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电力工程基础课件_程灯亮_第3章电力网_图文

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电力工程基础

?

第三章 电力网

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第3章 电力网
? 3.1 电力网的接线方式 ? 3.2 电力系统元件参数和等效电路

? 3.3 电力网的电压计算
? 3.4 输电线路导线截面的选择

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3.1 电力网的接线方式
一、概述
?

电力网的接线好似用来表示电力网中各主 要元件相互连接关系的。 电力网的接线对电力系统运行的安全性、 经济性和对用户供电的可靠性都有极大的 关系。
3

?

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3.1 电力网的接线方式
?按职能分:输电网和配电网 ?按布臵方式分:放射式、干线式、链式、环式及两端供电式 ?按对供电可靠性的要求分:无备用接线和有备用接线 1.无备用接线方式(开式电力网)

图3-1 开式电力网 a)单回路放射式 b)单回路干线式 c)单回路链式

?优点:简单明了、运行方便,投资费用少。
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?缺点:供电的可靠性差。

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2.有备用接线方式(闭式电力网)

图3-2 有备用接线 a)双回路放射式 b)双回路干线式 c)双回路链式 d)环式 e)两端共电式

?优点:供电可靠性高,适用于对一级负荷供电。
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二、放射式接线
由地区变电所或企业总降压变电所6~10kV母线直接向用

户变电所供电,沿线不接其他负荷,各用户变电所之间也无 联系,如图3-3所示。

图3-3 放射式接线

?优点:结构简单、操作维护方便、保护装臵简单,便于实现自动化。 ?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。
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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,如图3-4所示。

图3-4 双回路放射式接线

?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断供 电,适用于一类负荷。 ?缺点:从电源到负载都是双套设备,互为备用,投资大,且维护困难。
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三、干线式接线
?直接连接干线式(如图3-5a所示)
?优点:线路敷设简单,变电所出线回路数少,高压配电装臵和 线路投资较小,比较经济。 ?缺点: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。适用于分支数目不多、变压器容量也不过大的三级负荷。

图3-5 干线式接线
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a)直接连接干线式 b)串联型干线式
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?串联型干线式(如图3-5b所示)
?特点: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 电范围,使供电可靠性有所提高。

为了提高供电的可靠 性,可采用双干线式或

两端供电干线式。

四、环式接线
?普通环式:把两路串联型干 线式线路联络起来,如图3-8 所示。
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图3-6 双回路干线式接线方式

图3-7 两端供电干线式接线方式

有两种运行方式: ?开环运行:正常运行时环形 线路在某点断开。
开环点位臵的选择:应使正常 配电时开环点的电压差为最小

?闭环运行:正常运行时环形 线路没有断开点。
3-8 普通环式接线
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?优点:供电可靠性高,运行灵活;
?缺点: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(“手拉手”接线) :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,如图3-9所示。

图3-9

拉手环式接线

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。 ?优点:供电可靠性较高,易于实现配电网自动化。

低压配电系统也有放射式、干线式、环式等接线方式。
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3.2 电力系统元件参数和等值电路
一、电力线路的结构
1.架空线路 架空线路主要由导 线、避雷线(即架空地

线)、杆塔、绝缘子和 金具等部件组成,如图 3-10所示。
图3-10 架空线路的结构

?导线和避雷线:导线的作用是传导电流、输送电能;避雷线 的作用是将雷电流引入大地,以保护电力线路免遭雷击。
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?导线材料:要求电阻率小、机械强度大、质量轻、不易腐 蚀、价格便宜、运行费用低等,常用材料有铜、铝和钢。
?导线的结构型式:导线分为裸导线和绝缘导线两大类,高 压线路一般用裸导线,低压线路一般用绝缘导线。 架空线路采用的导线结构型式主要有单股、多股绞线和 钢芯铝绞线三种,如图3-11所示。

图3-11 裸导线的构造 a)单股线 b)多股绞线 c)钢芯铝绞线
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架空导线的型号有: TJ——铜绞线

LJ——铝绞线,用于10kV及以下线路
GJ——钢绞线,用作避雷线 LGJ——钢芯铝绞线,用于35kV及以上线路 ?杆塔:用来支撑导线和避雷线,并使导线与导线、导线与大 地之间保持一定的安全距离。 ?杆塔的分类 ?按材料分:有木杆、钢筋混凝土杆(水泥杆)和铁塔。 ?按用途分:有直线杆塔(中间杆塔)、转角杆塔、耐张杆 塔(承力杆塔)、终端杆塔、换位杆塔和跨越杆塔等。
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?档距:同一线路上相邻两根电杆之间的水平距离称为架空
线路的档距(或跨距)。 ?弧垂:导线悬挂在杆塔的绝缘子上,自悬挂点至导线最低 点的垂直距离称为弧垂。 ?线间距离:380V为0.4~0.6m;6~10kV为0.8~1m;35kV 为2~3.5m;110kV 为3~4.5m。 ?横担:电杆上用来安装绝缘子。常用的有木横担、铁横担 和瓷横担三种。 横担的长度取决于线路电压等级的高低、档距的大小、安 装方式和使用地点等。
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?导线在杆塔上的排列方式: ?三相四线制低压线路的导线,一般都采用水平排列; ?三相三线制的导线,可三角排列,也可水平排列; ?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; ?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;
?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。

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?绝缘子和金具:绝缘子用来使导线与杆塔之间保持足够的绝 缘距离;金具是用来连接导线和绝缘子的金属部件的总称。
常用的绝缘子主要有针式、悬式和棒式三种。 ?针式绝缘子:用于35kV及以下线路上,用在直线杆塔或小

转角杆塔上。
?悬式绝缘子:用于35kV以上的高压线路上,通常组装成绝 缘子串使用(35kV为3片串接;60kV为5片串接;110kV为7

片串接)。
?棒式绝缘子:棒式绝缘子多兼作瓷横担使用,在110kV及以 下线路应用比较广泛。
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2.电缆线路 ?电缆的结构:包括导体、绝缘层和保护包皮三部分。 ?导体:由多股铜绞线或铝绞线制成。 分为单芯、三芯和四芯等 种类。单芯电缆的导体截面是

圆形的;三芯或四芯电缆的导
体截面除圆形外,更多是采用 扇形,如图3-12所示。
图3-12 扇形三芯电缆 1—导体 2—纸绝缘 3—铅包皮 4—麻衬 5—钢带铠甲 6—麻被
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?绝缘层:用来使导体与导体之间、导体与保护包皮之间保

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。 ?保护包皮: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,并防止水分浸入和绝缘油外渗。常
用的包皮有铝包皮和铅包皮。此外,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。

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?电缆的敷设方式:
?直接埋入土中:埋设深度一般为0.7~0.8m,应在冻土层

以下。当多条电缆并列敷设时,应留有一定距离,以利于
散热。 ?电缆沟敷设:当电缆条数较多时,宜采用电缆沟敷设,电 缆臵于电缆沟的支架上,沟面用水泥板覆盖。 ?穿管敷设:当电力电缆在室内明敷或暗敷时,为了防电缆

受到机械损坏,一般多采用穿钢管的敷设方式。

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二、输电线路的参数计算及等值电路
? ?

? ? ?

输电线路的参数指:电阻、电抗、电导、电纳 电阻:反映线路通过电流时产生的有功功率损失 效应。 电抗:反映载流导线周围产生的磁场效应。 电导:反映电晕现象产生的有功功率损失效应。 电纳:反映载流导线周围产生的电场效应。

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二、输电线路的参数计算及等值电路
1.输电线路的参数计算
l ?电阻: 单根导线的直流电阻为:R ? ? A

导线的交流电阻比直流电阻增大0.2%~1%,主要是因为: ?应考虑集肤效应和邻近效应的影响;

?导线为多股绞线,使每股导线的实际长度比线路长度大;
?导线的额定截面(即标称截面)一般略大于实际截面。
2 2 ? ? 31 . 5 ? ? mm / km ? ? 18 . 8 ? ? mm / km 通常取 Cu ; Al

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工程计算中,可先查出导线单位长度电阻值 r1,则 R ? r1l 需要指出:手册中给出的 r1值,则是指温度为20℃时的导线电

阻,当实际运行的温度不等于20℃时,应按下式进行修正:

r? ? r20 ?1 ? ? (? ? 20)?
式中,α为电阻的温度系数(1/℃),铜取0.00382(1/℃),铝取

0.0036(1/℃)。
?电抗: 每相导线单位长度的等值电抗为:
sav sav ?4 x1 ? 2πf (4.6 lg ? 0.5? r ) ? 10 ? 0.1445 lg ? 0.0157 ? r r r

式中,μr为相对磁导率,铜和铝的 ? r ? 1 ; r为导线半径(m); Sav为三相导线的线间几何均距(m)。
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注意:为了使三相导线的
电气参数对称,应将输电 线路的各相导线进行换位,

如图3-13所示。
图3-13 一次整循环换位

通常架空线路的电抗值在0.4Ω/km左右,则 X ? x1l ?电纳: 每相导线单位长度的等值电容(F/km)为:

0.0241 C1 ? ? 10 ?6 s av lg r
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则单位长度的电纳(S/km)为: b1 ? ?C1 ? 7.58 ? 10 ?6 sav lg r 一般架空线路b1的值为 2.58 ? 10 ?6 S/km左右,则 B ? b1l ?电导: 电导参数是反映沿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 。
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。

电晕现象: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,导线周围的空气被电离而 产生局部放电的现象。
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当线路电压高于电晕临界电压时,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(S/km)为:
g1 ? ?Pg U
2

? 10 ?3

因此, G ? g1l

?Pg 为实测线路单位长度的电晕损耗功率(kW/km)。 式中,
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:110kV导线外径不应小于9.6mm;220kV导线外径 不应小于21.3mm;60kV及以下的导线不必验算电晕临界电压; 220kV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

注意: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算中,近似 认为 G ? 0 。
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2.输电线路的等效电路 ?一字型等效电路 :用于长度不超过 100km的架空线路(35kV及以下)和线 路不长的电缆线路(10kV及以下)。
图3-14 一字型等效电路

?π型或T型等效电路: 用于长度为100~300km的架空线路 (110~220kV) 和长度不超过

100km的电缆线
路(10kV以上)。
图3-15 π型或T型等效电路 a ) π 型 b) T 型
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三、变压器的参数计算及等效电路
1.双绕组变压器 双绕组变压器采用Γ型等效电路,如图3-16所示。35kV及 以下的变压器,励磁支路可忽略不计,可用简化等效电路。

图3-16 双绕组变压器的等效电路 a)Γ型等效电路 b)励磁支路用功率表示的等效电路

c)简化等效电路

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 反,前者为负,后者为正;因为前者为感性,后者为容性。 28 2017/11/30

?电阻RT:
2 由于 ?Pk ? ?PCu ? 3I N RT ? 10 ?3 2 SN ? 2 RT ? 10 ?3 UN

所以 ?电抗XT:

2 ?Pk U N 3 ( Ω) RT ? ? 10 2 SN

由于
所以

3I N Z T SN XT Uk % ? ? 100 ? 3 2 U N ? 10 10U N
2 10U N Uk % XT ? (Ω) SN

2 10U N Uk % Z ? 对小容量变压器, T SN
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2 2 X T ? ZT ? RT

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?电导GT: 变压器的电导是用来表示铁心损耗的。 所以

?PFe ?P0 ?3 ?3 GT ? ? 10 ? ? 10 (S) 2 2 UN UN

?电纳BT: 变压器的电纳是用来表征变压器的励磁特性的。 所以
I0 ? 100 ? 由 I0 % ? IN

?Q0 BT ? 2 ? 10 ?3 (S) UN
I0 % ?Q0 SN ? 100 ? ? 100 得: ?Q0 ? SN 100 3U N I N
3U N I 0

因此

I 0 %S N ?5 (S) BT ? ? 10 2 UN

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说明:以上各式中, U 、S、P、Q、的单位分别为kV、kVA、kW和 kvar。 30

2.三绕组变压器

三绕组变压器的等效电路如图3-17所示。

图3-17 三绕组变压器的等效电路 a)励磁回路用导纳表示 b)励磁回路用功率表示
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?电阻RT1、 RT2、 RT3 三绕组变压器容量比有三种不同类型: ?100/100/100:三个绕组的容量均等于变压器的额定容量; ?100/100/50:第三个绕组的容量为变压器额定容量的50%;

?100/50/100:第二个绕组的容量为变压器额定容量的50%。
?对100/100/100的变压器: 通过短路试验可得到任两个绕组的短路损耗 ?Pk12 、?Pk 23 、 ?Pk 31 ,则每一个绕组的短路损耗为

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??Pk12 ? ?Pk1 ? ?Pk 2 由 ? ??Pk 23 ? ?Pk 2 ? ?Pk 3 得: ??P ? ?P ? ?P k3 k1 ? k 31

1 ? ?Pk12 ? ?Pk 31 ? ?Pk 23 ? 2 ? 1 ? ?Pk 2 ? ?Pk12 ? ?Pk 23 ? ?Pk 31 ? 2 ? 1 ? ?Pk 3 ? ??Pk 23 ? ?Pk 31 ? ?Pk12 ?? 2 ? ?Pk1 ?

?

?

?

?

所以

2 ?Pk 1U N 3 ? RT 1 ? ? 10 ? 2 SN ? 2 ? ?Pk 2U N 3? RT 2 ? ? 10 ? 2 SN ? 2 ? ?Pk 3U N 3 RT 3 ? ? 10 ? 2 ? SN ?
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?对100/100/50和100/50/100的变压器: 短路试验有两组数据是按50%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100/100/50 的变压器,其折算公式为
2 ? ? SN ? 100 ? ? ?Pk 23 ? ?Pk?23 ? ? ? 4?Pk?23 ? ?S ? ? ? ?Pk?23 ? ? 50 ? ? ? N3 ? ? 2 2 ? SN ? ? 100 ? ? ?Pk 31 ? ?Pk?31? ? ? 4?Pk?31 ? ?S ? ? ? ?Pk?31? ? 50 ? ? N3 ? ? 2

式中,?Pk?2?3 、 ?Pk?3?1为未折算的绕组间短路损耗(铭牌数据);
?Pk 2?3、 ?Pk 3?1为折算到变压器额定容量下的绕组间短路损耗。
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?电抗XT1、 XT2、XT3
?U k12 % ? U k1 % ? U k 2 % ? 由 ?U k 23 % ? U k 2 % ? U k 3 % 得: ?U % ? U % ? U % k3 k1 ? k 31
2 ? 10U k1 %U N X T 1? ? SN ? 2 ? 10U k 2 %U N ? X ? ? T2 所以 SN ? 2 ? 10U k 3 %U N ? X T 3? ? SN ?

1 ? U % ? (U k12 % ? U k13 % ? U k 23 %) ? k1 2 ? 1 ? U % ? (U k12 % ? U k 23 % ? U k 31 %) ? k2 2 ? 1 ? ?U k 3 % ? 2 (U k 23 % ? U k 31 % ? U k12 %) ?
说明:1)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 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。 2)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 UN为相应等 级的额定电压。

?电导GT与电纳BT : 同双绕组变压器。
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3.3 电力网的电压计算
一、概述
?电压降落:是指线路首末端电压的相量差,即

? ?U ? ?U ? ?U 1 2
?电压损失:是指线路首末端电压的代数差,即

?U ? U1 ? U 2
通常以线路额定电压的百 分数表示,即
U1 ? U 2 ?U % ? ? 100 UN
图3-18 线路的电压降落和电压损失相量图
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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

? 和U ? ,负荷电流为I ,负 设线路首末端相电压分别为U ?1 ?2 荷的功率因数为 cos ? 2 ,则

? ?U ? ? ?U ? ?U ? ?I ?R ? jI ?X U ?1 ?2 ? ?2

图3-19 放射式线路电压损失相量图 b)电压损失相量图 a)放射式线路简化电路图
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则一相的电压损失为:

?U ? ? U ?1 ? U ? 2 ? ae

为便于计算,用 ad 代替 ae ,则

?U ? ? ad ? af ? fd ? af ? bg ? IR cos ? 2 ? IX sin ? 2
换算成线电压损失为:

?U ? 3?U ? ? 3I ( R cos ? 2 ? X sin ? 2 )
PR ? QX ? 3 ( R cos ? 2 ? X sin ? 2 ) ? UN 3U N cos ? 2

P

式中,P、Q、UN 、 ?U 的单位分别为kW、kvar 、kV和V。

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2.树干式线路电压损失计算 ?各支线的负荷功率——

用p、q表示; ?各段干线的功率 —— 用P、Q表示; ?各段线路的长度、电阻 和电抗——分别用l、r和 x表示;

图3-20 树干式线路电压损失计算图

?各负荷到电源之间的干线长度、电阻和电抗——分别用L、 R和X表示。 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
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l1段: P 1 ? p1 ? p 2 ? p3

Q1 ? q1 ? q 2 ? q3

l2段: P2 ? p 2 ? p3 Q2 ? q 2 ? q3

l3段: P3 ? p3

Q3 ? q3
P1r1 ? Q1 x1 l1段: ?U 1 ? UN

各线干段的电压损失为:

P2 r2 ? Q2 x2 l2段: ?U 2 ? UN

P3 r3 ? Q3 x3 l3段: ?U 3 ? UN

n段干线的总电压损失为各段干线的电压损失之和,即

Pi ri ? Qi x i ?U ? ? ?U i ? ? UN i ?1 i ?1
n n
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若将各线干段的负荷用各支线负荷表示,则上式可写成:

?U ? ?
i ?1

n

p i Ri ? q i X i UN

电压损失的百分数为

?U 1 ?U % ? ? 100 ? 3 2 U N ? 10 10U N


? (P r
i ?1

n

i i

? Qi xi )

1 ?U % ? 2 10U N

?( p R
i ?1 i

n

i

? qi X i )

当各段线路的导线截面、功率因数相同时,有
n n n n 1 1 [r1 ? pi Li ? x1 ? qi Li ] ?U % ? [r1 ? Pi li ? x1 ? Qi li ] ? 2 2 10U N i ?1 10U N i ?1 i ?1 i ?1
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3.均匀无感线路电压损失计算 对于全线导线型号一致且可不计线路感抗或负荷 cos ? ? 1 的线路,其电压损失百分数可表示为
n

r1 ?U % ? 2 10U N

?pL
i ?1 i

n

i

?

?pL
i ?1 i

i

2 10?AU N

M ? ? CA

式中, γ为导线的电导率;A为导线的截面; ? M ? ? pi Li ? ? Pi li 为线路的所有功率矩(或叫负荷矩)之和;C为计算系数,与

线路电压、接线方式及导线材料有关,可查表3-1。
4.均匀分布负荷的三相线路电压损失计算
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设单位长度的负荷电流为i(A/km),则微小线段 dl上的 负荷电流为idl,这一负荷电流通过长度为 l、电阻为 r1l的线路

所产生的电压损失为

d(?U ) ?
?U ? ?
L0 ? L L0

3ir1ldl
2 L0 ? L



l 3ir1ldl ? 3ir1 ? 2

L0

3U N ir1 L (2 L0 ? L) ? ? UN 2
?

图3-21 具有均匀分布负荷的电力网

3U N (iL )r1 2 L0 ? L Pr1 L ? ? ( L0 ? ) UN 2 UN 2

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。 43 2017/11/30

三、高压电网中电压损失的计算
??I ? ?I ? ,则电压降落 图3-22a中,阻抗中流过的电流为 I C2 2


? ?U ? ?U ? ?I ?( R ? jX ) ?U 1 2

图3-22 输电线路的π型等效电路及相量图 a)等效电路 b)相量图

图中: ?U 2称为电压降落的横分量。 ?U 2称为电压降落的纵分量;
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2 2 线路首端电压有效值为: U 1 ? (U 2 ? ?U 2 ) ? ?U 2

将上式按二项式定理展开并取前两项可得
U 1 ? U 2 ? ?U 2 ?
2 ?U 2

2(U 2 ? ?U 2 )

? U 2 ? ?U 2 ?
2 ?U 2

2 ?U 2

2U 2

因此

?U ? U 1 ? U 2 ? ?U 2 ?

2U 2
电压降落 横分量

? ~ ? I ? P ? jQ ,经推导得: 当负荷为感性时,S2 ? U 2 2 2

电压降落 纵分量

P2 R ? Q2 X ?U 2 ? U2
45

?U 2 ?

P2 X ?Q 2 R U2

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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 功率Q前面的符号应改变。

几点说明: ?对于110kV及以下电压等级的电力网,可忽略电压降落的横 分量?U 2 ,此时,电压损失就等于电压降落的纵分量 ?U 2 ,即

P2 R ? Q2 X ?U ? U 1 ? U 2 ? ?U 2 ? U2
?P2、Q2、U2的单位分别为kW、kvar 和kV ,且所有参数必须

是线路上同一点的参数。
?电压损失通常以线路额定电压的百分数表示,即

U1 ? U 2 ?U % ? ? 100 UN
?如果已知线路首端的参数 P1、Q1、U1,则 ?U ? P1 R ? Q1 X U1
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3.4 输电线路导线截面的选择
一、导线截面选择的基本原则
1.发热条件:导线在通过正常最大负荷电流(计算电流)时 产生的发热温度不超过其正常运行时的最高允许温度。 导线或电缆在通过正常最大负荷电流时产 2.电压损失条件: 生的电压损失应小于电压损失,以保证供电质量。 3.机械强度条件:在正常工作条件下,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。 4 .经济条件: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投资和有色金属消 耗量,通常可按国家规定的经济电流密度选择导线截面。
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5.电晕条件:高压输电线路产生电晕时,不仅会引起电晕损 耗,而且还产生噪声和无线电干扰,为了避免电晕的发生,导 线的外径不能过小。 根据设计经验,导线截面选择的原则如下: ?对区域电力网:先按经济电流密度按选择导线截面,然后

再校验机械强度和电晕条件。
?对地方电力网:先按允许电压损失条件选择导线截面,以 保证用户的电压质量,然后再校验机械强度和发热条件。

?对低压配电网:通常先按发热条件选择导线截面,然后再 校验机械强度和电压损失。
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二、按发热条件选择导线截面
按发热条件选择三相系统中的相线截面的方法:应使导线 的允许载流量Ial不小于通过相线的计算电流I30,即

I al ≥ I 30
?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

? ? al ? ? 0 K? ? ? al ? ? 0
此时,按发热条件选择截面的条件为: K ? I al ≥ I 30
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?环境温度的规定:在室外,取当地最热月平均气温;在 室内,取当地最热月平均气温加5℃。对埋入土中的电缆, 取当地最热月地下0.8~1m深处的土壤月平均气温。 ?铜、铝导线的等效换算: 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,可认为其功率损耗相同, 即:

I RCu ? I RAl 或
2 Cu 2 Al

I

2 Cu

l

? Cu A

?I

2 Al

l

? Al A



I Cu ? Cu 0.053 ? ? ? 1.3 I Al ? Al 0.032

I Cu ? 1.3I Al

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。
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?低压系统中性线和保护线的选择 ?中性线(N线)截面的选择:对动力线路, 一般要求中性 线截面应不小于相线截面的一半,即 A0≥0.5 A? ;对照明线路, 因中性线电流与相线电流相等,因此,可取 A0 ? A。 ? ?保护线(PE线)截面的选择:保护线截面一般应不小于相 线截面的一半,即 APE ≥0.5A? ;当相线截面A? ≤ 16mm2时,可 取 APE ? A? 。 ?保护中性线(PEN线)截面的选择:PEN线兼有中性线和

保护线的双重功能,截面选择应同时满足上述二者的要求, 并取其中较大者作为PEN线截面,因此 APEN ≥(0.5~1) A?。
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?按发热条件选择导线或电缆截面时,还必须与其相应的过 流保护装臵(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:

I op ≤ KOL I al
式中,I 为过流保护装臵的动作电流,对于熔断器为熔体的额 定电流 I N ?FE ,K OL为绝缘导线或电缆的允许短时过负荷倍数。
需要指出:若上式不满足要求,应加大导线截面,使 Ial增大。
op

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三、按允许电压损失选择导线截面
?U ? ?
i ?1 n

pi Ri ? qi X i ? ?U a ? ?U r UN

qi 一定 由于导线截面对电抗的影响很小,所以,当 U 、 N 时,可认为 ?U r 近似不变。因此,可初选一种导线的单位长度
电抗值(6~110kV架空线路取0.3~0.4Ω/km,电缆线路取 0.07~0.08Ω/km),则

?U r ?
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?q X
i ?1 i

n

i

UN

?

x1 ? q i Li
i ?1

n

UN

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?U al % ?U N 而 ?U al ? 100



?U a ? ?U al ? ?U r

由 ?U a ?

?pR
i ?1 i

n

i

UN
a

?

r1 ? p i L i
i ?1

n

UN

?

?pL
i ?1 i

n

i

?AU N

得: A ?

?pL
i ?1 i

n

i

??U aU N

式中,UN 、 ?U 、pi 、 Li 、γ的单位分别为kV、V 、kW、km 和 km / ? ? mm 2 。 若cos ? ? 1 ,可不计 ?U a ,则

A?

?pL
i ?1 i

n

i

??U alU N

式中, ?U al 为允许电压损失(V)。
说明:求出导线截面A后,应选择一个与其接近而偏大的标准截面作为导线截面。
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例3-1 一条10kV线路参数如图,试按允许电压损失选择其导线

截面,并按发热条件和机械强度进行校验。
解:(1)按允许电压损失 选择导线截面 设x1 =0.4Ω/km,则
?U al % 5 ?U al ? ?U N ? ? 10000V ? 500V 100 100
?U r ? x1 ? qi Li
i ?1 n

UN

?

0.4 ? (800? 2 ? 200? 3) V ? 88V 10

?U a ? ?U al ? ?U r ? 500V ? 88V ? 412V
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所以 A ?

?p L
i ?1 i

n

i

??U aU N

?

1000? 2 ? 500? 3 mm2 ? 26.55mm2 0.032? 412? 10

初步选LJ-35型铝绞线。
(2)按发热条件进行校验 线路的最大负荷电流为AB段承载电流,其值为
I 30 ? ( p1 ? p2 ) 2 ? (q1 ? q2 ) 2 3U N ? (1000? 500) 2 ? (800? 200) 2 3 ?10 A ? 104A

查附表A-8和A -10知, 35℃时LJ-35型铝绞线的允许载流量 为 K? I al ? 0.88 ?170 ? 149.6A ? 104A ,故满足发热条件。 (3)按机械强度进行校验 查表3-2知,10kV架空铝绞线的最小截面为25 mm2<35 mm2, 满足机械强度条件。
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四、按经济电流密度选择导线截面
1.经济电流密度的概念
导线截面越大,线路的功率损耗和电能损耗越小(即年运

行费用越小),但是线路投资和有色金属消耗量都要增加;反 之,导线截面越小,线路投资和有色金属消耗量越少,但是线 路的功率损耗和电能损耗却要增大(即年运行费用越大)。
综合以上两种情况,使年运行费用达到最小、初投资费用 又不过大而确定的符合总经济利益的导线截面,称为经济截面, 用Aec表示。

对应于经济截面的导线电流密度,称为经济电流密度,用 jec表示。
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图3-24 是年运行费用F与导线截面A的关系曲线。 1——年折旧费和年维修管理费之和与导线截面的关系曲线;
2——年电能损耗费与导线截面的关系曲线; 3——为曲线1与曲线2的叠加, 表示线路的年运行费与导线截面 的关系曲线。 由图可知,曲线3的最低点

(a点)的年运行费用最小,但
从综合经济效益考虑,导线截 面选Ab比选Aa更为经济合理,
图3-24 线路年运行费用与导线 截面的关系曲线

即 Ab为经济截面。
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2.按经济电流密度选择导线截面的方法
我国现行的经济电流密度见书中表3-3。则

I 30 Aec ? jec
说明:计算出经济截面Aec后,应选最接近而又偏小一点的标准截面。

例3-2 有一条长15km的35kV架空线路,计算负荷为4850kW, 功率因数为0.8,年最大负荷利用小时数为4600h。试按经济电 流密度选择其导线截面,并校验其发热条件和机械强度。

解:(1)按经济电流密度选择导线截面
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线路的计算电流为:
I 30 ? P30 ? 3U N cos ? 4850 ? 100A 3 ? 35 ? 0.8

由表3-3,查得jec=1.15A/mm2 ,因此,导线的经济截面为 100 Aec ? ? 87mm 2 1.15 选LGJ-70型铝绞线。 查附录表A-8得LGJ-70的允许载流量(室外 (2)校验发热条件: 25℃) I al ? 275 A> I 30 ? 100 A,因此发热条件满足要求。

查表3-2得,35kV钢芯铝绞线的最小允许截 (3)校验机械强度: 面为25mm2,因此所选LGJ-70满足机械强度要求。
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? 直线杆塔
用来悬挂导线,仅承受导线自 重、覆冰重及风压,是线路上 ? 转角杆塔 使用最多的一种杆塔。 装设于线路的转角处,必须承 受不平衡的拉力。

? 耐张杆塔

又称分段杆塔或承力杆塔,用 来承担线路正常及故障(如断 ? 终端杆塔 线)情况下导线的拉力,对强 度要求较高。 设臵在进入发电厂或变电所线 路末端的杆塔,由它来承受最 ? 换位杆塔 后一个耐张段内导线的拉力, 以减轻对发电厂或变电所建筑 用在110kV及以上的电力线路中, 物的拉力。 是为了在一定长度内实现三相 ? 跨越杆塔 导线的轮流换位,以便三相导 线的电气参数均衡而设计的一 位于线路跨越河流、山谷等地 种特殊杆塔。 方,因中间无法设臵杆塔,档
距很大,故其高度较一般杆塔 为高。
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?瓷横担的特点:有良好

的电气绝缘性能,兼有 绝缘子和横担的双重功 能,能节约大量的木材 和钢材,有效地降低杆 塔的高度,可节省线路 投资30%~40%。

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线路盘形悬式绝缘子

复合针式绝缘子

复合棒式绝缘子

低压针式绝缘子 高压线路拉棒绝缘子

高压针式绝缘子

高压线路瓷横担绝缘子

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线路金具、U型抱箍、挂板

杆顶帽、拉线抱箍

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