Điện trở, độ dẫn điện và mạch điện tương đương của đường dây điện

Đường dây tải điện có điện trở chủ động và cảm ứng, điện dẫn chủ động và điện dung phân bố đều dọc theo chiều dài của chúng.

Trong các tính toán điện thực tế của các mạng truyền tải điện, theo thông lệ, người ta thường thay thế các đường dây DC phân bố đều bằng các hằng số kết hợp: điện trở r và cảm ứng x hoạt động và độ dẫn điện g và điện dung b. Mạch tương đương của một đường hình chữ U tương ứng với điều kiện này được thể hiện trong hình. 1, một.

Khi tính toán các mạng truyền tải điện cục bộ có điện áp 35 kV trở xuống g và b, bạn có thể bỏ qua và sử dụng một mạch tương đương đơn giản hơn bao gồm các điện trở cảm ứng và hoạt động nối tiếp (Hình 1, b).

Điện trở tuyến tính được xác định theo công thức

trong đó l là chiều dài của dây, m; s là tiết diện của lõi dây hoặc cáp, mmg γ là độ dẫn điện thiết kế riêng của vật liệu, m/ohm-mm2.

Cơm. 1. Phương án thay thế đường dây: a — đối với lưới truyền tải điện miền; b — đối với mạng truyền tải điện cục bộ.

Giá trị tính toán trung bình của độ dẫn điện cụ thể ở nhiệt độ 20 ° C đối với dây một lõi và dây đa lõi, có tính đến tiết diện thực của chúng và độ dài tăng lên khi xoắn dây nhiều lõi, là 53 m / ohm ∙ mm2 đối với đồng, 32 m/ohm ∙ mm2 đối với nhôm.

Điện trở chủ động của dây thép không phải là hằng số. Khi cường độ dòng điện qua dây dẫn tăng lên thì hiệu ứng bề mặt tăng lên và do đó điện trở hoạt động của dây dẫn tăng lên. Điện trở hoạt động của dây thép được xác định bằng đường cong hoặc bảng thực nghiệm, phụ thuộc vào giá trị cường độ dòng điện chạy qua chúng.

Điện trở cảm ứng dòng. Nếu một đường dây ba pha được thực hiện với sự sắp xếp lại (chuyển vị) của các dây, thì ở tần số 50 Hz, điện trở cảm ứng pha của 1 km chiều dài đường dây có thể được xác định theo công thức

trong đó: asr là khoảng cách trung bình hình học giữa các trục của dây

a1, a2 và a3 là khoảng cách giữa các trục của dây dẫn của các pha khác nhau, d là đường kính ngoài của dây dẫn được lấy theo các bảng GOST cho dây dẫn; μ là độ từ thẩm tương đối của dây dẫn kim loại; đối với dây kim loại màu μ = 1; x'0 - điện trở cảm ứng bên ngoài của đường dây do từ thông bên ngoài dây dẫn; x «0 - điện trở cảm ứng bên trong của đường dây do từ thông được đóng bên trong dây dẫn.

Điện trở cảm ứng trên chiều dài đường dây l km

Điện trở cảm x0 của đường dây trên không có dây dẫn bằng kim loại màu trung bình là 0,33-0,42 ôm/km.

Các đường dây có điện áp 330-500 kV để giảm tổn thất vành (xem bên dưới) được thực hiện không phải với một lõi có đường kính lớn, mà với hai hoặc ba dây dẫn nhôm-thép trên mỗi pha, nằm ở khoảng cách ngắn với nhau. Trong trường hợp này, điện trở cảm ứng của đường dây giảm đáng kể. Trong bộ lễ phục. Hình 2 cho thấy cách thực hiện tương tự của một pha trên đường dây 500 kV, trong đó ba dây dẫn được đặt ở các đỉnh của một tam giác đều có cạnh 40 cm, các dây dẫn pha được cố định bằng một số đường vân cứng trong phần.

Sử dụng nhiều dây trên mỗi pha tương đương với việc tăng đường kính của dây, dẫn đến giảm điện trở cảm ứng của đường dây. Cái sau có thể được tính bằng công thức thứ hai, chia số hạng thứ hai ở vế phải của nó cho n và thay vào đó là đường kính ngoài d của dây, đường kính tương đương de được xác định theo công thức

trong đó n - số lượng dây dẫn trong một pha của đường dây; acp - khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn của một pha.

Với hai dây trên mỗi pha, điện trở cảm ứng của đường dây giảm khoảng 15-20% và với ba dây - giảm 25-30%.

Tổng tiết diện của các dây dẫn pha bằng với tiết diện thiết kế cần thiết, dù sao thì phần sau cũng được chia thành hai hoặc ba dây dẫn, đó là lý do tại sao những đường dây như vậy thường được gọi là dây dẫn phân chia.

Dây thép có giá trị x0 lớn hơn nhiều vì Tính thấm từ trở thành nhiều hơn một và số hạng thứ hai của công thức thứ hai là quyết định, nghĩa là điện trở cảm ứng bên trong x «0.

Cơm. 2. 500 mét vuông một pha ba dây treo vòng hoa.

Do sự phụ thuộc của độ từ thẩm của thép vào cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn nên việc xác định x«0 từ dây thép là khá khó khăn. Vì vậy, trong tính toán thực tế, x» 0 của dây thép được xác định từ các đồ thị hoặc bảng thu được từ thực nghiệm.

Điện trở cảm ứng của cáp ba lõi có thể được lấy dựa trên các giá trị trung bình sau:

• đối với cáp ba dây 35 kV — 0,12 ôm / km

• đối với cáp ba dây 3-10 kv-0,07-0,03 ôm/km

• cho cáp ba dây lên đến 1 kV-0,06-0,07 ôm / km

Một đường dẫn tích cực được xác định bởi sự mất năng lượng hoạt động trong chất điện môi của nó.

Trong đường dây trên không của tất cả các điện áp, tổn thất qua chất cách điện là nhỏ ngay cả ở những khu vực có không khí bị ô nhiễm cao, vì vậy chúng không được tính đến.

Ở các đường dây trên không có điện áp từ 110 kV trở lên, trong một số điều kiện nhất định, hào quang xuất hiện trên dây dẫn do không khí xung quanh dây bị ion hóa mạnh và kèm theo ánh sáng tím và tiếng kêu đặc trưng. Vương miện dây đặc biệt dữ dội trong thời tiết ẩm ướt. Phương pháp triệt để nhất để giảm tổn thất điện năng cho vành nhật hoa là tăng đường kính của dây dẫn, bởi vì khi càng tăng thì cường độ điện trường và do đó, sự ion hóa không khí gần dây dẫn càng giảm.

Đối với đường dây 110 kV, đường kính của dây dẫn từ các điều kiện corona tối thiểu phải là 10-11 mm (dây dẫn AC-50 và M-70), đối với đường dây 154 kV - ít nhất là 14 mm (dây dẫn AC-95) và đối với đường dây 220 kV — không nhỏ hơn 22 mm (dây dẫn AC -240).

Tổn thất công suất hoạt động đối với corona trong dây dẫn của đường dây trên không 110-220 kV có đường kính dây dẫn lớn và quy định là không đáng kể (hàng chục kilowatt trên 1 km chiều dài đường dây), do đó chúng không được tính đến trong tính toán.

Trong các đường dây 330 và 500 kV, hai hoặc ba dây dẫn trên mỗi pha được sử dụng, như đã đề cập trước đó, tương đương với việc tăng đường kính của dây dẫn, do đó cường độ điện trường gần dây dẫn tăng đáng kể giảm, và các dây dẫn đã bị ăn mòn nhẹ.

Trong các tuyến cáp từ 35 kV trở xuống, tổn thất điện năng trong chất điện môi là nhỏ và cũng không được tính đến. Trong các tuyến cáp có điện áp từ 110 kV trở lên, tổn thất điện môi lên tới vài kilowatt trên 1 km chiều dài.

Điện dung dẫn điện của đường dây do điện dung giữa các dây dẫn và giữa dây dẫn với đất.

Với độ chính xác đủ để tính toán thực tế, điện dung dẫn của đường dây trên không ba pha có thể được xác định theo công thức

trong đó C0 là công suất làm việc của đường dây; ω — tần số góc của dòng điện xoay chiều; acp và d — xem ở trên.

Trong trường hợp này, độ dẫn của đất và độ sâu của dòng điện trở lại mặt đất không được tính đến và người ta cho rằng các dây dẫn được sắp xếp lại dọc theo đường dây.

Đối với cáp, khả năng làm việc được xác định theo dữ liệu của nhà máy.

Độ dẫn tuyến tính l km

Sự có mặt của điện dung trong đường dây làm cho dòng điện dung chạy qua. Dòng điện dung sớm hơn 90° so với điện áp pha tương ứng.

Trong các đường dây thực có dòng điện dung không đổi phân bố đều dọc theo chiều dài, các dòng điện dung không đổi phân bố dọc theo chiều dài do hiệu điện thế trên đường dây có độ lớn không đổi.

Dòng điện dung ở đầu dòng nhận điện áp DC

trong đó Uph là điện áp pha đường dây.

Công suất đường dây điện dung (công suất do đường dây tạo ra)

trong đó U là điện áp pha-pha, vuông.

Từ công thức thứ ba, suy ra rằng độ dẫn điện dung của đường dây phụ thuộc rất ít vào khoảng cách giữa các dây dẫn và đường kính của dây dẫn. Công suất do đường dây tạo ra phụ thuộc nhiều vào điện áp đường dây. Đối với đường dây trên không 35 kV trở xuống là rất nhỏ. Đối với đường dây 110 kV dài 100 km, Qc≈3 Mvar. Đối với đường dây 220 kV dài 100 km, Qc≈13 Mvar. Có chia dây tăng công suất đường truyền.

Dòng điện dung của mạng cáp chỉ được tính đến ở điện áp từ 20 kV trở lên.