1、第五章第五章 电力线路电力线路学习内容学习内容架空线、电缆线的结构及其导线截架空线、电缆线的结构及其导线截面的选择方法面的选择方法;电缆的运行与维护。电缆的运行与维护。电力线路与发电厂、变电站互相连接，构电力线路与发电厂、变电站互相连接，构成电力系统，用以输送电能。从其架设的方式成电力系统，用以输送电能。从其架设的方式来说可分为架空电力线路和电力电缆。来说可分为架空电力线路和电力电缆。本章讲述架空线、电缆线的结构及其导线本章讲述架空线、电缆线的结构及其导线截面的选择方法，电缆的运行与维护等。截面的选择方法，电缆的运行与维护等。导线导线杆塔杆塔绝缘子绝缘子避雷线避雷线图图5-1 架空线路的结构架
2、空线路的结构5.15.1架空电力线路的构造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。雷线及金具等主要器件构成。5.1.1 5.1.1 导线导线 1 1导线的结构导线的结构 按导线的结构可按导线的结构可分为单股导线、多股导分为单股导线、多股导线和空心导线；图线和空心导线；图5-2 5-2 给出各种裸导线的构造。给出各种裸导线的构造。导线的功能是用于输送电能，是电力线路的主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
3、械强度高、抗腐蚀性强、质轻价廉等特还应具备机械强度高、抗腐蚀性强、质轻价廉等特点。点。导线通常制成绞线，导线的材料有铜、铝、导线通常制成绞线，导线的材料有铜、铝、钢。铜的导电性能最好，机械强度大，抗腐蚀能钢。铜的导电性能最好，机械强度大，抗腐蚀能力强，但价格高，应尽量少用。铝的导电性能仅力强，但价格高，应尽量少用。铝的导电性能仅次于铜，机械强度差，但重量轻，价格低，所以次于铜，机械强度差，但重量轻，价格低，所以铝绞线是架空线路应用较多的导线。钢的机械强铝绞线是架空线路应用较多的导线。钢的机械强度较高，价格低，但导电性能差，工厂一般不用度较高，价格低，但导电性能差，工厂一般不用钢线。为了加强铝的
4、机械强度，采用多股绞线的钢线。为了加强铝的机械强度，采用多股绞线的钢作为线心，把铝线绞在线心的外面，称为钢心钢作为线心，把铝线绞在线心的外面，称为钢心铝绞线。铝绞线。输配电线路应采用多股裸导线，低压配电输配电线路应采用多股裸导线，低压配电线路可使用单股裸铜导线，用电单位厂区内的线线路可使用单股裸铜导线，用电单位厂区内的线路一般采用外包绝缘导线。路一般采用外包绝缘导线。2 2导线的型号导线的型号 架空线路导线的型号由导线材料、结构、载架空线路导线的型号由导线材料、结构、载流截面积三部分表示。其中，导线材料和结构用流截面积三部分表示。其中，导线材料和结构用汉语拼音字母表示；载流截面积用数字表示，单
5、汉语拼音字母表示；载流截面积用数字表示，单位是位是mmmm2 2。导线截面积导线截面积300mm300mm2 2加强型加强型绞线绞线钢芯钢芯铝导线铝导线L G J J 300 5.1.2 5.1.2 杆塔杆塔 杆塔是架空电力线路中架设导线的支撑物，杆塔是架空电力线路中架设导线的支撑物，把它埋设在地上，装上横担及绝缘子，导线固定把它埋设在地上，装上横担及绝缘子，导线固定在绝缘子上。杆塔的型式与线路电压等级、线路在绝缘子上。杆塔的型式与线路电压等级、线路回路数、线路的重要性、导线结构、气象条件、回路数、线路的重要性、导线结构、气象条件、地形地质条件等因素有关。地形地质条件等因素有关。按杆塔的材料不
6、同可分为钢筋混凝土杆塔、按杆塔的材料不同可分为钢筋混凝土杆塔、木杆塔、铁塔等。木杆塔、铁塔等。目前木杆塔已基本不用；铁塔目前木杆塔已基本不用；铁塔主要用在超高压、大跨越的线路及某些受力较大主要用在超高压、大跨越的线路及某些受力较大的杆塔上；钢筋混凝土杆塔不仅可节省大量钢材，的杆塔上；钢筋混凝土杆塔不仅可节省大量钢材，而且机械强度较高，使用最为广泛。而且机械强度较高，使用最为广泛。按杆塔的用途可分为直线杆塔、耐张杆塔、按杆塔的用途可分为直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔、终端杆塔、分歧杆塔、跨越杆塔等转角杆塔、终端杆塔、分歧杆塔、跨越杆塔等，如图如图5-35-3所示。所示。转角杆塔转角杆塔 图图5-3
7、 5-3 杆塔杆塔耐张杆塔耐张杆塔直线杆塔直线杆塔hLf图图5-4 5-4 档距、弧垂、限距档距、弧垂、限距输电线路的术语：输电线路的术语：l档距档距相邻杆塔导线悬挂点之间的水平距离称为档距，相邻杆塔导线悬挂点之间的水平距离称为档距，用字母用字母L表示；表示；l弧垂弧垂导线上任意点到悬挂点连线之间在铅垂方向的距导线上任意点到悬挂点连线之间在铅垂方向的距离，用字母离，用字母f表示，一般情况下弧垂特指一档距内的最大弧垂；表示，一般情况下弧垂特指一档距内的最大弧垂；l限距限距导线到地面的最小距离，用字母导线到地面的最小距离，用字母h表示；表示；l耐张段耐张段两个耐张杆塔之间的距离。两个耐张杆塔之间的
8、距离。5.1.3 5.1.3 绝缘子绝缘子 绝缘子是用来固定导线的，起着支撑和悬挂绝缘子是用来固定导线的，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。件的变化，如温度和湿度变化对它本身的影响。绝缘子表面做成波纹状，凹凸的波纹形状延绝缘子表面做成波纹状，
9、凹凸的波纹形状延长了爬弧长度，而且每个波纹又能起到阻断电弧长了爬弧长度，而且每个波纹又能起到阻断电弧的作用。大雨时雨水不能直接从上部流到下部，的作用。大雨时雨水不能直接从上部流到下部，因此凹凸的波纹形状又起到了阻断水流的作用。因此凹凸的波纹形状又起到了阻断水流的作用。1.1.绝缘子种类绝缘子种类（1 1）针式绝缘子）针式绝缘子 针式绝缘子的型号针式绝缘子的型号 ：图图5-65-6针式绝缘子针式绝缘子(a)(a)用于用于10kV10kV；(b)(b)用于用于35kV35kV(a)(b)(2)(2)悬式绝缘子悬式绝缘子图图5-7 5-7 悬式绝缘子悬式绝缘子悬式绝缘子的型号：悬式绝缘子的型号：(3
10、)(3)碟式绝缘子碟式绝缘子碟式绝缘子的型号：碟式绝缘子的型号：(4)(4)瓷横担绝缘子瓷横担绝缘子瓷横担绝缘子的型号：瓷横担绝缘子的型号：2 2悬式绝缘子串片数的确定悬式绝缘子串片数的确定（1 1）按正常工作电压计算绝缘子串的片数）按正常工作电压计算绝缘子串的片数 每一悬垂上的绝缘子个数是根据线路的额定电压等级每一悬垂上的绝缘子个数是根据线路的额定电压等级按绝缘配合条件选定的。目前采用的主要方法是保证绝缘按绝缘配合条件选定的。目前采用的主要方法是保证绝缘子串有一定的泄漏电流距离。单位泄漏距离用表示，也叫子串有一定的泄漏电流距离。单位泄漏距离用表示，也叫泄漏比距，它表示线路绝缘或设备外绝缘泄漏
11、距离与线路泄漏比距，它表示线路绝缘或设备外绝缘泄漏距离与线路额定电压的比值，我国的泄漏比距规定值见表额定电压的比值，我国的泄漏比距规定值见表5-15-1。由表。由表5-15-1可知，对于一般地区的线路，为保证正常工作电压下可知，对于一般地区的线路，为保证正常工作电压下不致闪络，泄漏比距不应小于不致闪络，泄漏比距不应小于1.6cm/kV1.6cm/kV，且，且NnSU 式中，式中，S S为绝缘子串的泄漏比距，为绝缘子串的泄漏比距，cm/kVcm/kV；n n为为 每串绝每串绝缘子的片数；缘子的片数；为每片绝缘子的泄漏距离，为每片绝缘子的泄漏距离，cmcm；为线为线路额定电压，路额定电压，kVkV
12、。因此，绝缘子的个数应为。因此，绝缘子的个数应为NUnNUS 表表5-15-1泄漏比距规定值泄漏比距规定值（2 2）实际线路直杆塔采用绝缘子串的片数）实际线路直杆塔采用绝缘子串的片数 综合考虑工作电压下泄漏比距的要求、内部过电压下综合考虑工作电压下泄漏比距的要求、内部过电压下湿闪的要求、大气过电压下耐雷水平的要求，绝缘子串片湿闪的要求、大气过电压下耐雷水平的要求，绝缘子串片数取值见表数取值见表5-25-2。表表5-2 5-2 绝缘子串片数取值绝缘子串片数取值3.3.耐张杆塔的绝缘子串片数耐张杆塔的绝缘子串片数 耐张杆塔绝缘子串的片数应比直杆的同型绝缘子多一耐张杆塔绝缘子串的片数应比直杆的同型绝
13、缘子多一片。片。5.1.4 5.1.4 防震锤防震锤 防震锤用来减弱导线的振动防震锤用来减弱导线的振动,当导线振动时，当导线振动时，重锤因惯性不断上下甩动，使钢绞线上下弯曲，重锤因惯性不断上下甩动，使钢绞线上下弯曲，造成股间及绞线内部分子之间的摩擦而消耗一部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。定的振幅下达到能量平衡。5.1.5 5.1.5 避雷线避雷线 避雷线的作用是将雷电吸引到自身来，并将雷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。电流安
14、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。避雷线又称架空地线，一般采用钢绞线。5.1.6 5.1.6 金具金具 金具是用于固定导线、绝缘子、横担等的金属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。部件，是用于组装架空线路的各种金属零件的总称。以下是常用的几种金具。以下是常用的几种金具。1 1悬垂线夹悬垂线夹 2.2.耐张线夹耐张线夹 3.3.金具金具 4.4.连接金具连接金具 5.5.保护金具保护金具5.2 5.2 架空线路导线截面选择架空线路导线截面选择5.2.1 5.2.1 导线截面选择原则导线截面选择原则1 1按经
15、济电流密度选择按经济电流密度选择 输电线路和高压配电线路由于传输距离远、容量大、运输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。选，以保证年运行费用最低。2 2按长时允许电流选择按长时允许电流选择所选导线截面保证导线在最大允许负荷电流下长时工作不致过热。所选导线截面保证导线在最大允许负荷电流下长时工作不致过热。3 3按允许电压损失选择按允许电压损失选择所选导线截面使线路电压损失低于允许值，以保证供电质量。所选导线截面使线路电压损失低于允许值，以保证供电质量。4 4
16、按机械强度条件选择按机械强度条件选择 架空导线按机械强度要求的最小允许截面应满足表架空导线按机械强度要求的最小允许截面应满足表5-45-4的的规定，以防止架空线受自然灾害条件影响发生断线。规定，以防止架空线受自然灾害条件影响发生断线。表表5-5 5-5 架空导线按机械强度要求的最小允许截面架空导线按机械强度要求的最小允许截面单位：单位：mm2 根据架空线路导线截面选择的基本原则，在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。运用技术经济条件，合理选择。高压架空线路导线截面的选择，首先按经济
17、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，首先按电压损失条件或按长时允许荷电流较大，首先按电压损失条件或按长时允许电流条件选择导线截面，再按其他条件进行校验。电流条件选择导线截面，再按其他条件进行校验。5.2.2 5.2.2 架空电力线路截面选择计算架空电力线路截面选择计算1 1按机械强度选择导线截面按机械强度选择导线截面架空导线按机械强度要求的最小允许截面见表架空导线按机械强度要求的最小允许截面见表5-45-4。2 2
18、按经济电流密度选择导线截面按经济电流密度选择导线截面 年综合费用最小时所对应的截面称为经济截年综合费用最小时所对应的截面称为经济截面面 ，对应的电流密度称经济电流密度，对应的电流密度称经济电流密度 。我。我国现行的经济电流密度见表国现行的经济电流密度见表5-65-6。ecAecJ表表5-6 5-6 我国现行的经济电流密度我国现行的经济电流密度 年电能损耗与年最大负荷利用小时数年电能损耗与年最大负荷利用小时数 有有关，所以经济电流密度关，所以经济电流密度 与与 有关。按经济有关。按经济电流密度选择导线截面应首先确定电流密度选择导线截面应首先确定 ，然后根，然后根据导线材料查出经济电流密度据导线材
19、料查出经济电流密度 ，再按线路正，再按线路正常运行最大长时工作电流常运行最大长时工作电流 ，由下式计算出导，由下式计算出导线经济截面线经济截面(mm(mm2 2)式中，式中，为经济截面；为经济截面；为经济电流密度；为经济电流密度；为计算电流。为计算电流。maxTmaxTmaxTmaxImaxececIAJecJecJ 从相关手册中选取一种与从相关手册中选取一种与 最接近的标准截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面的导线，然后再按其他技术条件校验截面是否满足要求。足要求。ecAecJecAmaxI(1)(1)机械强度校验机械强度校验 为了保证电力运行安全可靠，一切电压等级
20、为了保证电力运行安全可靠，一切电压等级的电力线路都应具有必要的机械强度。架空导线的电力线路都应具有必要的机械强度。架空导线按机械强度要求的最小允许截面见下表：按机械强度要求的最小允许截面见下表：表表5-4 5-4 架空导线按机械强度要求的最小允许截面架空导线按机械强度要求的最小允许截面单位：单位：mm2 （2 2）热稳定校验）热稳定校验 一切电压等级的电力线路都要按照发热条件一切电压等级的电力线路都要按照发热条件校验导线截面。校验导线截面。按热稳定要求的导体最小截面为按热稳定要求的导体最小截面为 式中，式中，C C为热稳定系数；为热稳定系数；为稳态短路电流；为稳态短路电流；为为假想时间。假想时
21、间。miniIAtCIit（3 3）电压损耗校验电压损耗校验 为保证供电质量，导线上的电压损失应低于最为保证供电质量，导线上的电压损失应低于最大允许值，通常不超过大允许值，通常不超过5%5%。3 3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 当导线通过的电流超过其允许通过的电流时，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。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），即于线路长时最大工作电流（包括故障情况），即 为环境温度为环
22、境温度2525下的导线长时允许载流量，下的导线长时允许载流量，当环境温度为当环境温度为 时，导线的长时允许载流量应按时，导线的长时允许载流量应按下式进行修正下式进行修正 0alI m0alm0-ImaxalIIalI式中，式中，指环境温度为指环境温度为 时的长时允许电流；时的长时允许电流；alI0为导线最高允许温度。为导线最高允许温度。m4 4按允许电压损失选择导线截面按允许电压损失选择导线截面 电流通过导线时，除产生电能损耗外，由于电流通过导线时，除产生电能损耗外，由于线路上有电阻和电抗，还要产生电压损失等，影线路上有电阻和电抗，还要产生电压损失等，影响电压质量。当电压损失超过一定的范围后，
23、将响电压质量。当电压损失超过一定的范围后，将使用电设备上的电压过低，严重影响用电设备的使用电设备上的电压过低，严重影响用电设备的正常运行。按规定，高压配电线路的电压损失一正常运行。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般不得超过线路额定电压的5 5。所以，要保证设。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。选择导线截面。线路的电压损失是指线路始、末两端电压的线路的电压损失是指线路始、末两端电压的有效值之差，以有效值之差，以 表示，则表示，则U12UUU 如果以百分数表示，则如果以百分数表示，则 在选择导线截
24、面时，实际电压损失不超过允许在选择导线截面时，实际电压损失不超过允许电压损失电压损失 ，即，即 为了保证供电质量，对各类电力网规定了最为了保证供电质量，对各类电力网规定了最大允许电压损失，见下表：大允许电压损失，见下表：alU12%100%NUUUU%alUU 表表5-9 5-9 电力网最大允许电压损失百分数电力网最大允许电压损失百分数线路的电压损失计算如下：线路的电压损失计算如下：（1 1）仅末端有一集中负荷电压损失计算仅末端有一集中负荷电压损失计算 设三相交流线路，其终端有一集中负荷且各相设三相交流线路，其终端有一集中负荷且各相负荷平衡，负荷平衡，为始端电压，为始端电压，为终端电压，如图为
25、终端电压，如图5-5-11(a)11(a)所示。以所示。以 为基准，做出一相的电压相量图为基准，做出一相的电压相量图,如图如图5-11(b)5-11(b)所示。所示。1U2U2U图图5-11 5-11 终端负荷线路及相量图终端负荷线路及相量图（a a）电路图，（）电路图，（b b）相量图）相量图图图5-11(b)5-11(b)中，中，式中，式中，I I为负荷电流，为负荷电流，A A；R R为线路相电阻，为线路相电阻，；X X为为线路相电抗，线路相电抗，；为负荷的功率因数角。为负荷的功率因数角。用功率表示时：用功率表示时：由于一相线路的电压损失为由于一相线路的电压损失为故三相对称系统的线电压损失
26、为故三相对称系统的线电压损失为 00NN(Pr)PRQXlUQxUU 式中，式中，P P为负荷的有功功率，为负荷的有功功率，kWkW；Q Q为负荷的无功功率，为负荷的无功功率，kvarkvar；为线路额定电压，为线路额定电压，kVkV；l为线路长度，为线路长度，kmkm；分别为线路单位长度的电阻和电抗，分别为线路单位长度的电阻和电抗，/km/km，其值查下表：，其值查下表：NU00 xr，表表5-10 LJ5-10 LJ型导线的电阻和电抗型导线的电阻和电抗（2 2）线路分布负荷电压损失计算）线路分布负荷电压损失计算 分布负荷是指一条线路沿途接有许多负荷，如图分布负荷是指一条线路沿途接有许多负荷
27、，如图5-125-12所示。所示。图图5-12 5-12 分布负荷的线路参数与负荷分布分布负荷的线路参数与负荷分布 其电压损失可根据叠加原理进行计算，求电压损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失计算式为 式中，式中，分别为各分布负荷的有功及无功分别为各分布负荷的有功及无功功率；功率；分别为各线段上负荷的有功及无功功率；分别为各线段上负荷的有功及无功功率；分别为电源至各负荷的线路电阻及电抗；分别为电源至各负荷的线路电阻及电抗；分别为各线段上的线路电阻及电抗。分别为各线段上的线路电阻及电抗。iii iii11NN11()()nniiUp Rq XPrQ xUUii,pqii,p
28、qii,R Xii,r x（3 3）按允许电压损失选择导线截面）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，即电阻上的损失与无功功率在电抗上的损失之和，即 式中，式中，P为线路的有功功率；为线路的有功功率；l为线路长度；为线路长度；为为导线截面，导线截面，mmmm2 2；为导线的导电率；为导线的导电率；为线路总的为线路总的有功功率引起的电压损失，有功功率引起的电压损失，kVkV；为线路总的无为线路总的无功功功率引起的电压损失，功率引起的电压损失，kvarkvar。alRXUUU RNa
29、lPlUU AalRNPlAU UalARUXU根据计算的根据计算的 选取的标准截面选取的标准截面 必须满足：必须满足：alAA 例例5-15-1：从变电站架一条：从变电站架一条10kV10kV的架空线向的架空线向3 3个负荷供个负荷供电，最大负荷年利用小时数为电，最大负荷年利用小时数为3000h3000h 5000h5000h，导线，导线采用采用LJLJ线，线间几何间距为线，线间几何间距为1m1m，线路长度及各负荷，线路长度及各负荷如图如图5-135-13所示。该地区最高环境温度为所示。该地区最高环境温度为3838，试选，试选择线路的导线截面（允许电压损失为择线路的导线截面（允许电压损失为5
30、 5）。）。图图 5-135-13 5.2.3 5.2.3 闭式电网的计算闭式电网的计算 闭式电网(closed power grid)最简单的形式是环形电网及两端供电电网。闭式电网中的每个用户都能从两个及以上的输电线获得电源。如图5-14所示。闭式电网的电压损失计算，首先根据负荷分布计算出电网的功率分布，找出功率分点，然后把闭式电网从功率分点分开，按开式电网计算电压损失的方法求出电网始端、末端的电压。闭式电网中功率分布的计算 采用近似法计算闭式电网中的功率分布时，首先略去各线段中的功率损耗对功率分布的影响，求出近似的功率分布，然后根据这一功率分布，求出各线段的功率损耗，再与各点的功率相加，即
31、得线路的功率分布。在具体近似时，先根据线路参数与负荷分布绘出等值电路图，如图5-15所示。图5-14闭式电网(a)环形电网；(b)两端供电电网 当电源电压 、，线路参数 、，变电所负荷 ，均为已知时，且假定各段的功率分相如图5-15所示，忽略网络损耗的影响，按基尔霍夫定律可求得各线段的功率和电压降：图5-15 两端供电线路的等值电路AUBU1Z2Z3Z4ZaSbScSA121aB4abc1SSSSSSSSSSS(5-21)由于忽略了线路的功率损耗，负荷电压均取额定电压。将(5-22)式用功率表示 式中，为额定电压的共轭值 将式（5-21）代入(5-23)，整理得AB112233443333UU
32、I ZI ZI ZI Z(5-22)33112244ABNNNNS ZS ZS ZS ZUUUUUU(5-23)NUa234b34c4NAB112341234()()()SZZZSZZS ZUUUSZZZZZZZZ(5-24)得电源A输出的功率 同理可得电源B输出的功率 a234b34c41234ZZZZZZZZZZZZZZ令，ASaabbccNAB1NABA1()()niiiS ZS ZS ZS ZUUUUUUSSZZZZ(5-25)BS1NBAB2()niiiS ZUUUSSZZ(5-26)2闭式电网中的电压损失计算及导线截面的选择各段负荷计算出后，就可求出功率分点，然后从功率分点将闭合电
33、网分开成两个开式电网，这样就可以进行电压损失计算了。所谓功率分点就是该点负荷同时由两侧电源供电的点，通常在电路图中用符号“”表示。如果有功功率分点与无功功率分点不重合时，则用“”代表有功功率分点，用“”代表无功功率分点。当有功功率分点与无功功率分点重合时，功率分点就是电网电压的最低点。若不重合，需要确定电压的最低点是在有功分点上还是在无功分点上。图5-16给出了闭式电网分成开式电网的电路。闭式电网中的功率分布与网络参数有关，当导线截面尚未选定时，要确定电网的功率分布可采用两种方法。当导线截面相等，网络参数只与线路长度有关，可根据各段线路长度求得电网的功率分布。这种方法适用于负荷点较密线路较短的
34、网络，也适用于大的区域网络；另一种方法是按供电距离最小的原则，人为地将电网从中间分开，从而确定其功率分布。图5-16 闭式电网（a）闭式电网电路；（b）从功率分点分开后的电路5.35.3电缆线路的结构电缆线路的结构 电力电缆主要用于城区、国防工程和电站等必电力电缆主要用于城区、国防工程和电站等必须采用地下输电的场合。一般敷设在地下的廊道内，须采用地下输电的场合。一般敷设在地下的廊道内，其作用是传输和分配电能。其作用是传输和分配电能。电缆线路的结构主要由电缆、电缆接头、终端头、电缆线路的结构主要由电缆、电缆接头、终端头、电缆支架与电缆夹等组成。电缆支架与电缆夹等组成。电力电缆线路与架空输配电线路
35、比较有以下优点：电力电缆线路与架空输配电线路比较有以下优点：（1 1）运行可靠。由于电力电缆大部分敷设于地下，不受）运行可靠。由于电力电缆大部分敷设于地下，不受外力破坏，所以发生故障的几率较少。外力破坏，所以发生故障的几率较少。（2 2）供电安全，不会对人身造成各种危害。）供电安全，不会对人身造成各种危害。（3 3）维护工作量小，无需频繁地巡视检查。）维护工作量小，无需频繁地巡视检查。（4 4）不需要架设杆塔，使市容整洁，交通方便，还能节）不需要架设杆塔，使市容整洁，交通方便，还能节省钢材。省钢材。（5 5）电力电缆的充电功率为电容性功率，有助于提高功）电力电缆的充电功率为电容性功率，有助于提
36、高功率因数。率因数。缺点：电力电缆的成本高，价格昂贵（约为架空线路的缺点：电力电缆的成本高，价格昂贵（约为架空线路的1010倍）。倍）。5.3.1 5.3.1 电缆的构造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。电力电缆主要由三大部分组成：线芯、绝缘层、保护覆盖层。如图如图5-175-17和图和图5-185-18所示。所示。线芯线芯绝缘绝缘填充填充绝缘绝缘铅包铅包保护层保护层钢带铠装钢带铠装图图5-17 5-17 常用电缆的构造常用电缆的构造线芯：起传导电流的作线芯：起传导电流的作用，一般由铜或铝的多用，一般由铜或铝的多股线绞合而成。股线绞合而成。绝缘层：用于承受电压，绝
37、缘层：用于承受电压，起绝缘作用。起绝缘作用。保护覆盖层：用于保护保护覆盖层：用于保护电缆的绝缘层使其在运电缆的绝缘层使其在运输、敷设和运行中不受输、敷设和运行中不受外力的损伤的水分的侵外力的损伤的水分的侵入。入。(a)(b)(c)图图5-18 5-18 扇形电缆扇形电缆 (a)2(a)2芯；（芯；（b b）3 3芯；芯；(c)4(c)4芯芯 1.1.芯线，芯线，2.2.芯绝缘，芯绝缘，3.3.带绝缘，带绝缘，4.4.铅层铅层5.3.2 5.3.2 电缆的形式及型号电缆的形式及型号电力电缆有多种形式，主要分类方式有以下几种。电力电缆有多种形式，主要分类方式有以下几种。l线芯数分：单芯、双芯、三芯
38、、四芯等。线芯数分：单芯、双芯、三芯、四芯等。l结构分：统包式、屏蔽式和分相铅包式等。结构分：统包式、屏蔽式和分相铅包式等。l应用于超高压系统的新式电力电缆有充油式、充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。气式和压气式等。电力电缆的型号及字母含义见表电力电缆的型号及字母含义见表5-115-11。表表5-11 5-11 电缆的型号及字母含义电缆的型号及字母含义5.3.3 5.3.3 电缆接头与电缆终端头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之成为一个连续的线路。这些起到
39、连续作用的接点叫做电缆接头。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，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。这个盒子叫终端头。电缆出厂时，两端都是密封的，使用时电缆与电缆出厂时，两端都是密封的，使用时电缆与电缆的连接、电缆与设备的连接都要把电缆芯剥开，电缆的连接、电缆与设备的连接都要把电缆芯剥开，这就完全破坏了电缆的密封性能。电缆接头和电缆这就完全破坏了电缆的密封性能。电缆接头和电缆终端头不单起到电气连接作用，其另一个主要作用终端头不单起到电气连接作用，其另一个主要作用就
40、是把电缆连接处密封起来，以保持原有的绝缘水就是把电缆连接处密封起来，以保持原有的绝缘水平，使其能安全可靠地运行。平，使其能安全可靠地运行。5.4 5.4 电力电缆线芯截面选择计算电力电缆线芯截面选择计算 高压电力电缆是根据其结构类型、电压等级和高压电力电缆是根据其结构类型、电压等级和经济电流密度来选择，并以其最大、正常运行情况经济电流密度来选择，并以其最大、正常运行情况下电压损失以及短路时的热稳定进行校验。下电压损失以及短路时的热稳定进行校验。1.1.按经济电流密度选择电缆截面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根据高压电缆线路所带负荷的最大负荷年利用小时数时
41、数 及电缆线心材质，查出经济电流密度及电缆线心材质，查出经济电流密度 ，然后计算出正常运行时的最大负荷电流然后计算出正常运行时的最大负荷电流 ，则，则经济截面经济截面 maxTecJmaxImaxececIAJ 根据经济电流密度选择出标准电缆截面后，根据经济电流密度选择出标准电缆截面后，还必须按最大长时允许工作电流校验。还必须按最大长时允许工作电流校验。maxalKII 为与环境温度、土壤热阻与敷设方式为与环境温度、土壤热阻与敷设方式有关的综合修正系数。有关的综合修正系数。为电缆温度的修正系数，为电缆温度的修正系数，为直埋时的土壤热阻率修正系数为直埋时的土壤热阻率修正系数，为空气中为空气中多根
42、并列敷设时载流量的修正系数，多根并列敷设时载流量的修正系数，为环境温度为环境温度为为 时电缆长时允许电流。时电缆长时允许电流。321KKKK1K2K3KalI25 C2 2、按长时允许工作电流校验所选截面、按长时允许工作电流校验所选截面表表5-12 5-12 油浸纸绝缘铅（铝）包铠装电力电缆的长时允油浸纸绝缘铅（铝）包铠装电力电缆的长时允许电流许电流(环境温度为环境温度为2525)单位：单位：A A表表5-14 5-14 直埋时的土壤热阻率修正系数直埋时的土壤热阻率修正系数表表5-15 5-15 空气中多根并列敷设时载流量的修正系数空气中多根并列敷设时载流量的修正系数3.3.按允许电压损失选择
43、电缆截面按允许电压损失选择电缆截面电缆具有一定的电阻和电感，当负载电流在电缆中通过时，电缆具有一定的电阻和电感，当负载电流在电缆中通过时，必然会产生一定的电压损失必然会产生一定的电压损失 ,下面求一下电压损失下面求一下电压损失 。(a)(b)图图5-19 5-19 电缆电压损失等值电路及相量图电缆电压损失等值电路及相量图(a)(a)电路图；电路图；(b)(b)相量图相量图UU若用百分数表示电压损失，则若用百分数表示电压损失，则(cossin)UI RX3(cossin)NpRqXUI RXU2100%NNUpRqXUUU一相电压损失：一相电压损失：三相电压损失：三相电压损失：由于电缆的电抗值较
44、小，一般每公里约为由于电缆的电抗值较小，一般每公里约为0.080.08，故计算电，故计算电压损失时，只考虑导线电阻的影响，电抗值常忽略不计。压损失时，只考虑导线电阻的影响，电抗值常忽略不计。因此，对于终端负荷电压损失为：因此，对于终端负荷电压损失为：caNPlUA U对于均一导线分布负荷电压损失为：对于均一导线分布负荷电压损失为：1caNni iiPlUA U4 4按短路电流校验电缆的热稳定性按短路电流校验电缆的热稳定性满足下式热稳定要求的最小截面为满足下式热稳定要求的最小截面为式中，式中，为三相最大短路稳态电流，为三相最大短路稳态电流，A A；为短路电流作用的为短路电流作用的假想时间，假想时
45、间，s s；为热稳定系数，见表为热稳定系数，见表5-165-16。表表5-165-16各种电缆的热稳定系数各种电缆的热稳定系数imintAICIitC验算电缆热稳定的短路点按下列情况确定验算电缆热稳定的短路点按下列情况确定(1)(1)单根无中间接头电缆，选电缆末端短路；长度小于单根无中间接头电缆，选电缆末端短路；长度小于200m200m的电缆，选电缆首端短路。的电缆，选电缆首端短路。(2)(2)有中间接头电缆，短路点选择在第有中间接头电缆，短路点选择在第1 1个中间接头处。个中间接头处。(3)(3)无中间接头的并列连接电缆，短路点选择在并列点后。无中间接头的并列连接电缆，短路点选择在并列点后。
46、例例5-2 5-2 某矿井下计算负荷为某矿井下计算负荷为3014kVA3014kVA，电压，电压6kV6kV，功率因数，功率因数 ，下井电缆长度，下井电缆长度700m700m，向其供电的变电所最大短，向其供电的变电所最大短路容量为路容量为96.7MVA96.7MVA，继电保护动作时间为，继电保护动作时间为0.5s0.5s。最大负荷。最大负荷年利用小时数为年利用小时数为3000h3000h 5000h5000h，试选择馈出电缆截面。，试选择馈出电缆截面。解：（解：（1 1）确定电缆型号。）确定电缆型号。可选择铝芯纸绝缘铅包钢丝铠装电缆。可选择铝芯纸绝缘铅包钢丝铠装电缆。（2 2）按经济电流密度选
47、择电缆截面）按经济电流密度选择电缆截面maxN3014290 A336SIU（）cos0.7根据根据 3000h3000h5000h5000h，查表，查表5-55-5的经济电流密度为的经济电流密度为1.73A/mm21.73A/mm2。故故maxT2maxecec290167.63(mm)1.73IAJ选择选择ZLQD5ZLQD5型型3 3150150铝芯纸绝缘铅包钢丝铠装电力电缆。铝芯纸绝缘铅包钢丝铠装电力电缆。（3 3）按长时允许电流校验所选截面）按长时允许电流校验所选截面查表查表5-115-11得得,6kV,6kV铝芯铝芯3 3150150电缆在空气中敷设时电缆在空气中敷设时 255A2
48、55A，小于负荷电流小于负荷电流290A290A，故所选截面不符合要求。又查得，故所选截面不符合要求。又查得6kV6kV铝铝芯芯3 3185185电缆电缆 295A295A大于大于290A290A，所以改选电缆截面为，所以改选电缆截面为3 3185 mm185 mm2 2。alIalI（4 4）按电压损失校验）按电压损失校验高压配电线路允许电压损失为高压配电线路允许电压损失为5 5，故，故而线路实际电压损失而线路实际电压损失故电压损失满足要求。故电压损失满足要求。6000 0.05300(V)alU047.9 VNNNpRqXpRplrUUUU（）00.195/rkm（5 5）按短路电流热稳定
49、条件校验）按短路电流热稳定条件校验三相最大稳态短路电流三相最大稳态短路电流 kav96.78.86kA33 6.3SIU短路电流作用的假想时间短路电流作用的假想时间 ,取断路器动作时间为取断路器动作时间为0.2s0.2s，则，则对于无穷大系统取对于无穷大系统取 电缆最小热稳定截面：电缆最小热稳定截面：80.77mm80.77mm2 2185mm185mm2 2,所以选用所以选用ZLQD5-3ZLQD5-3185185电缆满足要求。电缆满足要求。iipiapttti0.50.20.7st iap0.05tsi0.70.050.75st 例：有一例：有一6KV6KV油浸纸绝缘铜心电缆，向两个负荷油
50、浸纸绝缘铜心电缆，向两个负荷供电，如下图所示。电网最大允许电压损失为供电，如下图所示。电网最大允许电压损失为5%5%，电源短路容量为电源短路容量为46MV.A46MV.A，年利用小时数为，年利用小时数为30003000 5000h5000h，配出线继电保护动作时间为，配出线继电保护动作时间为1s1s，试选择电缆截面。（短路时最高允许温度为试选择电缆截面。（短路时最高允许温度为250250）5.55.5电力电缆故障与诊断电力电缆故障与诊断5.5.1 5.5.1 运行中的电力电缆故障运行中的电力电缆故障1.1.电缆故障产生的原因电缆故障产生的原因 电缆故障产生的原因主要有电缆绝缘的破坏和机械损伤，
