电力线路结构及导线的截面选择

电力线路结构及导线的截面选择

毛元元

广州艾博电力设计院有限公司广东广州510080

摘要：导体（线芯）、绝缘层以及保护层等作为电力线路的重要组成部分，其中导线作为其最主要的原件，其截面的大小与电力网的经济和技术指标有着紧密的联系。对于35KV以上的架空线路而言，在选择导线截面时首先要考虑经济的因素，然后按照截流量、电晕、机械强度等来对其进行校验。对于35KV以下的电力网则按照电压损耗率的最大限度来选择导线的截面，校验可以通过载流量以及机械强度来校验。

关键词：电力线路；导线截面

架空线路和电缆线路作为电力线路中常见的线路种类，其中架空线路通常情况下设置在露天的杆塔上，而电缆线路则直接埋设在地下或者是设置于电缆沟。架空线路和电缆线路相比较，其中架空线路的建设费用要比电缆线路低、且施工时间短、运检维修方便，因此架空线路的使用远比电缆线路多。一般情况下，电缆线路通常应用于负荷密度大、人口稠密等中心城市的繁华地段的建设中。

一、电力线路结构

架空线路的组成部分有杆塔、绝缘子、导线、避雷线以及金具等部分，不同的部分发挥的作用也存在区别，其中传输电流、输送电能的为导线，而将雷电引入大地从而保护线路的为避雷线。而作为导线和避雷线支撑体为杆塔。绝缘子的主要作用是让导线和杆塔之间无法通电，绝缘子能够承受线路最高运行的电压和各种过电压。而金具则是将导线与杆塔连接安装以及固定。

上文介绍到导体（线芯）、绝缘层以及保护层是构成电力线路的组成部分，这些部分的作用分别是，导体负责传递电能，而绝缘层其主要隔离不同的线芯、和保护层，因此绝缘层需要具有较好的绝缘性能和耐热性能；而保护绝缘层的部分就是保护层，其能够在电缆运输、储存以及敷设和运行的过程中，保护绝缘层不受到外力的伤害。

对于架空线路而言，由于各个主要元件经常暴露在露天的情况下，常常受到风吹雨淋，同时也极容易受到气温、天气等变化的影响，因此线路会出现退化或者腐蚀的情况。这就对导线的质量提出了更高的要求。导线应当具备较好的导电性能、良好的机械强度以及抗腐蚀的能力。

铜、铝、钢等作为导线中最常见的材料，其中导电效果最好的是铜、其次到铝。但是由于铜的成本较高，因此将铜应用于负荷较大的配电线路中，而铝的成本要比铜低得多，因此其使用范围更广，是目前导线中使用最多的材料。在实际工作中，为了提高铝导线的强度，通常会将镁、硅等材料加入到铝导线中，从而提高导线的强度。而钢虽然导电率较差，但是价格成本低于铜、铝等材料，因此常常用作钢绞线。

根据铝和钢的特点，可以将两者结合在一起，生成钢芯铝绞线，这种产品通常应用于35KV及以上的线路中，在使用过程中钢芯铝绞线外部的铝可以提高导电的效果，而钢芯只需要承受机械的张力。

按照铝、钢截面比的不同，我们可以将钢芯铝绞线分为三类、分别是普通型、轻型以及加强型，其中普通型与轻型的钢芯铝绞线通常会被用于一般地区的架空线路中，而加强型的钢芯铝绞线则被用于重冰区和大跨越档距中。

二、导线必须满足的基本条件

首先是按照导线允许的载流量对导线的截面进行校验。所谓的允许载流量指的是在热平衡条件下，导线的允许温度和导线长期允许通过的电流。而对导线截面的允许载流量进行检验是所有导线应该进行工作。此外，一般进行下，在校验允许载流量时铜芯铝绞线温度应当控制在70℃左右，而导线的环境温度为25℃。如果最高气温的最高平均温度在25℃以下，还应当修正允许载流量。其次是按照机械角度来对导线截面进行检验。为了应付导线在运行过程可能会出现的一些外界机械负载，因此导线需具备一定的机械强度。此外，应用于公路、通信线路以及居民区线路的导线其截面一般情况下应当≥35平方毫米。最后是按照电晕来进行导线截面的校验。所谓的电晕现象就是在架空导线处于高电压状态下，导线表面的电场强度远远高于空气的击穿强度时，这时在导线的表面会出现空气分子被分离的情况，进行产生放电的现象并伴随着“嗤嗤”声音。在夜间时，还能看见蓝紫色的光芒，这些现象我们称之为电晕现象。电晕现象一旦产生，一方面会消耗电能，其本身带有的脉冲电磁会给无线电以及高频通信造成一定的影响，另一方面电晕还会产生臭氧，这会腐蚀导线及金属元件，因此为了确保导线的正常使用，在设计过程中应当加大导线的截面面积，以此来避免出现电晕现象。

根据实践得知，对于10KV以下的架空线路和35kv以下的电缆线路，由于这些线路的电压较低，因此并不会出现全面电晕的情况，因此无需进行电晕损耗和绝缘介质损耗的计算。

三、按经济电流密度选择导线截面

折旧费、维护费以及电能损耗费是输电线路中运行产生的主要费用。首先是折旧费，随着导线使用时间不断的增加，电力网中的元件会出现老化的现象，为了维护电力网的正常运行，需要对元件进行跟换，因此每年要按照线路一次投资（初始投资）的百分比来提出一定的资金作为更换设备的备用资金。这个百分数就是设备的折旧率。

其次是维护费，对导线进行定期的检查和维护时保证输电线路可以长久安全使用的重要保障，而在维护的过程中所产生的费用都需要按照线路以此投资的百分比来提取。这一部分资金中并不包括大修的资金，因为大修过程中会出现设备更换的情况，相关的费用会从折旧费用中提取。通常情况下电缆线路使用寿命为40年，其残值和折旧率分别为5%，3.4%，其中基本折旧为2.4%，大修的折旧率为1%。而架空配电线路的使用寿命是30年，其残值和折旧率分别为4%和3.2%；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%。

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卜：铝线、钢芯铝线在最大负荷小时3000以卜，其经济密度应为每平方毫米1.65安；30005000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以卜，其经济密度应为每平方毫米3.0安；30005000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以卜，其经济密度应为每平方毫米1.92安；30005000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以卜，其经济密度应为每平方毫米2.5安；30005000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、结束语

根据上文所述，35KV及以上的架空线路通常会按照经济电流密度来进行导线截面的选择，然后按照三个方面来对其进行校验，分别是允许截流量、机械强度以及电晕。在导线截面选择过程这能够，应当站点考虑电力网络的发展趋势以及导线运行过程这能够可以承受的最大负荷，综合这些因素来选择导线的截面，可以确保导线的良好使用，从而确保电力线路的稳定运行。

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