第五章-电力线路及选择

EXIT第五章电力线路及选择5.1电力线路概述5.2架空线路导线截面选择5.3电力电缆导线截面选择计算主要内容EXIT5.1电力线路概述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。5.1.1架空线路的结构与型号架空线路由导线、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。EXIT1导线架空导线架设在空中，要承受自重、风压、冰雪荷载等机械力的作用和空气中有害气体的侵蚀，同时还受温度变化的影响，运行条件比较恶劣。因此，它们的材料应有较高的机械强度和抗腐蚀能力，而且导线要有良好的导电性能。导线按结构分为单股线与多股绞线；按材质分为铝（L）、钢（G）、铜（T）、铝合金（HL）等类型。由于多股绞线优于单股线，故架空导线多采用多股绞线。铝绞线（LJ）导电率高、质轻价廉，但机械强度较小、耐腐蚀性差，故多用于挡距不大的10kV及以下的架空线路。EXIT架空线路结构示意图钢芯铝绞线（LGJ）将多股铝线绕在钢芯外层，铝导线起载流作用，机械载荷由钢芯与铝线共同承担，使导线的机械强度大为提高，因而在10kV以上的架空线路中得到广泛应用EXIT铝合金绞线（LHJ）机械强度大、防腐性能好、导电性亦好，可用于一般输配电线路。铜绞线（TJ）导电率高、机械强度大、耐腐蚀性能好，是理想的导电材料。但为了节约用铜，目前只限于有严重腐蚀的地区使用。钢绞线（GJ）机械强度高，但导电率差、易生锈、集肤效应严重，故只适用于电流较小、年利用小时低的线路及避雷线。EXIT2杆塔杆塔是用来支持绝缘子和导线，使导线相互之间、导线对杆塔和大地之间保持一定的距离（挡距），以保证供电与人身安全。对应于不同的电压等级，有一个技术经济上比较合理的挡距，如0.4kV及以下为30～50m，6～10kV为40～100m，35kV水泥杆为100～150m，110～220kV铁塔为150～400m等。杆塔根据所用材料的不同可分为木杆、钢筋混凝土杆和铁塔等三种。杆塔按用途可划分为：直线杆、耐张杆、转角杆、终端杆、特种杆（如分支杆、跨越杆、换位杆等）。EXIT3横担横担的主要作用是固定绝缘子，并使各导线相互之间保持一定的距离，防止风吹或其他作用力产生摆动而造成相间短路。目前使用的主要是铁横担、木横担、瓷担等。横担的长度取决于线路电压的高低、挡距的大小、安装方式和使用地点。主要是保证在最困难条件下（如最大弧垂时受风吹动）导线之间的绝缘要求。35kV以下电力线路的线间最小距离见有关设计手册。EXIT4绝缘子绝缘子的作用是使导线之间、导线与大地之间彼此绝缘。故绝缘子应具有良好的绝缘性能和机械强度，并能承受各种气象条件的变化而不破裂。线路绝缘子主要有针式绝缘子、悬式绝缘子。5金具用于连接、固定导线或固定绝缘子、横担等的金属部件。常用的金具有：悬垂线夹、耐张线夹、接续金具、联结金具、保护金具等。EXIT5.1.2电缆线路的结构与型号电缆线路的结构主要由电缆、电缆接头与封端头、电缆支架与电缆夹等组成。1电缆种类与结构在输、配电线路中，目前常用的1～35kV电力电缆，主要有铠装电缆与软电缆两大类。铠装电缆具有高的机械强度，但不易弯曲，主要用于向固定及半固定设备供电；软电缆轻便易弯曲，主要用于向移动设备供电。铠装电缆软电缆EXIT2电缆型号的选择①电力电缆的型号EXIT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（已达10kV电压等级）和交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆（已达110kV电压等级）。②常用型号及选择原则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。EXIT③常用绝缘导线型号及选择塑料绝缘的绝缘性能良好，价格低，可节约橡胶和棉纱，在室内敷设时常用。常用塑料绝缘线型号有：BLV（BV），BLVV（BVV），BVR。电力电缆结构示意图EXIT环氧树脂中间头示意图EXIT环氧树脂终端头示意图EXIT5.2.1导线截面选择原则为了保证供电系统、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。5.2架空线路导线界面选择EXIT2.长时允许电流（允许载流量）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。3正常运行允许电压损失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。4机械强度条件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。EXIT5.2.2高压架空线路导线截面选择计算高压架空线路导线截面的选择，应先按经济电流密度初选，然后按其他条件进行校验，全部条件都校验合格者为所选。1按经济电流密度选择导线截面选择原则从两方面考虑：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；EXIT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Sec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式中，Ica为线路计算电流。2caecec,mmISJEXIT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=0.9ASec=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Smin=35mm2S=70mm2，因此所选的导线截面也满足机械强度要。EXITm0m0alalalIIIK02按长时允许电流选择导线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Ic不超过其允许载流量Ial，即Ic≤Ial一般决定导线允许载流量时，周围环境温度均取＋25℃作为标准，当周围空气温度不是＋25℃，而是时，导线的长时允许电流应按下式进行修正。EXIT3按允许电压损失选择导线截面电流通过导线时，线路两端电压不等12UUU12N%100%UUUU为了保证供电质量，对各类电网规定了最大允许电压损失在选择导线截面时，要求实际电压损失ΔU％不超过允许电压损失ΔUac％，即ac%%UUEXIT5.2.3低压架空线路导线截面选择对于1kV以下的低压架空线，与高压架空线相比，线路比较短，但负荷电流较大。所以一般不按经济电流密度选择。低压动力线按长时允许电流初选，按允许电压损失及机械强度校验；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失条件初选截面，然后按长时允许电流和机械强度校验。EXIT1按长时允许电流选择导线截面要求导线的长时允许电流不小于线路的最大长时负荷电流（计算电流）。即Ial≥Ica2按允许电压损失选择导线截面因低压线路负荷电流大，相应的电压损失也大，故必须按允许电压损失来校验所选择导线截面。电压损失的计算公式与高压线路相同。3按机械强度选择导线截面EXIT5.3电力电缆芯线截面选择计算5.3.1高压电缆芯线截面选择计算电缆与架空线相比，散热条件较差，故还应考虑在短路条件下的热稳定问题。因此高压电缆截面除按经济电流密度、允许电压损失、长时允许电流选择外，还应按短路的热稳定条件进行校验。EXIT1按经济电流密度选择电缆截面根据高压电缆线路所带负荷的最大负荷年利用小时，及电缆芯线材质，查出经济电流密度Jec，然后计算最大长时负荷电流Ica（如为双回路并联运行的线路，应按最大长时负荷电流的一半计算），电缆的经济截面Sec为2caecec,mmISJEXIT2按长时允许电流校验所选电缆截面根据按经济电流密度选择的标准截面，查出其长时允许电流Ial，应不小于其最大长时负荷电流（此时双回路供电应按一回故障的情况考虑），即KIal≥Ica（5－29）K=K1K2K3（5－30）EXIT3按电压损失校验电缆截面cNVPLUSU式中L——线路长度，m；Sc——导线截面，mm2；γ——导线电导率，m／Ω.mm2。EXIT4按短路电流校验电缆的热稳定性式中I∞——最大三相稳态短路电流，A；ti——短路电流作用的假想时间，s；C——热稳定系数，i2min,mmtSIC2/mmAsEXIT5.3.2低压电缆截面选择低压电缆截面选择与高压电缆选择不同，主要考虑电缆正常运行时的发热与电压损失，并考虑故障时短时承受大电流所引起的温升，故不再按经济电流密度选择，而是按长时允许负荷电流初选截面，再用正常运行允许电压损失和满足短路热稳定的要求进行校验，所选电缆必须满足上述所有条件。EXIT1.按长时允许负荷电流选择2.按正常运行允许电压损失选择3.按短路热稳定要求选择