第五章 工厂电力线路

第五章工厂电力线路本章属于工厂供电的一次部分内容教学内容：工厂电力线路及其结线方式；工厂电力线路的结构和敷设；导线和电缆截面的选择计算；车间动力电气平面布线图；工厂电力线路的运行维护。教学重点：工厂电力线路及其结线方式；导线和电缆截面的选择计算；第一节工厂电力线路及其接线第二节工厂电力线路的结构和敷设第三节导线和电缆截面的选择第四节按允许电压损失选择导线和电缆截面第五节按经济电流密度选择导线和电缆的截面第六节电力线路运行一、高压线路的接线方式工厂高压线路有放射式、树干式和环式等基本接线方式。（一）放射式接线指变配电所高压母线上引出的一回线路直接向一个车间变电所或高压用电设备供电，沿线不支接其他负荷。第一节工厂电力线路及其接线高压线路的接线方式低压线路的接线方式（二）树干式接线指由变配电所高压母线上引出的每路高压配电干线上，沿线支接了几个车间变电所或负荷点的结线方式。与放射式接线相比，优点：（1）能减少线路的有色金属消耗量。（2）采用的高压开关数量少。（3）无需没高压配电室，投资较少。缺点：（1)供电可靠性更低，当高压配电干线发生故障或检修时，其上的所有变电所都要停电.(2)在实现自动化方面，适应性更差。提高可靠性，可采用双干式供电或两端供电的方式。NEXT（三）环式接线环式接线，实质上是两端供电的树干式接线。为了避免环式线路上发生故障时影响整个电网，也为了便于实现线路的选择性，因此多数环式线路采取“开口”运行方式，即环式线路有一处开关是断开的。三、低压线路的接线方式放射式、树干式和环式等基本接线方式。（一）放射式接线特点：其引出线发生故障时互不影响供电，可靠性较高；但在一般情况下，其有色金属消耗量较多，采用的开关设备较多。这种接线多用于供电可靠性要求高的车间，特别是用于大型设备的供电。（二）树干式接线采用的开关设备较少，有色金属消耗量也较少；干线发生故障时，影响范围大，故供电的可靠性较差。一般用于机械加工车间，机修车间，适用于供电容量较小而分布较均匀的用电设备。（三）环式接线车间变电所的低压侧，通过低压联络线相互联接成为环式。环式接线，供电可靠性比较高。任一段线路发生故障或检修时，都不致造成供电中断，或暂时停电，一旦切换电源的操作完成，就能恢复供电。环式接线，可使电能损耗和电压损耗减少，既节约电能，又提高电压水平。但是环式供电系统的保护装置及其整定配合相当复杂，如配合不当，容易发生误动作，反而扩大故障停电的范围。第二节工厂电力线路的结构和敷设架空线路是指室外架设在电杆上用于输送电能的线路。导线材质必须具有良好的导电性、耐腐蚀性和机械强度。一、架空线路的结构架空线路由导线、电杆、横担、拉线、绝缘子和线路金具等组成。为了防雷，有些架空线还架设有避雷线。架空线路结构示意图架空线路的敷设原则为：（1）必须遵循有关规程规定，以保证施工质量和线路安全运行。（2）合理选择路径，做到路径短，转角少，交通运输方便，并与建筑物保持一定的安全距离。（3）按有关规程要求，必须保证架空线路与地及其他设施在安全距离内。2.电缆线路电缆线路由电力电缆和电缆头组成。电力电缆由导体、绝缘层和保护层三部分组成。电缆头包括电缆中间接头和电缆终端头。HOMEBACKNEXT电力电缆结构示意图环氧树脂中间头示意图环氧树脂终端头示意图电缆线路常用的敷设方式：（1）直接埋地敷设施工简单，散热效果好，且投资少。但检修不便，易受机械损伤和土壤中酸性物质的腐蚀，所以如果土壤有腐蚀性的话，须经过处理后敷设。直接埋地敷设适用于电缆数量少，敷设途径较长的场合。电缆直接埋地敷设（2）电缆沟敷设投资稍高，但检修方便，占地面积少，所以在配电系统中用得很广。电缆在电缆沟内敷设示意图（3）沿墙敷设结构简单，维修方便，但积灰严重，易受热力管道影响，且不够美观。电缆沿墙敷设示意图（4）电缆桥架敷设克服了电缆沟敷设电缆时存在的积水、积灰、易损坏电缆等多种弊病，具有占用空间少、投资省、建设周期短、便于采用全塑电缆和工厂系列化生产等优点，因此在国外已被广泛应用，近年来国内也正在推广采用。敷设电缆需遵循的原则：（1）电缆类型要符合所选敷设方式的要求。（2）如果敷设条件许可，可给电缆考虑1.5~2%的长度余量，作为检修时备用。（3）电缆敷设的路径要力求少弯曲，弯曲半径与电缆外经的倍数关系应符合有关规定（4）垂直敷设的电缆和沿陡坡敷设的电缆，其最高与最低点之间的最大允许高度差不应超过规定值。（5）以下地点的电缆应穿钢管保护：电缆从建筑物引入、引出或穿过楼板及主要墙壁处；从电缆沟引出到电杆，或沿墙敷设的电缆距地面2M高度及埋入地下小于0.25M深度的一段；电缆与道路、铁路交叉的一段。（6）直埋地电缆埋地深度不得小于0.7M，并列埋地电缆相互间的距离应符合规定（如10KV电缆间不应小于0.1M）。电缆沟距建筑物基础应大于0.6M，距电杆基础应大于1M。（7）不允许在煤气管、天然气管及液体燃料管的沟道中敷设电缆；一般不要在热力管道的明沟或隧道中敷设电缆，特殊情况时可允许少数电缆放在热力管道沟道的另一侧或热力管道的下面，但必须保证不致使电缆过热；允许在水管或通风管的明沟或隧道中敷设少数电缆，或电缆与之交叉。（8）户外电缆沟的盖板应高出地面（但注意厂区户外电缆沟盖板应低于地面0.3M，上面铺以沙子或碎土），户内电缆沟的盖板应与地板平。电缆沟从厂区进入厂房处应设防火隔板，沟底应有不小于0.5%的排水坡度。（9）电缆的金属外皮、金属电缆头及保护钢管和金属支架等，均应可靠接地。第三节导线和电缆截面的选择一、导线、电缆型号的选择原则1.常用架空线路导线型号及选择（1）铝绞线（LJ）（2）钢芯铝绞线（LGJ）（3）铜绞线（TJ）（4）防腐钢芯铝绞线（LGJF）2.常用电力电缆型号及选择原则①塑料绝缘电力电缆结构简单，重量轻、抗酸碱、耐腐蚀，敷设安装方便。常用的有两种：聚氯乙烯绝缘及护套电缆和交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆。②油浸纸滴干绝缘铅包电力电缆可用于垂直或高落差处，敷设在室内、电缆沟、隧道或土壤中，能承受机械压力，但不能承受大的拉力。3.常用绝缘导线型号常用塑料绝缘线型号有：BLV（BV），BLVV（BVV），BVR。为了保证供电系统、安全可靠、优质、经济地运行，导线和电缆（含母线）的截面的选择必须满足下列条件：１.发热条件导线和电缆在通过计算电流时产生的发热高温，不应超过其正常运行时的最高允许温度。2.电压损耗导线和电缆在通过计算电流时产生的电压损耗,不应超过正常运行时允许的电压损耗值。３.经济电流密度高压线路及特大电流的低压线路，一般应按规定的经济电流密度选择和电缆的截面，以使线路的年运行费用（包括电能损耗费）接近于最小，节约电能和有色金属。４.机械强度导线的截面应不小于最小允许截面，由于电缆的机械强度很好，因此电缆不校验机械强度，但需校验短路热稳定度。HOMEBACKNEXT根据设计经验:低压动力线，因其负荷电流较大，所以一般先按发热条件来选择截面，再校验电压损耗和机械强度。低压照明线，因其对电压水平要求较高，所以一般先按允许电压损耗条件来选择截面，然后校验其发热条件和机械强度。高压架空线路，则往往先按其经济电流密度条件来选择截面，再校验其他条件。这样选择，通常容易满足要求，较少返工。按允许载流量选择导线和电缆截面三相系统相线截面的选择：导线和电缆的正常发热温度不得超过额定负荷时的最高允许温度。选择截面时须使通过相线的计算电流I30不超过其允许载流量IAL，即I30≤IAL按允许载流量选择截面时须注意以下几点：1.允许载流量与环境温度有关。若实际环境温度与规定的环境温度不一致时，允许载流量须乘上温度修正系数KΘ以求出实际的允许载流量。IAL′=KΘIAL2.电缆多根并列时，其散热条件较单根敷设时差，故允许载流量将降低，要用电缆并列校正系数KP进行校正。3.电缆在土壤中敷设时，因土壤热阻系数不同，散热条件也不同，其允许载流量也应乘上土壤热阻系数KS校正。二、中性线和保护线截面的选择1.中性线（N线）截面的选择（1）一般三相四线制线路中的中性线截面A0，应不小于相线截面AΦ的一半，即A0≥0.5AΦ（2）由三相四线制引出的两相三线制线路和单相线路，因中性线电流和相线电流相等，故中性线截面与相线截面相同，即A0=AΦ（3）如果三相四线制线路的三次谐波电流相当突出，该谐波电流会流过中性线，此时中性线截面应不小于相线截面，即A0≥AΦ2.保护线（PE线）截面的选择保护线截面APE要满足短路热稳定度的要求，按GB50054–95低压配电设计规范规定：（1）当AΦ≤16MM2时APE≥AΦ（2）当16MM2＜AΦ≤35MM2时APE≥16MM2(3)当AΦ≥35MM2时APE≥0.5AΦ3.保护中性线（PEN线）截面的选择因为PEN线具有PE线和N线的双重功能，所以选择截面时按其中的最大值选。例1有一条220/380V的三相四线制线路，采用BLV型铝芯塑料线穿钢管埋地敷设，当地最热月平均最高气温为15℃。该线路供电给一台40kW的电动机，其功率因数为0.8，效率为0.85，试按允许载流量选择导线截面。解1.计算电流2.相线截面的选择三相四线制线路，查附录表，4根单芯线穿钢管敷设的每相芯线截面为35mm2的BLV型导线，在环境温度为25℃时的允许载流量为80A，其正常最高允许温度为65℃，即Ial=80Aθal=65℃θ0=25℃温度校正系数为导线的实际允许载流量为3.保护线SPE的选择按SPE≥0.5Aφ要求，选APE=25mm2三、按经济电流密度选择导线和电缆的截面1.选择截面越大，电能损耗就越小，但线路投资、有色金属消耗量及维修管理费用就越高；2.截面选择小，线路投资、有色金属消耗量及维修管理费用虽然低，但电能损耗大。从全面的经济效益考虑，使线路的年运行费用接近最小的导线截面，称为经济截面，用符号AEC表示。对应于经济截面的电流密度称为经济电流密度，用符号JEC表示。按经济电流密度计算经济截面的公式为AEC=I30/JEC式中，I30为线路计算电流。例某变电站以35KV架空线路向一容量为3800+J2100KVA的工厂供电，工厂的年最大负荷利用小时为5600H。架空线路采用LGJ型钢芯铝绞线。试选择其经济截面，并校验其发热条件和机械强度。解1.选择经济截面查表可知，其JEC=0.9AAEC=IC/JEC=71.6/0.9=79.6MM2选标准截面70MM2，即型号为LGJ–70的铝绞线。2.校验发热条件查附录表可知，LGJ–70在室外温度为25℃时的允许载流量为IAL=275AIC=71.6A，所以满足发热条件。3.校验机械强度查附录表15可知，35KV架空铝绞线的机械强度最小截面为AMIN=35MM2A=70MM2，因此所选的导线截面也满足机械强度要。四、按允许电压损失选择导线和电缆截面线路的电压损失不宜超过规定值：高压配电线路的电压损失，一般不超过线路额定电压的5%；从变压器低压侧母线到用电设备受电端的低压配电线路的电压损失，一般也不超过用电设备额定电压的5%（以满足用电设备要求为准）；对视觉要求较高的照明电路，则为2%~3%。线路电压损失的计算1.线路末端有集中负荷时三相线路电压损失计算集中负荷S=P+JQ，线路额定电压为UN，线路电阻为R，电抗为X。设每相电流为I，负荷的功率因数为cosφ2，线路首端和末端的相电压分别为Uφ1、Uφ2，以末端电压Uφ2为参考轴作出一相的电压相量图，如图下图所示。由相量图可以看出，线路相电压损失为：△UΦ=UΦ1－UΦ2=AEAE线段的准确计算比较复杂，由于Θ角很小，所以在工程计算中，常以AD段代替AE段，其误差不超过实际电压损失的5%，所以每相的电压损失为△UΦ=AD=AF+FD=IRCOSΦ2+IXSINΦ2=I(RCOSΦ2+XSINΦ2)换算成线电压损失为所以式中，P、Q为负荷的三相有功功率和无功功率。线路电压损失一般用百分值来表示，即或注意UN的代入计算单位是KV，△U的单位是V，而需要把UN转化为V，所以才会在上两式中出