浅谈电力线路结构及导线的截面选择

浅谈电力线路结构及导线的截面选择

吴育苗

中国电建集团海南电力设计研究院有限公司，海南海口570203

摘要：我国电力行业自改革开放发展至今已经取得了非常不错的成就，使我国彻底摆脱之前用电供不应求的尴尬局面。电力线路主要由导体（线芯）、绝缘层、保护层等构成。导线是电力线路的主要元件，正确地选择导线截面对电力网的经济和技术指标有很大影响。对35kV及以上架空线路，首先按经济电流密度选择导线截面，然后按允许截流量、电晕和机械强度进行校验。对于35kV以下的电力网一般按允许电压损耗率选择导线截面，按允许载流量和机械强度进行校验。

关键词：电力线路结构；导线的截面选择

引言

我国整体经济建设之所以发展迅速，离不开各行业的大力支持和通力配合，尤其是电力行业的大力贡献。电力线路在输送电能的过程中会产生功率损耗和电能损耗,其中包含基本损耗和附加损耗。所谓电力线路经济运行,就是使导线损耗达到最小。

1电力线路结构

架空线路主要包括杆塔、绝缘子、导线、避雷线、横担及金具等。它们的作用分别如下所述：导线用来传输电流、输送电能。避雷线用来把雷电流引入大地，保护线路绝缘，使其免遭大气过电压的破坏。杆塔用来支持导线和避雷线，并使带电体之间、带电体与接地体之间保持必要的安全距离。绝缘子用来使导线与杆塔之间保持绝缘，它应能承受线路最高运行电压和各种过电压，而不致击穿。金具用来固定、悬挂、连接和保护以上各主要元件的金属件。电力线路主要由导体（线芯）、绝缘层、保护层等构成。它们的主要作用是，导电线芯用来传输电能；绝缘层用来使线芯与线芯、线芯与保护层间互相隔离，并要求绝缘性能和耐热性能良好；包护层用来包护绝缘层，使电缆在运输、储存、敷设和运行时，绝缘层不受外力损伤和防止水分浸入。在油浸纸绝缘电缆中，保护层还具有防止绝缘油外流的作用。架空线路各元件暴露在大气之中，导线及避雷线不仅受到风吹、履冰和气温变化等的影响较大，而且承受的张力也比较大，同时还受到空气及各种有害物质的侵蚀。因此，对导线的要求是：具有良好的导电性能、必要的机械强度和抗腐蚀性能，且制造工艺简单，质轻，价廉。导线的材料主要是铜、铝、钢等。铜是理想的导线材料，但由于铜的用途广，价格高，只在负荷较大的配电线路上使用；铝的导电率仅次于铜，但成本比铜低得多，所以目前导线多采用铝材料。为了提高铝导线的强度，铝中加少量的镁、硅等元素，可制成强度较高的铝合金绞线；钢的导电率较差，但由于其强度高且价格低廉，故避雷线一般采用钢绞线。为了充分利用铝和钢的优点，把两者结合制成钢芯铝绞线。由于交流电的趋肤效应，外部的铝在导电方面的优点得到了充分利用，而钢芯仅承受机械张力。钢芯铝绞线被广泛应用于35kV及以上的线路上。钢芯铝绞线按铝、钢截面比的不同，又分为普通型、轻型和加强型三种形式。一般地区的架空线路常采用普通型和轻型钢芯铝绞线，重冰区和大跨越档距、采用加强型钢芯铝绞线。为了防止电晕并减少线路感抗，220kV及以上电压等级线路多采用扩径或分裂导线。分裂导线多有2~4根钢芯铝绞线作为次导线（或称子导线）组成一相导线，次导线之间用金属间隔棒支撑。

2选择导线截面的常用方法

根据允许最小截面选择导线截面。为了保证安全，使导线有一定的抗拉强度，在大风、低温、覆冰等不利气象条件下，不致发生断线事故，因而需要保证架空导线允许最小截面，在实际工作中所选择的导线不得小于我国有关规程和国家标准。根据允许电流选择导线截面。按国家规定：裸导线的最高允许温度为+70℃，所以在技术参考资料中，一般只列出标准空气温度为25℃时导线的允许电流，求其他温度下的允许电流时应乘一个校正系数K（该系数可以在电工手册上查得）。因此，为了使导线温度不超过允许值必须限制通过导线的电流，即在电流通过导线时其温度不得超过允许的温度。根据允许电压损失选择导线截面。允许电压损失是指在知道线路总负荷矩的条件下，控制电压在线路上的损耗以保证用户电压质量来选择线路导线截面的一种方法。按允许电压损失选择导线截面应满足的条件：线路的电压损失≤允许电压损失。在国家标准中，对于允许电压损失，按用户性质不同有不同的规定，选择相应导线截面即可。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是指用线路建设的初投资和投产后的年运行费用进行综合评价，选择综合起来最经济而选择导线截面的一种方法。当导线中通过电流时，在导线中造成电功率和电能的损失，在电流一定时，导线截面愈大，电能损失就愈小，但投资增加；导线截面愈小，电能损失愈大，但投资减少；在某一截面下，投资、电能损失都不过大，综合起来最经济，用这个截面去除电流，得到的电流密度我们就称之为经济电流密度。

3按经济运行原则选择导线截面应遵守的规则

对连续运行设备,如果用电设备数量多而容量小,应采用多回小截面导线分散配电;如果单台用电设备的容量较大需用大截面导线,可用2～3回小截面导线并联起来代替大截面导线。如果有多台断续重复工作制用电设备,应采用大截面导线集中向多台用电设备配电。这样,尽管在多台设备负荷峰值重叠时导线损耗率高,但在多台设备负荷谷值重叠时,由于导线截面较大,导线损耗率下降较多。如果多台断续重复工作制设备负荷峰谷错叠得当,还可使总负荷减小并趋于平稳,减小负荷波动产生的附加导线损耗。如果多台用电设备的功率因数各不相同,应采用大截面导线向多台用电设备集中配电,使电流减小,进而减小导线损耗。向纯电阻性负荷配电,小截面导线与大截面导线损耗率基本相同。

4经济电流密度法

导线截面既牵涉线路的可靠性又影响其经济性,并且两者是矛盾的。截面过小将导致线路电能损耗增加、机械强度不够等;截面过大又会增加有色金属的损耗,从而增大投资以及维护检修费用等。所以需要综合考虑来选择。所谓经济电流密度是指线路年运行费用最低时所对应的电流密度。以保证线路年运行费用最低为前提,并一致认为的经济电流密度值还是按照几十年前的市场价格行情制定的,与今天的经济情况相差很大,所以造成计算结果有较大出入。因此,通过分析线路运行成本与导线截面的关系来得到较合理的经济截面。

5按容许电压损耗选择导线截面

一般中低压配电网没有特殊调压设备，为了保证用电设备电压偏移不超过容许范围，应按容许电压损耗选择导线截面。线路中的低压损耗与导线的电阻和电抗有关，而导线的电阻与截面有直接关系。在导线截面未定之前，导线型号未知，导线电抗也未知，直接按容许电压损耗求导线截面是困难的，可以导线电阻率、线路长度、负荷有功功率、线路额定电压等量化关系进行近似方式计算，即导线截面与导线电阻率、线路长度、负荷有功功率成正比，与线路额定电压成反比。

6结语

综上所述，对35kV及以上架空线路，首先按经济电流密度选择导线截面，然后按允许截流量、电晕和机械强度进行校验。对于35kV以下的电力网一般按允许电压损耗率选择导线截面，按允许载流量和机械强度进行校验。应当指出，选择导线截面时应当考虑电力网络的发展，在计算中必须采用稳定的经常重复的最大负荷，特别当系统发展还不是很明确的情况下，应注意不要将导线截面定得太小。

参考文献：

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