Otpor, vodljivost i nadomjesni krugovi vodova

Električni vodovi imaju aktivni i induktivni otpor te aktivnu i kapacitivnu vodljivost ravnomjerno raspoređene duž svoje duljine.

U praktičnim električnim proračunima mreža za prijenos električne energije, uobičajeno je zamijeniti ravnomjerno raspoređene istosmjerne vodove konstantama u kombinaciji: aktivni r i induktivni x otpor te aktivna g i kapacitivna b vodljivost. Ekvivalentni krug voda u obliku slova U koji odgovara ovom stanju prikazan je na sl. 1, a.

Pri proračunu lokalnih mreža za prijenos električne energije s naponom od 35 kV i ispod vodljivosti g i b, možete zanemariti i koristiti jednostavniji ekvivalentni krug koji se sastoji od serijski povezanih aktivnih i induktivnih otpora (slika 1, b).

Linearni otpor se određuje formulom

gdje je l duljina žice, m; s je poprečni presjek jezgre žice ili kabela, mmg γ je specifična proračunska vodljivost materijala, m / ohm-mm2.

Riža. 1. Sheme zamjene vodova: a — za regionalne mreže za prijenos električne energije; b — za lokalne mreže za prijenos električne energije.

Prosječna izračunata vrijednost specifične vodljivosti pri temperaturi od 20 ° C za jednožilne i višežilne žice, uzimajući u obzir njihov stvarni presjek i povećanje duljine pri uvijanju višežilnih žica, iznosi 53 m / ohm ∙ mm2 za bakar, 32 m / ohm ∙ mm2 za aluminij.

Aktivni otpor čeličnih žica nije konstantan. Kako struja kroz žicu raste, površinski učinak se povećava, a time i aktivni otpor žice. Djelatni otpor čeličnih žica određuje se eksperimentalnim krivuljama ili tablicama, ovisno o vrijednosti struje koja njima teče.

Induktivni otpor linije. Ako se trofazni strujni vod izvodi s preuređivanjem (transpozicijom) žica, tada se pri frekvenciji od 50 Hz induktivni otpor faze od 1 km duljine voda može odrediti formulom

gdje je: asr srednja geometrijska udaljenost između osi žica

a1, a2 i a3 su udaljenosti između osi vodiča različitih faza, d je vanjski promjer vodiča prema GOST tablicama za vodiče; μ je relativna magnetska permeabilnost metalnog vodiča; za žice od obojenih metala μ = 1; x'0 — vanjski induktivni otpor voda zbog magnetskog toka izvan vodiča; x «0 — unutarnji induktivni otpor voda zbog magnetskog toka koji je zatvoren unutar vodiča.

Induktivni otpor po dužini voda l km

Induktivni otpor x0 nadzemnih vodova s ​​vodičima od obojenih metala u prosjeku je 0,33-0,42 ohma / km.

Vodovi s naponom od 330-500 kV za smanjenje koronarnih gubitaka (vidi dolje) izvode se ne s jednom jezgrom velikog promjera, već s dva ili tri čelično-aluminijska vodiča po fazi, koji se nalaze na maloj udaljenosti jedan od drugog. U tom slučaju, induktivni otpor voda je značajno smanjen. Na sl. Slika 2 prikazuje sličnu izvedbu faze na vodu od 500 kV, gdje su tri vodiča smještena na vrhovima jednakostraničnog trokuta sa stranicama od 40 cm Fazni vodiči su fiksirani s nekoliko krutih pruga u presjeku.

Korištenje više žica po fazi jednako je povećanju promjera žice, što dovodi do smanjenja induktivnog otpora voda. Potonji se može izračunati pomoću druge formule, dijeleći drugi član na njegovoj desnoj strani s n i zamjenjujući umjesto vanjskog promjera d žice, ekvivalentni promjer de određen formulom

gdje je n - broj vodiča u jednoj fazi linije; acp — srednja geometrijska udaljenost između vodiča jedne faze.

S dvije žice po fazi, induktivni otpor linije smanjuje se za oko 15-20%, a s tri žice - za 25-30%.

Ukupni presjek faznih vodiča jednak je potrebnom projektiranom presjeku, a potonji je ionako podijeljen na dva ili tri vodiča, zbog čega se takvi vodovi konvencionalno nazivaju vodovi s razdvojenim vodičima.

Čelične žice imaju puno veću x0 vrijednost jer magnetska permeabilnost postati više od jedan i odlučujući je drugi član druge formule, odnosno unutarnji induktivni otpor x «0.

Riža. 2. Viseći vijenac od 500 četvornih metara, jednofazni, tri razdvojene žice.

Zbog ovisnosti magnetske permeabilnosti čelika o vrijednosti struje koja teče kroz žicu, vrlo je teško odrediti x «0 iz čeličnih žica. Stoga se u praktičnim proračunima x» 0 čeličnih žica određuje iz krivulja ili tablica dobivenih pokusom.

Induktivni otpori trožilnih kabela mogu se uzeti na temelju sljedećih prosječnih vrijednosti:

• za trožilne kabele 35 kV — 0,12 ohma / km

• za trožilne kabele 3-10 kv-0,07-0,03 ohma / km

• za trožilne kabele do 1 kV-0,06-0,07 ohma / km

Aktivni vodljivi vod definiran je gubitkom djelatne snage u njegovim dielektricima.

U nadzemnim vodovima svih napona gubici kroz izolatore su mali čak iu područjima s jako onečišćenim zrakom, pa se ne uzimaju u obzir.

U nadzemnim vodovima napona 110 kV i više, pod određenim uvjetima, na žicama se pojavljuje korona, zbog intenzivne ionizacije zraka koji okružuje žicu i praćena ljubičastim sjajem i karakterističnim pucketanjem. Žičana kruna posebno je intenzivna po vlažnom vremenu. Najradikalniji način smanjenja gubitaka snage u koroni je povećanje promjera vodiča, jer kako se potonji povećava, smanjuje se jakost električnog polja, a time i ionizacija zraka u blizini vodiča.

Za vodove 110 kV promjer vodiča iz koronskih uvjeta trebao bi biti najmanje 10-11 mm (vodiči AC-50 i M-70), za vodove 154 kV - najmanje 14 mm (vodič AC-95), a za liniju 220 kV - ne manje od 22 mm (vodič AC -240).

Gubici aktivne snage za koronu u vodičima nadzemnih vodova 110-220 kV navedenog i velikog promjera vodiča su beznačajni (desetci kilovata po 1 km duljine vodova), pa se ne uzimaju u obzir u proračunima.

U vodovima 330 i 500 kV koriste se dva ili tri vodiča po fazi, što je, kao što je ranije spomenuto, ekvivalentno povećanju promjera vodiča, zbog čega je jakost električnog polja u blizini vodiča značajno smanjena. smanjen, a vodiči su malo korodirali.

U kabelskim vodovima od 35 kV i niže, gubici snage u dielektricima su mali i također se ne uzimaju u obzir. U kabelskim vodovima napona 110 kV i više dielektrični gubici iznose nekoliko kilovata po 1 km duljine.

Kapacitivno provođenje voda zbog kapaciteta između vodiča i između vodiča i zemlje.

S točnošću dovoljnom za praktične izračune, kapacitivna vodljivost trofaznog nadzemnog voda može se odrediti formulom

gdje je C0 radni kapacitet linije; ω — kutna frekvencija izmjenične struje; acp i d — vidi gore.

U ovom slučaju se ne uzimaju u obzir vodljivost tla i dubina povratka struje u zemlju, a pretpostavlja se da su vodiči preuređeni duž linije.

Za kabele se radni kapacitet određuje prema tvorničkim podacima.

Linearna vodljivost l km

Prisutnost kapacitivnosti u liniji uzrokuje protok kapacitivnih struja. Kapacitivne struje su 90° ispred odgovarajućih faznih napona.

U stvarnim vodovima s konstantnim kapacitivnim strujama jednoliko raspoređenim po duljini, kapacitivne struje nisu jednolike po duljini voda jer napon preko voda nije konstantne veličine.

Kapacitivna struja na početku linije koja prihvaća istosmjerni napon

gdje je Uph fazni napon linije.

Kapacitivna snaga linije (snaga koju stvara linija)

gdje je U međufazni napon, sq.

Iz treće formule proizlazi da kapacitivna vodljivost voda malo ovisi o udaljenosti vodiča i promjeru vodiča. Snaga koju stvara linija uvelike ovisi o naponu mreže. Za nadzemne vodove 35 kV i ispod je vrlo mali. Za vod 110 kV duljine 100 km, Qc≈3 Mvar. Za vod 220 kV duljine 100 km Qc≈13 Mvar. Razdvojene žice povećavaju kapacitet linije.

Kapacitivne struje kabelskih mreža uzimaju se u obzir samo pri naponu od 20 kV i više.