1、第第3章章 电力网电力网n3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算n3.1 电力网的接线方式电力网的接线方式n3.2 电力系统元件参数与等效电路电力系统元件参数与等效电路n3.4 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择 河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院12022-7-283.1 电力网的接线方式电力网的接线方式 一、概述一、概述 1无备用接线方式（开式电力网）无备用接线方式（开式电力网）图图3-1 开式电力网开式电力网a）单回路放射式）单回路放射式 b）单回路干线式）单回路干线式 c）单回路链式）单回路链式按布置方式分：放射式、树干式、链式、环式及两端供按布置方式分：放射
2、式、树干式、链式、环式及两端供电式电式按对供电可靠性的要求分：无备用接线和有备用接线按对供电可靠性的要求分：无备用接线和有备用接线v优点：优点：简单明了、运行方便，投资费用少。简单明了、运行方便，投资费用少。v缺点：缺点：供电的可靠性差。供电的可靠性差。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院22022-7-282有备用接线方式（闭式电力网）有备用接线方式（闭式电力网）图图3-2 有备用接线有备用接线a）双回路放射式）双回路放射式 b）双回路干线式）双回路干线式 c）双回路链式）双回路链式 d）环式）环式 e）两端共电式）两端共电式v优点：优点：供电可靠性高，适用于对一级负荷供电。供电
3、可靠性高，适用于对一级负荷供电。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院32022-7-28p放射式接线放射式接线图图3-3 放射式接线放射式接线v优点：优点：结构简单、操作维护方便、保护装置简单，便于实现自动化。结构简单、操作维护方便、保护装置简单，便于实现自动化。v缺点：缺点：供电可靠性较差，只能用于三级负荷和部分次要的二级负荷。供电可靠性较差，只能用于三级负荷和部分次要的二级负荷。二、高压配电系统的接线方式二、高压配电系统的接线方式 为了提高供电的可靠性，可采用来自两个电源为了提高供电的可靠性，可采用来自两个电源的双回路放射式接线。的双回路放射式接线。河北科技大学电气工程学院河北
4、科技大学电气工程学院42022-7-28图图3-4 双回路放射式接线双回路放射式接线v优点：优点：供电可靠性高，任一回路、任一电源发生故障都能保证不间供电可靠性高，任一回路、任一电源发生故障都能保证不间断供电，适用于一类负荷。断供电，适用于一类负荷。v缺点：缺点：从电源到负载都是双套设备，互为备用，投资大，维护困难从电源到负载都是双套设备，互为备用，投资大，维护困难。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院52022-7-28直接连接干线式（图直接连接干线式（图3-5a）v优点：优点：线路敷设简单，变电所出线回路数少，高压配电装置和线路敷设简单，变电所出线回路数少，高压配电装置和线路投
5、资较小，比较经济。线路投资较小，比较经济。v缺点：缺点：供电可靠性差，当干线发生故障或检修时，所有用户都供电可靠性差，当干线发生故障或检修时，所有用户都将停电。将停电。图图3-5 干线式接线干线式接线a)直接连接干线式直接连接干线式 b)串联型干线式串联型干线式p树干式接线树干式接线河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院62022-7-28 为了提高供电的可为了提高供电的可靠性，可采用双回路树靠性，可采用双回路树干式或干式或两端供电树干式两端供电树干式。串联型干线式（串联型干线式（图图3-5b）图图3-6 双回路树干式接线方式双回路树干式接线方式 v特点：特点：干线的进出侧均安装了隔
6、离开关，当发生故障时，可干线的进出侧均安装了隔离开关，当发生故障时，可在找到故障点后，拉开相应的隔离开关继续供电，从而缩小停在找到故障点后，拉开相应的隔离开关继续供电，从而缩小停电范围，使供电可靠性有所提高。电范围，使供电可靠性有所提高。普通环式普通环式：把两路串联：把两路串联型干线式线路联络起来。型干线式线路联络起来。p环式接线环式接线河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院72022-7-28 图图3-7 两端供电树干式接线方式两端供电树干式接线方式图图3-8 普通环式接线普通环式接线有两种运行方式：有两种运行方式：开环运行：正常运行时环开环运行：正常运行时环形线路在某点断开。形线
7、路在某点断开。开环点位置的选择：应使正常开环点位置的选择：应使正常配电时开环点的电压差为最小配电时开环点的电压差为最小闭环运行：正常运行时环闭环运行：正常运行时环形线路没有断开点。形线路没有断开点。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院82022-7-28v优点：优点：供电可靠性高，运行灵活；供电可靠性高，运行灵活；v缺点：缺点：导线截面按有可能通过的全部负荷来考虑，投资高。导线截面按有可能通过的全部负荷来考虑，投资高。拉手环式（拉手环式（“手拉手手拉手”接线）接线）：将放射式接线改造成：将放射式接线改造成双电源供电，中间以联络开关将两段线路连接起来。双电源供电，中间以联络开关将两段
8、线路连接起来。图图3-9 拉手环式接线拉手环式接线v优点：优点：供电可靠性较高，易于实现配电网自动化。供电可靠性较高，易于实现配电网自动化。正常运行时联络开关打开，当线路失去一端电源时，将联正常运行时联络开关打开，当线路失去一端电源时，将联络开关合上，从另一端电源对失去电源线路上的用户供电。络开关合上，从另一端电源对失去电源线路上的用户供电。低压配电系统也有低压配电系统也有放射式放射式、树干式树干式、环式环式等接线方式。等接线方式。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院92022-7-283.2 电力系统元件参数与等值电路电力系统元件参数与等值电路 一、电力线路的结构和敷设一、电力线
9、路的结构和敷设 p架空线路的结构和敷设架空线路的结构和敷设图图3-10 架空线路的结构架空线路的结构l导线导线1.架空线路的结构架空线路的结构导线材料：要求电阻导线材料：要求电阻率小、机械强度大、率小、机械强度大、质量轻、不易腐蚀、质量轻、不易腐蚀、价格便宜、运行费用价格便宜、运行费用低等，常用材料有铜、低等，常用材料有铜、铝和钢。铝和钢。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院102022-7-28图图3-11 钢芯铝绞线钢芯铝绞线截面示意图截面示意图导线的结构型式：分为裸导线和导线的结构型式：分为裸导线和绝缘导线绝缘导线两大两大类，高压线路一般用裸导线，低压线路一般用绝类，高压线路
10、一般用裸导线，低压线路一般用绝缘导线。缘导线。架空导线的型号有：架空导线的型号有：TJ铜绞线铜绞线LJ铝绞线，用于铝绞线，用于10kV及以下线路及以下线路 LGJ钢芯铝绞线，用于钢芯铝绞线，用于35kV及以上线路及以上线路 GJ钢绞线，用作避雷线钢绞线，用作避雷线 l杆塔杆塔按材料分：木杆、钢筋混凝土杆（水泥杆）、铁塔。按材料分：木杆、钢筋混凝土杆（水泥杆）、铁塔。裸导线结构有：单股线、多股绞线裸导线结构有：单股线、多股绞线河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院112022-7-28按用途分按用途分：直线杆塔（中间杆塔）、转角杆塔、耐：直线杆塔（中间杆塔）、转角杆塔、耐张杆塔（承力杆
11、塔）、终端杆塔、换位杆塔和跨越杆张杆塔（承力杆塔）、终端杆塔、换位杆塔和跨越杆塔等。塔等。l横担：横担：木横担、铁横担和木横担、铁横担和瓷横担瓷横担三种。三种。l绝缘子：绝缘子：针式、悬式和棒式针式、悬式和棒式三种。三种。针式绝缘子：用于针式绝缘子：用于35kV及以下线路上，用在直线及以下线路上，用在直线杆塔或小转角杆塔上。杆塔或小转角杆塔上。悬式绝缘子：用于悬式绝缘子：用于35kV以上的高压线路上，通常以上的高压线路上，通常组装成绝缘子串使用。组装成绝缘子串使用。棒式绝缘子：多兼作瓷横担使用，在棒式绝缘子：多兼作瓷横担使用，在110kV及以下及以下线路应用比较广泛。线路应用比较广泛。河北科技
12、大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院122022-7-28l金具金具：各种各种挂环、挂板、各种线夹、防震锤等。挂环、挂板、各种线夹、防震锤等。2.架空线路的敷设架空线路的敷设F正确选择线路路径正确选择线路路径：路径短、转角少、地质条件路径短、转角少、地质条件好、施工维护方便等；好、施工维护方便等；F确定档距、弧垂和杆高确定档距、弧垂和杆高：档距档距（跨距）（跨距）：相邻两根电杆之间的水平距离。相邻两根电杆之间的水平距离。弧垂弧垂：导线悬挂在杆塔的绝缘子上，自悬挂点：导线悬挂在杆塔的绝缘子上，自悬挂点至导线最低点的垂直距离。至导线最低点的垂直距离。说明：说明：线路的档距、弧垂与杆高互相影响。
13、档距越大，杆线路的档距、弧垂与杆高互相影响。档距越大，杆塔数量越少，则弧垂增大，杆高增加；反之，档距越小，塔数量越少，则弧垂增大，杆高增加；反之，档距越小，杆塔数量越多，则弧垂减小，杆高降低。杆塔数量越多，则弧垂减小，杆高降低。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院132022-7-28三相四线制低压线路的导线，一般采用水平排列；三相四线制低压线路的导线，一般采用水平排列；三相三线制的导线，可三角排列，也可水平排列；三相三线制的导线，可三角排列，也可水平排列；多回路导线同杆架设时，可三角、水平混合排列，多回路导线同杆架设时，可三角、水平混合排列，也可全部垂直排列；也可全部垂直排列；电
14、压不同的线路同杆架设时，电压较高的线路应架电压不同的线路同杆架设时，电压较高的线路应架设在上面，电压较低的线路应架设在下面；设在上面，电压较低的线路应架设在下面；架空导线和其他线路交叉跨越时，电力线路应在上架空导线和其他线路交叉跨越时，电力线路应在上面，通讯线路应在下面。面，通讯线路应在下面。F确定导线在杆塔上的排列方式确定导线在杆塔上的排列方式：可水平排列、可水平排列、三角排列和垂直排列三角排列和垂直排列。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院142022-7-281.电缆线路的结构电缆线路的结构 分为单芯、三芯和四分为单芯、三芯和四芯等种类。单芯电缆的导芯等种类。单芯电缆的导体截
15、面是圆形的；三芯或体截面是圆形的；三芯或四芯电缆的导体截面除圆四芯电缆的导体截面除圆形外，更多是采用扇形。形外，更多是采用扇形。图图3-12 扇形三芯电缆扇形三芯电缆1导体导体 2纸绝缘纸绝缘 3铅包皮铅包皮 4麻衬麻衬 5钢带铠甲钢带铠甲 6麻被麻被导体：导体：由多股铜绞线或由多股铜绞线或铝绞线制成。铝绞线制成。p电缆线路的结构和敷设电缆线路的结构和敷设电缆的电缆的结构结构：包括导体、绝缘层和保护包皮。：包括导体、绝缘层和保护包皮。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院152022-7-28绝缘层：绝缘层：用来使导体与导体之间、导体与保护包用来使导体与导体之间、导体与保护包皮之间保
16、持绝缘。绝缘材料一般有油浸纸、橡胶、皮之间保持绝缘。绝缘材料一般有油浸纸、橡胶、聚乙烯、交联聚氯乙烯等。聚乙烯、交联聚氯乙烯等。保护包皮：保护包皮：用来保护绝缘层，使其在运输、敷设用来保护绝缘层，使其在运输、敷设及运行过程中免不受机械损伤，并防止水分浸入和及运行过程中免不受机械损伤，并防止水分浸入和绝缘油外渗。常用的包皮有铝包皮和铅包皮。绝缘油外渗。常用的包皮有铝包皮和铅包皮。此外，此外，在电缆的最外层还包有钢带铠甲，以防止电缆受外在电缆的最外层还包有钢带铠甲，以防止电缆受外界的机械损伤和化学腐蚀界的机械损伤和化学腐蚀 2.电缆头电缆头电缆头包括电缆电缆头包括电缆中间接头中间接头和和终端头终端
17、头。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院162022-7-283.电缆的敷设方式：电缆的敷设方式：直接埋入土中：直接埋入土中：埋设深度一般为埋设深度一般为0.70.8m，应在，应在冻土层以下。冻土层以下。电缆沟敷设：电缆沟敷设：当电缆条数较多时，宜采用电缆沟当电缆条数较多时，宜采用电缆沟敷设，电缆置于电缆沟的支架上，沟面用水泥板覆敷设，电缆置于电缆沟的支架上，沟面用水泥板覆盖。盖。电缆桥架敷设电缆桥架敷设：对于工厂配电所、车间、大型商对于工厂配电所、车间、大型商厦等场所，因其电缆数量较多或较集中，通常采用厦等场所，因其电缆数量较多或较集中，通常采用电缆桥架敷设电缆线路。电缆桥架敷设
18、电缆线路。电缆桥架电缆桥架装置由支架、盖装置由支架、盖板、支臂和线槽等组成，电缆敷设在电缆桥架内板、支臂和线槽等组成，电缆敷设在电缆桥架内。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院172022-7-28 二、输电线路的参数计算及等效电路二、输电线路的参数计算及等效电路1输电线路的参数计算输电线路的参数计算电阻：电阻：单根导线的直流电阻为：单根导线的直流电阻为：AlR 导线的交流电阻比直流电阻增大导线的交流电阻比直流电阻增大0.2%1%，主，主要是因为：要是因为：F应考虑集肤效应和邻近效应的影响；应考虑集肤效应和邻近效应的影响；F导线为多股绞线，使每股导线的实际长度比线路长导线为多股绞线
19、，使每股导线的实际长度比线路长度大度大;F导线的额定截面（标称截面）略大于实际截面。导线的额定截面（标称截面）略大于实际截面。通常取通常取 km;mmCu/8.182km/mm5.312Al河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院182022-7-28工程计算中，可先查出工程计算中，可先查出r1，则，则lrR1需要指出：需要指出：手册中给出的手册中给出的 r1值，则是指温度为值，则是指温度为20时时的导线电阻，当实际运行的温度不等于的导线电阻，当实际运行的温度不等于20时，应按时，应按下式进行修正：下式进行修正：)20(120rr电抗：电抗：每相导线单位长度的等值电抗为：每相导线单位长
20、度的等值电抗为：rrrsrsfx0157.0lg1445.010)5.0lg6.4(2av4av1式中，式中，r为相对磁导率，铜和铝的为相对磁导率，铜和铝的r=1;r为导线半径为导线半径（m）；）；Sav为三相导线的线间几何均距（为三相导线的线间几何均距（m）。）。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院192022-7-28注意：注意：为了使三为了使三相导线的电气参相导线的电气参数对称，应将输数对称，应将输电线路的各相导电线路的各相导线进行换位。线进行换位。图图3-13 一次整循环换位一次整循环换位lxX1架空线路的电抗值在架空线路的电抗值在0.4/km左右，则左右，则 电纳：电纳：
21、每相导线单位长度的等值电容为：每相导线单位长度的等值电容为：6110lg0241.0rsCav（F/km）河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院202022-7-28则单位长度的电纳为：则单位长度的电纳为：6av1110lg58.7rsCb架空线路的架空线路的b1值为值为 S/km左右，则左右，则 61058.2lbB1电导：电导：反映线路绝缘子表面的泄露电流和导线周围反映线路绝缘子表面的泄露电流和导线周围空气电离产生的电晕现象而产生的有功功率损耗。空气电离产生的电晕现象而产生的有功功率损耗。说明：说明：通常架空线路的绝缘良好，泄露电流很小，可以忽略不计。通常架空线路的绝缘良好，泄露
22、电流很小，可以忽略不计。（S/km）电晕现象：电晕现象：在架空线路带有高电压的情况下，当导在架空线路带有高电压的情况下，当导线表面的电场强度超过空气的击穿强度时，导线周线表面的电场强度超过空气的击穿强度时，导线周围的空气被电离而产生局部放电的现象。围的空气被电离而产生局部放电的现象。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院212022-7-28 当线路电压高于当线路电压高于电晕临界电压电晕临界电压时，将出现电晕时，将出现电晕损耗，与电晕相对应的导线单位长度的等值电导为：损耗，与电晕相对应的导线单位长度的等值电导为：32110UPgglgG1因此，因此，注意：注意：通常由于线路泄漏电流很
23、小，而电晕损耗在设通常由于线路泄漏电流很小，而电晕损耗在设计线路时已经采取措施加以限制，故在电力网的电气计线路时已经采取措施加以限制，故在电力网的电气计算中，近似认为计算中，近似认为G=0。实测线路单位长度的电晕实测线路单位长度的电晕损耗功率（损耗功率（kW/km）在设计架空线路时依据电晕临界电压规定了不需要验算电晕的在设计架空线路时依据电晕临界电压规定了不需要验算电晕的导线最小外径：导线最小外径：110kV导线外径不应小于导线外径不应小于9.6mm；220kV导线外径不应小于导线外径不应小于21.3mm；60kV及以及以下的导线不必验算电晕临界电压；下的导线不必验算电晕临界电压；220kV以
24、上的超高压输电线，采用分裂导线以上的超高压输电线，采用分裂导线或扩径导线以增大每相导线的等值半径，提高电晕临界电压或扩径导线以增大每相导线的等值半径，提高电晕临界电压河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院222022-7-282输电线路的等效电路输电线路的等效电路一字型等效电路一字型等效电路：用于长度不用于长度不超过超过100km的架空线路（的架空线路（35kV及以下）和线路不长的电缆线及以下）和线路不长的电缆线路（路（10kV及以下）。及以下）。型或型或T型等效电路：型等效电路：空线路（空线路（110220kV）和长度）和长度不超过不超过100km的的电缆线路（电缆线路（10kV以
25、上）。以上）。用于长度为用于长度为100300km的架的架图图3-14 一字型等效电路一字型等效电路图图3-15 型或型或T型等效电路型等效电路a）型型 b）T型型河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院232022-7-28 三、变压器的参数计算及等效电路三、变压器的参数计算及等效电路1双绕组变压器双绕组变压器 双绕组变压器采用双绕组变压器采用型等效电路。型等效电路。35kV及以下的及以下的变压器，励磁支路可忽略不计，可用简化等效电路。变压器，励磁支路可忽略不计，可用简化等效电路。注意：注意：变压器等值电路中的电纳的符号与线路等值电路中电纳的符号相变压器等值电路中的电纳的符号与线路等
26、值电路中电纳的符号相反，前者为负，后者为正；因为前者为感性，后者为容性。反，前者为负，后者为正；因为前者为感性，后者为容性。图图3-16 双绕组变压器的等效电路双绕组变压器的等效电路a）型等效电路型等效电路 b）励磁支路用功率表示的等效电路）励磁支路用功率表示的等效电路 c）简化等效电路）简化等效电路河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院242022-7-28电阻电阻RT：32232Cu10103TNNTNkRUSRIPP32210NNkTSUPR由于由于 所以所以电抗电抗XT：由于由于 2310100103%NTNNTNkUXSUZIUNkNTSUUX%102对小容量变压器，对小容
27、量变压器，则则NkNTSUUZ%10222TTTRZX所以所以河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院252022-7-28电导电导GT：电导是用来表示铁心损耗的。电导是用来表示铁心损耗的。320321010NNFeTUPUPG电纳电纳BT：32010NTUQB10010033100%0000NNNNNSQIUIUIIINSIQ100%0052010%NNTUSIB电纳是用来表征变压器的励磁特性的。电纳是用来表征变压器的励磁特性的。由于由于所以所以说明：说明：以上各式中，以上各式中，U、S、P、Q、的单位分别为、的单位分别为kV、kVA、kW和和kvar。则则河北科技大学电气工程学院河
28、北科技大学电气工程学院262022-7-28三绕组变压器三绕组变压器三绕组变压器的等效电路图：三绕组变压器的等效电路图：图图3-17 三绕组变压器的等效电路三绕组变压器的等效电路a）励磁回路用导纳表示）励磁回路用导纳表示 b）励磁回路用功率表示）励磁回路用功率表示河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院272022-7-28电阻电阻RT1、RT2、RT3三绕组变压器容量比有三种不同类型：三绕组变压器容量比有三种不同类型：F100/100/100：三个绕组的容量均等于变压器的额三个绕组的容量均等于变压器的额定容量；定容量；F100/100/50：第三个绕组的容量为变压器额定容量：第三个绕
29、组的容量为变压器额定容量的的50%；F100/50/100：第二个绕组的容量为变压器额定容量：第二个绕组的容量为变压器额定容量的的50%。12kP23kP31kP对对100/100/100的变压器：通过短路试验可得到任的变压器：通过短路试验可得到任两个绕组的短路损耗两个绕组的短路损耗 、，则每一个，则每一个绕组的短路损耗为绕组的短路损耗为 河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院282022-7-28123123331231222331121212121kkkkkkkkkkkkPPPPPPPPPPPP322333222232211101010NNkTNNkTNNkTSUPRSUPRSU
30、PR133132232112kkkkkkkkkPPPPPPPPP由由所以所以 河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院292022-7-283123123313123223232323450100450100kkNNkkkkNNkkPPSSPPPPSSPP 短路试验有两组数据是按短路试验有两组数据是按50%容量的绕组达到容量的绕组达到额定容量时测量的值。因此，应先将各绕组的短路额定容量时测量的值。因此，应先将各绕组的短路损耗按变压器的额定容量进行折算，然后再计算电损耗按变压器的额定容量进行折算，然后再计算电阻。如对容量比为阻。如对容量比为100/100/50的变压器，折算公式为的变压器
31、，折算公式为对对100/100/50和和100/50/100的变压器：的变压器：未折算的绕组间短路未折算的绕组间短路损耗（铭牌数据）损耗（铭牌数据）折算到变压器额定容量折算到变压器额定容量下的绕组间短路损耗下的绕组间短路损耗河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院302022-7-28电抗电抗XT1、XT2、XT3%)%(21%)%(21%)%(21%123123331231222313121kkkkkkkkkkkkUUUUUUUUUUUU所以所以%133132232112kkkkkkkkkUUUUUUUUU由由NNkTNNkTNNkTSUUXSUUXSUUX233222211%10%
32、10%10电导电导GT与电纳与电纳BT：同双绕组变压器。同双绕组变压器。说明：说明：1）厂家给出的短路电压百分数已）厂家给出的短路电压百分数已归算到变压器的额定容量，因此在计算电归算到变压器的额定容量，因此在计算电抗时，不论变压器各绕组的容量比如何，抗时，不论变压器各绕组的容量比如何，其短路电压百分数不必再进行折算。其短路电压百分数不必再进行折算。2）参数计算时，要求将参数归算到哪一）参数计算时，要求将参数归算到哪一电压等级，则计算公式中的电压等级，则计算公式中的 UN为相应等为相应等级的额定电压。级的额定电压。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院312022-7-283.3 电力
33、网的电压计算电力网的电压计算 一、概述一、概述 电压降落：是指线路首末端电压的相量差，即电压降落：是指线路首末端电压的相量差，即 21UUU 图图3-18 线路的电压降落和电压损失相量图线路的电压降落和电压损失相量图电压损失：是指线路首末端电压的代数差，即电压损失：是指线路首末端电压的代数差，即 21UUU 通常以线路额定电压的通常以线路额定电压的百分数表示，即百分数表示，即100%21NUUUU河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院322022-7-28 二、地方电力网的电压损失计算二、地方电力网的电压损失计算 1放射形线路电压损失计算放射形线路电压损失计算1U 设线路首末端相电压
34、分别为设线路首末端相电压分别为 和和 ，负荷电流为，负荷电流为I，负荷的功率因数为，负荷的功率因数为 ，则，则 2U2cosXIRIUUUUj221图图3-19 放射式线路电压损失相量图放射式线路电压损失相量图a）放射式线路简化电路图）放射式线路简化电路图 b）电压损失相量图）电压损失相量图河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院332022-7-2822sincosIXIRbgaffdafadU则一相的则一相的电压损失电压损失为：为：aeUUU21为便于计算，用为便于计算，用 代替代替 ，则，则 adae换算成线电压损失为：换算成线电压损失为：)sincos(3322XRIUU)si
35、ncos(cos33222XRUPNNUQXPR 式中，式中，P、Q、UN、的单位分别为的单位分别为kW、kvar、kV和和V。U河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院342022-7-282树干式树干式线路电压损失计算线路电压损失计算各支线的负荷功率各支线的负荷功率用用p、q表示；表示；各段干线的功率各段干线的功率 用用P、Q表示；表示；图图3-20 树干式线路电压损失计算图树干式线路电压损失计算图各段线路的长度、各段线路的长度、电阻和电抗电阻和电抗分分别用别用l、r和和x表示；表示；各负荷到电源之间各负荷到电源之间的干线长度、电阻的干线长度、电阻和电抗和电抗分别用分别用L、R和和
36、X表示。表示。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院352022-7-28 上图上图中，若忽略各段线路的功率损耗，则每段中，若忽略各段线路的功率损耗，则每段干线的功率可用各支线的负荷功率表示，即干线的功率可用各支线的负荷功率表示，即3211pppPl1段：段：3211qqqQl2段：段：322ppP322qqQl3段：段：33pP 33qQ 各线干段的电压损失为各线干段的电压损失为:NUxQrPU11111l1段：段：NUxQrPU22222l2段：段：l3段：段：NUxQrPU33333河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院362022-7-28n段干线的总电压损失为段干
37、线的总电压损失为niNiiiiniiUxQrPUU11若用各支线负荷表示，则上式可写成：若用各支线负荷表示，则上式可写成：niNiiiiUXqRpU1电压损失百分数为电压损失百分数为niiiiiNNxQrPUUUU123)(10110010%niiiiiNXqRpUU12)(101%或或河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院372022-7-28当各段线路的导线截面、功率因数相同时，有当各段线路的导线截面、功率因数相同时，有101%11112niiiniiiNlQxlPrUU10111112niiiniiiNLqxLprU3均匀无感线路电压损失计算均匀无感线路电压损失计算CAMAUL
38、pLpUrUNniiiniiiN211211010%线路的所有功率矩线路的所有功率矩（负荷矩）之和（负荷矩）之和计算系数，与线路电压、接线方式计算系数，与线路电压、接线方式及导线材料有关，可查表及导线材料有关，可查表3-1河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院382022-7-284均匀分布负荷的三相线路电压损失计算均匀分布负荷的三相线路电压损失计算llirUd3)(d1dllirULLL00132)2(301LLLUirUNN22)(301LLUriLUNN 上式说明：上式说明：计算均匀分布负荷线路的电压损失时，可以用一个与均匀分布计算均匀分布负荷线路的电压损失时，可以用一个与均匀
39、分布的总负荷相等，位于均匀分布负荷中点的集中负荷等值代替。的总负荷相等，位于均匀分布负荷中点的集中负荷等值代替。图图3-21 具有均匀分布负荷的电力网具有均匀分布负荷的电力网LLLlir002321)2(01LLUPrN河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院392022-7-28图图3-22 输电线路的输电线路的型等效电路及相量图型等效电路及相量图a）等效电路）等效电路 b）相量图）相量图 三、高压电网中电压损失的计算三、高压电网中电压损失的计算 )(21jXRIUUU图中：图中：称为电压降落的纵分量；称为电压降落的纵分量；称为电压降落的横分量。称为电压降落的横分量。2U2U 下图为
40、输电线路的下图为输电线路的型等效电路及相量图，则电型等效电路及相量图，则电压降落为压降落为河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院402022-7-282222UXQRPU2222URQXPU线路首端电压线路首端电压有效值有效值为：为：222221)(UUUU说明：说明：上述公式是按感性负荷下推出的，若为容性负荷，公式不变，无功上述公式是按感性负荷下推出的，若为容性负荷，公式不变，无功功率功率Q前面的符号应改变。前面的符号应改变。将上式按二项式定理展开并取前两项可得将上式按二项式定理展开并取前两项可得 2222222222212)(2UUUUUUUUUU2222212UUUUUU因此因
41、此 当负荷为感性时，当负荷为感性时，经推导得：，经推导得：2222jQPIUS电压降落电压降落纵分量纵分量电压降落电压降落横分量横分量河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院412022-7-28几点说明几点说明:F对于对于110kV及以下电力网，可忽略电压降落的横分及以下电力网，可忽略电压降落的横分量，则量，则电压损失就等于电压降落的纵分量，即电压损失就等于电压降落的纵分量，即 222221UXQRPUUUUFP2、Q2、U2的单位分别为的单位分别为kW、kvar 和和kV，且所且所有参数必须是线路上同一点的参数。有参数必须是线路上同一点的参数。F电压损失通常以线路额定电压的百分数表
42、示，即电压损失通常以线路额定电压的百分数表示，即100%21NUUUUF若已知首端参数若已知首端参数 P1、Q1、U1，则则111UXQRPU河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院422022-7-283.4 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择 一、导线截面选择的基本原则一、导线截面选择的基本原则1发热条件：发热条件：导线在通过正常最大负荷电流时产生导线在通过正常最大负荷电流时产生的发热温度不超过其正常运行时的最高允许温度。的发热温度不超过其正常运行时的最高允许温度。2电压损失条件：电压损失条件：导线通过正常最大负荷电流时产导线通过正常最大负荷电流时产生的电压损失应小于允许
43、电压损失，以保证供电质量。生的电压损失应小于允许电压损失，以保证供电质量。3机械强度条件：机械强度条件：导线应有足够的机械强度以防止导线应有足够的机械强度以防止断线，故要求导线截面不应小于最小允许截面。断线，故要求导线截面不应小于最小允许截面。4 经济条件：经济条件：选择导线截面时，即要降低线路的电选择导线截面时，即要降低线路的电能损耗和维修费等年运行费用，又要尽可能减少线路能损耗和维修费等年运行费用，又要尽可能减少线路投资和有色金属消耗量。投资和有色金属消耗量。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院432022-7-28根据设计经验，导线截面选择的原则如下：根据设计经验，导线截面选
44、择的原则如下：对对35kV及以上的外部供电线路：及以上的外部供电线路：先按经济电流密度按先按经济电流密度按选择导线截面，然后再校验其他条件。选择导线截面，然后再校验其他条件。对供电线路较长的对供电线路较长的610 kV线路：线路：先按允许电压损失条先按允许电压损失条件选择导线截面，然后再校验机械强度和发热条件；件选择导线截面，然后再校验机械强度和发热条件；对供电线路较短的对供电线路较短的610 kV线路：线路：应先按发热条件选择应先按发热条件选择截面，然后校验电压损失和机械强度。截面，然后校验电压损失和机械强度。对低压照明线路：对低压照明线路：因其对电压质量要求较高，故先按允因其对电压质量要求
45、较高，故先按允许电压损失条件选择截面，再校验其他条件；许电压损失条件选择截面，再校验其他条件；对低压动力线路：对低压动力线路：因其负荷电流较大，则应按发热条件因其负荷电流较大，则应按发热条件选择截面，再校验其他条件。选择截面，再校验其他条件。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院442022-7-28 二、按发热条件选择导线截面二、按发热条件选择导线截面 选择三相系统中的相线截面的方法选择三相系统中的相线截面的方法:应使导线的应使导线的允许载流量允许载流量Ial不小于通过相线的计算电流不小于通过相线的计算电流I30，即，即 00alalK则发热条件选择截面的条件为：则发热条件选择截面
46、的条件为：30IalIK30IalIu导线的允许载流量与环境温度和敷设条件有关。导线的允许载流量与环境温度和敷设条件有关。当导线敷设地点的环境温度与导线允许载流量所采当导线敷设地点的环境温度与导线允许载流量所采用的环境温度不同时，则允许载流量应乘以温度校用的环境温度不同时，则允许载流量应乘以温度校正系数，即正系数，即 河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院452022-7-283.1032.0053.0AlCuAlCuIIAlAlCuCuRIRI22AlIAlIAlAlCuCu22或或 AlCuII3.1u环境温度的规定：在室外，取当地最热月平均气环境温度的规定：在室外，取当地最热月
47、平均气温；在室内，取当地最热月平均气温加温；在室内，取当地最热月平均气温加5。对埋。对埋入土中的电缆，取当地最热月地下入土中的电缆，取当地最热月地下0.81m深处的深处的土壤月平均气温。土壤月平均气温。u铜、铝导线的等效换算铜、铝导线的等效换算:若近似认为铜、铝导线若近似认为铜、铝导线的散热情况相同，则其发热温度相同时，可认为其的散热情况相同，则其发热温度相同时，可认为其功率损耗相同，即：功率损耗相同，即：即铜导线允许载流量为同截面铝导线允许载流量的即铜导线允许载流量为同截面铝导线允许载流量的1.3倍。倍。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院462022-7-28F保护线（保护线（
48、PE线）截面的选择：线）截面的选择：F中性线（中性线（N线）截面的选择：线）截面的选择：F保护中性线（保护中性线（PE线）截面的选择：应同时满足线）截面的选择：应同时满足上述二者的要求，并取其中上述二者的要求，并取其中较大者较大者作为作为PE线截面，线截面，因此因此(0.51)。PENAAu低压系统中性线和保护线的选择低压系统中性线和保护线的选择0AAAA 0对动力线路，对动力线路，取取 0.5 ；对照明线路，取对照明线路，取 。PEAAAPEA一般取一般取 0.5 ；当相线截面小于当相线截面小于16mm2时，可取时，可取 。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院472022-7-2
49、8opIalOLIK注意：注意：若上式不满足要求，应加大导线截面，从而使若上式不满足要求，应加大导线截面，从而使Ial增大。增大。u按发热条件选择导线或电缆截面时，还必须与其按发热条件选择导线或电缆截面时，还必须与其相应的过流保护装置（熔断器或低压断路器的过流相应的过流保护装置（熔断器或低压断路器的过流脱扣器）的动作电流相配合，以便在线路过负荷或脱扣器）的动作电流相配合，以便在线路过负荷或短路时及时切断线路电流，保护导线或电缆不被毁短路时及时切断线路电流，保护导线或电缆不被毁坏。因此，应满足的条件是：坏。因此，应满足的条件是：过流保护装置过流保护装置的动作电流的动作电流绝缘导线或电缆的允绝缘导
50、线或电缆的允许短时过负荷倍数许短时过负荷倍数河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院482022-7-28 三、按允许电压损失选择导线截面三、按允许电压损失选择导线截面raniNiiiiUUUXqRpU1设导线单位长度电抗为设导线单位长度电抗为0.4/km（6110kV架架空线路）或空线路）或0.08/km（电缆线路），则（电缆线路），则 NniiiNniiirULqxUXqU111NalalUUU100%而而ralaUUU 河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院492022-7-28NniiiNniiiNniiiaAULpULprURpU1111由于由于NaniiiUULp
