《工厂供配电技术（第三版）》 课件 课题三　电力线路的结构与敷设

电力线路的结构与敷设课题三任务1架空线路的结构与敷设任务2电缆线路的结构与敷设任务3低压供配电系统的接地与接零任务4车间（室内）动力配电线路的

结构与敷设电力线路是电力系统的重要组成部分，是用来传送和分配电能的。电力线路按结构不同可分为架空线路、电缆线路及车间（室内）线路三种。本课题主要学习这三种线路的结构与敷设。如图所示为电力线路的敷设方式实例。电力线路的敷设方式实例a）架空线路b）电缆沟及电缆支架c）电缆在室内桥架敷设任务1架空线路的结构与敷设任务目标◆

了解架空线路的基本结构与敷设。◆

熟悉架空线路的基本维护。任务引入电力网中所占比例最大的线路敷设形式就当属架空线路了，几乎所有高压、大功率输送网络均会选用架空线路。近年来由于对环境要求的提高，城市中心已经鲜有架空线路的踪迹。但在工厂中，架空线路仍不失是一种非常方便、实用的线路结构形式，本任务主要学习架空线路的结构、敷设、维护等内容。一、架空线路的结构架空线路主要由导线、杆塔、绝缘子和金具等构成。杆塔用来支撑导线和配电装置；绝缘子使导线和杆塔间保持所要求的绝缘并起固定、托举作用；金具起连接和支撑作用。为保证杆塔的稳定性，在某些杆塔上还要有杆塔拉线。如图所示为低压架空线路典型杆塔结构。相关知识低压架空线路典型杆塔结构1.杆塔架空线路的杆塔可采用木杆、钢筋混凝土杆或铁塔。架空线路的各种杆塔，按其作用可分为直线杆、耐张杆、分支杆、转角杆、终端杆等，如图所示为各种杆型。各种杆型（1）直线杆。直线杆如图所示，其设计要求是能承受导线的自重、导线上覆冰的质量及导线所承受的风压，不能承受沿线路方向的水平张力。直线杆a）直线杆做法示意图b）实物图（2）耐张杆。耐张杆又称承力杆，其设计要求是能承受两侧导线较大的拉力差作用。一般若干杆位后需立一耐张杆，相邻两耐张杆之间的距离称为耐张段，耐张段内有若干直线杆，相邻两直线杆之间的水平距离称为档距，如图所示。耐张杆及耐张段a）耐张杆做法示意图b）一个耐张段示意图c）施工中的耐张杆（3）转角杆。转角杆设置在线路转角处，由于两侧导线的张力不在一条直线上，所以就产生了不平衡拉力，如图所示。根据转角的大小不同，可用耐张型转角杆或直线型转角杆。

转角杆a)转角杆做法示意图b)

转角杆实物图及受力分布图

转角杆a)

转角杆做法示意图b)

转角杆实物图及受力分布图（4）终端杆。终端杆设置在线路的首、末端，承受单侧张力的作用，如图所示。终端杆a）终端杆做法示意图b）实物图（5）跨越杆。跨越杆设置在线路跨越河流、山谷、铁路、公路等地方，较常见的是在公路的十字路口。跨越杆的高度和档距一般比普通杆大。根据跨越档距的大小不同，可用耐张型跨越杆或直线型跨越杆，目前10kV线路的跨越杆多选用金属杆塔，如图所示。选用金属杆塔的跨越杆2.横担与抱箍横担安装在杆塔的上部，由抱箍将其固定在杆塔上，用来安装绝缘子以架设导线。常用的横担有木横担、铁横担和瓷横担。现在工厂普遍采用的是金属横担和瓷横担。如图所示为低压架空线路金属横担与抱箍。低压架空线路金属横担与抱箍a）金属横担与抱箍b）金属横担在直线杆上的安装示意图瓷横担是我国独创的产品，具有良好的电气绝缘性能，兼有绝缘子和横担的功能，能节约大量的木材和钢材，有效地利用杆塔高度，降低线路造价。它的表面便于雨水冲洗，可减少线路维护工作量，且它结构简单，安装方便。但瓷横担比较脆，在安装和使用中必须注意避免机械损伤。如图所示为高压杆塔上安装的瓷横担。高压杆塔上安装的瓷横担3.拉线与拉线金具拉线与拉线金具配合组成一个具有完整功能的拉线系统，用于平衡杆塔各方面的作用力，并抵抗风力以防止杆塔倾倒，拉线的材料现在一般都使用钢丝绳。拉线及其金具的安装如图所示。拉线及其金具的安装a）常用的拉线金具及拉线盘b）拉线上部制作样例c）拉线调节环制作样例拉线及其金具的安装a）常用的拉线金具及拉线盘b）拉线上部制作样例c）拉线调节环制作样例二、绝缘子绝缘子又称瓷瓶，用来将导线固定在杆塔上，并使导线与杆塔绝缘。绝缘子要具有一定的电气绝缘强度及足够的机械强度。绝缘子按电压高低可分为低压绝缘子和高压绝缘子两类；按形状不同可分为针式绝缘子、悬式绝缘子、瓷横担绝缘子及棒型绝缘子等，不同形状绝缘子的特点及应用见下表；按材料不同可分为瓷质绝缘子、钢化玻璃绝缘子和硅橡胶合成绝缘子等，不同材料绝缘子的特点及应用见下表。不同形状绝缘子的特点及应用不同形状绝缘子的特点及应用不同材料绝缘子的特点及应用三、金具金具是用来连接导线、安装横担和绝缘子等的金属附件，按用途大致可分为线夹、连接金具、接续金具、保护金具等，不同用途金具的作用见下表。不同用途金具的作用不同用途金具的作用四、导线导线架设在杆塔上要经受自身质量和各种外力的作用，并承受大气中各种有害物质的侵袭。因此，导线必须具有良好的导电性以及足够的机械强度和耐腐蚀性，尽可能地质轻而价廉。导线主要由铝、钢、铜、铝合金等材料制成，避雷线则一般用钢线。铜虽然导电性能好，抗腐蚀能力也强，但因价格贵，除特殊需要外架空线一般不采用铜导线。钢线的导电率低，集肤效应显著，不宜用作导线。但钢线的机械强度高，可用作避雷线。铝的导电性能虽比铜差一些，但因质轻、价廉，广泛应用于10kV及以下的线路上。任务2电缆线路的结构与敷设任务目标◆

掌握电缆线路的基本结构与敷设。◆

了解电缆线路的故障检修。任务引入如果说架空线路在高电压、大电流、远距离输电任务中占绝大多数的话，那么在低压供配电系统中，特别在城市中和对环境要求较高的工厂中，电缆线路则有着更多的应用空间。因此，学习和掌握电缆线路的结构与敷设知识对于低压供配电线路的设计和施工有着非常实际的意义。如图所示为一些常见的电缆。一些常见的电缆一、电缆及其结构与特点1.电缆的基本定义绝缘导线是一种有线芯（用于传递功率）与绝缘（用于绝缘防护）的电路导体，把单根或多根绝缘导线外面再加上护套就成为了电缆，因此电缆必须具备的三个要素为线芯、绝缘、护套。能满足这三个要素的导线就是电缆，工程中有时也称电缆为护套线。相关知识2.电缆的结构根据电缆的定义，电缆应当由线芯、绝缘层和保护层三部分组成。线芯导体要有好的导电性，以减少线路损失；绝缘层的作用是将线芯导体间及线芯与保护层隔离，因此必须有良好的绝缘性能、耐热性能和稳定性；保护层又分为内保护层和外保护层两部分，用来保护绝缘层，同时将电缆线芯约束在一个限定的空间内，减小电缆的外径，使电缆在运输、储存、敷设和运行中，电缆的绝缘层不受外力损伤并防止水分的侵入，故应有一定的机械强度。分相屏蔽电缆的结构如图所示为分相屏蔽电缆的结构。交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆如图所示为交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆。聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆如图所示为聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆。3.电缆的基本特点（1）聚氯乙烯绝缘电缆。价格低，市场占有率高，安装工艺简单，敷设与维护简单方便，能适应高落差敷设。其外形最显著的特点是线芯截面被挤压成异形，线芯的绝缘层均按规范要求生产为规定的颜色。但其机械性能受工作温度的影响较大，一般最高允许温度为70℃

。（2）交联聚乙烯绝缘电缆。允许的工作温度较高，最高为90℃，故允许的短时过载能力较强，有优良的介电性能，但抗电晕、游离放电性能差，适合高落差敷设和垂直敷设。其外形特点是线芯连同绝缘层为规则的圆形，线芯绝缘层一般采取不添加分相色母粒的工艺方式，多为聚乙烯材料的原色，分相方式采取色带工艺。4.电缆的型号我国电缆产品的型号由几个大写汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。电缆型号中各字母的含义见下表，外护套代号的含义见下表。电缆型号中各字母的含义

外护套代号的含义任务3低压供配电系统的接地与接零任务目标◆

掌握低压供配电系统中接地与接零的基本概念。任务引入在进行低压供配电线路的安装与维护时，肯定要面对接地与接零的问题，如各种家用电器，其插头就有三极和两极的区别，如图所示。两极插头很简单，就是一根相导体（L）（即相线，俗称火线）和一根中性导体（N）（即中性线，俗称零线）；三极插头则除了相导体、中性导体外多出一根保护导体（PE）（即保护线）。相导体和中性导体是完成用电的基本条件，而保护导体却关乎着用电的安!因此，作为电气专业人员，必须掌握接地与接零的概念，本任务将要学习低压供配电系统中接地与接零的基本概念。不同的电器插头一、接地的基本概念接地是指从电网运行或人身安全的需要出发，人为地将电气设备的某一部分通过接地装置与大地做良好的电气连接。按作用不同，接地可分为工作接地和保护接地两种。1.工作接地（或称系统接地）为了保证电力系统在正常运行及发生故障情况下能够可靠工作，将电力系统的某一部分进行接地，称为工作接地。相关知识2.保护接地为了保证人身安全，防止触电事故的发生，将电气设备在正常情况下不带电的外露可导电部分实行的接地，称为保护接地。采用保护接地后，可大大减轻电气设备金属外壳带电引起的触电危险。3.中性导体（N）中性导体是指与系统中性点连接并能起传输电能作用的导体，中性导体属载流导体。4.保护导体（PE）保护导体是指为满足某些防护需要，与外露可导电部分、主接地体、接地体、电源接地点或人工接地点进行电气连接的导体。保护导体不参与用电行为，正常情况下不应带电或载流。5.保护中性导体（PEN）（即保护零线）PEN兼具PE和N的功能。6.国际电工委员会（IEC）对配电网接地方式的分类分为TT系统、TN系统、IT系统，其中TN系统在我国应用较广泛，在绝大多数低压配电系统中使用此接地方式。二、接地方式文字代号的含义TN、TT、IT三种方式均使用了两个字母，以表示三相电力系统和电气装置外露可导电部分（设备外壳、底座等）的对地关系。第一个字母表示电力系统的对地关系，T表示直接接地（通常为系统中性点）；I表示不接地（所有带电部分与地隔离），或通过阻抗（电阻器、电抗器）及通过等值线路接地。第二个字母表示电气装置外露可导电部分的对地关系，T表示独立于电力系统接地点而独立接地，即用电设备采用保护接地；N表示与电力系统接地点直接进行电气连接，即用电设备采用保护接零。在TN系统中，为了表示中性线和保护线的组合关系，有时在TN代号后面还可附加以下字母：S表示中性线和保护线在结构上是分开的；C表示中性线和保护线在结构上是合一的（PEN线）。1.TT系统TT系统为三相四线制中性点直接接地，电源系统（这里指配电变压器）与电气装置的外露可导电部分分别直接接地的系统。它的中性线在电源侧接地后引出，并只作电能传输通路，用电端的电气装置外露可导电部分在现场直接接地，如图所示。TT系统我国的低压配电系统绝大多数均运行中性点接地系统，TT系统也属于此类。上图中除了工作接地外，还有保护接地，即用电设备外壳通过PE线和接地装置与大地进行的连接。下面假设运行中U相与设备外壳发生了金属性短路碰壳状况，来分析保护接地的作用，如图所示。图中：R0

为工作接地电阻；RE

为保护接地电阻；RB为人体电阻。TT系统U相碰壳保护a）TT系统U相碰壳示意图b）U相碰壳等效电路图由TT系统U相碰壳等效电路图得知，运行中如果U相碰壳，人体可能接触到的电压为相电压在

R0

和

RE

上的分压值，如果人体电阻为

RB，当忽略相线电阻时，则有（3-1）如果假定运行中

R0

和

RE

的电阻值均为4Ω，虽然运行状态没有违反规程，但人体可能承受的故障电压为110V的电压加在人体上是非常危险的。而碰壳引起的故障电流为这样的一个电流值在低压配电网络里不算是很大的电流值，如果保护元件是断路器，这样的电流一般是不会引起断路器迅速跳闸的，所以设备外壳可能会因此而维持带电，这是非常危险的。所以TT系统在发生碰壳短路时，只能有效地降低伤害（人体有可能接触的电压降低到110V）而不能完全避免伤害，不能速断跳闸。2.TN系统TN系统即电源系统有一点直接接地，负载设备的外露可导电部分通过保护线连接到此接地点的系统。根据中性线和保护线的布置，TN系统的形式有以下三种。（1）TN-C系统。TN-C系统为三相四线制中性点直接接地，第四根线为PEN线，即整个系统的中性线与保护线是合一的系统，此系统成本低，接线简单，是工厂低压电网中应用较多的系统，如图所示。TN-C系统当设备运行中发生事故时，如U相相线与用电设备的金属外壳发生金属性短路，由于采取的是保护接零，所以“碰壳短路”就变成了“相零短路”，如图所示。图中：R0

为工作接地电阻；RΦ

为相线电阻；RN

为零线电阻；RB

为人体电阻。由于相线和零线有足够的截面，阻抗甚小且稳定，即图中的

RΦ

与

RN，有可能产生很大的短路电流使保护装置动作，切断故障设备的电源从而保证安全。TN-C系统U相碰壳保护a）TN-C系统U相碰壳示意图b）U相碰壳等效电路图当三相严重不平衡，PEN线中流过一定的电流时，就会产生电压降，形成电位漂移，跟其紧密相连的设备外壳的对地电压也会随之升高，当其值较大时就会威胁到用电安全，故此系统只适合三相负荷相对平衡的动力类负荷。（2）TN-S系统。TN-S系统为三相五线制中性点直接接地的系统，整个系统的中性线和保护线是分开的。此系统安全可靠性高，可用于居民住宅、机关、学校、娱乐场所等用电地点，但其电路成本较高，配电线路需要五根导线，如图所示。TN-S系统（3）TN-C-S系统。TN-C-S系统为三相四线制中性点直接接地的系统，输配电线路为三相四线，到达用电地点后在进户处将PEN线一分为二，一根作为零线N，另一根作为保护线PE，因此既达到了较好的保护效果，而成本与TN-S系统相比又较低。但要保证PE线的稳定地电位，用电负荷三相必须尽量平衡。TN-C-S系统但是，此系统的PEN线在用户进户处分开以后，分别成为N线和PE线，这之后就再也不能有任何连接点。（4）重复接地。所谓重复接地，就是在TN系统中，除电源中性点进行工作接地外，还在一定的处所把PE线或PEN线再行接地。作为TN系统的配套措施，重复接地在保证接零系统的安全运行中有着重要作用，如图所示为TN-C-S系统重复接地。TN-C-S系统重复接地采取重复接地后，重复接地和电源中性点工作接地构成零线的并联支路，从而使相线—零线回路的阻抗减小，短路电流增大，过电流保护装置迅速动作。由于短路电流的增大，变压器低压绕组相线上的电压相应增加，从而使零线上的电压降减小，设备外壳对地电压进一步减小，触电危险程度大为减小，如图所示。下图中：R0—工作接地电阻；RΦ—相线电阻；RN—零线电阻；RB—人体电阻；R′0—重复接地电阻。重复接地的作用a）重复接地作用示意图b）重复接地等效电路图在无重复接地的情况下，当保护线断线且断线处后面任一电气设备发生碰壳短路时，会使断线处后面所有接零设备外壳对地电压均接近于相电压，这是很危险的，如图所示。下图中：R0—工作接地电阻；RΦ—相线电阻；RB—人体电阻。无重复接地时保护线断开a）无重复接地时保护线断开的危险示意图b）无重复接地时保护线断开等效电路图若有重复接地，保护线断开后，系统至少能够运行TT系统，也能减少伤害或避免伤害，如图所示。下图中：R0—工作接地电阻；RΦ—相线电阻；RB—人体电阻；R′0—重复接地电阻。有重复接地时保护线断开a）有重复接地时保护线断开示意图b）有重复接地时保护线断开等效电路图3.保护接地与保护接零混用的危害必须注意，由同一个变压器供电的低压配电网中，不允许对一部分电气设备采用保护接地（即TT系统），对另一部分电气设备又采用保护接零（即TN系统）。因为在三相四线制保护接零的配电网中，若又有采用保护接地方式的电气装置，如图所示，当采用保护接地的电动机一相发生绝缘损坏碰壳时，接地电流有可能受到接地电阻的限制，使保护装置动作失灵，故障不能切除。下图中：R0—工作接地电阻；RΦ—相线电阻；RB1

、RB2—人体电阻；R′0—重复接地电阻。TT与TN混用a）TT与TN混用危害示意图b）TT与TN混用等效电路图4.IT系统IT系统为三相三线中性点不接地，或经足够大的阻抗（约1000Ω）接地，电气设备的外露可导电部分现场直接接地的系统。IT系统如图所示。下图中：R0—工作接地电阻；RE—系统的保护接地电阻；R′E—用电装置的保护接地电阻。IT系统如图所示为IT系统两种运行方式下的接线原理，一种中性点不接地，目前占多数；另一种中性点经足够大的阻抗接地。下图中：R0—工作接地电阻；RΦ—相线电阻；RB—人体电阻；R′0—重复接地电阻；RN0—中性点串联接地电阻。IT系统两种运行方式下的接线原理a）中性点不接地IT系统b）中性点不接地IT系统等效电路图c）中性点经阻抗接地IT系统d）中性点经阻抗接地IT系统等效电路图从上图可以看到，IT系统中性点不接地或经阻抗接地，当发生碰壳短路时，就能够避免或减轻伤害，从而保证了IT系统在用电过程中发生漏电事故时也可以在不停电的情况下保证用电人员的安全，此时保护系统可以动作于信号而不必动作于跳闸，特别是运行于中性点不接地IT系统时保护效果非常可靠。但是要使IT系统发生漏电时避免触电伤害，IT系统的运行必须同时满足以下两点。（1）系统的供电范围不得太大。（2）系统对地的绝缘电阻必须满足要求。系统的供电范围太大，就会在相与地之间产生较大的分布电容，从而构成威胁；系统相对地的绝缘电阻过小，也会形成分布电阻而构成威胁，如图所示。中性点不接地IT系统分布参数影响a）中性点不接地IT系统分布参数影响示意图b）中性点不接地IT系统分布参数影响等效电路图上图中：RΦ—相线电阻；RB—人体电阻；R′0—重复接地电阻。因此，IT系统一般只适用于供电范围不大，且电气绝缘质量较高的场所，比如医院的手术室，易燃、易爆车间等地方，由于系统不大，分布参数可以忽略不计。比如在工厂的一些潮湿危险场所可以设置一个隔离变压器，当变压器二次侧的用电设备单极漏电时，对操作者不构成威胁，因为漏电的部分与大地没有电的联系，从而不构成电流回路，如图所示。安装隔离变压器保护a）隔离变压器保护示意图b）隔离变压器保护等效电路图5.接地装置（1）一般大型建筑物的接地装置为防雷和电气保护公用，在其建筑施工初期打基础的时候，接地扁钢就与基础钢筋、混凝土打在一起，然后多点引出组成接地网络，并设置接地电阻测量点。这种施工方式，其接地装置的接地电阻稳定性较高从而保护可靠，如图所示为基础接地的做法。基础接地的做法如图所示为接地电阻测量点。接地电阻测量点（2）变电室或小型建筑物没有较深的建筑基础，一般使用接地极（接地体）做接地装置。目前使用较为普遍的为镀锌角钢制作的接地装置，制作时用重锤将接地极打入地下，施工方便，接地电阻较为稳定。如图所示为角钢接地极的样式及施工方式。角钢接地极的样式及施工方式a）接地极结构示意图b）接地装置做法示意图