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1、n电力工程基础电力工程基础n第三章第三章 电力网电力网2/5/20231第第3章章 电力网电力网n3.1 电力网的接线方式n3.2 电力系统元件参数和等效电路n3.3 电力网的电压计算n3.4 输电线路导线截面的选择 2/5/20232n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。n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。3.1 电力网的接线方式电力网的接线方式 一、概述一、概述 2/5/202333.1 电力网的接线方式电力网的接线方式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
2、）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。按职能分：输电网和配电网按职能分：输电网和配电网按布置方式分：放射式、干线式、链式、环式及两端供电式按布置方式分：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按对供电可靠性的要求分：无备用接线和有备用接线2/5/202342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）
3、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。供电可靠性高，适用于对一级负荷供电。2/5/20235 由地区变电所或企业总降压变电所由地区变电所或企业总降压变电所610kV母线直接向用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，如图联系，如图3-3所示。所示。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
4、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、放射式接线二、放射式接线 2/5/20236 为了提高供电的可靠性，可采用来自两个电源的双回路放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，如图射式接线，如图3-4所示。所示。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断供供电可靠性高，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。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，且维护困难从电源到负载都是双套设备
5、，互为备用，投资大，且维护困难。2/5/20237直接连接干线式（如图直接连接干线式（如图3-5a所示）所示）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。适用于分支数目不多、变压器容量也不过大的三级负荷。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。三、干线式接线三、干线式接线图图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
6、线式串联型干线式2/5/20238 为了提高供电的可靠为了提高供电的可靠性，可采用性，可采用双干线式或双干线式或两端供电干线式两端供电干线式。串联型干线式串联型干线式（如图如图3-5b所示）所示）图图3-6 双回路干线式接线方式双回路干线式接线方式 v特点：特点：干线的进出侧均安装了隔离开关，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。四、环式接线四、环式接线普通环式：把两路串联型干普通环式：把两路串联型干线式
7、线路联络起来，线式线路联络起来，如图如图3-8所示。所示。2/5/20239 图图3-7 两端供电干线式接线方式两端供电干线式接线方式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：正常运行时环形开环运行：正常运行时环形线路在某点断开。线路在某点断开。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：正常运行时环形闭环运行：正常运行时环形线路没有断开点。线路没有断开点。2/5/202310v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
8、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双电：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。所示。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
9、有低压配电系统也有放射式放射式、干线式干线式、环式环式等接线方式。等接线方式。2/5/2023113.2 电力系统元件参数和等值电路电力系统元件参数和等值电路 一、电力线路的结构一、电力线路的结构 1架空线路架空线路 架空线路主要由导架空线路主要由导线、避雷线（即架空地线、避雷线（即架空地线）、杆塔、绝缘子和线）、杆塔、绝缘子和金具等部件组成，如图金具等部件组成，如图3-10所示。所示。图图3-10 架空线路的结构架空线路的结构导线和避雷线：导线和避雷线：导线的作用是传导电流、输送电能；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。的作用是将雷电
10、流引入大地，以保护电力线路免遭雷击。2/5/202312 架空线路采用的导线结构型式主要有单股、多股绞线和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，如图钢芯铝绞线三种，如图3-11所示。所示。图图3-11 裸导线的构造裸导线的构造a）单股线）单股线 b）多股绞线）多股绞线 c）钢芯铝绞线）钢芯铝绞线导线材料：要求电阻率小、机械强度大、质量轻、不易腐导线材料：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。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，高导线的结构型式：导线分为裸导
11、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。压线路一般用裸导线，低压线路一般用绝缘导线。2/5/202313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 杆塔：杆塔：用来支撑导线和避雷线，并使导线与导线、导线与大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。地之间保持一定的安全距离。F按材料分：有木杆、钢筋混凝土杆（水泥杆）和铁塔。按材料分：有木杆、钢筋混凝土杆（水泥杆）和铁
12、塔。F按用途分按用途分：有直线杆塔（中间杆塔）、转角杆塔、耐张杆塔：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。（承力杆塔）、终端杆塔、换位杆塔和跨越杆塔等。杆塔的分类杆塔的分类2/5/202314档距档距：同一线路上相邻两根电杆之间的水平距离称为架空线：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）。路的档距（或跨距）。弧垂弧垂：导线悬挂在杆塔的绝缘子上，自悬挂点至导线最低点：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称为弧垂。的垂直距离称为弧垂。线间距离：线间距离：380V为为0.40.6m；610kV为为0.81
13、m；35kV为为23.5m；110kV 为为34.5m。横担横担：电杆上用来安装绝缘子。常用的有木横担、铁横担和：电杆上用来安装绝缘子。常用的有木横担、铁横担和瓷横担瓷横担三种。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。装方式和使用地点等。2/5/202315F三相四线制低压线路的导线，一般都采用水平排列；三相四线制低压线路的导线，一般都采用水平排列；F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；F多回路导线同杆架设时，可三角、水平混合排列，也可全多回路导线同杆架设时
14、，可三角、水平混合排列，也可全部垂直排列；部垂直排列；F电压不同的线路同杆架设时，电压较高的线路应架设在上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；面，电压较低的线路应架设在下面；F架空导线和其他线路交叉跨越时，电力线路应在上面，通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。讯线路应在下面。导线在杆塔上的导线在杆塔上的排列方式排列方式：2/5/202316绝缘子和金具：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绝缘子用来使导线与杆塔之间保持足够的绝缘距离；缘距离；金具金具是用来连接导线和绝缘子的金属部件的总称。是用来连接导
15、线和绝缘子的金属部件的总称。常用的绝缘子主要有常用的绝缘子主要有针式、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，用在直线杆塔或小及以下线路上，用在直线杆塔或小转角杆塔上。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，通常组装成绝以上的高压线路上，通常组装成绝缘子串使用（缘子串使用（35kV为为3片串接；片串接；60kV为为5片串接；片串接；110kV为为7片片串接）。串接）。棒式绝缘子：棒式绝缘子多兼作瓷横担使用，在棒式绝缘子：棒式绝缘子多兼作瓷横担使用，在110kV及以及以下线路应用比较广泛。下线路应用比较广泛。2/5
16、/2023172电缆线路电缆线路电缆的结构：电缆的结构：包括导体、绝缘层和保护包皮三部分。包括导体、绝缘层和保护包皮三部分。分为单芯、三芯和四芯等分为单芯、三芯和四芯等种类。单芯电缆的导体截面是种类。单芯电缆的导体截面是圆形的；三芯或四芯电缆的导圆形的；三芯或四芯电缆的导体截面除圆形外，更多是采用体截面除圆形外，更多是采用扇形，如图扇形，如图3-12所示。所示。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：由多股铜绞线或铝绞线制成。导体：由多股铜绞线或铝绞线制成。2/5/202318绝缘层：用来使导体与导体之间
17、、导体与保护包皮之间保绝缘层：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。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。带铠甲，以防止电缆受外界的机械损伤和化学腐蚀。2/5/
18、202319电缆的敷设方式：电缆的敷设方式：直接埋入土中：埋设深度一般为直接埋入土中：埋设深度一般为0.70.8m，应在冻土层以，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。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，电电缆沟敷设：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，沟面用水泥板覆盖。缆置于电缆沟的支架上，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。受到机械损坏，一般多采用穿钢
19、管的敷设方式。2/5/202320n输电线路的参数指：电阻、电抗、电导、电纳n电阻：反映线路通过电流时产生的有功功率损失效应。n电抗：反映载流导线周围产生的磁场效应。n电导：反映电晕现象产生的有功功率损失效应。n电纳：反映载流导线周围产生的电场效应。二、输电线路的参数计算及等值电路二、输电线路的参数计算及等值电路2/5/202321 二、输电线路的参数计算及等值电路二、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：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%，主要是因为：，主要是因为：F应考虑集
20、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度大导线为多股绞线，使每股导线的实际长度比线路长度大;F导线的额定截面（即标称截面）一般略大于实际截面。导线的额定截面（即标称截面）一般略大于实际截面。通常取通常取 ;2/5/202322工程计算中，可先查出导线单位长度电阻值工程计算中，可先查出导线单位长度电阻值 r1，则，则需要指出：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时的导线电时的导线电阻，当实际运行的温度不等于阻，当实际运行的温度不等于20时，应按下式进行修正：时，应按下式进行修正：式中，式中，为
21、电阻的温度系数为电阻的温度系数(1/)，铜取，铜取0.00382（1/），铝），铝取取0.0036（1/）。）。电抗：电抗：每相导线单位长度的等值电抗为：每相导线单位长度的等值电抗为：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）。）。2/5/202323注意：注意：为了使三相导线的为了使三相导线的电气参数对称，应将输电电气参数对称，应将输电线路的各相导线进行换位，线路的各相导线进行换位，如图如图3-13所示。所示。图图3-13 一次整循环换位一次整循环换位通常架空线路的电抗值在通
22、常架空线路的电抗值在0.4/km左右，则左右，则 电纳：电纳：每相导线单位长度的等值电容（每相导线单位长度的等值电容（F/km）为：）为：2/5/202324则单位长度的电纳（则单位长度的电纳（S/km）为：）为：一般架空线路一般架空线路b1的值为的值为 S/km左右，则左右，则 电导：电导：电导参数是反映沿线路绝缘子表面的泄露电流和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：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，泄露电流很小，可以忽略不计。电
23、晕现象：电晕现象：在架空线路带有高电压的情况下，当导线表面的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。产生局部放电的现象。2/5/202325 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，将出现电晕损耗，与时，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（电晕相对应的导线单位长度的等值电导（S/km）为：）为：因此，因此，式中，式中，为实测线路单位长度的电晕损耗功率（为实测线路单位长度的电晕损耗功率（kW/km）。）。注意：注意：通常由于线路泄漏电流很
24、小，而电晕损耗在设计线路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，近似认为认为 。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导线最小外径：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导线外径导线外径不应小于不应小于21.3mm；60kV及以下的导线不必验算电晕临界电压；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以上的超高压输电线，采用分裂导线
25、或扩径导线以增大每相导线的等值半径，提高电晕临界电压相导线的等值半径，提高电晕临界电压2/5/2023262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：用于长度不超过用于长度不超过100km的架空线路（的架空线路（35kV及以下）和线路及以下）和线路不长的电缆线路（不长的电缆线路（10kV及以下）。及以下）。型或型或T型等效电路：型等效电路：（110220kV）和长度不超过和长度不超过100km的电缆线的电缆线路（路（10kV以上）。以上）。用于长度为用于长度为100300km的架空线路的架空线路图图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
26、型等效电路a）型型 b）T型型2/5/202327 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，如图型等效电路，如图3-16所示。所示。35kV及及以下的变压器，励磁支路可忽略不计，可用简化等效电路。以下的变压器，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
27、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2/5/202328电阻电阻RT：由于由于 所以所以 （）电抗电抗XT：由于由于 对小容量变压器，对小容量变压器，则则所以所以 （）2/5/202329电导电导GT：变压器的电导是用来表示铁心损耗的。变压器的电导是用来表示铁心损耗的。电纳电纳BT：变压器的电纳是用来表征变压器的励磁特性的。变压器的电纳是用来表征变压器的励磁特性的。所以所以 （S）所以所以 （S）由由 得：得：因此因此 （S）说明：说明：以上各式中，以上各式中，U、S、P、Q、的单位分
28、别为、的单位分别为kV、kVA、kW和和kvar。2/5/202330三绕组变压器三绕组变压器三绕组变压器的等效电路如图三绕组变压器的等效电路如图3-17所示。所示。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2/5/202331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定容量；三个绕组的容量均等于变压器的额定容量；F100/100/50：第三个绕组的容量为变压器额定容量的：第三个绕组
29、的容量为变压器额定容量的50%；F100/50/100：第二个绕组的容量为变压器额定容量的：第二个绕组的容量为变压器额定容量的50%。通过短路试验可得到任两个绕组的短路损耗通过短路试验可得到任两个绕组的短路损耗 、，则每一个绕组的短路损耗为则每一个绕组的短路损耗为 对对100/100/100的变压器：的变压器：2/5/202332由由 得：得：所以所以 2/5/202333 短路试验有两组数据是按短路试验有两组数据是按50%容量的绕组达到额定容量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
30、算电阻。如对容量比为定容量进行折算，然后再计算电阻。如对容量比为100/100/50的变压器，其折算公式为的变压器，其折算公式为式中，式中，、为未折算的绕组间短路损耗（铭牌数据）；为未折算的绕组间短路损耗（铭牌数据）；、为折算到变压器额定容量下的绕组间短路损耗。为折算到变压器额定容量下的绕组间短路损耗。对对100/100/50和和100/50/100的变压器：的变压器：2/5/202334电抗电抗XT1、XT2、XT3所以所以 由由 得：得：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
31、，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。2/5/2023353.3 电力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 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：
32、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 通常以线路额定电压的百通常以线路额定电压的百分数表示，即分数表示，即2/5/202336 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 设线路首末端相电压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，负荷的功率因数为的功率因数为 ，则，则 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2/5/202337则一相的则一相的电压损失电压损失为：为：
33、为便于计算，用为便于计算，用 代替代替 ，则，则 换算成线电压损失为：换算成线电压损失为：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。2/5/2023382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；各段线路的长度、电阻各段线路的长度、电阻和电抗和电抗分别用分别用l、r和和x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负荷到电源之间的干线长度、电阻和电抗各负荷到电源之间的干线长度、电阻和电抗分别用分别用L、R和和X表示。表示
34、。若忽略各段线路的功率损耗，则每段干线的功率可用各支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，即线的负荷功率表示，即2/5/202339l1段：段：l2段：段：l3段：段：各线干段的电压损失为各线干段的电压损失为:l1段：段：l2段：段：l3段：段：n段干线的总电压损失为各段干线的电压损失之和，即段干线的总电压损失为各段干线的电压损失之和，即 2/5/202340若将各线干段的负荷用各支线负荷表示，则上式可写成：若将各线干段的负荷用各支线负荷表示，则上式可写成：电压损失的百分数为电压损失的百分数为或或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
35、数相同时，有2/5/2023413均匀无感线路电压损失计算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对于全线导线型号一致且可不计线路感抗或负荷 的线路的线路,其电压损失百分数可表示为其电压损失百分数可表示为 式中式中,为导线的电导率；为导线的电导率；A为导线的截面；为导线的截面；为线为线路的所有功率矩（或叫负荷矩）之和；路的所有功率矩（或叫负荷矩）之和；C为计算系数，与线路为计算系数，与线路电压、接线方式及导线材料有关，可查表电压、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均匀分布负荷的三相线路电压损失计算2/5/202342 设单位长
36、度的负荷电流为设单位长度的负荷电流为i（A/km），则微小线段），则微小线段 dl上的上的负荷电流为负荷电流为idl，这一负荷电流通过长度为，这一负荷电流通过长度为 l、电阻为、电阻为 r1l的线路的线路所产生的电压损失为所产生的电压损失为 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的总负荷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。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2/5/202343 图图3-22a中，阻抗中流过的电流为中
37、，阻抗中流过的电流为 ，则电压降落为则电压降落为 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 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 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。b）相量图）相量图2/5/202344线路首端电压线路首端电压有效值有效值为：为：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
38、式按二项式定理展开并取前两项可得 因此因此 当负荷为感性时，当负荷为感性时，经推导得：，经推导得：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2/5/202345几点说明几点说明:F对于对于110kV及以下电压等级的电力网，可忽略电压降落的横及以下电压等级的电力网，可忽略电压降落的横分量分量 ，此时，电压损失就等于电压降落的纵分量此时，电压损失就等于电压降落的纵分量 ，即，即 FP2、Q2、U2的单位分别为的单位分别为kW、kvar 和和kV，且所有参数必须且所有参数必须是线路上同一点的参数。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示，即电压损失通常以线路额定电
39、压的百分数表示，即F如果已知线路首端的参数如果已知线路首端的参数 P1、Q1、U1，则则2/5/2023463.4 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（计算电流）时产生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。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：导线或电缆在通过正常最大负荷电流时产导线或电缆在通过正常最大负荷电流时产生的电压损失应小于电压损失，以保证供电质量。生的电压损失应小于电压损失，以保证供电质量
40、。3机械强度条件：机械强度条件：在正常工作条件下，导线应有足够的机械在正常工作条件下，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。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：经济条件：选择导线截面时，即要降低线路的电能损耗和选择导线截面时，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。耗量，通常可按国家规定的经济电流密度选择导线截面。2/5/2023475电晕条件：电晕条件：高压输电线路产生电晕时，不仅会引起电晕
41、损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。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：根据设计经验，导线截面选择的原则如下：对区域电力网：对区域电力网：先按经济电流密度按选择导线截面，然后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。再校验机械强度和电晕条件。对地方电力网：对地方电力网：先按允许电压损失条件选择导线截面，以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。保证用户的电压质量，然后再校验机械强
42、度和发热条件。对低压配电网：对低压配电网：通常先按发热条件选择导线截面，然后再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。校验机械强度和电压损失。2/5/202348 二、按发热条件选择导线截面二、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按发热条件选择三相系统中的相线截面的方法:应使导线应使导线的允许载流量的允许载流量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 此时，按发热条件选择截面的条件为：此时，按发热条件选择截面的条件为：u导线的允许载流量与环境温度和敷设条件有关。当导线敷导线的允许载流量与环境温度和敷设条件有关。当导线敷
43、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，即时，则允许载流量应乘以温度校正系数，即 2/5/202349或或 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。u环境温度的规定：在室外，取当地最热月平均气温；在室环境温度的规定：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内，取当地最热月平均气温加5。对埋入土中的电缆，取。对埋入土中的电缆，取当地最热月地下当地最热月地下0.81m深处的土壤月平均气温。深处的土壤月平均气温。u铜、铝
44、导线的等效换算铜、铝导线的等效换算:若近似认为铜、铝导线的散热情若近似认为铜、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：况相同，则其发热温度相同时，可认为其功率损耗相同，即：2/5/202350 对对动动力力线线路路，一一般般要要求求中中性性线线截截面面应应不不小小于于相相线线截截面面的的一一半半，即即 0.5 ；对对照照明明线线路路，因因中中性性线线电电流流与与相相线线电电流流相相等等，因因此此，可可取取 。F保护线（保护线（PE线）截面的选择：保护线截面一般应不小于相线线）截面的选择：保护线截面一般应不小于相线截面的一半，即截面的一半，即 0.5 ；当相线截面当相
45、线截面 16mm2时，可取时，可取 。F中性线（中性线（N线）截面的选择：对动力线路，线）截面的选择：对动力线路，一般要求中性线一般要求中性线截面应不小于相线截面的一半，即截面应不小于相线截面的一半，即 0.5 ；对照明线路，；对照明线路，因中性线电流与相线电流相等，因此，可取因中性线电流与相线电流相等，因此，可取 。F保护中性线（保护中性线（PE线）截面的选择：线）截面的选择：PE线兼有中性线和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，保护线的双重功能，截面选择应同时满足上述二者的要求，并取其中并取其中较大者较大者作为作为PE线截面，因此线截面，因此(0.51)。u低
46、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2/5/202351式中，为过流保护装置的动作电流，对于熔断器为熔体的额式中，为过流保护装置的动作电流，对于熔断器为熔体的额定电流定电流 ，为绝缘导线或电缆的允许短时过负荷倍数。为绝缘导线或电缆的允许短时过负荷倍数。需要指出：需要指出：若上式不满足要求，应加大导线截面，使若上式不满足要求，应加大导线截面，使Ial增大。增大。u按发热条件选择导线或电缆截面时，还必须与其相应的过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脱扣器）的动作电流保护装置（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
47、在线路过负荷或短路时及时切断线路电流，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：保护导线或电缆不被毁坏。因此，应满足的条件是：2/5/202352 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由于导线截面对电抗的影响很小，所以，当、一定由于导线截面对电抗的影响很小，所以，当、一定时，可认为近似不变。因此，可初选一种导线的单位长度时，可认为近似不变。因此，可初选一种导线的单位长度电抗值（电抗值（6110kV架空线路取架空线路取0.30.4/km，电缆线路取，电缆线路取0.070.08/km），则），则 2/5/202353而
48、而 由由 得：得：若若 ，可不计，可不计 ，则，则 式中，为允许电压损失（式中，为允许电压损失（V）。）。说明：说明：求出导线截面求出导线截面后，应选择一个与其后，应选择一个与其接近而偏大接近而偏大的标准截面作为导线截面。的标准截面作为导线截面。式中，式中，UN、pi、Li、的单位分别为的单位分别为kV、V、kW、km 和和 。2/5/202354例例3-1 一条一条10kV线路参数如图，试按允许电压损失选择其导线线路参数如图，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。截面，并按发热条件和机械强度进行校验。解：（解：（1）按允许电压损失）按允许电压损失选择导线截面选择导线
49、截面设设x1=0.4/km，则，则 2/5/202355所以所以初步选初步选LJ-35型铝绞线。型铝绞线。（2）按发热条件进行校验）按发热条件进行校验线路的最大负荷电流为线路的最大负荷电流为ABAB段承载电流，其值为段承载电流，其值为 查附表查附表A-8和和A-10知，知，35时时LJ-35型铝绞线的允许载流量型铝绞线的允许载流量为为 ，故满足发热条件。，故满足发热条件。（3）按机械强度进行校验）按机械强度进行校验 查表查表3-2知，知，10kV架空铝绞线的最小截面为架空铝绞线的最小截面为25 mm235 mm2，满足机械强度条件。满足机械强度条件。2/5/202356 四、按经济电流密度选择
50、导线截面四、按经济电流密度选择导线截面1经济电流密度的概念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）。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，综合以上两种情况，使年运行费用达到最小、初投资费用使年运行费用达到最小、初投资费用又不