Rezystancja, przewodnictwo i równoważne obwody linii elektroenergetycznych

Linie elektroenergetyczne mają rezystancję czynną i indukcyjną oraz przewodnictwo czynne i pojemnościowe równomiernie rozłożone na całej długości.

W praktycznych obliczeniach elektrycznych sieci elektroenergetycznych zwykle zastępuje się równomiernie rozłożone linie prądu stałego kombinacją stałych: rezystancja czynna r i indukcyjna x oraz przewodność czynna g i pojemnościowa b. Równoważny obwód linii w kształcie litery U odpowiadający temu warunkowi pokazano na ryc. 1, za.

Przy obliczaniu lokalnych sieci elektroenergetycznych o napięciu 35 kV i poniżej przewodności g i b można zignorować i zastosować prostszy obwód równoważny składający się z połączonych szeregowo rezystancji czynnych i indukcyjnych (ryc. 1, b).

Opór liniowy jest określony wzorem

gdzie l jest długością drutu, m; s to przekrój rdzenia drutu lub kabla, mmg γ to specyficzna projektowa przewodność materiału, m / om-mm2.

Ryż. 1. Schematy wymiany linii: a — dla regionalnych sieci przesyłowych energii elektrycznej; b — dla lokalnych sieci przesyłowych energii elektrycznej.

Średnia obliczona wartość przewodności właściwej w temperaturze 20°C dla przewodów jedno- i wielożyłowych, biorąc pod uwagę ich rzeczywisty przekrój i przyrost długości przy skręcaniu przewodów wielożyłowych, wynosi 53 m/om ∙ mm2 dla miedzi, 32 m / om ∙ mm2 dla aluminium.

Rezystancja czynna drutów stalowych nie jest stała. Wraz ze wzrostem prądu płynącego przez drut zwiększa się efekt powierzchniowy, a tym samym zwiększa się rezystancja czynna drutu. Rezystancję czynną drutów stalowych określa się za pomocą eksperymentalnych krzywych lub tablic, w zależności od wartości przepływającego przez nie prądu.

Rezystancja indukcyjna linii. Jeżeli trójfazowa linia prądu jest wykonana z przestawieniem (transpozycją) drutów, to przy częstotliwości 50 Hz rezystancję indukcyjną fazy 1 km długości linii można określić za pomocą wzoru

gdzie: asr jest średnią geometryczną odległości między osiami drutów

a1, a2 i a3 to odległości między osiami przewodów różnych faz, d to zewnętrzna średnica przewodów pobrana zgodnie z tabelami GOST dla przewodów; μ jest względną przenikalnością magnetyczną przewodnika metalowego; dla drutów z metali nieżelaznych μ = 1; x'0 — zewnętrzna rezystancja indukcyjna linii wywołana strumieniem magnetycznym na zewnątrz przewodu; x «0 — wewnętrzna rezystancja indukcyjna linii wywołana strumieniem magnetycznym zamkniętym wewnątrz przewodnika.

Rezystancja indukcyjna na długość linii l km

Rezystancja indukcyjna x0 linii napowietrznych z przewodami z metali nieżelaznych wynosi średnio 0,33-0,42 oma / km.

Linie o napięciu 330-500 kV w celu zmniejszenia strat koronowych (patrz poniżej) są wykonywane nie z jednym rdzeniem o dużej średnicy, ale z dwoma lub trzema przewodami stalowo-aluminiowymi na fazę, umieszczonymi w niewielkiej odległości od siebie. W takim przypadku rezystancja indukcyjna linii jest znacznie zmniejszona. na ryc. 2 pokazuje podobną realizację fazy na linii 500 kV, gdzie trzy przewody znajdują się w wierzchołkach trójkąta równobocznego o bokach 40 cm Przewody fazowe są zamocowane kilkoma sztywnymi prążkami w przekroju.

Użycie wielu przewodów na fazę jest równoznaczne ze zwiększeniem średnicy przewodu, co prowadzi do zmniejszenia rezystancji indukcyjnej linii. To ostatnie można obliczyć za pomocą drugiego wzoru, dzieląc drugi wyraz po jego prawej stronie przez n i podstawiając zamiast średnicy zewnętrznej d drutu równoważną średnicę de określoną wzorem

gdzie n — liczba przewodów w jednej fazie linii; acp — średnia geometryczna odległości między przewodami jednej fazy.

Przy dwóch przewodach na fazę rezystancja indukcyjna linii spada o około 15-20%, a przy trzech przewodach - o 25-30%.

Całkowity przekrój przewodów fazowych jest równy wymaganemu przekrojowi projektowemu, ten ostatni jest i tak podzielony na dwa lub trzy przewody, dlatego takie linie są konwencjonalnie nazywane liniami dzielonymi.

Druty stalowe mają znacznie większą wartość x0, ponieważ przenikalność magnetyczna staje się więcej niż jeden, a drugi wyraz drugiego wzoru jest decydujący, to znaczy wewnętrzna rezystancja indukcyjna x «0.

Ryż. 2. 500 metrów kwadratowych jednofazowej trzyczęściowej wiszącej girlandy z drutu.

Ze względu na zależność przenikalności magnetycznej stali od wartości prądu przepływającego przez drut dość trudno jest wyznaczyć x «0 z drutów stalowych. Dlatego w obliczeniach praktycznych x» 0 drutów stalowych wyznacza się z krzywych lub tablic otrzymanych eksperymentalnie.

Rezystancje indukcyjne kabli trójżyłowych można przyjąć na podstawie następujących wartości średnich:

• dla kabli trójżyłowych 35 kV — 0,12 oma/km

• dla kabli trójżyłowych 3-10 kv-0,07-0,03 ohm/km

• dla kabli trójżyłowych do 1 kV-0,06-0,07 omów/km

Aktywna linia przewodzenia jest definiowana przez utratę mocy czynnej w jej dielektrykach.

W liniach napowietrznych wszystkich napięć straty przez izolatory są niewielkie nawet w obszarach o dużym zanieczyszczeniu powietrza, więc nie są brane pod uwagę.

W liniach napowietrznych o napięciu 110 kV i wyższym w pewnych warunkach na przewodach pojawia się wyładowanie koronowe, spowodowane intensywną jonizacją powietrza otaczającego przewód, któremu towarzyszy fioletowa poświata i charakterystyczne trzaski. Korona druciana jest szczególnie intensywna w deszczową pogodę. Najbardziej radykalnym sposobem zmniejszenia strat mocy w koronie jest zwiększenie średnicy przewodnika, ponieważ wraz ze wzrostem tego ostatniego zmniejsza się siła pola elektrycznego, a tym samym jonizacja powietrza w pobliżu przewodnika.

Dla linii 110 kV średnica przewodu z warunków koronowych powinna wynosić co najmniej 10-11 mm (przewody AC-50 i M-70), dla linii 154 kV - co najmniej 14 mm (przewód AC-95), oraz dla linii 220 kV — nie mniej niż 22 mm (przewód AC -240).

Straty mocy czynnej dla wyładowań koronowych w przewodach linii napowietrznych 110-220 kV o określonej i dużej średnicy przewodu są nieznaczne (dziesiątki kilowatów na 1 km długości linii), dlatego nie są uwzględniane w obliczeniach.

W liniach 330 i 500 kV stosuje się dwa lub trzy przewody na fazę, co jak wspomniano wcześniej jest równoznaczne ze zwiększeniem średnicy przewodu, w wyniku czego znacznie wzrasta natężenie pola elektrycznego w pobliżu przewodów zmniejszona, a przewodniki lekko skorodowały.

W liniach kablowych o napięciu 35 kV i niższym straty mocy w dielektrykach są niewielkie i również nie są uwzględniane. W liniach kablowych o napięciu 110 kV i większym straty dielektryczne wynoszą kilka kilowatów na 1 km długości.

Pojemnościowe przewodzenie linii spowodowane pojemnością między przewodami oraz między przewodami a ziemią.

Z dokładnością wystarczającą do praktycznych obliczeń przewodnictwo pojemnościowe trójfazowej linii napowietrznej można określić za pomocą wzoru

gdzie C0 jest zdolnością roboczą linii; ω — częstotliwość kątowa prądu przemiennego; acp i d — patrz wyżej.

W tym przypadku nie bierze się pod uwagę przewodności gruntu i głębokości powrotu prądu do ziemi i przyjmuje się, że przewody są przestawiane wzdłuż linii.

W przypadku kabli pojemność robocza jest określana zgodnie z danymi fabrycznymi.

Przewodność liniowa l km

Obecność pojemności w linii powoduje przepływ prądów pojemnościowych. Prądy pojemnościowe wyprzedzają o 90° odpowiednie napięcia fazowe.

W rzeczywistych liniach ze stałymi prądami pojemnościowymi równomiernie rozłożonymi na całej długości, prądy pojemnościowe nie są jednakowe na całej długości linii, ponieważ napięcie na linii nie jest stałe co do wielkości.

Prąd pojemnościowy na początku linii przyjmującej napięcie stałe

gdzie Uph jest napięciem fazowym linii.

Pojemnościowa moc linii (moc generowana przez linię)

gdzie U jest napięciem międzyfazowym, sq.

Z trzeciego wzoru wynika, że ​​przewodnictwo pojemnościowe linii w niewielkim stopniu zależy od odległości między przewodami i średnicy przewodów. Moc generowana przez linię jest silnie zależna od napięcia linii. Dla linii napowietrznych 35 kV i niższych jest bardzo mały. Dla linii 110 kV o długości 100 km Qc≈3 Mvar. Dla linii 220 kV o długości 100 km Qc≈13 Mvar. Posiadanie rozdzielonych przewodów zwiększa przepustowość linii.

Prądy pojemnościowe sieci kablowych są uwzględniane tylko przy napięciach 20 kV i wyższych.