电气工程基础

图 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 π型或T型等效电路
a）π型 b）T型
解:
(1)单位长度线路电阻：
ρ Al = 31.5Ω ⋅ mm 2 / km
(2)单位长度线路电抗:查附表I-1得到LGJ-185导线的计算直 径为19.02mm
线路类型
装 设 地 点
优
点
应 用 范 围
费用低， 导线和避雷线架 施工、 架空线路 设在露天的 维护、 线路杆塔上 检修方便
绝大多数输电线路、 配电线路采用架 空线路
费用高， 施工、 电缆线路 直接埋设在地下 维护、 检修不便
当受环境限制不能采 用架空线路时才 考虑用电缆线路。 大城市配电系统 当难以解决线路 所需的走廊,或为 了保持障环境美 时,要求采用地下 电缆网。
rθ = r20 [1 + α (θ − 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 + 0.5 µ r ) × 10 = 0.1445 lg + 0.0157 µ r x1 = 2 πf ( 4.6 lg r r
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 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。
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；
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，如图所示。
图
a）单股线
裸导线的构造
lg sav r
(4)单位长度线路电导 电晕临界电压
U cr = 84m1m2δ r lg( D jp / r ) kV 1.26 × 400 = 84 × 0.85 × 1× 1× 0.951× lg( ) 0.951 = 185 KV > 110 KV
所以运行电压110KV没有超过电晕的临界电压,所以不会出现电晕现 象所以不用考虑电晕的 每相等值电导
低压针式绝缘子
高压针式绝缘子
Leabharlann Baidu
高压线路瓷横担绝缘子
瓷横担的特点：有良好 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%。
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。 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，如图所示。
c）钢芯铝绞线
b）多股绞线
分裂导线
分裂线：将输电线的每相导线分裂成若干根子导线，用金属材料或 绝缘材料制作的间隔棒支撑，按一定的规律分散排列所构成的导线 分裂导线能使导线的等效半径增大，从而减小线路的等值电抗、增 大线路的等值电容及降低线路的电晕损耗。 所以分裂导线的合理布局很重要，可以使输电线路的参数接近或到 达阻抗匹配，从而提高线路的传输功率。
2 2 ρ = 31 . 5 Ω ⋅ mm / km ρ = 18 . 8 Ω ⋅ mm / km ; Al 通常取 Cu
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 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：
第三节、变压器的等值电路及参数计算
一、双绕组变压器
三相绕组不论是星形还是三角形，等值电路均采用星形连接法表示
在双绕组变压器中，当原付方电压等级一致时,则变压比可以不用 出现在等值电路中。 一般采用T型等值电路(三相用一相表示) 原方等效 付方等效 励磁等效
为了减少网络节点数，通常将励磁支路移至T型等值电路的电源侧。 构成Γ型电路。
因此， G = g 1l
∆Pg
式中，
为实测线路单位长度的电晕损耗功率（kW/km）。
注意：通常由于线路泄漏电流很小，而电晕损耗在设计线路 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 G=0 认为 。
计算电晕临界电压
U cr = 84m1m2δ r lg( D jp / r ) kV m1 m2 r D jp
电晕现象
强电场作用下导线周围空气的电离现象，它的产生与 导线本身和导线周围空气的条件（空气中离子的数量 、大小、电荷量等因素）有关；导线周围空气之所以 会电离，是由于导线表面的电场强度超过了某一临界 值（线路实际运行电压高于电晕临界电压值时，表面 场强也超过了临界场强，将发生电晕），以至空气中 原有离子具备了足够的动能，撞击其它不带电分子， 使后者也离子化，最后形成空气的部分导电。
3 因为导线水平排列， sav = 2s 3
= 1.26s = 1.26× 400
所以
x0 = 0.1445 lg
s av 1.26 × 400 + 0.0157 µ r = 0.1445 lg( ) + 0.0157 × 1 r 0.951 = 0.409 Ω / Km
(3)单位长度线路电纳 b0 = 7.58 × 10 −6 = 2.78 × 10 -6 S / Km
第六章 电力网的稳态计算
第一节 电力线路的结构
两种结构分为架空线路和电缆线路
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 所示。
图 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 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。
第二节 架空输电线路的参数计算及等值电路
1．输电线路的参数计算 电阻： 单根导线的直流电阻为：R = ρ
l 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。
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。 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。 当线路电压高于电晕临界电压 当线路电压高于电晕临界电压时，将出现电晕损耗，与 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：
杆塔：用来支撑导线和避雷线，并使导线与导线、导线与大 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。
500KV输电线路
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。 下线路上 。 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。
式中，μr为相对磁导率，铜和铝的 µ r = 1 ; r为导线半径（m）； Sav为三相导线的线间几何均距（m）。
sav =
3
sab sbc sca
若三相导线等边三角形 排列，则 s av = s 若三相导线水平等距离 3 3 排列，则 sav = 2s = 1.26s 注意：为了使三相导线的 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， 如图所示。
图 一次整循环换位 图 三相导线的布置方式
a）等边三角形布置 b）水平等距布置
分裂导线------减少线路电抗和减低电晕损耗
S av 0.0157 µ ) Ω / km x0 = (0.1445 lg + rD n rD = nrA
n n −1
d A= 2 sin(π / n)
一般单导线的电抗为0.4 Ω /km左右，而分裂导线为n=2、3、 4时，电抗为0.33、0.3、0.28 Ω /km左右。 架空线路的电抗值为 架空线路的电抗值为
1、电阻
IN
RT
X
T
变压器短路试验,将其中一侧绕组 ∆ PK 短接,在另一侧施加电压,使短路 GT 侧绕组通过的电流达到额定值。 此时励磁支路电流很小,可以认为 U K 短路损耗等于变压器通过额定电 流时原、副方绕组电阻中的总损 耗(铜损)
图 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
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。
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，为了防电缆受到 机械损坏，一般多采用穿钢管的 敷设方式。
导线表面状况系数，多股绞线为0.83~0.87； 气象状况系数，晴天为1，雨雪雾为0.8~1； 导线计算半径(cm)； 三相导线间的几何均距(cm)； 空气相对密度，一般取1
δ
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）。
励磁电路以励磁导纳的形式出现。 变压器的原副方阻抗合并。 因为变压器的励磁电流相对较小，所以由分流精度导致的计算误差 很小！ 当变压器实际运行电压与额定电压接近时，变压器等值电路中的 励磁支路可以用对应的功率损耗表示
对于等级在35KV及以下的变压器，因励磁支路的损耗较小， 所以在近似计算中，励磁支路可以略去不计！ 变压器的参数一般是指等值电路中的： RT(电阻)，XT(电抗) ---由变压器短路实验测试出 GT(电导)，BT(电纳) ---由变压器空载试验测试出 而这四个参数可由变压器出厂试验书给出的四个参数得到： ΔPK---短路损耗 UK%---短路电压百分值 ΔP0---空载损耗 I0%---空载电流百分值
g1 = ∆Pg U
2
× 10
−3
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
X = x1l
电纳： 每相导线单位长度的等值电容（F/km）为：
C1 = 0 .0241 × 10 − 6 s av lg r
7.58 × 10 −6 则单位长度的电纳（S/km）为： b1 = ωC1 = sav lg r
一般架空线路b1的值为 2.58 × 10 −6 S/km左右，则 B = b1 l 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 。