注:輸電(dian)線路載(zai)流能力(li)驗證是(shi)輸(shu)電運輸檢查的重要(yao)工作。驗證水平(ping)決(jue)定了調度(du)部門能(neng)否科學配置電網趨勢(shi)。
對於輸電線路(lu)的載流能力,隨(sui)著輸電線路輸送能力的增(zeng)加,分裂線路的(de)使用、電暈(yun)損失和無線電幹擾不再(zai)起到控(kong)製作用。導線允許的電流密度隨截麵的增加而(er)降低(如下表(biao)所示)。因此,高壓(ya)、大容(rong)量輸電線路的導線截麵選(xuan)擇主(zhu)要由允許(xu)載流決定(ding)。
表 鋼芯鋁絞(jiao)線70℃允許電流密度
導線載流量與導線的氣象(xiang)條(tiao)件(jian)(環(huan)境溫度、風(feng)速、陽(yang)光強度)有關(guan)。在計(ji)算導線載流量時,導線不得超(chao)過一(yi)定溫(wen)度,以保證導線的使用(yong)壽命(ming)。根據GB 50545-2010 5.0.6 根據規定,導線載流量(liang)與(yu)導線電阻率、環(huan)境溫度、導線溫度、風(feng)速、陽(yang)光強度、導線表麵狀(zhuang)態(輻射係數和(he)吸熱係(xi)數)、空氣傳熱係數和運動粘(zhan)度有關(guan)。選擇(ze)導(dao)線時,應(ying)根據當地環境條件進(jin)行校核。
導線允許載流的主要依(yi)據是導線的較高允許溫度。 GB 50545 - 2010 第5.0.6 條 導線載流量的計算一般采用以(yi)下公式(shi)
式中:I——允許載流(liu)量(A);
WR——單位長度線輻射(she)散熱功率(W/m);
WF——單位長度導線對流散(san)熱功率(W/m);
WS——單(dan)位長度導線的日(ri)照吸(xi)熱功率(W/m);
R′t——當溫度允許時,導線的交流電阻(Ω/m)。
從上(shang)公式可以看出(chu),流量與環境空氣溫度、風速、陽光強度、導線表麵狀態等有關。檢查導線載流時的環境溫度采用較(jiao)高溫度月的較高平均溫度(較熱月的較高(gao)平均溫度為較熱月(yue)的較高溫度月的平均值,取多年的平均(jun)值),當(dang)天陽光明媚,陽光直(zhi)射導線時,導線的陽光強(qiang)度(太陽輻射功率密度)為0.1W/c m 2.一般(ban)線路的計算風速為(wei)0.5m/s,由於導線的平均高度為30個m以上風速應相應增加(jia),故(gu)取0.6m/s。一般計算參數值為:風速0.5m/s,日照強度0.1W/c m 2.導線表麵吸收(shou)係數0.9導線表麵(mian)吸熱係數0.9,環境氣溫40℃。
以下是一些國(guo)內(nei)試驗(yan)數(shu)據,進一步闡述(shu)了環境條件對(dui)載流的影(ying)響:
1)導線表麵的輻(fu)射係數和吸熱係數主要由(you)導線的新舊決定。雖然它們對導線載流量有一定的影響,影響(xiang)相(xiang)反,但對導線載流量的綜合(he)影響要小得多,在導線使用溫度範圍內約為1%~2%。
2)風速對導線載流量影響很(hen)大:v=0.5m/s比(bi)v=0.1m/s當載流量大40%時,v=1.0m/s比(bi)v=0.5m/s負載流量增加15%~20%,因此(ci)風速值得(de)研(yan)究(jiu)。風向與導線的夾角不(bu)同(tong),也(ye)會(hui)影響負(fu)載流量的大小。
3)日照強度對載流也有影響。日照(zhao)強度為100W/m2較1000W/m2的載流量增加15%~30%,但日照從(cong)1000W/m2減少至900W/m2時,載流量僅增加1%~4%。
4)導線的載流與導線的環境溫度密(mi)切相關, 環境溫度越低,導線載流越(yue)大。溫度升高,導線的電阻(zu)率增大,電阻隨之增大;電阻增大(da),消耗電能增大,電阻消耗電能就是發熱,於是溫度升高,然後再使電阻增大(da),造成惡(e)性(xing)循環。例(li)如(ru)JL/G1A-300/40鋼(gang)芯鋁絞線,25℃735A,連續使用不得超過(guo)70℃,而40℃安(an)全載流量下降595A,因為前者(zhe)允(yun)許溫升為45℃而後者則為30℃。從導線溫升(sheng)θ可(ke)以得出結論,在溫升初期,載流迅(xun)速(su)上升。若環境溫度高於35℃,溫度每增加5℃當載流量下降約(yue)10%時,如果周圍環境溫度低於35℃,溫度每降低5℃載流量增加約10%。
概括而言(yan),影響導線載流量的條件,一部分為環境(jing)因素,如風速、日照強度、環境溫度等(deng),這(zhe)是與輸電線路所處的自然條件有關。另一部分是導線參數,如吸熱係數、輻射係數、導線允許溫度、導線直徑等。導線的吸熱和輻射係數對載流影響不大。當導線直徑(截麵)確定時,導線允許溫度的值成為影響載流的主要因素(su)。
當導體通(tong)過工作電流時,導體應加熱(超導除外),其部分熱量使(shi)導體溫度升高,另(ling)一部分由於導體溫度高於周(zhou)圍介質溫度(周(zhou)圍介質溫度,導線指空氣溫度)而流失到周圍介質。當導體中沒有電流通過時,導體的溫度與環境溫度相同。當導體(ti)通過恒定電流時,導體溫度升高。起初,由於溫差(cha)小,散熱少,吸熱多,導體溫度升高快。後來,當溫差增加到單位時間內的發熱和散熱平衡時(shi),所有的發熱都(dou)會消失。由於導體不再吸收熱量,溫度不再升高,溫度穩定。
對於確定的環境條件,導線的允許載流許溫度,允許溫度越高,允許載流量越大。然(ran)而,導線加熱的允許溫度受到導線載流加熱後(hou)強度損失的限製。因(yin)此,架空導線的允許載流量一般是根據導線在(zai)一定氣象條件下不超過一定溫度計算的,以盡量減少(shao)導線的強度損失(shi),從而提(ti)高或保證導線的使用壽命。電機工(gong)程手冊(ce)(試用本)電線電纜第26篇(pian)提出,工作溫度越高,運行時間(jian)越長,導線強度損(sun)失越大。
允許載流的計算與電阻率(lv)、環境溫度、使用溫度、風速、陽光強度、導線表麵狀態、輻射係數和吸熱係數、空氣(qi)傳熱係數和動態粘度有關。《110kV~750kV架(jia)空輸電線路設(she)計規範(GB50545-2010)5.0.6.導線允許溫度(以下簡稱導線溫度):鋼芯鋁絞線和鋼芯(xin)鋁(lv)合金絞線應為70℃,必要時可使用80℃;90應用於大跨度℃。控製導線允許載流的主要依據是導線的較高允許溫度(80℃)主要取決於長(zhang)期運行後導線的強度損失和連接金(jin)具的加熱。工作溫度越高,運行(xing)時間越長,導線的強度損失越大。我國輸電線路鋼芯鋁絞線采用金具,導線截(jie)麵240mm2及(ji)以下使用的抗張(zhang)線夾(jia)為螺栓型,跳線多采(cai)用並溝(gou)線夾連接,運行時螺栓鬆動,跳線燒紅。鑒於此,鋼芯鋁絞線的允許溫度為70℃(大跨度可取(qu)90℃)。 芯鋁合金絞線的允許溫度采用值與鋼芯鋁絞線相同。
普通導體的正常較高工作溫度不得超過 70℃,鋼芯鋁絞線導體在計算日照影響時不得超過 80℃考慮一下。當普通導體接(jie)觸麵有(you)鍍(搪)錫的可靠覆蓋層時,可以提高到 85℃。
國內試驗證明,鋼芯鋁絞線為80℃當導線強度不低(di)於計算拉力時,國內試(shi)驗證(zheng)明導線溫度為80℃配(pei)套金具的溫度不得超過67℃,金具溫度在80℃對導線的握力基本(ben)沒有影響(仍在導線額(e)定拉斷力的95%以上)。
由於溫度升高,導線弧(hu)垂(chui)增加,地麵與交叉之間的間隙(xi)距(ju)離(li)減小(xiao),影響地麵與交(jiao)叉(cha)之間的安全裕度。
在過去,設計根(gen)據經濟電流密度選擇導線截麵,並通過較高氣溫弧垂來(lai)驗證地麵和交叉的安全間距。鑒(jian)於導線達(da)到允許溫度的時間在年度運行中(zhong)所占(zhan)比例很小,一般不需要驗證允許溫度弧垂的安全(quan)距離。
對於特定的交叉跨越,如200m上述檔(dang)位跨越鐵路、高速公路或一級(ji)公路,根據(ju)允許溫度選擇導線截麵的大跨(kua)度或電力線,交叉跨度間距按允許溫度弧垂驗證。
對於根據加熱條件選擇導線截麵的線路,由於常(chang)處於允許傳(chuan)輸容量的運行狀態,應根據增加後允許溫度的弧垂來驗證規(gui)定的安全距離。
根據經(jing)濟電流密度選擇導線截麵,提高導線允許溫度的影響,主要體現在係統規劃(hua)中N-1在工作條件下,在調度轉移負荷的短時間內,允許適當增加傳輸容量和導線弧垂,導致適(shi)當補償地麵和交叉距離的需要。
根據經濟電流密度選擇導線的線路,導線允許溫度提高到80℃以前,必須按50℃對地麵和交叉間距進行弧垂校準(zhun),進行必(bi)要的調整,檢查和恢複(fu)良好的連(lian)接角度傳導。
從上麵可以看(kan)出,導線溫度對載流影響很大,我國規定輸電線路導線溫度為70℃,國際(ji)上大多數國家規定導線溫度為80℃及以上。當導線溫度為70時℃提高到(dao)80℃,對於鋼芯鋁絞線,載流量可提高24%~27%,即輸送容量不變,所需(xu)截麵至(zhi)少可減(jian)少一檔。降低導線的機械(xie)強度,配套(tao)金具,基本不影響地(di)麵和交叉距離,但可以獲得巨大的經濟(ji)效益,節約投資(zi)。
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