10kV架空線の電柱を設計する方法

この記事は実際の例を組み合わせて10kV鋼管ポールの選択ロジックを精錬し、明確な一般的な規則、設計手順、および10kV架空線設計と建設で使用するための具体的な要件について議論しています。長跨間や重氷雪地域などの特殊な条件では、この基礎に基づいて追加の専門的な検証が必要であり、安全かつ信頼性の高い塔の運転を確保します。

架空送電線塔の選択に関する一般的な規則

架空線塔の合理的な選択は、設計条件への適応性、経済性、および安全性の冗長性をバランスさせ、これらの基本的な規則に従って塔のライフサイクル全体を通じて安定した荷重能力を確保しなければなりません。

設計条件の優先検証

選択の前に、導体および地線の設計氷厚、基準設計風速（地形カテゴリBによる）、および地震応答スペクトル特性周期といった主要な設計パラメータを明確に定義する必要があります。高地や強風地域などの特殊なエリアでは、欠落したパラメータによる塔の過負荷を避けるために、追加の局所気候補正係数を加える必要があります。

経済最適化原則

標準的な塔の種類と高さを優先的に選択し、塔の定格荷重能力の利用を最大化し、カスタムデザインを減らすべきです。大きな曲がり角を持つ張力塔については、位置を最適化して塔の高さを減らすことが求められます。地形の特徴に応じて高低の塔を組み合わせ、全線に高塔を使用することでコストを浪費することを避けるべきです。

安全荷重検証要件

直線塔：強度は主に強風条件によって制御されます。最大風速下での塔本体の曲げモーメントと変位を検証する必要があります。

張力塔（テンション塔、角度塔）：強度と安定性は導体の張力によって決定されます。曲がり角と最大導体使用張力を厳格に制御する必要があります。設計限界を超えた場合は構造強度を再計算する必要があります。

特殊条件：導体が交換される場合、絶縁子列の変位後の電気クリアランスがコード要件を満たしていることを確認する必要があります。より高い電圧等級の鋼塔を使用する場合、接地線保護角度が雷保護要件を満たしていることを確認する必要があります。張力塔のクロスアームが角度二等分線から逸脱する場合、塔の強度と電気安全距離を同時に検証する必要があります。

標準塔の選択プロセス

選択の合理性と安全性を確保するために、以下の7ステップの系統的な設計プロセスを遵守し、閉ループ選択ロジックを形成する必要があります。

• 気象ゾーンの決定：プロジェクト所在地の気象データに基づき、気象ゾーン（例えば氷厚、最大風速、極端な温度）を決定し、荷重計算の基盤とします。

• 導体パラメータのスクリーニング：導体タイプ（例えばACSR、アルミニウム被覆鋼芯アルミニウム）、回路数、および安全係数（通常2.5以上）を決定します。

• ストレス・サグ表のマッチング：選択された気象パラメータと導体タイプに基づいて、対応する導体ストレス・サグ関係表を取得し、適用可能な跨間範囲を決定します。

• 塔タイプの初期選択：塔の分類（直線塔、張力塔）と塔の荷重限界表に基づき、跨間と導体断面積要件を満たす塔タイプを初期スクリーニングします。

• 塔頭部とクロスアームの設計：地域の線路配置特性（例えば単回路/二重回路、同じ塔に低圧線があるか否か）に基づき、塔頭部構成（例えば230mm、250mm塔頭部）とクロスアーム仕様を選択します。

• 絶縁子の選択：標高（1000m以上の場合は絶縁レベルを補正する必要あり）と環境汚染レベル（例えば工業地域は汚染レベルIII）に基づき、絶縁子タイプ（例えば磁器、複合材）とユニット数を決定します。

• 基礎タイプの決定：地質調査報告書（土壌耐荷重、地下水位）、塔技術パラメータ、および基礎力検証結果に基づき、段付き、掘削杭、または鋼管杭基礎を選択します。

• 10kV鋼管ポールの特別設計原則

10kV架空線の特性に対応するため、鋼管ポールの設計は以下の技術要件を満たし、構造の安定性と施工の便利性をバランスさせる必要があります。

3.1 基本パラメータと適用範囲

跨間制限：直線鋼管ポールの場合、水平跨間Lh ≤ 80m、垂直跨間Lv ≤ 120m。

導体適合性：JKLYJ-10/240以下、JL/G1A-240/30以下、JL/LB20A-240/30以下のアルミニウム導体絶縁線を運搬できます。

風圧係数：風圧高度変化係数は地形カテゴリB（例えば10m高さで風圧係数1.0、20m高さで1.2）に従って一貫して計算されます。

3.2 構造と材料要件

ポール本体設計：

➻ セクショニングルール：19mポールは2セクション、22mポールは3セクション；セクションはフランジ（フランジは固体鋼板から加工され、接続禁止）で接続されます。

➻ 断面形状：主ポールは16角形の断面形状で、均一に1:65のテーパーを持ちます。

➻ 反り制御：長期荷重組合せ（氷なし、風速5m/s、年平均温度）下での最大上端反りはポール高さの5‰以下です。

➻ 力計算点：鋼管ポールの底部フランジ接続部で曲げモーメント、水平力、および下方力の設計値と標準値を計算します。

材料基準：

➼ 主ポールおよびクロスアーム：Q355グレード鋼を使用し、材料品質はクラスB以下で、材料認証書を提供する必要があります。

➼ 腐食保護：全ポール（主ポール、クロスアーム、アクセサリーを含む）には熱浸镀锌処理を使用します。ガルバリウム厚さ要求：最小≥70μm、平均≥86μm；ガルバリウム後は接着試験（グリッド法で剥離なし）が必要です。

3.3 基礎と接続設計

基礎タイプ：段付き、掘削杭、および鋼管杭基礎をサポートします。選択時には以下を考慮する必要があります：

➬ 地下水位：地下水が存在する場合、土壌浮遊単位重量と基礎浮遊単位重量を使用して耐荷重計算を行い、浮力効果を避ける必要があります。

➬ 冻胀土壤区域：基础埋深必须低于当地冻土深度（例如，在中国东北地区≥1.5m）。

接続要件：

➵ アンカーボルト：高品質のNo. 35炭素鋼を使用し、強度グレードは≥5.6；ボルト直径と数量はフランジ力（例えば19mポールにはM24ボルト8セット）に一致する必要があります。

➵ 安装过程：钢管杆通过锚栓与基础刚性连接；螺栓紧固扭矩必须满足设计要求（例如，M24螺栓扭矩≥300N·m）。

10kV直線鋼管杆选型实例

10kV直線鋼管杆根据塔头尺寸和应用场景进行分类。核心选型示例如下，涵盖单回路和双回路线路的典型条件：

4.1 230mm塔头系列钢管杆

• 杆长：19m，22m；

• 应用：10kV单回路线，同杆无低压线；

• 导线兼容性：截面≤240mm²的导线（例如，JKLYJ-10/120，JL/G1A-240/30）；

• 跨距限制：水平跨距≤80m，垂直跨距≤120m；

• 结构特点：塔头水平间距800mm，纵向间距2200mm，横担采用单臂布局（兼容单回路导线）。

4.2 250mm塔头系列钢管杆

• 杆长：19m，22m；

• 应用：10kV双回路线，同杆无低压线；

• 导线兼容性：每回路导线截面≤240mm²（例如，双回路JL/LB20A-240/30）；

• 跨距限制：水平跨距≤80m，垂直跨距≤120m；

• 结构特点：塔头水平间距1000mm，纵向间距2200mm，横担采用对称双臂布局（兼容双回路导线，避免相间干扰）。