Активная проводимость

Обусловлена потерями активной мощности Р 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 определяется по общей формуле для шунта, См/км,

(4.19)

где номинальное напряжение ЛЭП в кВ.

Потери в изоляции ВЛ незначительны, и явление коронирования в ВЛ возникает только при превышении напряжённости электрического поля у по­верхности провода, кВ_макс/cм:

(4.15a)

критическая величина около 17-19 кВ/см. Такие условия для коронирования возникают в ВЛ 110 кВ и более высокого напряжения.

Коронирование и соответственно потери активной мощности сильно зависят от напряжения ВЛ, радиуса провода, атмосферных условий и состоя­ния поверхности провода. Чем больше рабочее напряжение и меньше радиус проводов, тем больше напряжённость электрического поля. Ухудшение ат­мосферных условий (высокая влажность воздуха, мокрый снег, изморозь на поверхности проводов, заусенцы, царапины) также способствуют росту на­пряжённости электрического поля и соответственно потерь активной мощно­сти на коронирование. Коронный разряд вызывает помехи на радио- и теле­визионный приём, коррозию поверхности проводов ВЛ.

Для снижения потерь на корону до экономически приемлемого уровня правилами устройства электроустановок (ПУЭ) установлены минимальные сечения (диаметры) проводов. Например, для ВЛ 110 кВ - АС 70 (11,8 мм), для ВЛ 220 кВ - АС 240 (21,6 мм).

Потери мощности на коронирование учитывают при моделировании ВЛ с номинальным напряжением 330 кВ и более. В технико экономических расчётах, связанных с учётом стоимости потерь электроэнер­гии, потери на коронирование следует учитывать в ВЛ начиная с напряжения 220 кВ, диэлектрические потери в КЛ - с напряжения 35 кВ.

В КЛ под влиянием наибольшей напряжённости находятся слои пояс­ной изоляции у поверхности жил кабеля. Чем выше рабочее напряжение ка­беля, тем заметнее токи утечки через материал изоляции и нарушение её ди­электрических свойств. Последние характеризуются тангенсом угла диэлек­трических потерь tgS, принимаемым по данным завода-изготовителя.

Активная проводимость кабеля на единицу длины

(4.20)

и соответствующий ток утечки в изоляции кабеля, А,

(4.21)

Тогда диэлектрические потери в материале изоляции КЛ, МВт, определяются по формуле

(4.22)

Их следует учитывать для КЛ с номинальным напряжением 110 кВ и выше.

4.5. Воздушные ЛЭП с расщеплёнными фазами

Если каждая фаза выполнена двумя и более проводами, то такая конст­рукция фазы считается расщеплённой. В линиях традиционного исполнения с номинальным напряжением 330 кВ фазы расщеплены на два провода, в ли­ниях 500 кВ - на три провода, в линиях 750 кВ - на четыре-пять проводов. В Красноярской энергосистеме эксплуатируется ВЛ 220 кВ Дивногорск - Крас­ноярск с расщеплением фазы на два провода. Существуют экспериментальные ВЛ повышенной пропускной способности с 6-8 и более проводами в фазе.

Основным назначением расщепления фаз является увеличение пропу­скной способности ВЛ, что достигается при неизменном номинальном на­пряжении и сечении путём снижения индуктивного сопротивления ЛЭП. Так, при выполнении фазы n одинаковыми проводами погонное активное сопро­тивление фазы уменьшается в n раз, т. е.

Однако для ВЛ указанных номинальных напряжений характерны соот­ношения между параметрами R₀<<X₀. Поэтому увеличение пропускной способности достигается в основном снижением индуктивного сопротивле­ния. При n проводах в фазе увеличивается эквивалентный радиус расщепле­ния конструкции фазы (рис. 4.4):

(4.23)

где а - расстояние между проводами в фазе, равное 40-60 см.

Анализ зависимости (4.23) показывает, что эквивалентный показывает, что эквивалентный радиус фазы изменяется в диапазоне от 9,3см (при n = 2) до 65 см (при n = 10) и малозависит от сечения провода. Основным фактором, определяющим изменение , является количество проводов в фазе. Так как эквивалентный радиус расщеплённой фазы намного больше действительного радиуса провода нерасщеплённой фазы , то индуктивно

сопротивление такой ВЛ, определяемое по преобразованной формуле вида (4.24), Ом/км, уменьшается:

(4.24)

Снижение Х₀, достигаемое в основном за счёт уменьшения внешнего сопротивления X^'₀, относительно невелико. Например, при расщеплении фа­зы воздушной линии 500 кВ на три провода - до 0,29-0,30 Ом/км, т. е. при­мерно на треть. Соответственно с уменьшением сопротивления

увеличивается пропускная способность (идеальный предел) линии:

(4.25)

Естественно, что с увеличением эквивалентного радиуса фазы снижается напряжённость электрического поля вокруг фазы и, следователь­но, потери мощности на коронирование. Тем не менее суммарные значения этих потерь для ВЛ высокого и сверхвысокого напряжения (220 кВ и более) составляют заметные величины, учёт которых необходим при анализе режи­мов линий указанных классов напряжений (рис. 4.5).

Расщепление фазы на несколько проводов увеличивает ёмкость ВЛ и соответственно емкостную проводимость:

(4.26)

Например, при расщеплении фазы ВЛ 220 кВ на два провода проводи­мость возрастает с 2,7•10^-6 до 3,5•10^-6 См/км. Тогда зарядная мощность ВЛ 220 кВ средней протяжённости, например 200 км, составляет

что соизмеримо с передаваемыми мощностями по ВЛ данного класса напря­жения, в частности с натуральной мощностью линии

(4.27)

4.6. Схемы замещения линий электропередач

Выше приведена характеристика отдельных элементов схем замещения линий. В соответствии с их физическим проявлением при моделировании электрических сетей используют схемы ВЛ, КЛ и шинопроводов, представленные на рис. 4.5, рис. 4.6, рис. 4.7. Приведём некоторые обобщающие пояснения к этим схемам.

При расчёте симметричных установившихся режимов ЭС схему заме­щения составляют для одной фазы, т. е. продольные её параметры, сопротив­ления Z=R+JX изображают и вычисляют для одного фазного провода (жилы), а при расщеплении фазы - с учётом количества проводов в фазе и эквивалентного радиуса фазной конструкции ВЛ.

Ёмкостная проводимость Вс, учитывает проводимости (ёмкости) между фазами, между фазами и землёй и отражает генерацию зарядной мощности всей трёхфазной конструкции линии:

Активная проводимость линии G, изображаемая в виде шунта между фазой (жилой) и точкой нулевого потенциала схемы (землёй), включает сум­марные потери активной мощности на корону (или в изоляции) трёх фаз:

(4.28)

Поперечные проводимости (шунты) Y=G+jX в схемах замещения можно не изображать, а заменять мощностями этих шунтов (рис. 4.5, б; рис. 4.6, б ). Например, вместо активной проводимости показывают потери активной мощности в ВЛ:

(4.29)

или в изоляции КЛ:

(4.30)

Взамен ёмкостной проводимости указывают генерацию зарядной мощ­ности

(4.30а)

Указанный учёт поперечных ветвей ЛЭП нагрузками упрощает оценку электрических режимов, выполняемых вручную. Такие схемы замещения ли­ний именуют расчётными (рис. 4.5, б; рис. 4.6, б).

В ЛЭП напряжением до 220 кВ при определённых условиях можно не учитывать те или иные параметры, если их влияние на работу сети несущест­венно. В связи с этим схемы замещения линий, показанные на рис. 4.1, в ряде случаев могут быть упрощены.

В ВЛ напряжением до 220 кВ потери мощности на корону, а в КЛ на­пряжением до 35 кВ диэлектрические потери незначительные. Поэтому в расчетах электрических режимов ими пренебрегают и соответственно при­нимают равной нулю активную проводимость (рис. 4.6). Учёт активной про­водимости необходим для ВЛ напряжением 220 кВ и для КЛ напряжением 110 кВ и выше в расчётах, требующих вычисления потерь электроэнергии, а для ВЛ напряжением 330 кВ и выше также при расчёте электрических режи­мов (рис. 4.5).

Необходимость учёта ёмкости и зарядной мощности линии зависит от соизмеряемости зарядной и нагрузочной мощности. В местных сетях не­большой протяжённости при номинальных напряжениях до 35 кВ зарядные токи и мощности значительно меньше нагрузочных. Поэтому в КЛ ёмкост­ную проводимость учитывают только при напряжениях 20 и 35 кВ, а в ВЛ ею можно пренебречь.

В районных сетях (110 кВ и выше) со значительными протяжённостями (40-50 км и больше) зарядные мощности могут оказаться соизмеримыми с нагрузочными и подлежат обязательному учёту либо непосредственно (рис. 4.6, б) либо введением ёмкостных проводимостей (рис. 4.6, а).

В проводах ВЛ при малых сечениях (16-35 мм²) преобладают активные сопротивления, а при больших сечениях (240 мм² в районных сетях напряже­нием 220 кВ и выше) свойства сетей определяются их индуктивностями. Активные и индуктивные сопротивления проводов средних сечений (50-185 мм²) близки друг к другу. В КЛ напряжением до 10 кВ небольших сече­ний (50 мм² и менее) определяющим является активное сопротивление, и в таком случае индуктивные сопротивления могут не учитываться (рис. 4.7, б).

Необходимость учёта индуктивных сопротивлений зависит также от доли реактивной составляющей тока в общей электрической нагрузке. При анализе электрических режимов с низкими коэффициентами мощности (cos <0,8) индуктивные сопротивления КЛ необходимо учитывать. В про­тивном случае возможны ошибки, приводящие к уменьшению действитель­ной величины потери напряжения.

Схемы замещения ЛЭП постоянного тока могут рассматриваться как частный случай схем замещения ЛЭП переменного тока при Х = 0 и b = 0.