Параметры ВЛЭП.

ГЛАВА 2

1. Активное сопротивление линий.

Из курса физики известно, что проводник оказывает разное сопротивление постоянному и переменному токам. Омическим сопротивлением называется сопротивление провода при протекании по нему постоянного тока и выражается:

, Ом

где - удельное сопротивление материала, Ом·мм²/м;

- длина провода, м;

- площадь поперечного сечения, мм².

Удельное сопротивление выражается:

, Ом·мм²/м

где - удельное сопротивление при 20 ⁰С;

- температурный коэффициент сопротивления;

- текущая температура провода.

Активным сопротивлением называется сопротивление провода при протекании по нему переменного тока. По своему значению активное сопротивление больше омического из-за явления поверхностного эффекта. Поверхностный эффект обуславливается действующим значением эдс, создаваемой переменным магнитным полем пронизывающим провод. В электрических сетях при частоте тока 50 Гц влияние поверхностного эффекта незначительно и поэтому при расчете активное сопротивление проводов равно омическому, при этом также пренебрегают влиянием на активное сопротивление изменение температуры проводов и в расчетах используют значение этого сопротивления при = 20 ⁰С.

Активное сопротивление провода определяют по формуле:

,

где - погонное активное сопротивление 1 км провода, Ом/км;

- длина провода, км.

Для проводов из цветного металла (алюминий, медь):

.

Действительное значение площади сечения проводов всех конструкций (особенно многожильных) отличается от их номинального значения, указанного в марке провода, поэтому при расчетах пользуются готовыми табличными значениями (для алюминия и меди).

2. Индуктивное сопротивление линий.

Переменный ток, проходя по линии, образует вокруг ее проводов переменное магнитное поле которое наводит в них эдс самоиндукции – e_L. Сопротивление переменному току, обусловленное противодействием эдс самоиндукции – индуктивное сопротивление провода – x_L. Соседние провода трехфазной линии являются обратными по отношению к рассматриваемому току провода, в свою очередь, наводят в нем эдс согласно основным токам направления, что снижает эдс, а следовательно снижается x_L. (Поэтому чем дальше расположены провода линии, тем меньше будут их влияние друг на друга, а поток рассеяния между проводами и следовательно индуктивное сопротивление больше). Также на индуктивное сопротивление оказывает влияние диаметр провода, магнитное проницаемость и частота тока. Индуктивное сопротивление одного провода фазы ВЛ длиной 1 км определяют:

, Ом/км (1)

где - угловая частота тока;

- среднегеометрическое расстояние между осями проводов;

, см

где - расстояния между проводами фаз а, в, с.

= == =

В практических расчетах используется другая формула индуктивного сопротивления:

, Ом /км (2)

где - радиус провода, см.

Для линии из известного проводникового материала для = 50 Гц и =1:

, Ом/км (3)

Из (3) следует, что для конкретного провода .

Влияние этих величин незначительно, так как они входят под знак логарифма. Провода на опорах ЛЭП располагаются горизонтально, треугольником, бочкой, прямой и обратной елкой. При таком расположении друг к другу получаются неодинаковые проводимости проводов, а следовательно и x_L. В результате, падение напряжения в отдельных проводах также неодинаково даже при равномерной нагрузке фаз и симметричной системе напряжений в начале линий. Во избежание этого применяют транспозицию проводов:

Транспозицией называется взаимный обмен местами проводов на протяжении данной линии. Необходимость транспозиции возникает в ЛЭП с U = 110 кВ и выше. Для уменьшения индуктивного сопротивления, которое особенно сказывается при U = 220 кВ и выше, применяют расщепление проводов. К каждой фазе подвешивается не один, а несколько проводов, имеющих в сумме такую площадь сечения, которую должен иметь один провод (требуемая площадь сечения провода).

3. Активная проводимость линий.

Она обусловлена потерей Р_акт, вызванной двумя причинами:

- токами утечки через изоляторы;

- ионизацией воздуха вблизи поверхности проводов (коронизация);

Токи утечки невелики, а поэтому будут малы и потери мощности, вызванные ими. Если напряженность электрического поля на поверхности провода превышает электрическую прочность воздуха, то это приведет к возникновению ударной ионизации и как следствие к пробою воздуха. Особенностью этого пробоя является возникновение электрического разряда виде короны, сопровождающейся свечением. Ионизация воздуха вызывает потери активной мощности (потери на корону) на нагрев проводов. Помимо потерь мощности коронирование вызывает коррозию проводов, арматуры изоляторов, создает радио помехи в линиях связи. Напряжение, при котором возникают потери на корону называется критическим напряжением на корону – U_кр. Оно зависит от состояния поверхности провода, погоды и атмосферного давления:

, кВ (4)

где - коэффициент гладкости поверхности провода;

= 1 – гладкий цилиндрический провод;

Для много проволочных проводов он зависит от их числа и находится в пределах 0,82…0,92.

- коэффициент состояния погоды (0,8…1);

- относительная плотность воздуха (учитывает атмосферное давление в мм рт. ст. и температуру окружающего воздуха в ⁰С):

При = 20 ⁰С и = 760 мм рт. ст. = 1.

Потери на корону не будет, если U_кр > U_раб,

где U_раб – рабочее напряжение линии.

Потери мощности на 1 км трехфазной линии (во всех трех фазах) определяются:

, кВ/км.

Активная проводимость:

, См/км.

Для всей линии: , См.

Из (4) следует, что U_кр зависит от диаметра проводов и расстояния между ними. Увеличение диаметра провода и расстояния между ними влечет за собой рост U_кр и почти прямо пропорционально уменьшению напряженности поля, а поэтому является эффективной мерой снижения потерь мощности на корону. Увеличение мало эффективно, так как эта величина входит под знак логарифма. На практике для устранения потерь на корону рекомендуется применять следующие минимальные диаметры и расстояния между проводами:

4. Реактивная проводимость линий.

Она определяется емкостью между проводами, а также между проводами и землей.

В расчетах рабочая емкость ВЛ определяется предположением наличия полного цикла транспозиции проводов без учета влияния земли (ошибка менее 5 %). Ее определяют:

, Ф/см (1)

Емкостная проводимость 1 км линий определяется так:

(2)

Для всей линии:

(3)

Под действием приложенного к линиям переменного напряжения в емкостях линии возникает переменное электрическое поле и наблюдаются поляризационные процессы, связанные с перемещением электрических зарядов. Таким образом, в воздушном промежутке возникают переменные токи смещения, которые называют зарядными токами – . Эти токи носят чисто емкостной характер и поэтому не вызывают потерь активной мощности. Значение емкостного тока на единицу длины линии при равномерном распределении емкости постоянно и зависит от напряжения в каждой точки линии. В практических расчетах применяют такую формулу:

, А/км (4)

Емкостной ток изменяется вдоль линии от ее начала к концу пропорционально ее длине. В начале линии он состоит из суммы единичных емкостных токов всей линии:

То есть ток зависит от и емкостной проводимости всей линии.

Действительный суммарный ток нагруженной линии определяется геометрическим сложением в каждой точке линии тока нагрузки с емкостным током линии также изменяется по величине и по фазе вдоль линии. Однако в П-образной схеме замещения линии вся проводимость условно сосредоточена по концам схемы, а поэтому суммарный ток, проходящий через ветвь с активным и индуктивным сопротивлениями остается неизменным по величине и по фазе.

Зарядный емкостной ток всей линии обусловленный в схеме замещения проводимостями равными находят как сумму двух токов, определяемых по напряжениям начала и конца:

,

где - емкостной ток в начале и в конце линии.

Наличие емкостной проводимости позволяет рассмотреть ВЛ как источник реактивной мощности емкостного характера. Эта мощность определяется зарядным емкостным током и рабочим напряжением линии:

, квар/км

Для всей линии:

Мощность – зарядная мощность линии и в расчетах режима электросетей учитывается со знаком «минус». Величина зарядной мощности, сосредоточенной по концам П-образной схемы замещения определяется по действительному напряжению начала и конца линии:

;

В большинстве случаев можно считать, что рассмотренные параметры ВЛ (активное, реактивное сопротивление, активная, реактивная проводимость линии равномерно распределены по всей длине).

Для линии сравнительно небольшой длины распределенность параметров можно не учитывать и рассматривать их как сосредоточенные. В том случае воздушная линия с напряжением 110 кВ и выше длиной 300…400 км обычно представляют в расчетах П-образной схемой замещения. При расчете установившихся режимов сетей до 220 кВ активную проводимость практически не учитывают. В этом случае ВЛ представляют более простыми схемами замещения: