配电网工程设计--电气计算.ppt

配电网工程设计--电气部分计算,本课件参考集团公司《10kV及以下配电网工程典型设计》培训学习资料,主要内容：选择导线截面和导线排列电气距离的常用计算方法1.1基础计算1.1.1线路电阻的计算： 线路电阻是选用导线材料对电流产生阻碍作用的直流物理量，单位：欧姆（Ω）路中具有产生电压降使导线发热的不利作用因此，线路电阻在设计计算中有着十分重要意义1） 电阻计算单位长度的线路电阻为：,（Ω） 线路全长总电阻为： (Ω) 式中：ρ-导线材料的电阻率（Ω.mm2/km）；l -导线单位长度 （km）；S -导线的标称截面（mm2）；L -线路长度（km）；r0 -单位电阻（2）电导率（m/Ω•mm2 ）电导率是：单位截面、单位长度的导电材料，在规定温差下和单位时间内传递电能的能力它与电阻率得数学关系互为倒数即：多股绞合导线电阻率、电导率常用参数见表2.1.1；表2.1.1 导线材料的电阻率、电导率参数表,,,,1.1.2 线路电抗的计算：电抗：类似于电阻对电流的阻碍作用，在交流电路中，电容及电感也会对电流起到阻碍的作用单位为:欧姆电抗随着交流电路频率而变化，并引起电路电流与电压的相位发生变化。

1） 导线间的几何均距三相交流电力线路的电抗值，主要与导线之间的距离、排列方式及导线的直径有关导线间的几何均距，和导线的排列方式、相互距离D有关，对任意排列的三相导线，其相间几何均距可用下式计算：,,,式中：Dab、Dbc、Dac为三相导线间的距离（mm）；当导线为水平排列时，中相与两边相间的距离为D，其几何均距为：（2）线路电抗的计算 当频率f=50HZ时，每相每公里的电抗可由下式求得：（Ω/km）式中： -导线的几何均距（mm）-导线的计算直径（mm）-导线材料的相对导磁率，对有色金属导线， =1当每相线路长度为L（km）时，其总电抗为：（Ω/km）,示例一,,【例题一】已知某线路1.5km，导线选型为LJ-35mm2，导线排列如图1-1所示,求导线的电阻、电抗 解：根据勾股定理计算得出AB、BC间距离分别为：DAB= DBC , DAB=750(mm),图1-1,①计算导线电阻：,总电阻为：,②计算几何均距为：,（Ω/km）,（Ω）,④ 线路电抗：解得:导线电阻为:1.335（Ω）;线路电抗:0.493 （Ω.km）,,③ 计算导线电抗：查GB《铝绞线及钢芯铝绞线》标准：LJ-35导线外径d=8.16mm,有色金属ur取1，有：,,,1.1.3 常用导线的电阻、电抗参数导线的电阻、电抗参数见：表1、表2表1：架空LJ型铝绞线的电抗值X0、电阻r0（Ω/km）,,,,表2：架空LGJ型钢芯铝绞线的电抗值X0、电阻r0（Ω/km、Ω）,,,,,1.2 导线截面计算1.2.1 架空裸导线截面的选择计算 一、经济电流密度系数法选择导线截面经济电流密度:为取得最大的综合经济效益，规定导线经济截面的电流密度。

就是使输电导线在运行中，其电能损耗、维护费用和建设投资等各方面综合达到最经济根据不同的年最大负荷利用小时数，选用不同材质和每平方毫米通过的安全电流值在选择中压配电网线路导线截面时，应参考供电区域饱和负,,,荷值，按经济电流密度选取按线路允许电压降、导线发热条件（允许电流）和机械强度校核 （1）经济电流密度系数（Jec）计算公式：由 即： 式中：S — 计算导线截面(mm2)P — 线路所需输送功率(kw)Ue — 线路额定电压（kV）Imax— 线路运行中持续最大电流（A）cosφ — 功率因数Jec — 经济电流密度系数值（A/mm2）,,,（2）经济电流密度系数经济电流密度系数取值，可在《典设》第二篇.第一章.表2-1-2中查找二、用允许电压降校核导线截面：（1）电压损失值计算公式：电压损失：若U1为线路首端电源电压，U2为线路末端电压，Ue为额定电压，则线路电压损失为：也有：,,,式中：P — 线路输送的有功功率(kW)Q — 无功功率；(kvar)R、X — 线路电阻和电抗（Ω）② 导线电抗所产生的电压降为：式中： Q — 输送的无功功率(kvar)；L — 导线长度(km)； x0 — 线路单位长度的电抗值（Ω/km）。

③ 导线电阻所产生的电压降ΔUr 为：④ 确定导线截面S：因有： 得出计算公式： 又有：式中: S — 导线的计算截面；P — 为线路输送负荷(kw)L — 为线路长度(km)Ue — 额定电压(kv)△Ur— 导线电阻所产生的电压降(kv)ρ— 导线电阻率γ— 导线电导率,,,（2）负荷矩计算公式：① 负荷矩；简单地说就是线路输送的负荷乘以线路的长度即： 分段线路总负荷矩为：② 线路的电压损失百分数 三相架空线路的电压损失百分数 按下式计算：,,,式中： P—— 输送功率；（kW）L —— 线路长度；（km）r0—— 单位长度的电阻；（Ω/km）x0—— 单位长度的电抗；（Ω/km）Un—— 额定电压kV）tgφ—— 对应于功率因数cosφ的正切值，可在三角函数表中查取角 度、及其正切值也可以按公式直接求得：按线路的电压损失百分数公式推导得出负荷矩为：,,,当电压、导线型号初步拟定后，就可求出线路负荷矩，然后与线路实际负荷比较，通过计算最终确定下来导线截面为方便设计人员运用，在《典设》第二篇.第三篇.第一章中列出“常用导线10kV线路负荷矩表” 及“常用导线0.4kV线路负荷矩表” 详见《典设》第二篇.第一章 表2-1-3、表2-1-4；详见《典设》第三篇.第一章 表3-1-1、表3-1-1。

三、按发热条件校核导线截面用导线发热条件校验计算截面，应使导线的最大负荷电流Imax必须小于等于导线的允许安全电流Iy即：式中：Imax— 导线最大负荷电流(A)；Iy — 导线允许安全电流(A)；,,,导线最大负荷电流：≤交流电路电流的计算公式：有 还有,,,四、按导线机械强度校核导线截面架空导线在长期运行中，要承受多种荷重，为防止负重过大而断线，就必须要求导线应具备一定的机械强度，其最小截面不得小于DL/T 5220-2005和DL/T 499－2001之规定其强度安全系数不应小于2.5；架空绝缘线不应小于3.0为使导线机械强度和杆塔结构设计相互合理配置，达到安全、经济合理，通过综合分析，《典设》推荐使用的安全系数见表2-1-7、表2-1-8、表5-1-11即： ≥2.5（3.0）式中： —— 导线的抗拉强度（计算拉断应力）（N/mm2）；—— 导线的最大使用应力（最大设计应）（N/mm2）一般导线的最小截面不得小于下列表中的数值:表 配电线路导线的最小截面（mm2）,示例二,,【例题二】XX县三星街属XX县县城新开发区，原由35kV变电站到汤坪镇的10kV配电线路过境线供电，导线型号为：LGJ-50mm2，随着城镇建设的不断发展，该线路已不能满足用电负荷的增长，为保证城镇生活及工农业生产的供电需求，配合XX 县城建规划，对35kV城关变至汤坪镇三星街10kV过境线段实施改造，改造后线路命名为：XX县城区Ⅲ馈路。

根据XX县电力局营销科对该街区未来5年的用电负荷预测，预计该街区用电负荷将达到3100kW；汤坪镇负荷将达到500kW全馈路动力负荷不大，供电主要为照明负荷，试选择导线截面 解：将该线路所带负荷归并为A、B两点，见下图1-2,,1.按经济电流密度择导线截面：由于照明及生活用电负荷年利用小时数，一般在3000小时以下因此，查《典设》第二篇.第一章表2-1-2“经济电流密度系数表”，经济电流密取值为： Jec=1.65（A·mm2）故：,,计算得出：该馈路应选用标称值为LGJ-150mm2的导线2、按允许电压将校核导线截面： （1）电压损失法计算： 首先将负荷分为有功功率和无功功率:S0A = 3600-j1876（kVA）SA = 3100-j1501 （kVA） SB = 500-j375 （kVA）SAB= 500-j375 （kVA) ① 导线的平均电抗取值为：X0＝0.35（Ω/km） ② 根据公式求出线路中电抗的电压损耗：,,③ 允许电压损耗 ④ 电阻上的允许电压损耗 ⑤ 导线计算截面为：根据计算选用LGJ-70mm2的导线，即可满足线路电压降要求3、按负荷矩法计算校核:,,,,,根据计算结果直接在《典设》第二篇.第一章. 表2-1-4“常用导线10kV线路负荷矩表”查表选用LGJ-70 mm2导线，即可满足线路要求。

4、按导线发热条件校验 根据公式：,查GB《铝绞线及钢芯铝绞线》标准,导线参数表LGJ-150导线在气温40℃时，允许载流量为325A＞234A,故计算选定导线截面满足导线发热条件要求5、按导线机械强度校核根据计算结果和导线选型，该工程无特大档距，只要按《典设》所要求的导线安全系数和应力，控制展放弧垂，计算选用截面满足导线机械强度要求 综上所述，改造XX县城区Ⅲ馈路导线应选择LGJ-150/20 mm2导线1.2.2 电力电缆截面选择10kV及以下电力电缆按经济电流截面选择，宜符合下列要求：① 按照工程条件、电价、电缆成本、贴现率等计算拟选用的10kV及以下铜芯或铝芯电力电缆的经济电流密度值；② 对备用回路的电缆，如备用的电动机回路等，宜按正常使用运行小时数的一半选择电缆截面对一些长期不使用的回路，不宜按经济电流密度选择截面；,,,③ 当电缆经济电流截面，比按热稳定、允许电压降或持续载流量要求的截面小时，则应按热稳定、允许电压降或持续载流量较大要求截面选择当电缆经济电流截面介于电缆标称截面档次之间，可视其接近程度，选择较接近一档截面，且宜偏小选取一）采用经济电流密度选择电缆导线截面考虑到功率损耗与电流平方成正比的关系，在计算选用电缆导线截面时，也可采用经济电流密度法来计算选择。

计算公式：,,,（二）根据长期允许最大持续电流校核电缆导线截面：通过电缆的最大负载电流计算公式：敷设在空气中和土壤中的电力电缆允许载流量应满足下列公式要求：≤式中：S —— 负荷的视在功率（kVA）; P —— 负荷的有功功率；(kW)Ue ——线路额定电压；(kV); cosφ——线路功率因数Imax ——通过电缆的最大负载电流 (A) ；I —— 电缆长期允许载流量 (A) ；k —— 不同敷设条件下综合校正系数三）按短路热稳定条件校核截面 固体绝缘电缆线芯截面由下式计算：式中Q值确定方式： ，取值： 上列式中：S ―电缆导体截面(mm2)；J―热功当量系数，取1.0；q―电缆导体的单位体积热容量（J/cm3·℃），铝芯取2.48，铜 芯取3.4；θm― 短路作用时间内电缆导体允许最高温度（℃）；,,,,θP― 短路发生前的电缆导体最高工作温度（℃）；取值：θP=θHθH― 电缆额定负荷的电缆导体允许最高工作温度（℃）；t ―短路持续时间（s）,中速断路器t=0.15s，慢速断路器t=0.2sα― 20℃时电缆导体的电阻温度系数（1/℃），铜芯为:0.00393、铝芯为0.00403；ρ― 20℃时电缆导体的电阻系数（Ωcm2/cm），铜芯为:0.0148×10-4、铝芯为0.031×10-4；η― 计入包含电缆导体充填物热容影响的校正系数，对3～10kV电动机馈电回路，宜取η＝0.93，其它情况可按η＝1；k― 缆芯导体的交流电阻与直流电阻之比值,,,,,k值可在表2-1-6查选。

电缆允许最高温度可在表2-1-7查选表2-1-6 值选择用表,,,,表2-1-7 常用电力电缆最高允许温度,注：① 对重要回路（如：发电厂、变电站以及大型联合企业等）铝芯电缆短路最高允许温度为：200OC② 含有锡焊中间接头的电缆，短路最高允许温度为：160OC,。