工厂供电第6章 电力线路

工厂供电 第6章电力线路 Electricpowerline 电力线路是供配电系统的重要组成部分 它担负着输送和分配电能的重要任务 所以在整个供配电系统中有着重要的作用 第6章电力线路 5 1电力线路的接线方式5 2导线和电缆选择的一般原则5 3按允许载流量选择导线和电缆截面5 4按允许电压损失选择导线和电缆截面5 5按经济电流密度选择导线和电缆截面5 6电力线路的结构和敷设课堂练习 5 1电力线路的接线方式 接线方式是指由电源端 变 配电站 向负荷端 电能用户或用电设备 输送电能时采用的网络形式 电力线路的基本要求 1 供电安全可靠 2 操作方便 3 运行灵活 4 经济和有利发展 电力线路按电压高低分 1 1kV以上的高压线路 2 1kV及以下的低压线路 电力线路按结构形式分 1 架空线路 2 电缆线路 3 室内 车间 线路 5 1 1高压电力线路的接线方式 P43 44 高压线路的作用是在企业内部从总降压变电所 或配电所 以6 10kV电压向各车间变电所 建筑物变电所或高压用电设备配电 其常用的基本接线方式有 放射式 radiotype 树干式 trunttype 环形 ringliketype 小结 对于大中型工厂 其高压配电系统多优先选用放射式 对于供电要求可靠性要求不高的辅助生产区和生活住宅区 可采用比较经济的树干式或环形配电 高压放射式接线 高压放射式接线是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 1 单回路放射式 图a 接线清晰 操作维护方便 保护简单 便于实现自动化 供电可靠性较高 2 双回路放射式 图b 增加了备用线路 提高了供电可靠性 3 公共备用接线 图c 4 低压联络线路 图d 高压开关设备较多 投资较大 高压树干式接线 高压树干式接线是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接线方式 1 无备用的单树干式接线 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 2 双树干式接线 图b 提高了供电可靠性 3 两端电源的单树干式 图c 高压环形接线 对供配电系统而言 高压环形结线是树干式接线的改进 两路树干式接线联接起来就构成了环形结线 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 为了避免环形线路上发生故障时影响整个电网 也为了便于实现线路保护的选择性 因此大多数环形线路采取 开口 运行方式 即环形线路中间有一处的开关是断开的 5 1 2低压电力线路的接线方式 P44 45 低压线路的作用是从车间变电所以380 220V的电压向车间各用电设备或负荷点配电 低压配电线路接线方式有 放射式树干式环形 低压放射式接线 由变配电所低压配电屏供电给配电箱或低压用电设备 特点 1 供电可靠性较高 所用开关设备及配电线路也较多 2 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 低压树干式接线 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 图a 为低压母线放射式配电的树干式 其二次侧引出线经低压断路器引至车间内的母线上 再由母线上引出分支线给用电设备供电 图b 为 变压器 干线组 树干式结线 其二次侧引出线经过低压断路器 或刀开关 直接引至车间内 可省去变电所低压侧配电装置 简化了变电所结构 减少了投资 如图所示为变形的树干式结线叫链式接线 该接线适用于用电设备距离近 容量小 总容量不超过10kW 台数约3 5台 配电箱不超过3台的情况 低压环形接线 在两个车间变电所的低压侧 可以通过低压联络线连接起来 构成环形接线 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 小结 在工厂的低压配电系统中 往往采用几种接线方式的组合 依具体情况而定 在正常环境的车间或建筑内 当大部分设备不很大而无特殊要求时 宜采用树干式配电 B50052 95 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 为什么 接线复杂 层次过多 不仅浪费投资 维护不便 而且由于电路串联的元件过多 因操作失误或元件故障而发生事故的几率随之增加 且事故处理和恢复供电的操作比较麻烦 延长了停电时间 配电级数多 继电保护级数相应增加 动作时间也相应延长 对供电系统的故障保护十分不利 5 2导线和电缆选择的一般原则 P48 51 导线和电缆的选择包括两方面内容 选择型号 选择截面 5 2 1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 裸导线常用的型号及适用范围为 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6 10kV的线路 其受力不大 杆距不超过100 125m 2 钢芯铝绞线 LGJ 在机械强度要求较高的场合和35kV及以上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 中性线芯截面 mm2 中性线芯数 相线芯截面 mm2 相线芯数 额定电压 V 外护层代号 特征代号 内护套代号 导体材质 类别代号 电缆类别代号 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 橡皮绝缘电力电缆材质代号 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 2 常用型号及选择原则 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 交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆 已达110kV电压等级 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 5 2 2导线 电缆截面的选择原则 导线电缆截面的选择要求必须满足安全 可靠和经济的条件 其选择原则为 1 按允许载流量选择导线和电缆的截面通过导线或电缆的最大负荷电流不应大于其允许载流量 2 按允许电压损失选择导线和截面在导线和电缆 包括母线 通过正常最大负荷电流 即计算电流 时 线路上产生的电压损失不应超过正常运行时允许的电压损失 3 按经济电流密度选择导线和电缆截面经济电流密度是指使线路的年运行费用支出最小的电流密度 按这种原则选择的导线和电缆截面称为经济截面 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 如35KV以上架空线路 铜线和铝线最小截面分别为16mm2和35mm2 对电缆不必校验其机械强度 5 满足短路稳定度的条件架空线路因其散热性较好 可不作稳定性校验 绝缘导线和电缆应进行热稳定校验 母线也要校验其热稳定 选择导线截面时 要求在满足上述五个原则的基础上选择其中截面数最大的那个值 电力线路截面的选择和校验项目 校验的项目 选择的依据 5 3按允许载流量选择导线和电缆截面 5 3 1三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 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K 以求出实际的允许载流量 Ial K Ial 2 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 见附录表 附录表电缆埋地多根并列时的载流量校正系数 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 具体数据参考附录表 附录表电缆在不同土壤热阻系数时的载流量校正系数 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 5 3 2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 应不小于相线截面S 的一半 即S0 0 5S 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S0 S 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S0 S 2 保护线 PE线 截面的选择保护线截面SPE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S 16mm2时SPE S 2 当16mm2 S 35mm2时SPE 16mm2 3 当S 35mm2时SPE 0 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 例题 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 因为是三相四线制线路 所以查4根单芯线穿钢管的参数 查附录表得 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 80A al 65 0 15 0 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 5S 要求 选SPE 25mm2 5 4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 5 4 1线路电压损失的计算 P19 1 线路末端有一个集中负荷时三相线路电压损失的计算如图所示 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 注意 上式中的单位是kV 的单位是V 功率单位为kW和kvar 接有一个集中负载时线路的电压损失计算 2 接有多个集中负载时线路的电压损失计算 分段计算线路上总的电压损失为 例题 由此类推 若干线上有n个负载 n段 则总的电压损失为 若用支线负荷及电源到支线的电阻电抗表示 则有如果各段干线使用的导线截面和结构相同 上两式可简化为 或式中 Ual 为线路的允许电压损失 上式可分为两部分 第一部分为由有功负荷在电阻上引起的电压损失 Ur 第二部分为由无功负荷在电抗上引起的电压损失 Ua 其中式中 为导线的电导系数 对于铜线 0 053km mm2 对于铝线 0 032km mm2 S即为所求的导线截面 如此就有上式中 有两个未知数S和X0 但X0一般变化不大 可以采用逐步试求法 先假设一个X0 求出 Ua 和截面S 再校验 U 即 具体计算步骤为 1 先取导线或电缆的电抗平均值X0 对于架空线路 可取0 35 0 40 km 低压取偏低值 对于电缆线路 可取0 08 km 求出 Ua 2 根据 Ur Ual Ua 求出 Ur 3 根据公式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 3 8 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 几种特殊线路的电压损失 若线路所接负载均为有功负荷 因其不存在无功功率 其电压损失为 U Ur 线路的电抗很小可略去不计 如50mm2以下的电缆 此时 Ua也为零 即 U Ur 线路上接有均匀分布的负载 可以将分散的负载等效成一个接在这段线路中点上的集中负载 该负载功率为分散负载功率之和 例题 从某变电所架设一条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 1厂的负荷为有功功率800kW 无功功率560kvar 2厂的负荷为有功功率500kW 无功功率200kvar 允许电压损失为5 环境温度为25 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 Ur Ual Ua 5 0 98 4 02 则 选LJ 50 查附录表 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 校验发热情况查附录表可知 LJ 50在室外温度为25 时的允许载流量为Ial 215A 线路中最大负荷 在01段 为P p1 p2 800 500 1300kWQ q1 q2 560 200 760kvar显然发热情况也满足要求 3 校验机械强度查表可知 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可满足机械强度的要求 5 5按经济电流密度选择导线和电缆截面 选择原则从两方面考虑 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 economicsection 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 economiccurrentdensity 用符号jec表示 经济电流密度Jec与年最大负荷利用小时数有关 年最大负荷利用小时数越大 负荷越平稳 损耗越大 经济截面因而也就越大 经济电流密度就会变小 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 根据上式计算出截面后 从手册或附录表中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 例题 某地区变电站以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 选择经济截面线路计算电流为查表可知 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 275A Ic 71 6A 所以满足发热条件 3 校验机械强度查附录表可知 35kV架空铝绞线的机械强度最小截面为Smin 35mm2 S 70mm2 因此所选的导线截面也满足机械强度要求 5 6电力线路的结构和敷设 5 6 1电力线路的结构1 架空线路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 架空线路结构示意图 架空线路由导线 电杆 横担 绝缘子 线路金具等组成 导线在电杆上的排列方式 一般为三角形排列 水平排列或垂直排列等 电杆有水泥杆 钢杆和铁塔架等 横担有铁横担 瓷横担 线路的绝缘子要保证足够的电气绝缘强度与机械强度 绝缘子有针式绝缘子和悬式绝缘子两类 线路金具用来连接安装导线 安装横担和绝缘子等用到的金属部件 2 电缆线路 电缆线路由电力电缆和电缆头组成 电力电缆由三部分组成 导体 绝缘层 保护层电缆头包括 电缆中间接头 电缆终端头 示意图 5 6 2电力线路的敷设 1 架空线路架空线路的敷设原则为 1 在施工和竣工验收中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 4 电杆尺寸应满足以下要求 电压等级线路的档距不同 一般380V线路档距为50 60m 6 10kV线路档距为80 120m 同杆导线的线距与线路电压等级及档距等因素有关 380V线路线距约0 3 0 5m 10kV线路线距约0 6 1m 弧垂要根据档距 导线型号与截面积 导线所受拉力及气温条件等决定 垂弧过大易碰线 过小则易造成断线或倒杆 限距需遵循有关手册规定 档距 也称跨距 即同一线路上相邻两电杆中性线之间的距离 弧垂 架空导线最低点与悬挂点间的垂直距离 限距 导线最低点到地面或导线任意点到其他目标物的最小垂直距离 2 电缆线路 电缆线路常用的敷设方式有 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 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 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 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 改善了运行条件 且具有占用空间少 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 例如直埋地电缆应有铠装和防腐层保护 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 以免弯曲扭伤 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 注意钢管内径不能小于电缆外径的两倍 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 3 车间线路的结构和敷设 车间线路 包括室内配电线路和室外配电线路 室内配电线路大多采用绝缘导线 但配电干线则采用裸导线 裸母线结构 少数采用电缆 室外配电线路指沿车间外墙或屋檐敷设的低压配电线路 都采用绝缘导线 也包括车间之间用绝缘导线敷设的短距离的低压架空线路 1 绝缘导线的结构和敷设绝缘导线按芯线材质分 有铜芯和铝芯两种 除重要回路及震动场所或对铝有腐蚀的场所应采用铜芯绝缘导线外 一般应优先选用铝芯绝缘导线 绝缘导线的敷设方式 分明敷和暗敷两种 明敷是导线直接或在管子 线槽等保护体内 敷设于墙壁 顶棚的表面及绗架 支架等处 暗敷是导线在管子 线槽等保护体内 敷设于墙壁 顶棚 地坪及楼板等内部 或者在混凝土板孔内敷线等 2 裸导线的结构和敷设车间内的配电裸导线大多采取硬母线的结构 其截面形状有圆形 管形和矩形等 其材质有铜 铝和钢 车间中以采用LMY型硬铝母线最为普遍 现代化的生产车间 大多采用封闭式母线 亦称母线槽 布线 封闭式母线安全 灵活 美观 但耗用钢材较多 投资较大 为了识别裸导线相序 以利于运行维护和检修 GB2681 81 电工成套装置中的导线颜色 规定交流三相系统中的裸导线应按表所示涂色 裸导线涂色不仅用来辨别相序及其用途 而且能防蚀和改善散热条件 5 6 3车间动力电气平面布置 1 概述电气平面布置图按布线地区来分有 厂区电气平面布置图 车间电气平面布置图 生活区电气平面布置图按线路性质分有 动力电气平面布置图 照明电气平面布置图 弱电系统 包括广播 电话和有线电视等 电气平面布置图 2 车间动力电气平面布置图 车间动力电气平面布置图是表示供配电系统对车间动力设备配电的电气平面布置图 如图所示为某机械加工车间 一角 的动力电气平面布置图