹角侧臂四个结构连接，一方面有助于简化结构、加强结构强度，另一方面能够令上述四个结构相互支撑、支撑时协同受力，在结构简化的同时保证结构强度。

作为优选，横梁包括上横梁、下横梁，上横梁位于倒夹角形绝缘塔窗的两夹角侧臂的二分之一至三分之二的高度位置之间，下横梁在上横梁下方，位于倒夹角形绝缘塔窗的两夹角侧臂的四分之一至二分之一的高度位置之间。

本发明进一步设置如下：为进一步加强倒夹角形绝缘塔窗与塔身之间的连接关系与其自身的结构强度、以及避免构件承受过高荷载，上横梁与下横梁之间通过两根侧梁形成三角结构，位于绝缘范围中的部分侧梁或侧梁整体采用绝缘材料搭设而成。

本发明进一步设置如下：倒夹角形绝缘塔窗的两夹角侧臂与靠近其设置的侧梁之间设有中横梁。位于绝缘范围中的部分中横梁或中横梁整体采用绝缘材料搭设而成。

作为优选，为进一步加强塔头与塔身之间的连接、并降低塔材指标，下横梁与塔身顶部的顶边重合。

作为优选，地线支架的连接点（有延长边的，为延长边的连接点；且延长边采用绝缘材料）与中相线横担的中部重合，能够为地线支架的架设进一步提供支撑，使其结构稳固，同时，也能够将地线支架受到的压力通过中相线横担横向传递给边横担，通过增加受力部件、分摊其承受的荷载来提高其承受力。

作为优选，为尽可能地使塔头结构简单、稳定而又具备一定的强度，边横担的内侧边与与其相连的倒夹角形绝缘塔窗的夹角侧臂呈一条直线。或者，地线支架的外侧边、边横担的内侧边与与其相连的倒夹角形绝缘塔窗的夹夹角侧臂呈一条直线。

上述设置能够使地线支架的外侧、边横担的内侧与下曲臂之间实现直线型的传力路径，既能够实现力的快速传递、将某处承受的荷载分散至其他部件、结构，帮助提高塔头的承受荷载的能力；还能够消除了K节点变形过大而引起的杆塔结构不稳定的隐患。

本发明进一步设置如下：为使塔头结构对称、受力均匀，中相线横担包括结构相同、对称设置的左中横担与右中横担。其中，左中横担与右中横担的上侧边水平设置。此外，左中横担与右中横担的设计能够进一步加强中相线横担的结构强度，提高其承受荷载的能力。

作为优选，左中横担、右中横担均为夹角形或三角状的横担。

本发明技术效果如下：本发明通过将三角状的地线支架、边横担与曲臂依次直连为一个近似五角星形的塔头结构，并在塔头结构的内部设置中相线横担用于挂置中相线，其大大缩小了现有技术中猫头塔、酒杯塔供中相线穿过设计的塔窗，从而缩小了塔头的体积简化了塔头的结构、降低了塔材指标，从而能够适应地质较为松软且走廊受限地区的输电线路地形使用；并具有一定的景观效果，使输电线路与周边环境和谐共存。

本发明通过为边横担专门创新性的Y型串子，克服了由于边相导线采用V串后存在一定的间隙浪费、从而导致走廊宽度变大的缺陷，并同时具备较好的抗冰闪、防鸟粪闪络的能力。

为加强塔头本身的结构强度、提高荷载承受力，本发明通过对塔头内部结构的优化设计（地线支架的延长边相交设计以及与中相线横担中部的联结设计；倒夹角形的曲臂构件设计；中相线横担分设为左中横担、右中横担的结构设计；左中横担、右中横担与地线支架、边横担联结的结构设计、上横梁、下横梁、中横梁及测梁的设计），在简化塔头结构的同时，使塔头各处所受荷载均能够分摊至其他结构上，提高了塔头结构的强度。

并且，本发明采用完全对称设计，能够确保塔头结构受力均匀。

附图说明

图1为本发明具体实施例整体示意图。

图2为本发明具体实施例整体正面示意图。

图3为本发明具体实施例星形塔头结构示意图。

图4为本发明具体实施例星形塔头形状图。

图5为本发明具体实施例受力状态示意图。

图6为本发明具体实施例挂串结构图。

图中所示：1—第一地线支架，2—第二地线支架，3—第一边横担，4—第二边横担，5—倒夹角形绝缘塔窗，6—塔身，7—塔腿；

101—内侧边一，101a—延长段一，102—外侧边一；

201—内侧边二，201a—延长段二，202—外侧边二；

301—上侧边一，302—下侧边一，303—内侧边三；

401—上侧边二，402—下侧边二，403—下侧边三；

501—中相线横担上侧边，501a—左中横担，501a—右中横担，502—上横梁，503—中横梁，504—侧梁，505—左夹角侧臂，505a—塔身支撑梁一，506—右夹角侧臂，506a—塔身支撑梁二，507—下横梁，508—中部塔窗。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。本发明中所述侧边，均是正视角度下的描述。

实施例1

如图1所示，本实施例星形输电杆塔，包括塔身6、塔腿7与倒梯形绝缘塔窗5，倒梯形绝缘塔窗5包括对称且呈夹角状设置的左夹角侧臂505、右夹角侧臂506，左夹角侧臂505、右夹角侧臂506的外侧顶部分别设置有第一边横担3、、第二边横担4；左夹角侧臂505、右夹角侧臂506的顶部之间设有相连的第一地线支架1、第二地线支架2。第二地线支架2、第二边横担4、右夹角侧臂506分别与第一地线支架1、第一边横担3、左夹角侧臂505对称设置并分别设于塔身6的两侧。

结合图2所示，本实施例以第一地线支架1与第二地线支架2的相对一侧为内侧：第一地线支架1、第二地线支架2的外侧边一101、外侧边二202分别与第一边横担3、第二边横担4一一定角度相交并连接。第一边横担3、第二边横担4为水平设置，其下侧边一302、下侧边二402分别与左夹角侧臂505、右夹角侧臂506的外侧以一定角度相交并连接。第一地线支架1的外侧边已、第一边横担3的上侧边一301与下侧边一302、倒夹角形绝缘塔窗5的左夹角侧臂505、倒夹角形绝缘塔窗5的右夹角侧臂506、第二边横担4的上侧边二401与下侧边二402、第二地线支架2的外侧边二202、第二地线支架2的内侧边二201以及第一地线支架1、第二地线支架2的延长段一101a、延长段二201a依次连接后形成星形的外框架。

上述星形外框架中，第一地线支架1的外侧边、第一边横担3的内侧边与倒夹角形绝缘塔窗5的左夹角侧臂505呈一条直线。由于第二地线支架2、第二边横担4、右夹角侧臂506的结构相同并对称设置，第二地线支架2、第二边横担4与倒夹角形绝缘塔窗5的右夹角侧臂506之间形成同样的连接结构。

第一边横担3与第二边横担4之间设有中相线横担，中相线横担的中部设有绝缘串子。第一地线支架1、第二地线支架2的延长边的连接点与中相线横担的连接点、倒夹角形绝缘塔窗5的虚拟顶边重合。中相线横担包括结构相同、对称设置、三角状的左中横担501a与右中横担501b。而第一地线支架1、第一边横担3、左夹角侧臂505、第二地线支架2、左夹角侧臂505、右夹角侧臂506均位于以绝缘串子为圆心、绝缘范围为半径形成的绝缘范围之外。

本实施例中，左中横担501a与右中横担501b的上侧边的内端端部水平并对接连成为一体，其外端端部分别与第一地线支架1同第一边横担3的连接点、第二地线支架2同第二边横担4的连接点连接固定。

如图3所示，第一边横担3、第二边横担4水平的下侧边底部设有Y型绝缘串子，供另两相导线挂设。Y型绝缘串子是一种全新的挂线方式，其在V形挂串的基础上以I串管线方式进行挂串设置。采用Y型绝缘串子能够避免由于边相导线采用V串后存在一定的间隙浪费、从而导致走廊宽度变大的缺陷，并同时能够具备较好的抗冰闪、防鸟粪闪络的能力。

第一边横担3与第二边横担4、第一地线支架1与第二地线支架2或左夹角侧臂505于右夹角侧臂506之间连接有上横梁502。上横梁502与第一边横担3、第二边横担4的下侧边位于同一直线上并与二者连接。同时，在左夹角侧臂505与右夹角侧臂506的三分之一至二分之一之间设有下横梁507，上横梁502与下横梁507之间通过两根侧梁形成三角连接结构，左夹角侧臂505、右夹角侧臂506与靠近其设置的侧梁进一步设有之间设有中横梁503。该结构下，上横梁502的两端分别与第一边横担3、左夹角侧臂505与第二边横担4、右夹角侧臂506四个结构连接，能够令上述四个结构相互支撑、协同受力。

为便于与塔身6的连接、简化输电杆塔的结构并加强连接关系，本实施例将下横梁507与塔身6顶部的上横梁502重合，还能够进一步节省塔材的使用并降低塔重。

为确保使用安全，本实施例中，上横梁502、下横梁507、侧梁504、中横梁503、中相线横担、第一地线支架1与第二地线支架2的延长边整体采用绝缘材料。而为确保塔头的结构强度，第一地线支架1、第一边横担3、左夹角侧臂505、第二地线支架2、第二边横担4、右夹角侧臂506采用钢材料。

将本实施例与传统猫头塔、酒杯塔三种塔型方案技术经济指标对比见下表：

表1

注：钢材按0.7万元/吨，复合材料按2.5万元/吨计。

三种挂线方式直线塔钢材指标对比见下表：

表2

注：铁塔钢材按7000元/吨计，绝缘子按600元/支计。

由于采用绝缘的复合材料，塔头尺寸可以被大幅度的压缩，导线投影宽度仅为8.5米，塔头高度也仅为5米，塔头结构更为简洁美观、构件数量也有所减少，因此其塔材指标相比酒杯塔可节省10%左右。

经计算，Y串挂线方式的铁塔重量与I串挂线方式略轻，这是因为Y串挂线方式的铁塔虽然横担宽度略大于I串挂线方式，但其导线合力作用点更靠近塔身6，纵向不平衡张力产生的扭矩对铁塔影响相对较小。

采用TTA软件对红星塔进行线性分析，其塔头主要构件受力情况如图2、表3所示：

表3

复合材料构件最大内力仅为50kN，在结构中主要起辅助支撑，而红星塔塔头主要传力路径和支撑构件仍然为塔头外侧的角钢主材。这样的结构布置充分发挥角钢结构稳定性和复合材料的电气绝缘性，物尽其用、优势互补。

实施例2

本实施例中位于绝缘范围中的地线支架的延长边、中相线横担、上横梁502、下横梁507、侧梁504、中横梁503的部分采用绝缘材料搭设而成。除上述外，其余部分采用钢材料制作。

实施例3

本实施例中，第一地线支架1、第二地线支架2的延长边的相交点与倒夹角形绝缘塔窗5的实体顶边的中心重合。中相线横担的上侧边低于倒夹角形绝缘塔窗5的实体，即连接点不与相交点、虚拟顶边的中心重合。

实施例4

本实施例中，第一地线支架1、第二地线支架2的延长段一101a、延长段二201a的相交点高于倒夹角形绝缘塔窗5的虚拟顶边的中心。中相线横担的连接点与倒夹角形绝缘塔窗5的虚拟顶边的中心重合。相交点所在位置设有横向的支撑梁，该支撑梁与下方的中相线横担的连接点之间设有若干侧梁加强结构连接。

基于上述，本发明提供了一种结构简单、设计合理、强度较高的供输电杆塔使用的星形结构的塔头，其通过将塔头设计为星形，大大缩小了中部塔窗508面积，进而缩小了塔头的体积与重量，使其能够适应地质较为松软且走廊受限地区的输电线路地形使用，还能够减少塔材指标的使用、降低材料成本。此外，本发明简化了结构、降低了施工难度，使其更便于搭建，能够进一步帮助缩短施工工期。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.星形输电杆塔，包括塔身、塔腿和塔头，其特征在于：塔头包括一主要由两夹角侧臂组成的倒夹角形绝缘塔窗，倒夹角形绝缘塔窗的两夹角侧臂之间设有中相线横担，中相线横担的中部设有用于挂置绝缘串子的连接点，连接点与倒夹角形绝缘塔窗的顶边中心重合；倒夹角形绝缘塔窗的两夹角侧臂的顶部外侧，分别连接有夹角形或三角状的边横担，两夹角侧臂的顶部分别连接有夹角形或三角状的地线支架，边横担与地线支架的尖角朝外设置；两地线支架的内侧边相交，相交点与倒夹角形绝缘塔窗相对固定，且与倒夹角形绝缘塔窗的顶边中心、相交点中的任一处重合或三者重合；地线支架的外侧边与边横担的上侧边之间以一定角度相交并连接；地线支架的内侧边的倾斜角度为30～90°，外侧边的倾斜角度为60～90°，内侧边的倾斜角小于外侧边；位于以连接点为中心、绝缘串子为半径的绝缘范围内的部分倒夹角形绝缘塔窗、部分或全部中横担、部分地线支架采用绝缘材料，绝缘材料为GFRP材料。

2.如权利要求1所述的星形输电杆塔，其特征在于：地线支架的其余部分、边横担、倒夹角形绝缘塔窗的夹角侧臂采用钢材料。

3.如权利要求1或2所述的星形输电杆塔，其特征在于：边横担为水平设置，其水平的下侧边底部设有Y型绝缘串子。

4.如权利要求3所述的星形输电杆塔，其特征在于：倒夹角形绝缘塔窗的两夹角侧臂之间连接有至少一处横梁，位于绝缘范围中的部分横梁或横梁整体采用绝缘材料搭设而成；位于最上方的横梁与边横担的底边位于同一直线上并与二者连接。

5.如权利要求4所述的星形输电杆塔，其特征在于：横梁包括上横梁、下横梁，上横梁位于倒夹角形绝缘塔窗的两夹角侧臂的二分之一至三分之二的高度位置之间，下横梁在上横梁下方，位于倒夹角形绝缘塔窗的两夹角侧臂的四分之一至二分之一的高度位置之间。

6.如权利要求5所述的星形输电杆塔，其特征在于：上横梁与下横梁之间通过两根侧梁形成三角结构，位于绝缘范围中的部分侧梁或侧梁整体采用绝缘材料搭设而成。

7.如权利要求6所述的星形输电杆塔，其特征在于：倒夹角形绝缘塔窗的两夹角侧臂与靠近其设置的侧梁之间设有中横梁；位于绝缘范围中的部分中横梁或中横梁整体采用绝缘材料搭设而成。

8.如权利要求4、5、6、7任一所述的星形输电杆塔，其特征在于：下横梁与塔身顶部的顶边重合。

9.如权利要求1所述的星形输电杆塔，其特征在于：边横担的内侧边与与其相连的倒夹角形绝缘塔窗的夹角侧臂呈一条直线；或者，地线支架的外侧边、边横担的内侧边与与其相连的倒夹角形绝缘塔窗的夹角侧臂呈一条直线。

10.如权利要求1所述的星形输电杆塔，其特征在于：中相线横担包括结构相同、对称设置的左中横担与右中横担；左中横担与右中横担的上侧边水平设置，并与倒夹角形绝缘塔窗的顶边重合；进一步地，左中横担、右中横担均为夹角形或三角状的横担。