Векторная диаграмма ЛЕП 110 кВ с одной нагрузкой

При построении векторной диаграммы примем допущение, что потери мощности на корону в сети отсутствуют. В этом случае схема замещения ЛЭП представлена П-образной схемой: активным R и реактивным X сопротивлениями и емкостной проводимостью B/2 в начале и конце ЛЭП (см. рис. 8.5). В них протекают токи и . В сопротивлениях ЛЭП протекает ток I_Z. Нужно определить U_1ф, I₁ и cos φ₁.

Ток I_Z представляет собой геометрическую сумму тока нагрузки и тока проводимости в конце ЛЕП:

I_Z = I₂ + .

Ток в проводимости опережает напряжение в конце ЛЭП на 90⁰ и рассчитывается по формуле:

= U_2ф· B/2.

Напряжение в начале ЛЕП отличается от напряжения в конце на величину падения напряжения в сопротивлениях и проводимостях ЛЭП:

U_1ф = U_2ф + ΔU_ф.

Падение напряжения рассчитывается следующим образом:

т.е. полное падение напряжение в нагруженной ЛЭП складывается из падения напряжения при холостом ходе U_0ф, вызванного током , и падения напряжения ΔU_ф2, вызванного током нагрузки I₂.

Построение векторной диаграммы начнем с построения вектора падения напряжения от тока проводимости. По действительной оси откладывем напря-жение U_2ф (см. рис. 8.6). Получаем точку а. Под углом 90⁰ откладываем опережающий ток .

Стороны треугольника падения напряжения от тока холостого хода (тока ) пропорциональны:

ab≡ ∙R; bc≡ ∙X; ac≡ ∙Z.

Под углом φ₂ к напряжению U_2ф откладываем ток I₂. От точки с параллельно линии тока I₂ откладываем вектор падения напряжения в активном сопротивлении ЛЭП. Получаем точку d. Под углом 90⁰ к нему в сторону опережения откладываем вектор падения напряжения в реактивном сопротивлении. Получаем точку e. Соединяем начало координат с точкой e и получаем напряжение в начале ЛЭП U_1ф.

Стороны треугольника падения напряжения от тока нагрузки (тока I₂) пропорциональны:

cd≡ I₂∙R; de≡ I₂∙X; ce≡ I₂∙Z.

Если соединить точку а с точкой е, получим вектор полного падения напряжения от тока I_Z протекающего в ЛЭП. Его проекции на действительную и мнимую оси дают продольную и поперечную составляющие падения напряжения:

∆U_ф ≡ af ; δU_ф ≡ ef .

На диаграмме видно, что величина тока I_Z меньше тока нагрузки. Это объясняется тем, что емкостный ток проводимости в конце ЛЭП, протекая по линии совместно с током нагрузки, компенсирует соответствующую величину индуктивной составляющей тока нагрузки.

Чтобы определить ток I₁ в начале ЛЭП, необходимо сложить векторы I_Z и :

I₁ = I_Z + .

Вектор тока в проводимости в начале ЛЭП опережает напряжение U_1ф на 90⁰. Угол между напряжением U_1ф и током I₁ обозначим φ₁.

Определим из диаграммы значения векторов ∆U_ф и δU_ф. Спроецируем векторы ∙R, ∙X, I₂∙R и I₂∙X на обе оси. Получим точки с^’, b^’, d^’ и f ^’. Отрезок dd^’ продолжим до пересечения с отрезком bb^’. Получим точку k. Рассмотрим два треугольника - ckd и def ^‘. Эти треугольники подобны по двум углам: прямые; дополняют до прямого угла.

Из треугольников получим:

c^’d^’ = ck = I₂∙R· cos φ₂; dk = b^’f ^‘ = I₂∙R sin φ₂;

fd^’ = d^’f = I₂∙X· sin φ₂; ef ^‘ = I₂∙X cos φ₂.

Величина продольной составляющей падения напряжения рассчитывается следующим образом:

∆U_ф = c^’d^’ + fd^’ – c^’a = I₂∙R· cos φ₂ + I₂∙X· sin φ₂ – ∙X.

Величина поперечной составляющей падения напряжения определяется из выражения:

δU_ф = ef ^‘ – ff ^‘ = ef ^‘ – (b^’f ^‘ – bf ^‘) = ef ^‘ – b^’f ^‘ + bf ^‘ = I₂∙X cos φ₂ – I₂∙R sin φ₂ + ∙R.

Найдем формулы для расчета величины линейных значений ∆U и δU. Для этого полученные выражения умножим на множитель В результате преобразований, получим:

Из приведенных выражений следует, что зарядные мощности ЛЭП уменьшают продольную составляющую падения напряжения (потерю напряжения) и увеличивают поперечную составляющую.

Это можно показать и на векторной диаграмме. При учете тока в проводимости величина потери напряжения уменьшается на величину отрезка аc^’, а поперечная составляющая падения напряжения увеличивается на величину отрезка b^’f. Следствием этого является увеличение сдвига фаз между напряжениями U_1ф и U_2ф.

Уменьшение потери напряжения благоприятно сказывается на режиме работы ЛЭП, особенно при больших и средних нагрузках. При некоторой небольшой нагрузке линии потеря напряжения, вызванная током нагрузки I₂, будет полностью скомпенсирована отрицательной потерей напряжения от емкостного тока проводимости . В этом случае передача мощности будет выполняться при равенстве напряжений в начале и конце ЛЭП. При дальнейшем снижении тока нагрузки отрицательная потеря напряжения от тока станет больше потери напряжения от тока нагрузки. Напряжение в начале ЛЭП станет меньше напряжения в конце (см. векторную диаграмму при холостом ходе). Такой режим недопустим. Мощность, генерируемая емкостями ЛЭП, направлена в сторону генераторов и будет оказывать подмагничивающее действие на их магнитную систему. В результате будет увеличиваться напряжения на шинах генераторов и в сети, которая питается от этих шин. В сетях с глухозаземленной нейтралью в режиме холостого хода напряжение в сети может превысить величину напряжения, на которую рассчитана изоляция оборудования.