電力線路及選擇課程課件

第五章電力線路及選擇

5.1電力線路概述5.2架空線路導(dǎo)線截面選擇5.3電力電纜導(dǎo)線截面選擇計(jì)算主要內(nèi)容5.1電力線路概述

架空線路是指室外架設(shè)在電桿上用于輸送電能的線路。導(dǎo)線材質(zhì)必須具有良好的導(dǎo)電性、耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度。5.1.1架空線路的結(jié)構(gòu)與型號(hào)

架空線路由導(dǎo)線、電桿、橫擔(dān)、拉線、絕緣子和線路金具等組成。為了防雷，有些架空線還架設(shè)有避雷線。1導(dǎo)線架空導(dǎo)線架設(shè)在空中，要承受自重、風(fēng)壓、冰雪荷載等機(jī)械力的作用和空氣中有害氣體的侵蝕，同時(shí)還受溫度變化的影響，運(yùn)行條件比較惡劣。因此，它們的材料應(yīng)有較高的機(jī)械強(qiáng)度和抗腐蝕能力，而且導(dǎo)線要有良好的導(dǎo)電性能。導(dǎo)線按結(jié)構(gòu)分為單股線與多股絞線；按材質(zhì)分為鋁（L）、鋼（G）、銅（T）、鋁合金（HL）等類型。由于多股絞線優(yōu)于單股線，故架空導(dǎo)線多采用多股絞線。鋁絞線（LJ）

導(dǎo)電率高、質(zhì)輕價(jià)廉，但機(jī)械強(qiáng)度較小、耐腐蝕性差，故多用于擋距不大的10kV及以下的架空線路。架空線路結(jié)構(gòu)示意圖鋼芯鋁絞線（LGJ）將多股鋁線繞在鋼芯外層，鋁導(dǎo)線起載流作用，機(jī)械載荷由鋼芯與鋁線共同承擔(dān)，使導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度大為提高，因而在10kV以上的架空線路中得到廣泛應(yīng)用鋁合金絞線（LHJ）機(jī)械強(qiáng)度大、防腐性能好、導(dǎo)電性亦好，可用于一般輸配電線路。

銅絞線（TJ）導(dǎo)電率高、機(jī)械強(qiáng)度大、耐腐蝕性能好，是理想的導(dǎo)電材料。但為了節(jié)約用銅，目前只限于有嚴(yán)重腐蝕的地區(qū)使用。鋼絞線（GJ）機(jī)械強(qiáng)度高，但導(dǎo)電率差、易生銹、集膚效應(yīng)嚴(yán)重，故只適用于電流較小、年利用小時(shí)低的線路及避雷線。2桿塔桿塔是用來(lái)支持絕緣子和導(dǎo)線，使導(dǎo)線相互之間、導(dǎo)線對(duì)桿塔和大地之間保持一定的距離（擋距），以保證供電與人身安全。對(duì)應(yīng)于不同的電壓等級(jí)，有一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)上比較合理的擋距，如0.4kV及以下為30～50m，6～10kV為40～100m，35kV水泥桿為100～150m，110～220kV鐵塔為150～400m等。桿塔根據(jù)所用材料的不同可分為木桿、鋼筋混凝土桿和鐵塔等三種。桿塔按用途可劃分為：直線桿、耐張桿、轉(zhuǎn)角桿、終端桿、特種桿（如分支桿、跨越桿、換位桿等）。3橫擔(dān)橫擔(dān)的主要作用是固定絕緣子，并使各導(dǎo)線相互之間保持一定的距離，防止風(fēng)吹或其他作用力產(chǎn)生擺動(dòng)而造成相間短路。目前使用的主要是鐵橫擔(dān)、木橫擔(dān)、瓷擔(dān)等。橫擔(dān)的長(zhǎng)度取決于線路電壓的高低、擋距的大小、安裝方式和使用地點(diǎn)。主要是保證在最困難條件下（如最大弧垂時(shí)受風(fēng)吹動(dòng)）導(dǎo)線之間的絕緣要求。35kV以下電力線路的線間最小距離見有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)。4絕緣子絕緣子的作用是使導(dǎo)線之間、導(dǎo)線與大地之間彼此絕緣。故絕緣子應(yīng)具有良好的絕緣性能和機(jī)械強(qiáng)度，并能承受各種氣象條件的變化而不破裂。線路絕緣子主要有針式絕緣子、懸式絕緣子。5金具用于連接、固定導(dǎo)線或固定絕緣子、橫擔(dān)等的金屬部件。常用的金具有：懸垂線夾、耐張線夾、接續(xù)金具、聯(lián)結(jié)金具、保護(hù)金具等。5.1.2電纜線路的結(jié)構(gòu)與型號(hào)電纜線路的結(jié)構(gòu)主要由電纜、電纜接頭與封端頭、電纜支架與電纜夾等組成。1電纜種類與結(jié)構(gòu)在輸、配電線路中，目前常用的1～35kV電力電纜，主要有鎧裝電纜與軟電纜兩大類。鎧裝電纜具有高的機(jī)械強(qiáng)度，但不易彎曲，主要用于向固定及半固定設(shè)備供電；軟電纜輕便易彎曲，主要用于向移動(dòng)設(shè)備供電。鎧裝電纜軟電纜2電纜型號(hào)的選擇電力電纜的型號(hào)塑料絕緣電力電纜

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕、抗酸堿、耐腐蝕，敷設(shè)安裝方便。

常用的有兩種：聚氯乙烯絕緣及護(hù)套電纜（已達(dá)10kV電壓等級(jí)）和交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電纜（已達(dá)110kV電壓等級(jí)）。常用型號(hào)及選擇原則油浸紙滴干絕緣鉛包電力電纜

可用于垂直或高落差處，敷設(shè)在室內(nèi)、電纜溝、隧道或土壤中，能承受機(jī)械壓力，但不能承受大的拉力。常用絕緣導(dǎo)線型號(hào)及選擇

塑料絕緣的絕緣性能良好，價(jià)格低，可節(jié)約橡膠和棉紗，在室內(nèi)敷設(shè)時(shí)常用。

常用塑料絕緣線型號(hào)有：BLV（BV），BLVV（BVV），BVR。電力電纜結(jié)構(gòu)示意圖環(huán)氧樹脂中間頭示意圖環(huán)氧樹脂終端頭示意圖5.2.1導(dǎo)線截面選擇原則

為了保證供電系統(tǒng)、安全可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，導(dǎo)線和電纜（含母線）的截面的選擇必須滿足下列條件：

1經(jīng)濟(jì)電流密度

高壓線路及特大電流的低壓線路，一般應(yīng)按規(guī)定的經(jīng)濟(jì)電流密度選擇和電纜的截面，以使線路的年運(yùn)行費(fèi)用（包括電能損耗費(fèi)）接近于最小，節(jié)約電能和有色金屬。5.2架空線路導(dǎo)線界面選擇長(zhǎng)時(shí)允許電流（允許載流量）

導(dǎo)線和電纜在通過(guò)計(jì)算電流時(shí)產(chǎn)生的發(fā)熱高溫，不應(yīng)超過(guò)其正常運(yùn)行時(shí)的最高允許溫度。正常運(yùn)行允許電壓損失

導(dǎo)線和電纜在通過(guò)計(jì)算電流時(shí)產(chǎn)生的電壓損耗,不應(yīng)超過(guò)正常運(yùn)行時(shí)允許的電壓損耗值。機(jī)械強(qiáng)度條件導(dǎo)線的截面應(yīng)不小于最小允許截面由于電纜的機(jī)械強(qiáng)度很好，因此電纜不校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度，但需校驗(yàn)短路熱穩(wěn)定度。5.2.2高壓架空線路導(dǎo)線截面選擇計(jì)算高壓架空線路導(dǎo)線截面的選擇，應(yīng)先按經(jīng)濟(jì)電流密度初選，然后按其他條件進(jìn)行校驗(yàn)，全部條件都校驗(yàn)合格者為所選。按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面

選擇原則從兩方面考慮：選擇截面越大，電能損耗就越小，但線路投資、有色金屬消耗量及維修管理費(fèi)用就越高；截面選擇小，線路投資、有色金屬消耗量及維修管理費(fèi)用雖然低，但電能損耗大。

從全面的經(jīng)濟(jì)效益考慮，使線路的年運(yùn)行費(fèi)用接近最小的導(dǎo)線截面，稱為經(jīng)濟(jì)截面，用符號(hào)Sec表示。

對(duì)應(yīng)于經(jīng)濟(jì)截面的電流密度稱為經(jīng)濟(jì)電流密度，用符號(hào)Jec表示。

按經(jīng)濟(jì)電流密度計(jì)算經(jīng)濟(jì)截面的公式為

式中，Ica為線路計(jì)算電流。例某變電站以35kV架空線路向一容量為3800+j2100kVA的工廠供電，工廠的年最大負(fù)荷利用小時(shí)為5600h。架空線路采用LGJ型鋼芯鋁絞線。試選擇其經(jīng)濟(jì)截面，并校驗(yàn)其發(fā)熱條件和機(jī)械強(qiáng)度。

解

1.選擇經(jīng)濟(jì)截面

查表可知，其jec=0.9A

Sec=Ic/jec=71.6/0.9=79.6mm2

選標(biāo)準(zhǔn)截面70mm2，即型號(hào)為L(zhǎng)GJ–70的鋁絞線。

2.校驗(yàn)發(fā)熱條件

查附錄表可知，LGJ–70在室外溫度為25℃時(shí)的允許載流量為Ial=275A>Ic=71.6A，所以滿足發(fā)熱條件。

3.校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度

查附錄表15可知，35kV架空鋁絞線的機(jī)械強(qiáng)度最小截面為Smin=35mm2<S=70mm2，因此所選的導(dǎo)線截面也滿足機(jī)械強(qiáng)度要。2按長(zhǎng)時(shí)允許電流選擇導(dǎo)線截面

三相系統(tǒng)相線截面的選擇：

導(dǎo)線和電纜的正常發(fā)熱溫度不得超過(guò)額定負(fù)荷時(shí)的最高允許溫度。選擇截面時(shí)須使通過(guò)相線的計(jì)算電流Ic不超過(guò)其允許載流量Ial，即

Ic≤Ial

一般決定導(dǎo)線允許載流量時(shí)，周圍環(huán)境溫度均?。?5℃作為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)周圍空氣溫度不是＋25℃，而是時(shí)，導(dǎo)線的長(zhǎng)時(shí)允許電流應(yīng)按下式進(jìn)行修正。

3按允三許電三壓損三失選三擇導(dǎo)三線截三面電流三通過(guò)三導(dǎo)線三時(shí)，三線路三兩端三電壓三不等為了三保證三供電三質(zhì)量三，對(duì)三各類三電網(wǎng)三規(guī)定三了最三大允三許電三壓損三失在選三擇導(dǎo)三線截三面時(shí)三，要三求實(shí)三際電三壓損三失ΔU％不三超過(guò)三允許三電壓三損失ΔUac％，三即5.三2.三3低壓三架空三線路三導(dǎo)線三截面三選擇對(duì)于1k三V以下三的低三壓架三空線三，與三高壓三架空三線相三比，三線路三比較三短，三但負(fù)三荷電三流較三大。三所以三一般三不按三經(jīng)濟(jì)三電流三密度三選擇三。低三壓動(dòng)三力線三按長(zhǎng)三時(shí)允三許電三流初三選，三按允三許電三壓損三失及三機(jī)械三強(qiáng)度三校驗(yàn)三；低三壓照三明線三，因三其對(duì)三電壓三水平三要求三較高三，所三以，三一般三先按三允許三電壓三損失三條件三初選三截面三，然三后按三長(zhǎng)時(shí)三允許三電流三和機(jī)三械強(qiáng)三度校三驗(yàn)。1按長(zhǎng)三時(shí)允三許電三流選三擇導(dǎo)三線截三面要求三導(dǎo)線三的長(zhǎng)三時(shí)允三許電三流不三小于三線路三的最三大長(zhǎng)三時(shí)負(fù)三荷電三流（三計(jì)算三電流三）。三即Ial≥Ica2按允三許電三壓損三失選三擇導(dǎo)三線截三面因低三壓線三路負(fù)三荷電三流大三，相三應(yīng)的三電壓三損失三也大三，故三必須三按允三許電三壓損三失來(lái)三校驗(yàn)三所選三擇導(dǎo)三線截三面。電壓三損失三的計(jì)三算公三式與三高壓三線路三相同三。3按機(jī)三械強(qiáng)三度選三擇導(dǎo)三線截三面5.三3電力三電纜三芯線三截面三選擇三計(jì)算5.三3.三1高壓三電纜三芯線三截面三選擇三計(jì)算電纜三與架三空線三相比三，散三熱條三件較三差，三故還三應(yīng)考三慮在三短路三條件三下的三熱穩(wěn)三定問(wèn)三題。三因此三高壓三電纜三截面三除按三經(jīng)濟(jì)三電流三密度三、允三許電三壓損三失、三長(zhǎng)時(shí)三允許三電流三選擇三外，三還應(yīng)三按短三路的三熱穩(wěn)三定條三件進(jìn)三行校三驗(yàn)。1按經(jīng)三濟(jì)電三流密三度選三擇電三纜截三面根據(jù)三高壓三電纜三線路三所帶三負(fù)荷三的最三大負(fù)三荷年三利用三小時(shí)三，及三電纜三芯線三材質(zhì)三，查三出經(jīng)三濟(jì)電三流密三度Je三c，然三后計(jì)三算最三大長(zhǎng)三時(shí)負(fù)三荷電三流Ic三a（如三為雙三回路三并聯(lián)三運(yùn)行三的線三路，三應(yīng)按三最大三長(zhǎng)時(shí)三負(fù)荷三電流三的一三半計(jì)三算）三，電三纜的三經(jīng)濟(jì)三截面Se三c為2按長(zhǎng)三時(shí)允三許電三流校三驗(yàn)所三選電三纜截三面根據(jù)三按經(jīng)三濟(jì)電三流密三度選三擇的三標(biāo)準(zhǔn)三截面三，查三出其三長(zhǎng)時(shí)三允許三電流Ial，應(yīng)三不小三于其三最大三長(zhǎng)時(shí)三負(fù)荷三電流三（此三時(shí)雙三回路三供電三應(yīng)按三一回三故障三的情三況考三慮）三，即KIal≥Ica（5－29）K三=三K1K2K3（5－30）3按電三壓損三失校三驗(yàn)電三纜截三面式中L——線路三長(zhǎng)度三，m；Sc——導(dǎo)線三截面三，mm2；γ——導(dǎo)線三電導(dǎo)三率，m／Ω.m三m2。4按短三路電三流校三驗(yàn)電三纜的三熱穩(wěn)三定性式中I∞——最大三三相三穩(wěn)態(tài)三短路三電流三，A；ti——短路三電流三作用三的假三想時(shí)三間，s；C——熱穩(wěn)三定系三數(shù)，5.三3.三2低壓三電纜三截面三選擇低壓三電纜三截面三選擇三與高三壓電三纜選三擇不三同，三主要三考慮三電纜三正常三運(yùn)行三時(shí)的三發(fā)熱三與電三壓損三失，三并考三慮故三障時(shí)三短時(shí)三承受三大電三流所三引起三的