Мещеряков І.І. Електричний розрахунок розімкнутої електричної мережі за допустимою втратою напруги - файл n1.doc
1.1. Основні параметри лінії електропередач
У загальному випадку лінія електропередачі характеризується чотирма основними параметрами: активним та реактивним опорами, а також активною та реактивною провідностями. Теоретично будь-яка лінія повинна розглядатися такою, що перебуває на нескінченно великої кількості рівномірно розподілених уздовж неї активних і реактивних опорів і провідностей і відповідно до рисунка 1.1.
Малюнок 1.1? Схема заміщення лінії з розподіленими
параметрами На практиці здебільшого обмежуються схемами заміщення лінії із зосередженими параметрами (відповідно до малюнку 1.2).
Малюнок 1.2? Схема заміщення лінії із зосередженими параметрамиАктивний опірпроводів лінії в загальному випадку залежить не тільки від питомого опору матеріалу, але і від його температури, конструкції частоти струму, що протікає. Для проводів із кольорового металу поверхневий ефект при частоті 50 Гц проявляється незначно, і активний опір приблизно можна вважати рівним омічному, незалежному від величини та частоти струму. Опір проводу змінюється зі зміною його температури, яка залежить від величини робочого струму, і температури навколишнього середовища. Однак у практичних розрахунках ліній електропередач вплив зміни температури врахувати неможливо. Тому, враховуючи, що основним розрахунковим режимом зазвичай є режим нормального навантаження, за розрахункову температуру близько +20 про С.
Приблизно для цих умов з урахуванням скручування активний опір 1 км дроту з кольорового металу вважають не залежним від величини струму і обернено пропорційним перерізу та питомої провідності матеріалу:
Ом/км (1.1)
де F - переріз дроту, мм 2;
– питома провідність матеріалу, що дорівнює 32 м/(Ом мм 2 )для алюмінію 53 м/(Ом мм 2 )для міді.
Цю ж формулу можна використовувати при визначенні активного опору сталеалюмінієвого дроту, але при цьому переріз і провідність сталевого осердя не враховуються.
Активний опір сталевого дроту істотно залежить від величини струму. Це пояснюється не лише підвищеним омічним опором матеріалу, але й тим, що магнітне поле всередині дроту викликає поверхневий ефект, а також додаткові втрати електроенергії на гістерезис та вихрові струми. Залежність активного опору сталевого дроту від струму нелінійна, є складною функцією математичної формулою не виражаються, а визначаються за таблицями (див. додаток, таблиця 11).
Реактивне (індуктивне)опірліній обумовлено змінним електромагнітним полем, що виникає навколо дроту лінії електропередачі при протіканні по них змінного струму.
З курсу електротехніки відомо, що середнє значення еквівалентної індуктивності будь-якого з трьох паралельно прокладених проводів довгою , з радіусом і відстанню між осями Д1, Д2 і Д3 (рисунок 1.3) при транспозиції проводів через рівні інтервали вздовж лінії виражається формулою:
Гн, (1.2)
де Гн/м – магнітна постійна для вакууму;
- Відносна магнітна проникність матеріалу дроту;
- Середня геометрична відстань між проводами.
На підставі (1.2) можна визначити індуктивний опір 1 км лінії з проводами з кольорового металу () при частоті 50 Гц:
(1.3)
З формули 1.3 видно, що опір збільшується зі зростанням відстані між проводами та зменшується ззбільшенням їхнього діаметра. Однак ця залежність логарифмічна та слабо виражена. Отримане вираз справедливо і для сталеалюмінієвих проводів, так як у сталевому осерді струму практично немає.
У повітряних лініях 35 кВ і вище індуктивний опір зазвичай перевищує активний і є основним фактором, що впливає на втрату напруги. Індуктивний опір в кабельних лініях набагато менше, ніж у повітряних, оскільки відстань між жилами кабелю в сотні разів менша, ніж між проводами повітряної лінії. У практичних розрахунках його визначають зазвичай за таблицями залежно від номінального перерізу жил та напруги (див. додаток, таблиця 7).
Індуктивний опір внутрішніх проводок і кабельних ліній до 1000 В визначати та враховувати зазвичай взагалі не доводиться, оскільки воно зневажливо мало в порівнянні з активним опором.
Ніколи не слід нехтувати індуктивним опором сталевих дротів. Воно завжди можна порівняти з активним опором і при цьому залежить від величини струму. Цей опір можна у вигляді суми двох складових:
,
де - Зовнішнє індуктивне опір, що залежить тільки від геометричних розмірів;
- внутрішній індуктивний опір, що залежить від магнітної проникності сталі, а отже, і від величини струму, що протікає.
Зовнішній та внутрішній індуктивний опір сталевих проводів зазвичай визначаються за таблицями (див. додаток, таблиці 5 і 6).
Активна провідністьлінії обумовлена втратами активної енергії від струмів витоку через ізоляцію і повітря при його іонізації, тобто. у разі електричної корони на проводах.
У повітряних лініях струми витоку через ізоляцію в точках кріплення проводівнастільки малі, що ними завжди можна нехтувати. Активна провідність 1 км лінії, викликана іонізацією повітря, може бути підрахована залежно від втрат потужності через корону на проводах:
Див/км, (1.4)
де - Втрата потужності через корону, кВт / мм;
- Нормальна напруга лінії, кВ.
Втрати потужності на корону визначаються з виразу:
кВт/км, (1.5)
де - Відносна щільність повітря;
- Атмосферний тиск, Па (1 мм.рт.ст. = 133,32 Па);
- Радіус дроту, м;
- Відстань між проводами, м;
- Критична лінійна напруга корони, що визначається за формулою:
кВ (1.6)
тут - коефіцієнт негладкості проводів, рівним 0,8-0,85 для кручених проводів і одиниці для гидких однодротяних проводів;
- Коефіцієнт погоди, рівним 0,8-0,85 для поганої погоди (дощ, туман, сніг) та одиниці для хорошої погоди.
Активна провідність повітряної лінії при правильному виборі перерізу проводів за умовами корони зазвичай вважають рівним нулю.
Активна провідність кабельної лінії обумовлюється лише витоками струму через ізоляцію і залежить від конструкції кабелю та характеристики ізоляції. Практично при напругах до 220 кВ активною провідністю кабельних лінії можна також нехтувати, вважаючи рівною нулю.
Реактивна (ємнісна)провідністьобумовлюється ємністю проводів щодо проводів щодо один одного та землі, а отже, залежить від зовнішнього діаметра проводів та відстані між ними. Середня ємність одного з проводів трифазної землі за умови транспозиції через рівні інтервали дорівнює:
Ф (1.7)
де - Електрична постійна, Ф / м;
відносна діелектричнапроникність повітря.
Ємнісна провідність 1 км лінії при частоті 50 Гц визначається з виразу:
Див/км (1.8)
З формули 1.8 видно, що ємнісна провідність лінії зменшується зі збільшенням відстані між провідністю та збільшується зі зростанням їх діаметра. Однак ця залежність, як і для індивідуального опору, логарифмічна та слабко виражена.
У повітряних лініях до 35 кВ кабельних лініях до 10 кВ і всіх електропроводах до 1000 при розрахунках втрат напруги ємнісною провідністю можна нехтувати, так як струми витоку при цих напругах незначні.
Таким чином, у загальному випадку лінія з розподіленими параметрами представляється схемою заміщення у вигляді симетричного П-подібного чотирикутника із зосередженими параметрами відповідно до рисунка 1.2:
(1.9)
та комплексною провідністю
(1.10)
де;
- Довжина лінії, км.
Для ліній, що мають ланцюгів, активний та індуктивний опір буде в раз менше, а активна та індуктивна провідність у раз більше.
В інженерних розрахунках параметри повітряних ліній до 35 кВ та кабельних ліній до 10 кВ можуть бути достатньою точністю представлені тільки комплексним опором.