第五章电力线路(2)

第五章电力线路学习内容●架空线、电缆线的结构及其导线截面的选择方法;●电缆的运行与维护。电力线路与发电厂、变电站互相连接，构成电力系统，用以输送电能。从其架设的方式来说可分为架空电力线路和电力电缆。本章讲述架空线、电缆线的结构及其导线截面的选择方法，电缆的运行与维护等。导线杆塔绝缘子避雷线图5-1架空线路的结构5.1架空电力线路的构造架空电力线路由导线、杆塔、绝缘子、防震锤、避雷线及金具等主要器件构成。5.1.1导线1．导线的结构按导线的结构可分为单股导线、多股导线和空心导线；图5-2给出各种裸导线的构造。导线的功能是用于输送电能，是电力线路的主要组成部分，它不但要具有良好的导电性能，同时还应具备机械强度高、抗腐蚀性强、质轻价廉等特点。导线通常制成绞线，导线的材料有铜、铝、钢。铜的导电性能最好，机械强度大，抗腐蚀能力强，但价格高，应尽量少用。铝的导电性能仅次于铜，机械强度差，但重量轻，价格低，所以铝绞线是架空线路应用较多的导线。钢的机械强度较高，价格低，但导电性能差，工厂一般不用钢线。为了加强铝的机械强度，采用多股绞线的钢作为线心，把铝线绞在线心的外面，称为钢心铝绞线。输配电线路应采用多股裸导线，低压配电线路可使用单股裸铜导线，用电单位厂区内的线路一般采用外包绝缘导线。2．导线的型号架空线路导线的型号由导线材料、结构、载流截面积三部分表示。其中，导线材料和结构用汉语拼音字母表示；载流截面积用数字表示，单位是mm2。导线截面积300mm2加强型绞线钢芯铝导线LGJJ–3005.1.2杆塔杆塔是架空电力线路中架设导线的支撑物，把它埋设在地上，装上横担及绝缘子，导线固定在绝缘子上。杆塔的型式与线路电压等级、线路回路数、线路的重要性、导线结构、气象条件、地形地质条件等因素有关。按杆塔的材料不同可分为钢筋混凝土杆塔、木杆塔、铁塔等。目前木杆塔已基本不用；铁塔主要用在超高压、大跨越的线路及某些受力较大的杆塔上；钢筋混凝土杆塔不仅可节省大量钢材，而且机械强度较高，使用最为广泛。按杆塔的用途可分为直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔、终端杆塔、分歧杆塔、跨越杆塔等，如图5-3所示。转角杆塔图5-3杆塔耐张杆塔直线杆塔hLf图5-4档距、弧垂、限距输电线路的术语：档距——相邻杆塔导线悬挂点之间的水平距离称为档距，用字母L表示；弧垂——导线上任意点到悬挂点连线之间在铅垂方向的距离，用字母f表示，一般情况下弧垂特指一档距内的最大弧垂；限距——导线到地面的最小距离，用字母h表示；耐张段——两个耐张杆塔之间的距离。5.1.3绝缘子绝缘子是用来固定导线的，起着支撑和悬挂导线并使导线与杆塔绝缘的作用；绝缘子同时也承受导线的垂直荷重和水平荷重，所以它应具有足够的绝缘强度和机械强度，同时对化学杂质的侵蚀具有足够的抗御能力；还能适应周围大气条件的变化，如温度和湿度变化对它本身的影响。绝缘子表面做成波纹状，凹凸的波纹形状延长了爬弧长度，而且每个波纹又能起到阻断电弧的作用。大雨时雨水不能直接从上部流到下部，因此凹凸的波纹形状又起到了阻断水流的作用。1.绝缘子种类（1）针式绝缘子针式绝缘子的型号：图5-6针式绝缘子(a)用于10kV；(b)用于35kV(a)(b)(2)悬式绝缘子图5-7悬式绝缘子悬式绝缘子的型号：(3)碟式绝缘子碟式绝缘子的型号：(4)瓷横担绝缘子瓷横担绝缘子的型号：2．悬式绝缘子串片数的确定（1）按正常工作电压计算绝缘子串的片数每一悬垂上的绝缘子个数是根据线路的额定电压等级按绝缘配合条件选定的。目前采用的主要方法是保证绝缘子串有一定的泄漏电流距离。单位泄漏距离用表示，也叫泄漏比距，它表示线路绝缘或设备外绝缘泄漏距离与线路额定电压的比值，我国的泄漏比距规定值见表5-1。由表5-1可知，对于一般地区的线路，为保证正常工作电压下不致闪络，泄漏比距不应小于1.6cm/kV，且NnSU式中，S为绝缘子串的泄漏比距，cm/kV；n为每串绝缘子的片数；为每片绝缘子的泄漏距离，cm；为线路额定电压，kV。因此，绝缘子的个数应为NUnNUS≥表5-1泄漏比距规定值（2）实际线路直杆塔采用绝缘子串的片数综合考虑工作电压下泄漏比距的要求、内部过电压下湿闪的要求、大气过电压下耐雷水平的要求，绝缘子串片数取值见表5-2。表5-2绝缘子串片数取值3.耐张杆塔的绝缘子串片数耐张杆塔绝缘子串的片数应比直杆的同型绝缘子多一片。5.1.4防震锤防震锤用来减弱导线的振动,当导线振动时，重锤因惯性不断上下甩动，使钢绞线上下弯曲，造成股间及绞线内部分子之间的摩擦而消耗一部分能量，从而削弱导线振动的能量，使导线在一定的振幅下达到能量平衡。5.1.5避雷线避雷线的作用是将雷电吸引到自身来，并将雷电流安全引入大地，从而保护架空线路免受雷击。避雷线又称架空地线，一般采用钢绞线。5.1.6金具金具是用于固定导线、绝缘子、横担等的金属部件，是用于组装架空线路的各种金属零件的总称。以下是常用的几种金具。1．悬垂线夹2.耐张线夹3.金具4.连接金具5.保护金具5.2架空线路导线截面选择5.2.1导线截面选择原则1．按经济电流密度选择输电线路和高压配电线路由于传输距离远、容量大、运行时间长、年运行费用高，导线截面积一般按经济电流密度选，以保证年运行费用最低。2．按长时允许电流选择所选导线截面保证导线在最大允许负荷电流下长时工作不致过热。3．按允许电压损失选择所选导线截面使线路电压损失低于允许值，以保证供电质量。4．按机械强度条件选择架空导线按机械强度要求的最小允许截面应满足表5-4的规定，以防止架空线受自然灾害条件影响发生断线。表5-5架空导线按机械强度要求的最小允许截面单位：mm2根据架空线路导线截面选择的基本原则，在导线截面选择时要针对不同的电力网特点，灵活运用技术经济条件，合理选择。高压架空线路导线截面的选择，首先按经济电流密度初选，然后按其他条件进行校验，最后按各种条件中最大者选取。低压架空线路往往负荷电流较大，首先按电压损失条件或按长时允许电流条件选择导线截面，再按其他条件进行校验。5.2.2架空电力线路截面选择计算1．按机械强度选择导线截面架空导线按机械强度要求的最小允许截面见表5-4。2．按经济电流密度选择导线截面年综合费用最小时所对应的截面称为经济截面，对应的电流密度称经济电流密度。我国现行的经济电流密度见表5-6。ecAecJ表5-6我国现行的经济电流密度年电能损耗与年最大负荷利用小时数有关，所以经济电流密度与有关。按经济电流密度选择导线截面应首先确定，然后根据导线材料查出经济电流密度，再按线路正常运行最大长时工作电流，由下式计算出导线经济截面(mm2)式中，为经济截面；为经济电流密度；为计算电流。。maxTmaxTmaxTmaxImaxececIAJecJecJ从相关手册中选取一种与最接近的标准截面的导线，然后再按其他技术条件校验截面是否满足要求。ecAecJecAmaxI(1)机械强度校验为了保证电力运行安全可靠，一切电压等级的电力线路都应具有必要的机械强度。架空导线按机械强度要求的最小允许截面见下表：表5-4架空导线按机械强度要求的最小允许截面单位：mm2（2）热稳定校验一切电压等级的电力线路都要按照发热条件校验导线截面。按热稳定要求的导体最小截面为式中，C为热稳定系数；为稳态短路电流；为假想时间。miniIAtC＝Iit（3）电压损耗校验为保证供电质量，导线上的电压损失应低于最大允许值，通常不超过5%。3．按长时允许电流选择导线截面当导线通过的电流超过其允许通过的电流时，将使导线过热，严重时会引起火灾和其他事故。因此，选择导线截面应使导线的长时允许电流大于线路长时最大工作电流（包括故障情况），即为环境温度25℃下的导线长时允许载流量，当环境温度为时，导线的长时允许载流量应按下式进行修正0alIm0alm0-ImaxalIIalI式中，指环境温度为时的长时允许电流；alI0为导线最高允许温度。m4．按允许电压损失选择导线截面电流通过导线时，除产生电能损耗外，由于线路上有电阻和电抗，还要产生电压损失等，影响电压质量。当电压损失超过一定的范围后，将使用电设备上的电压过低，严重影响用电设备的正常运行。按规定，高压配电线路的电压损失一般不得超过线路额定电压的5％。所以，要保证设备的正常运行，必须根据线路的允许电压损失来选择导线截面。线路的电压损失是指线路始、末两端电压的有效值之差，以表示，则U12UUU如果以百分数表示，则在选择导线截面时，实际电压损失不超过允许电压损失，即为了保证供电质量，对各类电力网规定了最大允许电压损失，见下表：alU％12%100%NUUUU%%alUU表5-9电力网最大允许电压损失百分数线路的电压损失计算如下：（1）仅末端有一集中负荷电压损失计算设三相交流线路，其终端有一集中负荷且各相负荷平衡，为始端电压，为终端电压，如图5-11(a)所示。以为基准，做出一相的电压相量图,如图5-11(b)所示。1U2U2U图5-11终端负荷线路及相量图（a）电路图，（b）相量图图5-11(b)中，式中，I为负荷电流，A；R为线路相电阻，Ω；X为线路相电抗，Ω；为负荷的功率因数角。用功率表示时：由于一相线路的电压损失为故三相对称系统的线电压损失为00NN(Pr)PRQXlUQxUU式中，P为负荷的有功功率，kW；Q为负荷的无功功率，kvar；为线路额定电压，kV；l为线路长度，km；分别为线路单位长度的电阻和电抗，Ω/km，其值查下表：NU00xr，表5-10LJ型导线的电阻和电抗（2）线路分布负荷电压损失计算分布负荷是指一条线路沿途接有许多负荷，如图5-12所示。图5-12分布负荷的线路参数与负荷分布其电压损失可根据叠加原理进行计算，求电压损失计算式为式中，分别为各分布负荷的有功及无功功率；分别为各线段上负荷的有功及无功功率；分别为电源至各负荷的线路电阻及电抗；分别为各线段上的线路电阻及电抗。iiiiii11NN11()()nniiUpRqXPrQxUUii,pqii,pqii,RXii,rx（3）按允许电压损失选择导线截面通过上述分析可知，允许电压损失是有功功率在电阻上的损失与无功功率在电抗上的损失之和，即式中，P为线路的有功功率；l为线路长度；为导线截面，mm2；为导线的导电率；为线路总的有功功率引起的电压损失，kV；为线路总的无功功率引起的电压损失，kvar。alRXUUURNalPlUUAalRNPlAUUalARUXU根据计算的选取的标准截面必须满足：alAA例5-1：从变电站架一条10kV的架空线向3个负荷供电，最大负荷年利用小时数为3000h∼5000h，导线采用LJ线，线间几何间距为1m，线路长度及各负荷如图5-13所示。该地区最高环境温度为38℃，试选择线路的导线截面（允许电压损失为5％）。图5-135.2.3闭式电网的计算闭式电网(closedpowergrid)最简单的形式是环形电网及两端供电电网。闭式电网中的每个用户都能从两个及以上的输电线获得电源。如图5-14所示。闭式电网的电压损失计算，首先根据负荷分布计算出电网的功率分布，找出功率分点，然后把闭式电网从功率分点分开，按开式电网计算电压损失的方法求出电网始端、末端的电压。闭式电网中功率分布的计算采用近似法计算闭式电网中的功率分布时，首先略去各线段中的功率损耗对功率分布的影响，求出近似的功率分布，然后根据这一功率分布，求出各线段的功率损耗，再与各点的功率相加，即得线路的功率分布。在具体近似时，先根据线路参数与负荷分布绘出等值电路图，如图5-15所示。图5-14闭式电网(a)环形电网；(b)两端供电电网当电源电压、，线路参数、、、，变电所负荷，，均为已知时，且假定各段的功率分相如图5-15所示，忽略网络损耗的影响，按基尔霍夫定律可求得各线段的功率和电压降：图5-15两端供电线路的等值电路AUBU1Z2Z3Z4ZaSbScSA121aB4abc1SSSSSSSS