概论电力系统的额定电压的选择分析

【摘要】为了便于电器制造业的生产标准化和系列化，国家规定了标准电压等级系列。在设计时，应选择最合适的额定电压等级。所谓额定电压，就是某一受电器(电动机、电灯等)、发电机和变压器等在正常运行时具有最大经济效益时的电压。

【关键词】电力系统；额定电压；选择分析

随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，特别是静止变流器，从低压小容量家用电器到高压大容量用的工业交直流变换装置，由于静止变流器是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形发生畸变，引起电网的谐波“污染”。另外，冲击性、波动性负荷，如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且使得电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重，这些对电网的不利影响不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，造成对电网的“公害”，为此，国家技术监督局相继颁布了涉及电能质量五个方面的国家标准，即：供电电压允许偏差，供电电压允许波动和闪变，供电三相电压不允许平衡度，公用电网谐波，以及供电频率允许偏差等的指标限制。

变压器的额定电压分为一次和二次绕组。对于一次绕组，当变压器接于电网末端时，性质上等同于电网上的一个负荷(如工厂降压变压器)，故其额定电压与电网一致，当变压器接于发电机引出端时(如发电厂升压变压器)，则其额定电压应与发电机额定电压相同。对于二次绕组，考虑到变压器承载时自身电压损失(按5%计)，变压器二次绕组额定电压应比电网额定电压高5%，当二次侧输电距离较长时，还应考虑到线路电压损失(按5%计)，此时，二次绕组额定电压应比电网额定电压高10%。

一、电力系统的额定电压

电力系统的额定电压包括电力系统中各种供电设备、用电设备和电网的额定电压。所谓电气设备的额定电压，就是能使电气设备长期运行时获得最大技术经济效果的电压。它是国家根据经济发展的需要、技术经济的合理性、制造能力、产品的系列性和发展趋势等因素，经全面分析研究而制定的标准电压等级。制定标准电压等级的目的是使电力工业和电工制造业的生产标准化、系列化和统一化。我国标准规定的三相交流电网和电力设备的额定电压，如表1所示。

（一)电网的额定电压

电网(或电力线路)的额定电压是确定其他各类电力设备额定电压的基本依据。电网的额定电压等级是国家根据国民经济发展的需要和电力工业的水平，经全面的技术经济论证后确定的。实际运行时，由于线路通过电流时要产生压降，通常是线路的首端电压高于末端电压，要获得最佳的技术经济效果，就要维持线路的平均电压Uav等于额定电压UN，即Uav＝(Un十Ub)／2=UN。电力线路的额定电压，也代表该线路所在电力网的额定电压，所以通常也称为电网的额定电压。

（二)用电设备的额定电压

成批生产的用电设备，其额定电压不可能按使用处线路的实际电压来制造，而只能按电网的额定电压来制造。为使设备生产标准化，规定用电设备的额定电压与同级电网的额定电压相等。至于接在线路首端的用电设备的额定电压可能低于实际电压，制造厂家在制造设备时就留有裕度，实际电压即使超过设备的额定电压，也不会越过设备的最高工作电压，所以设备能安全工作。

(三)发电机的额定电压

电力线路允许的电压偏差一般为±5％，为了维持线路的平均电压在额定值附近，线路首端电压就必须较线路的额定电压高5％，以此来补偿线路上的电压损耗。发电机处在线路的首端，所以发电机的额定电压高于同级电网额定电压的5％，如图l所示。

二、供配电系统额定电压的选择

一般来讲，提高供电电压能减少电能损耗，提高电压质量，节约金属，但却增加了线路及设备的投资费用。所以要综合考虑供电系统的供电电压等级。《供电营业规则》规定：供电企业供电的额定电压，低压有单相220v、三相380v，高压有10kV、35(66)kv、ll0kV、220kv。并规定：除发电厂直配电压可采用3kv或6kv外，其他等级的电压应逐步过渡到上述的额定电压。 ．

（一)高压配电电压的选择

工业企业供配电系统的高压配电电压，主要取决于当地供电电源电压和企业高压用电设备的额定电压、容量和数量等因素。

工业企业内部采用的高压配电电压通常是6—10kv。从经济指标来看，最好采用10kv。但是，如果企业内部加有相当多的6kv的高压设备，或者供电电源的电压就是6kv，则可考虑采用6kv电压作为企业的高压电压。如果不是属于上述情况，6kv的高压用电设备不多，则应采用10kv作为高压配电电压，6kv的高压用电设备可通过专用的10／6，3kv变压器球独供电。3kv作为高压配电电压的技术经济指标很差，不能采用，如果工厂有3kv用电设备时，可采用10／3．15kv的专只变压器单独供电。如果当地的电源电压为35kv，而厂区环境条件又允许采用35kv架空线路时，则可采用35kv作为高压深入各负荷中心(车间或楼宇)，并经负荷中心直接降为低压用电设备所需的电压。

国外大部分国家都有20kv及相应的电压配电。在我国若采用20 kv配电，就可以相应地取消10kv和35kv，这样可以简化电网的结构，节约电能损耗。

(二)低压配电电压的选择

用户供配系统的低压配电电压，在我国一般采用220／380v，其中相电压220v接一般照明灯具及其他220v的单相设备，线电压380v接三相动力设备及380v的单相设备。但在采矿、石油和化工等少数部门，因负荷中心往往离变电所较远，常采用660v，甚至1140v和2000v等较高电压供电。采用高于380v的低压配电电压，不仅可以减少线路的电压损耗和电能损耗，减少线路的有色金属的消耗量和初投资，还可以增加配电半径，减少变电点简化配电系统。因此提高低压配电系统的电压，具有明显的经济效果，是节电的有效措施之一。但是从用电安全的角度讲，有一定的不利因素。