Характеристики и параметры элементов электрических систем. Сопротивления и проводимости линий электропередачи

Глава 4. Характеристики и параметры элементов электрических систем

4.1. Сопротивления и проводимости линий электропередачи

В общем случае линии электропередачи представляют собой цепи с равномерно распределенными по длине продольными (активное и индуктивное сопротивления) и поперечными (активная и емкостная проводимости) параметрами. Однако точный учет влияния таких распределенных параметров достаточно сложен и необходим лишь при расчетах очень длинных линий. На практике для линий сравнительно небольшой длины, например, воздушных линий длиной до 300-400 км, распределенность параметров не учитывается и используются сосредоточенные сопротивления и проводимости. При этом такие линии электропередачи обычно представляются П-образной схемой замещения, приведенной на рис.4.1, которая включает активное  и индуктивное  сопротивления, активную  и емкостную  проводимости.

Активное сопротивление линии - сопротивление проводника при протекании по нему переменного тока. Оно больше сопротивления того же проводника при протекании по нему постоянного тока, называемого омическим. Различие в сопротивлениях вызывается поверхностным эффектом, присущим линиям переменного тока. В линиях постоянного тока плотность тока по сечению проводника от поверхности до центральной части одинакова. При нахождении проводника в переменном магнитном поле в нем наводится ЭДС самоиндукции, имеющая наибольшее значение  в центре и наименьшее у поверхности проводника. В итоге плотность тока в центральной части сечения проводника уменьшается, и ток вытесняется к поверхности проводника, что приводит к уменьшению использования сечения проводника и, значит, к повышению активного сопротивления по сравнению с омическим. Как отмечалось, в линиях электропередачи токонесущие проводники обычно выполняют алюминиевыми и медными, в которых при частоте 50 Гц влияние поверхностного эффекта очень незначительно. Поэтому в линиях электропередачи переменного тока с проводниками из цветных металлов активное сопротивление проводников принимают равным омическому.  Для стальных проводов поверхностным эффектом пренебрегать нельзя.

Известно, что сопротивление проводника зависит от его температуры, которая определяется величиной протекающего по нему тока и температурой окружающей среды. Вместе с тем, ток и температура постоянно изменяются, поэтому учесть для каждого случая изменение сопротивления практически невозможно. Так как диапазон изменения температуры проводника невелик, активные сопротивления проводников относят к некоторой средней температуре, принимаемой равной +20°С.

Активное сопротивление линии вычисляется по формуле

                                                               ,                                                  (4.1)   

где - удельное активное сопротивление, Ом/км;

L - длина линии, км.

Удельное сопротивление  для алюминиевых или сталеалюминиевых  проводов воздушных линий и кабелей с алюминиевыми или медными жилами определяется по справочным таблицам в зависимости от материала проводника и его сечениях при температуре +20°С.

В некоторых случаях  находят по формуле

                                                           ,                                                        (4.2)

где r - расчетное удельное сопротивление материала проводника, Ом.мм/км;

F - сечение проводника, мм.

Действительное сечение проводника отличается от указанного в марке провода, поэтому рекомендуется для определения  пользоваться более точными справочными таблицами.

          Индуктивное сопротивление линии обусловлено переменным магнитным полем, возникающим вокруг и внутри трехфазной системы проводников, которое наводит в них ЭДС самоиндукции и взаимной индукции. ЭДС наводится в каждом проводнике линии магнитными полями всех фаз. Поэтому ее величина, а значит, и величина индуктивного сопротивления зависят от взаимного расположения проводников. При расположении проводников по вершинам равностороннего треугольника наводимые в них ЭДС и индуктивные сопротивления одинаковы. В случае горизонтального расположения  проводов воздушной линии индуктивное сопротивление среднего провода меньше, чем крайних. Для их выравнивания применяют транспозицию проводов, заключающуюся в  изменении мест положения проводов. При этом каждый провод поочередно занимает все возможные положения на одинаковой длине линии. Чем дальше друг от друга расположены фазные проводники линии, тем меньше влияние соседних проводников, а поток рассеяния между ними и индуктивное сопротивление линии - больше. На индуктивное сопротивление  оказывают влияние диаметр, магнитная проницаемость проводника и частота переменного тока.