Voimalinjojen resistanssi, johtavuus ja vastaavat piirit

Voimalinjoilla on aktiivinen ja induktiivinen resistanssi sekä aktiivinen ja kapasitiivinen johtavuus, jotka jakautuvat tasaisesti niiden pituudelle.

Sähkönsiirtoverkkojen käytännön sähkölaskelmissa on tapana korvata tasaisesti jakautuneet tasavirtajohdot vakioilla yhdistelmänä: aktiivinen r ja induktiivinen x resistanssi sekä aktiivinen g ja kapasitiivinen b johtavuus. Tätä ehtoa vastaavan U-muotoisen linjan vastaava piiri on esitetty kuvassa. 1, a.

Laskettaessa paikallisia voimansiirtoverkkoja, joiden jännite on 35 kV ja alle johtavuuden g ja b, voit jättää huomiotta ja käyttää yksinkertaisempaa vastaavaa piiriä, joka koostuu sarjaan kytketyistä aktiivisista ja induktiivisista vastuksista (kuva 1, b).

Lineaarinen vastus määritetään kaavalla

missä l on langan pituus, m; s on johdon tai kaapelin sydämen poikkileikkaus, mmg γ on materiaalin ominaisjohtavuus, m / ohm-mm2.

Riisi. 1. Linjojen korvausjärjestelmät: a — alueelliset voimansiirtoverkot; b — paikalliset voimansiirtoverkot.

Yksijohtimien ja monisäikeisten johtojen ominaisjohtavuuden keskimääräinen laskettu arvo lämpötilassa 20 ° C, kun otetaan huomioon niiden todellinen poikkileikkaus ja pituuden kasvu monisäikeisiä johtoja kierrettäessä, on 53 m / ohm ∙ mm2 kuparille, 32 m / ohm ∙ mm2 alumiinille.

Teräslankojen aktiivinen vastus ei ole vakio. Kun virta johdon läpi kasvaa, pintavaikutus kasvaa ja siksi langan aktiivinen vastus kasvaa. Teräslankojen aktiivinen vastus määritetään kokeellisilla käyrillä tai taulukoilla riippuen niiden läpi kulkevan virran arvosta.

Linjan induktiivinen vastus. Jos kolmivaiheinen virtajohto tehdään johtojen uudelleenjärjestelyllä (transponoimalla), niin 50 Hz:n taajuudella 1 km:n linjan pituuden vaiheinduktiivinen vastus voidaan määrittää kaavalla

jossa: asr on johtojen akselien välinen geometrinen keskietäisyys

a1, a2 ja a3 ovat eri vaiheiden johtimien akselien väliset etäisyydet, d on johtimien ulkohalkaisija, jotka on otettu johtimien GOST-taulukoiden mukaan; μ on metallijohtimen suhteellinen magneettinen permeabiliteetti; ei-rautametallilangoille μ = 1; x'0 — johdon ulkoinen induktiivinen vastus, joka johtuu johtimen ulkopuolella olevasta magneettivuosta; x «0 — johdon sisäinen induktiivinen resistanssi johtimen sisällä suljetun magneettivuon takia.

Induktiivinen vastus linjan pituus l km

Ei-rautametallijohtimien ilmajohtojen induktiivinen vastus x0 on keskimäärin 0,33-0,42 ohmia / km.

Linjat, joiden jännite on 330-500 kV koronahäviöiden vähentämiseksi (katso alla), ei suoriteta yhdellä halkaisijaltaan suurella sydämellä, vaan kahdella tai kolmella teräs-alumiinijohtimella vaihetta kohti, jotka sijaitsevat lyhyen etäisyyden päässä toisistaan. Tässä tapauksessa linjan induktiivinen vastus pienenee merkittävästi. Kuvassa Kuvassa 2 on esitetty samanlainen vaihetoteutus 500 kV johdolla, jossa tasasivuisen kolmion, jonka sivut ovat 40 cm, kärkipisteissä on kolme johdinta.Vaihejohtimet on kiinnitetty useilla jäykillä juovoilla poikkileikkaukseen.

Useiden johtimien käyttäminen vaihetta kohden vastaa langan halkaisijan kasvattamista, mikä johtaa johdon induktiivisen vastuksen pienenemiseen. Jälkimmäinen voidaan laskea toisella kaavalla jakamalla sen oikealla puolella oleva toinen termi n:llä ja korvaamalla langan ulkohalkaisijan d sijasta kaavalla määritetty ekvivalenttihalkaisija de

missä n — johtimien lukumäärä linjan yhdessä vaiheessa; acp — yhden vaiheen johtimien välinen geometrinen keskietäisyys.

Kahdella johdolla vaihetta kohti linjan induktiivinen vastus pienenee noin 15-20%, ja kolmella johdolla - 25-30%.

Vaihejohtimien kokonaispoikkipinta-ala on yhtä suuri kuin vaadittu suunnittelupoikkipinta, jälkimmäinen on joka tapauksessa jaettu kahteen tai kolmeen johtimeen, minkä vuoksi tällaisia ​​johtimia kutsutaan perinteisesti jakojohtimiksi.

Teräslangoilla on paljon suurempi x0-arvo, koska magneettinen permeabiliteetti tulee enemmän kuin yksi ja toisen kaavan toinen termi on ratkaiseva, eli sisäinen induktiivinen vastus x «0.

Riisi. 2. 500 neliömetrin yksivaiheinen kolmijohtoinen riippuseppele.

Koska teräksen magneettinen permeabiliteetti on riippuvainen langan läpi kulkevan virran arvosta, on x «0:n määrittäminen teräslangoista melko vaikeaa. Siksi käytännön laskelmissa teräslankojen x» 0 määritetään kokeellisesti saaduista käyristä tai taulukoista.

Kolmijohtimien kaapelien induktiiviset resistanssit voidaan ottaa seuraavien keskiarvojen perusteella:

• kolmijohtimiskaapeleille 35 kV — 0,12 ohmia / km

• kolmijohtimiskaapeleille 3-10 kv-0,07-0,03 ohmia / km

• kolmijohtimiskaapeleille 1 kV - 0,06 - 0,07 ohmia / km asti

Aktiivinen johtavuuslinja määritellään sen eristeiden pätötehon menetyksellä.

Kaikkien jännitteiden ilmajohdoissa eristeiden läpi menevät häviöt ovat pieniä jopa erittäin saastuneilla alueilla, joten niitä ei oteta huomioon.

Ilmajohdoissa, joiden jännite on 110 kV ja enemmän, tietyissä olosuhteissa johtoihin ilmaantuu koronaa johtuen johtoa ympäröivän ilman voimakkaasta ionisaatiosta ja siihen liittyy violetti hehku ja tyypillinen rätinä. Lankakruunu on erityisen intensiivinen märällä säällä. Radikaalein tapa vähentää tehohäviöitä koronaan on kasvattaa johtimen halkaisijaa, koska viimeksi mainitun kasvaessa sähkökentän voimakkuus ja siten johtimen lähellä olevan ilman ionisaatio pienenee.

110 kV linjoilla johtimen halkaisijan koronaolosuhteista tulee olla vähintään 10-11 mm (johtimet AC-50 ja M-70), 154 kV linjoilla - vähintään 14 mm (johdin AC-95) ja 220 kV linjalle - vähintään 22 mm (johdin AC -240).

Koronan aktiiviset tehohäviöt määritellyn ja suuren johdinhalkaisijan omaavissa 110-220 kV ilmajohtojen johtimissa ovat merkityksettömiä (kymmeniä kilowatteja 1 km linjan pituutta kohti), joten niitä ei oteta huomioon laskelmissa.

330 ja 500 kV linjoissa käytetään kahta tai kolmea johdinta vaihetta kohden, mikä, kuten aiemmin mainittiin, vastaa johtimen halkaisijan kasvua, jonka seurauksena sähkökentän voimakkuus johtimien lähellä on merkittävästi vähentynyt ja johtimet ovat hieman syöpyneet.

35 kV:n ja sitä alhaisemmissa kaapelilinjoissa eristeiden tehohäviöt ovat pieniä, eikä niitä myöskään oteta huomioon. Kaapelilinjoissa, joiden jännite on 110 kV ja enemmän, dielektriset häviöt ovat useita kilowatteja 1 km pituutta kohti.

Johdon kapasitiivinen johtuminen johtimien välisen sekä johtimien ja maan välisen kapasitanssin vuoksi.

Käytännön laskelmiin riittävällä tarkkuudella kolmivaiheisen ilmajohdon kapasitiivinen johtavuus voidaan määrittää kaavalla

missä C0 on linjan työkyky; ω — vaihtovirran kulmataajuus; acp ja d – katso yllä.

Tässä tapauksessa maaperän johtavuutta ja virran palautuksen syvyyttä maahan ei oteta huomioon, ja oletetaan, että johtimet on järjestetty uudelleen linjaa pitkin.

Kaapeleiden käyttökyky määräytyy tehdastietojen mukaan.

Lineaarinen johtavuus l km

Kapasitanssin läsnäolo johdossa aiheuttaa kapasitiivisten virtojen virtauksen. Kapasitiiviset virrat ovat 90° edellä vastaavia vaihejännitteitä.

Todellisissa linjoissa, joissa vakiokapasitiiviset virrat jakautuvat tasaisesti pitkin pituutta, kapasitiiviset virrat eivät ole tasaisia ​​pitkin johdon pituutta, koska johdon yli oleva jännite ei ole suuruudeltaan vakio.

Kapasitiivinen virta johdon alussa, joka hyväksyy tasajännitteen

jossa Uph on linjan vaihejännite.

Kapasitiivinen linjateho (linjan tuottama teho)

jossa U on vaiheiden välinen jännite, sq.

Kolmannesta kaavasta seuraa, että johdon kapasitiivinen johtavuus riippuu vähän johtimien välisestä etäisyydestä ja johtimien halkaisijasta. Linjan tuottama teho riippuu suuresti verkkojännitteestä. Ilmajohdoille 35 kV ja sitä alhaisemmat se on hyvin pieni. 110 kV linjalle, jonka pituus on 100 km, Qc≈3 Mvar. 220 kV linjalle, jonka pituus on 100 km, Qc≈13 Mvar. Jaetut johdot lisäävät linjan kapasiteettia.

Kaapeliverkkojen kapasitiiviset virrat huomioidaan vain 20 kV:n ja sitä suuremmilla jännitteillä.