首先,我們要了解電(diàn)杆到底是幹啥的~有(yǒu)人(rén)可(kě)能說了,電(diàn)杆嘛,不就是支撐電(diàn)線的麽?嗯,基本正确~電(diàn)杆的主要作(zuò)用是支撐導線和(hé)避雷線,使導線和(hé)大(dà)地及其他建築保持足夠的安全距離。作(zuò)為(wèi)支撐物,它的設計(jì)與應用是工程力學的範疇。
有(yǒu)一些(xiē)電(diàn)網基礎知識的小(xiǎo)夥伴應該知道(dào),支撐導線的除了電(diàn)杆還(hái)有(yǒu)鐵(tiě)塔,合稱“杆塔”。杆塔外形主要取決于電(diàn)壓等級、電(diàn)線回路數(shù)、地形情況及使用條件等,設計(jì)标準上(shàng)考慮風速、地面粗糙程度、地形、高(gāo)度、荷載、風速、覆冰、導線地線型号等因素。一般而言,10千伏及以下線路常用電(diàn)杆,35千伏及以上(shàng)常用鐵(tiě)塔。

真的所有(yǒu)電(diàn)杆都是圓的麽?不一定。圓形電(diàn)杆的确是主流,但(dàn)您也能看到少(shǎo)數(shù)非圓形的電(diàn)杆。那(nà)麽,為(wèi)啥電(diàn)杆要做(zuò)成圓的呢?
要注意,我們所說的“圓形”電(diàn)杆,并不是等徑實心的圓柱體(tǐ),而是空(kōng)心的“拔梢杆”,或者說是“環狀錐形杆”。上(shàng)小(xiǎo)下大(dà)可(kě)以更好滿足抗彎需求,因為(wèi)下部的彎矩較大(dà)(也就是更容易斷裂),同時(shí)也可(kě)以讓上(shàng)端固定角鐵(tiě)的抱箍自鎖(就是滑不下去啦~)。
電(diàn)杆為(wèi)啥是圓形的?
主要有(yǒu)以下原因:
1、圓形電(diàn)杆的受力性能比方形的更好
想一下我們常見的鋼筋混凝土電(diàn)杆,它立在那(nà)兒,要承受很(hěn)多(duō)“生(shēng)命不可(kě)承受之重”,比如它支撐導線、絕緣子等需要費力吧(ba),電(diàn)杆自身還(hái)有(yǒu)重量,風雨雪冰也會(huì)帶來(lái)外力作(zuò)用,如果不小(xiǎo)心斷線了,還(hái)有(yǒu)個(gè)斷線張力——就像你(nǐ)坐(zuò)公交車(chē)突然刹車(chē),慣性可(kě)能讓你(nǐ)摔跤呢。總之,各種作(zuò)用力也被統稱為(wèi)“荷載”。這些(xiē)“荷載”都需要電(diàn)杆來(lái)承受。
電(diàn)杆自身承受荷載的能力除了與材質、高(gāo)度等有(yǒu)關,與電(diàn)杆的截面形狀也有(yǒu)很(hěn)大(dà)關系。圓形截面各個(gè)方向對稱,各向同性,承載力高(gāo)。以鋼管杆為(wèi)例,分析了從圓形到多(duō)邊形到正方形截面的特性。
(摘自《電(diàn)力工程高(gāo)壓送電(diàn)線路設計(jì)手冊(第二版)》)
2、圓形電(diàn)杆相對更節省材料
面那(nà)張讓人(rén)懷疑智商的表格中,Ar 表示截面的面積,可(kě)以清楚地看到,從圓形到多(duō)邊形再到正方形,乘積系數(shù)越來(lái)越大(dà)、面積也是越來(lái)越大(dà)滴。(說人(rén)話(huà)!)就是圓環狀的電(diàn)杆更節省材料。
也有(yǒu)寶寶可(kě)能說,如果不考慮節省材料呢?圓環形的截面半徑相對更大(dà),受力性能就更好,更穩一些(xiē)哇~

3、圓形電(diàn)杆相對更美觀、方便、安全
大(dà)多(duō)數(shù)人(rén)認為(wèi),圓形電(diàn)杆更為(wèi)美觀。方便是指制(zhì)作(zuò)工藝上(shàng),對于混凝土電(diàn)杆來(lái)說,工廠是通(tōng)過離心的方式加工的,所以截面是圓環形。安全性上(shàng),如果不小(xiǎo)心撞到了電(diàn)杆上(shàng),對于肉體(tǐ)而言,有(yǒu)棱角的會(huì)更慘吧(ba)~當然,行(xíng)駛的車(chē)輛(liàng)等撞到電(diàn)杆上(shàng)的話(huà),可(kě)能差别并不大(dà)……
4、高(gāo)電(diàn)壓等級電(diàn)杆、電(diàn)塔
我們常見的是角鋼鐵(tiě)塔,也有(yǒu)使用圓形鋼管支撐的鐵(tiě)塔類型。圓形鋼管承載力高(gāo),在城市或有(yǒu)景觀要求的地方使用鋼管杆/鋼管塔也更美觀。相對方形鋼管,圓形鋼管更方便組裝,工程二次加工比較容易,尤其是構件焊接不用考慮方向的問題。

鋼管杆/鋼管塔那(nà)麽好就沒有(yǒu)任何缺點麽?嗯……也不是,畢竟它貴啊,所以鋼筋混凝土的電(diàn)杆及角鋼塔比較常見。但(dàn)是,從全壽命周期角度來(lái)看,鋼管的使用周期長,也沒有(yǒu)那(nà)麽不劃算(suàn)……
為(wèi)什麽鐵(tiě)路旁邊的電(diàn)線杆大(dà)多(duō)都是方形?
接觸網支柱選型,最好的當然是鋼柱,但(dàn)是為(wèi)了節省開(kāi)支,使用鋼筋混凝土支柱。我國鐵(tiě)路電(diàn)氣化之後,首先是“梯形水(shuǐ)泥柱”如下圖:

受力是線路左右方向,而不在順線路方向所以受力是滿足的。另外一個(gè)好處是,可(kě)以徒手爬上(shàng)去,前期檢修接觸網,爬起來(lái)非常方便。除此之外,新建高(gāo)鐵(tiě)線路,使用的是“等徑圓杆”,特點見名稱是“等徑”的。許多(duō)既有(yǒu)線也闊能改造使用這種杆子了,前面那(nà)種梯形水(shuǐ)泥柱逐漸被淘汰,現在檢修接觸網,使用軌道(dào)車(chē),已經不需要爬杆子了。

除此之外,還(hái)有(yǒu) h 型鋼柱,成本較高(gāo),大(dà)量使用于車(chē)站(zhàn)、高(gāo)架橋、橋梁等方面。
下圖“H 型鋼柱”。

還(hái)有(yǒu)一種是硬橫跨特殊支柱,使用于車(chē)站(zhàn)進出站(zhàn)那(nà)。
結論:鐵(tiě)路使用“方形”支柱,是一種錯覺,“方形”的支柱實際上(shàng)是“梯形水(shuǐ)泥支柱”,大(dà)量用于前期,現逐漸被淘汰,現階段尤其是高(gāo)鐵(tiě),随着高(gāo)鐵(tiě)的興建,既有(yǒu)線提速闊能改造,等徑圓杆占比将逐漸加大(dà)。