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1、电力工程,山东电力高等专科学校,第七节 电力线路的构成,一、电力线路的结构,1架空线路,架空线路主要由导线、避雷线（即架空地线）、杆塔、绝缘子和金具等部件组成，如图所示。,图 架空线路的结构,导线和避雷线：导线和避雷线均采取裸线导线的作用是传导电流、输送电能；避雷线的作用是将雷电流引入大地，以保护电力线路免遭雷击。 （1）导线 导线材料：导线的作用是传输电能，因而要求良好的导电性。要求电阻率小、机械强度大、质量轻、不易腐蚀、价格便宜、运行费用低等，常用材料有铜、L铝和钢。,导线的结构型式：导线分为裸导线和绝缘导线两大类，高压线路一般用裸导线，低压线路一般用绝缘导线。 裸导线有单股线和多股绞线之
2、分，由于多股绞线柔性好，机械强度高,因此架空线路大多数都采用多股绞线。 在220kV及以上的输电线路中常采用特殊结构的导线。如扩径导线和每相由多根多股标准导线构成的分裂导线等。,架空线路导线的结构 （a）单股线；（b）多股绞线； （c）钢芯铝绞线；（d）扩径导线；（e）分裂导线； 1纲线；2铝线； 3多股纲芯线；4支撑层；5外层多股铝线；6绝缘子串； 7多股导线；8金属间隔棒,扩径导线是人为扩大导线直径，但是不增加栽流部分截面积的导线。它和普通导线的不同在于支撑部分不为铝线所填满，仅有6股，而这六股主要起支撑的作用。,分裂导线，又称复导线，就是将每相导线分成若干根，相互之间保持一定的距离。例如
3、，分成2至4根，每根导线相距400450mm。这种导线可以使得导线周围的电、磁场发生很大的变化，减少电晕和线路电抗，但与此同时，线路电容也增大。,高压输电为什么要用钢芯铝绞线？ 高压输电用钢芯铝绞线。原因是铝的密度小，相等体积情况下，铝的质量比铁、铜小。导电性比铁好。而电流在传输是具有一种“趋肤效应”，就是沿着导线表面流动。 用铁芯的原因是，铝的强度不好，质软，较容易断。用铁芯既能增加导线的强度，又不影响导电性。,为什么要采用扩径导线或分裂导线 ？,对于架空输电线路，除了导线电阻的有功损耗外，还有电晕损耗和沿绝缘子漏电所致的有功损耗。一般在架空线路中，由绝缘子泄露电流而产生的有功损耗极小，可忽
4、略不记，所以对架空线路主要考虑电晕损耗。,由于架空线路的绝缘介质是空气，当导线表面的电场强度超过空气的耐压强度时，空气层就产生游离形成放电，空气中带电离子的移动就构成电晕电流。此刻，我们可以听到“滋滋“的放电声，并可闻到氧分子被游离后又结合成臭氧（O3）的气味，在夜间可见到导线周围发生淡蓝色的荧光，这种现象称为“电晕“。电晕不但产生有功损耗，而且还对无线电及高频通讯产生干扰。,电晕的产生主要与输电电压有关，随着电压升高，电晕常是先从（尖角不光滑处）电场强度较大的局部开始放电，叫起始电晕。（起始电晕临界强度为30千伏/厘米）。随后出现可见电晕，并扩大到全部表面，形成全面电晕。,为了减小电晕损耗，
5、特别是减少对无线电和高频通讯的干扰，应尽量设法避免电晕的发生。而避免电晕的方法是，提高线路电晕的临界电压，使其高于线路运行电压，为此就必须增大导线间的距离和导线半径。但若增大线间距离，必定使线路杆塔的建造费用增加，而对临界电压的影响甚微。因此。增大导线半径才是提高临界电压的有效方法。,架空导线的型号有：,TJ铜绞线,LJ铝绞线，用于10kV及以下线路,LGJ钢芯铝绞线，用于35kV及以上线路,GJ钢绞线，用作避雷线,档距：同一线路上相邻两根电杆之间的水平距离称为架空线路的档距（或跨距）。 弧垂：导线悬挂在杆塔的绝缘子上，自悬挂点至导线最低点的垂直距离称为弧垂。 线间距离：380V为0.40.6
6、m；610kV为0.81m；35kV为23.5m；110kV 为34.5m；220kV为5.5;500kV为。,三相四线制低压线路的导线，一般都采用水平排列； 三相三线制的导线，可三角排列，也可水平排列； 多回路导线同杆架设时，可三角、水平混合排列，也可全部垂直排列； 电压不同的线路同杆架设时，电压较高的线路应架设在上面，电压较低的线路应架设在下面； 架空导线和其他线路交叉跨越时，电力线路应在上面，通讯线路应在下面。,导线在杆塔上的排列方式：,（2）避雷线 避雷线又称架空地线，一般采用多股钢导线，如GJ-50,GJ-70。其作用是防止导线遭受直接雷击，并将雷电流引入大地，以保护电力线路。正常运
7、行时，无电流通过，一般采用绝缘体导线钢线又称锯包钢线；在超高压线路采用良导体导线LGJ，以减小潜供电流，作为载波通道，限制工频过电压、熔冰等作用。,此外，由于架空线路的导线和避雷线都架设在户外空间，不仅要承受自重，风力，冰雪载荷及温度变化等产生的机械应力，而且还会受到空气中有害气体的腐蚀，所以导线和避雷线还应具有较高的机械强度和抗腐蚀能力。,（3）杆塔 杆塔：用来支撑导线和避雷线，并使导线与导线、导线与大地之间保持一定的安全距离。,按材料分：有木杆、钢筋混凝土杆（水泥杆）和铁塔。 按用途分：有直线杆塔（中间杆塔）、转角杆塔、耐张杆塔（承力杆塔）、终端杆塔、换位杆塔和跨越杆塔等。,杆塔的分类,1
8、）直线杆塔 又称中间杆塔，主要用来悬挂导线，是线路上用得最多的一种杆塔。 2）耐张杆塔 又称承力杆塔，主要用来承担线路正常及故障(例如断线)情况下导线的拉力。同时，它也用于使线路分段，以便于施工，检修或限制故障范围。在耐张杆塔上，悬挂的绝缘子串不象在直线杆塔上那样与地面垂直，而是沿导线的延伸方向悬挂。杆塔两侧的同一相导线是通过跳线来接通的。,图为一个耐张段内的架空线路示意图：, 终端杆塔 它是靠近发电厂，变电所的第一基杆塔，承受线路单向拉力。 转角杆塔 它用于线路转弯处,承受侧向拉力。 特种杆塔 它是用于某些特殊情况下的杆塔，例如为使三相对称，用于三相导线换位的换位杆塔；跨越河流、山谷时(跨距
9、很大)的跨越杆塔等。,（4）绝缘子和金具,绝缘子是用来支持和悬挂导线并使导线与杆塔绝缘的元件，架空线路上用的绝缘子有针式，悬式、棒式、瓷横担等型式，,图 架空线路的绝缘子 （a）针式（b）悬式（c）棒式（d）瓷横担,金具是用来组装架空线路的各种金属零件的总称，其种类繁多，用途各异。如：悬垂线夹用来将导线固定在直线杆塔的悬垂绝缘子串上或者将避雷线固定在直线杆塔上，接续金具用来连接导线，连接金具用来连接悬式绝缘子串，防护金具中的防振锤用来防止导线因振动而损坏，重锤可减少悬垂绝缘子的偏移，从而保证绝缘气隙距离等等。,各种金具 （a）悬垂线夹 （b）连接金具 （c）接续金具 （d）保护金具,规程规定：
10、对35kV线路不得少于三片，60kV不得少于5片，110kV不得少于7片，154kV不得少于10片，220kV不得少于13片，330kV不得少于19片，500kV不得少于25片。因此我们可以通过绝缘子串上的绝缘子的片数来判断线路的电压等级。,（5）架空线路的换位问题,架空线路的换位主要是为了减少三相参数的不平衡。例如，长度为50250km的220kV线路，有一次整换位循环和不换位比较，由于三相参数不平衡引起的不对称电流，前者仅为后者的1/10。所谓的整换位循环，指一定长度内有两次换位而三相导线分别处于三个不同的位置，完成一次整换位循环。,按规定，在中性点直接接地的电力系统中，长度超过100的架
11、空线路都应换位。但随着电压级的升高，换位所遇到困难也愈益增多，以致对某些超高压线路，如500V电压级线路，不得不采取不换位的架设方案。显然，采取这种方案的代价是必须面对由于线路三相参数不平衡而带来的一系列问题，其中包括对其它系统的危害。例如，通信系统可能无法工作，甚至工作人员的人身安全都受到威胁。因此，换位与否是一个必须慎重对待的问题。,2电缆线路,电缆线路的造价比架空线路高，电压越高，二者差别越大。且检修电缆的时候费工费时。但电缆线路有其优点，如不需要在地面上架设杆塔，占用土地面积少，供电可靠，极少受到外力破坏；对人身安全，等等。,电缆的分类,电缆可按绝缘材料。结构特征及敷设环境进行分类，一
12、般分如下几种。 （一）按绝缘材料分类 （1）油纸绝缘 粘性浸渍纸绝缘型（分统包型和分相屏蔽型）；不滴流浸渍纸绝缘型（分统包型和分相屏蔽型）；有油压、油浸渍纸绝缘型（分自容式充油电缆和钢管充油电缆）有气压、粘性浸渍纸绝缘型（分自容式充气电缆和钢管充气电缆）。 （2）塑料绝缘 聚氯乙烯绝缘型；聚乙烯绝缘型；交联聚乙烯绝缘型。 （3）橡胶绝缘 天然橡胶绝缘型；乙丙橡胶绝缘型。,（二）按结构特征分类 （l）统包型 在备缆芯外包有统包绝缘，并置于同一护套内。 （2）分相型 分相屏蔽，一般用在1035kV油浸纸绝缘或塑料绝缘。 （3）铜管型 电缆绝缘外有钢管护套，分钢管充油、充气电缆和钢管油压式、气压式电
13、缆。 （4）自容型 护套内部有压力的电缆，分自容式充油电缆和充气电缆。 （5）扁乎型 三芯电缆的外形是扁平状，一般用于大长度海底电缆。,（三）按敷设环境分类 地下直埋、地下管道、水底、矿井、高海拔、高落差等。环境因素一般对护层结构有一些特殊的要求，有的要求考虑机械保护，有的要求提高防腐蚀能力有的则要求增加柔软度等。 （四）其他 按电压等级可分为高压电缆和低压电缆，按芯数可分为单芯电缆和多芯电缆等。通常称35kV及以下电压等级的电缆为中低压电缆，是应用量最大的电缆品种。,电缆的结构：包括导体、绝缘层和保护包皮三部分。 导体：由多股铜绞线或铝绞线制成。分为单芯、三芯和四芯等种类。单芯电缆的导体截面
14、是圆形的；三芯或四芯电缆的导体截面除圆形外，更多是采用扇形，如图所示。,电缆的构造 （a）纸绝缘铝（铅）包钢带凯装； （b）纸绝缘分相铝（铅）包裸钢带凯装 1导体；2相绝缘；3带绝缘；4铝（铅）包；5麻衬；6钢带凯装； 7麻被；8填麻,绝缘层：用来使导体与导体之间、导体与保护包皮之间保持绝缘。绝缘材料一般有油浸纸、橡胶、聚乙烯、交联聚氯乙烯等。 电缆的保护层用来保护绝缘层，分为内护层和外护层两部分。内护层即铝或铅包皮，用以保护绝缘不受损伤及防止浸渍剂的外溢和水分的侵入。外护层的作用是防止外界的机械破坏和化学腐蚀。外护层由内衬层，铠装层和外包层组成。内衬层一般由麻绳(或麻布带)用沥青浸渍后制成,
15、用作铠装的衬垫;铠装层一般由钢带(或钢丝)缠绕而成,是外护层的主要部分；外护层的制作与内衬层相同，其作用是防护铠装层被锈蚀。,几种不同种类电缆的特点,（一）油纸绝缘电缆 粘性浸渍纸绝缘电缆 产品开发较早具有成熟的制造和运行经验，制造质量比较稳定工作寿命长，结构简单，制造方使；但油易滴流，不宜作高落差敷设允许的工作场强较低，不宜作高电压使用。 2、不滴流浸渍纸绝缘电缆 浸渍剂在工作温度下不滴流，适宜高落差敷设。工作寿命较粘性浸渍纸绝缘电缆更长，具有较高的绝缘稳定性。但成本较粘性浸渍纸绝缘电缆稍高。,（二）塑料绝缘电缆 1、聚氯乙烯绝缘电缆 易于制造，化学稳定性高，具有非延燃性。安装工艺简单，维护
16、方便，价枯低廉，但机械性能易受温度影响。 2聚乙烯绝缘电缆 具有优良的介电性能，但抗电晕和游离放电性能差；工艺性能好，易于加工，但耐热性差，受热易变形，易延燃易发生应力龟裂。,3交联聚乙烯绝缘电缆 有高的电气性能，击穿强度高，绝缘电阻大，介电常数小，载流量大；有高的耐热性能，允许温升较高耐老化，允许载流量大；适宜高落差与垂直敷设。 交联聚乙烯（XLPE）属于固体绝缘，它是由聚乙烯（PE）加入交联剂挤出成型后，经过化学或物理方法成交联聚乙烯。聚乙烯绝缘虽然具有优良的电气性能但是属于热塑性材料，即具有热可塑性，当电缆通过较大的电流的时候，绝缘就会熔融变形。,（三）橡皮绝缘电缆 柔软性好，易弯曲，在很大的温度范围内具有弹性，适宜作多次拆装的线路；有较强的耐寒性有较好的电气性能和化学稳定性，但耐电晕、耐臭氧，耐热和耐油性较差，一般适用于1kV以及以下电压等级的线路。,对电缆绝缘层材料的要求,电缆中的绝缘层是用来承受电压作用的。电缆的线芯既处于高电位，又有大电
