Схемы замещений ЛЭП для напряжений 35-220 кВ

Линия электрической сети теоретически рассматривается состоящей из бесконечно большого количества равномерно распределенных вдоль нее активных и реактивных сопротивлений и проводимостей.

Точный учет влияния распределенных сопротивлений и проводимостей сложен и необходим при расчетах очень длинных линий, которые в этом курсе не рассматривается.

На практике ограничиваются упрощенными методами расчета, рассматривая линию с сосредоточенными активными и реактивными сопротивлениями и проводимостями.

Для проведения расчетов принимают упрощенные схемы замещения линии, а именно: П-образную схему замещения, состоящую из последовательно соединенных активного (r_л) и реактивного (x_л) сопротивлений. Активная (g_л) и реактивная (емкостная) (b_л) проводимости включены в начале и конце линии по 1/2.

Рис. 4.1. П-образная схема замещения характерна для воздушных
ЛЭП напряжением 110-220 кВ длиной до 300-400 км.

4.2. Активное и реактивное сопротивления
линий. Расщепление проводов

Активное сопротивление определяется по формуле

,

где r_о – удельное сопротивление Ом/км при t^о провода + 20^о ,

l – длина линии, км

Активное сопротивление проводов и кабелей при частоте 50 Гц обычно примерно равно омическому сопротивлению. Не учитывается явление поверхностного эффекта.

Удельное активное сопротивление r_о для сталеалюминиевых и других проводов из цветных металлов определяется по таблицам в зависимости от поперечного сечения.

Для стальных проводов нельзя пренебрегать поверхностным эффектом. Для них r_о зависит от сечения и протекающего тока и находится по таблицам.

При температуре провода, отличной от 20^о С сопротивление линии уточняется по соответствующим формулам.

Реактивное сопротивление определяется:

,

где

x_о - удельное реактивное сопротивление Ом/км. Удельные индуктивные сопротивления фаз ВЛ в общем случае различны (об этом уже говорилось).

При расчетах симметричных режимов используют средние значения x_о :

(1),

где r_пр - радиус провода, см;

Д_ср - среднегеометрическое расстояние между фазами, см, определяется следующим выражением:

,

Где Д_ав, Д_вс, Д_са - расстояния между проводами соответствующих фаз А, В, С.

Например, при расположении фаз по углам равностороннего треугольника со стороной Д, среднегеометрическое расстояние равно Д.

Д_ав=Д_вс=Д_ас=Д

При расположении проводов ЛЭП в горизонтальном положении:

Д_ав=Д_вс=Д

Д_ас=2Д

При размещении параллельных цепей на двухцепных опорах потокосцепление каждого фазного провода определяется токами обеих цепей. Изменение Х₀ из-за влияния второй цепи зависит от расстояния между цепями. Отличие Х₀ одной цепи при учете и без учета влияния второй цепи не превышает 5-6% и не учитывается в практических расчетах.

В линиях электропередач при (иногда и при напряжении 110 и 220 кВ) провод каждой фазы расщепляется на несколько проводов.

Рис. 4.2. Пример участка ВЛ с расщеплением провода одной фазы на три провода: подвешивают одновременно несколько проводов на фазу.

Это соответствует увеличению эквивалентного радиуса. В выражении для Х₀:

(1)

вместо r_пр используется

,

где r_эк - эквивалентный радиус провода, см;

а_ср - среднегеометрическое расстояние между проводами одной фазы, см;

n_ф- число проводов в одной фазе.

Для линии с расщепленными проводами последнее слагаемое в формуле 1 уменьшается в n_ф раз, т.е. имеет вид .

Удельное активное сопротивление фазы линии с расщепленными проводами определяются так : r₀= r_0пр / n_ф ,

Где r_0пр - удельное сопротивление провода данного сечения, определенное по справочным таблицам. Для сталеалюминиевых проводов Х₀ определяется по справочным таблицам, в зависимости от сечения, для стальных в зависимости от сечения и тока.

4.3. Активная и реактивная проводимости линий. Эффект «короны». Зарядная мощность линии

Активная проводимость (g_л) линии соответствует двум видам потерь активной мощности:

1) от тока утечки через изоляторы;

2) потери на корону.

Токи утечки через изоляторы малы и потерями в изоляторах можно пренебречь. В воздушных линиях (ВЛ) напряжением 110 кВ и выше при определенных условиях напряженность электрического поля на поверхности провода возрастает и становится больше критической. Воздух вокруг провода интенсивно ионизируется, образуя свечение - корону. Короне соответствуют потери активной мощности. Наиболее радикальными средствами уменьшения потерь мощности на корону является увеличение диаметра провода, для линий высокого напряжения (330 кВ и выше) использование расщепления проводов. Иногда можно использовать так называемый системный способ уменьшения потерь мощности на корону. Диспетчер уменьшает напряжение в линии до определенной величины.

В связи с этим задаются наименьшие допустимые сечения по короне:

110 кВ - 70 мм² (сейчас рекомендуется использовать сечение 95 мм²);

150 кВ - 120 мм²;

220 кВ - 240 мм².

Коронирование проводов приводит:

-к снижению КПД,

-к усиленному окислению поверхности проводов,

-к появлению радиопомех.

При расчете установившихся режимов сетей до 220 кВ активная проводимость практически не учитывается.

В сетях с при определении потерь мощности при расчете оптимальных режимов, необходимо учитывать потери на корону.

Емкостная проводимость (в_л) линии обусловлена емкостями между проводами разных фаз и емкостью провод - земля и определяется следующим образом:

,

где в₀ - удельная емкостная проводимость См/км, которая может быть определена по справочным таблицам или по следующей формуле:

(2),

где Д_ср - среднегеометрическое расстояние между проводами фаз; r_пр - радиус провода.

Для большинства расчетов в сетях 110-220 кВ ЛЭП (линия электропередачи) представляется более простой схемой замещения:

Иногда в схеме замещения вместо емкостной проводимости учитывается реактивная мощность, генерируемая емкостью линий (зарядная мощность).

Половина емкостной мощности линии, МВАр, равна:

(*),

где:

U_ф и U – соответственно фазное и междуфазное (линейное) напряжения, кВ;

I_с - емкостный ток на землю

Из выражения для Q_с (*) следует, что мощность Q_с, генерируемая линий сильно зависит от напряжения. Чем выше напряжение, тем больше емкостная мощность.

Для воздушных линий напряжением 35 кВ и ниже емкостную мощность (Q_с) можно не учитывать, тогда схема замещения примет следующий вид:

Для линий с при длине > 300-400 км учитывают равномерное распределение сопротивлений и проводимостей вдоль линии.