第6章 电力线路

第六章 电力线路,第一节 电力线路的结线方式第二节 导线和电缆选择的一般原则第三节 按允许载流量选择导线和电缆截面第四节 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截面第六节 电力线路的结构和敷设,第一节 电力线路的结线方式,一、 高压电力线路的结线方式1.高压放射式结线 高压放射式结线单回路放射式（图a）：结线清晰，操作维护方便，保护简单，便于实现自动化，供电可靠性较高。双回路放射式（图b）：增加 了备用线路，提高了供电可靠性；公共备用结线（图c）：低压联络线路（图d）：特点：高压开关设备较多，投资较大。,2.高压树干式结线 高压树干式结线 无备用的单树干式结线 ：图a，变配电所的出线减少，高压开关柜相应也减少，可节约有色金属的消耗量 ，供电可靠性差。 双树干式结线：图b，提高 了供电可靠性。 两端电源的单树干式 ：图c。,3.高压环形结线 高压环形结线 特点：运行灵活，供电可靠性高。在现代化城市配电网中应用较广。,高压树干式结线,高压环形结线,二、 低压电力线路的结线方式1.低压放射式结线 低压放射式结线 特点：供电可靠性较高，所用开关设备及配电线路也较多。多用于用电设备容量大，或负荷性质重要，或车间内负荷排列不整齐，或车间为有爆炸危险的厂房，必须由与车间隔离的房间引出线路等情况。2.低压树干式结线 低压树干式结线 特点：引出配电干线较少，采用的开关设备自然较少，但供电可靠性差。在机械加工车间、工具车间和机修车间应用比较普遍,3.低压环形结线 低压环形结线 特点：供电可靠性较高，保护装置整定配合比较复杂，易发生误动作。 B5005295供配电系统实际规范中规定：供配电系统应简单可靠，同一电压供电系统的变配电级数不宜多于两级。,低压放射式结线,低压树干式结线,低压环形结线,第二节导线和电缆选择的一般原则,导线和电缆的选择包括两方面内容：选择型号；选择截面一、导线、电缆型号的选择原则,导线和电缆的选择根据其使用环境、工作条件等因素确定。户外架空线路10KV及以上电压等级一般采用裸导线，380V电压等级一般采用绝缘导线。裸导线常用的型号：（1）铝绞线（LJ） 导电性能较好，重量轻，对风雨作用的抵抗力较强，但对化学腐蚀作用的抵抗力较差。多用于610kV的线路。 （2）钢芯铝绞线（LGJ） 在机械强度要求较高的场合和35kV及以上的架空线路上多被采用。,（3）铜绞线（TJ）导电性能好，机械强度好，对风雨和化学腐蚀作用的抵抗力都较强，但价格较高。（4）防腐钢芯铝绞线（LGJF）具有钢芯铝绞线的特点，同时防腐性好，一般用在沿海地区、咸水湖及化工工业地区等周围有腐蚀性物质的高压和超高压架空线路上。,2.常用电力电缆型号及选择原则 （1）电力电缆型号的表示和含义 3 1 依次含义为：类别代号 ：Z油浸纸绝缘电力电缆 V聚氯乙烯绝缘电力电缆 YJ交联聚乙烯绝缘电力电缆 X橡胶绝缘电力电缆,导体材质 ：L铝导体 LH铝合金导体 T铜导体 TR软铜导体 内护套代号 ：Q铅包 L铝包（现不生产） V聚氯乙烯护套 特征代号 ：P滴干式 D不滴流式 F分相铅包式 外护层代号 ：02聚氯乙烯套 03聚乙烯套 20裸钢带铠装 30裸细圆钢丝铠装 40裸粗圆钢丝铠装额定电压（V） ；相线芯数 ；相线芯截面（mm2）；中性线芯数 ；中性线芯截面（mm2）,（2）常用型号及选择原则塑料绝缘电力电缆（BLV、BLVV、BVR） 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。,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常用的绝缘导线型号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。,二、导线、电缆截面的选择原则,1.按允许载流量选择导线和电缆的截面2.按允许电压损失选择导线和截面 3.按经济电流密度选择导线和电缆截面 4.按机械强度选择导线和电缆截面这是对架空线路而言的。要求所选的截面不小于其最小允许截面（见附录表15）。对电缆不必校验其机械强度。 5.满足短路稳定度的条件,第三节按允许载流量选择导线和电缆截面,一、 三相系统相线截面的选择,通过相线的计算电流Ic不超过其允许载流量Ial，即IcIal,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。,2.电缆多根并列时，要用电缆并列校正系数KP进行校正。见附录表A-14-6,3.电缆在土壤中敷设时，允许载流量也应乘上土壤热阻系数KS校正。4计算电流Ic的选取：对降压变压器高压侧的导线，取变压器额定一次电流I1NT；对电容器的引入线，考虑电容器充电时有较大涌流，所以选高压电容器的引入线时，取电容器额定电流INc的1.35倍，选低压电容器的引入线应为电容器额定电流的1.5倍。,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S0 S00.5S （2）由三相四线制引出的两相三线制线路和单相线路 S0=S （3）如果三相四线制线路的三次谐波电流相当突出 S0S,2.保护线（PE线）截面的选择 （1）当S16mm2时 SPES,（2）当16mm2S35mm2时 SPE16mm2 (3) 当S35mm2时SPE0.5S,3.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取。,例61 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）计算线路中的计算电流,（2）相线截面的选择查附录表132得，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=83A al=65oC 0 =25oC 0 =15oC,温度校正系数为：,导线的实际允许载流量为 ：,Ial = KIal= 1.12 80A = 89.6A IC = 89A,所选相线截面满足允许载流量的要求。,（3）保护线截面SPEN的选择 按SPEN0.5S要求，选SPEN=25mm2 所以选择BLV型铝芯塑料导线BLV-500-3*35+1*25。,第四节按允许电压损失选择导线和电缆截面,一、电压损失,1.电压降落：线路两端电压的相量差称电压降落,即,2.电压损失：线路两端电压的代数差称电压损失,即 U = U1 - U2,电压损失一般以百分数表示，即电压损失的有名值与额定电压之比的百分数表示,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，一般不超过5%；对视觉要求较高的照明电路，则为2%3%。,二、线路电压损失计算,1.线路末端有一个集中负荷时三相线路电压损失的计算,线路末端有一个集中负荷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cos2，线路首端和末端的相电压分别为U1、U2，以末端电压U2为参考轴作出一相的电压相量图，如图所示。,(a)末端接有一个集中负荷的三相线路 (b)末端接有一个集中负荷的三相线路其中一相的电压矢量图,由相量图可以看出，线路相电压损失为： U=U1U2=ae 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U=ad=af+fd=IRcos2+IXsin2=I(Rcos2+Xsin2)换算成线电压损失为,因为,所以,在实际计算中，常采用线路的额定电压UN来代替U2，误差极小，所以线电压损失为,电压损失百分数为,2. 沿线有多个集中负荷时电压损失,以带三个集中负荷的三相线路为例，图下图所示。图中，P1、Q1、P2、Q2、P3、Q3为通过各段干线的有功和无功功率；p1、q1、p2、q2、p3、q3为各支线的有功和无功功率；r1、x1、r2、x2、r3、x3为各段干线的电阻和电抗；R1、X1、R2、X2、R3、X3为从电源到各支线负荷线路的电阻和电抗；l1、l2、l3为各干线的长度；L1、L2、L3为从电源到各支线负荷的长度；I1、I2、I3为各段干线的电流。,因为供电线路一般较短，线路上的功率损耗略去不计。（1）用干线负荷及干线的电阻电抗计算通过第一段干线的负荷为P1= p1+ p2+ p3,Q1= q1+ q2+ q3；通过第二段干线的负荷为P2= p2+ p3, Q2= q2+ q3；通过第三段干线的负荷为P3=p3,Q3=q3；线路上每段干线的电压损失为,线路上总的电压损失为,推广到线路上有n个集中负荷时的情况，线路电压损失的计算公式为,（2）用支线负荷及支线到电源的电阻电抗计算 同理可得：,（3）若线路截面相同，则,（4）对于全线的导线型号规格一致的“无感”线路（均一无感线路），电压损失计算公式为,例6-2 已知LJ50：r0=0.64/km，x0=0.38/km；LJ70：r0=0.46/km，x0=0.369/km；LJ95：r0=0.34/km，x0=0.36/km。计算图6-11所示供电系统的电压损失： 1）1WL、2WL导线型号均LJ70 2）1WL为LJ95，2WL为LJ50,解：（1）1WL、2WL导线型号均LJ70时的电压损失,（2）1WL为LJ95，2WL为LJ50时的电压损失,1WL的损失：,2WL的损失：,总电压损失：,3.均匀分布负荷线路的电压损失计算,设单位长度线路上的负荷电流为i0，则微小线段dl的负荷电流为i0dl。负荷电流i0dl流过线路（长度为l，电阻为R0l）所产生的电压损失为：,三、按允许电压损失选择导线和电缆的截面,令I=i0L2,I为与均匀分布负荷等效的集中负荷，表明带有均匀分布负荷线路的电压损失,可将分布负荷集中于分布线段的中点，按集中负荷来计算。,式中，Ual%为线路的允许电压损失。,逐次试求法具体计算步骤为 ：,（公式一）,（公式二）,（1）先取导线或电缆的电抗平均值（对于架空线路，可取0.350.40/km，低压取偏低值；对于电缆线路，可取0.08/km），求出Ur%。,（2）根据Ua%=Ual%Ur%求出Ua%。（3）根据公式（公式二）求出导线或电缆的截面S。并根据此值选出相应的标准截面。（4）校验。根据所选的标准截面及敷设方式，查出R0和X0，按式（公式一）计算线路实际的电压损失，与允许电压损失比较，如不大于允许电压损失则满足要求，否则重取电抗平均值回到第（1）步重新计算，直到所选截面满足允许电压损失的要求为止。,例6-3 某变电所架设一条10KV的架空线路，向工厂1和2供电，如图所示。已知导线采用LJ型铝绞线，全线导线截面相同，三相导线布置成三角形，线间距为1m。干线01的长度为3km，干线12的长度为1.5km。工厂1的负荷为有功功率800kW，无功功率560kvar，工厂2的负荷为有功功率500kW，无功功率200kvar。允许电压损失为5%，环境温度为25oC，按允许电压损失选择导线截面，并校验其发热情况和机械强度。,解：（1）按允许电压损失选择导线截面 因为是10KV 架空线路，所以初设X0=0.38/km，则,Ua%=U%-Ur%= 50.98 =4.02,查附表A-16-1，选LJ-50 ：几何均距为1000mm，截面为50mm2的LJ型铝绞线的X0=0.355/km，R0=0.64/km，实际的电压损失为,故所选导线LJ-50满足允许电压损失的要求。,（2）校验发热情况,查附表A-12-1可知，LJ-50在室外温度为25oC时允许载流量为Ial=215A；,线路中最大负荷(在01段)为 P = p1 +p2 = 800 + 500 = 1300 kW Q = q1 +q2 = 560 + 200 = 760 kvar,显然发热情况也满足要求。,（3）校验机械强度,查附表A-15-1可知，高压架空裸铝绞线的最小允许截面为35mm2，所以所选的截面50mm2 满足机械强度要求。,第五节 按经济电流密度选择导线和电缆的截面,一、选择导线和电缆截面的经济原则,（1） 选择截面越大，电能损耗就越小，但是线路投资、有色金属消耗量及维修管理费用就越高。（2） 截面选择越小，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。我国现行的经济电流密度如表6-1所示。,二、按经济电流密度选择导线和电缆的截面,按经济电流密度计算经济截面的公式为,根据上式计算出截面后，从手册中或附录表A-12、A-13、A-14选取一种与该值最接近（可稍小）的标准截面，再校验其他条件即可。,例6-3 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6-1可知，其jec=0.9A/mm2；所以 Sec=Ic/jec=71.6/0.9=79.6mm2选择准截面70mm2，即型号为LGJ-70的铝绞线。,（2）校验发热条件查附表A-12，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A-15，35kV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求。,第六节 电力线路的结构和敷设,一、 电力线路的结构,1架空线路的结构 架空线路由导线、电杆、横担、绝缘子、线路金具等组成。,钢芯铝绞线图,导线排列：三角形、水平、垂直。,导线结构：单股线、多股绞线（如图为LGJ）,电杆：水泥、钢、铁