供电电压与电源的选择

供电技术第二章用户供电系统的设计§2-1电力负荷与负荷计算§2-2供电电压与电源的选择§2-3用户变电所及其主要电气设备§2-4变电所的电气主接线§2-5变电所的二次接线与操作电源§2-6高低压配电网及导线截面选择§2-7供电系统的方案比较2/171内容提要§2-2供电电压与电源的选择3/171内容提要一、线路电压损失二、电压与负荷容量和输送距离的关系三、电压的选择四、电源的选择4/171供配电电压对供配电系统的重要性影响供电系统方案、有色金属消耗、电能质量及用电经济性等。供电电压高低的决定因素——电压质量与安全经济性供电电压越高，用户供电系统的电压质量越好，线路能耗也越小，但供电系统的建设投资越大。电压质量的主要影响因素是线路电压损失。供电电压选择的主要取决因素用电负荷越大，供电距离越长，则线路电压损失越大。供电电压的选择主要取决于负荷大小、供电距离和用电设备特性，但它往往受到用户所在地区供电条件的限制。§2-2供电电压与电源的选择5/171§2-2供电电压与电源的选择6/171一、线路电压损失由于线路存在阻抗，当输送一定负荷时，线路首末端将存在电压之差。U电压降——线路首末端电压的相量差；记作：电压损失——线路首末端电压的幅值差。记作：U§2-2供电电压与电源的选择7/171一、线路电压损失图所示为末端有一集中负荷的线路AB，以末端相电压为基准，作出一相的电压相量图如图2-5b所示。电压损失计算示意图a)电路图b)相量图§2-2供电电压与电源的选择电压降电压损失OBUI8/171一、线路电压损失图所示为末端有一集中负荷的线路AB，以末端相电压为基准，作出一相的电压相量图如图2-5b所示。电压损失计算示意图a)电路图b)相量图§2-2供电电压与电源的选择a(1)在水平方向作矢量BoaU(2)由o点绘负荷电流I，滞后相位角φOaBUI9/171一、线路电压损失图所示为末端有一集中负荷的线路AB，以末端相电压为基准，作出一相的电压相量图如图2-5b所示。电压损失计算示意图a)电路图b)相量图§2-2供电电压与电源的选择b(3)由a点作矢量ab=IR，平行于I10/171一、线路电压损失图所示为末端有一集中负荷的线路AB，以末端相电压为基准，作出一相的电压相量图如图2-5b所示。电压损失计算示意图a)电路图b)相量图§2-2供电电压与电源的选择OadfBUIb(4)由b点作矢量bf=IX，超前于I90°OadfUBUI11/171一、线路电压损失图所示为末端有一集中负荷的线路AB，以末端相电压为基准，作出一相的电压相量图如图2-5b所示。电压损失计算示意图a)电路图b)相量图§2-2供电电压与电源的选择(5)连af，即得ΔU；.电压降U电压降——线路首末端电压的相量差；记作：电压损失——线路首末端电压的幅值差。记作：UOadfAUUθBUI12/171一、线路电压损失图所示为末端有一集中负荷的线路AB，以末端相电压为基准，作出一相的电压相量图如图2-5b所示。电压损失计算示意图a)电路图b)相量图§2-2供电电压与电源的选择(10)连Of，即得UA；OabcgedfAUUθHUZUBUI13/171HZBAUjUUUU1.线路AB的电压降为式中UZ——电压降的纵分量；UH——电压降的横分量；§2-2供电电压与电源的选择电压降OabcgedfAUUθHUZUBUI14/171HZBAUjUUUU1.线路AB的电压降为§2-2供电电压与电源的选择ZBcossinPRQXUacabbcIRIXUBBcossinPIUQU15/171§2-2供电电压与电源的选择OabcgedfAUUθHUZUBUI16/171HZBAUjUUUU1.线路AB的电压降为§2-2供电电压与电源的选择ZBcossinPRQXUacabbcIRIXUBHsincosUQRPXIRIXecfefcUOabcgedfAUUθHUZUBUI17/171ABUUUag§2-2供电电压与电源的选择2.线路AB的电压损失为OabcgedfAUUθHUZUBUI18/171ABUUUag对于用户供电系统，由于线路首末端电压相角差小，往往只考虑电压幅值的大小。线路AB的电压损失近似为：§2-2供电电压与电源的选择2.线路AB的电压损失为ABBPRQXUUUagacU19/171ABUUUag对于用户供电系统，由于线路首末端电压相角差小，往往只考虑电压幅值的大小。线路AB的电压损失近似为：§2-2供电电压与电源的选择2.线路AB的电压损失为ABBPRQXUUUagacU电压损失的百分比表示N%100%UUU20/171ABUUUag对于用户供电系统，由于线路首末端电压相角差小，往往只考虑电压幅值的大小。线路AB的电压损失近似为：§2-2供电电压与电源的选择2.线路AB的电压损失为ABBPRQXUUUagacU电压损失的百分比表示NBN%100%=UPRQXUUUU由于用户供电系统输电距离短，可以认为UB≈UN2N%100%PRQXUU21/1713.电压损失与负荷矩的关系P、Q分别为末端上的负荷；R、X分别为负荷点至线路首端的长度和阻抗。单负荷的电压损失计算示意图§2-2供电电压与电源的选择22/1713.电压损失与负荷矩的关系p、q分别为支线上的负荷；P、Q分别为干线上的负荷；l、r、x分别为每段线路的长度和阻抗；L、R、X分别为各负荷点至线路首端的长度和阻抗。分段负荷的电压损失计算示意图ABC1l2l22,qp11,qp11,xr22,xr111,,XRL222,,XRL11,QP22,QP§2-2供电电压与电源的选择23/1713.电压损失与负荷矩的关系p、q分别为支线上的负荷；P、Q分别为干线上的负荷；l、r、x分别为每段线路的长度和阻抗；L、R、X分别为各负荷点至线路首端的长度和阻抗。分段负荷的电压损失计算示意图ABC1l2l22,qp11,qp11,xr22,xr111,,XRL222,,XRL11,QP22,QP§2-2供电电压与电源的选择24/1713.电压损失与负荷矩的关系p、q分别为支线上的负荷；P、Q分别为干线上的负荷；l、r、x分别为每段线路的长度和阻抗；L、R、X分别为各负荷点至线路首端的长度和阻抗。分段负荷的电压损失计算示意图ABC1l2l22,qp11,qp11,xr22,xr111,,XRL222,,XRL11,QP22,QP§2-2供电电压与电源的选择3.电压损失与负荷矩的关系p、q分别为支线上的负荷；P、Q分别为干线上的负荷；l、r、x分别为每段线路的长度和阻抗；L、R、X分别为各负荷点至线路首端的长度和阻抗。25/171分段负荷的电压损失计算示意图ABC1l2l22,qp11,qp11,xr22,xr111,,XRL222,,XRL11,QP22,QP§2-2供电电压与电源的选择1122211222PppPpQqqQq1121211212RrRrrXxXxx各参数关系如下：线路首末端总电压损失为：121111222222NN112211222N22211N%%%100%1++100%1=100%iiiiiiUUUPrQxPrQxUUpRpRqXqXUpRqXUABC1l2l22,qp11,qp11,xr22,xr111,,XRL222,,XRL11,QP22,QP§2-2供电电压与电源的选择2N%100%PRQXUU线路首末端总电压损失为：121111222222NN112211222N22211N%%%100%1++100%1=100%iiiiiiUUUPrQxPrQxUUpRpRqXqXUpRqXUABC1l2l22,qp11,qp11,xr22,xr111,,XRL222,,XRL11,QP22,QP§2-2供电电压与电源的选择1122211222PppPpQqqQq1121211212RrRrrXxXxx线路首末端总电压损失为：2212211N1%%%=100%iiiiiiUUUpRqXU§2-2供电电压与电源的选择如果各段导线的截面是相同的，则：00iiiiRrlxxl线路首末端总电压损失为：2212211N1%%%=100%iiiiiiUUUpRqXU§2-2供电电压与电源的选择2200211N1%100%iiiiiiUrpLxqLU如果各段导线的截面是相同的，则：00iiiiRrlxxl负荷矩——输送功率与距离的乘积。决定着线路上的电压损失。它是判断电压质量的重要技术指标。ABC1l2l22,qp11,qp11,xr22,xr111,,XRL222,,XRL11,QP22,QP30/171结论：UN越高，△U越小当线路上各段导线的截面相同时，△U不仅和P、Q有关，而且输电距离L有关。不能仅按负荷大小来确定电压损失。在一定电压等级下，对于一定的负荷，总有一个最佳传输距离。§2-2供电电压与电源的选择线路首末端总电压损失为：2200211N1%100%iiiiiiUrpLxqLU二、电压与负荷容量和输送距离的关系31/171§2-2供电电压与电源的选择二、电压与负荷容量和输送距离的关系标称电压下线路的输电能力受限于导线截面和线路电压损失的要求32/171§2-2供电电压与电源的选择2200211N1%100%iiiiiiUrpLxqLU二、电压与负荷容量和输送距离的关系标称电压下线路的输电能力受限于导线截面和线路电压损失的要求1.按截面积大小要求用户供电系统所用的导线最大标称截面为240mm2，其承载电流的能力限制了某一电压下输送功率的大小。33/171§2-2供电电压与电源的选择1.按截面积大小要求34/171§2-2供电电压与电源的选择二、电压与负荷容量和输送距离的关系标称电压下线路的输电能力受限于导线截面和线路电压损失的要求1.按截面积大小要求用户供电系统所用的导线最大标称截面为240mm2，其承载电流的能力限制了某一电压下输送功率的大小。对截面为A的导线，设在满足经济性条件下其可承载的最大电流为Imax，则其可输送的最大功率为maxNmax3cosPUI35/171§2-2供电电压与电源的选择例：对截面为240mm2的铝心架空线而言，在满足经济性条件下其可承载的最大电流约为216A，设负荷功率因数cos=0.8，则在10kV电压下可输送的最大功率为：maxNmax3cos3102160.8kW2993kWPUI36/171§2-2供电电压与电源的选择•一户居民的计算负荷是6kW，需要系数是0.4~0.5•一层两梯六户计算，30层的塔楼住有180户，6~7栋塔楼•10万平方米的居民区供电在额定电压UN下，对某一截面导线的负荷矩限制如下：2.按线路电压损失要求(一般不应大于5％)%5%U37/171§2-2供电电压与电源的选择2N005%tanUPlrx故002N100%%5%PrlQxlUU000022NNtan100%=100%%5%PlrxPrlQxlUUU002Ntan100%5%PlrxU例：截面为240mm2的铝心架空线，线间几何均距为1m，r0为