Схемы замещения, параметры воздушных и кабельных линий

Характеристики и параметры элементов электрической сети

В большинстве случаев можно считать, что параметры линии электропередачи (активное и реактивное сопротивление, активная и емкостная проводимости) равномерно распределены по ее длине. Для линий сравнительно небольшой длины распределенность параметров можно не учитывать и использовать рассредоточенные параметры: активное и реактивное сопротивление линии R и Х, и реактивную проводимости G и В.

Воздушные линии электропередачи напряжением 110 кВ и выше длиной до 300-400 км обычно представляются П – образной схемой замещения.

Рисунок 3.1

Активное сопротивление проводов и кабелей определяется материалом токоведущих жил и их сечениями. Погонное активное сопротивление (на 1 км длинны) для голых проводов и кабелей при температуре +20°С определяется

r= (3.1)

где r - удельное сопротивление материала проводника ();

F - сечение провода, мм.

Активное сопротивление линии, длиной l определяется

R=r× l.

Активное сопротивление проводов и кабелей при частоте 50 Гц примерно равно омическому сопротивлению. При этом не учитывается влияние поверхностного эффекта. Пренебрегают также тем влиянием, которое оказывают на величину активного сопротивления колебания температуры проводника, и используют в расчетах величины этих сопротивлений при средних температурах (+20°С).

Реактивное сопротивление. Переменный ток, проходя по линии, образует вокруг проводников переменное магнитное поле, которое наводит в про-

воднике электродвижущую силу (э.д.с.) обратного направления – э.д.с. самоиндукции. При данном токе в проводе и отсутствии активного сопротивления в нем э.д.с. самоиндукции полностью уравновешивает приложенное напряжение

I×w×L=U

где L – коэффициент самоиндукции провода.

Сопротивление току, обусловленное противодействием э.д.с. самоиндукции, называется индуктивным сопротивлением. Соседние провода трехфазной линии, являющиеся обратными проводами для тока рассматриваемого провода, в свою очередь наводят в нем э.д.с. согласно с основным током направления, что уменьшает э.д.с. самоиндукции и соответственно реактивное сопротивление. Поэтому, чем дальше друг от друга расположены фазные провода линии, тем влияние соседних проводов будет меньше, а поток рассеяния между проводами и, следовательно, индуктивное сопротивление линии – больше.

На индуктивное сопротивление оказывают влияние также диаметр провода, магнитная проницаемость провода и частота переменного тока.

Величина погонного индуктивного сопротивления линии определяется

х= w×(4,6×lg + 0,5m)×10 (3.2)

где w = 314 - угловая частота при 50 Гц;

D - среднегеометрическое расстояние между проводами;

r - радиус провода.

Для проводов из цветного металла (μ=1) при промышленной частоте 50 Гц формула (4.2) примет вид

х= 0,144×lg + 0,016. (3.3)

Среднегеометрическое расстояние между проводами одноцепной трехфазной линии

D=

где D, D, D - расстояние между проводами отдельных фаз.

При расположении проводов по вариантам равностороннего треугольника все провода находятся на одинаковом расстоянии относительно друг друга, и среднегеометрическое расстояние D=D (см.рисунок 3.2).

При горизонтальном расположении проводов (см.рисунок 3.3).

Рисунок 3.2

Рисунок 3.3

На линиях 330 кВ и выше применяются расщепленные провода. На таких линиях каждая фаза имеет не один, а несколько проводов. Это приводит к увеличению радиуса фазы, который определяется по выражению

(3.4)

где - радиус отдельных проводов, входящих в расщепленную фазу линии;

n - число проводов в одной фазе;

а - расстояние между проводами в фазе.

Индуктивное сопротивление линии с расщепленными проводами

.

Для линии длиной l индуктивное сопротивление

.

Активная проводимость линий обусловлена потерями активной мощности от токов утечки через изоляцию и от электрической короны на проводах.

Потери электрической энергии от токов утечки через изоляцию возникают при включении линии электропередачи под напряжение. Эти потери незначительны в кабельных и очень малы в воздушных линиях, значит и небольшая активная проводимость.

Потери на корону более значительны. Они связаны с ионизацией воздуха около проводов и возникают, когда напряженность электрического поля у поверхности провода превышает электрическую прочность воздуха. В этом слу-

чае на поверхности провода образуются электрические разряды. Из-за неровностей верхнего повива многопроволочных проводов, загрязнений и заусениц разряды появляются вначале только в отдельных точках провода. Это так называемая местная корона провода. По мере повышения напряжения корона распространяется на большую поверхность провода и в конечном счете охватывает провод целиком по всей его длине, т.е. возникает общая корона.

Кроме потерь электроэнергии, корона вызывает коррозию проводов, арматуры гирлянд изоляторов, оказывает мешающее воздействие на работу высокочастотных каналов связи линий электропередачи и вызывает высокочастотные помехи в проводных линиях связи и радиопомехи.

Если утечкой в линиях пренебречь, то активная проводимость, обусловленная короной определяется

(3.5)

где - потери мощности на корону, кВт/км;

U - номинальное напряжение.

Основными мерами по снижению потерь на корону является увеличение сечений проводов, расщепление или применение полых проводов.

Реактивная проводимость обусловлена наличием емкости между проводами и землей и имеет емкостной характер. Она определяется известным выражением.

b=w×С

где С - рабочая емкость линии, Ф/км.

Рабочая емкость линии зависит от диаметра проводов, их взаимного расположения, расстояния между ними и диэлектрической проницаемости среды.

В практических расчетах электрических сетей рабочую емкость трехфазной воздушной линии с одним проводом на фазу определяют по формуле

С=. (3.6)

При частоте переменного тока 50 Гц

b=. (3.7)

Емкостная проводимость всей линии

B = b× l.

Зарядный ток линии. Под действием приложенного к линии переменного напряжения в емкости линии возникает переменное электрическое поле и возникает реактивный ток. Этот ток называется емкостным или зарядным током линии.

I×b=U×b=b. (3.8)

Зная емкостной ток линии, легко определить емкостную или зарядную мощность линии.

Q_b= ×U×I×b= ×U××b= U×b (3.9)

где U – рабочее линейное напряжение, кВ.

Кабельные линии электропередачи представляются такой же П-образной схемой замещения, что и воздушные линии. Погонные активные и реактивные сопротивления r и x определяют по справочным таблицам, так же как и для воздушных. Из выражений (3.3) и (3.7) видно, что х уменьшается, b растет при сближении фазных проводов. Для кабельных линий расстояние между фазами значительно меньше, чем для воздушных и х очень мало. При расчетах режимов для кабельных сетей напряжением 10 кВ и ниже можно учитывать только активное сопротивление. Емкостной ток и зарядная мощность в кабельных линиях больше, чем в воздушных. В кабельных линиях высокого напряжения учитывают Q. Активную проводимость G учитывают для кабелей 110 кВ и выше.