Схемы замещения ЛЭП

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 (rл) и реактивного (xл) сопротивлений. Активная (gл) и реактивная (емкостная) (bл) проводимости включены в начале и конце линии по 1/2.

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

Активное сопротивление определяется по формуле:

rл=rо∙l,

где rо – удельное сопротивление Ом/км при t о провода + 20о, 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 rо 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 rо зависит от сечения и протекающего тока и находится по таблицам.

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

Реактивное сопротивление определяется:

xл=xо∙l,

где xо - удельное реактивное сопротивление Ом/км.

Удельные индуктивные сопротивления фаз ВЛ в общем случае различны. При расчетах симметричных режимов используют средние значения xо:

Xо=0,144lg(Дср/rпр)+0,0157 (1)

где rпр - радиус провода, см;

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

Дср=(ДАВДАВДСА)1/3

Где ДАВ, ДАВ, ДСА - расстояния между проводами соответствующих фаз А, В, С.

 

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

ДАВВССА

При расположении проводов ЛЭП в горизонтальном положении:

ДАВВС

ДСА=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 Uном≥330 кВ (иногда и при напряжении 110 и 220 кВ) провод каждой фазы расщепляется на несколько проводов. Это соответствует увеличению эквивалентного радиуса. В выражении для Х0:

Xо=0,144lg(Дср/rпр)+0,0157 (1)

вместо rпр используется

rэк=(rпрaсрпф-1)1/пФ,

где rэк - эквивалентный радиус провода, см;

аср - среднегеометрическое расстояние между проводами одной фазы, см;

nф- число проводов в одной фазе.

Для линии с расщепленными проводами последнее слагаемое в формуле 1 уменьшается в nф раз, т.е. имеет вид 0,0157/nф.

Удельное активное сопротивление фазы линии с расщепленными проводами определяются так:

r0=r0пр/nф,

где r0пр - 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.

Активная проводимость (gл) 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 Uном≥330 кВ при определении потерь мощности при расчете оптимальных режимов, необходимо учитывать потери на корону.

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

вл0l,

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

в0=7,58∙10-6/lg(Дср/rпр) (2),

где Дср - среднегеометрическое расстояние между проводами фаз; rпр - 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 вл/2 учитывается реактивная мощность, генерируемая емкостью линий (зарядная мощность).

Половина емкостной мощности линии, МВАр, равна:

QC=3IcUф=3Uфв0l/2=0,5V2вл,(*),

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

Iс - емкостный ток на землю:

Ic=Uфвл/2

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

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

Для линий с Uном≥330 кВ при длине больше 300-400 км учитывают равномерное распределение сопротивлений и проводимостей вдоль линии.

Кабельные линии электропередачи представляют такой же П-образной схемой замещения как и ВЛ.

Удельные активные и реактивные сопротивления r0, х0 определяют по справочным таблицам, так же как и для ВЛ.

Из выражения для X0 и в0:

Xо=0,144lg(Дср/rпр)+0,0157

в0=7,58∙10-6/lg(Дср/rпр)

видно, что X0 уменьшается, а в0 растет при сближении разных проводов.

Для кабельных линий расстояние между проводами фаз значительно меньше, чем для ВЛ и Х0 очень мало.

При расчетах режимов КЛ (кабельных линий) напряжением 10кВ и ниже можно учитывать только активное сопротивление.

Емкостный ток и QC в кабельных линиях больше чем в ВЛ. В кабельных линиях (КЛ) высокого напряжения учитывают QC, причем удельную емкостную мощность QC0 кВАр/км можно определить по таблицам в справочниках.

Активную проводимость (gл)учитывают для кабелей 110 кВ и выше.

Удельные параметры кабелей X0, а также QC0 приведенные в справочных таблицах ориентировочны, более точно их можно определить по заводским характеристикам кабелей.