按经济电流密度选择导线截面.ppt

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1、第5章 电力线路,本章学习内容 架空线路 电缆线路,3,电力线路的基本概念,输送电能的线路通称为电力线路。电力线路分为输电线路和配电线路。由发电厂向电力负荷中心输送电能的线路及电力系统之间的联络线称为输（送）电线路。由电力负荷中心向各个电力用户分配电能的线路称为配电线路。,4,电力线路由导线和杆塔及其它器件构成，将 发电厂、变电站、用户互相连接，构成电力 系统或电力网，用以输送电能。电力线路从其担负的输送电能的能力可分为 输电线路、高压配电线路、低压配电线路。,从发电厂或变电站升压，把电力输送到降压变 电站的高压电力线路，叫输电线路。电压一般 在35kV以上。降压变电站把电力送到配电变压器的电

2、力线路，叫高压配电线路。电压一般在3kV，6kV，10kV。从配电变压器把电力送到一般用户的线路，叫 低压配电线路，电压一般为380V，220V。,线路的基本概念,6,线路的基本概念,2、电力线路的类型 根据电力线路架设的方式不同，电力线路可分为架空电力线路和电力电缆。,7,5.1 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。,8,5.1.1 导线,1导线的结构 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。,按导线的结构可分为单股导线、多股导线和空心导线。,单股

3、线,一种金属的多股导线,两种金属的多股导线,按导线使用的材料可分为：铝绞线（LJ）：导电率高，质轻价廉。但机械强度差，耐腐蚀性差，多用于档距不大 的10kV以下的架空线路。钢芯铝绞线（LGJ）：多股铝线绕在钢芯外层。由于集肤效应电流主要从铝导线通过，而机械载荷主要由钢芯承担。因其机械强度大，在架空线路中广泛应用。,铝合金绞线（LHJ）：机械强度大，防腐蚀性能好，导电率高，应用于一般输配电线路。铜绞线（TJ）：导电率高于铝绞线，机械强度大，防腐蚀性能好，但是成本高。钢绞线（GJ）：机械强度高，但导电率差，且易生锈、集肤效应严重，只用于电流小、年利用率低的线路及避雷线。,12,2导线的型号,架空线

4、路导线的型号由导线材料、结构、载流截面积三部分表示。例如：LGJJ-300表示加强型钢芯铝绞线，截面积为300mm2。,13,3、导线的适用,输配电线路采用多股裸导线，若输送功率大，对导线的机械强度要求高，应采用钢芯铝导线。（钢芯铝导线广泛采用在35kV及以上的线路中）220kV及以上的线路，采用分裂导线。（为减少电晕和干扰，提高线路的输电能力）架空线一般采用裸露导线。低压配电线路一般使用外包绝缘导线。,在架空电力线路中杆塔的作用是架设固定导线。根据杆塔在电力线路中的位置和受力情况，又分为不同类型。,5.1.2 杆塔,15,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

5、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。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。,1、直线杆塔 直线杆塔位于线路的直线段上，用于支撑线路的垂直荷载（如重力）和水平荷载（如风荷），因为安装在两个耐张杆塔之间又称中间杆塔。直线杆塔上的导线是用线夹和悬式绝缘子串挂在横担上。直线杆塔在正常情况下，支撑线路的垂直和水平荷载；当杆塔一侧发生断线时，它要承受相邻两档导线的不平衡张力。直线杆塔在架空线路中用的最多，约占杆塔数的80%。,直线杆塔,18,2、耐张杆塔 线路在运行中可能发生断线事故，为了防止事故的扩大，在一定距离内安装耐张杆塔。耐张

6、杆塔承受线路正常纵向张力和事故时的断线张力。耐张杆塔上的导线是用耐张绝缘子串（或碟式绝缘子）和耐张线夹固定在杆塔上。耐张杆塔在正常情况下，承受与直线杆塔相同的荷载，承受导线和避雷线的不平衡张力。当杆塔一侧发生断线时，它要承受断线张力，防止整个线路杆塔顺线路方向倾倒，将线路故障（如断线、倒杆）限制在一个耐张段内。,耐张杆塔,3、转角杆塔 线路所经的路径尽量走直线，在需要改变线路走向的转弯处设置的杆塔叫转角杆塔。由于两侧导线的张力不在一条直线上，因而除承受线路的垂直和水平荷载外，还有角度力。,4、终端杆塔 终端杆塔用于线路的首端和终端，由于杆塔上只有一侧有导线，所以承受线路单侧全部的拉力。5、分歧

7、杆塔 分歧杆塔设置在分支线路与干线相连接的地方。6、跨越杆塔 跨越杆塔用于线路跨越铁路、河流、山谷及其他交叉跨越的地方。当跨越档距较大时，采用特殊设计的跨越杆塔。,24,25,绝缘子的作用 固定导线。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。,5.1.3 绝缘子,26,绝缘子种类,架空线常用的绝缘子有针式绝缘子、碟式绝缘子、悬式绝缘子、瓷横担绝缘子等形式。绝缘子还有高压绝缘子和低压绝缘子之分。,绝缘子,28,29,

8、在架空线路运行期间，由于受到风力的作用，在导线（包括地线）的背风面产生涡流。在一定的条件下，导线会产生周期性的振荡。导线的振动危害性很大，除了引起导线断股外，还可能使金具配件磨损、松动，造成杆塔的损坏。微风振动是导线振动的主要形式，国内普遍安装防振锤等来达到防振的目的。如果选用设计正确的防振锤，一般可以使架空导线的振动应力减少90%以上。,5.1.4 防震锤,30,防振锤有两个锤头，用一根钢绞线连接。在钢绞线中部有个线夹，以利于安装在导线上。钢绞线与锤头组成了弹簧、阻尼、质量系统，振动时通过钢绞线内摩擦和股间摩擦消耗能量，达到抑制导线振动之目的。当导线振动时，重锤因惯性不断上下甩动，使钢绞线上

9、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。,5.1.4 防震锤,防震锤的作用,32,33,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。,5.1.5 避雷线,34,避雷线,35,金具的作用 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。常用的几种金具：悬垂线夹将导线固定在直线杆塔的悬垂绝缘子串上或将 避雷线固定在非直线杆塔上。,5.1.6 金具,悬垂绝缘子串,悬垂线夹,耐张线夹的主要作用是将导线固定在非直线杆

10、塔的耐张绝缘子串上或将避雷线固定在直线杆塔上。,耐张绝缘子串,耐张线夹,38,39,5.2 架空线路导线截面选择,导线截面的选择对电网技术、经济性能影响很大，在选择导线截面时，既要保证供电的安全可靠，又要充分利用导线的负荷能力。因此，要综合考虑技术、经济效益来选择合理的导线截面积。,40,为了保证供配电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆截面时必须满足下列条件：,1发热条件 导线和电缆（包括母线）在通过正常最大负荷电流（即线路计算电流）时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。2电压损耗条件 导线和电缆在通过正常最大负荷电流（即线路计算电流）时产生的电压损耗，不应超过正

11、常运行时允许的电压损耗。（对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。）,3经济电流密度 35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但长距离、大电流的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。4机械强度 导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。5短路时的动、热稳定度校验 和一般电气设备一样，导线也必须具有足够的动稳定度和热稳定度，以保证在短路故障时不会损坏。6与保护装置的配合 导线和安装在其线路上的保护装置（如熔断器、低压断路器等）必须互相配合，才能有效地避免短路电流对线路造成的危害。,42,5.2.1 导线截面选择原则,1按经济电流密度选择 输

12、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 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 架空线的最小允许截面应满足规定，以防止架空线受自然灾害条件影响发生断线。,44,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。,5.2.2 架空电力线路截面选择计算,（1）区域电力网。这种电力网的特点是电压高，线路较长，输送容量与最大负荷利用小时数都较大，首先

13、应按按经济电流密度初选，然后按电晕电压校验和热稳定校验。,（2）地方电力网。由于电压较低且调压困难，因此这种电力网中的导线截面按电压损失为首要条件来选择，再校验其他条件。,45,（3）低压配电网。由于线路较短，低压损失较易满足，这种电力网中的导线截面主要按热稳定和机械强度来决定。,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，宜按电压损失条件或按长时允许电流条件选择导线截面，再按其他条件校验，但不按经济电流密度选择。110kV及以上的高压输电线路还应进行电晕电压校验，才能决定最小允许截面积。,46,1按机械

14、强度选择导线截面,注：与各种工程交叉施工时，铝及铝合金最小截面为35mm2，其他不小于16mm2。,架空线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。,47,2按经济电流密度选择导线截面,导线截面积大小对电网的运行费用有密切关系，按经济电流密度选择导线截面可使年综合费用最低，年综合费用包括电流通过导体所产生的年电能损耗费、导电投资、折旧费和利息等。,这种从全面的经济效益考虑，使线路的年运行费用接近最小,同时又适当考虑有色金属节约的导线截面，称为经济截面 S，对应的电流密度称经济电流密度。,表5-5 我国现行的经济电流密度,49,按上式计算出A e c后，从相关手

15、册选出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。,2按经济电流密度选择导线截面,首先确定,(5-5),式中，为线路正常运行最大长时工作电流。,根据导线材料查出J e c,计算经济截面A e c,50,（1)机械强度校验,2按经济电流密度选择导线截面,为了保证电力运行安全可靠，一切电压等级的电力线路都具有必要的机械强度。对于跨越河流、运河、山谷、通信线路和居民区的线路，其导线截面不应小于35mm2。通过其他地区的线路最小允许截面：35kV以上线路为25 mm2，35kV及以下线路为16 mm2。,51,式中，为热稳定系数；为稳态短路电流；为假想时间。,（2)热稳定校验,一

16、切电压等级的电力线路都要按照发热条件校验导线截面。所选导线的最大允许持续电流应大于该线路在正常或故障后运行方式下可能通过的最大持续电流。,2按经济电流密度选择导线截面,按热稳定要求的导体最小截面为：,52,为保证供电质量，按规定，高压配电线路（610kV）的允许电压损耗不得超过线路额定电压的5；从配电变压器二次侧出口到用电设备受电端的低压输配电线路的电压损耗，一般不超过设备额定电压（220V、380V）的5%；对视觉要求较高的照明线路，则不得超过其额定电压的2%3%。如果线路的电压损耗超过了允许值，则应适当加大导线或电缆的截面，使之满足允许电压损耗的要求。,（3）电压损耗校验,2按经济电流密度

17、选择导线截面,53,对于10kV及以下电压等级的线路，如果电压调整问题不能或不宜（经济上不合算）由别的措施解决时，可按允许电压损耗选择导线截面。但是如果导线截面已大于95 mm2，再继续增大导线截面对降低电压损耗的作用就不大了。对于35kV及以上电压等级的线路，一般都不采用增大导线截面的办法来减少电压损耗。,54,当环境温度为 时，导线的长时允许载流量应进行修正：,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,表5-7裸导线的长时允许电流（环境

18、温度为25，导线最高允许稳定70）,例:某地区变电站以35kV架空线路向一容量为（3800+j2100）kVA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。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；工厂的计算电流为：,查表5-5可知，其Jec=0.9A/mm2；所以:,选择准截面70mm2，即型号为LGJ-70的铝绞线。,（2）校验发热条件查表5-6，LGJ-70在室外温度为25oC时允许载流量为Ial=275AIC=71.6A，所以满足发热条件。,（3）校验机械强度查附表5-4，35kV架空铝绞线的机械强度最小截面为 Amin=

19、35mm2A=70mm2 因此，所选的导线截面也满足机械强度要求。,58,4按允许电压损失选择导线截面,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；从母线到用电设备的线路损耗，一般不得超过用电设备额定电压的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：,以百分数表示：,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，见表5-8。,表5-8 电力网最大允许电压损失百分数,60,（1）终端负荷电压损失计算,一相电压损失：,线电压损失：,设三相

20、交流线路，其终端有一集中负荷且各相负荷平衡。始端电压为，终端电压为，做一相的电压相量图。,表5-9 LJ型导线的电阻和电抗,62,分布负荷是指一条线路沿途接有许多负荷，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,（2）分布负荷电压损失计算,63,根据计算的截面，选取的标准截面，即,（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,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3000h5000h，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

21、度为38，试选择线路的导线截面（允许电压损失为5）。,(1)求线段中的有功及无功功率,解：,（2）计算各线段的平均功率因数及电流,根据平均功率的计算式,则有AB段的平均功率因数,BC段的平均功率因数,根据负荷电流的计算式,分别求得各线段负荷电流：,AB段,BC段,CD段,（3）按经济电流密度选择导线截面,根据Tmax3000h5000h，查表5-5得LJ的经济电流密度为1.15A/mm2。故各段按经济电流密度选择的导线截面如下：,AB段,选择标准截面为95mm2的铝绞线LJ 95。,BC段,选择标准截面为35mm2的铝绞线LJ-35。,CD段,选择标准截面为25mm2的铝绞线LJ-25。,查表

22、5-6得LJ-95为325A，LJ-35为170A，LJ-25为1350A。因为该地区最高环境温度为38，故应该进行修正,修正后得各段导线允许电流值：LJ-95为273A，LJ-35为142.8A，LJ-25为113.4A,均大于各段的负荷电流。,（4）按长时允许电流校验各段导线截面,电压损失百分数为,（5）按允许电压损失校验导线截面,查表5-9得各段导线单位长度的电阻与电抗，故,线路总的电压损失为,69,（6）按机械强度校验,查表5-4得10kV非居民区最小允许截面为25mm2。所选各段导线均符合规定。,70,5.3电缆线路的结构,电力电缆作用是传输和分配电能。主要用于城区、厂区、国防工程和

23、电站等必须 采用地下输电的场合。一般设在地下的廊道内。电缆线路的结构主要由电缆线、电缆接头与封 端头、电缆支架与电缆夹等组成。,71,电力电缆线路的优点：,1）运行可靠。所以发生故障的几率较少。2）供电安全，不会对人身造成各种危害。3）维护工作量小，无需频繁地巡视检查。4）不需要架设杆塔，使市容整洁，交通方便，还能节省钢材。5）电力电缆的充电功率为电容性功率，有助于提高功率因数。缺点是成本高，价格昂贵（约为架空线路的10倍）。,72,5.3.1 电缆的构造,电力电缆主要由三大部分组成：线芯、绝缘层、保护覆盖层。,73,74,线芯起传导电流的作用，一般由铜或铝的多股线绞合而成。电缆线芯的断面形状

24、有圆形、半圆形、扇形、空心形和同心形圆筒等。电缆可分单芯、双芯、三芯、四芯等多种。,1、线芯,2芯,3芯,4芯,75,2绝缘层,绝缘层承受电压，起绝缘作用。电缆的绝缘可分为相绝缘和带绝缘，相绝缘是每个线芯的绝缘，带绝缘是是将多芯电缆的绝缘线合在一起，然后再于其上施加绝缘，这样可使线芯相互绝缘，并与外皮隔开。绝缘层所用的材料很多，如橡胶、聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯、棉、麻、纸、矿物油等。,76,3保护覆盖层,保护层是用于保护电缆的绝缘层使其在运输、敷设和运行中不受外力的损伤和水分的侵入。保护层又分为内护层和外护层。内护层直接挤包在绝缘层上，保护绝缘不与空气、水分或其他物质接触。外护层是保护内护

25、层不受外界机械损伤和腐蚀。为了防止外力破坏，在电缆外层以钢带绕包钢带铠装，并在铅包与钢带铠装之间，用浸沥青的麻布做衬垫隔开，以防止铅皮被钢带扎破，钢甲的外面再用麻带浸渍沥青作保护层，以防腐蚀。,77,5.3.2 电缆的形式及型号,形式按线芯数分：单芯、双芯、三芯、四芯等。按结构分：统包式、屏蔽式和分相铅包式等。应用于超高压系统的新式电力电缆有充油式、充气式和压气式等。,电力电缆的型号及字母含义,79,电力电缆的型号,例 铝芯纸绝缘铅包裸钢带铠装干绝缘表示如下,80,5.3.3 电缆接头与电缆终端头,电缆敷设完毕以后，必须将各段连接起来，使之成为一个连续的线路。这些起到连续作用的接点叫做电缆接头。一条电缆线路首端或末端用一个盒子来保护电缆芯的绝缘，并把内导线与外面的电气设备相连接，这个盒子叫终端头。,81,