电力工程基础课件_程灯亮_第3章电力网汇总

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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。
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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
由于
Pk
PCu
3I
2 N
RT
10 3
S
2 N
U
2 N
RT
10 3
所以 ➢电抗XT：
由于
RT
Pk
U
2 N
S
பைடு நூலகம்
2 N
103（Ω）
Uk
%
3I N ZT U N 103
100
SN XT
10U
2 N
所以
XT
10U N2 U SN
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
➢电抗： 每相导线单位长度的等值电抗为：
x1
2πf (4.6 lg
sav r
0.5r ) 104
0.1445 lg
sav r
0.0157r
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。
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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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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 U2
10 3
因此， G g1l
式中，Pg 为实测线路单位长度的电晕损耗功率（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
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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。
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。 ❖缺点：供电的可靠性差。 4
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。
➢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。
➢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）。
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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
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。
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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 1．无备用接线方式（开式电力网）
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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/℃）。
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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。
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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一、概述
3.1 电力网的接线方式
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。
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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。
✓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。
图3-6 双回路干线式接线方式
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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。
开环点位置的选择：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。
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3-8 普通环式接线
❖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。
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 2020/6反/22 ，前者为负，后者为正；因为前者28为感性，后者为容性。
➢电阻RT：
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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、保护装置简单，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。
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：
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C1
0.0241 106 lg sav
r
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则单位长度的电纳（S/km）为：
b1
C1
7.58 lg sav
106
r
一般架空线路b1的值为 2.58 106 S/km左右，则 B b1l
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 ➢电阻： 单根导线的直流电阻为：R 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。
通常取 Cu 18.8 ;mm2 / km Al 31.5 mm2 / km
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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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➢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。
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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。
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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。
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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，高压配电装置和 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。
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图3-5 干线式接线
a)直接连接干线式 b)串联型干线式
➢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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