PW-C3 · 输配电·标幺值

电压降·功率损耗: 升高电压,损耗下降

电流流过线路阻抗时受端电压下降,线路电阻把功率吸成热。然而送同样功率时升高电压,电流反比减小,于是电压降按1/V、损耗按1/V²急减。直接拖动电压,看损耗为何下降得如此陡峭。

拖动输电电压,看损耗

用同一线路送同样功率。拖动手柄升高输电电压。电流条按1/V减小,而损耗条因为是1/V²缩得陡峭得多。电压加倍则电流减半,损耗降到四分之一。

左右拖动手柄调节输电电压。

电流与损耗(对比基准电压 = 1)

P_loss ≈ 10.0%   η ≈ 90.9%

V × 1.0   I × 1.00   (P_loss × 1/V²)

电流流过,电压下降

电流流过线路 Z = R + jX 时,受端电压低于送端。近似电压降为 e ≈ I(R cosφ + X sinφ),不仅取决于电流,还取决于负荷功率因数。高压线X大,滞后功率因数下 X sinφ 项加大压降。受端电压跌得过多设备就不正常,所以电压降在输电中始终被监视。

损耗按电流平方

线路电阻吸收的功率损耗,三相为 P_loss = 3 I²R。关键在于电流的平方。电流稍减损耗就按其平方大减,电流增大损耗就陡升。所以远距离送电时抑制损耗之道,首先是减小电流本身。

观察P_loss = 3 I² R

三相线路损耗是电流平方乘电阻。

选择P_loss → 1 / ?

同样功率下损耗与电压平方成反比。

填空e ≈ I(R cosφ + X ?)

电压降的无功项是X乘sinφ。

自己来V × 2 → P_loss × ?

电压加倍则损耗为四分之一。

升高电压,电流减小

送同样功率 P = √3 V_L I_L cosφ 时电流为 I = P/(√3 V cosφ),与电压成反比。所以升高电压使压降按1/V、损耗(电流平方)按1/V²减小。电压加倍则损耗为四分之一。从电厂越远送越要升压到超高压,原因正在于此。功率因数改善(B2)也在同样功率下减小电流,从而一同降低损耗。

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当你把电压拉高,电流条按1/V减小,而损耗条因为是1/V²崩得陡峭得多。送同样功率只减电流,损耗就按其平方跟着减。电压降也随电流成比例一起变小。把输电升到数十万伏的超高压,改善功率因数以减无功电流,归根到底是同一件事——减小线路电流以抑制损耗。

电压降·功率损耗 — 电流流过线路 Z = R + jX 使受端电压下降。近似电压降 e ≈ I(R cosφ + X sinφ),线路损耗 P_loss = 3 I²R。同样功率下 I = P/(√3 V cosφ),所以升高电压使电压降按1/V、损耗按1/V²急减(电压加倍 → 损耗四分之一)。超高压输电与功率因数改善都是减小电流以抑制损耗之路。

下一步

电压降随负荷变化而起伏。深夜轻载时受端电压高,正午重载时骤降。下一单元(PW-C4)看电压调整:改变变压器分接,或用电容、电抗器等调相设备调节无功,使无论负荷如何变化,受端电压都保持在规定范围内。