Αντίσταση, αγωγιμότητα και ισοδύναμα κυκλώματα γραμμών ισχύος
Οι γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας έχουν ενεργή και επαγωγική αντίσταση και ενεργή και χωρητική αγωγιμότητα ομοιόμορφα κατανεμημένη σε όλο το μήκος τους.
Στους πρακτικούς ηλεκτρικούς υπολογισμούς των δικτύων μεταφοράς ισχύος, είναι σύνηθες να αντικαθίστανται ομοιόμορφα κατανεμημένες γραμμές DC με σταθερές σε συνδυασμό: ενεργή r και επαγωγική αντίσταση x και ενεργή g και χωρητική αγωγιμότητα b. Το ισοδύναμο κύκλωμα μιας γραμμής σχήματος U που αντιστοιχεί σε αυτή την συνθήκη φαίνεται στο Σχ. 1, α.
Κατά τον υπολογισμό τοπικών δικτύων μεταφοράς ισχύος με τάση 35 kV και κάτω από την αγωγιμότητα g και b, μπορείτε να αγνοήσετε και να χρησιμοποιήσετε ένα απλούστερο ισοδύναμο κύκλωμα που αποτελείται από ενεργές και επαγωγικές αντιστάσεις συνδεδεμένες σε σειρά (Εικ. 1, b).
Η γραμμική αντίσταση καθορίζεται από τον τύπο
όπου l είναι το μήκος του σύρματος, m; s είναι η διατομή του πυρήνα σύρματος ή καλωδίου, mmg γ είναι η ειδική σχεδιαστική αγωγιμότητα του υλικού, m / ohm-mm2.
Ρύζι. 1. Σχέδια αντικατάστασης γραμμών: α — για περιφερειακά δίκτυα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. β — για τοπικά δίκτυα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας.
Η μέση υπολογισμένη τιμή της ειδικής αγωγιμότητας σε θερμοκρασία 20 ° C για μονοπύρηνα και πολυπύρηνα σύρματα, λαμβανομένης υπόψη της πραγματικής διατομής τους και της αύξησης του μήκους κατά τη συστροφή των καλωδίων πολλαπλών πυρήνων, είναι 53 m / ohm ∙ mm2 για χαλκό, 32 m / ohm ∙ mm2 για αλουμίνιο.
Η ενεργός αντίσταση των χαλύβδινων συρμάτων δεν είναι σταθερή. Καθώς το ρεύμα διαμέσου του σύρματος αυξάνεται, το επιφανειακό αποτέλεσμα αυξάνεται και επομένως η ενεργή αντίσταση του σύρματος αυξάνεται. Η ενεργός αντίσταση των χαλύβδινων συρμάτων προσδιορίζεται από πειραματικές καμπύλες ή πίνακες, ανάλογα με την τιμή του ρεύματος που διαρρέει από αυτά.
Επαγωγική αντίσταση γραμμής. Εάν μια τριφασική γραμμή ρεύματος κατασκευάζεται με αναδιάταξη (μεταφορά) καλωδίων, τότε σε συχνότητα 50 Hz, η επαγωγική αντίσταση φάσης 1 km του μήκους της γραμμής μπορεί να προσδιοριστεί από τον τύπο
όπου: asr είναι η γεωμετρική μέση απόσταση μεταξύ των αξόνων των συρμάτων
a1, a2 και a3 είναι οι αποστάσεις μεταξύ των αξόνων των αγωγών διαφορετικών φάσεων, d είναι η εξωτερική διάμετρος των αγωγών που λαμβάνονται σύμφωνα με τους πίνακες GOST για αγωγούς. μ είναι η σχετική μαγνητική διαπερατότητα του μεταλλικού αγωγού. για σύρματα από μη σιδηρούχα μέταλλα μ = 1; x'0 — εξωτερική επαγωγική αντίσταση της γραμμής λόγω της μαγνητικής ροής έξω από τον αγωγό. x «0 — εσωτερική επαγωγική αντίσταση της γραμμής λόγω της μαγνητικής ροής που είναι κλειστή μέσα στον αγωγό.
Επαγωγική αντίσταση ανά μήκος γραμμής l km
Η επαγωγική αντίσταση x0 των εναέριων γραμμών με αγωγούς μη σιδηρούχων μετάλλων είναι κατά μέσο όρο 0,33-0,42 ohms / km.
Οι γραμμές με τάση 330-500 kV για τη μείωση των απωλειών στέμματος (βλ. παρακάτω) εκτελούνται όχι με έναν πυρήνα μεγάλης διαμέτρου, αλλά με δύο ή τρεις αγωγούς χάλυβα-αλουμινίου ανά φάση, που βρίσκονται σε μικρή απόσταση ο ένας από τον άλλο. Σε αυτή την περίπτωση, η επαγωγική αντίσταση της γραμμής μειώνεται σημαντικά. Στο σχ. Το σχήμα 2 δείχνει μια παρόμοια υλοποίηση μιας φάσης σε μια γραμμή 500 kV, όπου τρεις αγωγοί βρίσκονται στις κορυφές ενός ισόπλευρου τριγώνου με πλευρές 40 εκ. Οι αγωγοί φάσης είναι στερεωμένοι με πολλές άκαμπτες ραβδώσεις στο τμήμα.
Η χρήση πολλαπλών συρμάτων ανά φάση ισοδυναμεί με αύξηση της διαμέτρου του σύρματος, η οποία οδηγεί σε μείωση της επαγωγικής αντίστασης της γραμμής. Ο τελευταίος μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον δεύτερο τύπο, διαιρώντας τον δεύτερο όρο στη δεξιά πλευρά του με το n και αντικαθιστώντας αντί της εξωτερικής διαμέτρου d του σύρματος, την ισοδύναμη διάμετρο που καθορίζεται από τον τύπο
όπου n — ο αριθμός των αγωγών σε μία φάση της γραμμής. acp — γεωμετρική μέση απόσταση μεταξύ αγωγών μιας φάσης.
Με δύο καλώδια ανά φάση, η επαγωγική αντίσταση της γραμμής μειώνεται κατά περίπου 15-20%, και με τρία καλώδια - κατά 25-30%.
Η συνολική διατομή των αγωγών φάσης είναι ίση με την απαιτούμενη διατομή σχεδιασμού, η τελευταία διαιρείται ούτως ή άλλως σε δύο ή τρεις αγωγούς, γι' αυτό οι γραμμές αυτές ονομάζονται συμβατικά γραμμές διαχωρισμένου αγωγού.
Τα χαλύβδινα σύρματα έχουν πολύ μεγαλύτερη τιμή x0 γιατί μαγνητική διαπερατότητα γίνονται περισσότερα από ένα και ο δεύτερος όρος του δεύτερου τύπου είναι καθοριστικός, δηλαδή η εσωτερική επαγωγική αντίσταση x «0.
Ρύζι. 2. Κρεμαστή γιρλάντα τριών σχιστών συρμάτων 500 τετραγωνικών μέτρων μονοφασική.
Λόγω της εξάρτησης της μαγνητικής διαπερατότητας του χάλυβα από την τιμή του ρεύματος που διαρρέει το σύρμα, είναι αρκετά δύσκολο να προσδιοριστεί το x «0 από τα χαλύβδινα σύρματα. Επομένως, σε πρακτικούς υπολογισμούς, το x» 0 των χαλύβδινων συρμάτων προσδιορίζεται από τις καμπύλες ή τους πίνακες που λαμβάνονται πειραματικά.
Οι επαγωγικές αντιστάσεις των καλωδίων τριών πυρήνων μπορούν να ληφθούν με βάση τις ακόλουθες μέσες τιμές:
• για καλώδια τριών συρμάτων 35 kV — 0,12 ohms / km
• για καλώδια τριών συρμάτων 3-10 kv-0,07-0,03 ohms / km
• για καλώδια τριών συρμάτων έως 1 kV-0,06-0,07 ohms / km
Μια ενεργή γραμμή αγωγιμότητας ορίζεται από την απώλεια ενεργού ισχύος στα διηλεκτρικά της.
Σε εναέριες γραμμές όλων των τάσεων, οι απώλειες μέσω μονωτών είναι μικρές ακόμη και σε περιοχές με πολύ μολυσμένο αέρα, επομένως δεν λαμβάνονται υπόψη.
Σε εναέριες γραμμές με τάση 110 kV και άνω, κάτω από ορισμένες συνθήκες, εμφανίζεται κορώνα στα καλώδια, λόγω του έντονου ιονισμού του αέρα που περιβάλλει το σύρμα και συνοδεύεται από μια βιολετί λάμψη και ένα χαρακτηριστικό κροτάλισμα. Η συρμάτινη κορώνα είναι ιδιαίτερα έντονη σε υγρό καιρό. Το πιο ριζικό μέσο για τη μείωση των απωλειών ισχύος στο στέμμα είναι να αυξηθεί η διάμετρος του αγωγού, επειδή καθώς αυξάνεται ο τελευταίος, η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου και, επομένως, ο ιονισμός του αέρα κοντά στον αγωγό μειώνεται.
Για γραμμές 110 kV, η διάμετρος του αγωγού από τις συνθήκες κορώνας πρέπει να είναι τουλάχιστον 10-11 mm (αγωγοί AC-50 και M-70), για γραμμές 154 kV - τουλάχιστον 14 mm (αγωγός AC-95) και για γραμμή 220 kV — όχι λιγότερο από 22 mm (αγωγός AC -240).
Οι απώλειες ενεργού ισχύος για κορώνα σε αγωγούς εναέριων γραμμών 110-220 kV της καθορισμένης και μεγάλης διαμέτρου αγωγού είναι ασήμαντες (δεκάδες κιλοβάτ ανά 1 km μήκους γραμμής), επομένως δεν λαμβάνονται υπόψη στους υπολογισμούς.
Σε γραμμές 330 και 500 kV χρησιμοποιούνται δύο ή τρεις αγωγοί ανά φάση, που, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ισοδυναμεί με αύξηση της διαμέτρου του αγωγού, με αποτέλεσμα η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου κοντά στους αγωγούς να είναι σημαντικά μειωθεί και οι αγωγοί έχουν διαβρωθεί ελαφρά.
Σε καλωδιακές γραμμές 35 kV και κάτω, οι απώλειες ισχύος στα διηλεκτρικά είναι μικρές και επίσης δεν λαμβάνονται υπόψη. Σε καλωδιακές γραμμές με τάση 110 kV και άνω, οι διηλεκτρικές απώλειες ανέρχονται σε αρκετά κιλοβάτ ανά 1 km μήκους.
Χωρητική αγωγιμότητα της γραμμής λόγω χωρητικότητας μεταξύ αγωγών και μεταξύ αγωγών και γείωσης.
Με ακρίβεια επαρκή για πρακτικούς υπολογισμούς, η χωρητική αγωγιμότητα μιας τριφασικής εναέριας γραμμής μπορεί να προσδιοριστεί από τον τύπο
όπου C0 είναι η ικανότητα εργασίας της γραμμής. ω — γωνιακή συχνότητα εναλλασσόμενου ρεύματος. acp και d — βλέπε παραπάνω.
Σε αυτή την περίπτωση, η αγωγιμότητα του εδάφους και το βάθος της επιστροφής ρεύματος στο έδαφος δεν λαμβάνονται υπόψη και θεωρείται ότι οι αγωγοί έχουν αναδιαταχθεί κατά μήκος της γραμμής.
Για τα καλώδια, η ικανότητα εργασίας προσδιορίζεται σύμφωνα με τα εργοστασιακά δεδομένα.
Γραμμική αγωγιμότητα l km
Η παρουσία χωρητικότητας στη γραμμή προκαλεί τη ροή χωρητικών ρευμάτων. Τα χωρητικά ρεύματα είναι 90° μπροστά από τις αντίστοιχες τάσεις φάσης.
Σε πραγματικές γραμμές με σταθερά χωρητικά ρεύματα ομοιόμορφα κατανεμημένα κατά μήκος, τα χωρητικά ρεύματα δεν είναι ομοιόμορφα κατά μήκος της γραμμής επειδή η τάση στη γραμμή δεν είναι σταθερή σε μέγεθος.
Χωρητικό ρεύμα στην αρχή της γραμμής που δέχεται τάση DC
όπου Uph είναι η τάση φάσης γραμμής.
Χωρητική ισχύς γραμμής (ισχύς που παράγεται από τη γραμμή)
όπου U είναι η τάση φάσης προς φάση, τετρ.
Από τον τρίτο τύπο προκύπτει ότι η χωρητική αγωγιμότητα της γραμμής εξαρτάται ελάχιστα από την απόσταση μεταξύ των αγωγών και τη διάμετρο των αγωγών. Η ισχύς που παράγεται από τη γραμμή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την τάση της γραμμής. Για εναέριες γραμμές 35 kV και κάτω είναι πολύ μικρό. Για γραμμή 110 kV με μήκος 100 km, Qc≈3 Mvar. Για γραμμή 220 kV με μήκος 100 km, Qc≈13 Mvar. Η ύπαρξη διαχωρισμένων καλωδίων αυξάνει τη χωρητικότητα της γραμμής.
Τα χωρητικά ρεύματα των καλωδιακών δικτύων λαμβάνονται υπόψη μόνο σε τάσεις 20 kV και άνω.