電氣設(shè)計線路電壓偏差淺析

0 概述

在我國，電纜常規(guī)使用的導(dǎo)體線芯材料為銅質(zhì)或鋁質(zhì)，但無論采用何種材質(zhì)，電纜導(dǎo)體都存在電阻。當(dāng)電流通過電纜線路時，因電纜線路存在電阻，一部分電能被該段導(dǎo)體的電阻所損耗，同時產(chǎn)生了電壓偏差（電壓降落），也稱為“電壓降”。當(dāng)電纜導(dǎo)體的長度越長，損失的電能也將越多；當(dāng)電纜導(dǎo)體的截面越小，通過導(dǎo)體電阻值計算公式可推知，該段導(dǎo)體的電阻越大，電纜導(dǎo)體上損失的電能就越多。隨著國家對供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的要求逐步提高，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也提出了相應(yīng)的技術(shù)要求，從而必須在電氣設(shè)計時加以重視，從理論上分析電壓偏差的危害與影響，提出相應(yīng)的解決措施與方案，保證終端負(fù)荷經(jīng)濟合理的運行。

1 電壓偏差的危害

電壓偏差是供配電系統(tǒng)在正常運行條件下，運行電壓對供配電系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的偏差相對值，一般以百分?jǐn)?shù)表示

，見式（1）。

式中，Δ

——電壓偏差百分?jǐn)?shù)，%；

U

——系統(tǒng)標(biāo)稱電壓（額定電壓），V；

首先給拐杖終端接上電源,當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)有效后,LCD液晶顯示屏上顯示當(dāng)前的時間、空間信息,并同時顯示測得的體溫信息以及心率信息,同時會將信息傳遞至遠程的手機端軟件上。

William Bernard Jones以提問的形式用三個話題說明己方有三個論點，包括“為什么推翻阿薩德政府有一定的依據(jù)？”“我們?yōu)槭裁匆谶@個時候采取行動？”“為什么要選擇土耳其作為行動的執(zhí)行者？”

在一個供電電壓等級的系統(tǒng)中，

U

值是固定不變的，我國電力系統(tǒng)的額定電壓等級為：220/380 V、3 kV、6 kV、10 kV、35 kV、110 kV、220 kV、330 kV、550 kV等，而終端負(fù)荷設(shè)備的實際運行電壓是一個相對可變值，會隨著系統(tǒng)損耗、線路損耗等產(chǎn)生而降低，電壓降低值與對于額定電壓的比值即為電壓偏差百分?jǐn)?shù)。電壓偏差的高低直接影響到終端用電設(shè)備的正常運行，也不利于電網(wǎng)的節(jié)能運行。電壓降過大會產(chǎn)生諸多不利和危害。

1）單相電壓過低，小于系統(tǒng)電壓的80%（176 V），部分電器設(shè)備無法啟動，或者不能正常運行，自身發(fā)熱嚴(yán)重，減少設(shè)備使用壽命。

2）正確合理選擇變壓器變比和電壓分接頭

3）電機端子電壓過低超過10%，將使電動機電流增大，繞組溫度升高，嚴(yán)重時會使機械設(shè)備停止運轉(zhuǎn)或無法啟動，甚至燒毀電動機。

4）由于電壓降低，相應(yīng)降低線路輸送極限容量，會導(dǎo)致電力系統(tǒng)繼電保護裝置誤動作和電氣測量儀表的偏差，因而降低電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，電壓過低還可能發(fā)生電壓崩潰事故。

2 電壓偏差的要求

在我國電力輸電線路中，伴隨著架空線路材料、敷設(shè)、安裝等技術(shù)的不斷創(chuàng)新，輸電電壓等級越來越高。通常將35～220 kV的輸電線路稱為高壓線路（HV），330～750 kV的輸電線路稱為超高壓線路（EHV），特高壓電網(wǎng)是使用±800 kV及以上的直流電或1 000 kV及以上交流電輸電的電網(wǎng)，也稱為特高壓線路（UHV）。我國首個建成運行的“1 000 kV交流特高壓試驗示范工程”——晉東南-南陽-荊門1 000 kV輸電線路工程，工程起自晉東南1 000 kV變電站，經(jīng)南陽1 000 kV開關(guān)站，止于荊門1 000 kV變電站，線路路徑全長約650 km。來自山西的火電首次通過此1 000 kV特高壓輸電線路進入湖北，華北、華中兩大電網(wǎng)首次實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)運行。一般而言，輸電線路采用的電壓等級越高，輸送電能的容量就越大。采用超高壓輸電，可有效地減少架空線路電壓損失和電能損耗，因此特高壓輸電技術(shù)越來越受到國家和相關(guān)部門的重視。

由圖4可知，孔徑D=2.7mm時，壓鉚連接能承受的推出力為1 410N；孔徑D=2.78mm時，推出力只有760N。隨著孔徑的增加，壓鉚螺母的推出力逐漸減小。這是因為板件孔周圍材料受壓力被擠進溝槽中，使螺母與板件連接。當(dāng)孔徑增大時，被壓入溝槽中的材料變少，接觸區(qū)域也變小。因此，其所能承受的推出力也變小。這表明，為了保證壓鉚連接的可靠性，板件的孔徑應(yīng)該控制在一定的范圍內(nèi)。

在環(huán)境溫度為20℃時，銅的電阻率是1．75×10

（Ω·m），鋁的電阻率是2．83×10

（Ω·m），相同長度和導(dǎo)體截面的電纜，銅導(dǎo)體的電阻會小于鋁導(dǎo)體電阻，因此銅導(dǎo)體電纜相對鋁導(dǎo)體電纜產(chǎn)生的電壓降會小很多，無論從導(dǎo)體載流量值，還是考慮電壓偏差值，銅都是優(yōu)于鋁。這也是目前國內(nèi)公建工程項目中不建議使用鋁質(zhì)導(dǎo)體的一個原因。

GB 50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，正常運行情況下，用電設(shè)備端子處電壓偏差允許值宜符合下列要求：

6個月內(nèi)的小寶寶很常見，為什么叫尿布疹而不叫尿不濕疹呢？實際上有統(tǒng)計，尿布更容易引起紅屁屁，而尿不濕能保持干爽，反而紅屁屁少。

2）照明在一般工作場所為±5%的額定電壓。對于遠離變電所的小面積的工作場所，難以滿足上述要求時，可為+5%～10%的額定電壓。應(yīng)急照明、道路照明和警衛(wèi)照明等為+5%～-10%的額定電壓。新修訂的GB 51348-2019《民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》對于電能質(zhì)量中的電壓偏差允許值和GB 50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的允許值一致。

將 G50酯化淀粉基膜材置于傅里葉紅外光譜的ATR附件上，利用壓頭壓緊，使之與晶體表面緊密接觸。以空氣為背景，分辨率為 4 cm-1，掃描范圍為600～4000 cm-1，掃描 32 次。

而在GB/T 12325-2008《電能質(zhì)量供電電壓偏差》中則規(guī)定：20 kV及以下三相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的±7%，220V單相供電的電壓偏差為標(biāo)稱電壓的+7%～-10%。顯然，兩本國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)定的電壓降極限值存在偏差，從設(shè)計角度考慮都是采取高標(biāo)準(zhǔn)的要求。因此，在泛光照明或道路照明設(shè)計時，設(shè)計師經(jīng)常會按照下限值±5%的標(biāo)準(zhǔn)去設(shè)計。當(dāng)?shù)蛪合到y(tǒng)供電電源的供電半徑超過250 m，一般都會通過計算線路的電壓降來確定是否滿足上述國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

隨著技術(shù)的不斷革新，現(xiàn)在泛光照明工程中均采用了LED光源，具有體積小、耗電量低、節(jié)能環(huán)保、高亮度低熱量和堅固耐用等優(yōu)點，完全取代了原有的鎢絲燈和氣體燈。LED光源的驅(qū)動器作為恒流源供電特性，還具有寬電壓輸入特性，通過電子元件的保護功能，能在額定電壓的±20%波動范圍內(nèi)實現(xiàn)LED光源的正常點亮功能。結(jié)合上述規(guī)范要求，對于遠離變電所的小面積一般場所，終端照明負(fù)荷不大，且持續(xù)時間又是間斷性的LED燈具，可適當(dāng)降低電壓降下限值至-10%，以達到經(jīng)濟實用的效果。

3 工程實用計算

在實際計算線路電壓降時，一般采取式（2）的計算公式：

由式（2），通過查詢電氣設(shè)計專業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)可知，不同電纜截面和電纜長度時的電阻值，算出線路計算電流即可求出該線路的電壓降值，此方法常用于低壓線路電壓降計算。

4）采取補償無功功率等措施

當(dāng)線路電壓降不滿足上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時，可通過采取下述措施來提高供電電壓，以達到規(guī)范規(guī)定值：

滿足規(guī)范設(shè)計要求，當(dāng)電纜供電長度為200 m時，Δ

=5.9%＞5%，這時需要選擇70 mm

的電纜才能滿足該段敷設(shè)電纜的電壓降要求。

4 采取的措施

例如：某一380 V供電系統(tǒng)，供電負(fù)荷為90 kW，功率因數(shù)0．9，計算電流152 A，環(huán)境溫度為25℃，選取相線截面為50 mm

的YJV電纜進行供電，電纜供電長度150 m。計算的電壓降為：Δ

=0.194%×0.15×152=4.42%＜5%

[70][71][86] 陳拯：《建構(gòu)主義國際規(guī)范演進研究述評》，《國際政治研究》2015年第1期，第143、142、142-143頁。

1）電源點變壓器采用有載調(diào)壓變壓器

35 kV及以上的電力變壓器應(yīng)采用有載調(diào)壓變壓器，20 kV及以下配電變壓器不宜采用有載調(diào)壓變壓器，除電壓偏差不滿足要求且對電壓要求嚴(yán)格或單獨設(shè)置調(diào)壓裝置在技術(shù)和經(jīng)濟上不合理時。

2）電壓降低5%，普通電燈的亮度下降18%；電壓下降10%，亮度下降35%；電壓降低20%，則熒光燈及高壓鈉燈等無法啟動。

1）電動機為±5%的額定電壓。

這項措施往往是在設(shè)計初級階段就需要確定，現(xiàn)在新增的箱變大部分都已采用多分接頭式配電變壓器，目的是針對今后設(shè)備運行時出現(xiàn)終端負(fù)荷供電電壓過低的情況，可合理調(diào)節(jié)變壓器分接頭接線，提高電源點供電電壓，從而提高終端負(fù)荷的供電電壓。

——運行電壓，V。

所用教材往往由專家或由從事此課程教學(xué)的教師編寫，從編寫教材到印刷出版，往往滯后了幾年。而計算機與電子商務(wù)發(fā)展迅速，學(xué)生在學(xué)校所學(xué)到的專業(yè)知識往往滿足不了企業(yè)的能力需求。同時，教材一般只包含知識或技術(shù)，而忽略了其應(yīng)用的場景。

3）降低系統(tǒng)阻抗值，如采用大直徑電纜，以加大導(dǎo)線截面等

這項措施是在設(shè)計深化階段對于負(fù)荷計算、電纜選擇時經(jīng)常會選擇的方法，電纜截面越大，對應(yīng)的導(dǎo)體電阻值越小，在導(dǎo)體上產(chǎn)生的電壓降也就越低。提高電纜截面雖然增加了項目投資金額，但整個供配電系統(tǒng)電壓降會得到有效改善。

對于低壓380V供電系統(tǒng)，在電源點的供電半徑250 m范圍內(nèi)可不校驗線路電壓偏差，只需滿足線路載流量、熱穩(wěn)定校驗和保護靈敏性等要求選取相應(yīng)電纜截面。

另外，工程設(shè)計中也可通過電流距和負(fù)荷距的方法計算線路電壓降，表1為1 kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜用于三相380 V系統(tǒng)的電壓降值，根據(jù)不同電纜截面、電纜長度和計算電流，查表即可計算出相應(yīng)的電壓降數(shù)值。

供電電壓降低的同時，往往系統(tǒng)的功率因數(shù)也相應(yīng)降低，采取適當(dāng)?shù)臒o功功率補償是一個較為有效的途徑，也能提高供配電系統(tǒng)的經(jīng)濟運行。

“全人”是指全面發(fā)展的人、具有主體性且能夠把握自己命運的人。因此，“全人教育”強調(diào)人的整體發(fā)展，尊重個體的多樣性，其目的就是培養(yǎng)有道德、有知識、有紀(jì)律、有能力，和諧發(fā)展的“完人”[7]?，F(xiàn)階段，我們所有的教育工作者其重要使命是要培養(yǎng)“通德、通識、心智和諧”的人，大學(xué)英語教師最直接的方法就是在課程教學(xué)設(shè)計中彰顯和體現(xiàn)此觀念及其理論。不難發(fā)現(xiàn)本次設(shè)計中的幾處全人教育理念：女性地位提高、女性自我意識覺醒、客觀公正地評價反饋等，特別是寫作作業(yè)，同學(xué)會用真實的經(jīng)歷和情感描寫自己的母親，對于內(nèi)斂保守的中國人來講，這是多么好的一次機會！

5）宜使供電系統(tǒng)三相負(fù)荷平衡

使用有機介質(zhì)，在1個封閉循環(huán)內(nèi)部實現(xiàn)朗肯循環(huán)，從高溫?zé)嵩次鼰?，向低溫?zé)嵩捶艧?，輸出軸功率。膨脹機需要利用循環(huán)系統(tǒng)才能起作用，不能單獨使用。其所需條件低，更適合低品味熱源回收。

三相負(fù)荷不平衡會使供電系統(tǒng)中性線流過的電流增大，增加線路的電壓降。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定三相配電干線的各項負(fù)荷宜平衡分配，最大相負(fù)荷不宜大于三相負(fù)荷平均值的115%，最小項負(fù)荷不宜小于三相負(fù)荷平衡值的85%。

6）對于沖擊性低壓負(fù)荷，宜采取合理措施

當(dāng)中低壓供配電系統(tǒng)中帶有沖擊性中低負(fù)荷設(shè)備時，如6 kV中壓電動機或大容量低壓異步電動機，可采用專線供電方式，以減少電壓降低帶來的影響；當(dāng)沖擊性負(fù)荷與其他負(fù)荷公用配電線路時，宜采用大一級的電纜線路，從而降低電纜線路的電壓降影響；在條件允許的場所，宜采用不同配電變壓器供電。

從電網(wǎng)運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟性考慮，國家能源局和國家電網(wǎng)公司等相關(guān)部門也根據(jù)相關(guān)法律制定相應(yīng)的《電網(wǎng)電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)定》，以約束對電能質(zhì)量的要求，其中一個很重要的衡量指標(biāo)包括供電電壓允許偏差的監(jiān)督管理，以指導(dǎo)監(jiān)督各相關(guān)用電部門，足見降低供配電系統(tǒng)電壓偏差的重要性。

當(dāng)改變煤體內(nèi)孔隙壓力分布后，裂隙偏向孔隙壓力較高的方向擴展，其擴展方向與最大主應(yīng)力方向的夾角大小可以反映出控制孔導(dǎo)控作用的強弱。如圖8所示，控制水壓為10 MPa時，裂隙偏角最大并與控制孔貫通，之后地應(yīng)力占據(jù)主導(dǎo)作用，裂隙逐漸沿垂直最小主應(yīng)力方向延伸，如圖8d所示。

5 結(jié)語

電氣設(shè)計時對電壓偏差需加以重視，正確選擇合適的線纜規(guī)格，既能控制項目資金投入，滿足經(jīng)濟性要求，又能滿足線路終端負(fù)荷設(shè)備正常運行，同時能降低整個供配電系統(tǒng)的電力損耗。

［1］中國航空規(guī)劃設(shè)計研究總院有限公司.工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊第四版（上冊）.北京；中國電力出版社，2016.