Параметры ЛЭП. Активное и реактивное сопротивления ВЛ и КЛ. Лекция № 5

Параметры ЛЭП
Высоковольтные ЛЭП являются длинными линиями (ЛЭП с распределенными параметрами), вдоль которых равномерно распределены:
тепловые потери энергии, которые учитываются в виде активных сопротивлений;
переменное электромагнитное поле, которое наводит ЭДС само- и взаимоиндукции;
токи смещения, обусловленные емкостными проводимостями;
токи утечки через изоляцию, обусловленные активной проводимостью;
коронный разряд, возникающий при плохих погодных условиях.
Расчет таких ЛЭП сложен, поэтому их представляют в виде схем с сосредоточенными параметрами.

Активное и реактивное сопротивления ВЛ и КЛ
Различают омическое сопротивление проводов постоянному току и активное сопротивление переменному току с учетом поверхностного эффекта.
Активные сопротивления проводов и жил, изготовленных из цветного металла практически не отличаются от их омических сопротивлений (не более 0,5 %).
В проводах, выполненных из стали сильно проявляется поверхностный эффект (скин-эффект), поэтому их сопротивления существенно зависят от тока в них.
Сопротивление сталеалюминиевых (АС) проводов принимают равным сопротивлению алюминиевой части.

Активное и реактивное сопротивления ВЛ и КЛ
Сопротивление проводов и жил существенно зависит от температуры:
(4.1)
где α – температурный коэффициент сопротивления, который для
Al и Cu равен 0,004;
θ – температура провода;
R – сопротивление провода при температуре 20 град (справочные данные).

Активное и реактивное сопротивления ВЛ и КЛ
Индуктивное сопротивление провода характерно только для цепей, передающих переменный ток, что объясняется выражением:
(4.2)
где ω – угловая частота, равная для постоянного тока нулю;
L – индуктивность.
Удельное индуктивное сопротивление провода в системе «провод-земля» можно определить по выражению, Ом/км:
(4.3)
где – внешнее индуктивное сопротивление;
– внутреннее индуктивное сопротивление.

Активное и реактивное сопротивления ВЛ и КЛ
Внутреннее индуктивное сопротивление обусловлено магнитными полями, сосредоточенными внутри провода. Определяется свойствами материала и равно, Ом/км:
(4.4)
где μ – относительная магнитная проницаемость материала
провода.
Для Al и Cu собственная магнитная проницаемость на частоте тока 50 Гц равна приблизительно 1, поэтому внутреннее сопротивление для таких проводов принимается равным 0,016 Ом/км. Для стали μ сильно зависит от тока в проводе.

Активное и реактивное сопротивления ВЛ и КЛ
Внешнее индуктивное сопротивление фазы ЛЭП обусловлено магнитными потоками, расположенными вне провода и геометрическими размерами системы проводов и проводов и земли. Определяется выражением, Ом/км:
(4.5)
где – среднегеометрическое расстояние между фазными проводами, м, равное
(4.6)
– радиус провода, м.
Рис. 7. К определению среднегеометрического расстояния

Активное и реактивное сопротивления ВЛ и КЛ
Индуктивное сопротивление кабельных линий в несколько раз меньше чем воздушных.
Рис. 8. Примерные зависимости сопротивления проводов ВЛ и КЛ от сечения
Среднегеометрическое расстояние между проводами ВЛ зависит от класса напряжения сети (см. лекцию № 3).

Емкостная и активная проводимости ЛЭП
Емкостная проводимость обусловлена емкостями между фазами, фазными проводами и землей. Для ВЛ с частотой 50 Гц она может быть определена общим выражением, См/км:
(4.7)
Рабочая емкость КЛ существенно выше чем ВЛ и сильно зависит от конструкции кабеля.

Емкостная и активная проводимости ЛЭП
Активная проводимость ЛЭП обусловлена потерями активной мощности (∆P) из-за несовершенства изоляции (утечки по поверхности изоляторов, токов проводимости (смещения) в материале изолятора) и ионизации воздуха вокруг проводника вследствие коронного разряда. Удельная активная проводимость ВЛ определяется выражением, См/км:
(4.8)
Коронирование зависит от:
напряжения ВЛ;
радиуса провода;
состояния поверхности провода;
от АТМОСФЕРНЫХ УСЛОВИЙ.

Емкостная и активная проводимости ЛЭП
Потери мощности на корону учитывают только при электрических расчетах ВЛ напряжением 330 кВ и выше.
(4.9)
Для снижения потерь на корону до экономически приемлемого уровня ПУЭ устанавливают минимальные сечения (диаметры) проводов:
- для ВЛ 110 кВ – АС-70 (11,8 мм);
для ВЛ 220 кВ – АС-240 (21,6 мм).
Активные потери КЛ определяются только свойствами материала изоляции жил.
где – тангенс угла диэлектрических потерь, определяющий токи
утечки через изоляцию.
Активная проводимость учитывается для КЛ с номинальным напряжением 110 кВ и выше.

ЛЭП с расщепленными фазами
Расщепление фаз используют на высоковольтных ВЛ для:
- уменьшения индуктивного сопротивления;
- ослабления «короны»;
повышения пропускной способности ЛЭП.
Провода в фазе располагаются по углам равностороннего многоугольника и фиксируются в пролете проводящими распорками.

ЛЭП с расщепленными фазами
Внешний вид расщепленных фаз и проводящих распорок

ЛЭП с расщепленными фазами
Внешний вид ЛЭП с расщепленными фазами

ЛЭП с расщепленными фазами
Согласно ПУЭ в фазе ЛЭП следует использовать:
- при 330 кВ – 2*АСО-240 (1*АСО-600);
- при 500 кВ – 3*АСО-400 (2*АСО-700);
при 750 кВ – 4-5*АСО-400.
Фазы ЛЭП напряжением 220 кВ расщепляются редко.
При n проводах в фазе увеличивается эквивалентный радиус расщепления конструкции фазы:
(4.10)
где а – расстояние между проводами в фазе, равное 30-60 см .
В соответствии с (4.5) при увеличении радиуса снижается индуктивное сопротивление, но при этом, в соответствии с (4.7) возрастает емкостная проводимость.

Транспозиция проводов трехфазной ЛЭП
При транспозиции линия в пределах цикла (9 – 10 км) делится на три участка (шага) (3 – 3,5 км), на которых каждый из трех проводов занимает все три возможных положения, чем достигается одинаковость параметров фаз.
Рис. 9. Схема транспонированной ЛЭП

Схемы замещения ЛЭП
При электрических расчетах сетей используют П-образные схемы замещения набор параметров которых зависит от целей расчета.
Рис. 10. Схемы замещения ВЛ и КЛ
а
б
в
г