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文檔簡(jiǎn)介
第七章電纜裸導(dǎo)線絕緣子電力線路是電力網(wǎng)的重要組成部分,其作用是輸送和分配電能。電力線路按絕緣方式可分為裸導(dǎo)線和電纜兩種。7.1裸導(dǎo)線電力系統(tǒng)中的裸導(dǎo)線有硬導(dǎo)線和軟導(dǎo)線兩種。其中,位于系統(tǒng)中匯集和分配電能的裸導(dǎo)線稱為母線;位于戶外長(zhǎng)距離輸送電能的裸導(dǎo)線稱為架空導(dǎo)線,架空導(dǎo)線是架空電力線路的主要組成部件。
母線和電纜的選擇一、母線的選擇與校驗(yàn)▉母線選擇的項(xiàng)目▉母線材料、類型和布置方式▉母線截面的選擇
(按最大長(zhǎng)期工作電流選擇和按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇)▉母線熱穩(wěn)定校驗(yàn)
▉母線動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)二、電纜的選擇與校驗(yàn)▉電纜的基本知識(shí)▉按結(jié)構(gòu)類型和額定電壓選擇電纜▉電纜截面選擇(按最大長(zhǎng)期工作電流選擇和按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇)
▉熱穩(wěn)定校驗(yàn)
▉電壓損失校驗(yàn)▉母線的選擇與校驗(yàn)—母線選擇的項(xiàng)目母線選擇的項(xiàng)目一般包括:①母線材料、類型和布置方式;②導(dǎo)體截面;③熱穩(wěn)定;④動(dòng)穩(wěn)定等項(xiàng)進(jìn)行選擇和校驗(yàn);⑤對(duì)于110kV以上母線要進(jìn)行電暈的校驗(yàn);⑥對(duì)重要回路的母線還要進(jìn)行共振頻率的校驗(yàn)。▉母線的選擇與校驗(yàn)—母線的材料(1)母線的材料配電裝置的母線常用導(dǎo)體材料有銅、鋁和鋼。銅的電阻率低,機(jī)械強(qiáng)度大,抗腐蝕性能好,是首選的母線材料。但是銅在工業(yè)和國(guó)防上的用途廣泛,還因儲(chǔ)量不多,價(jià)格較貴,所以一般情況下,盡可能以鋁代銅,只有在大電流裝置及有腐蝕性氣體的屋外配電裝置中,才考慮用銅作為母線材料。如特變電工。
▉母線的選擇與校驗(yàn)—常用硬母線的類型(2)常用硬母線類型常用的硬母線截面有矩形、槽形和管形。矩形母線常用于35kV及以下、電流在4000A及以下的配電裝置中。單條矩形截面積最大不超過(guò)1250mm2。當(dāng)工作電流超過(guò)最大截面單條母線允許電流時(shí),可用小于4的幾條矩形母線并列使用。槽形母線機(jī)械強(qiáng)度好,載流量較大,集膚效應(yīng)系數(shù)也較小,一般用于4000~8000A的配電裝置中。管形母線集膚效應(yīng)系數(shù)小,機(jī)械強(qiáng)度高,管內(nèi)還可通風(fēng)和通水冷卻,因此,可用于8000A以上的大電流母線。另外,由于圓形表面光滑,電暈放電電壓高,因此可用于110kV及以上配電裝置。
▉母線的選擇與校驗(yàn)—母線的布置方式
(3)母線的布置方式圖7-11為矩形母線的布置方式示意圖。當(dāng)三相母線水平布置時(shí),圖7-7(a)與圖7-7(b)相比,前者散熱較好,載流量大,但機(jī)械強(qiáng)度較低,而后者情況正好相反。圖7-7(c)的布置方式兼顧了前二者的優(yōu)點(diǎn),但使配電裝置的高度增加,所以母線的布置應(yīng)根據(jù)具體情況而定。
▉母線截面選擇—按最大長(zhǎng)期工作電流選擇
除配電裝置的匯流母線及較短導(dǎo)體(20m以下)按最大長(zhǎng)期工作電流選擇截面外,其余導(dǎo)體的截面一般按經(jīng)濟(jì)密度選擇。1.按最大長(zhǎng)期工作電流選擇母線長(zhǎng)期發(fā)熱的允許電流Ⅰal,應(yīng)不小于所在回路的最大長(zhǎng)期工作電流Ⅰmax,即KⅠal≥Ⅰmax(7-31)式中Ⅰal—相對(duì)于母線允許溫度和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下導(dǎo)體長(zhǎng)期允許電流;K—綜合修正系數(shù),與環(huán)境溫度和導(dǎo)體連接方式等有關(guān),其中溫度修正系數(shù)參考式(7-3)。▉母線截面選擇—按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇
2.按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面可使年綜合費(fèi)用最低,年綜合費(fèi)用包括電流通過(guò)導(dǎo)體所產(chǎn)生的年電能損耗費(fèi)、導(dǎo)體投資和折舊費(fèi)、利息等。從降低電能損耗角度看,母線截面越大越好,而從降低投資、折舊費(fèi)和利息的角度,則希望截面越小越好。綜合這些因素,使年綜合費(fèi)用最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的母線截面稱為母線的經(jīng)濟(jì)截面,對(duì)應(yīng)的電流密度稱為經(jīng)濟(jì)電流密度。表7-7為我國(guó)目前仍然沿用的經(jīng)濟(jì)電流密度值。▉母線截面選擇—按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇表7-7經(jīng)濟(jì)電流密度值A(chǔ)/mm2按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面按下式計(jì)算式中Ⅰmax—通過(guò)導(dǎo)體的最大工作電流,A;Jec—經(jīng)濟(jì)電流密度,A/mm2。▉母線的選擇與校驗(yàn)—母線熱穩(wěn)定校驗(yàn)
按正常電流及經(jīng)濟(jì)電流密度選出母線截面后,還應(yīng)按熱穩(wěn)定校驗(yàn)。按熱穩(wěn)定要求的導(dǎo)體最小截面為(7-33)式中Ⅰ∞—短路電流穩(wěn)態(tài)值(A)Ks—集膚效應(yīng)系數(shù),對(duì)于矩形母線截面在100mm2以下,Ks=1。tdz—熱穩(wěn)定計(jì)算時(shí)間,s。C—熱穩(wěn)定系數(shù)。▉母線的選擇與校驗(yàn)—母線熱穩(wěn)定校驗(yàn)
熱穩(wěn)定系數(shù)C值與材料及發(fā)熱溫度有關(guān)。C值如表7-8。
▉母線的選擇與校驗(yàn)—母線動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)各種形狀的母線通常都安裝在支持絕緣子上,當(dāng)沖擊電流通過(guò)母線時(shí),電動(dòng)力將使母線產(chǎn)生彎曲應(yīng)力,因此必須校驗(yàn)?zāi)妇€的動(dòng)穩(wěn)定性。安裝在同一平面內(nèi)的三相母線,其中間相受力最大,即
(7-34)式中Kf—母線形狀系數(shù),當(dāng)母線相間距離遠(yuǎn)大于母線截面周長(zhǎng)時(shí),Kf=1。其他情況可由有關(guān)手冊(cè)查得。
l—母線跨距,(m);
a—母線相間距,(m)。▉母線的選擇與校驗(yàn)—母線動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)?zāi)妇€通常每隔一定距離由絕緣瓷瓶自由支撐著。因此當(dāng)母線受電動(dòng)力作用時(shí),可以將母線看成一個(gè)多跨距載荷均勻分布的梁,當(dāng)跨距段在兩段以上時(shí),其最大彎曲力矩為
(7-35)
若只有兩段跨距時(shí),則
(7-36)式中Fmax——一個(gè)跨距長(zhǎng)度母線所受的電動(dòng)力(N)。▉母線的選擇與校驗(yàn)—母線動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)?zāi)妇€材料在彎曲時(shí)最大相間計(jì)算應(yīng)力為
(7-37)式中W—母線對(duì)垂直于作用力方向軸的截面系數(shù),又稱抗彎矩(m3),其值與母線截面形狀及布置方式有關(guān),對(duì)常遇到的幾種情況的計(jì)算式列于圖7-12中。要想保證母線不致彎曲變形而遭到破壞,必須使母線的計(jì)算應(yīng)力不超過(guò)母線的允許應(yīng)力,即母線的動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)條件為(7-38)式中σal一母線材料的允許應(yīng)力,對(duì)硬鋁母線σal
=69MPa;
對(duì)硬銅母線σal
=137MPa。▉母線的選擇與校驗(yàn)—母線動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)圖母線抗彎矩W計(jì)算表7—12▉母線的選擇與校驗(yàn)—母線動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)如果在校驗(yàn)時(shí),,則必須采取措施減小母線的計(jì)算應(yīng)力,具體措施有:將母線由豎放改為平放;放大母線截面,但會(huì)使投資增加;限制短路電流值能使大大減小,但須增設(shè)電抗器;增大相間距離a;減小母線跨距l(xiāng)的尺寸,此時(shí)可以根據(jù)母線材料最大允許應(yīng)力來(lái)確定絕緣瓷瓶之間最大允許跨距,即(7-38)式中F1—單位長(zhǎng)度母線上所受的電動(dòng)力(N/m)當(dāng)矩形母線水平放置時(shí),為避免導(dǎo)體因自重而過(guò)分彎曲,所選取的跨距一般不超過(guò)1.5~2m??紤]到絕緣子支座及引下線安裝方便,常選取絕緣子跨距等于配電裝置間隔的寬度。▉電纜的選擇與校驗(yàn)—電纜的基本知識(shí)電纜的基本結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)電芯、絕緣層、鉛包(或鋁包)和保護(hù)層幾個(gè)部分。供配電系統(tǒng)中常用的電力電纜,按其纜芯材料分為銅芯和鋁芯兩大類。按其采用的絕緣介質(zhì)分油浸紙絕緣和塑料絕緣兩大類。電纜制造成本高,投資大,但是具有運(yùn)行可靠、不易受外界影響、不需架設(shè)電桿、不占地面、不礙觀瞻等優(yōu)點(diǎn)。電力電纜是根據(jù)其結(jié)構(gòu)類型、電壓等級(jí)和經(jīng)濟(jì)電流密度來(lái)選擇,并須校驗(yàn)以其最大長(zhǎng)期工作電流、正常運(yùn)行情況下的電壓損失以及短路時(shí)的熱穩(wěn)定進(jìn)行。短路時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定可以不必校驗(yàn)。▉電纜的選擇與校驗(yàn)—按結(jié)構(gòu)類型與額定電壓選擇
1.按結(jié)構(gòu)類型選擇電纜(即選擇電纜的型號(hào))根據(jù)電纜的用途、電纜敷設(shè)的方法和場(chǎng)所,選擇電纜的芯數(shù)、芯線的材料、絕緣的種類、保護(hù)層的結(jié)構(gòu)以及電纜的其它特征,最后確定電纜的型號(hào)。常用的電力電纜有油浸紙絕緣電纜、塑料絕緣電纜和橡膠電纜等。隨著電纜工業(yè)的發(fā)展,塑料電纜發(fā)展很快,其中交聯(lián)聚乙烯電纜,由于有優(yōu)良的電氣性能和機(jī)械性能,在中、低壓系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛。
2.按額定電壓選擇可按照電纜的額定電壓UN不低于敷設(shè)地點(diǎn)電網(wǎng)額定電壓UNs的條件選擇,即UN≥UNs
(7-40)▉電纜的選擇與校驗(yàn)—按最大長(zhǎng)期工作電流選擇電纜截面3.電纜截面的選擇一般根據(jù)最大長(zhǎng)期工作電流選擇,但是對(duì)有些回路,如發(fā)電機(jī)、變壓器回路,其年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)超過(guò)5000h,且長(zhǎng)度超過(guò)20m時(shí),應(yīng)按經(jīng)濟(jì)電流密度來(lái)選擇。
(1)按最大長(zhǎng)期工作電流選擇電纜長(zhǎng)期發(fā)熱的允許電流Ⅰal,應(yīng)不小于所在回路的最大長(zhǎng)期工作電流Ⅰmax,即KⅠal
≥Ⅰmax(7-41)式中Ⅰal—相對(duì)于電纜允許溫度和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下導(dǎo)體長(zhǎng)期允許電流;K—綜合修正系數(shù)。▉電纜的選擇與校驗(yàn)—按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇電纜截面(2)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇經(jīng)濟(jì)電流密度選擇電纜截面時(shí):
(7-41)
按經(jīng)濟(jì)電流密度選出的電纜,必須按最大長(zhǎng)期工作電流校驗(yàn)。按經(jīng)濟(jì)電流密度選出的電纜,還應(yīng)決定經(jīng)濟(jì)合理的電纜根數(shù),截面S≤150mm2時(shí),其經(jīng)濟(jì)根數(shù)為一根。當(dāng)截面大于150mm2時(shí),其經(jīng)濟(jì)根數(shù)可按S/150決定。例如計(jì)算出Sec為200mm2,選擇兩根截面為120mm2的電纜為宜。為了不損傷電纜的絕緣和保護(hù)層,電纜彎曲的曲率半徑不應(yīng)小于一定值。為此,一般避免采用芯線截面大于185mm2的電纜。
▉電纜的選擇與校驗(yàn)—熱穩(wěn)定校驗(yàn)電纜截面熱穩(wěn)定的校驗(yàn)方法與母線熱穩(wěn)定校驗(yàn)方法相同。滿足熱穩(wěn)定要求的最小截面可按下式求得(7-42)式中C—與電纜材料及允許發(fā)熱有關(guān)的系數(shù),如表7-8所示。驗(yàn)算電纜熱穩(wěn)定的短路點(diǎn)按下列情況確定:(1)單根無(wú)中間接頭電纜,選電纜末端短路;長(zhǎng)度小于200m
的電纜,可選電纜首端短路。(2)有中間接頭的電纜,短路點(diǎn)選擇在第一個(gè)中間接頭處。(3)無(wú)中間接頭的并列連接電纜,短路點(diǎn)選在并列點(diǎn)后。
▉電纜的選擇與校驗(yàn)—電壓損失校驗(yàn)正常運(yùn)行時(shí),電纜的電壓損失應(yīng)不大于額定電壓的5%,即(7-43)式中S—電纜截面(mm2)
ρ—電纜導(dǎo)體的電阻率,鋁芯ρ=0.035Ωmm2/m(50℃
);銅芯ρ=0.0206Ωmm2/m(50℃
)。支柱絕緣子和穿墻套管的選擇一、絕緣子簡(jiǎn)介▉支柱絕緣子
戶內(nèi)支柱絕緣子
戶外支柱絕緣子▉套管絕緣子
戶內(nèi)套管絕緣子
戶外套管絕緣子二、支柱絕緣子和穿墻套管的選擇▉支柱絕緣子和穿墻套管的動(dòng)穩(wěn)定性▉支柱絕緣子或穿墻套管上的最大電動(dòng)力
▉絕緣子簡(jiǎn)介
絕緣子俗稱為絕緣瓷瓶,它廣泛地應(yīng)用在發(fā)電廠和變電所的配電裝置、變壓器、各種電器以及輸電線之中。用來(lái)支持和固定裸載流導(dǎo)體,并使裸導(dǎo)體與地絕緣,或者用于使裝置和電氣設(shè)備中處在不同電位的載流導(dǎo)體間相互絕緣。因此,要求絕緣子必須具有足夠的電氣絕緣強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性和防潮性等等。絕緣子按安裝地點(diǎn),可分為戶內(nèi)(屋內(nèi))式和戶外(屋外)式兩種。按結(jié)構(gòu)用途可分為支持絕緣子和套管絕緣子。
▉戶內(nèi)支柱絕緣子支柱絕緣子又分為戶內(nèi)式和戶外式兩種。戶內(nèi)式支柱絕緣子廣泛應(yīng)用在3~110kV各種電壓等級(jí)的電網(wǎng)中。
1.戶內(nèi)式支柱絕緣子戶內(nèi)式支柱絕緣子可分為外膠裝式、內(nèi)膠裝式及聯(lián)合膠裝式等三種
▉支柱絕緣子
2.戶外式支柱絕緣子戶外支柱絕緣子有針式和實(shí)心棒式兩種。圖7-6所示為戶外支柱絕緣子結(jié)構(gòu)圖。主要由絕緣瓷體2、4,鑄鐵帽5和具有法蘭盤的裝腳1組成。▉套管絕緣子—戶內(nèi)式套管絕緣子
套管絕緣子簡(jiǎn)稱為套管。套管絕緣子按其安裝地點(diǎn)可分戶內(nèi)式和戶外式兩種。
1.戶內(nèi)式套管絕緣子依其載流導(dǎo)體的特征可分為三種型式:采用矩形截面的載流體、采用圓形截面的載流導(dǎo)體和母線型。前兩種套管載流導(dǎo)體與其絕緣部分制做成一個(gè)整體,母線型套管本身不帶載流導(dǎo)體,使用時(shí)將原載流母線裝于該套管矩形窗口內(nèi)。
圖7-7為CME-10型母線式套管絕緣子結(jié)構(gòu),由瓷殼1、法蘭盤2、金屬帽3等部分組成。金屬帽3上有矩形窗口4,窗口為穿過(guò)母線的地方,矩形窗口的尺寸決定于穿過(guò)套管母線的尺寸和數(shù)目。套管的額定電流由穿過(guò)母線的額定電流確定。▉套管絕緣子
2.戶外式套管絕緣子用于將配電裝置中的戶內(nèi)載流導(dǎo)體與戶外載流導(dǎo)體之間的連接處,其兩端的絕緣按戶內(nèi)外兩種要求設(shè)計(jì),圖7-8中右端為戶內(nèi)部分,表面結(jié)構(gòu)平滑,無(wú)傘裙,為戶內(nèi)式套管絕緣子結(jié)構(gòu);左端為戶外部分,瓷體表面有傘裙,為戶外式套管絕緣子結(jié)構(gòu)。
▉支柱絕緣子及穿墻套管支柱絕緣子及穿墻套管的動(dòng)穩(wěn)定性應(yīng)滿足式(7-27)的要求:
Fal≥Fca
(7-27)式中Fal—支柱絕緣子或穿墻套管的允許荷重。
Fca—加于支柱絕
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