第五章 工厂电力线路

第五章工厂电力线路

教学目的1．了解：工厂电力线路的任务和类别；低压线路的接线方式；裸导线涂色；导线和电缆选择的一般规定。2．理解并掌握：高压线路的接线方式；集肤效应；导线和电缆的选择计算条件、经验；导线和电缆的选择计算、校验。重点导线和电缆的选择计算。难点高压线路接线方式的改进；按电压损耗条件选择导线截面。5/11/20241工厂供电第一节工厂电力线路及其接线方式一、电力线路的任务和类别１．任务输送和分配电能。２．类别按电压高低分：高压线路和低压线路；按布置方式分：开式电网、闭式电网；按结构型式分：架空线路、电缆线路、室内（车间）线路；按接线方式分：放射式、树干式、环形。5/11/20242工厂供电二、高压线路的接线方式

（一）放射式线路（radiotype）

教材P161图5-1。各线路间互不影响，便于自动化，高压开关多，每个QF必须装一个高压开关柜，投资↑。发生故障或检修时该线路所供电的负荷都要停电。

提高可靠性措施：①各STS的高或低压侧敷设联络线；5/11/20243工厂供电②两路高压进线，经分段母线、双回线路交叉供电，如教材P2图1-1或P131图4-68的2号STS。放射式线路又可以分为：单电源（单回路）放射式线路；双电源单/双回路放射式线路；有公共备用干线的放射式线路。5/11/20244工厂供电（二）树干式接线（trunktype）教材P192图5-2。与放射式比较，优点：有色金属↓，开关↓，投资↓。缺点：可靠性低，高压干线故障或检修时→所有STS都停电，且不利于自动化。提高可靠性措施：①双干线供电，教材P162图5-3a；②双端供电，教材P162图5-3b。X5/11/20245工厂供电（三）环形接线（ringliketype）教材P163图5-4。实质上是两端供电的树干式接线，现代化城市电网中应用很广。5/11/20246工厂供电为了避免环形线路上发生故障时影响整个电网，也为了便于实现线路保护的选择性，“开口”运行，即环形线路中间有一处的开关是断开的。工厂高压配电系统实际由以上几种方式组合，大中型工厂优先选择放射性接线。三、低压线路的接线方式放射式、树干式、环形等基本接线方式。5/11/20247工厂供电（一）放射式接线教材P163图5-5。引出线互不影响，多用于设备容量较大或对供电可靠性要求较高的设备配电。5/11/20248工厂供电（二）树干式接线教材P163图5-6。供电可靠性低，小容量、分布均匀的用电设备。图5-6a：低压母线放射式配电的树干式，见下页图；图5-6b：低压“变压器-干线组”的树干式接线，见下页图，省去了低压侧成套配电装置，投资↓。5/11/20249工厂供电低压母线放射式配电的树干式“变压器-干线组”的树干式5/11/202410工厂供电教材P163图5-7树干式接线的变形，称链式接线。（设备≤5台；配电箱≤3台（总容量≤10kW）。）5/11/202411工厂供电（三）环形接线教材P164图5-8。STS低压侧通过联络线→环形接线→“开口”运行。对工业企业供电线路的基本要求：①可靠性（不盲目）；②安全性（运行维护）；③灵活性（便于倒闸检修）；④经济性（高压靠近负荷中心）；⑤发展性。5/11/202412工厂供电第二节工厂电力线路结构和敷设

集肤效应：对钢芯铝绞线，交流电流实际上只从铝线通过。弥补了钢线导电性差的缺点，钢芯铝绞线的截面积就是导电的铝线部分的面积。

架空线一般是裸导线，单股线、多股绞线（铜绞线（TJ）、铝绞线（工厂一般采用，LJ）、钢芯铝绞线（≥35kV，LGJ））。当工厂和城市10kV及以下，架空线路，安全距离、高层、繁华、人多、建筑施工现场、空气污秽地段→绝缘导线（橡皮绝缘<X室外用>、塑料绝缘<V室内明敷和穿管敷设时>）。5/11/202413工厂供电5-横担6-高压悬式绝缘子串7-线夹8-高压导线9-高压电杆10-避雷线1-低压导线2-针式绝缘子3-横担4-低压电杆5/11/202414工厂供电架空线档距（跨距）：同一线上相邻两根电杆之间的水平距离。

高、低压同杆架设时：高压线在上、低压线在下。绝缘导线的敷设方式：明敷，在管、槽内于墙壁等表面；暗敷，在管、槽内于墙、棚等内部。裸导线（母线）头涂色，辨别相序及其用途、防腐改善散热条件。教材P178表5-7。

A相B相C相N、PEN线PE线

黄

绿

红

淡篮

黄绿双色5/11/202415工厂供电第三节导线和电缆的选择计算一、导线和电缆选择的一般规定（一）架空线路导线的选择

1．110kV及以上，钢芯铝绞线，A≥150~185mm2。

35kV~66kV，钢芯铝绞线，A≥70~95mm2。

3~10kV城市电网，铝绞线，主干线A为150~240mm2，分支线A≥70mm2。但在化工污染及沿海地区：绝缘导线（绝缘水平按15kV考虑）、铜绞线（绝缘水平按20kV考虑）或钢芯铝绞线。5/11/202416工厂供电农电10kV架空线，钢芯铝绞线、铝绞线，5~10年中期规划，主干线A≥70mm2。

2．市区和工厂10kV及以下架空线，特殊情况→绝缘铝导线：①安全间距不够；②高层建筑；③繁华地区、人口密集地区；④游览区、绿化区；⑤空气污秽地段；⑥建筑施工现场。5/11/202417工厂供电

3．城市和工厂低压架空线，铝芯绝缘线，主干线A=150mm2，次干线A=120mm2，分支线A=50mm2；农村低压架空线，LGJ铝芯绝缘线。

4．架空线允许载流量，应按周围空气温度校正。气温（环境温度）应按当地10年或以上最热月的每日最高温度的月平均值。

5．从供电变电所的二次侧到线路末端T一次侧，线路电压损耗△U%≤变电所二次侧额定电压的5%。

6．架空线截面≥机械强度所要求的最小截面，教材P391附录表18。5/11/202418工厂供电（二）电缆的选择

UN、Ial、冷却条件（10m）、短路热稳定度。5/11/202419工厂供电二、导线和电缆截面选择计算的条件供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，须：

1．发热条件；（Ial≥I30→对应的温度，教材P392-393附录表20、21、22允许载流量Ial）

2．电压损耗条件；（通过I30→△U%≤△Ual%，高压STS：5%，照明：2~3%）

3．经济电流密度；（35kV及以上或35kV以下但距离长电流大，应使线路的年运行费用最小→Aec经济截面。工厂内10kV及以下不必。教材P182表5-8，jec）

4．机械强度。（A≥其最小允许截面Amin，教材P391附录表18、19）5/11/202420工厂供电电缆不必校验其机械强度，包括短路动稳定度，但需校验短路热稳定度。母线应校验短路时的动、热稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。

设计经验：10kV及以下高压线路及低压动力线路，先按发热条件选择截面，再校验电压损耗和机械强度；低压照明线路，先按允许电压损耗进行选择，再校验发热条件和机械强度；对长距离大电流线路及35kV及以上高压线路，先按jec确定Aec，再校验其他条件（发热、机械强度、△Ual%）。5/11/202421工厂供电三、按发热条件选择导线和电缆截面（一）三相系统相线截面的选择

I→导线（电缆、母线等，下同）发热，过高→接头氧化、断线；绝缘老化、烧毁、火灾。Ial≥I30

Ial：允许载流量，在规定的环境温度条件下，导线能够连续承受而不致使其稳定温度超过允许值的最大电流。当敷设点环境温度与所采用的环境温度不同时，Ial×温度校正系数。5/11/202422工厂供电

：额定负荷时的最高允许温度，P384附录表11；：导线的Ial所采用的环境温度；：导线实际的环境温度。步骤：①I30；②Ial≥I30的；③校验；

Ⅰ：△U%，教材P378附录表3，R0、X0；

Ⅱ：Amin，教材P391附录表18、19。④→A0、APE等；5/11/202423工厂供电教材P392附录表21，LMY矩形硬铝母线的允许载流量Ial（立放>平放Ial）。教材P393附录表22，10kV三芯电缆的Ial。教材P394附录表23，绝缘导线明敷、穿钢管（SC）、穿塑料管（PC）时Ial。

Ial≥

：过流保护装置的动作电流；：过负荷倍数。5/11/202424工厂供电（二）中性线、保护线和保护中性线截面的选择A0、APE

1．中性线截面的选择A0

最大不平衡电流和谐波电流的影响。（1）一般三相四线制线路中，A0≥0.5。（2）由三相四线制线路引出的两相三线线路和单相线路，A0=。（3）三次谐波电流突出的三相四线制线路，A0≥。（各相的电流都→N线，A0→或A0≥）5/11/202425工厂供电

2．保护线PE截面的选择APE要考虑三相系统发生单相短路故障时单相短路电流通过的短路热稳定度。GB50054-1995《低压配电设计规范》。（1）当≤16mm2时，APE≥。（2）当16mm2＜≤35mm2时，APE≥16mm2。（3）当＞35mm2时，APE≥0.5。注：=16mm2，APE==16mm2；=35mm2，APE=25mm2。

2.5，4，6，10，16，25，35，50，70，95，120，150，……，教材P392附录表20标准截面。5/11/202426工厂供电

3．保护中性线PEN线截面的选择取N线（A0）和保护线APE中的最大值。教材P181例5-1，BV-500-（3×35+1×25+PE25）。例5-2，TN-S系统：N与PE分，TN-C系统，N+PE（合）即PEN。

BV：铜芯塑料绝缘；BLV：铝芯塑料绝缘电缆。

X-橡皮绝缘；PC：硬塑料管；

SC：焊接钢管；MT：电线管。5/11/202427工厂供电四、按经济电流密度选择导线和电缆截面

A↑、△P↓、投资↑、维修管理费↑、有色金属消耗↑。1．线路年折旧费（投资/折旧年限）+年维修费。2．年电能损耗费。3．1与2的叠加，年运行费（=年折旧费+维修费+管理费+电能损耗费）。线路年费用与导线截面的关系曲线5/11/202428工厂供电

年运行费用最小值Ca→Aa不一定是很经济的截面，∵a点附近曲线3比较平坦，Aa↓→Ab→Cb增加不多，而有色金属消耗量显著减少。∴选Ab。经济截面：economicsection，Aec，从全面经济效益考虑，既使线路的年运行费用接近于最小、又适当考虑金属节约的导线截面，称为经济截面。经济电流密度：economiccurrent-density，jec，A/mm2，与经济截面对应的导线电流密度，称为经济电流密度。教材P182表5-8。分架空线、电缆（铝、铜）与Tmax有关，Tmax↑→jec↓。5/11/202429工厂供电表5-8导线和电缆的经济电流密度,A/mm2线路类别导线材质年最大有功负荷利用小时3000h以下3000～5000h5000h以上架空线路铝1.651.150.90铜3.002.251.75电缆线路铝1.921.731.54铜2.502.252.005/11/202430工厂供电选接近的标准截面（可选较小的），然后校验其他条件。步骤：①I30；②，取近；③校验其他条件，Ial、△U%、Amin。教材P182例5-3，，校验Ial、Amin。5/11/202431工厂供电五、线路电压损耗的计算高压线路：△Ual%≤5%。从T低压侧母线到用电设备受电端的低压配电线路，△Ual%≤5%用电设备额定电压。对视觉要求较高的照明线路，≤2~3%。若△U%超过允许值，应A↑。（一）集中负荷的三相线路电压损耗的计算线路的电压降落：voltagedrop，指线路首端电压与末端电压的相量差。线路的电压损耗：voltageloss，指线路首端电压与末端电压的代数差△U。5/11/202432工厂供电三相线路各相负荷平衡时，各相电流相等，相位差也相同，∴计算其中的一相电压损耗×→线电压损耗。先以终端接有一集中负荷的三相线路为例：单线电路图U、I矢量图5/11/202433工厂供电相电压损耗，准确计算比较复杂，工程计算中以段代替段，而该误差≤5%。则线电压损耗：由终端电压U2、得：5/11/202434工厂供电实际计算中以线路的额定电压UN代替U2，误差极小。∴∴5/11/202435工厂供电通常以百分制表示，则：说明：（1）P、Q、UN单位分别为kW、kvar、kV，△U单位为V；（2）UN↑→△U↓；（3）P一定时，↑→↓→↓→Q↓→△U↓（∴提高）；（4）。5/11/202436工厂供电1．放射式线路5/11/202437工厂供电2．树干式线路5/11/202438工厂供电若各段△U或△U%可求，总的电压损耗=各段电压损耗之和，可求。其中，P1、Q1、P2、Q2、P3、Q3为通过各干线负荷（各段首→最终）。

p1、q1、p2、q2、p3、q3为各分支线负荷。（“力”）第一段干线：，第二段干线：，第三段干线：，

R、X、L为各干线的值，电源（首端）→各分支终点。（“力臂”）5/11/202439工厂供电第一段干线：，，第二段干线：，，第三段干线：，，

——干线功率方法，适于各r0，x0不一致时。5/11/202440工厂供电——负荷矩法（功率矩法），适于均一线路。5/11/202441工厂供电对于“无感”线路，即线路感抗可忽略去不计或线路负荷的线路，则线路的电压损耗：5/11/202442工厂供电对于“均一无感”线路，即全线的导线型号规格一致，且可不计感抗或负荷的线路，则电压损耗为：：导线的电导率，,

；

A：导线的截面积，mm2；：线路的所有有功功率矩之和；：线路的额定电压，kV。5/11/202443工厂供电“无感”线路电压损耗百分值为：“均一无感”线路电压损耗百分值为：

对于“均一无感”的单相交流电路和直流线路，由于其负荷电流（或功率）要通过来回两条导线，所以总的电压损耗应为一根导线上的电压损耗的两倍，即：5/11/202444工厂供电按△U%（或△U）选择导线和电缆截面步骤：（1）对于“均一无感”线路，则忽略：或

并校验其他条件（发热，机械强度，经济电流密度）。5/11/202445工厂供电①取X0，教材P60表3-1，

②由，得：