教你認(rèn)識(shí)沿途的輸電線路
作者:4 發(fā)布時(shí)間:2021-01-14 09:51:17 瀏覽:2861
實(shí)話說,即便是學(xué)電的、在電力系統(tǒng)工作的人都不一定認(rèn)識(shí)輸電線路,輸電工程的確太復(fù)雜了,基本算純工程性問題,想了解并不容易。
先說說輸電桿塔的概念,輸電導(dǎo)線是由輸電桿塔一段一段撐起來的,高電壓等級的用“鐵塔”,低電壓等級的比如居民區(qū)里見的一般用“木頭桿”或“水泥桿”,合起來統(tǒng)稱“桿塔”。高電壓等級的線路需要有更大的安全距離,所以要架得很高,只有鐵塔才能有能力負(fù)擔(dān)數(shù)十噸的線路,一根電線桿架不了這么高、也沒這么大支撐力,所以電線桿都是較低電壓等級的。至于多高電壓算高,多低算低,這個(gè)回頭細(xì)說。
對了,電壓等級都是說線電壓,ABC三相中任意兩相之間的電壓。家里用的220V是相電壓,是三相中任意一相對大地的電壓。實(shí)際家里用電是380V線電壓的(220V的根號(hào)3倍),只是到了樓門口了,才三相分開,比如ABC三相各入一棟樓的三個(gè)單元。380V電壓等級在電力系統(tǒng)也叫0.4kV電壓等級,對比下目前的1000kV特高壓輸電線路,差2500倍,顫抖吧~
我們在旅行沿途看到的一般都是輸電鐵塔,至于塔型什么的沒啥意思就不說了,貓頭塔、酒杯塔、門型塔、V字塔都是“象形”的,看樣子就知道。輸電線路也分直流和交流(DC和AC),直流好認(rèn)但不是很常見,國內(nèi)的線路就那么幾條,碰上不容易。
鐵塔是T型的,下面吊著兩回輸電線路,一邊正極,一邊負(fù)極,至于為啥正極和負(fù)極要分這么多股線,咱們等到講交流線路的分裂導(dǎo)線時(shí)再說。仔細(xì)看鐵塔上面還伸出來了兩個(gè)小“角”,一邊也各一條“細(xì)線”,這不是輸電用的,而是避雷用的避雷線,也叫地線。(避雷概念參見“雷電軼事與防雷”,回復(fù)“雷電”)
下面集中說說交流線路,這個(gè)幾乎“大寶天天見”。
交流的一回線路有ABC三相,輸電鐵塔最頂端頂著的是避雷線。雷暴多地區(qū)或電壓等級高的線路是兩根避雷線,雷暴不嚴(yán)重或電壓等級低的線路可以減少到一根避雷線,這個(gè)是從工程實(shí)際和省錢的角度選擇的,反正大家看到最頂端細(xì)細(xì)的一或兩根線就知道是避雷線了。避雷線都是直接跟鐵塔相連的,為的是把雷擊時(shí)的電流能順著鐵塔引到地里面去。下圖就是只有一根避雷線的線路。
避雷線一般都高電壓等級的空曠地區(qū)的輸電鐵塔用,咱們看到的電線桿上一般很少有避雷線,一是電線桿一般是在城市內(nèi),有其他更高的建筑可以被雷劈;二是本來低電壓等級的電線桿就送不了多少電,還要架根避雷線的成本就高了。
避雷線下面就是輸電線路了,根數(shù)都是3的倍數(shù),3根線的叫一回線,6根線的叫兩回線,12根的就叫四回線了,每一回里都有ABC三相的三根線。上面這張圖我們就叫“同塔雙回”線路,一邊是一回線。之所以一個(gè)塔上有多回線路,主要是考慮輸送容量和占地面積,所以也衍生出了“線路長度”和“回路長度”的概念,對同塔雙回而言,回路長度是線路長度的2倍,以此類推。下圖是個(gè)同塔四回的,如果是不同電壓等級的,則上面導(dǎo)線的電壓要高于下面導(dǎo)線的電壓,電壓越高對地的安全距離要求越高。
避雷線和輸電導(dǎo)線其實(shí)也很好區(qū)分,一個(gè)是直接頂在桿塔上的,一個(gè)是需要用絕緣子串懸掛在桿塔上的。桿塔上是地電位,沒有絕緣子串的絕緣,導(dǎo)線就直接對桿塔短路了。
看輸電線路,能分清電壓等級是首位的,這決定了是哪條線,大概輸送多少功率,輸送多遠(yuǎn)距離。對于不同的電壓等級怎么區(qū)分呢?小編的方式是“三看”:看導(dǎo)線分裂數(shù)、看絕緣子串長度、看桿塔高度。
先說分裂數(shù),正如下面這張圖片顯示的,對于ABC三相中的每一相導(dǎo)線,都是分成好幾股的,比如下面這個(gè)特高壓輸電線路就分了8股,叫“八分裂”導(dǎo)線。之所以一相導(dǎo)線要分裂成好幾股,是要把導(dǎo)線的“等效直徑”擴(kuò)大,相當(dāng)于用幾股較細(xì)的導(dǎo)線(相對較細(xì),其實(shí)也有女生的手腕子粗),圍成一個(gè)近似圓形,相當(dāng)于把整相的導(dǎo)線直徑“等效”擴(kuò)大了。
擴(kuò)大“導(dǎo)線直徑”有這么幾個(gè)原因:一是交流電有“趨膚效應(yīng)”,因?yàn)樽愿械脑颍娏鞔蟛糠侄荚趯?dǎo)線表面流動(dòng),導(dǎo)體中間幾乎沒有電流,把導(dǎo)體弄成管狀可以簡約材料減輕重量,既然是管狀,不如弄成分裂導(dǎo)線代替管狀線;二是高壓輸電線電流很大,要求導(dǎo)線的電阻低,電阻與導(dǎo)線的面積成反比,因此本來要用很粗管狀導(dǎo)線代替,現(xiàn)在就用分裂導(dǎo)線了(在變電站里還是用管母線);三是導(dǎo)線越粗,導(dǎo)線表面電場強(qiáng)度就越低,電暈就越小,電暈是對電能的損耗,我們當(dāng)然希望把導(dǎo)線弄粗些,降低表面場強(qiáng)及電暈(電暈是一種放電現(xiàn)象,雨天在輸電線周圍可能會(huì)聽到“茲茲”的聲音,那就是電暈的聲音,夜里也能看到導(dǎo)線在發(fā)微弱的光,當(dāng)然電暈也不是只有壞處,以后可以細(xì)說)。由電暈的“茲茲”聲,也會(huì)帶來無線電干擾,這也是為什么直流導(dǎo)線也要分裂的原因,都是為了降低電暈。
在1000kV以下還有750kV的超高壓輸電線路,這個(gè)電壓等級只在我國的西北電網(wǎng)使用,歐洲倒也有765kV這個(gè)電壓等級的線路。750kV電壓等級一般用六分裂的導(dǎo)線。
500kV的是四分裂導(dǎo)線,不過據(jù)小編觀察,現(xiàn)在六分裂導(dǎo)線居多了,可能是輸送功率大了。220kV的一般是四分裂,110kV一般是兩分裂,再往下的電壓等級就不用分裂導(dǎo)線了,單根就行,電暈已經(jīng)不嚴(yán)重了。三分裂的導(dǎo)線理論上有,但小編還真沒怎么見過。
再說絕緣子片數(shù)。導(dǎo)線分裂數(shù)比較好數(shù),數(shù)清楚幾根線就知道是多高電壓等級的了。除了看分裂數(shù),也可以數(shù)絕緣子的片數(shù),不過比較費(fèi)眼,熟了的話掃一眼就知道。絕緣子是飛碟狀的,一個(gè)飛碟算一片絕緣子,絕緣子串是把若干飛碟串起來,就如下圖所示,隔離導(dǎo)線與桿塔用的。一片絕緣子大概的厚度是15厘米,串7片差不多一米。
下表是電壓等級與對應(yīng)的絕緣子片數(shù),如果高海拔、污穢重的地區(qū)或者重要的塔,片數(shù)還要增加幾片。基本可以看出1片絕緣子可以承受1-1.5萬伏特的電壓,但隨著電壓等級的升高,承壓的非線性越強(qiáng)。實(shí)際上,絕緣子片數(shù)選擇是個(gè)工程問題而不是科學(xué)問題,因?yàn)榭諝獾膿舸?shí)在太復(fù)雜了,算是算不出來,只能做試驗(yàn)試出來,不同地區(qū)不同環(huán)境,絕緣子片數(shù)可能差別很大,下表只算個(gè)參考。圖片
當(dāng)然不同類型的絕緣子,要求的片數(shù)也不同,下圖那張1000kV特高壓的圖,小編用肉眼數(shù)了下,大概接近60片了,真是好長。。。
除了數(shù)分裂數(shù)和絕緣子片數(shù),還可以看看桿塔的高度,雖然設(shè)計(jì)規(guī)程上沒有規(guī)定桿塔要多高,但非常詳細(xì)地規(guī)定了輸電導(dǎo)線距離其他物體的最小距離。輸電線路一檔大約500米,導(dǎo)線是要下垂的,尤其是天氣熱和用電負(fù)荷大的時(shí)候,導(dǎo)線熱脹冷縮,會(huì)下垂的更厲害。所以規(guī)定中明確寫了各電壓等級的輸電線路的導(dǎo)線對各種物體的最小距離。例如在居民區(qū)導(dǎo)線對地面最小距離分別為35~110kV是7米,220kV是7.5米,330kV是8.5米,500kV是14米,750kV為19.5米。如果考慮導(dǎo)線弧垂和絕緣子長度,則110kV大概離地面十幾米,220kV和330kV是二十幾米,500kV是三四十米,750kV是五十幾米,1000kV是七八十米,換算成樓房高度,那分別是5層樓、8層樓、12層樓、18層樓和25層樓,有點(diǎn)具象了吧。不過這都很粗略,根據(jù)氣候和地形不同,高度是要調(diào)整很大的。
總體來說,區(qū)分電壓等級最容易看的是導(dǎo)線分裂數(shù),最準(zhǔn)確能判斷的是絕緣子片數(shù),最有震撼力的是桿塔的高度。不過說實(shí)話,送電線路是門很大的實(shí)驗(yàn)科學(xué),大多數(shù)公式都是大量工程經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),沒有什么完美的理論,各種地形地貌各種氣候條件,都要從實(shí)踐中得真知。因而我們應(yīng)該敬重總變電工人以及科研工作者們,是他們大量的辛勤勞動(dòng),才讓電從遠(yuǎn)方送到我們的城市。
我們能看到的輸電線路,都是地形地貌比較好的地區(qū),要知道崇山峻嶺中、大川大河上也都有輸電線路,尤其是給偏遠(yuǎn)地區(qū)送電,鐵塔和電線材料都是人拉肩扛上去的,相當(dāng)辛苦!可以說連公路都沒有的地方,可能會(huì)有輸電線路,真的要向送變電工作人員們致敬!
除了上面的避雷線和下面的輸電導(dǎo)線外,有時(shí)候還能看到輸電導(dǎo)線的下面有一根細(xì)線,不過并不常見,一般是在接地條件很不好的山區(qū)或者雷擊頻繁跳閘的地區(qū)才有這么一根線。這根線就是耦合地線,利用電磁感應(yīng)原理,分流一部分雷電流,使得絕緣子串兩端的電位差小于擊穿電壓。
最后說說輸電桿塔上的小玩意兒。Look!猜猜這個(gè)刺兒和橘黃色的小風(fēng)車是干嘛的?
答案揭曉:都是防鳥的!
倒刺是防止鳥筑巢,用在鐵塔上;小風(fēng)車是驅(qū)趕鳥的,一般用在電線桿上。下次可以留意下哈!
為啥輸電桿塔跟鳥過不去呢?因?yàn)轼B糞是導(dǎo)致輸電線路短路故障的重要原因。鳥糞是導(dǎo)電的,排放到絕緣子串上時(shí),很會(huì)構(gòu)成導(dǎo)線的對地短路通道,所以輸電線路都很怕“憤怒的小鳥”。。。除了鳥以外,蛇、鼠、黃鼠狼、或者翼展太長的大鳥都可能導(dǎo)致輸電線路的對地或相間短路。大樹也會(huì),所以也要定期修剪樹木。哎,送變電同志不容易啊,還得和各種動(dòng)植物打交道。。。
至于為什么確定這么多電壓等級,以及跟輸送功率、輸送長度的關(guān)系,這期說不完了,聽下回分解吧。
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