Rezistența, conductanța și circuitele echivalente ale liniilor electrice

Liniile electrice au rezistență activă și inductivă și conductanță activă și capacitivă distribuite uniform pe lungimea lor.

În calculele electrice practice ale rețelelor de transport de putere, se obișnuiește înlocuirea liniilor de curent continuu distribuite uniform cu constante în combinație: r activ și rezistență inductivă x și conductivitate activă g și capacitivă b. Circuitul echivalent al unei linii în formă de U care corespunde acestei condiții este prezentat în Fig. 1, a.

La calcularea rețelelor locale de transmisie a energiei cu o tensiune de 35 kV și sub conductivitatea g și b, puteți ignora și utiliza un circuit echivalent mai simplu format din rezistențe active și inductive conectate în serie (Fig. 1, b).

Rezistența liniară este determinată de formulă

unde l este lungimea firului, m; s este secțiunea transversală a firului sau a miezului cablului, mmg γ este conductivitatea de proiectare specifică a materialului, m / ohm-mm2.

Orez. 1. Scheme de înlocuire a liniilor: a — pentru rețelele regionale de transport a energiei; b — pentru rețelele locale de transport de energie.

Valoarea medie calculată a conductivității specifice la o temperatură de 20 ° C pentru firele cu un singur conductor și cu mai multe fire, ținând cont de secțiunea transversală reală a acestora și de creșterea lungimii la răsucirea firelor cu mai multe fire, este de 53 m / ohm. ∙ mm2 pentru cupru, 32 m / ohm ∙ mm2 pentru aluminiu.

Rezistența activă a firelor de oțel nu este constantă. Pe măsură ce curentul prin fir crește, efectul de suprafață crește și, prin urmare, crește rezistența activă a firului. Rezistența activă a firelor de oțel este determinată de curbe sau tabele experimentale, în funcție de valoarea curentului care circulă prin acestea.

Rezistență inductivă de linie. Dacă o linie de curent trifazat este realizată cu o rearanjare (transpunere) de fire, atunci la o frecvență de 50 Hz, rezistența inductivă de fază de 1 km din lungimea liniei poate fi determinată prin formula

unde: asr este distanța medie geometrică dintre axele firelor

a1, a2 și a3 sunt distanțele dintre axele conductorilor diferitelor faze, d este diametrul exterior al conductorilor luat conform tabelelor GOST pentru conductori; μ este permeabilitatea magnetică relativă a conductorului metalic; pentru fire din metale neferoase μ = 1; x'0 — rezistența inductivă externă a liniei datorită fluxului magnetic din exteriorul conductorului; x «0 — rezistența inductivă internă a liniei datorită fluxului magnetic care este închis în interiorul conductorului.

Rezistență inductivă pe lungimea liniei l km

Rezistența inductivă x0 a liniilor aeriene cu conductori din metale neferoase este în medie de 0,33-0,42 ohmi/km.

Liniile cu o tensiune de 330-500 kV pentru reducerea pierderilor coronale (vezi mai jos) se execută nu cu un miez de diametru mare, ci cu doi sau trei conductori oțel-aluminiu pe fază, amplasați la mică distanță unul de celălalt. În acest caz, rezistența inductivă a liniei este redusă semnificativ. În fig. 2 prezintă o implementare similară a unei faze pe o linie de 500 kV, unde trei conductoare sunt amplasate la vârfurile unui triunghi echilateral cu laturile de 40 cm.Conductoarele de fază sunt fixate cu mai multe striuri rigide în secțiune.

Utilizarea mai multor fire pe fază echivalează cu creșterea diametrului firului, ceea ce duce la o scădere a rezistenței inductive a liniei. Acesta din urmă poate fi calculat folosind cea de-a doua formulă, împărțind al doilea termen din partea dreaptă cu n și înlocuind în locul diametrului exterior d al firului, diametrul echivalent de determinat prin formula

unde n — numărul de conductori dintr-o fază a liniei; acp — distanța medie geometrică dintre conductorii unei faze.

Cu două fire pe fază, rezistența inductivă a liniei scade cu aproximativ 15-20%, iar cu trei fire - cu 25-30%.

Secțiunea transversală totală a conductoarelor de fază este egală cu secțiunea transversală de proiectare necesară, aceasta din urmă fiind oricum împărțită în doi sau trei conductori, motiv pentru care astfel de linii sunt numite în mod convențional linii cu conductor divizat.

Firele de oțel au o valoare x0 mult mai mare deoarece permeabilitatea magnetică devin mai mult de unu și al doilea termen al celei de-a doua formule este decisiv, adică rezistența inductivă internă x «0.

Orez. 2. 500 de metri pătrați ghirlandă agățată cu trei sârme despicate monofazată.

Datorită dependenței permeabilității magnetice a oțelului de valoarea curentului care curge prin sârmă, este destul de dificil să se determine x «0 din firele de oțel. Prin urmare, în calculele practice, x» 0 a firelor de oțel se determină din curbele sau tabelele obținute experimental.

Rezistențele inductive ale cablurilor cu trei fire pot fi luate pe baza următoarelor valori medii:

• pentru cabluri cu trei fire 35 kV — 0,12 ohmi / km

• pentru cabluri cu trei fire 3-10 kv-0,07-0,03 ohmi/km

• pentru cabluri cu trei fire de până la 1 kV-0,06-0,07 ohmi/km

O linie de conducție activă este definită de pierderea puterii active în dielectricii săi.

În liniile aeriene de toate tensiunile, pierderile prin izolatoare sunt mici chiar și în zonele cu aer foarte poluat, deci nu sunt luate în considerare.

În liniile aeriene cu o tensiune de 110 kV și mai sus, în anumite condiții, corona apare pe fire, datorită ionizării intense a aerului care înconjoară firul și însoțită de o strălucire violetă și un trosnet caracteristic. Coroana de sârmă este deosebit de intensă pe vreme umedă. Cel mai radical mijloc de reducere a pierderilor de putere la coroană este creșterea diametrului conductorului, deoarece pe măsură ce acesta din urmă crește, puterea câmpului electric și, prin urmare, ionizarea aerului din apropierea conductorului scade.

Pentru liniile de 110 kV, diametrul conductorului din condițiile corona ar trebui să fie de cel puțin 10-11 mm (conductori AC-50 și M-70), pentru liniile de 154 kV - cel puțin 14 mm (conductorul AC-95) și pentru linia de 220 kV — nu mai puțin de 22 mm (conductor AC -240).

Pierderile de putere activă pentru corona în conductoarele de linii aeriene de 110-220 kV cu diametrul conductorului specificat și mare sunt nesemnificative (zeci de kilowați pe 1 km de lungime a liniei), prin urmare nu sunt luate în considerare în calcule.

În liniile de 330 și 500 kV se folosesc doi sau trei conductori pe fază, ceea ce, după cum am menționat mai devreme, echivalează cu o creștere a diametrului conductorului, în urma căreia puterea câmpului electric în apropierea conductorilor este semnificativ. reduse, iar conductorii s-au corodat ușor.

În liniile de cablu de 35 kV și mai jos, pierderile de putere în dielectrice sunt mici și, de asemenea, nu sunt luate în considerare. În liniile de cablu cu o tensiune de 110 kV și mai mult, pierderile dielectrice se ridică la câțiva kilowați pe 1 km de lungime.

Conducția capacitivă a liniei datorită capacității dintre conductori și între conductori și masă.

Cu o precizie suficientă pentru calcule practice, conductanța capacitivă a unei linii aeriene trifazate poate fi determinată prin formula

unde C0 este capacitatea de lucru a liniei; ω — frecvența unghiulară a curentului alternativ; acp și d — vezi mai sus.

În acest caz, conductivitatea solului și adâncimea de întoarcere a curentului la pământ nu sunt luate în considerare și se presupune că conductoarele sunt rearanjate de-a lungul liniei.

Pentru cabluri, capacitatea de lucru este determinată în funcție de datele din fabrică.

Conductivitate liniară l km

Prezența capacității în linie determină curgerea curenților capacitivi. Curenții capacitivi sunt cu 90° înaintea tensiunilor de fază corespunzătoare.

În liniile reale cu curenți capacitivi constanti distribuiti uniform pe lungime, curenții capacitivi nu sunt uniformi pe lungimea liniei, deoarece tensiunea pe linie nu este constantă ca mărime.

Curent capacitiv la începutul liniei acceptând o tensiune DC

unde Uph este tensiunea fazei de linie.

Putere de linie capacitivă (putere generată de linie)

unde U este tensiunea fază la fază, sq.

Din a treia formulă rezultă că conductivitatea capacitivă a liniei depinde puțin de distanța dintre conductori și diametrul conductorilor. Puterea generată de linie este foarte dependentă de tensiunea liniei. Pentru liniile aeriene 35 kV și mai jos este foarte mic. Pentru o linie de 110 kV cu o lungime de 100 km, Qc≈3 Mvar. Pentru o linie de 220 kV cu o lungime de 100 km, Qc≈13 Mvar. Având fire împărțite crește capacitatea liniei.

Curenții capacitivi ai rețelelor de cablu sunt luați în considerare numai la tensiuni de 20 kV și mai sus.