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本帖最后由 陆妹 于 2022-2-15 09:08 编辑 5 P; U" @1 r t. N3 P
' F, M" W# Q+ ~% d特高压电力线为什么要分成多股并联（分裂导线）？
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EDA365原创 作者：何平华老师
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为什么采用钢芯铝（铝包钢）西电东送特高压电力线2000公里起步，8000公里也行，量大，性价比是第一考虑因素。 铜的导电性极优，但是太贵重了——又贵又重： 铜：贵价60000-75000元/吨，重密度8.9吨/立方米 铝：贱价22000-25000元/吨，轻密度2.7吨/立方米 如果采用同样重量的金属制作一根同样长度的金属棒，铝棒的电阻只有铜棒的70%。 如果采用同样价格的金属制作一根同样长度的金属棒，铝棒的电阻只有铜棒的20%。——颠覆大家的想象！ 所以高压电力线都用铝材料。 但是铝太软，一拉就断。 于是高压电力线横截面结构：铝包钢。 钢芯铝线，风吹不断，巡检工人也踩不断。 为什么要象上图这样子用金属圈强制分裂成八股导线呢？——趋肤效应。 % |2 b7 } [: Q$ S$ l* `
趋肤效应50Hz交流电也要考虑趋肤效应？还真要考虑！ 趋肤效应产生的根源在于很拗口的：电生磁、磁生电。 参考下图：导体上的原生电流I产生感应磁场B，感应磁场B再产生感应电流i。这个感应电流i与原生电流I矢量叠加，在导体表面同相叠加，在导体内部是反向抵消。于是交流电流趋近于导体表面。 由于交流电流趋近于导体表面，使有效导电面积减小，交流电阻增加，损耗增加。 可以通过麦克斯韦方程组和导体内部电磁学关系推导出趋肤深度公式（略），这里直接给出趋肤深度公式： 计算几种常见金属的趋肤深度(mm)： 铝在50Hz的趋肤深度11.5mm，如果加上钢芯的直径，那么铝包钢电力线直径估计略大于2倍趋肤深度23mm，所以直径在30mm左右时性价比是合适的。——根据上面的电力线巡检图简单估算，确实在30mm左右直径。 如果电力传输线拧成一股绳，趋肤效应会导致50Hz交流电阻增加，几千公里的电力损耗增加不是一个小数值，那都是钱啊。
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电晕另外，电力传输线采用分裂导线还有克服另一个缺点：电晕 经过高压电线时，会听到“滋滋声”，这就是空气高压击穿放电现象，电晕也会导致损耗增加。 高压电力线表面电场是最强的，所以电晕都发生在高压线表面。多股并联增加表面积，减小表面电场。下图所示是总截面相同时，分裂导线的电场分布变化。
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1 f3 i7 j# v/ H. @1 o1 {阻抗另外，电力传输线远离地面和随行地线，减小了等效电感，同时增加了等效电容。根据传输线阻抗公式 则等效阻抗也减小，——虽然是低频50Hz，但波长为6000公里，与西电东送的线长是同一级别，所以要看成是传输线。 低阻抗有利于提高输电能力。 分成多股有一个坏处：增加了迎风面积，抗风能力变差。——这是悬索桥采用单股悬索的原因。
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总结最后总结一下，特高压电力线采用分裂导线的三个优点： 减小50Hz交流电的趋肤效应导致的导体损耗； 减小表面电场强度产生的电晕； 减小阻抗，增大输电能力。
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出品｜EDA365 作者｜何平华老师 / w4 N% z" J2 j( D; \- w5 V
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发表于 2022-2-15 09:07
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