第6章供配电线路.ppt
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1、第6章 供配电线路,6.1 供配电线路的接线方式 6.2 供配电线路的结构与敷设 6.3 导线和电缆截面的选择 基本技能训练 供配电线路的运行与维护 思考题与习题,6.1 供配电线路的接线方式 6.1.1 高压供配电线路的接线方式 高压供配电线路有放射式、 树干式、 环形三种基本接线形式。 1. 高压放射式接线 高压放射式接线是指从变配电所高压母线上引出一回线路直接向一个车间变电所或高压用电设备供电,沿线不接其他负荷。 图6-1(a)所示为单回路放射式接线。这种接线方式的优点是接线清晰,操作维护方便,各供电线路互不影响,供电可靠性较高,便于装设自动装置,保护装置也较简单; 但高压开关设备用得较
2、多,投资大,而且当某一线路发生故障或需要检修时,该线路供电的全部负荷都要停电。因此,单回路放射式接线只能用于二、 三级负荷或容量较大以及较重要的专用设备。,对二级负荷供电时,为提高供电的可靠性,可根据具体情况增加公共备用线路,图6-1(b)所示为采用公共备用干线的放射式接线。该接线方式的供电可靠性得到了提高,但开关设备的数量和导线材料的消耗量也有所增加。如果备用干线采用独立电源供电且分支较少,则可用于一级负荷。 图6-1(c)所示为双回路放射式接线。该接线方式采用两路电源进线,然后经分段母线用双回路对用户进行交叉供电。其供电可靠性高,可供电给一、 二级的重要负荷,但投资相对较大。 图6-1(d
3、)所示为采用低压联络线作备用干线的放射式接线。该接线方式比较经济、 灵活,除了可提高供电可靠性以外,还可实现变压器的经济运行。,图6-1 高压放射式接线 (a) 单回路放射式接线;(b) 采用公共备用干线的放射式接线; (c) 双回路放射式接线;(d) 采用低压联络线作备用干线的放射式接线,2. 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均连接了数个负荷点的接线方式,如图6-2所示。 图6-2(a)为单回路树干式接线。该接线方式较之单回路放射式接线,变配电所的出线数量大大减少,高压开关柜的数量也相应减少,同时可节约有色金属的消耗量。但因多个用户采用一条公
4、用干线供电,各用户之间互相影响,故当某条干线发生故障或需要检修时,将引起干线上的全部用户停电,所以这种接线方式供电可靠性差,且不容易实现自动化控制。单回路树干式接线一般用于对三级负荷配电,而且干线上连接的变压器不得超过5台,总容量不应大于2300 kVA。这种接线方式在城镇街道应用较多。,图6-2 高压树干式接线 (a) 单回路树干式接线; (b) 单侧供电的双回路树干式接线; (c) 两端供电的单回路树干式接线;(d) 两端供电的双回路树干式接线,为提高供电可靠性,可采用如图6-2(b)所示的单侧供电的双回路树干式接线方式。该接线方式可供电给二、 三级负荷,但投资也相应地会有所增加。 图6-
5、2(c)为两端供电的单回路树干式接线。若一侧干线发生故障,则可采用另一侧干线供电,因此供电可靠性也较高,与单侧供电的双回路树干式接线相当。当正常运行时,由一侧供电或在线路的负荷分界处断开,当发生故障时要手动切换,但寻查故障时也需中断供电。所以,两端供电的单回路树干式接线只可用于对二、 三级负荷供电。 图6-2(d)是两端供电的双回路树干式接线。这种接线方式比单侧供电的双回路树干式接线的供电可靠性有所提高,主要用于对二级负荷供电; 当供电电源足够可靠时,亦可用于一级负荷。这种接线方式的投资不比单侧供电的双回路树干式接线增加很多,关键是要有双电源供电的条件。,3. 高压环形接线 高压环形接线实际上
6、是两端供电的树干式接线,如图6-3所示,两路树干式接线连接起来就构成了环形接线。 这种接线运行灵活,供电可靠性高。线路检修时可切换电源,故障时可切除故障线段,从而缩短了停电时间。高压环形接线可供电给二、 三级负荷,且在现代化城市电网中应用较广泛。,图6-3 高压环形接线,由于闭环运行时继电保护整定较复杂,且环形线路上发生故障时会影响整个电网,因此,为了限制系统短路容量,简化继电保护,大多数环形线路采用开环运行方式,即环形线路中有一处开关是断开的。通常采用以负荷开关为主开关的高压环网柜作为配电设备。 高压配电系统的接线往往是几种接线方式的组合,究竟采用什么接线方式,应根据具体情况对供电可靠性的要
7、求,通过技术、经济综合比较后才能确定。一般来说,高压配电系统宜优先考虑采用放射式;对于供电可靠性要求不高的辅助生产区和生活住宅区,可考虑采用树干式或环形配电。,6.1.2 低压供配电线路的接线方式 低压供配电线路的作用是从车间变电所或建筑物变电所以220380 V的电压向车间或建筑物各用电设备或负荷点配电。低压配电线路也有放射式、树干式和环形等接线方式。 1. 低压放射式接线 图6-4所示为低压放射式接线。这种接线方式由变压器低压母线上引出若干条回路,由变配电所低压配电屏再分别配电给各配电箱或低压用电设备。放射式接线的特点是供电线路独立,引出线发生故障时互不影响,供电可靠性较高,但有色金属消耗
8、量较多。放射式接线多用于设备容量大或对供电可靠性要求较高的场合,例如大型消防泵、电热器、生活水泵和中央空调的冷冻机组等。,图6-4 低压放射式接线,2. 低压树干式接线 这种接线方式从变配电所低压母线上引出干线,沿干线再引出若干条支线,然后再引至各用电设备。树干式接线的特点正好与放射式接线相反。树干式采用的开关设备较少,有色金属消耗量也较少,但当干线发生故障时,影响范围大,因此供电可靠性较低。 图6-5(a)所示为母线放射式接线。这种接线方式多采用成套的封闭式母线槽,运行灵活方便,也比较安全,适用于用电容量较小且分布均匀的场所,如机械加工车间、工具车间和机修车间的中小型机床设备以及照明配电等。
9、,图6-5 低压树干式接线 (a) 母线放射式;(b) “变压器-干线组”式,图6-5(b)为“变压器-干线组”式接线,该接线方式省去了变电所低压侧的整套低压配电装置,简化了变电所的结构,大大减少了投资。为了提高母线的供电可靠性,该接线方式一般接出的分支回路数不宜超过10条,而且不适用于需频繁启动、容量较大的冲击性负荷和对电压质量要求高的设备。 图6-6(a)和(b)是一种变形的树干式接线,通常称为链式接线。链式接线的特点与树干式接线基本相同,适用于用电设备彼此相距很近且容量均较小的次要用电设备,链式相连的设备一般不超过5台,链式相连的配电箱不宜超过3台,且总容量不宜超过10 kW。,图6-6
10、 低压链式接线 (a) 连接配电箱;(b) 连接电动机,3. 低压环形接线 工厂内的一些车间变电所低压侧也可以通过低压联络线相互连接成为环形。图6-7所示为由一台变压器供电的低压环形接线。环形接线的供电可靠性较高,任一段上的线路发生故障或检修时,都不致造成供电中断,或只短时停电,一旦切换电源的操作完成,即可恢复供电。环形接线可使电能损耗和电压损耗减少,但是环形系统的保护装置及其整定配合比较复杂,如配合不当容易发生误动作,反而会扩大故障停电范围。因此,低压环形接线一般采用开环运行方式。,图6-7 低压环形接线,在低压配电系统中,往往采用几种接线方式的组合,应根据具体情况而定。一般地,在正常环境的
11、车间或建筑内,当大部分用电设备不是很大而又无特殊要求时,宜采用树干式配电。之所以采用这种接线方式,一方面是因为树干式配电较之放射式经济,另一方面是因为我国大多数供配电工作人员对采用树干式配电已积累了相当成熟的运行经验。实践证明,树干式配电在一般正常情况下是能够满足生产要求的。,总之,用户的供配电线路接线应力求简单。如果接线过于复杂,层次过多,不仅浪费投资,维护不便,而且由于电路中连接的元件过多,因操作错误或元件故障而发生事故的机率就会随之增多,处理事故和恢复供电的操作也比较麻烦,从而延长了停电时间。同时由于配电级数多,继电保护的级数也相应增多,动作时间也相应延长,对供电系统的故障保护十分不利,
12、因此,GB500521995供配电系统设计规范规定: “供电系统应简单可靠,同一电压供电系统的配电级数不宜多于两级。”,6.2 供配电线路的结构与敷设 6.2.1 架空线路的结构与敷设 架空线路是指架设在室外电杆上用于输送电能的线路。其特点是: 敷设比较容易,成本较低,投资较少,维修方便,易于发现和排除故障;但它要占用一定的地面位置,有碍交通和观瞻,且易受环境影响,安全可靠性较差。 1. 架空线路的结构 架空线路由导线、电杆、横担、绝缘子、线路金具等组成,如图6-8所示。有的架空线路为了加强电杆的稳定性,在电杆上还装有拉线或扳桩;也有的架空线路上装设有避雷线用来防止雷击。,图6-8 架空线路的
13、结构 (a) 低压架空线路;(b) 高压架空线路,1) 架空线路的导线 导线是线路的主体,具有输送电能的功能。由于架空导线要经常承受自身重量和各种外力的作用,且需承受大气中有害物质的侵蚀,因此必须具有良好的导电性,同时要具有一定的机械强度和耐腐蚀性,而且要尽可能地做到质轻价廉。 导线材质有铜、铝和钢三种。铜导线的导电性能好,机械强度高,耐腐蚀,但价格贵。铝导线的导电性能、机械强度和耐腐蚀性虽比铜导线差,但它质轻价廉,因此在可以以铝代铜的场合,应优先采用铝导线。钢导线的机械强度很高,且价廉,但其导电性差,功率损耗大,并且易生锈,所以钢导线一般只用作避雷线,而且必须镀锌,其最小使用截面不得小于25
14、mm2。,架空导线一般采用多股绞线,有铜绞线(TJ)、铝绞线(LJ)和钢芯铝绞线(LGJ)。架空线路的导线一般采用铝绞线,但对机械强度要求较高,35 kV及35 kV以上的架空线路宜采用钢芯铝绞线(外层为铝线,作为载流部分;内层线芯为钢线,以增强机械强度)。在有烟雾或化学腐蚀气体存在的地区,宜采用防腐钢芯铝绞线(LGJF)或铜绞线。 架空线路在一般情况下都采用上述裸导线,但敷设在大、中城市市区主次干道、繁华街区、新建高层建筑群区及新建住宅区的中、低压架空配电线路以及有腐蚀性物质的环境中的架空线路,宜采用绝缘导线。,2) 电杆、横担和拉杆 电杆是支持导线的主体和支撑导线的支柱,它是架空线路的重要
15、组成部分。对电杆的要求主要是要有足够的机械强度,同时尽可能地经久耐用,价廉,便于搬运和安装。电杆有水泥杆、钢杆和铁塔架等。铁塔架主要用于220 kV以上超高压、大跨度的线路;钢杆多用在城镇电网中。目前广泛应用的是水泥杆。一条架空线路要由许多电杆来支撑,这些电杆根据其在线路上所处的位置和所起的作用不同,可分为直线杆、终端杆、耐张杆、转角杆、分支杆和跨越杆等。,横担安装在电杆的上部,用来安装绝缘子以架设导线。常用的横担有铁横担和瓷横担。瓷横担具有良好的绝缘性能,兼有绝缘子和横担的双重功能,能节约大量的木材和钢材,降低线路造价,加快施工进度。但是瓷横担比较脆,在安装和使用中必须注意。 拉线是为了平衡
16、电杆各方面的作用力,并抵抗风压以防电杆倾倒。,3) 线路的绝缘子和金具 线路的绝缘子用来将导线固定在电杆上,并使导线与横担、杆塔之间保持足够的绝缘,同时承受导线的重量与其他作用力,所以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。针式绝缘子主要用于10 kV及10 kV以下的线路;悬式绝缘子主要用于35 kV及35 kV以上的线路。 线路金具是用来连接安装导线、横担和绝缘子等的金属部件。,2. 架空线路的敷设 沿着规定路线装设架空线路的过程称为架空线路的敷设。架空线路的敷设原则如下所述。 (1) 敷设架空线路必须遵循有关技术规程的规定,以保证施工质量和线路安全运
17、行。 (2) 合理选择路径,做到路径短,转角小,交通运输方便,与建筑物保持一定的安全距离。 (3) 三相四线制的导线在电杆上一般采用水平排列,中性线架设在靠近电杆的位置;三相三线制的导线可采用三角形排列,也可采用水平排列;多回路导线同杆架设时,可采用三角、水平混合排列,也可全部垂直排列。,(4) 不同电压等级线路的挡距(也称跨距,即同一线路上相邻两电杆之间的距离)不同。一般380 V线路的挡距为5060 m,6 10 kV线路的挡距为80120 m。 (5) 同杆导线的线距与线路电压等级以及挡距等因素有关。380 V线路的线距约为0.30.5m,10 kV线路的线距约为0.61m。 (6) 弧
18、垂(架空导线一个挡距内最低点与悬挂点间的垂直距离)要根据挡距、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。 架空线路的其他要求在有关的技术规程中都有规定,设计与安装时必须遵循。,6.2.2 电缆线路的结构与敷设 电缆线路是利用电力电缆敷设的线路。电缆线路一般敷设于地下,大多直接埋设于土壤中,也有的敷设于地下的电缆沟道中,有的采用电缆桥架明敷。电缆线路与架空线路相比,虽然具有成本高,投资大,维修不便,不易发现和排除故障等缺点,但是电缆线路同时具有运行可靠,不易受外界影响,不需架设电杆,不占地面,不阻碍交通和观瞻等优点。因此在现代城市和企业中,电缆线路已
19、得到越来越广泛的应用,但农村电网不宜采用电缆线路。,1. 电缆线路的结构 电缆线路主要由电力电缆和电缆头组成。 电力电缆由导体、绝缘层和保护层三部分组成。如图6-9所示,导体一般由多股铜线或铝线绞合而成,便于弯曲。绝缘层用于将导体线芯之间或线芯与大地之间良好地绝缘。保护层则用来保护绝缘层,使其密封;保持一定的机械强度,以承受电缆在运输和敷设时所受的机械力;防止潮气进入。常用的电力电缆有油浸纸绝缘电缆和塑料绝缘电缆等。油浸纸绝缘电力电缆具有耐压强度高、耐热能力好、使用年限长等优点,可敷设在室内、电缆沟、隧道或土壤中;塑料绝缘电力电缆具有重量轻,抗酸碱,耐腐蚀,可敷设在有较大高度差或垂直、倾斜的环
20、境中。塑料绝缘电力电缆有逐步取代油浸纸绝缘电缆的趋向。,图6-9 油浸纸绝缘电力电缆的构造,电缆头指的是两条电缆的中间接头和电缆终端的封端头。图6-10所示是户内式环氧树脂终端头。环氧树脂浇注的电缆头具有绝缘性能好,体积小,重量轻,密封性好及成本低等优点,在10 kV系统中应用较广泛。 电缆线路的故障大部分发生在电缆接头处,所以电缆头是电缆线路中的薄弱环节。对电缆头的安装质量尤其要重视,要求密封性好,有足够的机械强度,耐压强度不低于电缆本身的耐压强度。,图6-10 户内式环氧树脂终端头,2. 电缆线路的敷设 电缆线路常用的敷设方式有以下几种。 (1) 直接埋地敷设。这种敷设方式首先挖好壕沟,然
21、后把电缆埋在里面,在周围填入沙土,上加保护板,再回填土,如图6-11所示。这种方式施工简单,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,因此,如果土壤有腐蚀性的话,需经过处理后再敷设。直接埋地敷设适用于电缆数量少、敷设途径较长的场合。,图6-11 直接埋地敷设,(2) 电缆沟敷设。这种敷设方式将电缆敷设在电缆沟的电缆支架上。电缆沟由砖砌成或混凝土浇注而成,上加盖板,内侧有电缆架,如图6-12所示。其投资稍高,但检修方便,占地面积少,因此在配电系统中应用很广泛。,图6-12 电缆在电缆沟内敷设 (a) 户内电缆沟;(b) 户外电缆沟;(c) 厂区电缆沟,(3) 电缆桥架
22、敷设。这种敷设方式是将电缆敷设在电缆桥架内。电缆桥架装置由支架、盖板、支臂和线槽等组成,图6-13所示即为电缆桥架敷设示意图。 采用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,且具有占用空间小、投资少、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。,图6-13 电缆桥架敷设,敷设电缆需遵循的原则如下所述。 (1) 电缆类型要符合所选敷设方式的要求,例如采用直接埋地敷设的电缆应有铠装和防腐层保护。 (2) 如果敷设条件允许,可给电缆考虑1.52的长度余量,作为检修时备用。 (3) 电缆敷设的路径
23、要力求少弯曲,弯曲半径与电缆外径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,其最高点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2 m高度及埋入地下小于0.25 m深度的一段;电缆与道路、铁路交叉的一段。,(6) 直接埋地电缆其埋地深度不得小于0.7 m,并列埋地电缆相互间的距离应符合规定(如10 kV电缆间不应小于0.1 m)。电缆沟距建筑物基础应大于0.6 m,距电杆基础应大于1 m。
24、(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,在特殊情况下,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,但必须保证不至于使电缆过热;允许在水管或通风管的明沟或隧道中敷设少数电缆,或电缆与这些明沟或隧道交叉。,(8) 户外电缆沟的盖板应高出地面(但注意厂区户外电缆沟的盖板应低于地面0.3 m,上面铺以沙子或碎土),户内电缆沟的盖板应与地板平齐。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。,6.2.3 低压配电线路的结构与敷设 低压配
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