ЛЭП со стальными проводами

Основное достоинство стальных проводов - их высокие механические свойства. В частности, временное сопротивление на разрыв стальных прово­дов достигает 600-700 МПа (60-70 кг/мм²) и более. Поэтому стальные про­вода применяют при выполнении больших переходов через естественные препятствия (широкие реки, горные ущелья и т. п.).

Однако сталь обладает значительно более высоким электрическим сопро­тивлением (удельное сопротивление р достигает величины 130 Ом•мм²/км) по сравнению с медью и алюминием, которое зависит от сорта стали, способа изготовления провода и от величины тока, протекающего по проводу. По­этому передача больших мощностей на значительные расстояния затруднена вследствие больших потерь напряжения и электроэнергии.

При передаче по распределительным сетям 6,10 кВ небольших мощно­стей (до нескольких сотен кВт) в слабо загруженных низковольтных сетях монтируют ВЛ со стальными проводами. Кроме того, провода из стали (тро­сы) используют как элементы повторного заземления низковольтных сетей и устройств грозозащиты высоковольтных ВЛ.

Стальные провода изготавливают из оцинкованных проволок. Без оцинковки срок службы стальных проводов мал, провода ржавеют и стано­вятся непригодными для работы на воздушных линиях электропередачи.

Сталь - это ферромагнитный материал, и поэтому стальные провода обладают большой внутренней индуктивностью. Активные сопротивления стальных проводов, так же как и реактивные, зависят от величины проте­кающего в них тока. При токах, близких к нулю, когда магнитный поток в проводе очень мал, активное и омическое сопротивления проводов практиче­ски одинаковые. Разница между этими сопротивлениями тем больше, чем больше магнитная проницаемость стали и диаметр провода. Стальные прово­да на линиях переменного тока подвергаются постоянному перемагничиванию, что связано с затратами энергии, возрастающими с увеличением тока. Кроме того, растут потери на вихревые токи, и резко проявляется поверхностный эффект. Названные потери активной мощности учитывают соответст­вующими составляющими активного сопротивления стальных проводов:

где R₀^'- сопротивление постоянному току (омическое),

Сталь обладает большей магнитной проницаемостью ( > 1), чем цвет­ные металлы (медь и алюминий). Активное сопротивление переменному току ЛЭП со стальными проводами выше активного сопротивления ЛЭП того же сечения из меди или алюминия. Величина дополнительных потерь зависит от магнитного потока Ф в сечении провода, а магнитный поток определяется магнитной проницаемостью материала провода и напряжённостью маг­нитного поля H:

Ф=BF= HF,

где В - магнитная индукция, а F - площадь поперечного сечения провода.

Напряжённость магнитного поля пропорциональна току в проводе (H ~ I), а магнитная индукция определяется как током, так и степенью на­сыщения стали. Поэтому при малых значениях тока магнитный поток, а зна­чит, и дополнительное сопротивление провода растут пропорционально его значению. При некоторой величине тока магнитная индукция становится практически постоянной величиной (насыщение стали), и сопротивление стабилизируется. При дальнейшем увеличении протекающего тока сопротив­ление начинает уменьшаться вследствие уменьшения магнитной проницае­мости стали. Кривые изменения активного сопротивления стальных однопроволочных и многопроволочных проводов от тока нагрузки представлены на рис. 4.8 (кривая 1).

Активное сопротивление стальных проводов зависит от многих факто­ров (химического состава стали, токовой нагрузки и др.), является очень сложной функцией и его трудно выразить математически. Для определения активных сопротивлений стальных проводов используют табличные данные, составленные на основании измерений для разных марок и сечений проводов в зависимости от величины тока.

Индуктивное сопротивление стального провода также определяется двумя составляющими: внешним индуктивным сопротивлением X₀^'и внут­ренним индуктивным сопротивлением X₀^'', Ом/км:

Внешнее индуктивное сопротивление, Ом/км, обусловлено внешним магнитным потоком, зависит от геометрических размеров линии и рассчиты­вается по формуле

(4.31)

Внутреннее индуктив­ное сопротивление обуслов­лено магнитным потоком, замыкающимся внутри про­вода, и определяется магнит­ной проницаемостью, кото­рая, в свою очередь, зависит не только от конструкции и химического состава стали провода, но и от тока, проте­кающего в проводе:

Для определения внут­реннего индуктивного со­противления пользуются экспериментальными дан­ными, приведёнными в спра­вочной литературе, внешнее индуктивное сопротивление определяется по формуле (4.31)

Внутреннее индуктивное сопротивление стальных проводов по своей величине значительно превышает внешнее индуктивное сопротивление и значительно больше, чем у проводов из цветных металлов. У линии передачи с проводами из цветного металла индуктивное сопротивление в основном обусловлено внешним магнитным потоком.

На рис. 4.8 показаны для провода ПС 25 кривые изменения активного (резистивного) (кривая 1) и реактивного (кривая 2) сопротивлений в зависи­мости от величины переменного тока. Для сравнения слабовыраженная кри­вая 3 показывает изменение сопротивления провода постоянному току, а прямая 4 - индуктивного сопротивления для алюминиевых проводов.

Активные и реактивные сопротивления однопроволочного провода бы­стро растут с увеличением его диаметра. Поэтому в электрических сетях однопроволочные провода применяют с диаметром не более 5 мм. Провода с сечением 25 мм² и выше выполняют многопроволочными.

Многопроволочные провода имеют значительно лучшие электрические характеристики, чем однопроволочные, и почти не зависят от сечения прово­да. В многопроволочных проводах благодаря воздушным промежуткам меж­ду отдельными проволоками, из которых свит провод, сопротивление маг­нитному потоку резко возрастает. Магнитный поток внутри провода умень­шается - уменьшаются активное и реактивное сопротивления провода. В це­лом удельные активное и реактивное сопротивления стальных проводов в не­сколько раз превышают аналогичные величины проводов из цветного метал­ла. Это означает, что в таких ЛЭП с увеличением тока нагрузки увеличивает­ся сопротивление стального провода, значительно выше потери напряжения и соответственно снижается пропускная способность электропередачи. Вследствие этих причин применение стальных проводов ограничено.

Вопросы для самопроверки

1.Для каких целей используют схемы замещения? Назовите преимущества и недостатки этих схем.

2. Какова физическая сущность активного сопротивления ЛЭП?

3. Как и в каком случае следует учитывать температуру провода?

4. Каков физический смысл индуктивного сопротивления воздушных и кабельных линий?

5. Почему для линий одного исполнения и класса напряжения индук­тивные сопротивления практически одинаковые, незначительно зависящие от сечения проводов и жил фаз?

6. Какие значения сопротивлений характерны для ЛЭП различных напряжений?

7. Как определить удельные (на 1 км) активное и индуктивное сопро­тивления ВЛ, не используя справочников?

8. Какой характер имеют графики зависимостей сопротивлений от
площади сечения провода?

9.Чем обусловлена ёмкостная проводимость ЛЭП?

10. Как зависит ёмкостная проводимость от сечения проводов и конст­рукции фаз ВЛ?

11. Почему у ВЛ традиционного исполнения индуктивное сопротивле­ние на 1км значительно больше, чем у кабельных ЛЭП?

12. С помощью каких изменений конструкции фаз и опор можно уменьшить индуктивное сопротивление ВЛ?

13. Зачем выполняют транспозицию (перестановку) фазных проводов?

14. В чём заключается явление коронирования?

15. Какие условия необходимы для возникновения коронного разряда?

16. Почему потери мощности на коронирование резко возрастают при плохой погоде?

17. Какие меры принимают для снижения потерь на корону при проек­тировании и эксплуатации ВЛ?

18. От чего зависит активная проводимость кабельных линий?

19. Чем определяется качество изоляции линий?

20. Какие физические явления отражаются наличием в схеме замеще­ния ВЛ и КЛ активной проводимости?

21. Почему индуктивные сопротивления и ёмкостные токи воздушных и кабельных линий различны?

22. Почему ЛЭП являются источниками зарядной (ёмкостной) мощности?

23. Как зависит зарядная мощность от конструкции и номинального напряжения линии?

24. Как по параметрам схем замещения ВЛ местных и районных сетей определить протяжённость линий?

25. Как определить протяжённость линии, зная суммарную ёмкостную (зарядную) мощность ВЛ?

26. Каковы средние значения погонных реактивных параметров ВЛ с нерасщеплённой фазой?

27. Что является главной изоляцией воздушных и кабельных линий?

28. Для чего применяют расщепление фаз ВЛ?

29. На какое число проводов расщепляют фазы ВЛ 330-1150 кВ?

30. Известны ли Вам ВЛ с расщеплёнными фазами более низкого но­минального напряжения?

31. Чем определяется величина эквивалентного радиуса расщеплённой

фазы?

32. К каким изменениям погонных параметров ВЛ приводит расщепле­ние её фазы?

33. Каковы средние значения погонных параметров ВЛ с расщеплённой фазой?

34. Чем характеризуется пропускная способность ЛЭП? Как на неё влияют параметры линий?

35. Как изменятся волновое сопротивление и натуральная мощность при увеличении числа и сечения проводов?

36. По каким внешним признакам можно определить номинальное на­пряжение ВЛ?

37. Какие схемы замещения ЛЭП именуются расчётными?

38. Назовите элементы трёхфазной ЛЭП, которые учитываются в схеме замещения параметрами одной или трёх фаз?

39. При каких длинах ВЛ и КЛ возможен отказ от учёта распределён-ности параметров для П-образной схемы замещения?

40. Чем определяется отличие погонных параметров ВЛ и КЛ?

41. Чем различаются схемы замещения ВЛ и КЛ напряжением 35 и 110

кВ?

42. Когда в схемах замещения учитываются поперечные элементы?

43. их случаях в схемах замещения КЛ небольшого сечения необ­ходимо учитывать индуктивное сопротивление?

44. В чём отличие схем замещения ЛЭП постоянного и переменного то­ка?

45. Почему линии постоянного тока обладают повышенной пропускной способностью?

46. Какое применение в электрических сетях находят стальные провода?

47. Почему активное сопротивление стального провода значительно превышает омическое?

48. В чём причина изменений активных сопротивлений проводов из стали?

49. Какие физические явления определяют отличия индуктивного со­противления линий с проводами из цветного металла и стали?

50. В чём отличия в определении параметров схемы замещения линий со стальными проводами и проводами из цветного металла?

51. В чём преимущества и недостатки проводов из цветного металла?

52. Какое назначение стальной составляющей в сталеалюминиевом проводе?