Odpor, vodivosť a ekvivalentné obvody elektrických vedení

Elektrické vedenia majú aktívny a indukčný odpor a aktívnu a kapacitnú vodivosť rovnomerne rozloženú po ich dĺžke.

V praktických elektrických výpočtoch sietí na prenos energie je zvykom nahrádzať rovnomerne rozložené jednosmerné vedenia konštantami v kombinácii: aktívny r a indukčný x odpor a aktívny g a kapacitný b vodivosť. Ekvivalentný obvod čiary v tvare U zodpovedajúcej tejto podmienke je znázornený na obr. 1, a.

Pri výpočte miestnych elektrických prenosových sietí s napätím 35 kV a pod vodivosťou g a b môžete ignorovať a použiť jednoduchší ekvivalentný obvod pozostávajúci zo sériovo zapojených aktívnych a indukčných odporov (obr. 1, b).

Lineárny odpor je určený vzorcom

kde l je dĺžka drôtu, m; s je prierez jadra drôtu alebo kábla, mmg γ je špecifická konštrukčná vodivosť materiálu, m / ohm-mm2.

Ryža. 1. Schéma náhrady vedenia: a — pre regionálne siete na prenos energie; b — pre miestne siete na prenos energie.

Priemerná vypočítaná hodnota špecifickej vodivosti pri teplote 20 ° C pre jednožilové a viacžilové drôty, berúc do úvahy ich skutočný prierez a zväčšenie dĺžky pri skrúcaní viacžilových drôtov, je 53 m / ohm ∙ mm2 pre meď, 32 m / ohm ∙ mm2 pre hliník.

Aktívny odpor oceľových drôtov nie je konštantný. So zvyšujúcim sa prúdom drôtom sa zvyšuje povrchový efekt a preto sa zvyšuje aktívny odpor drôtu. Aktívny odpor oceľových drôtov je určený experimentálnymi krivkami alebo tabuľkami v závislosti od hodnoty prúdu, ktorý nimi preteká.

Indukčný odpor vedenia. Ak je trojfázové vedenie prúdu vyrobené s preskupením (transpozíciou) drôtov, potom pri frekvencii 50 Hz možno fázový indukčný odpor 1 km dĺžky vedenia určiť podľa vzorca

kde: asr je geometrická stredná vzdialenosť medzi osami drôtov

a1, a2 a a3 sú vzdialenosti medzi osami vodičov rôznych fáz, d je vonkajší priemer vodičov odobratých podľa tabuliek GOST pre vodiče; μ je relatívna magnetická permeabilita kovového vodiča; pre drôty z neželezných kovov μ = 1; x'0 — vonkajší indukčný odpor vedenia v dôsledku magnetického toku mimo vodiča; x «0 — vnútorný indukčný odpor vedenia v dôsledku magnetického toku, ktorý je uzavretý vo vnútri vodiča.

Indukčný odpor na dĺžku vedenia l km

Indukčný odpor x0 nadzemných vedení s vodičmi z neželezných kovov je v priemere 0,33-0,42 ohmov / km.

Linky s napätím 330-500 kV na zníženie koronálnych strát (pozri nižšie) sa nevykonávajú s jedným jadrom veľkého priemeru, ale s dvoma alebo tromi oceľovo-hliníkovými vodičmi na fázu, ktoré sa nachádzajú v krátkej vzdialenosti od seba. V tomto prípade je indukčný odpor vedenia výrazne znížený. Na obr. 2 je znázornená podobná realizácia fázy na vedení 500 kV, kde sú vo vrcholoch rovnostranného trojuholníka so stranami 40 cm umiestnené tri vodiče, ktorých fázové vodiče sú v reze upevnené niekoľkými tuhými pruhmi.

Použitie viacerých drôtov na fázu je ekvivalentné zväčšeniu priemeru drôtu, čo vedie k zníženiu indukčného odporu vedenia. Ten možno vypočítať pomocou druhého vzorca, vydelením druhého člena na jeho pravej strane číslom n a dosadením namiesto vonkajšieho priemeru d drôtu ekvivalentným priemerom de určeným vzorcom

kde n — počet vodičov v jednej fáze vedenia; acp — geometrická stredná vzdialenosť medzi vodičmi jednej fázy.

Pri dvoch vodičoch na fázu sa indukčný odpor vedenia zníži asi o 15-20% a pri troch vodičoch o 25-30%.

Celkový prierez fázových vodičov sa rovná požadovanému konštrukčnému prierezu, ten je v každom prípade rozdelený na dva alebo tri vodiče, preto sa takéto vedenia bežne nazývajú delené vodiče.

Oceľové drôty majú oveľa väčšiu hodnotu x0, pretože magnetická permeabilita byť viac ako jeden a rozhodujúci je druhý člen druhého vzorca, to znamená vnútorný indukčný odpor x «0.

Ryža. 2. 500 štvorcových metrov jednofázová trojfázová závesná girlanda.

Vzhľadom na závislosť magnetickej permeability ocele od hodnoty prúdu pretekajúceho drôtom je pomerne ťažké určiť x «0 z oceľových drôtov. Preto sa v praktických výpočtoch x» 0 oceľových drôtov určuje z kriviek alebo tabuliek získaných experimentálne.

Indukčné odpory trojžilových káblov možno vziať na základe týchto priemerných hodnôt:

• pre trojvodičové káble 35 kV — 0,12 ohmov / km

• pre trojvodičové káble 3-10 kv-0,07-0,03 ohmov / km

• pre trojvodičové káble do 1 kV-0,06-0,07 ohmov / km

Aktívne vedenie je definované stratou aktívneho výkonu v jeho dielektrikách.

V nadzemných vedeniach všetkých napätí sú straty cez izolátory malé aj v oblastiach s veľmi znečisteným vzduchom, takže sa s nimi nepočíta.

V nadzemných vedeniach s napätím 110 kV a vyšším sa za určitých podmienok na drôtoch objavuje koróna v dôsledku intenzívnej ionizácie vzduchu obklopujúceho drôt a sprevádzaná fialovou žiarou a charakteristickým praskaním. Drôtená koruna je obzvlášť intenzívna vo vlhkom počasí. Najradikálnejším prostriedkom na zníženie strát energie v koróne je zväčšenie priemeru vodiča, pretože so zväčšovaním sa znižuje sila elektrického poľa a tým aj ionizácia vzduchu v blízkosti vodiča.

Pre vedenia 110 kV by mal byť priemer vodiča z korónových podmienok najmenej 10-11 mm (vodiče AC-50 a M-70), pre vedenia 154 kV - najmenej 14 mm (vodič AC-95) a pre vedenie 220 kV — nie menej ako 22 mm (vodič AC -240).

Straty činného výkonu pre korónu vo vodičoch nadzemných vedení 110-220 kV určeného a veľkého priemeru vodiča sú zanedbateľné (desiatky kilowattov na 1 km dĺžky vedenia), preto sa pri výpočtoch neberú do úvahy.

V vedeniach 330 a 500 kV sa používajú dva alebo tri vodiče na fázu, čo, ako už bolo uvedené, zodpovedá zväčšeniu priemeru vodiča, v dôsledku čoho je sila elektrického poľa v blízkosti vodičov výrazne vyššia. znížené a vodiče mierne skorodovali.

V káblových vedeniach 35 kV a menej sú straty výkonu v dielektrikách malé a tiež sa neberú do úvahy. V káblových vedeniach s napätím 110 kV a viac dosahujú dielektrické straty niekoľko kilowattov na 1 km dĺžky.

Kapacitné vedenie vedenia v dôsledku kapacity medzi vodičmi a medzi vodičmi a zemou.

S presnosťou dostatočnou na praktické výpočty možno kapacitnú vodivosť trojfázového nadzemného vedenia určiť podľa vzorca

kde C0 je pracovná kapacita linky; ω — uhlová frekvencia striedavého prúdu; acp a d – pozri vyššie.

V tomto prípade sa neberie do úvahy vodivosť pôdy a hĺbka návratu prúdu do zeme a predpokladá sa, že vodiče sú preskupené pozdĺž vedenia.

Pre káble je pracovná kapacita určená podľa údajov z výroby.

Lineárna vodivosť l km

Prítomnosť kapacity vo vedení spôsobuje tok kapacitných prúdov. Kapacitné prúdy sú 90° pred príslušnými fázovými napätiami.

V reálnych vedeniach s konštantnými kapacitnými prúdmi rovnomerne rozloženými po dĺžke nie sú kapacitné prúdy rovnomerné po dĺžke vedenia, pretože napätie na vedení nie je konštantné.

Kapacitný prúd na začiatku vedenia prijímajúci jednosmerné napätie

kde Uph je napätie vo fáze vedenia.

Kapacitný výkon vedenia (výkon generovaný vedením)

kde U je medzifázové napätie, sq.

Z tretieho vzorca vyplýva, že kapacitná vodivosť vedenia málo závisí od vzdialenosti medzi vodičmi a priemeru vodičov. Výkon generovaný vedením je vysoko závislý od sieťového napätia. Pre nadzemné vedenie 35 kV a nižšie je veľmi malé. Pre vedenie 110 kV s dĺžkou 100 km je Qc≈3 Mvar. Pre vedenie 220 kV s dĺžkou 100 km je Qc≈13 Mvar. Rozdelenie vodičov zvyšuje kapacitu linky.

Kapacitné prúdy káblových sietí sa berú do úvahy iba pri napätiach 20 kV a vyšších.