Воздушные и кабельные линии электропередач

Воздушные ЛЭП чаще всего имеют схему замещения п – образной формы:

Активное сопротивление R проводов и кабелей обусловлено материалом и площадью сечения токоведущих частей. Активное сопротивление определяет тепловые потери в проводнике. Материалы, из которых изготавливают токоведущие части проводов и кабелей – алюминий и медь. Сопротивление участка линии длинной l может быть найдено по формуле:

где r0 – погонное сопротивление ЛЭП (активное сопротивление на 1 км линии);

l –длинна линии, км;

где -- удельное расчетное сопротивление проводника;

F – площадь поперечного сечения.

В практических расчетах значение r0 определяют из справочных таблиц, где они указаны для расчетной температуры 20ºС. При температуре, отличной от 20ºС, r0 находится как:

Реактивное (индуктивное) сопротивление обусловлено переменным магнитным полем, возникающим в результате прохождения электрического тока в ЛЭП. Магнитное поле проводника одной из фаз наводит в нем ЭДС самоиндукции, которое направленно в обратную сторону по отношению направления тока. Магнитное поле соседних фаз наводит в проводнике ЭДС взаимоиндукции, которое направленно согласно с направлением тока данного проводника. Таким образом индуктивное сопротивление пропорционально результирующей ЭДС и зависит от взаимного расположения проводников.

Индуктивное сопротивление находится так:

где Х0 – погонное индуктивное сопротивление:

где rпр – радиус провода:

где F – сечение провода;

D – среднее геометрическое расстояние между проводами фаз ЛЭП:

В ЛЭП напряжением 330 кВ и выше для снижения индуктивного сопротивления, также для уменьшения потерь активной мощности на корону каждый фазный провод расщепляют на 2-4 проводника. В этом случае погонное индуктивное сопротивление находится как:

п – количество проводов в фазе;

Rэ – эквивалентный радиус провода:

где а ф – среднее геометрическое расстояние между центрами проводов расщепленной фазы.

При расщеплении

Активная проводимость обусловлена потерями активной мощности в диэлектрике:

где g0 – погонная активная проводимость:

В воздушных ЛЭП потери активной мощности вызываются явлением короны. Также в очень незначительной степени оно вызывается несовершенством изоляции.

Явление короны заключается в том, что если напряженность электрического поля, охватывающего проводник, больше электрической прочности воздуха (которая составляет 21,2 при температуре 25ºС) вокруг проводов возникает ионизация воздуха, которая приводит к потерям активной мощности:

где -- коэффициент, учитывающий температуру воздуха и барометрическое давление;

Uкр.ф. -- критическое фазное напряжение, при котором возникает корона:

m₀ – коэффициент, учитывающий состояние поверхности провода, (0,8÷0,87);

m_n – коэффициент, учитывающий состояние погоды (влажность), (0,8÷1).

Приведенные формулы относятся к случаю, когда провода ЛЭП расположены в вершинах равностороннего треугольника. Если провода расположены по горизонтали в одной плоскости, то корона на среднем проводе появится при фазном напряжении примерно на 14 % меньше, чем критическое фазное напряжение, а на двух крайних – на 6 % выше.

В кабельных ЛЭП активная проводимость обусловлена потерей активной мощности, которая определяется только активной составляющей тока утечки через диэлектрик:

где С₀ – погонная емкость кабеля,

w –угловая частота;

-- тангенс угла диэлектрических потерь в изоляции кабеля при фазном напряжении.

В случаях, если провода фаз расщеплены, то вместо rпр во все формулы подставляется Rэ.

Реактивная (емкостная) проводимость В обусловлена действием электростатического поля в диэлектрике. Наличие этого поля обуславливает присутствие в ЛЭП зарядных токов.

Погонная емкость провода трехфазной воздушной ЛЭП определяется по формуле:

Погонная реактивная проводимость в 0 определяется по формуле:

Наличие емкостной проводимости В, которая приводит к образованию зарядных токов в проводах, следовательно приводит в возникновению реактивной мощности, генерируемой линией:

В воздушных ЛЭП напряжением до 330 кВ можно не учитывать те или другие параметры элементов схемы замещения, если их влияние на работу сети не существенно. В связи с этим П-образная схема замещения в ряде случаев упрощается. При проектировании ЛЭП обязательно учитывается явление короны при выборе сечения. Существует ряд проводов с минимальными сечениями по условиям короны для различных классов напряжения.

В местных сетях небольшой протяженности при напряжениях до 35 кВ включительно зарядные токи значительно меньше нагрузочных. Поэтому в воздушных линиях пренебрегают активной и емкостной проводимостями.

В кабельных ЛЭП, в виду близкого расположения токоведущих жил, индуктивное сопротивление имеет небольшое значение по сравнению с активным. Следовательно, им пренебрегают.

В связи с вышеизложенным, упрощенная схема замещения имеет вид: