9.По какому принципу разработана шкала номинальных мощностей трансформаторов?

10.Как классифицируются схемы электрических сетей по функциональному значению?

11.Как классифицируются схемы электрических сетей по конфигурации?

2.СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ (ЛЭП)

Под схемой замещения элемента электрической сети трехфазного переменного тока частотой 50 Гц понимается совокупность фазных сопротивлений и проводимостей, позволяющая достаточно точно моделировать этот элемент при расчете установившихся режимов электрических сетей, т. е. при определении напряжений в начале и конце элемента, протекающих в элементе токов, а также потерь мощностей в элементе [2].

Под электрическими параметрами элемента понимаются значения сопротивлений и проводимостей в его схеме замещения.

2.1. Параметры схемы замещения воздушной ЛЭП

Активное сопротивление воздушной линии обусловлено нагревом проводов вследствие протекания электрического тока. Для сталеалюминевых проводов, являющихся основными для воздушных ЛЭП, активное сопротивление определяется главным образом алюминиевой частью. Активное сопротивление зависит от материала проводника, его длины и сечения и измеряется в [Ом]:

ℓ

,

(2.1)

где — удельное сопротивление проводника, Ом·мм2/км; ℓ — длина линии, км;

— сечение, мм2.

Для сталеалюминевых проводов (обозначение марки провода — АС), выполненных в виде стального многопроволочного сердечника и многопроволочной алюминиевой оболочки, из-за поверхностного эффекта и разницы в удельных сопротивлениях стали и алюминия практически весь ток протекает по алюминиевым проводникам. Если учесть также, что ток протекает по отдельным проводникам, навитым вокруг сердечника и имеющим длину на 3—4 % больше длины провода, то расчетное удельное сопротивление сталеалюминевого провода, отнесенное к единице его длины, составит = 31,5 Ом·мм2/км.

Обозначение выпускаемых сталеалюминевых проводов содержит сечение алюминиевой оболочки (в числителе) и стального сердечника (в знаменателе),

например АС 150/24. Обычно в электрических расчетах представляет интерес только сечение алюминиевой оболочки, поэтому знаменатель в обозначении часто опускают. Промышленностью выпускаются многопроволочные провода следующих стандартных сечений, мм2: 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240, 300, 330, 400, 450, 500, 600, 650, 700, 750, 800, 1000. Здесь и далее под сечением провода подразумевается сечение его алюминиевой оболочки.

Познакомьтесь в электротехнических справочниках или справочниках по строительству линий электропередачи с конструкциями проводов и тросов ВЛ. Прочитайте сведения из § 7.1 справочника по проектированию ЭЭС [5], обратив внимание на правила расшифровки обозначений проводов, диапазоны сечений, применяемых для ВЛ различных номинальных напряжений.

12

Обычно в справочных материалах приводится удельное (погонное) сопротивление линии для стандартных сечений , Ом/км, тогда эквивалентное сопротивление э определяется как, Ом:

э ℓ. (2.2)

где — число параллельных линий электропередачи. Справочные значения приводятся для температуры окружающей среды 20°С. Активное сопротивление зависит от температуры, но при расчетах эта зависимость обычно не учитывается (принимаются табличные значения удельного активного сопротивления), за исключением случаев, когда ЛЭП работает в экстремальных условиях.

Зависимость	от температуры		имеет вид		°определяется.
Индуктивное сопротивление, , °		1	0,004	20		(2.3)
		воздушной ЛЭП				индуктивно-

стью фаз ЛЭП по отношению к земле и взаимоиндукцией между фазами и, следовательно, зависит от взаимного расположения фаз, расстояния между фазами

и диаметра провода.	А	С
Для устранения разницы в величи-
не индуктивного сопротивления фаз	В	А
(крайних и средней) производится	С	В

транспозиция проводов (рис. 2.1).		Рис. 2.1. Транспозиция проводов
Расположение проводов ЛЭП	на	воздушных ЛЭП
опоре может быть горизонтальным или треугольным (рис. 2.2).
а	б		в
		a	d
		b	e
		c	f

Рис. 2.2. Расположение проводов воздушных ЛЭП на опорах:

а – треугольное; б – горизонтальное; в – двухцепная линия

Индуктивное сопротивление фазы одноцепной транспонированной линии с проводами из цветных металлов (медь, алюминий, сталеалюминий) подсчитывается с учетом взаимодействия фаз по соотношению

				0,1445	lg	ср	0,0157	, Ом/км,			(2.4)
где	ср	—		ср		э	,			э	(2.5)
									м;		— эквива-
			среднегеометрическое расстояние между фазами,
лентный радиус фазы, м;				— число проводов в фазе. Для линий, у которых
каждая фаза имеет только один провод, э							, — радиус провода.
						13

При значительном номинальном напряжении				воздушной линии (ВЛ)
напряженность электрического поля вокруг		проводов может превысить крити-
			ном
ческую	, соответствующую электрической прочности воздуха. Тогда

кр

вокруг провода возникает тлеющий электрический разряд (корона), на поддержание которого расходуется электрическая энергия. Известно, что при прочих равных условиях напряженность поля тем больше, чем больше его неравномерность. Для предотвращения или уменьшения последствий появления короны неравномерность поля вокруг фазы снижают, применяя расщепление фазы на

два (при

ном

= 330 кВ), три (при

ном

= 500 кВ) и более (при больших номи-

нальных

напряжениях ВЛ) проводов. Для таких ВЛ в расчетных формулах ис-

1

пользуется эквивалентный

радиус фазы

э

,

под-

считываемый по формуле

m

2

где

э

,

(2.6)

между 1-м и -м проводами в

–– расстояние

∏

фазе, м (рис. 2.3); П — знак произведения.

Для

ВЛ 330 кВ

формула (2.6) имеет

вид

i

3

, а ВЛ 500 кВ —

.

Рис. 2.3. Расположение проводов

Характерно, что

воздушных высоковольт-

при расщеплении фазы ЛЭП

ных линий незначительно изменяется при измене-

э

√

э

√

ниях габаритов линии, сечений проводов и степени расщепления проводов.

Для ЛЭП 35—220 кВ

ср

= 0,38––0,44 Ом/км.

Для ЛЭП 330—750 кВ

= 0,28––0,33 Ом/км.

Минимальные расстояния

между соседними фазами (горизонтальное рас-

ср

положение фаз) приведены ниже:

, кВ

, м

, кВ

, м

, кВ

, м

330

до 1

0,5

110

4,0

9,0

6—10

1,0

154

5,5

500

12,0

35

3,0

220

7,0

750

15,0

Обратите внимание на приведенные в [5, с. 272, 278] сведения о среднегеометрических расстояниях между фазами ВЛ.

Для двухцепных ЛЭП, когда две трехфазные системы проводов (две цепи ВЛ) подвешиваются на общих опорах, индуктивное сопротивление подсчитывается с учетом взаимоиндукции между цепями (см. рис. 2.2, в).

. (2.7)

0,1447 lg		;	(2.8)

подсчитывается по соотношению (2.4).

Эквивалентное реактивное сопротивление воздушной линии подсчитывается по соотношению, Ом:

14

э ℓ, (2.9)

где ℓ — длина линии; — число параллельных линий.

Активная проводимость. Для снижения или устранения напряженности электрического поля помимо расщепления проводов ограничивается минимально допустимое сечение провода (110 кВ — 70 мм2, 150 кВ — 120 мм2, 220 кВ — 240 мм2). Тем не менее, при некоторых условиях (неблагоприятных атмосферных) корона может возникать. В справочной литературе [5, табл. 7.7] приводятся данные по максимальным и минимальным удельным (на 1 км длины ВЛ) по-

терям активной мощности (			) на корону. По этой величине определяется
	проводимость ВЛ, См/км:
удельная активная		∆ к.о		∆ к.о	.		(2.10)
Эквивалентная активная проводимостьном параллельных ВЛ длиной						ℓ	опре-
деляется по формуле		.

ℓ

Для воздушных линий погонные потери активной мощности на корону существенно зависят от погодных условий и напряжения, поэтому активная погонная проводимость является переменным и нелинейным параметром. В большинстве случаев более целесообразно непосредственно учитывать полные потери на корону ∆ к линии электропередачи в виде дополнительной нагрузки.

Познакомьтесь с табл. 7.7 в [5] и проследите, как изменяются потери на корону ВЛ в зависимости от влияющих факторов.

Емкостная проводимость линии определяется токами смещения за счет электростатического поля линии (между фазами и по отношению к земле). Эта проводимость создает так называемый зарядный, или емкостный, ток, вектор которого опережает на 90° вектор напряжения линии. Величина удельной емкостной проводимости, См/км,

7,58	10 ,	(2.11)

lg срэ

а эквивалентная емкостная проводимость

ℓ .

Емкостная проводимость воздушных линий электропередачи слабо зави-

сит от конструктивных особенностей ЛЭП и имеет значение от 2,55·10–6 до

2,8·10–6 См/км для ВЛ 110—220 кВ и от 3,4·10–6 до 4,2·10–6 См/км для ВЛ 330— 750 кВ. Значения удельных проводимостей приводятся в справочной литерату-

ре [5, табл. 7.6].

2.2. Схемы замещения воздушной линии

При расчете режима работы электрической сети воздушная трехфазная линия переменного тока напряжением 500 кВ и длиной до 300 км может быть представлена схемой замещения с сосредоточенными параметрами П-образ- ного или Т-образного вида (рис. 2.4).

15

л⁄2	Rл	л⁄2	л⁄2	л⁄2	л⁄2	л⁄2	л⁄2
	л⁄2				л	л
		а				б

Рис. 2.4. Схемы замещения воздушной линии электропередачи:

а – П-образная; б – Т-образная

Для расчета режимов электрической сети, как правило, используется П- образная схема замещения сети, параметры схемы замещения вычисляются для одной фазы. При расчетах режима удобно схемы замещения представлять в ви-

1								де, показанном на рис. 2.5.
				л				Полное продольное сопротивление и про-
								водимости (шунты узлов 1 и 2) схемы замеще-
								ния имеют вид
										;			(2.12)
												.	(2.13)
Рис. 2.5. Схема замещения
									2		2
элемента электрической сети								Зачастую при расчетах установившихся ре-

жимов активная проводимость ЛЭП не учитывается, так как принятые меры борьбы с короной достаточно эффективны и, следовательно, потери на корону достаточно малы [4]. Тогда схема замещения имеет вид, показанный на рис. 2.6.

а	R	X		б	R	X
	2		2		Q2т	Q2т
	B		B

Рис. 2.6. Упрощенные схемы замещения воздушной линии:

а – с емкостными шунтами; б – с указанием генерации ЛЭП

Иногда удобно схему замещения ЛЭП показывать без емкостных шунтов, заменив их генерацией реактивной мощности:

Для линий 35 кВ и ниже емкостнуюг	.	(2.14)
	генерацию линии (зарядную мощ-

ность) можно не учитывать, и тогда схема замещения (рис. 2.7) выполняется

только в виде сопротивления . Для ВЛ 110 кВ обычно				< 10 % полной
мощности, передаваемой по линиил			; для передачи ЛЭП 220 кВг			достигает
			30 %, в ЛЭП 500—750 кВ		г	соизмеримаг
	л		с передачи.
			Просмотрите табл. 7.5, 7.6		в [5] и обратите
Рис. 2.7. Схема замещения воздушных линий			внимание на порядок величин зарядной мощности
напряжением 35 кВ			ВЛ.
			16