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2006年12月20日

教学内容

板书或旁注

第—节工厂电力线路及其接线方式

一、电力线路的任务和类别

电力线路是电力系统的重要组成部分，担负着输送和分配电能广重要任务。

电力线路按电压高低分，有高压线路即1kV以上线路和低压线路即1kV及以下线路。

电力线路按结构型式分，有架空线路、电缆线路和车间（室内）线路。

二、高压线路的接线方式

（－）放射式接线（图5-1）

（二）树干式接线（图5-2）要提高供电可靠性，可采用双干线供电或两端供电的接线方式，如图5-3a、b所示。

（三）环形接线（图5-4）环形接线，实质上是两端供电的树干式接线。

三、低压线路的接线方式

（－）放射式接线（图5-5）

（二）树干式接线（图5-6）

图5-7a和b是一种变形的树干式接线，通常称为链式接线。

（三）环形接线（图5-8）

第二节工厂电力线路的结构和敷设

一、架空线路的结构和敷设

架空线路由导线、电杆、绝缘子和线路金具等主要元件组成（参看图5-9）。

为了防雷，有的架空线路（35kV及以上线路）上还装设有避雷线（架空地线）。

为了加强电杆的稳固性，有的电杆还安装有拉线或扳桩。

（－）架空线路的导线

导线是线路的主体，担负着输送电能的功能。

导线材质有铜、铝和钢。

架空线路一般采用裸导线。

裸导线按其结构分，有单股线和多股绞线。

绞线又有铜绞线、铝绞线和钢芯铝绞线。

架空线路一般情况下采用铝绞线（LJ）。

钢芯铝绞线其横截面结构如图5-10所示。

（二）电杆、横担和拉线

电杆是支持导线的支柱，是架空线路的重要组成部分。

电杆按其采用的材料分，有木杆、水泥杆和铁塔。

电杆按其在架空线路中的地位和功能分，有直线杆、分段杆、转角杆、终端杆、跨越杆和分支杆等型式。

图5-11是上述各种杆型在低压架空线路上应用的示意图。

横担安装在电杆的上部，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。

图5-12是高压电杆上安装的瓷横担。

拉线是为了平衡电杆各方面的作用力，并抵抗风压以防止电杆倾倒用的，如终端杆、转角杆、分段杆等往往都装有拉线。

拉线的结构，如图5-13所示。

（三）线路绝缘子和金具

连缘子又称瓷瓶。

线路绝缘子按电压高低分低压绝缘子和高压绝缘子两大类。

图5-14是高压线路绝缘子的外形结构。

线路金具是用来连接导线、安装横担和绝缘子等的金属附件。

（四）架空线路的敷设

1．敷设的要求和路径的选择

选择架空线路的路径时，应考虑以下原则：

1）路径要短，转角尽量地少。

2）尽量避开河洼和雨水冲刷地带、不良地质地区及易燃、易爆等危险场所。

3）不应引起机耕、交通和人行困难。

4）不宜跨越房屋，应与建筑物保持一定的安全距离。

5）应与工厂和城镇总体规划协调配合，并适当考虑今后的发展。

2．导线在电杆上的排列方式

三相四线制低压架空线路的导线，一般都采用水平排列，如图5-16a所示。

三相三线制架空线路的导线，可三角形排列，如图5-16b、c所示，也可水平排列，如图5-16f所示。

多回路导线同杆架设时，可三角、水平混合排列，如图5-16d所示，也可全部垂直排列，如图5-16e所示。

电压不同的线路同杆架设时，电压较高的线路应架设在上边，电压较低的线路则架设在下边。

3．架空线路的档距、弧垂及其他距离

架空线路的档距是指同一线路上相邻两根电杆之间的水平距离，如图5-17所示。

架空线路的弧垂是指架空线路一个档距内导线最低点与两端电杆上导线悬挂点之间的垂直距离，如图5-17所示。

工厂供电2006年至2007年第1学期第29次课

第二节工厂电力线路的结构和敷设

（二）

1.了解电缆线路的结构和敷设

2.了解车间线路的结构和敷设

1.电缆和电缆头

2.电缆的敷设

3.绝缘导线的结构和敷设

4.裸导线的结构和敷设

1.介绍电缆的结构

2.介绍电缆的敷设

3.绝缘导线与裸导线的结构和敷设

思考题5－2、5－3

陈剑授课日期：

2006年12月22日

二、电缆线路的结构和敷设

电缆线路与架空线路相比，具有成本高、投资大、维修不便等缺点，但是电缆线路具有运行可靠、不易受外界影响、不需架设电杆、不占地面、不碍观瞻等优点，特别是在有腐蚀性气体和易燃易爆场所，不宜架设架空线路时，只有敷设电缆线路。

（－）电缆和电缆头

电缆是一种特殊结构的导线，在其几根（或单根）绞绕的绝缘导电芯线外面，统包有绝缘层和保护层。

保护层又分内护层和外护层。

内护层用以直接保护绝缘层，而外护层用以防止内护层受到机械损伤和腐蚀。

外护层通常为钢丝或钢带构成的钢铠，外覆麻被、沥青或塑料护套。

电缆的类型很多。

供电系统中常用的电力电缆，按其缆芯材质分铜芯和铝芯两大类。

按其采用的绝缘介质分油浸纸绝缘电缆和塑料绝缘电缆两大类。

油浸纸绝缘电缆的结构如图5-18所示。

塑料绝缘电缆有聚氯乙烯绝缘及护套电缆和交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆（参看图5-19）两种类型。

在考虑电缆缆芯材质时，一般情况下宜按“节约用铜”原则，优先选用铝芯电缆。

但在下列情况应采用铜芯电缆：

①振动剧烈、有爆炸危险或对铝有腐蚀等严酷的工作环境；

②安全性、可靠性要求高的重要回路；

③耐火电缆及紧靠高温设各的电缆等。

电缆头包括电缆中间接头和电缆终端头。

电缆头按使用的绝缘材料或填充材料分，有填充电缆胶的、环氧树脂浇注的、缠包式的和热缩材料的等。

（二）电缆的敷设

1．电缆敷设路径的选择

选择电缆敷设路径时，应考虑以下原则：

①避免电缆遭受机械性外力、过热、腐蚀等的危害；

②在满是安全要求条件下应使电缆较短；

③便于敷设、维护；

④应避开将要挖掘施工的地方。

2．电缆的敷设方式

工厂中常见的电缆敷设方式有直接埋地敷设（见图5-22）、利用电缆沟（见图5-23）和电缆桥架（见图5-24）等几种。

而在发电厂、某些大型工厂和现代化城市中，则还有的采用电缆排管（图5-25）和电缆隧道（图5-26）等敷设方式。

3．电缆敷设的一般要求

1）电缆长度宜按实际线路长度考虑增加5％～10％的裕量，以作为安装、检修时的备用。

直埋电缆应作波浪形埋设。

2）下列场合的非铠装电缆应采取穿管保护：

电缆引入或引出建筑物或构筑物；

电缆穿过楼板及主要墙壁处；

从电缆沟道引出至电杆，或沿墙敷设的电缆距地面2m高度及埋入地下小于0.3m深度的一段；

电缆与道路、铁路交叉的一段。

所用保护管的内径不得小于电缆外径或多根电缆包络外径的1.5倍。

3）多根电缆敷设在同一通道中位于同侧的多层支架上时，应按下列敷设要求进行配置：

①应按电压等级由高至低的电力电缆、强电至弱电的控制和信号电缆、通信电缆的顺序排列；

②支架层数受通道空间限制时，35kV及以下的相邻电压级的电力电缆可排列在同一层支架，1kV及以下电力电缆也可与强电控制和信号电缆配置在同一层支架上；

③同一重要回路的工作与各用电缆实行耐火分隔时，宜适当配置在不同层次的支架上。

4）明敷的电缆不宜平行敷设于热力管道上部。

电缆与管道之间无隔板防护时，相互间距应符合表5-1所列的允许距离（据GB50217－1994《电力工程电缆设计规范》规定）。

5）电缆应远离爆炸性气体释放源。

6）电缆沿输送易燃气体的管道敷设时，应配置在危险程度较低的管道一侧，且应符合下列要求：

①易燃气体比空气重时，电缆宜在管道上方；

②易燃气体比空气轻时，电缆宜在管道下方。

7）电缆沟的结构应考虑到防火和防水。

8）直埋敷设于非冻土地区的电缆，其外皮至地下构筑物基础的距离不得小于0.3m；

至地面的距离不得小于0.7m；

当位于车行道或耕地的下方时，应适当加深，且不得小于lm。

电缆直埋于冻土地区时，宜埋人冻土层以下。

直埋敷设的电缆，严禁位于地下管道的正上方或正下方。

有化学腐蚀性的土壤中，电缆不宜直埋敷设。

9）电缆的金属外皮、金属电缆头及保护钢管和金属支架等，均应可靠地接地。

三、车间线路的结构和敷设

车间线路，包括室内配电线路和室外配电线路。

（一）绝缘导线的结构和敷设

绝缘导线按芯线材质分，有铜芯和铝芯两种。

绝缘导线按绝缘材料分，有橡皮绝缘的和塑料绝缘的两种。

绝缘导线的敷设方式，分明敷和暗敷两种。

（二）裸导线的结构和敷设

车间内的配电裸导线大多采用裸母线的结构，其截面形状有圆形、管形和矩形等，其材质有铜、铝和钢。

车间中以采用LMY型硬铝母线最为普遍。

现代化的生产车间，大多采用封闭式母线（亦称“母线槽”）布线，如图5-27所示。

为了识别裸导线相序，以利于运行维护和检修，GB2681—1981《电工成套装置中的导线颜色》规定交流三相系统中的裸导线应按表5-2所示涂色。

裸导线涂色，不仅有利于辨别相序及其功能，而且有利于防蚀及改善散热条件。

工厂供电2006年至2007年第1学期第30次课

05电气1－2班编制日期：

2006年12月21日

第三节导线和电缆截面的选择计算

（一）

1、掌握导线和电缆截面选择计算的方法

1、按发热条件选择导线和电缆的截面

2、按经济电流密度选择导线和电缆的截面

1、概述，介绍在选择导线和电缆截面时应满足的条件

2、分别按发热条件和经济电流密度来选择导线和电缆截面

3、相线和保护中性线在选择时分别应注意的问题

讲述、分析、举例。

思考题5－6、习题5－1

2006年12月30日

一、概述

为保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆截面时必须满足下列条件：

（1）发热条件

（2）电压损耗条件（3）经济电流密度

按经济电流密度选择的导线截面，称为“经济截面”。

（4）机械强度

对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。

二、按发热条件选择导线和电缆的截面

（－）三相系统相线截面的选择

按发热条件选择三相系统中的相线截面时，应使其允许载流量Ial不小于通过相线的计算电流I30，即

所谓导线的允许载流量，就是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。

如果导线敷设地点的环境温度与导线允许载流量所采用的环境温度不同时，则导线的允许载流量应乘以以下温度校正系数：

式中，θal为导线额定负荷时的最高允许温度；

θ0为导线的允许载流量所采用的环境温度；

为导线敷设地点实际的环境温度。

必须注意：

按发热条件选择的导线和电缆截面，还必须用式（6-4）或式（6-15）来校验它与其相应的保护装置（熔断器或低压断路器的过流脱扣器）是否配合得当。

（二）中性线和保护线截面的选择

1．中性线（N线）截面的选择

（1）一般三相四线制线路的中性线截面A0，应不小于相线截面Aφ的50％，即

（2）两相三线线路及单相线路的中性线截面A0，由于其中性线电流与相线电流相等，因此其中性线截面A0应与相线截面Aφ相同，即

（3）三次谐波电流突出的三相四线制线路的中性线截面A0，由于各相的三次谐波电流都要通过中性线，使得中性线电流可能等于甚至超过相线电流，因此中性线截面A0宜等于或大于相线截面Aφ，即

2．保护线（PE线）截面的选择

保护线要考虑三相系统发生单相短路故障时单相短路电流通过时的短路热稳定度。

根据短路热稳定度的要求，保护线（PE线）的截面APE，按GB50054-1995《低压配电设计规范》规定：

3．保护中性线（PEN线）截面的选择

保护中性线兼有保护线和中性线的双重功能，因此PEN线截面选择应同时满足上述PE线和N线的要求，取其中的最大截面。

例5-1有一条采用BLX-500型铝芯橡皮线明敷的220/380V的TN-S线路，线路计算电流为150A，当地最热月平均最高气温为＋30℃。

试按发热条件选择此线路的导线截面。

三、按经济电流密度选择导线和电缆的截面

图5-28是线路年费用C与导线截面A的关系曲线。

其中曲线1表示线路的年折旧费（即线路投资除以折旧年限之值）和线路的年维修管理费之和与导线截面的关系曲线。

曲线2表示线路的年电能损耗费与导线截面的关系曲线。

曲线3为曲线1与曲线2的叠加，表示线路的年运行费用（包括线路的年折旧费、维修管理费和电能损耗费）与导线截面的关系曲线。

从全面的经济效益考虑，既使线路的年运行费用接近于最小而又适当考虑有色金属节约的导线截面，称为经济截面，用符号Aec表示。

各国根据其具体国情特别是其有色金属资源的情况，规定了导线和电缆的经济电流密度。

我国现行的经济电流密度规定如表5-3所示。

按经济电流密度jec计算经济截面Aec的公式为

式中，I30为线路的计算电流。

按上式计算出Aec后，应选最接近的标准截面（可取较小的标准截面），然后校验其他条件。

例5-3有一条用LGJ型钢芯铝线架设的5km长的35kV架空线路，计算负荷为2500kW，cosφ=0.7，Tmax=4800h。

试选择其经济截面，并校验其发热条件和机械强度。

LGJ-50型钢芯铝线也满足机械强度要求。

工厂供电2006年至2007年第1学期第31次课

2007年1月2日

第三节导线和电缆截面的选择和计算

（二）

1.了解线路电压损耗的计算

1.集中负荷的三相线路电压损耗的计算

2.均匀分布负荷的三相线路电压损耗的计算

1.介绍线路电压损耗产生的情况

2.分别根据不同的负荷情况计算三相线路的电压损耗

讲述、分析、图示、举例。

思考题5－6、5－7，5－4、5－5

2007年1月5日

四、线路电压损耗的计算

由于线路存在着阻抗，所以通过负荷电流时要产生电压损耗。

一般线路的允许电压损耗不超过5％（对线路额定电压）。

如果线路的电压损耗值超过了允许值，则应适当加大导线截面，使之满足允许电压损耗的要求。

（－）集中负荷的三相线路电压损耗的计算

以图5-29a所示带两个集中负荷的三相线路为例，线路图中的负荷电流都用小写i表示，各线段电流都用大写电流I表示。

各线段的长度、每相电阻和电抗分别用小写l、r和x表示，线路首端至各负荷点的长度、每相电阻和电抗则分别用大写L、R和X表示。

以线路末端的相电压Uφ2作参考轴，绘制线路电压降相量图，如图5-29b所示。

由于线路上的电压降相对于线路电压来说很小，Uφ1与Uφ2间的相位差θ实际上小到可忽略不计，因此负荷电流i1与电压Uφ1间的相位差φ1可近似地绘成i1与电压Uφ2间的相位差。

线路电压降的定义为：

线路首端电压与末端电压的相量差。

线路电压损耗的定义为：

线路首端电压与末端电压的代数差。

电压降在参考轴（纵轴）上的投影称为电压降的纵分量，用△Uφ表示。

相应地，电压降在参考轴的垂直方向（横轴）上的投影称为电压降的横分量，用δUφ表示。

在地方电网和工厂供电系统中，由于线路的电压降相对于线路电压来说很小，因此可近似地认为电压降纵分量△Uφ就是电压损耗。

对于“无感”线路，即线路感抗可略去不计或负荷cosφ≈1的线路，其电压损耗为

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cosφ≈1的线路，则电压损耗为

式中，γ为导线的电导率；

A为导线的截面；

∑M为线路的所有功率矩之和；

UN为线路的额定电压。

线路电压损耗的百分值为

“均一无感”的三相线路电压损耗百分值为

式中，C为计算系数，如表5-4所示。

对于均一无感的单相交流线路和直流线路，由于其负荷电流（或功率）要通过来回两根导线，所以总的电压损耗应为一根导线上电压损耗的2倍，而三相线路的电压损耗实际上是一相（即一根相线）导线上的电压损耗，所以这种单相和直流线路的电压损耗百分值为

对于均一无感的两相三线线路，由相量图可知线路电压损耗为

（5-20）

根据式（5-17）、式（5-18）和式（5-20）可得均一无感线路按允许电压损耗选择导线截面的公式为

上式常用于照明线路导线截面的选择。

例5-4试验算例5-3所选LGJ-50型钢芯铝线是否满足允许电压损耗5％的要求。

已知该线路导线为水平等距排列，相邻线距为1.6m。

（二）均匀分布负荷的三相线路电压损耗的计算

设线路有一段均匀分布负荷，如图5-31所示。

单位长度线路上的负荷电流为i0，则微小线段dl的负荷电流为i0dl。

这一负荷电流i0dl流过线路（长度为l，电阻为R0l）产生的电压损耗为

例5-6某220／380V的TN-C线路，如图5-32a所示。

线路拟采用BX-500型铜芯橡皮绝缘线户内明敷，环境温度为30℃，允许电压损耗为5％。

试选择该线路的导线截面。

工厂供电2006年至2007年第1学期第32次课

第四节车间动力电气平面布线图

第五节电力线路的运行维护和检修试验

1.根据车间动力电气平面布线图了解车间配电系统

2.了解电力线路的运行维护与检修试验

1.车间动力电气平面布线图

2.架空线路、电缆线路、车间配电线路的运行与维护

3.电力线路的检修与试验

1.根据车间动力电气平面布线图介绍车间配电系统

2.介绍电力线路的运行维护与检修试验

思考题5－9、5－10

2007年1月8日

第四节车间动力电气平面布线图

电气平面布线图，就是在建筑平面图上，应用国家标准规定的有关图形符号和文字符号，按照电气设备的安装位置及电气线路的敷设方式、部位和路径绘制的电气布置图。

二、车间动力电气平面布线图

车间动力电气平面布线图是表示供电系统对车间动力设备配电的电气平面布线图。

图5-33是一个机械加工车间的动力电气平面布线图示例（只绘出车间一角）。

配电线路标注的格式为：

式中，a为线缆编号；

b为线缆型号；

c为并联电缆或线管根数（单根电缆或单根线管则省略）；

d为相线根数；

e为相线截面（mm2）；

f为N线或PEN线根数；

g为N线或PEN线截面（mm2）；

h为PE线截面（mm2，无单独PE线则省略）；

i为线缆敷设方式代号；

j为线缆敷设部位代号；

k为线缆敷设高度（m）。

第五节电力线路的运行维护与检修试验

一、架空线路的运行维护

二、电缆线路的运行维护

三、车间配电线路的运行维护

四、线路运行中突然停电的处理

电力线路在运行中，如突然停电时，可按不同情况分别处理。

1）当进线没有电压时，说明是电力系统方面暂时停电。

这时总开关不必拉开，以免突然来电时，用电设备同时起动，造成过负荷和电压骤降，影响供电系统的正常运行。

2）当双回路进线中的一回路进线停电时，应立即进行倒闸（切换）操作，将负荷特别是其中的重要负荷转移给另一回路进线供电。

3）厂内架空线路发生故障使开关跳闸时，如果开关的断流容量允许，可以试合一次，争取尽快恢复供电。

由于架空线路的多数短路故障（含接地故障）是暂时性的，所以多数情况下可能试合成功，恢复供电。

如果试合失败，开关再次跳闸，说明架空线路上的故障尚未消除，这时应该对故障线路进行停电隔离检修。

4）对放射式线路中某一分支线上的故障检查，可采用“分路合闸检查”的方法。

五、电力线路的检修

电力线路的检修，分停电检修和不停电检修两种。

不停电检修对保证电力系统的连续供电、减少停电损失有很大的意义。

但对一般工厂供电系统来说，主要还是采用停电检修。

（－）架空线路的检修

对架空线路导线，如发现缺陷时，其检修要求如表5-6所示。

对架空线路电杆，如果电杆受损使其断面缩减至50％以下时，应立即修补或加绑桩；

损坏更严重时，应予换杆。

（二）电缆线路的检修

电缆线路的故障，大多发生在电缆的中间接头和终端头处，而且常见的毛病是漏油溢胶（在采用油浸纸绝缘电缆时）。

电缆线路出现了故障，一般须借助一定的测量仪器和测量方法才能确定。

例如电缆发生了如图5-35所示的故障，外观无法检查，只有借助兆欧表，在电缆两端摇测各相对地（外皮）及相与相之间的绝缘电阻，并将一端所有相线短接接地，在另一端重作上述相对地（外皮）及相与相之间的绝缘电阻摇测，测量结果如表5-7所示。

对表5-7的绝缘电阻测量结果进行分析，可得如下结论：

此电缆故障为两相断线又对地（外皮）击穿，如图5-35所示。

在确定了电缆故障性质以后，接着要探测故