Соотношения между параметрами разных линий и их схемы замещения

4.2. Соотношения между параметрами разных линий

и  их схемы замещения

          Как следует из формулы (4.2) активное сопротивление проводника воздушной или кабельной линии обратно пропорционально его сечению, что отражено на рис.4.4. Индуктивное сопротивление воздушных линий, определяемое формулой (4.5), зависит от расстояния между фазами  и радиуса провода. Но так как эти параметры находятся под знаком логарифма, то зависимость индуктивного сопротивления от них слабая. Действительно, для всех сечений проводов, применяемых  в воздушных линиях напряжением от 10 до 220 кВ удельное индуктивное сопротивление укладывается в диапазоне  = (0,35-0,45) Ом/км, что зафиксировано на рис.4.4. Там же представлена зависимость удельного индуктивного сопротивления кабельных линий , которая расположена значительно ниже  воздушных .

          Применяемые в последнее время воздушные линии с изолированными проводами напряжением 380 В имеют значения  близкие к кабельным линиям, а напряжением 10 кВ - значительно меньшие, чем . Индуктивное сопротивление  линий высокого напряжения с расщепленной фазой (4.8) из-за увеличения эквивалентного радиуса (4.7) меньше по сравнению с линиями с одним проводом в фазе.

          На рис.4.4 можно выделить три характерные области.

          В первой области малых сечений проводников активное сопротивление превышает индуктивное >, что особенно характерно для кабельных линий. Это имеет место в линиях местных электрических сетей напряжением 380 В и иногда 10 кВ с малыми нагрузками. В кабельных линиях таких сетей в ветви сопротивлений  П-образной схемы замещения  может быть исключено индуктивное сопротивление.

          Вторая область характеризуется примерным равенством активного и индуктивного сопротивлений. Это справедливо для воздушных линий напряжением 35 и 110 кВ и, как правило, для кабельных линий напряжением 10 кВ и выше. Естественно, что схема замещения таких линий обязательно должна содержать активное и реактивное сопротивления.

          В третьей области больших сечений проводников воздушных линий индуктивное сопротивление значительно превышает активное. Оно характерно для воздушных линий 220 кВ и выше. В некоторых случаях в них, например, когда не решается задача оценки экономичности  передачи электроэнергии, активное сопротивление может быть исключено из схемы замещения.

          Емкостная проводимость имеет примерно одинаковые значения для воздушных линий любых номинальных напряжений.

          Однако они характеризуются разными значениями зарядной мощности, которая, как видно из (4.14), зависит от напряжения линии и ее длины. Отметим, что линии более высокого напряжения имеют и большую длину. В воздушных линиях напряжением до 35 кВ зарядная мощность мала по сравнению с передаваемой по ним мощностью, поэтому ею можно пренебречь при  расчете режимов таких сетей. Это недопустимо в линиях напряжением 110 кВ и особенно выше, где зарядная мощность составляет значительную часть от передаваемой по ним мощности.

          Как отмечалось в § 4.1, активная проводимость, вызванная токами утечки через изоляцию практически должна учитываться только в кабелях напряжением не ниже 110 кВ. Активная проводимость, обусловленная короной на проводах воздушных линий, более значительна. Но она ограничивается необходимостью применения в линиях напряжением 110 кВ и выше сечений проводников, практически исключающих общую корону. Вместе с тем в линиях сверхвысоких напряжений ( 330 кВ) ее учитывают, но не в виде активной проводимости, а в виде потерь активной мощности на корону , оцениваемой формулой (4.10).

          Из изложенного следует, что параметры линий, представленные в их схемах замещения, различны для разных номинальных напряжений и конструктивных исполнений и по разному должны учитываться при расчете и анализе их режимов.

          Воздушные линии напряжением 330 кВ и выше целесообразно представлять для расчетов схемой замещения, приведенной на рис.4.5,а. В ней по сравнению с П-образной схемой замещения (рис.4.1) активная проводимость заменена потерями активной мощности на корону, а емкостная проводимость - зарядной мощностью.

          В воздушных линиях напряжением 110 и 220 кВ пренебрегают активной проводимостью и их схема замещения приведена на рис.4.5,б.

          В линиях напряжением 35 кВ и ниже влияние зарядной мощности мало, поэтому  их схема замещения еще больше упрощается (рис.4.5,в) и состоит только из активного и индуктивного сопротивлений.

          Для кабельных линий низких напряжений, выполненных малыми сечениями, в силу их малости по сравнению с активными сопротивлениями можно пренебречь индуктивным сопротивлением и в результате схема замещения включает только активное сопротивление (рис.4.5,г).

4.3. Параметры и схемы замещения трансформаторов

и автотрансформаторов

                Неотъемлемым элементом любой электрической сети являются различные силовые трансформаторы, которые связывают сети разных напряжений, обеспечивают подведение электроэнергии к электроприемникам нужного класса напряжения. В расчетных схемах электрических сетей трансформаторы представляются следующими параметрами: активным   и реактивным   сопротивлениями, активной  и реактивной  проводимостями. Применительно к двухобмоточному трансформатору его схема замещения с данными параметрами представлена на рис.4.6. Здесь n_Т – идеальный трансформатор в виде коэффициента трансформации, который в последующих схемах замещения не показан. Подобная  схема замещения с проводимостями, как правило, используется для представления трансформатора при проведении расчетов электрических сетей по известным программам на персональных ЭВМ.

          При расчете сетей напряжением  220 кВ вместо проводимостей в схемы замещения трансформаторов вводятся потери холостого хода соответственно активной   и реактивной  мощности.

          В паспорте любого трансформатора указываются следующие данные:  - номинальная мощность, кВ·А (МВ·А); - номинальные напряжения каждой обмотки, кВ; - активные потери холостого хода, кВт; - ток холостого хода, %; - потери короткого замыкания в каждой паре обмоток, кВт; - напряжение короткого замыкания в каждой паре обмоток, %. По этим данным можно определить все расчетные параметры трансформаторов.        На подстанциях электрической сети применяются следующие виды силовых трансформаторов: двух- и трехобмоточные, с расщепленной обмоткой и автотрансформаторы.

Двухобмоточный трансформатор и его схема замещения представлены на рис.4.7,а.

          Активное сопротивление  обуславливает потери активной мощности в обеих обмотках трансформатора и рассчитывается по потерям мощности, найденным из опыта короткого замыкания  . В этом опыте при  замкнутой накоротко вторичной обмотке к первичной подается напряжение, вызывающее протекание по обеим обмоткам номинального тока . Активная мощность , потребляемая трансформатором, практически полностью расходуется на нагрев его обмоток. Потери в стали здесь ничтожны из-за малости приложенного напряжения. Значит можно записать

          Откуда

.

          Учитывая, что

,

          получим

                                                  (4.15)

          Для всех трансформаторов в качестве   обычно берется номинальное напряжение обмотки высшего напряжения.

          Реактивное (индуктивное) сопротивление  обуславливает поток рассеяния в обмотках трансформатора. Его определяют по напряжению короткого замыкания , найденному из того же опыта, что и . Заметим, что  задают в % от номинального напряжения.

Поэтому

.

Откуда

Выразив  через , получим

.                                     (4.16)