第十五章电气线路.docx

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第十五章电气线路

第十五章电气线路

电气线路是电力系统的重要组成部分。

电气线路可分为电力线路和控制线路。

前者完成输送电能的任务；后者供保护和测量的连接之用。

电气线路除应满足供电可靠性或控制可靠性的要求外，还必须满足各项安全要求。

第一节电气线路种类及特点

电气线路种类很多。

按照敷设方式，分为架空线路、电缆线路、穿管线路等；按照导体的绝缘，分为塑料绝缘线、橡皮绝缘线、裸线等等。

一、架空线路

架空线路指档距超过25m，利用杆塔敷设的高、低压电力线路。

架空线路主要由导线、杆塔、绝缘子、横担、金具、拉线及基础等组成。

架空线路的导线用以输送电流，多采用钢芯铝绞线、硬铜绞线、硬铝绞线和铝合金绞线。

厂区内（特别是有火灾危险的场所）的低压架空线路宜采用绝缘导线。

架空线路的塔杆用以支撑导线及其附件，有钢筋混凝土杆、木杆和铁塔之分。

按其功能，杆塔分为直线杆塔、耐张杆塔、跨越杆塔、转角杆塔、分支杆塔和终端杆塔等。

直线杆塔用于线路的直线段上，起支撑导线、横担、绝缘子、金具之用；耐张杆塔在断线或紧线施工的情况下，能承受线路单方向的拉力，用于线路直线段几座直线杆塔之间线段上；跨越杆塔是高大、加强的耐张型杆塔，用于线路跨越铁路、公路、河流等处；转角杆塔用于线路改变方向处，能承受线路两方向的合力；分支杆塔用于线路分支处，能承受各方向线路的合力；终端杆塔用于线路的终端，能承受线路全部导线的拉力。

架空线路的绝缘子用以支撑、悬挂导线并使之与杆塔绝缘，分为针式绝缘子、蝶式绝缘子、悬式绝缘子、陶瓷横担绝缘子和拉紧绝缘子等。

架空线路的横担用以支撑导线，常用的横担有角铁横担、木横担和陶瓷横担。

架空线路的金具主要用于固定导线和横担，包括线夹、横担支撑、抱箍、垫铁、连接金具等金属器件。

架空线路的拉线及其基础用以平衡杆塔各方向受力，保持杆塔的稳定性。

架空线路的特点是造价低、施工和维修方便、机动性强；但架空线路容易受大气中各种有害因素的影响、妨碍交通和地面建设，而且容易与邻近的高大设施、设备或树木接触（或过分接近），导致触电、短路等事故。

二、电缆线路

电力电缆线路主要由电力电缆、终端接头和中间接头组成。

电力电缆分为油浸纸绝缘电缆、交联聚乙烯绝缘电缆和聚氯乙烯绝缘电缆。

电力电缆主要由缆芯导体、绝缘层和保护层组成。

电缆缆芯导体分铜芯和铝芯两种；绝缘层有油浸纸绝缘、塑料绝缘、橡皮绝缘等几种；保护层分内护层和外护层；内护层分铅包、铝包、聚氯乙烯护套、交联聚乙烯护套、橡套等几种；外护层包括黄麻衬垫、钢铠和防腐层。

油浸纸绝缘电缆和交联聚乙烯绝缘电缆的结构见图15一1和图15一2。

图15一1油浸纸绝缘电力电缆

1一缆芯；2一分相油浸纸绝缘；3一填料；4一统包油浸纸绝缘；5一铅（铝）包；

6一沥青纸带内护层；7一沥青麻包内护层；8一钢铠外护层；9一麻包外护层

图15一2交联聚乙烯绝缘电力电缆

l一缆芯；2一交联聚乙烯绝缘；3一填料；4一聚氯乙烯内护层；

5一钢铠或铝铠外护层；6一聚氯乙烯外护层

户外用电缆终端接头有铸铁外壳、瓷外壳终端接头和环氧树脂终端接头；户内用电缆终端接头常用环氧树脂终端接头和尼龙终端接头。

电缆中间接头有环氧树脂中间接头、铅套中间接头和铸铁中间接头。

电缆接头事故占电缆事故的70％，其安全运行十分重要。

电缆线路的特点是造价高、不便分支、施工和维修难度大；但电缆线路不容易受大气中各种有害因素的影响、不妨碍交通和地面建设。

现代化企业中，电缆线路得到了广泛的应用。

特别是在有腐蚀性气体或蒸气、有爆炸的火灾危险的场所，应用最为广泛。

三、室内配线

室内配线种类繁多。

母线有硬母线和软母线之分。

干线有明、线、暗线和地下管配线之分。

支线有护套线直敷配线、瓷夹板或塑料夹板配线、鼓形绝缘子或针式绝缘子配线、钢管配线、塑料管配线等多种型式。

室内配线方式应与环境条件、负荷特征、建筑要求相适应。

各种配线方式的适用范围见表15一1；各种环境条件对线路的要求见表15—2。

表15一l配线方式适用范围

导线类别

塑料护

配线

绝缘线

裸导线

敷设方式

直敷

配线

瓷、塑

料夹板

鼓形

绝缘子

针式

绝缘子

焊接

钢管

电线管

硬塑

料管

绝缘子

场

所

特

征

干

燥

生产

○

○

○

＋

○

○

＋

×

生活

○

○

○

○

○

○

＋

○

潮湿

＋

×

－

○

○

＋

○

＋

特别潮湿

×

×

－

○

＋

×

○

－

高温

×

×

○

○

○

○

×

○

振动

－

×

○

○

○

○

－

○

多尘

＋

×

－

＋

○

○

○

＋

腐蚀

＋

×

×

＋

＋

×

○

－

火灾

危险

场所

H一l

－

×

×

＋

○

○

－

＋

H一2

－

×

×

×

○

○

－

十

H一3

－

×

×

＋

○

○

－

＋

爆炸

危险

场所

Q一1

×

×

×

×

○

×

×

×

Q一2

×

×

×

×

○

×

×

×

Q一3

×

×

×

×

○

×

×

－

G一1

×

×

×

×

○

×

×

×

G一2

×

×

×

×

○

×

×

×

室外

×

×

＋

○

＋

×

×

×

注：

表中，“○”推荐采用、“＋”可以采用、“－”建议不采用、“×”不允许采用

①线路应远离可燃物质，且不应敷设在未抹灰的木天棚或墙壁上，以及可燃液体管道的栈桥上。

②钢管镀锌并刷防腐漆。

③不宜用铝导线（因其韧性差，受振动易断）；应当用铜导线。

④可用裸导线，但应采用熔焊或钎焊连接；需拆卸处用螺栓可靠连接。

在H一1级、H一3级场所宜有保护罩；当用金属网罩时，网孔直径不应大于12mm。

在H－2级场所应有防尘罩。

⑤用在不受阳光直接曝晒和雨雪不能淋着的场所。

表15一2线路敷设方式导线材料选择

环境特征

线路敷设方式

常用电线、电缆型号

正常干

燥环境

绝缘线瓷珠、瓷夹板或铝皮卡子明配线

BBLX、BLV、BLVV

绝缘线、裸线瓷瓶明配线

BBLX、BLV、LJ、LMJ

绝缘线穿管明敷或暗敷

BBLX、BLV

电缆明敷或沿电缆沟敷设

ZLL、ZLL11、VLV、YJV、XLV、ZLQ

潮湿和特

别潮湿的

环境

绝缘线瓷瓶明配线（高度＞3．5m）

BBLX、BLV

绝缘线穿塑料管、钢管明敷或暗敷

BBLX、BLX

电缆明敷

ZLL11、VLV、YJV、XLV

多尘环境

（不包括火

灾及爆炸

危险粉尘）

绝缘线瓷珠、瓷瓶明配线

BBLX、BLV、BLVV

绝缘线穿钢管明敷或暗敷

BBLX、BLV

电缆明敷或沿电缆沟敷设

ZLL、ZLL11、VLV、YJV、XLV、ZLQ

有腐蚀性

的环境

塑料线瓷珠、瓷瓶配线

BLV、BLVV

绝缘线穿塑料管明敷或暗敷

BBLV、BLV、BV

电缆明敷

VLV、YJV、ZLL11、XLV

火灾危险

环境

绝缘线瓷瓶明配线

BBLX、BLV

绝缘线穿钢管明敷或暗敷

BBLX、BLV

电缆明敷或沿电缆沟敷设

ZLL、ZLQ、VLV、YJV、XLV、XLHF

爆炸危险

环境

绝缘线穿钢管明敷或暗敷

BBV、BV

电缆明敷

ZL20、ZQ20、VV20

户外配线

绝缘线、裸线瓷瓶明配线

BBLF、BLV一l、LJ

绝缘线穿钢管沿外墙明敷

BBLF、BBLX、BLV

电缆埋地

ZLL11、ZLQ2、VLV、VLV一2、YJV、

VJV2

由表可知，特别潮湿环境应采用硬塑料管配线或针式绝缘子配线；高温环境应采用电线管或焊接钢管配线，或针式绝缘子配线；多尘（非爆炸性粉尘）环境应采用各种管配线；腐蚀性环境应采用硬塑料管配线；火灾危险环境应采用电线管或焊接钢管配线；爆炸危险环境应采用焊接钢管配线等。

第二节电气线路常见故障

电气线路故障可能导致触电、火灾、停电等多种事故。

下面对电气线路的常见故障作一简要分析。

一、架空线路和电缆线路故障

1．架空线路故障

架空线路敞露在大气中，容易受到气候、环境条件等因素的影响。

当风力超过杆塔的稳定度或机械强度时，将使杆塔歪倒或损坏。

超风速情况下固然可以导致这种事故，但如杆塔锈蚀或腐朽，正常风力也可能导致这种事故。

大风还可能导致混线及接地事故。

降雨可能造成停电或倒杆事故。

毛毛细雨能使脏污的绝缘子发生闪络，造成停电；倾盆大雨可能导致山洪爆发冲倒电杆。

线路遭受雷击，可能使绝缘子发生闪络或击穿。

在严寒的雨雪季节，导线覆冰将增加线路的机械负载，增大导线的弧垂，导致导线高度不够；覆冰脱落时，又会导致导线跳动，造成混线。

严冬季节，导线收缩将增加导线的拉力，可能拉断导线。

高温季节，导线将因温度升高而松弛，弧垂加大可能导致对地放电。

大雾天气可能造成绝缘子闪络。

鸟类筑巢、树木成长、邻近的开山采石或工程施工、风筝及其他抛物均可能造成线路短路或接地。

厂矿生产过程中排放出来的烟尘和有害气体会使绝缘子的绝缘水平显著降低，以致在空气湿度较大的天气里发生闪络事故；在木杆线路上，因绝缘子表面污秽，泄漏电流增大，会引起木杆、木横担燃烧事故；有些氧化作用很强的气体会腐蚀金属杆塔、导线、避雷线和金具。

污闪事故是由于绝缘子表面脏污引起的。

一般灰尘容易被雨水冲洗掉，对绝缘性能的影响不大。

但是，化工、水泥、冶炼等厂矿排放出来的烟尘和废气含有氧化硅、氧化硫、氧化钙等氧化物，沿海地区大气中含有氯化钠，对绝缘子危害极大。

2．电缆线路故降

就现象而言，电缆故障包含机械损伤、铅皮（铝皮）龟裂、胀裂、终端头污闪、终端头或中间接头爆炸、绝缘击穿、金属护套腐蚀穿孔等故障。

就原因而言，电缆故障包含外力破坏、化学腐蚀或电解腐蚀、雷击、水淹、虫害、施工不妥、维护不当等故障。

电缆常见故障和防止方法如下：

（1）由于外力破坏的事故占电缆事故的50％。

为了防止这类事故，应加强对横穿河流、道路的电缆线路和塔架上电缆线路的巡视和检查；在电缆线路附近开挖地面时，应采取有效的安全措施。

（2）由于管理不善或施工不良，电缆在运输、敷设过程中可能受到机械损伤；运行中的电缆，特别是直埋电缆，可能由于地面施工或小动物（主要是白蚁）啮咬受到机械损伤。

对此，应加强管理、保证敷设质量、做好标记、保存好施工资料、严格执行破土动工制度、喷洒灭蚁药剂等。

（3）由于施工、制作质量差或弯曲、扭转等机械力的作用，可能导致电缆终端头漏油。

对此，应严格施工，并加强巡视。

（4）由于质量不高、检查不严、安装不良（如过分弯曲、过分密集等）、环境条件太差（如环境温度太高等）、运行不当（如过负荷、过电压等），运行中的电缆可能发生绝缘击穿、铅包发生疲劳、龟裂、胀裂等损伤。

对此，除针对以上原因采取措施外，还应加强巡视，发现问题及时处理。

（5）由于地下杂散电流和非中性物质的作用，电缆可能受到电化学腐蚀或化学腐蚀。

电化学腐蚀是由于直流机车及其他直流装置经大地流通的电流造成的；化学腐蚀是由于土壤中的酸、碱、氯化物、有机体腐烂物、炼铁炉灰渣等杂物造成的。

对此，可采取将电缆涂以沥青，将电缆装于保护管内等措施予以预防；电缆与直流机车轨道平行时，其间应保持2m以上的距离或采取隔离措施；应定期挖开泥土，查看其受到腐蚀的情况。

（6）由于浸水、导体连接不好、制作不良、超负荷运行，以及由于污闪等原因均可能导致电缆终端头或中间接头爆炸。

对此，亦应针对不同原因采取适当措施，并加强检查和维修。

应当指出，过热是电气线路的常见故障，但线路过热可能是多种原因造成的。

例如，线路过载、接触不良、线路散热条件被破坏、运行环境温度过高、短路（包括金属性短路和非金属性短路）、严重漏电、三相电动机堵转、三相电动机缺相运行、电动机过于频繁地起动等不安全状态均可能导致线路过热。

二、线路故障原因分析

1．绝缘损坏

绝缘损坏后依据损坏的程度可能出现以下两种情况：

（1）短路绝缘完全损坏将导致短路。

短路时流过线路的电流增大为正常工作电流的数倍到数十倍，而导线发热又与电流的平方成正比，以致发热量急剧增加，短时间即可能起火燃烧。

如短路时发生弧光放电，高温电弧可能烧伤邻近的工作人员，也可能直接引起燃烧。

此外，在短路状态下，一些裸露导体将带有危险的故障电压，可能给人以致命的电击。

（2）漏电如绝缘未完全损坏，将导致漏电。

漏电是电击事故最多见的原因之一。

另一方面，漏电处局部发热。

局部温度过高可能直接导致起火，亦可能使绝缘进一步损坏，形成短路，由短路引起火灾。

此外，如果导体接地，由于接地电流与短路电流相差甚远，虽然线路不致由接地电流产生的热量引燃起火，但接地处的局部发热和电弧可导致起火燃烧。

线路绝缘可由多种方式导致损坏。

例如，雷击等过电压的作用可使绝缘击穿而受到破坏；绝缘过长时间的使用将因老化而失去原有的电气性能和机械性能；由于内部原因或外部原因长时间过热、化学物质的腐蚀、机械损伤和磨损、受潮发霉、恶劣的自然条件、小动物或昆虫的啮咬以及操作人员不慎损伤均可能使绝缘遭到破坏。

此外，导电性粉尘或纤维沉积在绝缘体表面上将破坏其表面绝缘性能而导致漏电或短路；胶木绝缘受电弧作用后，其表面可能发生炭化，并由此导致新的更为强烈的弧光短路。

2．接触不良

电气连接部位包括导体间永久性的连接（如焊接）、可拆卸连接（如导线与接线端子的螺丝连接）和工作性活动连接（如各种电器的触头）。

连接部位是电气线路的薄弱环节。

如连接部位接触不良，则接触电阻增大，必然造成连接部位发热增加，乃至产生危险温度，构成引燃源。

如连接部位松动，则可能放电打火，构成引燃源。

特别是铜导体与铝导体的连接，如没有采用铜铝过渡段，经过一段时间使用之后，很容易成为引燃源。

铜导体与铝导体直接连接容易起火的原因如下：

（1）铝导体表面的氧化膜铝导体在空气中数秒钟之内即能形成厚3～6μm的高电阻氧化膜。

氧化膜将大幅度提高接触电阻，使连接部位发热，产生危险温度。

接触电阻过大还造成回路阻抗增加，减小短路电流，延长短路保护装置的动作时间甚至阻碍短路保护装置动作。

这也增大火灾的危险性。

（2）铜和铝的热胀系数不同铝的热胀系数较铜的大36％，发热时使铜端子增大而本身受到挤压，冷却后不能完全复原。

经多次反复后，连接处逐渐松弛，接触电阻增加；如连接处出现微小缝隙，则遇空气进入，将导致铝导体表面氧化，接触电阻大大增加；如连接处的缝隙进入水分，将导致铝导体电化学腐蚀，接触状态将急剧恶化。

（3）铜和铝的化学性能不同铝为3价元素，铜为2价元素。

因此，当有水分进入铜、铝之间的缝隙时，将发生电解，使铝导体腐蚀，必然导致接触状态迅速恶化。

（4）氯化氢的产生当温度超过75℃，且持续时间较长时，聚氯乙烯绝缘将分解出氯化氢气体。

这种气体对铝导体有腐蚀作用，从而增大接触电阻。

正因为如此，在潮湿场所或室外铝导体与铜导体不能直接连接，而必须采用铜铝过渡段。

3．严重过载

过载将使绝缘加速老化。

如过载太多或过载时间太长，将造成导线过热，带来引燃危险。

此外，过载还会增大线路上的电压损失。

过载的主要原因有二，一是使用者私自接用大量用电设备造成过载；一是设计者没有充分考虑发展的需要，裕量留得太小而造成的过载。

应当指出电气线路在冷态情况下短时间适量过载是允许的，但必须严格控制过载时间和过载量。

4．断线

断线可能造成接地、混线、短路等多种事故。

导线断落在地面或接地导体上可能导致电击事故。

导线断开或拉脱时产生的电火花以及架空线路导线摆动、跳动时产生的电火花均可能引燃邻近的可燃物起火燃烧。

此外，三相线路断开一相将造成三相设备不对称运行，可能烧坏设备；中性线（工作零线）断开也可能造成负载三相电压不平衡，并烧坏用电设备。

5．间距不足和防护不善

线路安装中最为多见的问题是间距不足。

间距不足可能导致碰撞短路、电击、漏电等事故；间距不足还妨碍正常操作。

间距不足的事故主要是以下三方面原因造成的：

一是施工质量差，没有严格地按照规范设计和安装；二是运行维护不当或长时间不维护检修；三是某些人员不顾原有的电气装备，违反规程，冒险施工。

如果做线路设计时，没有充分考虑防护方面的要求，则导线很容易受到外界各种有害因素的破坏。

6．保护导体带电

保护导体带电除可能导致电气设备外壳带电外，还可能引发火灾的危险性。

在下列情况下，保护导体可能带电；

（1）接地方式与接零方式混合使用，且接地的设备漏电；

（2）保护导体（包括PE线和PEN线）断开（或接触不良），且后方有接地的设备漏电；

（3）TN一C系统中保护导体（PEN线）断开（或接触不良），且后方有不平衡负荷；

（4）保护导体（包括PE线和PEN线）阻抗太大，末端接零设备漏电；

（5）TN一C系统中的PEN线阻抗较大，且不平衡负荷太大；

（6）在TN一S系统中，单相负荷接在相线和PE线上；

（7）某一相线故障接地；

（8）某一相线经负载接地；

（9）保护导体与其他系统的保护导体连通，其他系统的保护导体带电；

（10）感应带电。

第三节电气线路安全条件

电气线路应满足供电可靠性或控制可靠性的要求，应满足经济指标的要求，应满足维护管理方便的要求，还必须满足各项安全要求。

下面介绍的主要是安全要求。

应当指出，这些要求对于保证电气线路运行的可靠性及其他要求在不同程度上也是有效的。

一、导电能力

导线的导电能力包含发热、电压损失和短路电流等三方面的要求。

1．发热条件

为防止线路过热，保证线路正常工作，导线运行最高温度不得超过下列限值：

橡皮绝缘线65℃

塑料绝缘线70℃

裸线70℃

铅包或铝包电缆80℃

塑料电缆65℃

因为电流产生的热量与电流的平方成正比，所以，各种导线的许用电流（即安全载流量）也有一定的限制。

根据发热与散热平衡的原则，可计算导线的许用电流。

由于导线运行温度受很多因素的影响，许用电流的理论计算比较复杂。

为了方便，按照不同的导电材料、不同的绝缘材料、不同的规格、不同的安装方式、不同的环境条件提供有很多许用电流的表格。

作为例子，表15一3提供了穿硬塑料管敷设的聚氯乙烯绝缘电线的安全载流量。

表15一3穿硬塑料管敷设聚氮乙烯绝缘电线安全载流量（A）θ＝65℃

截面积

／mm2

2根电线

管径

（mm）

3根电线

管径

（mm）

4根电线

管径

（mm）

25℃

30℃

35℃

40℃

25℃

30℃

35℃

40℃

25℃

30℃

35℃

40℃

铝芯

BLV

2．5

4

6

10

16

25

35

50

70

95

120

150

185

18

24

31

42

55

73

90

144

145

175

200

230

265

16

22

28

39

51

68

84

106

135

163

187

215

247

15

20

26

35

47

63

77

98

125

151

173

198

229

14

l8

24

33

43

57

7l

90

114

138

158

181

209

15

20

20

25

32

32

40

50

50

63

63

75

75

16

22

27

38

49

65

80

102

130

158

180

207

235

14

20

25

35

45

60

74

95

121

147

168

193

219

l3

l9

23

32

42

56

69

88

112

136

155

179

203

l2

l7

2l

30

38

5l

63

80

102

124

142

163

185

l5

20

20

25

32

40

40

50

50

63

63

75

75

14

l9

25

33

44

57

70

90

115

140

160

185

212

l3

17

23

30

41

53

65

84

107

130

149

172

198

l2

l6

2l

28

38

49

60

77

99

122

138

160

183

11

l5

19

26

34

45

55

71

90

110

126

146

167

20

20

25

32

32

40

40

63

63

75

75

75

90

铜芯

BV

1．0

1．5

2．5

4

6

10

l6

25

35

50

70

95

120

150

185

12

16

24

31

4l

56

72

95

120

150

185

230

270

305

335

11

14

22

28

38

52

57

88

112

140

172

215

252

285

331

10

13

20

26

35

48

62

82

103

129

160

198

233

263

307

9

12

l8

24

32

44

56

75

94

118

146

181

213

241

280

15

15

15

20

20

25

32

32

40

50

50

63

63

75

75

11

15

21

28

36

49

65

85

105

132

167

205

240

275

310

10

14

19

26

33

45

60

79

98

123

156

191

224

257

289

9

l2

18

24

31

42

56

73

90

114

144

177

207

237

263

8

11

16

22

28

38

51

67

83

104

130

163

189

217

245

l5

l5

15

20

20

25

32

40

40

50

50

63

63

75

75

l0

13

19

25

32

44

57

75

93

117

148

185

215

250

280

9

12

l7

23

29

41

53

70

86

109

138

172

201

233

261

8

11

16

21

27

38

49

64

80

101

129

160

185

216

242

7

l0

15

18

25

34

45

59

73

92

117

146

172

197

221

l5

15

20

20

25

32

32

40

50

63

63

75

75

75

90

橡皮绝缘电线的安全载流量大约比聚氯乙烯绝缘电线的大5％；穿钢管电线的安全载流量大约比穿硬塑料管的大10％；明敷电线的安全载流量大约比穿硬塑料管电线的大55％。

如实际环境温度与表中所给环境温度不一致时，许用电流应按下式换算：

式中θ2—