Odpor, vodivost a ekvivalentní obvody elektrického vedení

Silová vedení mají aktivní a indukční odpor a aktivní a kapacitní vodivost rovnoměrně rozložená po jejich délce.

V praktických elektrických výpočtech sítí pro přenos energie je obvyklé nahrazovat rovnoměrně rozložená stejnosměrná vedení konstantami v kombinaci: aktivní r a indukční x odpor a aktivní g a kapacitní b vodivost. Ekvivalentní obvod vedení ve tvaru U odpovídající této podmínce je na Obr. 1, a.

Při výpočtu lokálních energetických přenosových sítí s napětím 35 kV a pod vodivostí g a b můžete ignorovat a použít jednodušší náhradní obvod sestávající ze sériově zapojených činných a indukčních odporů (obr. 1, b).

Lineární odpor je určen vzorcem

kde l je délka drátu, m; s je průřez jádra vodiče nebo kabelu, mmg γ je specifická návrhová vodivost materiálu, m / ohm-mm2.

Rýže. 1. Schémata náhrady vedení: a — pro regionální sítě pro přenos elektřiny; b — pro místní sítě pro přenos energie.

Průměrná vypočtená hodnota měrné vodivosti při teplotě 20 °C pro jednožilové a vícežilové dráty, s přihlédnutím k jejich skutečnému průřezu a nárůstu délky při kroucení vícežilových drátů, je 53 m / ohm ∙ mm2 pro měď, 32 m / ohm ∙ mm2 pro hliník.

Aktivní odpor ocelových drátů není konstantní. S rostoucím proudem procházejícím drátem se zvyšuje povrchový efekt, a proto se zvyšuje aktivní odpor drátu. Aktivní odpor ocelových drátů je určen experimentálními křivkami nebo tabulkami v závislosti na hodnotě proudu, který jimi protéká.

Indukční odpor vedení. Pokud je vedení třífázového proudu vyrobeno s přeskupením (transpozicí) vodičů, pak při frekvenci 50 Hz lze fázový indukční odpor 1 km délky vedení určit podle vzorce

kde: asr je geometrická střední vzdálenost mezi osami drátů

a1, a2 a a3 jsou vzdálenosti mezi osami vodičů různých fází, d je vnější průměr vodičů odebraný podle tabulek GOST pro vodiče; μ je relativní magnetická permeabilita kovového vodiče; pro dráty z neželezných kovů μ = 1; x'0 — vnější indukční odpor vedení v důsledku magnetického toku vně vodiče; x «0 — vnitřní indukční odpor vedení v důsledku magnetického toku, který je uzavřen uvnitř vodiče.

Indukční odpor na délku vedení l km

Indukční odpor x0 venkovních vedení s vodiči z neželezných kovů je v průměru 0,33-0,42 ohmů/km.

Vedení s napětím 330-500 kV pro snížení koronálních ztrát (viz níže) se neprovádí s jedním jádrem velkého průměru, ale se dvěma nebo třemi ocelovo-hliníkovými vodiči na fázi, umístěnými v krátké vzdálenosti od sebe. V tomto případě se výrazně sníží indukční odpor vedení. Na Obr. 2 ukazuje obdobnou realizaci fáze na vedení 500 kV, kde jsou ve vrcholech rovnostranného trojúhelníku o stranách 40 cm umístěny tři vodiče Fázové vodiče jsou v úseku upevněny několika tuhými pruhy.

Použití více vodičů na fázi je ekvivalentní zvětšení průměru vodiče, což vede ke snížení indukčního odporu vedení. Ten lze vypočítat pomocí druhého vzorce, kdy se druhý člen na jeho pravé straně vydělí n a namísto vnějšího průměru d drátu se nahradí ekvivalentní průměr de určený vzorcem

kde n — počet vodičů v jedné fázi vedení; acp — geometrická střední vzdálenost mezi vodiči jedné fáze.

Se dvěma vodiči na fázi se indukční odpor vedení sníží asi o 15-20% a se třemi vodiči - o 25-30%.

Celkový průřez fázových vodičů se rovná požadovanému konstrukčnímu průřezu, ten je každopádně rozdělen na dva nebo tři vodiče, proto se taková vedení běžně nazývají dělená vedení.

Ocelové dráty mají mnohem větší hodnotu x0, protože magnetická permeabilita být více než jedna a rozhodující je druhý člen druhého vzorce, tedy vnitřní indukční odpor x «0.

Rýže. 2. 500 metrů čtverečních jednofázová závěsná girlanda se třemi dělenými dráty.

Vzhledem k závislosti magnetické permeability oceli na hodnotě proudu protékajícího drátem je poměrně obtížné určit x «0 z ocelových drátů. Proto se v praktických výpočtech x» 0 ocelových drátů určuje z křivek nebo tabulek získaných experimentálně.

Indukční odpory třížilových kabelů lze vzít na základě následujících průměrných hodnot:

• pro třívodičové kabely 35 kV — 0,12 ohmů/km

• pro třívodičové kabely 3-10 kv-0,07-0,03 ohmů / km

• pro třívodičové kabely do 1 kV-0,06-0,07 ohmů / km

Aktivní vodivé vedení je definováno ztrátou činného výkonu v jeho dielektriku.

Ve venkovních vedeních všech napětí jsou ztráty přes izolátory malé i v oblastech s vysoce znečištěným ovzduším, takže se s nimi nepočítá.

U venkovních vedení s napětím 110 kV a vyšším se za určitých podmínek na drátech objevuje koróna v důsledku intenzivní ionizace vzduchu obklopujícího drát a doprovázená fialovým svitem a charakteristickým praskáním. Drátěná koruna je zvláště intenzivní ve vlhkém počasí. Nejradikálnějším prostředkem ke snížení ztrát výkonu korony je zvětšení průměru vodiče, protože jak se tento zvětšuje, síla elektrického pole a tím i ionizace vzduchu v blízkosti vodiče klesá.

Pro vedení 110 kV by měl být průměr vodiče z korónových podmínek alespoň 10-11 mm (vodiče AC-50 a M-70), pro vedení 154 kV - alespoň 14 mm (vodič AC-95) a pro vedení 220 kV — ne méně než 22 mm (vodič AC -240).

Ztráty činného výkonu pro korónu ve vodičích venkovního vedení 110-220 kV uvedeného a velkého průměru vodiče jsou nevýznamné (desítky kilowattů na 1 km délky vedení), proto se s nimi ve výpočtech nepočítá.

Ve vedení 330 a 500 kV se používají dva nebo tři vodiče na fázi, což, jak již bylo zmíněno dříve, je ekvivalentní zvětšení průměru vodiče, v důsledku čehož je síla elektrického pole v blízkosti vodičů výrazně vyšší. snížena a vodiče mírně zkorodovaly.

V kabelových vedeních 35 kV a méně jsou výkonové ztráty v dielektriku malé a také se neberou v úvahu. V kabelových vedeních s napětím 110 kV a více dosahují dielektrické ztráty několik kilowattů na 1 km délky.

Kapacitní vedení vedení v důsledku kapacity mezi vodiči a mezi vodiči a zemí.

S přesností dostatečnou pro praktické výpočty lze kapacitní vodivost třífázového venkovního vedení určit podle vzorce

kde C0 je pracovní kapacita linky; ω — úhlová frekvence střídavého proudu; acp a d – viz výše.

V tomto případě se nebere v úvahu vodivost půdy a hloubka návratu proudu do země a předpokládá se, že vodiče jsou přeskupeny podél vedení.

U kabelů je pracovní kapacita stanovena podle údajů výrobce.

Lineární vodivost l km

Přítomnost kapacity ve vedení způsobuje tok kapacitních proudů. Kapacitní proudy jsou 90° před odpovídajícími fázovými napětími.

V reálných vedeních s konstantními kapacitními proudy rovnoměrně rozloženými po délce nejsou kapacitní proudy po délce vedení jednotné, protože napětí na vedení není konstantní co do velikosti.

Kapacitní proud na začátku vedení přijímající stejnosměrné napětí

kde Uph je napětí ve fázi vedení.

Kapacitní napájení vedení (výkon generovaný vedením)

kde U je sdružené napětí, sq.

Ze třetího vzorce vyplývá, že kapacitní vodivost vedení málo závisí na vzdálenosti mezi vodiči a průměru vodičů. Výkon generovaný vedením je vysoce závislý na síťovém napětí. Pro venkovní vedení 35 kV a nižší je velmi malý. Pro vedení 110 kV o délce 100 km je Qc≈3 Mvar. Pro vedení 220 kV o délce 100 km je Qc≈13 Mvar. Rozdělení vodičů zvyšuje kapacitu linky.

Kapacitní proudy kabelových sítí se berou v úvahu pouze při napětí 20 kV a výše.