Опору, провідності і схеми заміщення ліній електромереж
У практичних електричних розрахунках електромереж прийнято рівномірно розподілені постійні лінії замінювати зосередженими постійними: активним r і індуктивним х опорами і активної g і ємнісний b проводимостями. Відповідна цій умові П-образна схема заміщення лінії наведена на рис. 1, а.
При розрахунках місцевих електромереж напругою 35 кв і нижче провідності g і b можна не враховувати і застосовувати більш просту схему заміщення, що складається з послідовно з'єднаних активного і індуктивного опорів (рис. 1, б).
Активний опір лінії визначають за формулою
де l- довжина проводу, м; s - перетин дроту або жили кабелю, ммг # 947; - питома розрахункова провідність матеріалу, м / ом-мм2.
Мал. 1. Схеми заміщення ліній: а - для районних електромереж; б - для місцевих електромереж.
Середнє розрахункове значення питомої провідності при температурі 20 ° С для однодротових і багатодротяних проводів з урахуванням їх фактичного перетину і збільшення довжини при скрутці багатодротяних проводів одно для міді 53 м / ом # 8729; мм2, для алюмінію 32 м / ом # 8729; мм2.
Активний опір сталевих дротів не постійно. При збільшенні струму по дроту зростає поверхневий ефект, а отже, збільшується активний опір проводу. Активний опір сталевих дротів визначають за експериментальними кривими або таблиць в залежності від величини протікає по ним струму.
Індуктивний опір лінії. Якщо лінія трифазного струму виконана з перестановкою (транспозицией) проводів, то при частоті 50 гц індуктивний опір фази на 1 км довжини лінії можна Визначити за формулою
де: АСР - середнє геометричне відстань між осями проводів
а1, а2 і а3 - відстані між осями проводів різних фаз, d - зовнішній діаметр проводів, що приймається за таблицями ГОСТ на дроти; # 956; - відносна магнітна проникність металу дроти; для проводів з кольорового металу # 956; = 1; х'0 - зовнішнє індуктивний опір лінії, обумовлене магнітним потоком поза дроти; х "0 - внутрішнє індуктивне опір лінії, обумовлене магнітним потоком, замикається всередині дроти.
Індуктивний опір лінії довжиною l км
Індуктивні опору х0 повітряних ліній з проводами з кольорового металу становлять в середньому 0,33-0,42 ом / км.
Повітряних ліній електропередачі 330-500 кв для зниження втрат на корону (див. Нижче) виконують не одним багатодротовими проводом великого діаметра, а двома-трьома Сталеалюмінієвий проводами на фазу, розташованими на невеликій відстані один від одного. При цьому індуктивний опір лінії істотно знижується. На рис. 2 показано подібне виконання фази лінії 500 кв, де три дроти розташовані по вершинах рівностороннього трикутника зі сторонами 40 см. Провід фази скріплені кількома жорсткими розтяжками в прольоті.
Застосування декількох проводів на фазу еквівалентно збільшенню діаметра дроту, що веде до зменшення індуктивного опору лінії. Останнє можна підрахувати по другій формулі, розділивши другий член її правій частині на п і підставивши замість зовнішнього діаметра d дроту еквівалентний діаметр d е визначений за формулою
де n - число проводів в одній фазі лінії; асp-середнє геометричне відстань між проводами однієї фази.
При двох проводах на фазу індуктивний опір лінії знижується приблизно на 15-20%, а при трьох проводах-на 25-30%.
Сумарне перетин проводів фази одно необхідному розрахунковому перетину, останнім ніби поділяють на два-три дроти, тому такі лінії прийнято умовно називати лініями з розщепленими проводами.
Сталеві дроти володіють значно більшою величиною х0, так як магнітна проникність стали більше одиниці і визначальним є другий член другий формули, т. Е. Внутрішнє індуктивне опір х "0.
Мал. 2. Підвісна гірлянда з трьома розщепленими проводами однієї фази лінії 500 кв.
Внаслідок залежності магнітної проникності сталі від величини протікає по дроту струму визначення х "0 сталевих дротів досить складно. Тому в практичних розрахунках визначають х" 0 сталевих дротів по кривим або таблицями, отриманими експериментальним шляхом.
Індуктивні опору трьохжильних кабелів можна приймати, виходячи з таких середніх значень:
• для трьохжильних кабелів 35 кв - 0,12 ом / км
• для трьохжильних кабелів 3-10 кВ - 0,07-0,03 ом / км
• для трьохжильних кабелів до 1 кв - 0,06-0,07 ом / км
Активна провідність лінії визначається втратами активної потужності в її діелектриках.
У повітряних лініях всіх напруг втрати через ізолятори невеликі навіть в районах з сильно забрудненим повітрям, тому їх не враховують.
У повітряних лініях напругою 110 кВ і вище за певних умов виникає коронування проводів, обумовлене інтенсивної іонізацією навколишнього провід повітря і супроводжується фіолетовим світінням і характерним потріскуванням. Особливо інтенсивно дроти коронирующим в сиру погоду. Найбільш радикальним засобом зниження втрат потужності на корону є збільшення діаметра дроту, так як зі збільшенням останнього напруженість електричного поля, а отже, і іонізація повітря поблизу проводу зменшуються.
Для ліній 110 кв діаметр проводу з умов корони повинен бути не менше 10- 11 мм (дроти АС-50 і М-70), для ліній 154 кВ - не менше 14 мм (дріт АС-95), а для лінії 220 кВ - не менше 22 мм (дріт АС-240).
Втрати активної потужності на коронування в проводах повітряних ліній 110-220 кв при зазначених і великих діаметрах дротів незначні (десятки кіловат на 1 км довжини лінії), тому в розрахунках їх не враховують.
У лініях 330 і 500 кв застосовують два або три дроти на фазу, що, як зазначалося раніше, еквівалентно збільшенню діаметра дроту, внаслідок чого напруженість електричного поля поблизу проводів значно знижується й проведення коронирующим незначно.
У кабельних лініях 35 кВ і нижче втрати потужності в діелектриках малі і їх також не враховують. У кабельних лініях 110 кВ і вище втрати в діелектрику становлять кілька кіловат на 1 км довжини.
Ємнісна провідність лінії обумовлена ємністю між проводами і між проводами і землею.
З достатньою для практичних розрахунків точністю емкостную провідність трифазної повітряної лінії можна визначати за формулою
де С0 - робоча ємність лінії; # 969; - кутова частота змінного струму; АСР і d - див. вище.
При цьому не враховують провідність грунту і глибину повернення струму в землі і припускають, що на лінії виконана перестановка проводів.
Для кабелів робочу ємність визначають за заводськими даними.
Провідність лінії довжиною l км
Наявність ємності в лінії обумовлює протікання ємнісних струмів. Ємнісні струми випереджають на 90 ° відповідні фазні напруги.
У дійсних лініях з рівномірно розподіленими по довжині постійними ємнісні струми неоднакові уздовж довжини лінії, так як напруга уздовж лінії постійно по величині.
Ємнісний струм на початку лінії в припущенні постійного по величині напруги
де Uф-фазна напруга лінії.
Ємнісна потужність лінії (потужність, що генерується лінією)
де U - міжфазова напруга, кв.
З третьої формули слід, що місткість провідність лінії мало залежить від відстані між проводами і діаметра проводів. Потужність, що генерується лінією, сильно залежить від напруги лінії. Для повітряних ліній 35 кВ і нижче вона дуже мала. Для лінії 110 кв довжиною 100 км Qc≈З Мвар. Для лінії 220 кв довжиною 100 км Qc≈13 Мвар. Наявність розщеплених проводів збільшує ємність лінії.
Ємнісні струми кабельних мереж враховують тільки при напружених 20 кв і вище.