河南理工大学现代供电技术总结第五章电力线路的选择.doc

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1、河南理工大学现代供电技术总结第五章 电力线路的选择河南理工大学现代供电技术总结第五章 电力线路的选择第五章电力线路的选择第一节电力线路概述架空线：主要优点：1)设备简单，造价低（为电缆的造价的1/4）；2)易于检修和维护；露置空中，依靠定期巡线便能及时发现缺陷；3)利用空气绝缘，建造比较容易；存在问题：1）侵占地面位置，有碍交通。导线距地高度及距邻近建筑物的距离都有明确的规定；2）易受环境影响、安全可靠性较差3）影响厂区美化电缆：不占地面空间，美化环境，有利于地面设施的布置，并且不受外界气候条件的影响，故障率低；但有价格高，输送容量小，敷设维修困难，难于发现和排除故障的缺点。一、架空线路的结构

2、架空线路由导线、电杆、横担、绝缘子和线路金具等主要元件组成，见右图。为了防雷，有的架空线路上还在电杆顶端架避雷线（架空地线）。为了加强电杆的稳固性，有的电杆还安装有拉线或板桩。（一）导线导线是线路的主体，担负着输送电能（电力）的功能。铝绞线（LJ）导电性能较好，重量轻，机械强度较小，耐腐蚀性差。多用于610kV的线路。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。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。（二）杆塔杆塔是支持导线的支柱，是架空线路的重要组成部分。对电杆的要求，主要是有足够的机械强度，同时尽可能经久耐

3、用，价廉，便于搬运和安装。杆塔按其采用的材料分，有木杆、水泥杆和铁塔等三种。（三）横担横担安装在电杆的上部，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。（四）绝缘子绝缘子又称瓷瓶。线路绝缘子用来将导线固定在电杆上，并使导线与电杆绝缘。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。（五）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。二、电缆线路的结构1铠装电缆(1)铠装电缆是传输和分配电能的一种特殊

4、导线。它由导体、绝缘层和保护层和铠装层组成。(2)导体即电缆线芯，一般由多根铜线或铝线绞合而成。(3)绝缘层作为相间及对地的绝缘，(4)保护层又分内护层和外护层。内护层用来直接保护绝缘层，外护层用以防止内护层免受机械损伤和腐蚀。(5)铠装层：钢丝或钢带缠绕。2软电缆软电缆分为橡胶电缆与塑料电缆（无铠装）两种。第二节导线截面选择一、导线截面选择原则为使供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，截面的选择必需满足下列条件：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.电压损失条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算

5、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。3.经济电流密度35KV及以上高压线路及电压35KV以下但距离长、电流大的线路，其导线和电缆截面按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。企业内的10KV及以下线路，通常不按此原则选择。4.机械强度导线（包括裸导线和绝缘导线）截面应不小于其最小允许截面。架空裸导线的最小允许截面见表5-1。对于电缆，由于它有内外护套，机械强度一般满足要求，不需校验。但需校验短路热稳定度。母线也应校验短路稳定度。二、导线截面选择计算（一）按经济电流密度选择导线截面(1)选择截面越大，线路阻抗越小，电能损耗就越小。(2)截面选择越小，线路投资、有色金属消耗

6、量及维修管理费用虽然低，也就是比较经济。(3)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。(4)对应于经济截面的线路负荷电流密度称为经济电流密度。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，损耗越小，经济截面因而也就越大，经济电流密度就会变小。按经济电流密度选择导线截面，应先确定Tmax，然后根据导线材料查出经济电流密度Jec，按线路最大长时负荷电流Ilo.m（设计阶段用计算电流Ica），由下式求出经济截面。Ica2S,mmecJec选取等于或稍小于S的标准截面S再校验其他条件即可。SSecl，lec（二）

7、按长时允许电流选择导线截面按长时允许电流选择导线截面应满足线路最大长时负荷电流Ilo.m（设计阶段用计算电流Ica，以下照此处理。）不大于导线长时允许电流Ial的条件，即IalIca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，导线的长时允许电流应按下式进行修正。0IalmIalIalKm0对于电缆，还应当考虑到电缆的敷设方式对散热条件的影响。如果几根电缆并排，由于电缆互相影响，使散热条件变坏，其允许温度还应乘以并排修正系数K3。电缆埋于土中，土壤的热阻系数不同，散热条件也不同，应乘以土壤热阻修正系数K2。KIalK1K2K3IalIal因此电缆的允许电流应按

8、下式计算：（三）按允许电压损失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，以表示U1U2UUUagacU%100%12UN线路电压损失的计算1.接有一个集中负载时线路的电压损失计算相电压损失UU1U2agacabbcIRcosIXsin三相对称系统的线电压损失为U3IRcosXsin用功率表示PRQX1UPr0Qx0UUNN2.接有多个集中负载时线路的电压损失计算Q1q1q2q3P1p1p2p3PppQ2q2q322333P3=p3pi、qi各分布负荷的有功及无功功率；Pi、Qi各线段上负荷的有功及无功功率；ri、xi各线段上的电阻及电抗；Ri、Xi电源至和负荷的线路电阻及电

9、抗。分段计算1n1n线路上总的电压损失为UpiRiqiXiPriiQixiUUN1N1UU2）根据RUUX求出此时的R。alUR有功负荷在电阻上引起的电压损失，Ual线路的允许电压损失。（3）导线或电缆的截面为：PlScaUNUR根据此值选择标准截面SSca（4）根据所选的标准截面及敷设方式，查出r0和x0，计算线路实际的电压损失，与允许电压Q=q损失比较。如不大于允许电压损失则满足要求，否则加大导线或电缆截面，重新校验，直到所选截面满足允许电压损失的要求为止。高压架空线一般按经济电流密度选择；低压动力线按长时允许电流选；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

10、面。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。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。例51从变电所架设一条10kV架空线向三个负荷供电，最大负荷年利用小时为30005000h；导线采用LJ线，线间几何均距为1m，线路长度及各负荷如图59所示。该地区最热

11、月最高气温月平均值为42，配电线路允许电压损失为4%，试选择该10kV线路的导线截面。1求各负荷点的有功功率及无功功率p10000.8800kWp35000.8400kWp24000.9360kW1q24000.436174.4kvarq35000.6300kvarq110000.6600kvar2计算各线段的平均功率因数及电流pp1p2p3coscos0.8222AB22pqp1p2p3q1q2q3p2p37600.85cosBC22895.91p2p3q2q3根据负荷电流的计算式可分别求得各线段的最大长时负荷电流为3100.82400ICB28.87A3100.803按经济电流密度选择导线

12、截面IAB1560109.84AIBC7603100.8551.62A根据Tmax为30005000h，由表52查得LJ型导线的经济电流密度Jec为1.15A/mm2。故各段按经济电流密度初选的导线截面为SIAB109.8495.51mm2ABJec1.15I51.622SBCBC44.89mmJec1.15I28.872SCDCD25.1mmJec1.15选择LJ95型铝绞线。选择LJ35型铝绞线。选择LJ25型铝绞线。4按长时允许电流校验各段截面由表53查得LJ95为325A，LJ35为170A，LJ25为135A。由于该地区最热月最高气温月平均值为42。故要对长时允许电流进行修正，其修正

13、系数QmQ0704228K0.79QmQ0702545则各段长时允许电流修正值为LJ95为257A，LJ35为134A，LJ25为107A，均大于各段的最大长时负荷电流，故合格。5按允许电压损失校验导线截面查表56，得各段导线单位长度的电阻与电抗值r0.360.50.18x0.3340.50.17ABABrBC0.961.51.44xBC0.3661.50.55rCD1.3311.33xCD0.3710.37nn线路总的电压损失为PriiQixi11UUABUBCUCDUN=15600.187601.444001.3310740.174740.553000.3710281+1094+532+1

14、82+261+111=246V10电压损失百分数为U246U%100%100%2.46%4%UN10000故电压损失符合要求。6按机械强度校验由表53查得10kV非居民区最小允许截面为25mm2故所选各段导线均符合规定。主要内容：架空线路导线截面积的选择计算扩展阅读：河南理工大学现代供电技术总结第一章 供电系统第1章供电系统第一节电力系统基础一、电力系统发电厂一般建在燃料、水力等丰富的地方，与用户距离一般很远。为降低输电线路的电能损耗，发电厂的电能经过升压变压器再经输电线路传输（高压输电）；经高压输电线路送到距用户较近的降压变电所，经降压分配给用户。连接发电厂和用户之间的环节称电力网，由各级变

15、电所和电力线路组成。发电厂、电力网和用户组成的统一整体称为电力系统,起着电能生产、变换、输送、分配和消费的作用。电力系统电力网发电机升压变压器输电线路降压变压器电能用户一次系统（高电压）：在工程实际中，常把发电、输变电和配电等环节叫做一次系统。二次系统（低电压）：保证一次系统安全/可靠/经济运行的信息系统及其操作机构。包括继电保护、测量和调度等环节。供配电系统工厂供配电系统由总降压变电所、高压配电线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。1总降压变电所:总降压变电所负责将35110kV的外部供电电压变换为610kV的厂区高压配电电压，给厂区各车间变电所或高压电动机供电。2车间变电所:车间变

16、电所将610kV的电压降为380/220V，再通过车间低压配电线路，给车间用电设备供电。3配电线路:配电线路分为厂区高压配电线路和车间低压配电线路。主要电气设备符号电力变压器(T)隔离开关(QS)不允许带电流操作负荷开关(QL)只能分断工作电流断路器(QF)能分断任何电流电流互感器(TA)相当于一个电流源，二次最大输出电流为5A，为电流表、功率表、电度表等提供电流。电压互感器(TV)相当于一个小型变压器，二次最高输出100V标准电压。母线(WB)是解决一个电源与多个负荷之间供电的好办法，又叫汇流排。在原理上母线是电路上的一个电气接点，起着接受、集中和分配电能的作用。二、电力负荷的分类及对供电的

17、要求级别停电影响一级人身伤亡，重大设备损坏，政治经济上重大损失允许停电时间备用电源投入时间，特别重要负荷不允许停电对供电电源要求举例两个独立电源供电双回路供电无特殊要求二级政治、经济造成较大损失，设备局部损坏大量减产等允许短时停电几分钟三级不属于一、二级的负荷停电影响不大炼钢厂的炼钢炉、医院、人民大会堂纺织厂，化工厂电力系统运行应满足的基本要求1.安全：包括设备安全及人身安全2.可靠:保证不间断的供电3.优质：电能质量4.经济：电厂煤耗、电网网损、节约用电三、电力系统的额定电压电气设备的额定电压，就是能使电气设备长期运行时获得最好经济效果的电压。电力网额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术

18、经济上的合理性、电机电器制造工业的水平等因素，经全面研究分析，由国家制定颁布的。从电气设备制造的角度和电力工业的发展来看，额定电压等级不宜过多。电网（线路）额定电压等级:低压：380V,660V高压：3，6，10，35，110，220，330，500kV用电设备:用电设备的额定电压和电网的额定电压一致。发电机:发电机的额定电压一般比同级电网的额定电压高出5%，用于补偿线路上的电压损失。变压器:变压器的一次绕组：相当于是用电设备，所以规定变压器一次绕组的额定电压与受电设备额定电压相同。注意：但当变压器一次绕组直接与发电机相连时，变压器一次绕组的额定电压与发电机额定电压相等。变压器的二次绕组对于用

19、电设备而言，相当于供电设备。第一种情况比用电设备额定电压高10%:其中5%用于补偿变压器满载供电时，一、二次绕组上的电压损失；另外5%用于补偿线路上的电压损失，因此适用于变压器供电距离较长时的情况。第二种情况比用电设备额定电压高5%:当变压器供电距离较短时，可以不考虑线路上的电压损失，只需要补偿满载时变压器绕组上的电压损失即可。线路的平均额定电压线路的平均额定电压指线路始端最大电压（变压器空载电压）和末端用电设备额定电压的平均值。由于线路始端最大电压比电网额定电压高10%，因而线路的平均额定电压比电网额定电压高5%。各级分别为：0.4kV，3.15kV，6.3kV,10.5kV,37kV，63

20、kV，115kV，230kV，346kV，525kV。例1.已知下图所示系统中电网的额定电压，试确定发电机和变压器的额定电压。GT1T2L110kVL2L3110kV6kVM图1.2.1例1.2.1图发电机G的额定电压：UNG=1.05UNL1=1.0510=10.5（kV）变压器T1的额定电压：U1NT1=UN.G=10.5（kV）(变压器T1的一次绕组与发电机直接相连，所以其一次绕组的额定电压取发电机的额定电压)U2NT1=1.1UNL2=1.1110=121(kV)变压器T1的变比为：10.5/121kV变压器T2的额定电压：U1NT2=UNL2=110（kV）U2NT2=1.05UNL

21、3=1.056=6.3(kV)(变压器直接与电动机相连，供电距离较短，可以不考虑线路上的电压损失。)变压器T2的变比为：110/6.3kV四、电能的质量指标供电质量包括电能质量和供电可靠性两方面。电能质量是指电压、频率和波形的质量。电能质量的主要指标有：频率偏差、电压偏差、电压波动和闪变、高次谐波（电压波形畸变）及三相电压不平衡度等。1电压UUN理想：幅值恒为额定值的三相对称正弦电压U%100%U(1)电压偏差：电网实际电压与额定电压之差N实际电压偏高或偏低对用电设备的运行有影响以照明日炽灯为例，电压升高，则光效高，但寿命减少；电压降低，则光效严重下降。U(2)电压波动：电压波动是指电压的急剧

22、变化。maxUmin100%UN大容量冲击性负荷（电弧炉等）运行时，剧烈变化的负荷电流将引起线路压降的变化，从而导致电网发生电压波动；引起灯光闪烁；使电动机转速脉动、电子仪器工作失常等。电压闪变：电压波动引起灯光闪烁，对人眼产生的刺激效应。(3)高次谐波：当电网电压波形发生非正弦畸变时，电压中出现高次谐波。产生原因：电力系统自身谐波；用户方面：大功率变流设备、电弧炉等非线性用电设备所引起。危害：供电系统能耗增大；电气设备尤其是静电电容器过流、绝缘老化加快；干扰自动化装置和通信设施的正常工作。2.频率频率的质量是以频率偏差来衡量。我国规定，电力系统的额定频率为50Hz，频率的允许偏差不得超过0.

23、5Hz，容量大于3000MW的用户，频率偏差不得超过0.2Hz。3.电压波形电压波形的质量是以正弦电压波形畸变率来衡量的。一、对电力系统接线方式的要求安全可靠规定条件和规定时间内保证不中止供电的能力操作方便，运行灵活能适应系统或本厂所的各种运行方式且运行方式相互转换灵活。经济合理投资费用和运行费用。便于发展具有初期终期扩建的灵活方便性三、变电所的主接线变电所的电气主接线是由电力变压器、各种开关电器、电流互感器、电压互感器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备以一定次序相连接的接受和分配电能的电路。（一）有汇流母线的主接线母线（bus）实质上是主接线电路中接受和分配电能的一个电气联

24、结点，形式上它将一个电气联结点延展成一条线，以便于多个进出线回路的联结。有汇流母线的主接线是我国目前广泛采用的接线形式，按母线设置组数的不同，又可分为单母线接线和双母线接线两大类。1单母线接线常用的单母线接线方式有单母线制和单母线分段制（1）单母线制单母线制形式如图所示，是有汇流母线的主接线中结构最为简单的一类。在这种接线中所有电源和引出线回路都连接于同一母线上。单母线制的可靠性和灵活性都较低，母线或连接于母线上的任一隔离开关发生故障或检修时，都将影响全部负荷的用电。（1）单母线分段接线为了提高单母线接线的供电可靠性和灵活性，可采用断路器分段的单母线接线，如图所示，图中的QF3称为分段断路器。

25、2.双母线接线对于特别重要的负荷，当采用单母线分段接线，可靠性不能满足要求时，可考虑采用双母线接线，如图所示。W1为工作母线，W2为备用母线，其间通过断路器QF连接起来，QF称为母联断路器。(二）无汇流母线的主接线前面分析的各种有母线的主接线形式中所采用的断路器数目一般都大于连接回路的数目，造成整个配电装置占地面积大，建设成本高。对于一些对经济性要求较高的场合，在满足主接线可靠性要求的前提下，可考虑采用无汇流母线的主接线。常见的有单元式接线和桥式接线。1.单元式接线线路-变压器组接线单元式接线用于只有一回进线和一回出线的场合，只有一种运行方式，如图所示。这种这主接线形式只适用于向三级负荷供电。

26、2.桥式接线当只有两台变压器和两条线路时，可以采用桥式接线。桥式接线是单母线分段接线中进出线回路数相同，且取消进线或出线断路器时的特殊情况，将此时的母线分段断路器称为桥断路器。桥式接线可分为：内桥式接线、外桥式接线、全桥式接线（1）内桥式接线L1L2桥断路器在进线断路器的内侧（即变压器侧），则称为内桥式接线，如图(a)所示。内桥式接线的特点是：线路的投切比较方便，变压器QF1QF2的投切比较复杂，所以内桥式接线适用于进线线路较长，负荷比较平稳，变压器不需要经常投切的场合。QF3(1)L1故障QS1仅QF1跳闸，T1及其它回路继续运行T1T2(2)T1检修断开QF3、QF1，再拉开QS1，出线l

27、1停电L1关合QF和QF1，恢复L1供电。(2)外桥式接线桥断路器在进线断路器的外侧（即进线侧），则称为外桥式接线，如图(b)所示。QS2外桥式接线的特点和内桥相反：它适用于进线线路较短、负荷变化较大，变压器需要经常切换的场合。(1)L1故障QS1QF3和QF1同时自动跳闸，T1被切除断开QS2，合QF1和QF3，恢复T1运行。QF1(2)T1检修仅停QF1和QS1（3）全桥式接线跨接桥居中，进线回路与变压器均装有断路器，称为T1全桥式接线。特点：适应性强，供电可靠性高，操作方便，运行灵活，容易扩展成单母线分段的中间变电所；缺点是设备多，投资大，占地面积大。适用于负荷较大，对供电要求较高的大型

28、终端变电所。L2QF3QF2T2第四节电网中性点运行方式电力系统的中性点：星形连接的变压器或发电机的中性点。特点：三相对称交流系统中性点电位为零。电力系统中性点有三种运行方式：(1)中性点直接接地大电流接地系统(2)中性点不接地(3)中性点经消弧线圈接地小电流接地系统中性点运行方式的选择：主要取决于单相接地时电气设备绝缘要求及供电可靠性。一、中性点不接地方式A正常运行时负荷UAUBUC0IAIBIC0BCCCCIC结论：三相电压对称，三相导线对地电容电流也是对称的，三相电容电流相量之和为零，这说明a.电路图没有电容电流经过大地流动。适用范围3kV60kV的电力系统单相金属性接地故障时(C相)U

29、AICAICBIB0ICCIA00IPEIC0UCUBb.矢量0UCU(U)UUBBCBC负荷U(U)UUAACACC相接地时，系统的接地电流为A、B两相对地电容电流之和。I(II)IE3ICAECACBIE3IC0/XC3UA/XC3IC0ICAUA即一相接地的电容电流为正常运行时每相对地电容电流IC0的3倍。中性点不接地系统单相接地故障的结论0a.故障相对地电压降为零；非故障相对地电压升高为线电压，且相位相差60。因此，线路及各种电气设备的绝缘要按线电压设计，绝缘投资所占比重加大，显而易见，电压等级越高绝缘投资越大。b.三相之间的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍能照常运行，但允许继续运

30、行的时间不能超过2h。c.接地电流在故障处可能产生稳定的或间歇性的电弧。如果接地电流大于30A时，将形成稳定电弧，成为持续性电弧接地，这将烧毁电气设备和可能引起多相相间短路。如果接地电流大于5A10A，而小于30A，则有可能形成间歇性电弧；间歇性电弧容易引起弧光接地过电压，其幅值可达（2.53）U，将危害整个电网的绝缘安全。如果接地电流在5A以下，当电流经过零值时，电弧就会自然熄灭。二、中性点经消弧线圈接地方式消弧线圈？安装在变压器或发A电机中性点与大地之间的具有ICAB负铁芯的电感线圈当发生单相接地故障荷ICB时，接地故障相与消弧C线圈构成了另一个回ICICC路，接地故障相接地电ICCICB

31、ICALIL流中增加了一个感性CCC电流，它和装设消弧线圈前的容性电流的方向刚好相反，相互补偿，减少了接地故障点的故障电流，使电弧易于自行熄灭，从而避免了由此引起的各种危害，提高了供电可靠性。ICAICBICCILIPE消弧线圈的补偿方式负荷全补偿方式：按IL=IC选择消弧线圈的电感，使接地故障点电流为零，此即全补偿方式。即使电容电流被完全补偿，故障点还是会流过一个不大的电阻电流。欠补偿方式：按IL过补偿方式：按ILIC选择消弧线圈的电感，此时接地故障点有剩余的电感电流流过。三、中性点直接接地特点：1、供电可靠性不如电力系统中性点不接地和经消弧线圈接地方式。如发生单相接地时即形成单相接地短路，

32、接地相电流很大。2、迅速切除接地相甚至三相，供电中断，可靠性低3、非故障相对地电压不变，电气设备的绝缘水平只需按电力网的相电压考虑，可以降低工程造价。3、适用于110KV及以上系统；4、380/220V低压供电系统（方便接单相负荷）电力系统、电力网、电力负荷分级及其各自的供电方式；额定电压（用电设备的额定电压，发电机及变压器的额定电压5%（？），10%（？）；电能的三个质量指标；无备用系统的接线方式（单回路放射式、干线式）；有备用系统的接线包括哪几种；桥式接线的特点及分类；单母分段及单母线制接线；最大运行方式（22）及最小运行方式（22）；对于大中型工矿企业及重要的城区35kv变电所，其最佳运行方式为全分列运行；电网中性点运行方式分类及其各自的特点；对于380v/220v低压配电系统，我国广泛采用中性点直接接地的运行方式。第 16 页 共 16 页