第3章電力工程基礎(chǔ)

1、第三章 電力網(wǎng),電力工程基礎(chǔ),河北科技大學(xué)電氣工程系,河北科技大學(xué)電氣工程系,2,2024/3/18,第三章 電力網(wǎng),3.1 概述3.2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路3.3 電力網(wǎng)的電壓計(jì)算3.4 輸電線路導(dǎo)線截面的選擇,河北科技大學(xué)電氣工程系,3,2024/3/18,3.1 概述,一、電力網(wǎng)的接線方式,1．開式電力網(wǎng): 由一條電源線路向電力用戶供電。,分為單回路放射式、干線式、鏈?zhǔn)胶蜆渲κ降?，如圖3-1所示。,圖3-

2、1 開式電力網(wǎng)a）放射式 b）干線式 c）鏈?zhǔn)?d）樹枝式,優(yōu)點(diǎn)：簡單明了、運(yùn)行方便，投資費(fèi)用少。缺點(diǎn)：供電的可靠性差。,河北科技大學(xué)電氣工程系,4,2024/3/18,2．閉式電力網(wǎng): 由兩條及兩條以上電源線路向電力用戶供電。,分為雙回路放射式、雙回路干線式、雙回路鏈?zhǔn)?、雙回路樹枝式、環(huán)式和兩端供電式，分別如圖3-2所示。,3.1 概述,圖3-2 閉式電力網(wǎng)a）放射式 b）干線式 c）

3、鏈?zhǔn)?d）樹枝式 e）環(huán)式 f）兩端供電式,優(yōu)點(diǎn)：供電可靠性高，適用于對(duì)一級(jí)負(fù)荷供電。,河北科技大學(xué)電氣工程系,5,2024/3/18,二、配電網(wǎng)的接線方式,1. 高壓配電網(wǎng)的接線方式,3.1 概述,高壓配電網(wǎng)對(duì)供電的可靠性要求很高，一般采用雙回路架空線路或多回路電纜線路進(jìn)行供電，并盡可能在兩側(cè)都有電源，如圖3-3所示。,圖3-3 兩側(cè)電源供電的雙回路高壓配電網(wǎng),指35～110kV的電力網(wǎng),河北科技大學(xué)電氣工

4、程系,6,2024/3/18,3.1 概述,由于城網(wǎng)變電所相距較近，高壓線路的故障機(jī)會(huì)較少，因此也可采用圖3-4所示雙T接線或圖3-5所示的三T接線方式。,圖3-4 電纜線路的雙T接線,河北科技大學(xué)電氣工程系,7,2024/3/18,3.1 概述,不論是架空線路還是電纜線路，當(dāng)線路上接有3個(gè)及以上變電所時(shí)，應(yīng)在兩側(cè)有電源，但正常運(yùn)行時(shí)兩側(cè)電源不并列運(yùn)行。,,,圖3-5 三側(cè)電源的三T接線,河北科技大學(xué)電氣工程系,8,2024

5、/3/18,3.1 概述,2. 中壓配電網(wǎng)的接線方式,放射式接線：由地區(qū)變電所或企業(yè)總降壓變電所6～10kV母線直接向用戶變電所供電，沿線不接其他負(fù)荷，各用戶變電所之間也無聯(lián)系，如圖3-6所示。,圖3-6 放射式接線,指6～10kV的電力網(wǎng),優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、操作維護(hù)方便、保護(hù)裝置簡單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。缺點(diǎn)：供電可靠性較差，只能用于三級(jí)負(fù)荷和部分次要的二級(jí)負(fù)荷。,河北科技大學(xué)電氣工程系,9,2024/3/18,3.1 概述,為了提

6、高供電的可靠性，可采用來自兩個(gè)電源的雙回路放射式接線，如圖3-7所示。,圖3-7 雙回路放射式接線,優(yōu)點(diǎn)：供電可靠性高，任一回路、任一電源發(fā)生故障都能保證不間斷供電，適用于一類負(fù)荷。缺點(diǎn)：從電源到負(fù)載都是雙套設(shè)備，互為備用，投資大，且維護(hù)困難。,河北科技大學(xué)電氣工程系,10,2024/3/18,3.1 概述,樹干式接線：由地區(qū)變電所或企業(yè)總降壓變電所6～10kV母線向外引出高壓供配電干線，沿途從干線上直接接出分支線引入用戶（或車間

7、）變電所，如圖3-8所示。,可采用雙干線或兩端供電方式來提高供電的可靠性。,圖3-8 樹干式接線,優(yōu)點(diǎn)：線路敷設(shè)簡單，變電所出線回路數(shù)少，高壓配電裝置和線路投資較小，比較經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)：供電可靠性差，當(dāng)干線發(fā)生故障或檢修時(shí)，所有用戶都將停電。適用于分支數(shù)目不多、變壓器容量也不過大的三級(jí)負(fù)荷。,河北科技大學(xué)電氣工程系,11,2024/3/18,3.1 概述,環(huán)式接線：在同一個(gè)地區(qū)變電所或企業(yè)總降壓變電所的供電范圍內(nèi)，將不同的兩回中壓

8、配電線路的末端連接起來，如圖3-9所示。,3-9 環(huán)式接線,優(yōu)點(diǎn)：供電可靠性高，運(yùn)行靈活；缺點(diǎn)：導(dǎo)線截面按有可能通過的全部負(fù)荷來考慮，投資高。,有兩種運(yùn)行方式：,開環(huán)點(diǎn)位置的選擇：應(yīng)使正常配電時(shí)開環(huán)點(diǎn)的電壓差為最小,開環(huán)運(yùn)行：正常運(yùn)行時(shí)環(huán)形線路在某點(diǎn)斷開。閉環(huán)運(yùn)行：正常運(yùn)行時(shí)環(huán)形線路沒有斷開點(diǎn)。,河北科技大學(xué)電氣工程系,12,2024/3/18,3.1 概述,“手拉手”供電接線：將以往的放射式接線改造成雙電源供電，中間以聯(lián)

9、絡(luò)開關(guān)將兩段線路連接起來，如圖3-10所示。,正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)絡(luò)開關(guān)打開，當(dāng)線路失去一端電源時(shí)，將聯(lián)絡(luò)開關(guān)合上，從另一端電源對(duì)失去電源線路上的用戶供電。,圖3-10 “手拉手”供電接線a）同一變電站二饋線“手拉手” b）不同變電站二饋線“手拉手”,優(yōu)點(diǎn)：供電可靠性較高，易于實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化。,河北科技大學(xué)電氣工程系,13,2024/3/18,3.1 概述,2. 低壓配電網(wǎng)的接線方式,低壓放射式接線：結(jié)構(gòu)簡單、操作維護(hù)方便

10、，但所用開關(guān)設(shè)備較多，有色金屬消耗量也較多，適用于負(fù)荷密度較小、供電范圍較小且變壓器容量也較小的地區(qū)。低壓樹干式接線：所開關(guān)設(shè)備較少，有色金屬消耗量較少，但供電的可靠性較低，適用于供電給容量較小且分布較均勻的用電設(shè)備。 低壓環(huán)式接線：供電可靠性較高，在低壓配電電纜的任一段線路上發(fā)生故障或檢修時(shí)，都不致造成用戶長時(shí)間供電中斷，適用于住宅樓群區(qū)。,,指380/220V的電力網(wǎng),河北科技大學(xué)電氣工程系,14,2024/3/18,3.2

11、電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路,一、電力線路的結(jié)構(gòu),1．架空線路,架空線路主要由導(dǎo)線、避雷線（即架空地線）、桿塔、絕緣子和金具等部件組成，如圖3-11所示。,圖3-11 架空線路的結(jié)構(gòu),導(dǎo)線和避雷線：導(dǎo)線的作用是傳導(dǎo)電流、輸送電能；避雷線的作用是將雷電流引入大地，以保護(hù)電力線路免遭雷擊。,河北科技大學(xué)電氣工程系,15,2024/3/18,3.2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路,架空線路采用的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)型式主要有單股、多股絞線和鋼芯鋁絞線三

12、種，如圖3-12所示。,圖3-12 裸導(dǎo)線的構(gòu)造a）單股線 b）多股絞線 c）鋼芯鋁絞線,導(dǎo)線材料：要求電阻率小、機(jī)械強(qiáng)度大、質(zhì)量輕、不易腐蝕、價(jià)格便宜、運(yùn)行費(fèi)用低等，常用材料有銅、鋁和鋼。導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)型式：導(dǎo)線分為裸導(dǎo)線和絕緣導(dǎo)線兩大類，高壓線路一般用裸導(dǎo)線，低壓線路一般用絕緣導(dǎo)線。,河北科技大學(xué)電氣工程系,16,2024/3/18,3.2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路,架空導(dǎo)線的型號(hào)有：,TJ——銅絞線,LJ

13、——鋁絞線，用于10kV及以下線路,LGJ——鋼芯鋁絞線，用于35kV及以上線路,GJ——鋼絞線，用作避雷線,檔距：同一線路上相鄰兩根電桿之間的水平距離稱為架空線路的檔距（或跨距）。 弧垂：導(dǎo)線懸掛在桿塔的絕緣子上，自懸掛點(diǎn)至導(dǎo)線最低點(diǎn)的垂直距離稱為弧垂。線間距離：380V為0.4～0.6m；6～10kV為0.8～1m；35kV為2～3.5m；110kV 為3～4.5m。,河北科技大學(xué)電氣工程系,17,2024/3/18,3.2

14、電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路,三相四線制低壓線路的導(dǎo)線，一般都采用水平排列；三相三線制的導(dǎo)線，可三角排列，也可水平排列；多回路導(dǎo)線同桿架設(shè)時(shí)，可三角、水平混合排列，也可全部垂直排列；電壓不同的線路同桿架設(shè)時(shí)，電壓較高的線路應(yīng)架設(shè)在上面，電壓較低的線路應(yīng)架設(shè)在下面；架空導(dǎo)線和其他線路交叉跨越時(shí)，電力線路應(yīng)在上面，通訊線路應(yīng)在下面。,導(dǎo)線在桿塔上的排列方式：,河北科技大學(xué)電氣工程系,18,2024/3/18,3.2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)

15、和等值電路,桿塔：用來支撐導(dǎo)線和避雷線，并使導(dǎo)線與導(dǎo)線、導(dǎo)線與大地之間保持一定的安全距離。,按材料分：有木桿、鋼筋混凝土桿（水泥桿）和鐵塔。按用途分：有直線桿塔（中間桿塔）、轉(zhuǎn)角桿塔、耐張桿塔（承力桿塔）、終端桿塔、換位桿塔和跨越桿塔等。,橫擔(dān)的長度取決于線路電壓等級(jí)的高低、檔距的大小、安裝方式和使用地點(diǎn)等。,桿塔的分類,橫擔(dān)：電桿上用來安裝絕緣子。常用的有木橫擔(dān)、鐵橫擔(dān)和瓷橫擔(dān)三種。,河北科技大學(xué)電氣工程系,19,2024/3/18

16、,3.2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路,絕緣子和金具：絕緣子用來使導(dǎo)線與桿塔之間保持足夠的絕緣距離；金具是用來連接導(dǎo)線和絕緣子的金屬部件的總稱。,常用的絕緣子主要有針式、懸式和棒式三種。,針式絕緣子：用于35kV及以下線路上，用在直線桿塔或小轉(zhuǎn)角桿塔上。懸式絕緣子：用于35kV以上的高壓線路上，通常組裝成絕緣子串使用（35kV為3片串接；60kV為5片串接；110kV為7片串接）。 棒式絕緣子：棒式絕緣子多兼作瓷橫擔(dān)使用，在110k

17、V及以下線路應(yīng)用比較廣泛。,河北科技大學(xué)電氣工程系,20,2024/3/18,3.2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路,2．電纜線路,電纜的結(jié)構(gòu)：包括導(dǎo)體、絕緣層和保護(hù)包皮三部分。,分為單芯、三芯和四芯等種類。單芯電纜的導(dǎo)體截面是圓形的；三芯或四芯電纜的導(dǎo)體截面除圓形外，更多是采用扇形，如圖3-13所示。,圖3-13 扇形三芯電纜1—導(dǎo)體 2—紙絕緣 3—鉛包皮 4—麻襯 5—鋼帶鎧甲 6—麻被,導(dǎo)體：由

18、多股銅絞線或鋁絞線制成。,河北科技大學(xué)電氣工程系,21,2024/3/18,3.2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路,絕緣層：用來使導(dǎo)體與導(dǎo)體之間、導(dǎo)體與保護(hù)包皮之間保持絕緣。絕緣材料一般有油浸紙、橡膠、聚乙烯、交聯(lián)聚氯乙烯等。 保護(hù)包皮：用來保護(hù)絕緣層，使其在運(yùn)輸、敷設(shè)及運(yùn)行過程中免不受機(jī)械損傷，并防止水分浸入和絕緣油外滲。常用的包皮有鋁包皮和鉛包皮。此外，在電纜的最外層還包有鋼帶鎧甲，以防止電纜受外界的機(jī)械損傷和化學(xué)腐蝕。,河北科技大

19、學(xué)電氣工程系,22,2024/3/18,電纜的敷設(shè)方式：,3.2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路,直接埋入土中：埋設(shè)深度一般為0.7～0.8m，應(yīng)在凍土層以下。當(dāng)多條電纜并列敷設(shè)時(shí)，應(yīng)留有一定距離，以利于散熱。 電纜溝敷設(shè)：當(dāng)電纜條數(shù)較多時(shí)，宜采用電纜溝敷設(shè)，電纜置于電纜溝的支架上，溝面用水泥板覆蓋。穿管敷設(shè)：當(dāng)電力電纜在室內(nèi)明敷或暗敷時(shí)，為了防電纜受到機(jī)械損壞，一般多采用穿鋼管的敷設(shè)方式。,河北科技大學(xué)電氣工程系,23,2024/3

20、/18,,3.2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路,二、輸電線路的參數(shù)計(jì)算及等值電路,1．輸電線路的參數(shù)計(jì)算,電阻：,單根導(dǎo)線的直流電阻為：,,導(dǎo)線的交流電阻比直流電阻增大0.2%～1%，主要是因?yàn)椋?應(yīng)考慮集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響；導(dǎo)線為多股絞線，使每股導(dǎo)線的實(shí)際長度比線路長度大;導(dǎo)線的額定截面（即標(biāo)稱截面）一般略大于實(shí)際截面。,通常取 ;,河北科技大學(xué)電氣工程系,24,2024/3/18,3.2

21、 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路,,工程計(jì)算中，可先查出導(dǎo)線單位長度電阻值 r1，則,需要指出：手冊中給出的 r1值，則是指溫度為20℃時(shí)的導(dǎo)線電阻，當(dāng)實(shí)際運(yùn)行的溫度不等于20℃時(shí)，應(yīng)按下式進(jìn)行修正：,,式中，α為電阻的溫度系數(shù)(1/℃)，銅取0.00382（1/℃），鋁取0.0036（1/℃）。,電抗：,每相導(dǎo)線單位長度的等值電抗為：,,,式中，μr為相對(duì)磁導(dǎo)率，銅和鋁的 ; r為導(dǎo)線半徑（m）；Sav為三相導(dǎo)線的線間

22、幾何均距（m）。,河北科技大學(xué)電氣工程系,25,2024/3/18,3.2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路,,注意：為了使三相導(dǎo)線的電氣參數(shù)對(duì)稱，應(yīng)將輸電線路的各相導(dǎo)線進(jìn)行換位，如圖3-15所示。,圖3-14 三相導(dǎo)線的布置方式a）等邊三角形布置 b）水平等距布置,圖3-15 一次整循環(huán)換位,若三相導(dǎo)線等邊三角形排列，則,若三相導(dǎo)線水平等距離排列，則,河北科技大學(xué)電氣工程系,26,2024/3/18,3.2 電力系

23、統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路,通常架空線路的電抗值在0.4Ω/km左右，則,電納：,每相導(dǎo)線單位長度的等值電容（F/km）為：,,則單位長度的電納（S/km）為：,,,一般架空線路b1的值為 S/km左右，則,電導(dǎo)：,電導(dǎo)參數(shù)是反映沿線路絕緣子表面的泄露電流和導(dǎo)線周圍空氣電離產(chǎn)生的電暈現(xiàn)象而產(chǎn)生的有功功率損耗 。,說明：通常架空線路的絕緣良好，泄露電流很小，可以忽略不計(jì)。,河北科技大學(xué)電氣工程系,27,202

24、4/3/18,3.2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路,電暈現(xiàn)象：在架空線路帶有高電壓的情況下，當(dāng)導(dǎo)線表面的電場強(qiáng)度超過空氣的擊穿強(qiáng)度時(shí)，導(dǎo)線周圍的空氣被電離而產(chǎn)生局部放電的現(xiàn)象。,當(dāng)線路電壓高于電暈臨界電壓時(shí)，將出現(xiàn)電暈損耗，與電暈相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線單位長度的等值電導(dǎo)（S/km）為：,,因此，,式中， 為實(shí)測線路單位長度的電暈損耗功率（kW/km）。,注意：通常由于線路泄漏電流很小，而電暈損耗在設(shè)計(jì)線路時(shí)已經(jīng)采取措施加以限制，故在電力網(wǎng)

25、的電氣計(jì)算中，近似認(rèn)為 。,在設(shè)計(jì)架空線路時(shí)依據(jù)電暈臨界電壓規(guī)定了不需要驗(yàn)算電暈的導(dǎo)線最小外徑：110kV導(dǎo)線外徑不應(yīng)小于9.6mm；220kV導(dǎo)線外徑不應(yīng)小于21.3mm；60kV及以下的導(dǎo)線不必驗(yàn)算電暈臨界電壓；220kV以上的超高壓輸電線，采用分裂導(dǎo)線或擴(kuò)徑導(dǎo)線以增大每相導(dǎo)線的等值半徑，提高電暈臨界電壓,河北科技大學(xué)電氣工程系,28,2024/3/18,3.2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路,2．輸電線路的等效電路,一字型等

26、效電路 ：,用于長度不超過100km的架空線路（35kV及以下）和線路不長的電纜線路（10kV及以下）。,π型或T型等效電路：,（110～220kV）和長度不超過100km的電纜線路（10kV以上）。,用于長度為100～300km的架空線路,圖3-16 一字型等效電路,圖3-17 π型或T型等效電路a）π型 b）T型,河北科技大學(xué)電氣工程系,29,2024/3/18,3.2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路,三、變壓器的

27、參數(shù)計(jì)算及等效電路,1．雙繞組變壓器,雙繞組變壓器采用Γ型等效電路，如圖3-18所示。35kV及以下的變壓器，勵(lì)磁支路可忽略不計(jì)，可用簡化等效電路。,注意：變壓器等值電路中的電納的符號(hào)與線路等值電路中電納的符號(hào)相反，前者為負(fù)，后者為正；因?yàn)榍罢邽楦行?，后者為容性?圖3-18 雙繞組變壓器的等效電路a）Γ型等效電路 b）勵(lì)磁支路用功率表示的等效電路 c）簡化等效電路,河北科技大學(xué)電氣工程系,30,2024/3/18

28、,3.2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路,電阻RT：,,由于,所以 （Ω）,,,,電抗XT：,由于,對(duì)小容量變壓器， 則,所以 （Ω）,河北科技大學(xué)電氣工程系,31,2024/3/18,3.2

29、 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路,電導(dǎo)GT：,變壓器的電導(dǎo)是用來表示鐵心損耗的。,,電納BT：,變壓器的電納是用來表征變壓器的勵(lì)磁特性的。,所以 （S）,所以 （S）,由

30、 得：,因此 （S）,說明：以上各式中， U 、S、P、Q、的單位分別為kV、kVA、kW和kvar。,河北科技大學(xué)電氣工程系,32,2024/3/18,3.2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路,２．三繞組變壓器,,,三繞組變壓器的等效電路如圖3-19所示。

31、,圖3-19 三繞組變壓器的等效電路a）勵(lì)磁回路用導(dǎo)納表示 b）勵(lì)磁回路用功率表示,河北科技大學(xué)電氣工程系,33,2024/3/18,電阻RT1、 RT2、 RT3,3.2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路,三繞組變壓器容量比有三種不同類型：,100/100/100：三個(gè)繞組的容量均等于變壓器的額定容量；100/100/50：第三個(gè)繞組的容量為變壓器額定容量的50%；100/50/100：第二個(gè)繞組的容量為變壓器額定

32、容量的50%。,通過短路試驗(yàn)可得到任兩個(gè)繞組的短路損耗 、 、 ，則每一個(gè)繞組的短路損耗為,對(duì)100/100/100的變壓器：,河北科技大學(xué)電氣工程系,34,2024/3/18,,3.2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路,由 得：,所以,河北科技大學(xué)電氣工程系,35,2024/3/18,3.2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路,短路試驗(yàn)有兩組數(shù)據(jù)是按50%容量的繞組達(dá)到額定容量時(shí)測量的值。因此

33、，應(yīng)先將各繞組的短路損耗按變壓器的額定容量進(jìn)行折算，然后再計(jì)算電阻。如對(duì)容量比為100/100/50的變壓器，其折算公式為,,,式中， 、 為未折算的繞組間短路損耗（銘牌數(shù)據(jù)）； 、 為折算到變壓器額定容量下的繞組間短路損耗。,對(duì)100/100/50和100/50/100的變壓器：,河北科技大學(xué)電氣工程系,36,2024/3/18,3.2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路,電抗XT1、 XT2、XT3,,所以,由

34、 得：,電導(dǎo)GT與電納BT ：,同雙繞組變壓器。,說明：1）廠家給出的短路電壓百分?jǐn)?shù)已歸算到變壓器的額定容量，因此在計(jì)算電抗時(shí)，不論變壓器各繞組的容量比如何，其短路電壓百分?jǐn)?shù)不必再進(jìn)行折算。2）參數(shù)計(jì)算時(shí)，要求將參數(shù)歸算到哪一電壓等級(jí)，則計(jì)算公式中的 UN為相應(yīng)等級(jí)的額定電壓。,,河北科技大學(xué)電氣工程系,37,2024/3/18,3.3 電力網(wǎng)的電壓計(jì)算,一、電壓降落

35、與電壓損失,1．電壓降落:,,,是指線路首末端電壓的相量差，即,,,圖3-20a中，阻抗中流過的電流為 ，相量圖如圖3-20b所示。,圖3-20 輸電線路的π型等效電路及相量圖a）等效電路 b）相量圖,河北科技大學(xué)電氣工程系,38,2024/3/18,3.3 電力網(wǎng)的電壓計(jì)算,當(dāng)負(fù)荷為感性時(shí)，,,因此,,,其中： ——電壓降落的縱分量,——電壓降落的橫分量

36、,線路首端電壓有效值為：,末端電壓的相位差為：,則,說明：上述公式是按感性負(fù)荷下推出的，若為容性負(fù)荷，公式不變，無功功率Q前面的符號(hào)應(yīng)改變。,河北科技大學(xué)電氣工程系,39,2024/3/18,3.3 電力網(wǎng)的電壓計(jì)算,2．電壓損失:,是指線路首末端電壓的代數(shù)差，即,,將 按二項(xiàng)式定理展開并取前兩項(xiàng)得：,,,因此,幾點(diǎn)說明:,,對(duì)于110kV及以下電壓等級(jí)的電力網(wǎng)，可忽略電壓降落的橫分量

37、，此時(shí)，電壓損失就等于電壓降落的縱分量 ，即,河北科技大學(xué)電氣工程系,40,2024/3/18,3.3 電力網(wǎng)的電壓計(jì)算,P2、Q2、U2的單位分別為kW、kvar 和kV ，且所有參數(shù)必須是線路上同一點(diǎn)的參數(shù)。電壓損失通常以線路額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示，即,如果已知線路首端的參數(shù) P1、Q1、U1，則,二、地方電力網(wǎng)的電壓損失計(jì)算,1．放射形線路電壓損失計(jì)算,放射形線路如圖3-21a所示。設(shè)線路首末端相電壓分別為 和

38、 ，負(fù)荷電流為I ，負(fù)荷的功率因數(shù)為 ，則,河北科技大學(xué)電氣工程系,41,2024/3/18,,3.3 電力網(wǎng)的電壓計(jì)算,對(duì)應(yīng)的相量圖如圖3-21b所示。,,,則一相的電壓損失為：,,,為便于計(jì)算，用 代替 ，則,圖3-21 放射式線路電壓損失相量圖a）放射式線路簡化電路圖 b）電壓損失相量圖,河北科技大學(xué)電氣工程系,42,2024/3/18,3.3 電力網(wǎng)的電壓計(jì)算,換算成線

39、電壓損失為：,,式中，P、Q、UN 、 的單位分別為kW、kvar 、kV和V。,2．放射形線路電壓損失計(jì)算,各支線的負(fù)荷功率——用p、q表示；各段干線的功率 ——用P、Q表示；各段線路的長度、電阻和電抗——分別用l、r和x表示； 各負(fù)荷到電源之間的干線長度、電阻和電抗——分別用L、R和X表示。,圖3-22中：,河北科技大學(xué)電氣工程系,43,2024/3/18,若忽略各段線路的功率損耗，則每段干線的功率可用各支線的負(fù)荷功率

40、表示，即,,l1段：,l2段：,l3段：,各線干段的電壓損失為:,l1段：,l2段：,l3段：,3.3 電力網(wǎng)的電壓計(jì)算,圖3-22 樹干式線路電壓損失計(jì)算圖,河北科技大學(xué)電氣工程系,44,2024/3/18,3.3 電力網(wǎng)的電壓計(jì)算,n段干線的總電壓損失為各段干線的電壓損失之和，即,,若將各線干段的負(fù)荷用各支線負(fù)荷表示，則上式可寫成：,,電壓損失的百分?jǐn)?shù)為,,或,河北科技大學(xué)電氣工程系,45,2024/3/18,當(dāng)各段線路的導(dǎo)線

41、截面、功率因數(shù)相同時(shí)，有,3.3 電力網(wǎng)的電壓計(jì)算,,,3．均勻無感線路電壓損失計(jì)算,,對(duì)于全線導(dǎo)線型號(hào)一致且可不計(jì)線路感抗或負(fù)荷 的線路,其電壓損失百分?jǐn)?shù)可表示為,,式中, γ為導(dǎo)線的電導(dǎo)率；A為導(dǎo)線的截面； 為線路的所有功率矩（或叫負(fù)荷矩）之和；C為計(jì)算系數(shù)，與線路電壓、接線方式及導(dǎo)線材料有關(guān)，可查表3-1。,河北科技大學(xué)電氣工程系,46,2024/3/18,3

42、.3 電力網(wǎng)的電壓計(jì)算,3．均勻分布負(fù)荷的三相線路電壓損失計(jì)算,圖3-23中，設(shè)單位長度的負(fù)荷電流為i（A/km），則微小線段 dl上的負(fù)荷電流為idl，這一負(fù)荷電流通過長度為 l、電阻為 r1l的線路所產(chǎn)生的電壓損失為,∴,上式說明：計(jì)算均勻分布負(fù)荷線路的電壓損失時(shí)，可以用一個(gè)與均勻分布的總負(fù)荷相等，位于均勻分布負(fù)荷中點(diǎn)的集中負(fù)荷等值代替。,,圖3-23 具有均勻分布負(fù)荷的電力網(wǎng),河北科技大學(xué)電氣工程系,47,2024/3/1

43、8,3.4 輸電線路導(dǎo)線截面的選擇,一、導(dǎo)線截面選擇的基本原則,1．發(fā)熱條件：,導(dǎo)線在通過正常最大負(fù)荷電流（計(jì)算電流）時(shí)產(chǎn)生的發(fā)熱溫度不超過其正常運(yùn)行時(shí)的最高允許溫度。,2．電壓損失條件：,導(dǎo)線或電纜在通過正常最大負(fù)荷電流時(shí)產(chǎn)生的電壓損失應(yīng)小于電壓損失，以保證供電質(zhì)量。,3．機(jī)械強(qiáng)度條件：,在正常工作條件下，導(dǎo)線應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度以防止斷線，故要求導(dǎo)線截面不應(yīng)小于最小允許截面。,4 ．經(jīng)濟(jì)條件：,選擇導(dǎo)線截面時(shí)，即要降低線路的電能損耗

44、和維修費(fèi)等年運(yùn)行費(fèi)用，又要盡可能減少線路投資和有色金屬消耗量，通?？砂磭乙?guī)定的經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面。,河北科技大學(xué)電氣工程系,48,2024/3/18,3.4 輸電線路導(dǎo)線截面的選擇,5．電暈條件：,高壓輸電線路產(chǎn)生電暈時(shí)，不僅會(huì)引起電暈損耗，而且還產(chǎn)生噪聲和無線電干擾，為了避免電暈的發(fā)生，導(dǎo)線的外徑不能過小。,根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)線截面選擇的原則如下：,對(duì)區(qū)域電力網(wǎng)：先按經(jīng)濟(jì)電流密度按選擇導(dǎo)線截面，然后再校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度和電暈條件。

45、對(duì)地方電力網(wǎng)：先按允許電壓損失條件選擇導(dǎo)線截面，以保證用戶的電壓質(zhì)量，然后再校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度和發(fā)熱條件。對(duì)低壓配電網(wǎng)：通常先按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線截面，然后再校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度和電壓損失。,河北科技大學(xué)電氣工程系,49,2024/3/18,3.4 輸電線路導(dǎo)線截面的選擇,二、按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線截面,按發(fā)熱條件選擇三相系統(tǒng)中的相線截面的方法:應(yīng)使導(dǎo)線的允許載流量Ial不小于通過相線的計(jì)算電流I30，即,此時(shí)，按發(fā)熱條件選擇截面的條件為：,≥,≥,

46、導(dǎo)線的允許載流量與環(huán)境溫度和敷設(shè)條件有關(guān)。當(dāng)導(dǎo)線敷設(shè)地點(diǎn)的環(huán)境溫度與導(dǎo)線允許載流量所采用的環(huán)境溫度不同時(shí)，則允許載流量應(yīng)乘以溫度校正系數(shù)，即,河北科技大學(xué)電氣工程系,50,2024/3/18,3.4 輸電線路導(dǎo)線截面的選擇,,,,,或,,∴,即銅導(dǎo)線允許載流量為同截面鋁導(dǎo)線允許載流量的1.3倍。,環(huán)境溫度的規(guī)定：在室外，取當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄鶜鉁?；在室?nèi)，取當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄鶜鉁丶?℃。對(duì)埋入土中的電纜，取當(dāng)?shù)刈顭嵩碌叵?.8～1m深處的土壤月

47、平均氣溫。銅、鋁導(dǎo)線的等效換算: 若近似認(rèn)為銅、鋁導(dǎo)線的散熱情況相同，則其發(fā)熱溫度相同時(shí)，可認(rèn)為其功率損耗相同，即：,河北科技大學(xué)電氣工程系,51,2024/3/18,3.4 輸電線路導(dǎo)線截面的選擇,,對(duì)動(dòng)力線路， 一般要求中性線截面應(yīng)不小于相線截面的一半，即 ≥0.5 ；對(duì)照明線路，因中性線電流與相線電流相等，因此，可取 。,保護(hù)線（PE線）截面的選擇：保護(hù)線截面一般應(yīng)不小于相線截面的

48、一半，即 ≥0.5 ；當(dāng)相線截面　 ≤ 16mm2時(shí)，可取　 　 　。,中性線（N線）截面的選擇：對(duì)動(dòng)力線路， 一般要求中性線截面應(yīng)不小于相線截面的一半，即 ≥0.5 ；對(duì)照明線路，因中性線電流與相線電流相等，因此，可取 。,保護(hù)中性線（PEＮ線）截面的選擇：PEＮ線兼有中性線和保護(hù)線的雙重功能，截面選擇應(yīng)同時(shí)滿足上述二者的要求，并取其中較大者作為PEＮ線截面，因此　　

49、≥(0.5～1) 。,低壓系統(tǒng)中性線和保護(hù)線的選擇,河北科技大學(xué)電氣工程系,52,2024/3/18,3.4 輸電線路導(dǎo)線截面的選擇,式中，　為過流保護(hù)裝置的動(dòng)作電流，對(duì)于熔斷器為熔體的額定電流 　　，　 為絕緣導(dǎo)線或電纜的允許短時(shí)過負(fù)荷倍數(shù)。,≤,需要指出：若上式不滿足要求，應(yīng)加大導(dǎo)線截面，從而使Ial增大。,按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線或電纜截面時(shí)，還必須與其相應(yīng)的過流保護(hù)裝置（熔斷器或低壓斷路器的過流脫扣器）的動(dòng)作電流相配合，以

50、便在線路過負(fù)荷或短路時(shí)及時(shí)切斷線路電流，保護(hù)導(dǎo)線或電纜不被毀壞。因此，應(yīng)滿足的條件是：,河北科技大學(xué)電氣工程系,53,2024/3/18,3.4 輸電線路導(dǎo)線截面的選擇,三、按允許電壓損失選擇導(dǎo)線截面,,,,,,由于導(dǎo)線截面對(duì)電抗的影響很小，所以，當(dāng)　　、　一定時(shí)，可認(rèn)為　　近似不變。因此，可初選一種導(dǎo)線的單位長度電抗值（6～110kV架空線路取0.3～0.4Ω/km，電纜線路取0.07～0.08Ω/km），則,,河北科技大學(xué)電氣工程

51、系,54,2024/3/18,3.4 輸電線路導(dǎo)線截面的選擇,而,,∴,由　　　　　　　　　　　　　　 得：,,,,若　　　 ，可不計(jì)　 ，則,,式中，　　為允許電壓損失（V）。,說明：求出導(dǎo)線截面Ａ后，應(yīng)選擇一個(gè)與其接近而偏大的標(biāo)準(zhǔn)截面作為導(dǎo)線截面。,式中，UN 、 、pi 、 Li 、γ的單位分別為kV、V 、kW、km 和 。,河北科技大學(xué)電氣工程系,55,2024

52、/3/18,3.4 輸電線路導(dǎo)線截面的選擇,例3-1 某絲綢煉染廠10kV廠區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)線截面選擇計(jì)算實(shí)例。,該廠供電電源由距該廠2km的35kV地區(qū)變電所，以一回路10kV架空線供電。由于供電線路不長，應(yīng)按允許電壓損失選擇導(dǎo)線截面，然后按發(fā)熱條件和機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行校驗(yàn)。,（1）按允許電壓損失選擇導(dǎo)線截面,由例2-3知，P30=1111.2kW，Q30=524.6kvar，S30= 1229kVA其允許電壓損失為5%，設(shè)x1 =0.4Ω

53、/km，則,,V,河北科技大學(xué)電氣工程系,56,2024/3/18,3.4 輸電線路導(dǎo)線截面的選擇,所以,初步選LJ-16型鋁絞線。,（2）按發(fā)熱條件進(jìn)行校驗(yàn),,線路的計(jì)算電流為：,當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄罡邭鉁貫?5℃，查附表II-9 和II-10知，LJ-16型鋁絞線的允許載流量為　　　　　　　　　 A＞71A，故滿足發(fā)熱條件。,（3）按機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行校驗(yàn),查表3-2知，10kV架空鋁絞線的最小截面為25 mm2，不滿足機(jī)械強(qiáng)度條件。

54、因此，該廠10kV進(jìn)線應(yīng)采用LJ-25型鋁絞線。,河北科技大學(xué)電氣工程系,57,2024/3/18,3.4 輸電線路導(dǎo)線截面的選擇,四、按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面,1．經(jīng)濟(jì)電流密度的概念,導(dǎo)線截面越大，線路的功率損耗和電能損耗越?。茨赀\(yùn)行費(fèi)用越?。?，但是線路投資和有色金屬消耗量都要增加；反之，導(dǎo)線截面越小，線路投資和有色金屬消耗量越少，但是線路的功率損耗和電能損耗卻要增大（即年運(yùn)行費(fèi)用越大）。,綜合以上兩種情況，使年運(yùn)行費(fèi)用達(dá)到最小

55、、初投資費(fèi)用又不過大而確定的符合總經(jīng)濟(jì)利益的導(dǎo)線截面，稱為經(jīng)濟(jì)截面，用Aec表示。,對(duì)應(yīng)于經(jīng)濟(jì)截面的導(dǎo)線電流密度，稱為經(jīng)濟(jì)電流密度，用jec表示。,河北科技大學(xué)電氣工程系,58,2024/3/18,3.4 輸電線路導(dǎo)線截面的選擇,圖3-24 是年運(yùn)行費(fèi)用F與導(dǎo)線截面A的關(guān)系曲線。,1——年折舊費(fèi)和年維修管理費(fèi)之和與導(dǎo)線截面的關(guān)系曲線；,3——為曲線1與曲線2的疊加，表示線路的年運(yùn)行費(fèi)與導(dǎo)線截面的關(guān)系曲線。,2——年電能損耗費(fèi)與導(dǎo)線截面

56、的關(guān)系曲線；,由圖可知，曲線3的最低點(diǎn)（a點(diǎn)）的年運(yùn)行費(fèi)用最小，但從綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮，導(dǎo)線截面選Ab比選Aa更為經(jīng)濟(jì)合理，即 Ab為經(jīng)濟(jì)截面。,圖3-24 線路年運(yùn)行費(fèi)用與導(dǎo)線 截面的關(guān)系曲線,河北科技大學(xué)電氣工程系,59,2024/3/18,3.4 輸電線路導(dǎo)線截面的選擇,2．按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面的方法,我國現(xiàn)行的經(jīng)濟(jì)電流密度見書中表3-3。則,例3-2 有一條長15km的35kV架空

57、線路，計(jì)算負(fù)荷為4850kW，功率因數(shù)為0.8，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為4600h。試按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇其導(dǎo)線截面，并校驗(yàn)其發(fā)熱條件和機(jī)械強(qiáng)度。,解：（1）按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面,說明：計(jì)算出經(jīng)濟(jì)截面Aec后，應(yīng)選最接近而又偏小一點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)截面。,河北科技大學(xué)電氣工程系,60,2024/3/18,3.4 輸電線路導(dǎo)線截面的選擇,線路的計(jì)算電流為：,由表3-3，查得jec=1.15A/mm2 ,因此，導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)截面為,選LGJ-70型鋁

58、絞線。,,（3）校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度：,查表3-2得，35kV鋼芯鋁絞線的最小允許截面為25mm2，因此所選LGJ-70滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。,,河北科技大學(xué)電氣工程系,61,2024/3/18,,,河北科技大學(xué)電氣工程系,62,2024/3/18,,河北科技大學(xué)電氣工程系,63,2024/3/18,,河北科技大學(xué)電氣工程系,64,2024/3/18,,,河北科技大學(xué)電氣工程系,65,2024/3/18,,河北科技大學(xué)電氣工程系,66,2024/3

59、/18,,直線桿塔轉(zhuǎn)角桿塔耐張桿塔終端桿塔換位桿塔跨越桿塔,用來懸掛導(dǎo)線，僅承受導(dǎo)線自重、覆冰重及風(fēng)壓，是線路上使用最多的一種桿塔。,裝設(shè)于線路的轉(zhuǎn)角處，必須承受不平衡的拉力。,又稱分段桿塔或承力桿塔，用來承擔(dān)線路正常及故障（如斷線）情況下導(dǎo)線的拉力，對(duì)強(qiáng)度要求較高。,設(shè)置在進(jìn)入發(fā)電廠或變電所線路末端的桿塔，由它來承受最后一個(gè)耐張段內(nèi)導(dǎo)線的拉力，以減輕對(duì)發(fā)電廠或變電所建筑物的拉力。,用在110kV及以上的電力線路中，是為了在一

60、定長度內(nèi)實(shí)現(xiàn)三相導(dǎo)線的輪流換位，以便三相導(dǎo)線的電氣參數(shù)均衡而設(shè)計(jì)的一種特殊桿塔。,位于線路跨越河流、山谷等地方，因中間無法設(shè)置桿塔，檔距很大，故其高度較一般桿塔為高。,河北科技大學(xué)電氣工程系,67,2024/3/18,,,瓷橫擔(dān)的特點(diǎn)：有良好的電氣絕緣性能，兼有絕緣子和橫擔(dān)的雙重功能，能節(jié)約大量的木材和鋼材，有效地降低桿塔的高度，可節(jié)省線路投資30%～40%。,河北科技大學(xué)電氣工程系,68,2024/3/18,,高壓針式絕緣子,低壓針式