架空线路的基本结构

架空线路的基本结构

架空输电线路的主要部件有: 导线和避雷线(架空地线)、杆塔、绝缘子、金具、杆塔基础、拉线和接地装置等。如图所示。

图架空输电线路

一、导线和避雷线

导线是用来传导电流、输送电能的元件。输电线路一般都采用架空裸导线，每相一根，220kV及以上线路由于输送容量大，同时为了减少电晕损失和电晕干扰而采用相分裂导线，即每相采用两根及以上的导线。采用分裂导线能输送较大的电能，而且电能损耗少，有较好的防振性能。

(一)架空导线的排列方式

导线在杆塔上的排列方式：对单回线路可采用上字形、三角形或水平排列，对双回路线路可采用伞形、倒伞形、干字形或六角形排列，见图4—1。

图4-1 导线在杆塔上排列方式示意图

导线在运行中经常受各种自然条件的考验，必须具有导电性能好、机械强度高、质量轻、价格低、耐腐蚀性强等特性。由于我国铝的资源比铜丰富，加之铝和铜的价格差别较大，故几乎都采用钢芯铝线。

避雷线一般不与杆塔绝缘而是直接架设在杆塔顶部，并通过杆塔或接地引下线与接地装置连接。避雷线的作用是减少雷击导线的机会，提高耐雷水平，减少雷击跳闸次数，保

证线路安全送电。

(二)导、地线分类

导、地线一般可按所用原材料或构造方式来分类。

1、按原材料分类

裸导线一般可以分为铜线、铝线、钢芯铝线、镀锌钢绞线等。

铜是导电性能很好的金属，能抗腐蚀，但比重大，价格高，且机械强度不能满足大档距的强度要求，现在的架空输电线路一般都不采用。铝的导电率比铜的低，质量轻，价格低，在电阻值相等的条件下，铝线的质量只有铜线的一半左右，但缺点是机械强度较低，运行中表面形成氧化铝薄膜后，导电性能降低，抗腐蚀性差，故在高压配电线路用得较多，输电线路一般不用铝绞线;钢的机械强度虽高，但导电性能差，抗腐蚀性也差，易生锈，一般都只用作地线或拉线，不用作导线。

钢的机械强度高，铝的导电性能好，导线的内部有几股是钢线，以承受拉力;外部为多股铝线，以传导电流。由于交流电的集肤效应，电流主要在导体外层通过，这就充分利用了铝的导电能力和钢的机械强度，取长补短，互相配合。目前架空输电线路导线几乎全部使用钢芯铝线。作为良导体地线和载波通道用的地线，也采用钢芯铝线。

2、按构造方式分类

按构造方式的不同，裸导线可分为一种金属或两种金属的绞线。

一种金属的多股绞线有铜绞线、铝绞线、镀锌钢绞线等。由于输电线路采用较少，故这里不作介绍。

两种金属的多股绞线主要是钢芯铝绞线，绞线的优点是易弯曲。绞线的相邻两层绕向相反，一则不易反劲松股，再则每层导线之间距离较大，增大线径，有利于降低电晕损耗。钢芯铝线除正常型外，还有减轻型和加强型两种。见图4-1222。

二、杆塔

杆塔是电杆和铁塔的总称。杆塔的用途是支持导线和避雷线，以使导线之间、导线与避、导线与地面及交叉跨越物之间保持一定的安全距离。杆塔现场水泥杆图如下：

图5

(一)杆塔按材料分类

一般可以按原材料分为水泥杆和铁塔两种。

1、水泥杆(钢筋混凝土杆)

电杆是由环形断面的钢筋混凝土杆段组成，其特点是结构简单、加工方便，使用的砂、石、水泥等材料便于供应，并且价格便宜。混凝土有一定的耐腐蚀性，故电杆寿命较长，维护量少。与铁塔相比，钢材消耗少，线路造价低，但重量大，运输比较困难。

水泥杆有非预应力钢筋混凝土杆和浇制前对钢筋预加一定张力拉伸的预应力钢筋混凝土杆两种。目前，输电线路使用较多的是非预应力杆。

2、铁塔

铁塔是用型钢组装成的立体桁架，可根据工程需要做成各种高度和不同形式的铁塔。铁塔有钢管塔和型钢塔。铁塔机械强度大，使用年限长，维修工作量少，但耗钢材量大、价格较贵。在变电所进出线和通道狭窄地段35～110kV可采用双回路窄基铁塔。

(二)杆塔按用途分类

按用途分为直线杆、耐张杆、转角杆、终端杆和特种杆五种。特种杆又包括：跨越通航河流、铁路等的跨越杆，长距离输电线路的换位杆、分支杆。

1、直线杆

直线杆(见图4-1a、g)又叫中间杆。它分布在耐张杆塔中间，数量最多，在平坦地区，数量上占绝大部分。正常情况下，直线杆只承受垂直荷重(导线、地线、绝缘子串和覆冰重量)和水平的风压。因此，直线杆一般比较轻便，机械强度较低。

2、耐张杆

耐张杆(见图4-1d、e)也叫承力杆。为了防止线路断线时整条线路的直线杆塔顺线路方向倾倒，必须在一定距离的直线段两端设置能够承受断线时顺线路方向的导、地线拉力的杆塔，把断线影响限制在一定范围以内。两个耐张杆塔之间的距离叫耐张段。

3、转角杆

线路转角处的杆塔叫转角杆(见图4-1b)。正常情况下转角杆除承受导、地线的垂直荷重和内角平分线方向风力水平荷重外，还要承受内角平分线方向导、地线全部拉力的合力。转角杆的角度是指原有线路方向风的延长线和转角后线路方向之间的夹角，有转角30°、60°、90°之分。

4、终端杆

线路终端处的杆塔叫终端杆。终端杆是装设在发电厂或变电所的线路末端杆塔。终端杆除承受导、地线垂直荷重和水平风力外，还要承受线路一侧的导、地线拉力，稳定性和机械强度都应比较高。

5、特种杆

特种杆主要有换位杆、跨越杆和分支杆等。超过10km以上的输电线路要用换位杆进行导线换位;跨越杆设在通航河流、铁路、主要公路及电线两侧，以保证跨越交叉垂直距离;分支杆也叫“T”型杆或叫“T接杆”，它用在线路的分支处，以便接出分支线。

(三)水泥电杆的规格

水泥杆有等径环形水泥杆和锥形水泥杆两种。

等径环形水泥杆的梢径和根径相等，有300mm和400mm两种，一般制作成9m、6m和4.5m等三种长度，使用时以电、气焊方式进行连接。

锥型水泥杆一般用在配电线路上，输电线路的转角杆塔、耐张杆塔、终端杆塔和直线杆塔，均采用等径水泥杆。锥型水泥杆的梢径有190mm和230mm两种。

(四)横担(参见图5)

杆塔通过横担将三相导线分隔一定距离，用绝缘子和和具等将导线固定在横担上，此外，还需和地线保持一定的距离。因此，要求横担要有足够的机构强度和使导、地线在杆塔上的布置合理，并保持导线各相间和对地(杆塔)有一定的安全距离。

横担按材料分为铁横担、瓷横担。横担按用途分为直线横担、耐张横担、转角横担。

三、绝缘子

绝缘子是一种隔电产品，一般是用电工陶瓷制成的，又叫瓷瓶。另外还有钢化玻璃制作玻璃绝缘子和用硅橡胶制作的合成绝缘子。

绝缘子的用途是使导线之间以及导线和大地之间绝缘，保证线路具有可靠的电气绝缘强度，并用来固定导线，承受导线的垂直荷重和水平荷重。换句话说，绝缘子既要能满足电气性能的要求，又要能满足机械强度的要求。

按照机械强度的要求，绝缘子串可组装成单串、双串、V形串。对超高压线路或大跨越等，由于导线的张力大，机械强度要求高，故有时采用三串或四串绝缘子。绝缘子串基本有两大类，即悬垂绝缘串和耐张绝缘子串。悬垂绝缘子串用于直线杆塔上，耐张绝缘子串用于耐张杆塔或转角、终端杆塔上。

1、普通型悬式瓷绝缘子

普通型悬式瓷绝缘子(见图4-2)按金属附件连接方式可分为球型连接和槽型连接两种。输电线路多采用球型连接。

2、针式绝缘子

针式绝缘子(见图4-3)，主要用于线路电压不超过35kV，导线张力不大的直线杆或小转角杆塔。优点是制造简易、价廉，缺点是耐雷水平不高，容易闪络。

3、耐污型悬式瓷绝缘子

普通瓷绝缘子只适用于正常地区，也就是说比较清洁的地区，如在污秽区使用，因它的绝缘爬电距离较小，易发生污闪事故，所以在污秽区要使用耐污型悬式瓷绝缘子(见图4-4)，以达到污秽区等级相适应的爬电距离，防止污闪事故发生。

4、悬式钢化玻璃绝缘子

悬式玻璃绝缘子(见图4-5)具有重量轻、强度高，耐雷性能和耐高、低温性能均较好。

当绝缘子发生闪络时，其玻璃伞裙会自行爆裂。

5、瓷横担绝缘子

瓷横担(见图4-6)绝缘水平高，自洁能力强，可减少人工清扫;能代替钢横担，节约钢材;结构简单、安装方便、价格较低。

6、合成绝缘子

合成绝缘子(见图4-7)是一种新型的防污绝缘子，尤其适合污秽地区使用，能有效地防止输电线路污闪事故的发生。它和耐污型悬式瓷绝缘子比较，具有体积小、重量轻、清扫周期长、污闪电压高、不易破损、安装运输省力方便等优点。

四、电力线路金具

输电线路导线的自身连接及绝缘子连接成串，导线、绝缘子自身保护等所用附件称为线路金具。线路金具在气候复杂、污秽程度不一的环境条件下运行，故要求金具应有足够的机械强度、耐磨和耐腐蚀性。

金具的用途和分类

金具在架空电力线路中，主要用于支持、固定和接续导线及绝缘子连接成串，亦用于保护导线和绝缘子。按金具的主要性能和用途，可分以下几类：

1、线夹类

线夹是用来握住导、地线的金具。根据使用情况，线夹分为耐张线夹(见图4-8)和悬垂线夹(见图4-9)两类。

悬垂线夹用于直线杆塔上悬吊导、地线，并对导、地线应有一定的握力。

耐张线夹用于耐张、转角或终端杆塔，承受导、地线的拉力。用来紧固导线的终端，使其固定在耐张绝缘子串上，也用于避雷线终端的固定及拉线的锚固。

2、联结金具类

联结金具(见图4-10)主要用于将悬式绝缘子组装成串，并将绝缘子串连接、悬挂在杆塔横担上。线夹与绝缘子串的连接，拉线金具与杆塔的连接，均要使用联结金具，常用的

联结金具有球头挂环、碗头挂板，分别用于联结悬式绝缘子上端钢帽及下端钢脚，还有直角挂板(一种转向金具，可按要求改变绝缘子串的连接方向)，U形挂环(直接将绝缘子串固定在横担上)、延长环(用于组装双联耐张绝缘子串等)、二联板(用于将两串绝缘子组装成双联绝缘子串)等。

联结金具型号的首字按产品名称首字而定，如W一碗头挂板，Z一直角挂板。

图4-10 联结金具

3、接续金具类

接续金具(见图4-11)用于接续各种导线、避雷线的端头。接续金具承担与导线相同的电气负荷，大部分接续金具承担导线或避雷线的全部张力，以字母J表示。根据使用和安装方法的不同，接续金具分为钳压、液压、爆压及螺栓连接等几类。

图4-11 接续金具

4、防护金具类

防护金具分为机械和电气两类。机械类防护金具是为防止导、地线因振动而造成断股，电气类防护金具是为防止绝缘子因电压分布严重不均匀而过早损坏。机械类有防振锤(见图4-12)、预绞丝护线条(见图4-13)、重锤等;电气类金具有均压环(见图4-14)，屏蔽环等。

五、杆塔基础

架空电力线路杆塔的地下装置统称为基础。基础用于稳定杆塔，使杆塔不致因承受垂直荷载、水平荷载、事故断线张力和外力作用而上拔、下沉或倾倒。

杆塔基础分为电杆基础和铁塔基础两大类。

1、电杆基础

杆塔基础一般采用底盘、卡盘、拉线盘，即“三盘”。“三盘”通常用钢筋混凝土预制而成，也可采用天然石料制作。底盘用于减少杆根底部地基承受的下压力，防止电杆下沉。卡盘用于增加杆塔的抗倾覆力，防止电杆倾斜。拉线盘用于增加拉线的抗拔力，防止拉线上拔。

2、铁塔基础

铁塔基础根据铁塔类型、塔位地形、地质及施工条件等具体情况确定。常用的基础有现场浇制基础、预制钢筋混凝土基础、灌注桩式基础、金属基础、岩石基础。

3、铁塔地脚螺栓保护帽的浇制

地脚螺栓浇制保护帽是为了防止因丢失地脚螺母或螺母脱落而发生倒塔事故。直线塔组立后即可浇制保护帽，耐张塔在架线后浇制保护帽。

六、拉线

拉线用来平衡作用于杆塔的横向荷载和导线张力、可减少杆塔材料的消耗量，降低线路造价。一方面提高杆塔的强度，承担外部荷载对杆塔的作用力，以减少杆塔的材料消耗量，降低线路造价;另一方面，连同拉线棒和托线盘.一起将杆塔固定在地面上，以保证杆塔不发生倾斜和倒塌。

拉线材料一般用镀锌钢绞线。拉线上端是通过拉线抱箍和拉线相连接，下部是通过可调节的拉线金具与埋入地下的拉线棒、拉线盘相连接。

七、接地装置

架空地线在导线的上方，它将通过每基杆塔的接地线或接地体与大地相连，当雷击地线时可迅速地将雷电流向大地中扩散，因此，输电线路的接地装置主要是泄导雷电流，降低杆塔顶电位，保护线路绝缘不致击穿闪络。它与地线密切配合对导线起到了屏蔽作用。

接地体和接地线总称为接地装置。

1、接地体

接地体是指埋入地中并直接与大地接触的金属导体，分为自然接地体和人工接地体两种。为减少相邻接地体之间的屏蔽作用，接地体之间的必须保持一定距离。为使接地体与大地连接可靠，接地体同时必须有一定的长度。

2、接地线

架空电力线路杆塔与接地体连接的金属导体叫接地线。对非预应力钢筋混凝土杆可以利用内部钢筋作为接地线;对预应力钢筋混凝土杆因其钢筋较细，不允许通过较大的接地电流，可以通过爬梯或者从避雷线上直接引下线与接地体连接。铁塔本身就是导体，故可将扁钢接地体和铁塔腿进行连接即可。

八、电力电缆

电力电缆(见图4-15)是电缆线路中的主要元件。一般敷设在地下的廊道内，其作用是传输和分配电能。电力电缆主要用于城区、国防工程和电站等必须采用地下输电的部位。

图4-15 电力电缆

1、电力电缆种类

目前我国普遍使用的电力电缆主要是交联聚乙烯绝缘电力电缆。

电力电缆种类大致有：

(1)按电压等级可分为中、低压、高压、超高压电缆及特高压电缆。

(2)按电流制式分为交流电缆和直流电缆。

(3)按绝缘材料可分为油浸纸绝缘、塑料绝缘、橡胶绝缘以及近期发展起来的交联聚乙烯等。

(4)接线芯校分为单芯、双芯、三芯和四芯等。

2、电力电缆的结构

电力电缆结构必须有线芯(又称导体)、绝缘层、屏蔽层和保护层四部分组成。

(1)线芯：传输电流，指导功率传输方式，是电缆的主要部分;

(2)绝缘层：将线芯与大地及不同相的线芯在电气上彼此隔离，承受电压，起绝缘作用;

(3)屏蔽层：消除导体表面不光滑而引期起的电场强度的增加使绝缘层和电缆导体有较

好的接触;

(4)保护层：保护电缆绝缘不受外界杂质和水分的侵入和防止外力直接损伤电缆。