Weerstand, geleiding en equivalente circuits van hoogspanningslijnen

Hoogspanningslijnen hebben actieve en inductieve weerstand en actieve en capacitieve geleiding gelijkmatig verdeeld over hun lengte.

In praktische elektrische berekeningen van energietransmissienetwerken is het gebruikelijk om uniform verdeelde DC-lijnen te vervangen door constanten in combinatie: actieve r en inductieve x weerstand en actieve g en capacitieve b geleidbaarheid. Het equivalente circuit van een U-vormige lijn die overeenkomt met deze voorwaarde wordt getoond in Fig. 1, een.

Bij het berekenen van lokale elektriciteitstransmissienetwerken met een spanning van 35 kV en onder de geleidbaarheid g en b, kunt u een eenvoudiger equivalent circuit negeren en gebruiken dat bestaat uit in serie geschakelde actieve en inductieve weerstanden (Fig. 1, b).

Lineaire weerstand wordt bepaald door de formule

waarbij l de lengte van de draad is, m; s is de doorsnede van de draad of kabelkern, mmg γ is de specifieke ontwerpgeleidbaarheid van het materiaal, m / ohm-mm2.

Rijst. 1. Lijnvervangingsschema's: a — voor regionale elektriciteitstransmissienetwerken; b — voor lokale elektriciteitstransmissienetwerken.

De gemiddelde berekende waarde van de specifieke geleidbaarheid bij een temperatuur van 20 ° C voor enkeladerige en meeraderige draden, rekening houdend met hun werkelijke doorsnede en de toename in lengte bij het draaien van meeraderige draden, is 53 m / ohm ∙ mm2 voor koper, 32 m/ohm ∙ mm2 voor aluminium.

De actieve weerstand van staaldraden is niet constant. Naarmate de stroom door de draad toeneemt, neemt het oppervlakte-effect toe en daarmee de actieve weerstand van de draad. De actieve weerstand van staaldraden wordt bepaald door experimentele krommen of tabellen, afhankelijk van de waarde van de stroom die er doorheen vloeit.

Lijn inductieve weerstand. Als een driefasige stroomlijn wordt gemaakt met een herschikking (transpositie) van draden, dan kan bij een frequentie van 50 Hz de fase-inductieve weerstand van 1 km van de lijnlengte worden bepaald met de formule

waarbij: asr de geometrisch gemiddelde afstand is tussen de assen van de draden

a1, a2 en a3 zijn de afstanden tussen de assen van de geleiders van verschillende fasen, d is de buitendiameter van de geleiders volgens de GOST-tabellen voor geleiders; μ is de relatieve magnetische permeabiliteit van de metalen geleider; voor draden van non-ferrometalen μ = 1; x'0 — externe inductieve weerstand van de lijn als gevolg van de magnetische flux buiten de geleider; x «0 — interne inductieve weerstand van de lijn vanwege de magnetische flux die in de geleider is opgesloten.

Inductieve weerstand per lijnlengte l km

De inductieve weerstand x0 van bovenleidingen met geleiders van non-ferrometalen is gemiddeld 0,33-0,42 ohm/km.

Lijnen met een spanning van 330-500 kV om coronale verliezen te verminderen (zie hieronder) worden niet uitgevoerd met één kern met een grote diameter, maar met twee of drie staal-aluminium geleiders per fase, op korte afstand van elkaar. In dit geval wordt de inductieve weerstand van de lijn aanzienlijk verminderd. In afb. 2 toont een soortgelijke implementatie van een fase op een lijn van 500 kV, waarbij drie geleiders zich bevinden op de hoekpunten van een gelijkzijdige driehoek met zijden van 40 cm.De fasegeleiders zijn bevestigd met verschillende stijve strepen in de sectie.

Het gebruik van meerdere draden per fase staat gelijk aan het vergroten van de diameter van de draad, wat leidt tot een afname van de inductieve weerstand van de lijn. Dit laatste kan worden berekend met behulp van de tweede formule, waarbij de tweede term aan de rechterkant wordt gedeeld door n en in plaats van de buitendiameter d van de draad wordt vervangen door de equivalente diameter de bepaald door de formule

waarbij n - het aantal geleiders in één fase van de lijn; acp — geometrisch gemiddelde afstand tussen geleiders van één fase.

Met twee draden per fase neemt de inductieve weerstand van de lijn af met ongeveer 15-20%, en met drie draden - met 25-30%.

De totale dwarsdoorsnede van de fasegeleiders is gelijk aan de vereiste ontwerpdoorsnede, de laatste is sowieso verdeeld in twee of drie geleiders, daarom worden dergelijke lijnen conventioneel gesplitste geleiderlijnen genoemd.

Staaldraden hebben namelijk een veel grotere x0 waarde magnetische permeabiliteit worden meer dan één en de tweede term van de tweede formule is bepalend, dat wil zeggen de interne inductieve weerstand x «0.

Rijst. 2. 500 vierkante meter eenfasige hangende slinger met drie gespleten draden.

Vanwege de afhankelijkheid van de magnetische permeabiliteit van staal van de waarde van de stroom die door de draad vloeit, is het vrij moeilijk om x «0 uit staaldraden te bepalen. Daarom wordt in praktische berekeningen x»0 van staaldraden bepaald uit de experimenteel verkregen krommen of tabellen.

De inductieve weerstanden van drieaderige kabels kunnen worden genomen op basis van de volgende gemiddelde waarden:

• voor drieaderige kabels 35 kV — 0,12 ohm/km

• voor drieaderige kabels 3-10 kv-0,07-0,03 ohm/km

• voor drieaderige kabels tot 1 kV - 0,06 - 0,07 ohm / km

Een actieve geleidingslijn wordt bepaald door het verlies van actief vermogen in zijn diëlektrica.

In bovenleidingen van alle spanningen zijn verliezen door isolatoren klein, zelfs in gebieden met sterk vervuilde lucht, dus er wordt geen rekening mee gehouden.

In bovengrondse lijnen met een spanning van 110 kV en hoger, verschijnt onder bepaalde omstandigheden corona op de draden, als gevolg van de intense ionisatie van de lucht rond de draad en vergezeld van een violette gloed en een karakteristiek gekraak. De draadkroon is vooral intens bij nat weer. De meest radicale manier om vermogensverliezen naar de corona te verminderen, is het vergroten van de diameter van de geleider, omdat naarmate deze toeneemt, de sterkte van het elektrische veld en dus de ionisatie van de lucht nabij de geleider afneemt.

Voor 110 kV-lijnen moet de diameter van de geleider van de corona-omstandigheden minimaal 10-11 mm zijn (geleiders AC-50 en M-70), voor 154 kV-lijnen - minimaal 14 mm (geleider AC-95), en voor 220 kV-lijn - niet minder dan 22 mm (geleider AC -240).

Actieve vermogensverliezen voor corona in geleiders van 110-220 kV bovenleidingen met de gespecificeerde en grote geleiderdiameter zijn onbeduidend (tientallen kilowatts per 1 km lijnlengte), daarom wordt er geen rekening mee gehouden in de berekeningen.

In 330 en 500 kV-lijnen worden twee of drie geleiders per fase gebruikt, wat, zoals eerder vermeld, gelijk staat aan een vergroting van de diameter van de geleider, waardoor de sterkte van het elektrische veld nabij de geleiders aanzienlijk wordt verminderd, en de geleiders zijn enigszins gecorrodeerd.

In kabellijnen van 35 kV en lager zijn de vermogensverliezen in de diëlektrica gering en wordt er ook geen rekening mee gehouden. In kabellijnen met een spanning van 110 kV en meer bedragen diëlektrische verliezen enkele kilowatts per 1 km lengte.

Capacitieve geleiding van de lijn door capaciteit tussen geleiders en tussen geleiders en aarde.

Met een nauwkeurigheid die voldoende is voor praktische berekeningen, kan de capacitieve geleiding van een driefasige bovenleiding worden bepaald met de formule

waarbij C0 de werkcapaciteit van de lijn is; ω — hoekfrequentie van wisselstroom; acp en d — zie hierboven.

In dit geval wordt geen rekening gehouden met de geleidbaarheid van de grond en de diepte van de stroomterugkeer naar de grond en wordt aangenomen dat de geleiders langs de lijn worden herschikt.

Voor kabels wordt de werkcapaciteit bepaald volgens de fabrieksgegevens.

Lineaire geleidbaarheid l km

De aanwezigheid van capaciteit in de lijn veroorzaakt capacitieve stromen. Capacitieve stromen lopen 90° voor op de overeenkomstige fasespanningen.

In echte lijnen met constante capacitieve stromen die uniform over de lengte zijn verdeeld, zijn de capacitieve stromen niet uniform over de lengte van de lijn omdat de spanning over de lijn niet constant in grootte is.

Capacitieve stroom aan het begin van de lijn die een gelijkspanning accepteert

waarbij Uph de lijnfasespanning is.

Capacitief lijnvermogen (vermogen gegenereerd door de lijn)

waarbij U de fase-naar-fase spanning is, sq.

Uit de derde formule volgt dat de capacitieve geleidbaarheid van de lijn weinig afhangt van de afstand tussen de geleiders en de diameter van de geleiders. Het vermogen dat door de lijn wordt opgewekt, is sterk afhankelijk van de lijnspanning. Voor bovenleidingen van 35 kV en lager is dat erg klein. Voor een 110 kV-lijn met een lengte van 100 km geldt Qc≈3 Mvar. Voor een 220 kV-lijn met een lengte van 100 km geldt Qc≈13 Mvar. Het hebben van gesplitste draden verhoogt de lijncapaciteit.

Capacitieve stromen van kabelnetwerken worden alleen in aanmerking genomen bij spanningen van 20 kV en hoger.