浅谈电力线路结构及导线的截面选择

摘要：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；导线截面；电流密度；电压损耗

中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）26-0123-02

电力线路按结构可分为架空线路和电缆线路两大类。架空线路的导线及避雷线等架设在露天的杆塔上。电缆线路一般直接埋设在地下或敷设在电缆沟道中。由于架空线路的建设费用比电缆线路低得多，且架空线路具有施工周期短、检修维护方便等优点，因此，输、配电线路绝大多数采用架空线路。只有在负荷密度大、人口稠密的中心城市的繁华地段，发电厂和变电所内部或附近，以及严重污秽区不宜采用架空线路时，才采用电缆线路。

其中导线是电力线路的主要元件，正确选择导线截面对电力网的经济和技术指标有很大影响。导线截面选择得过大将增加投资及有色金属的消耗量；导线截面选择得过小，运行时将产生较大的电能消耗，既浪费资源也不经济，同时，在线路上产生过大的电压损耗，供电电压不能满足要求。因此，在导线截面的选择上，必须兼顾技术和经济两个方面。从技术上讲，在正常运行时，线路不应发生全面电晕；在正常和事故情况下导线通过的电流应在导线允许发热的载流量范围之内，电压损耗也应在容许的范围之内；应保证导线截面有一定的机械强度。在技术条件满足的情况下，应使所选导线的经济性最佳，即按经济电流密度选择导线截面。综合考虑经济和技术上的条件，导线截面应满足上述条件，但并非所有导线都同时要满足上述条件，一般地讲，35kV及以上的线路要按经济电流密度选择导线截面，然后再校验其他技术条件。对于中低压配电网，一般按照电压损耗条件选择导线截面，再校验其他条件。

一、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。

二、导线必须满足的基本条件

一是按允许载流量校验导线截面。允许载流量是指通过在热平衡条件下，由导线的允许温度确定的导线长期允许通过的电流。因此，所有导线都必须根据可能出现的运行情况进行允许载流量校验。规程规定，按允许载流量校验时，钢芯铝绞线的允许温度一般为70摄氏度。按此规定，并取导线环境温度为25摄氏度。如果最高气温月的最高平均温度不等于25摄氏度，还应允许载流量进行修正；事故情况下（如环网在电源端线路断开或双回路断开一回时），导线的温度允许到90摄氏度，导线的允许载流量将有所增加。

二是按机械强度校验导线截面。导线在运行时可能突然增加一些偶然的外界机械负载，因而应保证导线在运行中有一定的机械强度。为此，对于跨越铁塔、通航河流的运河、公路、通信线路、居民区的线路，规定导线截面不得小于35平方毫米。

三是按电晕校验导线截面。所谓电晕现象，就是架空导线带有高电压的情况下，导线表面的电场强度超过空气的击穿强度时，导线表面的空气分子被游离所产生的放电现象，同时发出“嗤嗤”的放电声，并产生臭氧，夜间还可以看见蓝紫色荧光，此即为电晕现象。电晕要消耗电能，电晕放电所产生的脉冲电磁波对无线电和高频通信有干扰，放电所产生的臭氧对导线及金属元件有腐蚀作用。因此，线路在设计运行时，不允许全面电晕发生。为了避免电晕，导线截面不能过小。

由试验和运行经验得知，一般110kV以下的架空线路和35kV以下的电缆线路，由于电压低，不会发生全面电晕，因此，也不必验算电晕损耗和绝缘介质损耗。110kV线路的导线截面小于9.6平方毫米，220 kV线路的导线截面小于21.4平方毫米，就应加大导线截面或采用分裂导线。

三、按经济电流密度选择导线截面

如前所述，为了降低线路的电能损耗，导线截面愈大愈有利，但从减少投资和节约有色金属的角度来看，导线截面愈小愈好。因此，在一定的使用条件下，可能存在一个从经济上看是最为有利的导线截面积。

为求得经济上最有利的截面积，必须进行经济计算，经济计算应包括线路的投资和年运行费用两个方面。

线路的投资包括两部分：一部分与导线截面积成正比，一部分与导线截面积无关。有关设计部门已将各类导线的投资预算制定如下：

如35kV的LGJ型截面35平方毫米架空导线综合投资1.1万元；35kV的LGJ型截面50平方毫米架空导线综合投资1.25万元；35kV的LGJ型截面70平方毫米架空导线综合投资1.45万元；35kV的LGJ型截面95平方毫米架空导线综合投资1.65万元；35kV的LGJ型截面120平方毫米架空导线综合投资1.85万元；35kV的LGJ型截面150平方毫米架空导线综合投资2.1万元；35kV的LGJ型截面185平方毫米架空导线综合投资2.35万元；35kV的LGJ型截面240平方毫米架空导线综合投资2.7万元。

110kV的LGJ型截面70平方毫米架空导线综合投资1.95万元；110kV的LGJ型截面95平方毫米架空导线综合投资2.1万元；110kV的LGJ型截面120平方毫米架空导线综合投资2.25万元；110kV的LGJ型截面150平方毫米架空导线综合投资2.45万元；110kV的LGJ型截面185平方毫米架空导线综合投资2.7万元；110kV的LGJ型截面240平方毫米架空导线综合投资2.95万元；110kV的LGJQ型截面300平方毫米架空导线综合投资3.4万元；110kV的LGJQ型截面400平方毫米架空导线综合投资4.3万元。

输电线路的年运行费用包括以下几个方面：一是折旧费。随着运行时间的延长，电力网中的所有元件都会老化，为了继续运行，需要在一定时间内更换设备。因此，每年要按线路一次投资（初始投资）的百分比提取一定的资金，以备更换设备，这个百分数就是设备的折旧率。

二是维护费。为保证输电线路安全可靠运行，使线路的技术质量保证在应有的水平上，必须由维护人员定期对线路进行检查和维护。维护人员的工资和维护线路所需的资金也按线路一次投资的百分比提取。此维护费中不包括大修的资金，因大修一般需要更换设备，其费用应从折旧费中提取。一般电缆线路使用年限为40年，残值占原价5%，每年折旧率为3.4%，其中基本折旧2.4%，大修折旧1%；维护及小修率为2.6%；折旧维修率为6%。一般铁塔线路使用年限为50年，残值占原价10%，每年折旧率为2.6%，其中基本折旧1.8%，大修折旧0.8%；维护及小修率为1.4%；折旧维修率为4%。一般水泥杆线路使用年限为40年，残值占原价4%，每年折旧率为3.4%，其中基本折旧2.4%，大修折旧1%；维护及小修率为1.6%；折旧维修率为5%。一般架空配电线路使用年限为30年，残值占原价4%，每年折旧率为3.2%；维护及小修率为3.8%；折旧维修率为7%。

三是电能损耗费。线路在传输电能时必然产生电能损耗，因而也增加了输电成本，在进行经济计算时必须予以考虑。

我国颁布的经济密度如下：铝线、钢芯铝线在最大负荷小时3000以下，其经济密度应为每平方毫米1.65安；3000～5000小时，其经济密度应为每平方毫米1.15安；5000小时以上，其经济密度应为每平方毫米0.9安。铜线在最大负荷小时3000以下，其经济密度应为每平方毫米3.0安；3000～5000小时，其经济密度应为每平方毫米2.25安；5000小时以上，其经济密度应为每平方毫米1.75安。铝芯电缆在最大负荷小时3000以下，其经济密度应为每平方毫米1.92安；3000～5000小时，其经济密度应为每平方毫米1.73安；5000小时以上，其经济密度应为每平方毫米1.54安。铜芯电缆在最大负荷小时3000以下，其经济密度应为每平方毫米2.5安；3000～5000小时，其经济密度应为每平方毫米2.25安； 5000小时以上，其经济密度应为每平方毫米2.0安。

四、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。

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。

（责任编辑：王祝萍）

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