Кабельные линии. Погонное активное сопротивление. Особенности схем замещения

Кабельные линии

Кабельные линии отличаются от воздушных  конструктивно: 

§  близость токопроводящих жил; наличие твердой электрической изоляции с относительной диэлектрической проницаемостью, значительно большей, чем у воздуха;

§  наличие металлических экранов и оболочек, окружающих каждую или все жилы кабеля.

Эти особенности определяют существенное различие погонных параметров воздушных и кабельных линий при одинаковых номинальном напряжении и сечении токоведущих элементов.

Погонное активное сопротивление. Определение погонного активного сопротивления кабельной линии производится в несколько иных, по сравнению с воздушной линией, условиях.

§  Весьма существенно влияние поверхностного эффекта и эффекта близости, особенно в жилах крупных сечений,  и соответственно активное сопротивление значительно отличается от омического.

§  Рабочие температуры кабельных линий, как правило,  близки к максимально допустимым температурам нагрева жил (85°С); пренебрегать этим нельзя - отличие от 20° С вносит заметную погрешность.

§  Кроме потерь активной мощности непосредственно в жилах есть потери в окружающих металлических элементах (экранах, оболочках, броне), которые необходимо учитывать при определении эквивалентного погонного активного сопротивления [10].

Характеристики кабельных линий

Погонные реактивные параметры.

В силу отмеченных выше особенностей конструкции КЛ их погонное индуктивное сопротивление (Xo) значительно меньше, а погонная емкостная проводимость (bo) больше, чем у воздушных линий.

Таким образом, погонное индуктивное сопротивление кабельных линий 6—220 кВ в 2 — 4 раза меньше, чем у воздушных линий тех же номинальных напряжений (около 0,4 Ом/км).

Погонная емкостная проводимость кабельных линий отличается от аналогичного параметра воздушных линий еще в большей степени.

Это является следствием (1) сближения фаз в общей оболочке или экранирования жил, приводящих к увеличению bo в той же степени, что и уменьшение Xo (в 2—4 раза); (2) более высокой относительной диэлектрической проницаемости изоляционных материалов относительно воздуха.

Типичны характеристики:

бумажная пропитанная изоляция характеризуется  = 3,5—3,7;

полиэтиленовая — 2,2—2,3.

Значения bo для рассматриваемых кабелей приведены в таблице.

Таким образом, по сравнению с аналогичным значением для воздушных линий с нерасщепленной фазой (около 2,72 мкСм/км) значения bo для кабельных линий 35—220 кВ оказываются в 8—50 раз больше.

Погонная активная проводимость (g_o). У кабельной линии активная проводимость определяется диэлектрическими потерями и может быть выражена через емкостную проводимость и тангенс угла диэлектрических потерь ():

g_0кл = b_0кл  * .

Для КЛ Uном ⁼6 -35 кВ с бумажной пропитанной изоляцией = 0,008 -0,015.

Для КЛ Uном ⁼110 кВ с центральным маслопроводящим каналом =0,003- 0,004.

Для КЛ Uном ⁼220 кВ, прокладываемых в стальном трубопроводе, = 0,0025 - 0,0045.

Полиэтиленовая изоляция имеет  0,0001.

Диэлектрические потери в кабельных линиях учитывают при напряжениях 220 кВ и выше. При Uном <= 110 кВ схема замещения кабельной линии не содержит ветвей с активной проводимостью.

Особенности схем замещения.

В соответствии с приведенными выше диапазонами изменения погонной емкостной проводимости b₀ зарядная мощность 1 км q₀кабельных линий приведены в таблице.

Зарядная мощность кабельных линий 110 кВ превосходит аналогичный показатель для воздушной линии в 40—50 раз в случае маслонаполненных кабелей и в 15—40 раз в случае кабелей с полиэтиленовой изоляцией.

Еще большими зарядными мощностями обладают кабельные линии 220 кВ — до 3,6—5,0 Мвар/км при маслонаполненных кабелях и 1,1—3,7 Мвар/км при кабелях с полиэтиленовой изоляцией. Эти значения соизмеримы с погонной зарядной мощностью воздушных линий 500—750 кВ.

Вместе с тем (!) кабельные линии, как правило, имеют значительно меньшую длину по сравнению с ВЛ того же номинального напряжения при примерно одинаковых или даже несколько больших передаваемых мощностях. Поэтому учет в схеме замещения кабельной линии ветвей с емкостной проводимостью обычно необходим лишь при Uном =>35 кВ. При меньших номинальных напряжениях кабельная линия с достаточной точностью представляется одной из схем замещения, показанных на рис. 4.4, г и 4.4, д (ниже) , которые отличаются по признаку наличия индуктивного сопротивления.

Необходимость учета в схеме замещения кабельной линии ее индуктивного сопротивления определяется его соотношением с величиной активного сопротивления, т.е. значением параметра v = Ro/Xo.

Для приведенных в таблицах диапазонов Rо и Xoможно установить, что для КЛ 6-10 кВ

- с медными жилами v = 17—1,0  и с индуктивным сопротивлением можно не считаться при F <= 120 мм² (v => 2) ;

- с алюминиевыми жилами v = 28-1,7 - при любых сечениях.

Это позволяет использовать простейшую схему замещения рис. 4.4, д.

Такая же схема замещения может использоваться и для кабелей