Enerji hatlarının faz parametreleri uzunluğu boyunca eşit olarak dağılmıştır; Enerji nakil hattı, parametrelerin eşit şekilde dağıtıldığı bir devredir. Böyle bir devreyi içeren bir devrenin doğru tasarımı, karmaşık hesaplamalara neden olur. Bu bağlamda, elektrik hatlarının hesaplanmasında genel durumda toplu parametrelere sahip basitleştirilmiş "T" ve "P" şeklindeki eşdeğer devreler kullanılır (Şekil No. 1). “T” ve “P” şeklindeki eşdeğer devreler için hattın elektriksel hesaplamasındaki hatalar yaklaşık olarak aynıdır. Hattın uzunluğuna bağlıdırlar.
Enerji hatlarının uzunluğu boyunca gerçek düzgün dağılmış parametrelerin konsantrasyonuna ilişkin varsayımlar, 300-350 km'yi geçmeyen havai hatların (OL) uzunluğu ve 50-60 km'yi geçmeyen kablo hatları (CL) için geçerlidir. Uzun enerji nakil hatları için parametrelerin dağılımını hesaba katmak amacıyla çeşitli yöntemler kullanılmaktadır.
ES şemasının boyutu ve buna bağlı olarak modelleme denklemleri sistemi, şema numarasına göre belirlenir. Bu nedenle, pratik hesaplamalarda, özellikle bilgisayar kullanıldığında, "U" şeklinde bir eşdeğer devre daha sık kullanılır; bunun bir avantajı vardır - devrenin boyutu, elektrik hatlarının modellenmesine kıyasla 1,5 kat daha küçüktür. “T” şeklinde bir devre. Bu nedenle enerji hatları için “P” şeklindeki değiştirme devresine ilişkin daha fazla sunum yapılacaktır.
Eşdeğer devrelerde boylamsal elemanları (güç hattı direnci Z=R+jX) ve enine elemanları (iletkenlik Y=G+jB) vurgulayalım (Şekil No. 2). Enerji nakil hatları için bu parametrelerin değerleri genel ifadeyle belirlenir.
burada P (R 0 ,X 0 ,g 0 ,b 0 ) L, km uzunluğunda bir hattın 1 km'si başına boyuna veya enine parametrenin değeridir. Bazen bu parametrelere denir doğrusal.
Belirli bir tasarım ve voltaj sınıfının enerji nakil hatları için, ilgili parametrenin fiziksel görünümüne ve büyüklüğüne (değerine) bağlı olarak bu devrelerin kısmi durumları kullanılır. Hadi düşünelim kısa özet bu parametreler.
Aktif direnç, tellerin ısınmasına (ısı kayıpları) neden olur ve akım taşıyan iletkenlerin malzemesine ve kesitine bağlıdır. Demir dışı metalden (alüminyum, bakır) yapılmış küçük kesitli tellere sahip hatlar için, aktif direnç omik (doğru akım direnci) değerine eşit olarak alınır, çünkü yüzey etkisinin 50-60 endüstriyel frekanslarda tezahürü Hz algılanamaz (yaklaşık %1). Büyük kesitli iletkenler için (500 mm2 veya daha fazla), endüstriyel frekanslardaki yüzey etkisi önemlidir.
Hattın aktif direnci Ohm/km formülüyle belirlenir.
Nerede; – tel malzemenin spesifik aktif direnci, Ohm mm 2 /km; F bölümü faz teli(çekirdekler), mm2. Teknik alüminyum için derecesine bağlı olarak kabul edilebilir; = 29,5-31,5 Ohmm 2/km, bakır için = 18-19 Ohmm 2/km;
Aktif direnç sabit kalmaz. Çevredeki havanın (ortamın) sıcaklığına, rüzgar hızına ve telden geçen akımın değerine göre belirlenen telin sıcaklığına bağlıdır.
Ohmik direnç, basit bir şekilde, bir denge durumuna yakın salınım hareketleri gerçekleştiren bir iletken malzemenin kristal kafesinin düğümlerindeki yüklerin yön hareketine engel olarak yorumlanabilir. İletkenin sıcaklığının artmasıyla titreşimlerin yoğunluğu ve buna bağlı olarak omik direnç artar.
Aktif direncin tel sıcaklığına bağımlılığı t şu şekilde tanımlanır:
iletken sıcaklığında t = 20 0 C'de 2 numaralı formül kullanılarak hesaplanan R 0 direncinin standart değeri nerede; α-sıcaklık katsayısı elektrik direnci, Ohm/derece (bakır, alüminyum ve çelik-alüminyum teller için α=0,00403, çelik teller için α=0,00455).
3 numaralı formülü kullanarak hatların aktif direncini netleştirmenin zorluğu, mevcut yüke ve soğutma yoğunluğuna bağlı olarak telin sıcaklığının sıcaklığı önemli ölçüde aşabilmesidir. çevre. Mevsimsel elektrik koşulları hesaplanırken bu tür bir açıklamaya ihtiyaç duyulabilir.
Bir havai hat fazını n adet aynı kabloya bölerken, ifade No. 2'de faz kablolarının toplam kesitinin hesaba katılması gerekir:
Endüktif reaktans, bir iletkenin içinden akım geçtiğinde çevresinde ve içinde ortaya çıkan manyetik alandan kaynaklanır. İletkende, kaynak emf'nin tersi yönde, Lenz ilkesine göre yönlendirilmiş, kendi kendine endüktif bir emk indüklenir.
Kendi kendine endüktif emk'nin kaynağın emk'sindeki değişikliğe sağladığı karşı etki, iletkenin endüktif reaktansını belirler. Akımın frekansı f (akım di/dt değişim hızı) ve fazın tasarımına (dallanma) ve üçüne bağlı olarak faz endüktansının değeri L tarafından belirlenen akı bağlantısındaki değişiklik ne kadar büyük olursa. -fazlı güç hattı bir bütün olarak, X = ωL elemanının endüktif reaktansı ne kadar büyük olursa. Yani, aynı hat (veya basitçe bir elektrik bobini) için, besleme akımının f frekansı arttıkça endüktif reaktans artar. Doğal olarak örneğin ağlarda sıfır frekansta (;f=0) doğru akım güç hattının endüktif reaktansı yoktur.
Çok fazlı güç hatlarının fazlarının endüktif reaktansı, faz kablolarının (çekirdeklerin) göreceli konumundan da etkilenir. Kendi kendine indüklenen EMF'ye ek olarak, her fazda karşılıklı olarak indüklenen karşıt bir EMF de indüklenir. Bu nedenle, örneğin bir eşkenar üçgenin köşeleri boyunca fazların simetrik bir düzenlemesiyle, tüm fazlarda ortaya çıkan karşıt EBW aynıdır ve bu nedenle fazların bununla orantılı endüktif dirençleri aynıdır. Faz kabloları yatay olarak düzenlendiğinde fazların akı bağlantıları aynı değildir, dolayısıyla faz kablolarının endüktif dirençleri birbirinden farklıdır. Faz parametrelerinin simetrisini (özdeşliğini) elde etmek için, faz tellerinin aktarımı (yeniden düzenlenmesi) özel destekler üzerinde gerçekleştirilir.
1 km'lik hat başına endüktif reaktans, Ohm/km ampirik formülüyle belirlenir.
(5)
Akım frekansının 50 Hz olduğunu varsayarsak, demir dışı metallerden yapılmış teller için f = 314 rad/s (μ = 1) elde ederiz, Ohm/km,
(6)
ve sırasıyla 60Hz frekansta (ω=376,8 rad/s), Ohm/km
(7)
Faz kabloları birbirine yaklaştığında karşılıklı endüktif emf'nin etkisi artar, bu da güç hattının endüktif direncinde bir azalmaya yol açar. Kablo hatlarında endüktif reaktanstaki azalma (3-5 kat) özellikle dikkat çekicidir. %25-20'ye yakın endüktif reaktansa sahip, artırılmış kapasiteye sahip kompakt yüksek ve ultra yüksek gerilim havai hatları geliştirilmiştir.
Faz kabloları (çekirdekler) arasındaki geometrik ortalama mesafenin değeri, m,
(8)
faz kablolarının (baralar) konumuna bağlıdır. Havai hattın fazları yatay olarak veya bir üçgenin köşeleri boyunca, akım iletkenlerinin faz baraları yatay veya dikey bir düzlemde ve üç çekirdekli bir kablonun çekirdekleri eşkenar üçgenin köşeleri boyunca yerleştirilebilir. D av ve r pr değerleri aynı boyuta sahip olmalıdır.
Referans verilerinin yokluğunda, çok telli tellerin gerçek yarıçapı r pr, telin akım taşıyan ve çelik parçalarının toplam kesit alanından belirlenebilir ve bükülme dikkate alınarak% 15 - 20 oranında arttırılabilir. , yani
(9)
Endüktif reaktansın iki bileşenden oluştuğunu unutmayın: harici ve dahili. Dış endüktif reaktans, tellerin etrafında oluşan dış manyetik akı ve D CP ve r PR değerleri ile belirlenir. Doğal olarak, fazlar arasındaki mesafe azaldıkça, karşılıklı endüktif emk'nin etkisi artar ve endüktif reaktans azalır ve bunun tersi de geçerlidir. Akım taşıyan iletkenler arasındaki küçük mesafelere (havai hatlardan iki kat daha az) sahip kablo hatları, hava hatlarınınkinden önemli ölçüde (3-5 kat) daha az bir endüktif reaktansa sahiptir. Kablo hatlarının X 0'ını belirlemek için 5 ve 6 numaralı formüller dikkate alınmadığı için kullanılmaz. Tasarım özellikleri kablolar
Bu nedenle hesaplamalar yapılırken kabloların endüktif reaktansına ilişkin fabrika verilerini kullanırlar. İç endüktif reaktans, tellerde kapanan iç akı tarafından belirlenir.
Çelik teller için değeri mevcut yüke bağlıdır ve referans literatürde verilmiştir.
Bu nedenle enerji hatlarının aktif direnci telin malzemesine, kesitine ve sıcaklığına bağlıdır. Bağımlılık telin kesitiyle ters orantılıdır, R 0'ın büyük değerlere sahip olduğu küçük kesitlerde belirgindir ve tellerin büyük kesitlerinde çok az fark edilir. Güç hatlarının endüktif reaktansı, hatların tasarımı, fazın tasarımı ile belirlenir ve pratik olarak kabloların kesitine bağlı değildir (değer log(D CP /r PR)≈const).
Kapasitif iletkenliğe fazlar, faz kabloları (konut) ve toprak arasındaki kapasitanslar neden olur. Enerji nakil hattının eşdeğer devresinde, iletkenlik üçgeninin yıldıza dönüştürülmesinden elde edilen eşdeğer yıldız kolunun hesaplanan (çalışma) kapasitesi kullanılır (Şekil No. 3, c).
Pratik hesaplamalarda, birim uzunluk başına bir tel (F/km) bulunan üç fazlı bir havai hattın çalışma kapasitesi aşağıdaki formülle belirlenir:
(10)
İletkenler birbirine çok yakın olduğundan ve metal kabuklar topraklandığından kablo hatlarının çalışma kapasitesi havai hatların kapasitesinden önemli ölçüde daha yüksektir. Ek olarak, kablo yalıtımının dielektrik sabiti birlikten önemli ölçüde daha yüksektir - dielektrik sabiti hava. Çok çeşitli kablo tasarımları, bunların eksikliği geometrik boyutlarçalışma kapasitesinin belirlenmesini zorlaştırır ve bu nedenle pratikte operasyonel veya fabrika ölçümlerinden elde edilen veriler kullanılır.
Havai hatların ve kablo hatlarının kapasitif iletkenliği, S/km, genel formülle belirlenir.
Tablo No. 1 çalışma kapasitesi C 0 (10 -6), F/km, kayış yalıtımlı üç damarlı kablolar
|
Gerilim, kV |
Çekirdek kesiti, mm 2 |
||||||||||
10 numaralı ifade (a) dikkate alınarak havai hat 50 Hz'lik bir akım frekansında S/km'ye sahibiz,
(11)
ve besleme gerilimi frekansı 60 Hz olan bir havai hat için S/km elde ederiz,
(12)
Kapasitif iletkenlik kablo tasarımına bağlıdır ve üretici tarafından belirtilir, ancak yaklaşık hesaplamalar için 11 numaralı formül kullanılarak tahmin edilebilir.
Hatta uygulanan voltajın etkisi altında hat kapasitansları üzerinden kapasitif (şarj) akımlar yansıtılır. Daha sonra birim uzunluk başına hesaplanan kapasitif akım değeri, kA/km,
(13)
ve üç fazlı güç hattının karşılık gelen şarj gücü, Mvar/km,
her noktadaki gerilime bağlıdır.
Tüm güç hattı için şarj gücünün değeri, hattın başlangıcı ve bitişinin gerçek (hesaplanan) gerilimleri (Mvar) aracılığıyla belirlenir.
veya yaklaşık olarak nominal hat voltajına göre
Kağıt yalıtımlı ve viskoz emprenyeli 6-35 kV kablolar için üretim tekrar aktif güç Toplam CR üretiminin şu şekilde belirleneceği dikkate alınarak hattın kilometresi başına q 0
Ağdan voltaja giden kapasitif akımı tüketen, enine kapasitif iletkenliğe sahip bir güç hattı, daha çok şarj olarak adlandırılan bir reaktif (indüksiyon) güç kaynağı olarak düşünülmelidir. Kapasitif bir yapıya sahip olan şarj gücü, hattan tüketiciye iletilen yükün endüktif bileşenini azaltır.
110 kV nominal gerilimden başlayan havai hatların eşdeğer devrelerinde ve 35 kV ve daha fazla kablo hatlarında, enine dallar (şöntler), kapasitif iletkenlikler Vc veya üretilen güçler QC şeklinde dikkate alınmalıdır. .
Her voltaj sınıfındaki güç hatlarının fazları arasındaki mesafe, özellikle havai hatlar için hemen hemen aynıdır; bu, fazların ortaya çıkan akı bağlantısının değişmezliğini ve hatların kapasitif etkisini belirler. Bu nedenle, geleneksel havai hatlar için (. derin faz bölünmesi ve özel destek tasarımları olmadan), reaktif parametreler tasarım karakteristik çizgilerine çok az bağlıdır, çünkü fazlar arasındaki mesafelerin tellerin kesiti (yarıçapı) oranı pratikte değişmez, bu da logaritmik bir fonksiyonla verilen formüller.
35-220 kV'luk bir havai hattın fazları tek kablolarla gerçekleştirilirken, endüktif reaktansları dar sınırlar dahilindedir: X 0 = (0,40-0,44) Ohm/km ve kapasitif iletkenlik b 0 = (2,6-2,8) arasındadır. ) 10 -6 Sm/km. Kablo damarlarının kesit alanını (yarıçapı) değiştirmenin X 0 üzerindeki etkisi havai hatta göre daha belirgindir. Bu nedenle CL için endüktif reaktansta daha geniş bir değişiklik vardır: X 0 ≈(0,06-0,15) Ohm/km. 0,38-10 kV gerilime sahip tüm marka ve kesitlerdeki kablo hatları için endüktif reaktans daha dar bir aralıktadır (0,06-0,1 Ohm/km) ve kabloların fiziksel ve teknik veri tablolarından belirlenir.
110 kV havai hat için 100 km başına şarj gücünün ortalama değeri yaklaşık 3,5 Mvar, 220 kV - 13,5 Mvar, 500 kV havai hat için - 95 Mvar'dır.
Bu göstergelerin dikkate alınması, hat parametrelerini hesaplarken önemli hataları ortadan kaldırmayı veya bu parametreleri yaklaşık hesaplamalarda kullanmayı, örneğin uzunluğunun (km) bir havai hattın reaktif parametrelerini formda tahmin etmeyi mümkün kılar.
Aktif iletkenlik, kusurlu yalıtım (izolatörlerin yüzeyindeki sızıntı, yalıtkan malzemedeki iletim akımları (yer değiştirme)) nedeniyle aktif güç ΔP kayıpları ve korona deşarjı nedeniyle iletken etrafındaki havanın iyonlaşması nedeniyle oluşur. Özel iletkenlik genel şant formülü S/km ile belirlenir,
burada U nom, güç hattının kV cinsinden nominal gerilimidir.
Havai hatların yalıtımındaki kayıplar önemsizdir ve havai hatlardaki korona olgusu yalnızca tel yüzeyindeki elektrik alan kuvveti kV MAX /cm'yi aştığında meydana gelir:
kritik değer yaklaşık 17-19 kV/cm'dir. Korona için bu tür koşullar 110 kV ve daha yüksek gerilime sahip havai hatlarda meydana gelir.
Korona hasarı ve dolayısıyla aktif güç kayıpları büyük ölçüde havai hat voltajına, tel yarıçapına, atmosferik koşullara ve tel yüzeyinin durumuna bağlıdır. Çalışma voltajı ne kadar yüksekse ve tellerin yarıçapı ne kadar küçükse, elektrik alan kuvveti de o kadar büyük olur. Kötüleşen atmosferik koşullar (yüksek hava nemi, ıslak kar, tel yüzeyinde don), çapak, çizikler de elektrik alan kuvvetinin artmasına ve buna bağlı olarak korona tedavisi sırasında aktif güç kaybına katkıda bulunur. Korona deşarjı, radyo ve televizyon alımında parazite ve havai hat kablolarının yüzeyinde korozyona neden olur.
Korona kayıplarını ekonomik olarak kabul edilebilir bir seviyeye indirmek için, elektrik tesisatı kuralları (PUE) kabloların minimum kesitlerini (çaplarını) belirler. Örneğin, 110 kV havai hat için - AC 70 (11,8 mm), 220 kV havai hat için - AC 240 (21,6 mm).
Nominal gerilimi 330 kV veya daha fazla olan havai hatların modellenmesinde koronaya bağlı güç kayıpları dikkate alınır.
Kablo hatlarında, en büyük gerilimin etkisi altında, kablo damarlarının yüzeyinde bant yalıtım katmanları bulunur. Kablonun çalışma voltajı ne kadar yüksek olursa, yalıtım malzemelerinden kaçak akımlar ve dielektrik özelliklerinin ihlali o kadar belirgin olur. Daha sonra üreticinin verilerine göre alınan dielektrik kayıp tanjantı tg δ ile karakterize edilirler.
Birim uzunluk başına kablonun aktif iletkenliği
(20)
ve kablo yalıtımındaki karşılık gelen kaçak akım, A,
(21)
Daha sonra kablo yalıtım malzemesindeki dielektrik kayıpları MW,
Nominal gerilimi 110 kV ve üzeri olan kablo hatlarında bunlar dikkate alınmalıdır.
Tellerin ısınmasına (ısı kayıpları) neden olur ve akım taşıyan iletkenlerin malzemesine ve kesitine bağlıdır. Demir dışı metalden (alüminyum, bakır) yapılmış küçük kesitli tellere sahip hatlar için, aktif direnç omik (doğru akım direnci) değerine eşit olarak alınır, çünkü yüzey etkisinin 50-60 endüstriyel frekanslarda tezahürü Hz algılanamaz (yaklaşık %1). Büyük kesitli kablolar için (500 mm veya daha fazla), endüstriyel frekanslarda yüzey etkisi olgusu önemlidir
Hattın aktif doğrusal direnci Ohm/km formülüyle belirlenir.
tel malzemenin spesifik aktif direnci nerede, Ohm mm/km; F- faz telinin (çekirdek) kesiti, . Teknik alüminyum için markasına bağlı olarak = 29,5-31,5 Ohm mm / km, bakır için = 18,0-19,0 Ohm mm 2 / km alabilirsiniz.
Aktif direnç sabit kalmaz. Çevredeki havanın (ortamın) sıcaklığına, rüzgar hızına ve telden geçen akımın değerine göre belirlenen telin sıcaklığına bağlıdır.
Ohmik direnç, basit bir şekilde, bir denge durumuna yakın salınım hareketleri gerçekleştiren bir iletken malzemenin kristal kafesinin düğümlerindeki yüklerin yön hareketine engel olarak yorumlanabilir. İletkenin sıcaklığının artmasıyla titreşimlerin yoğunluğu ve buna bağlı olarak omik direnç artar.
Aktif direncin tel sıcaklığına bağımlılığı T olarak tanımlanır
formülle hesaplanan R 0 direncinin standart değeri nerede (4.2) , iletken sıcaklığında t= 20°C; a, elektrik direncinin sıcaklık katsayısıdır, Ohm/derece (bakır, alüminyum ve çelik-alüminyum teller için α = 0,00403, çelik teller için α = 0,00405).
Hatların aktif direncini (4.3)'e göre açıklığa kavuşturmanın zorluğu, mevcut yüke ve soğutma yoğunluğuna bağlı olarak telin sıcaklığının ortam sıcaklığını önemli ölçüde aşabilmesi gerçeğinde yatmaktadır. Mevsimsel elektrik koşulları hesaplanırken bu tür bir açıklamaya ihtiyaç duyulabilir.
Havai hat fazı ikiye ayrıldığında N ifadedeki aynı teller (4.2) faz kablolarının toplam kesitini hesaba katmak gerekir:
4.2. Endüktif reaktans
İletkenin içinden akarken etrafında ve içinde oluşan manyetik alandan kaynaklanır alternatif akım. İletkende, Lenz prensibine göre kaynağın emk'sine zıt yönde yönlendirilen kendi kendine endüktif bir emk indüklenir.
Kendi kendine endüktif emk'nin kaynağın emk'sindeki bir değişikliğe sağladığı karşı etki, iletkenin endüktif reaktansını belirler. Akım frekansı = 2nf (akım değişim hızı) ile belirlenen akı bağlantısındaki değişiklik ne kadar büyük olursa di/dt) ve faz endüktansının L büyüklüğü, fazın tasarımına (dallanma) ve bir bütün olarak üç fazlı güç hattına bağlı olarak, X = L elemanının endüktif reaktansı ne kadar büyük olursa. Yani, aynı hat (veya sadece bir elektrik bobini) için, besleme akımının f frekansı arttıkça endüktif reaktans artar. Doğal olarak sıfır frekans =2nf=0'da, örneğin DC ağlarında, güç hatlarının endüktif reaktansı yoktur.
Çok fazlı güç hatlarının fazlarının endüktif reaktansı, faz kablolarının (çekirdeklerin) göreceli konumundan da etkilenir. Kendi kendine indüklenen EMF'ye ek olarak, her fazda karşılıklı olarak indüklenen karşıt bir EMF de indüklenir. Bu nedenle, örneğin bir eşkenar üçgenin köşeleri boyunca fazların simetrik bir düzenlemesiyle, tüm fazlarda ortaya çıkan karşı EMF aynıdır ve bu nedenle fazların bununla orantılı endüktif dirençleri aynıdır. Faz kabloları yatay olarak yerleştirildiğinde, fazların akı bağlantısı aynı değildir, dolayısıyla faz kablolarının endüktif dirençleri birbirinden farklıdır. Faz parametrelerinin simetrisini (özdeşliğini) elde etmek için, faz tellerinin aktarımı (yeniden düzenlenmesi) özel destekler üzerinde gerçekleştirilir.
1 km'lik hat başına endüktif reaktans, Ohm/km ampirik formülüyle belirlenir.
Akım frekansını 50 Hz olarak alırsak, demir dışı metallerden yapılmış teller için belirtilen frekans = 2nf = 314 rad/s'de (|m = 1) şunu elde ederiz: Ohm/km,
Ancak belirtilen havai hatlar için anma gerilimleri R 0 parametreleri arasındaki karakteristik ilişkiler<
(4.23)
burada a, fazdaki teller arasındaki mesafedir, 40-60 cm'ye eşittir.
Bağımlılık analizi (4.23), eşdeğerin, eşdeğer faz yarıçapının 9,3 cm ('de) aralığında değiştiğini gösterdiğini göstermektedir. N= 2) 65 cm'ye kadar (ile N= 10) ve tel kesitine biraz bağlıdır. Değişikliği belirleyen ana faktör, bir fazdaki tel sayısıdır. Bölünmüş fazın eşdeğer yarıçapı, bölünmemiş fazın telinin gerçek yarıçapından çok daha büyük olduğundan, endüktif olarak
Böyle bir havai hattın (4.24), Ohm/km formunun dönüştürülmüş formülü ile belirlenen direnci azalır:
(4.24)
Esas olarak X "0 dış direncinin azaltılmasıyla elde edilen X 0'daki azalma nispeten küçüktür. Örneğin, 500 kV'luk bir havai hattın fazı üç kabloya bölündüğünde - 0,29-0,30 Ohm/km'ye kadar, yani. Buna göre dirençte bir azalma ile yaklaşık üçüncü.
Hattın kapasitesi (ideal limit) artar:
(4.25)
Doğal olarak eşdeğer faz yarıçapının artmasıyla faz etrafındaki elektrik alan şiddeti ve dolayısıyla koronadan kaynaklanan güç kaybı azalır. Bununla birlikte, yüksek ve ultra yüksek gerilim havai hatları (220 kV ve daha fazlası) için bu kayıpların toplam değerleri, belirtilen gerilim sınıflarındaki hatların modlarını analiz ederken dikkate alınması gereken dikkate değer değerlere karşılık gelir ( pirinç. 4.5).
Fazın birkaç kabloya bölünmesi, havai hattın kapasitesini ve buna bağlı olarak kapasitif iletkenliği artırır:
(4.26)
Örneğin, 220 kV'luk bir havai hattın fazı iki kabloya bölündüğünde iletkenlik 2,7 × 10 -6'dan 3,5 × 10 -6 S/km'ye yükselir. Bu durumda, ortalama uzunlukta, örneğin 200 km'lik 220 kV'luk bir havai hattın şarj gücü,
Belirli bir gerilim sınıfındaki havai hatlar üzerinden iletilen güçlerle, özellikle hattın doğal gücüyle orantılı olan
(4.27)
4.6. Enerji hatları için değiştirme şemaları
Yukarıda hat eşdeğer devrelerinin bireysel elemanlarının bir açıklaması bulunmaktadır. Fiziksel görünümlerine uygun olarak, elektrik ağlarını modellerken, üzerinde sunulan havai hatlar, kablo hatları ve baraların şemalarını kullanın. pirinç. 4.5, pirinç. 4.6, pirinç. 4.7. Bu diyagramların bazı genel açıklamalarını verelim.
Simetrik kararlı durum ES modlarını hesaplarken, bir faz için eşdeğer devre çizilir, yani boylamsal parametreleri, Z=R+JX direnci tek fazlı kablo (çekirdek) için gösterilir ve hesaplanır ve bir fazı bölerken - dikkate alarak Fazdaki tel sayısını ve havai hattın faz yapısının eşdeğer yarıçapını hesaba katın.
Kapasitif iletkenlik Вс, fazlar arasındaki, fazlar ve toprak arasındaki iletkenliği (kapasitans) hesaba katar ve tüm üç fazlı hat yapısının şarj gücünün üretimini yansıtır:
Aktif hat iletkenliği G, Faz (konut) ile devrenin sıfır potansiyel noktası (toprak) arasında bir şönt olarak gösterilen, üç fazın koronaya (veya izolasyona) toplam aktif güç kayıplarını içerir:
Enine iletimler (şantlar) Y=G+jX eşdeğer devrelerde onları tasvir edemezsiniz, ancak bunları bu şantların güçleriyle değiştirebilirsiniz ( pirinç. 4.5, b; pirinç. 4.6, b ). Örneğin aktif iletkenlik yerine havai hatlardaki aktif güç kayıpları gösterilmektedir:
(4.29)
veya CL izolasyonunda:
Kapasitif iletkenlik yerine şarj gücünün üretimi gösterilir
(4.30a)
Yüklü elektrik hatlarının enine dallarının belirtilen şekilde dikkate alınması, manuel olarak gerçekleştirilen elektrik modlarının değerlendirilmesini kolaylaştırır. Bu tür hat eşdeğer devrelerine hesaplanmış ( pirinç. 4.5, b; pirinç. 4.6,b).
220 kV'a kadar gerilime sahip elektrik hatlarında, belirli koşullar altında, ağın çalışması üzerindeki etkileri önemsizse, belirli parametreler göz ardı edilebilir. Bu bağlamda, şekilde gösterilen hat eşdeğer devreleri pirinç. 4.1 bazı durumlarda basitleştirilebilir.
Gerilimi 220 kV'a kadar olan havai hatlarda koronaya olan güç kayıpları ve 35 kV'a kadar gerilimi olan kablo hatlarında dielektrik kayıpları önemsizdir. Bu nedenle elektriksel modların hesaplanmasında ihmal edilirler ve buna göre aktif iletkenlik sıfıra eşit alınır ( pirinç. 4.6). Elektrik kayıplarının hesaplanmasını gerektiren hesaplamalarda, 220 kV gerilimi olan havai hatlar ile 110 kV ve üzeri gerilimi olan kablo hatları için, 330 kV ve üzeri gerilimi olan havai hatlar için de aktif iletkenliğin dikkate alınması gerekmektedir. elektrik modlarını hesaplarken ( pirinç. 4.5).
Hattın kapasitesinin ve şarj gücünün dikkate alınması gerekliliği, şarj ve yükleme gücünün ölçülebilirliğine bağlıdır. 35 kV'a kadar nominal gerilimlerdeki kısa uzunluktaki yerel ağlarda şarj akımları ve güç yükten önemli ölçüde daha azdır. Bu nedenle kablo hatlarında kapasitif iletkenlik yalnızca 20 ve 35 kV gerilimlerde dikkate alınır, havai hatlarda ise ihmal edilebilir.
Önemli uzunluklara (40-50 km ve daha fazla) sahip bölgesel ağlarda (110 kV ve üzeri), şarj kapasiteleri, yüklü olanlarla orantılı olabilir ve doğrudan zorunlu muhasebeye tabi olabilir ( pirinç. 4.6,b) veya kapasitif iletkenlikler ekleyerek ( pirinç. 4.6, bir).
Küçük kesitli (16-35 mm2) havai hat tellerinde aktif dirençler baskın olup, büyük kesitli (220 kV ve üzeri gerilime sahip bölgesel şebekelerde 240 mm2) şebekelerin özellikleri, bunların özellikleri ile belirlenir. endüktanslar. Orta kesitli (50-185 mm2) tellerin aktif ve endüktif dirençleri birbirine yakındır. 10 kV'a kadar küçük kesitli (50 mm2 veya daha az) gerilime sahip kablo hatlarında aktif direnç belirleyicidir ve bu durumda endüktif direnç dikkate alınmayabilir ( pirinç. 4.7, b).
Endüktif reaktansların dikkate alınması ihtiyacı aynı zamanda akımın reaktif bileşeninin toplam elektrik yükündeki payına da bağlıdır. Düşük güç faktörlü elektrik modlarını analiz ederken (çünkü<0,8) индуктивные сопротивления КЛ необходимо учитывать. В противном случае возможны ошибки, приводящие к уменьшению действительной величины потери напряжения.
DC güç hatları için eşdeğer devreler, X = 0'daki AC güç hatları için eşdeğer devrelerin özel bir durumu olarak düşünülebilir ve B = 0.
Yayınlanma tarihi 01/10/2012 (04/10/2013 tarihine kadar geçerlidir)
Bir elektrik şebekesi hattının teorik olarak sonsuz sayıda aktif ve reaktif direnç ve iletkenlik boyunca eşit şekilde dağılmış olmasından oluştuğu kabul edilir.
Dağıtılmış dirençlerin ve iletkenliklerin etkilerini doğru bir şekilde hesaplamak zordur ve bu derste ele alınmayan çok uzun hatların hesaplanması için gereklidir.
Uygulamada, konsantre aktif ve reaktans dirençleri ve iletkenlikleri olan bir hat dikkate alınarak basitleştirilmiş hesaplama yöntemleriyle sınırlıdırlar.
Hesaplamalar yapmak için basitleştirilmiş hat eşdeğer devreleri kullanılır, yani: seri bağlı aktif (r l) ve reaktif (x l) dirençlerden oluşan U şeklinde bir eşdeğer devre. Aktif (g l) ve reaktif (kapasitif) (b l) iletkenlikler hattın başında ve sonunda 1/2 oranında dahil edilir.
U şeklindeki eşdeğer devre, 110-220 kV gerilime ve 300-400 km'ye kadar uzunluğa sahip havai enerji hatları için tipiktir.
Aktif direnç aşağıdaki formülle belirlenir:
r l =r o ∙l,
burada r o + 20 o telindeki direnç Ohm/km'dir, l hat uzunluğu, km'dir.
Tellerin ve kabloların 50 Hz frekansındaki aktif direnci genellikle yaklaşık olarak ohmik dirence eşittir. Yüzey etkisi olgusu dikkate alınmaz.
Çelik-alüminyum ve diğer demir dışı metallerden yapılmış teller için spesifik aktif direnç ro, kesite bağlı olarak tablolardan belirlenir.
Çelik teller için yüzey etkisi ihmal edilemez. Onlara göre r o kesite ve akan akıma bağlıdır ve tablolardan bulunur.
20 o C dışındaki bir tel sıcaklığında hat direnci uygun formüller kullanılarak belirtilir.
Reaktans şu şekilde belirlenir:
x l =x o ∙l,
burada xo spesifik reaktans Ohm/km'dir.
Havai hat fazlarının spesifik endüktif dirençleri genellikle farklıdır. Simetrik modları hesaplarken xо'nun ortalama değerleri kullanılır:
burada r r telin yarıçapıdır, cm;
D av - fazlar arasındaki geometrik ortalama mesafe, cm, aşağıdaki ifadeyle belirlenir:
D av = (D AB D AB D SA) 1/3
D AB, D AB, D SA, karşılık gelen A, B, C fazlarının telleri arasındaki mesafelerdir.
Örneğin fazlar, kenarı D olan bir eşkenar üçgenin köşelerine yerleştirildiğinde geometrik ortalama mesafe D'ye eşittir.
D AB =D BC =D SA =D
Güç hattı kabloları yatay olarak yerleştirildiğinde:
D AB =D BC =D
DSA =2B
Paralel devreler çift devreli desteklere yerleştirildiğinde, her faz telinin akı bağlantısı her iki devrenin akımları tarafından belirlenir. İkinci zincirin etkisiyle X 0'daki değişiklik zincirler arasındaki mesafeye bağlıdır. İkinci zincirin etkisi dikkate alınarak veya dikkate alınmadan, bir zincirin X 0 arasındaki fark %5-6'yı geçmez ve pratik hesaplamalarda dikkate alınmaz.
U nom ≥330 kV olan güç hatlarında (bazen 110 ve 220 kV voltajlarda), her fazın teli birkaç tele ayrılır. Bu eşdeğer yarıçaptaki bir artışa karşılık gelir. X 0 ifadesinde:
X o =0,144lg(D av/r pr)+0,0157 (1)
r yerine pr kullanılır
r eq =(r pr a avp pf-1) 1/pF,
burada r eq telin eşdeğer yarıçapıdır, cm;
cf, bir fazın telleri arasındaki geometrik ortalama mesafedir, cm;
n f - bir fazdaki kablo sayısı.
Telleri bölünmüş bir hat için formül 1'deki son terim nf kat azalır, yani. 0,0157/n f formuna sahiptir.
Ayrık telli bir hat fazının spesifik aktif direnci aşağıdaki şekilde belirlenir:
r 0 =r 0pr /nf,
burada r 0pr, belirli bir kesitteki bir telin referans tablolarından belirlenen direncidir.
Çelik-alüminyum teller için X 0, kesite bağlı olarak referans tablolarından belirlenir; çelik için kesite ve akıma bağlı olarak.
Hattın aktif iletkenliği (gl) iki tür aktif güç kaybına karşılık gelir:
1) izolatörler aracılığıyla kaçak akımdan;
2) taçtaki kayıplar.
Yalıtkanlardan (TF-20) geçen kaçak akımlar küçüktür ve yalıtkanlardaki kayıplar ihmal edilebilir. 110 kV ve daha yüksek gerilime sahip havai hatlarda (OHL), belirli koşullar altında tel yüzeyindeki elektrik alan kuvveti artar ve kritik olandan daha büyük hale gelir. Telin etrafındaki hava yoğun bir şekilde iyonize olup bir korona adı verilen bir parıltı oluşturur. Korona aktif güç kayıplarına karşılık gelir. Tepedeki güç kayıplarını azaltmanın en radikal yolu, telin çapını arttırmak ve yüksek gerilim hatlarında (330 kV ve üzeri) tel ayırma kullanmaktır. Bazen tepedeki güç kayıplarını azaltmak için sözde sistemik yöntemi kullanabilirsiniz. Dispatcher hattaki voltajı belirli bir değere düşürür.
Bu bağlamda, taç boyunca izin verilen en küçük bölümler belirlenir:
150 kV - 120 mm2;
220 kV - 240 mm2.
Korona teli şunlara yol açar:
Verimliliği azaltmak için,
Tel yüzeyinin oksidasyonunu arttırmak için,
Radyo parazitinin ortaya çıkmasına.
220 kV'a kadar olan ağların kararlı durum modlarını hesaplarken, aktif iletkenlik pratikte dikkate alınmaz.
U nom ≥330 kV olan şebekelerde, optimal modları hesaplarken güç kayıplarını belirlerken korona kayıplarını hesaba katmak gerekir.
Hattın kapasitif iletkenliği (l cinsinden), farklı fazlardaki teller arasındaki kapasitanslar ve tel toprak kapasitansı ile belirlenir ve aşağıdaki şekilde belirlenir:
l = 0 l'de,
burada 0, arama tabloları veya aşağıdaki formül kullanılarak belirlenebilen spesifik kapasitif iletkenlik S/km'dir:
0 =7,58∙10- 6 /lg(D avg /r pr) (2),
burada D av, faz telleri arasındaki geometrik ortalama mesafedir; r r - telin yarıçapı.
110-220 kV ağlardaki çoğu hesaplama için iletim hattı (güç hattı) daha basit bir eşdeğer devre gibi görünmektedir:
Bazen eşdeğer devrede l/2 cinsinden kapasitif iletkenlik yerine hatların kapasitansının ürettiği reaktif güç (şarj gücü) dikkate alınır.
Hat kapasitif gücünün (MVAr) yarısı şuna eşittir:
Q C =3I c U f =3U f in 0 l/2=0,5V 2 in l,(*),
burada U f ve U sırasıyla faz ve fazdan faza (doğrusal) gerilimlerdir, kV;
I s - toprağa kapasitif akım:
Ic=U f in l /2
QC(*) ifadesinden, hatlar tarafından üretilen QC gücünün büyük ölçüde gerilime bağlı olduğu sonucu çıkar. Gerilim ne kadar yüksek olursa kapasitif güç de o kadar büyük olur.
35 kV ve altındaki gerilime sahip havai hatlar için kapasitif güç (QC) göz ardı edilebilir, bu durumda eşdeğer devre aşağıdaki formu alacaktır:
U nom ≥330 kV ve uzunluğu 300-400 km'den büyük hatlar için hat boyunca direnç ve iletkenliğin düzgün dağılımı dikkate alınır.
Kablolu enerji hatları, havai hatlarla aynı U şeklindeki eşdeğer devre ile temsil edilir.
Spesifik aktif ve reaktif dirençler r 0, x 0, referans tablolarının yanı sıra havai hatlar için de belirlenir.
X 0 ve 0'daki ifadeden:
X o =0,144lg(D av/r pr)+0,0157
0 =7,58∙10 -6 /lg(D ort /r pr)
farklı teller birbirine yaklaştıkça X 0'ın azaldığı, 0'ın ise arttığı görülebilir.
Kablo hatları için faz kabloları arasındaki mesafe havai hatlara göre çok daha azdır ve X 0 çok küçüktür.
10 kV ve altındaki gerilimlere sahip kablo hatlarının (kablo hatları) modları hesaplanırken yalnızca aktif direnç dikkate alınabilir.
Kablo hatlarındaki kapasitif akım ve QC, havai hatlardan daha yüksektir. Yüksek gerilim kablo hatlarında (CL) Q C dikkate alınır ve spesifik kapasitif güç Q C0 kVAr/km referans kitaplarındaki tablolardan belirlenebilir.
110 kV ve üzeri kablolar için aktif iletkenlik (g l) dikkate alınır.
Referans tablolarında verilen X 0 ve Q C0 kablolarının spesifik parametreleri yaklaşık değerlerdir; kabloların fabrika özelliklerinden daha doğru bir şekilde belirlenebilirler.
| Forumda tartışın |
|
| |
|
Çoğu durumda, güç hattının parametrelerinin (aktif ve reaktans, aktif ve kapasitif iletkenlik) uzunluğu boyunca eşit olarak dağıldığı varsayılabilir. Nispeten kısa uzunluktaki bir hat için, parametrelerin dağılımı göz ardı edilebilir ve toplu parametreler kullanılabilir: Rl ve Xl hattının aktif ve reaktansı, Gl ve VI hattının aktif ve kapasitif iletkenliği.
110 kV ve daha yüksek gerilime sahip, 300 - 400 km uzunluğa sahip havai elektrik hatları genellikle U şeklinde bir eşdeğer devre ile temsil edilir (Şekil 3.1).
Hattın aktif direnci aşağıdaki formülle belirlenir:
Rл=roL,(3.1)burada
ro - direnç, Ohm/km, +20°C kablo sıcaklığında;
L - hat uzunluğu, km.
Spesifik direnç r0 kesite bağlı olarak tablolardan belirlenir. 200C dışındaki bir kablo sıcaklığında hat direnci belirtilir.
Reaktans şu şekilde tanımlanır:
X1=xoL,(3.2)
burada xo spesifik reaktanstır, Ohm/km.
Havai hat fazlarının spesifik endüktif dirençleri genellikle farklıdır. Simetrik modları hesaplarken ortalama xo değerleri kullanılır:
burada rpr telin yarıçapıdır, cm;
Dav – fazlar arasındaki geometrik ortalama mesafe, cm, aşağıdaki ifadeyle belirlenir:
burada Dab, Dbc, Dca sırasıyla a, b, c fazlarının telleri arasındaki mesafelerdir, Şekil 3.2.
Paralel devreler çift devreli desteklere yerleştirildiğinde, her faz telinin akı bağlantısı her iki devrenin akımları tarafından belirlenir. İkinci zincirin etkisiyle xo'daki değişiklik öncelikle zincirler arasındaki mesafeye bağlıdır. İkinci devrenin etkisi dikkate alındığında ve dikkate alınmadan bir devrenin xo'sundaki fark% 5-6'yı geçmez ve pratik hesaplamalarda dikkate alınmaz.
Unom ³ 330 kV'deki enerji nakil hatlarında, her fazın teli birkaç (N) tele bölünmüştür. Bu eşdeğer yarıçaptaki bir artışa karşılık gelir. Bölünmüş fazın eşdeğer yarıçapı:
burada a, fazdaki teller arasındaki mesafedir.
Çelik-alüminyum teller için xo, bir fazdaki tellerin kesitine ve sayısına bağlı olarak referans tablolarından belirlenir.
Gl hattının aktif iletkenliği iki tür aktif güç kaybına karşılık gelir: yalıtkanlar boyunca kaçak akımdan ve koronaya.
Yalıtkanlardan geçen kaçak akımlar küçüktür, dolayısıyla yalıtkanlardaki güç kayıpları ihmal edilebilir. 110 kV ve daha yüksek gerilime sahip havai hatlarda belirli koşullar altında tel yüzeyindeki elektrik alan kuvveti artar ve kritik olandan daha büyük olur. Telin etrafındaki hava yoğun bir şekilde iyonlaşarak bir korona adı verilen bir parıltı oluşturur. Korona aktif güç kayıplarına karşılık gelir. Tepedeki güç kayıplarını azaltmanın en radikal yolu telin çapını arttırmaktır. Havai hat kablolarının izin verilen en küçük kesitleri korona oluşumunun durumuna göre standartlaştırılmıştır: 110 kV - 70 mm2; 220kV -240 mm2; 330kV –2x240 mm2; 500 kV – 3x300 mm2; 750 kV – 4x400 veya 5x240 mm2.
220 kV'a kadar gerilime sahip elektrik şebekelerinin kararlı durum koşulları hesaplanırken aktif iletkenlik pratikte dikkate alınmaz. Unom³330 kV'luk ağlarda güç kayıplarını belirlerken ve optimum modları hesaplarken korona kayıplarını hesaba katmak gerekir:
DРк = DРк0L=U2g0L,3.6)
burada DРк0 koronaya özgü aktif güç kaybıdır, g0 spesifik aktif iletkenliktir.
Bl hattının kapasitif iletkenliği, farklı fazlardaki teller arasındaki kapasitanslar ve tel toprak kapasitansı ile belirlenir ve aşağıdaki şekilde belirlenir:
burada bо referans tablolarından veya aşağıdaki formül kullanılarak belirlenebilen spesifik kapasitif iletkenliktir, S/km:
110-220 kV ağlardaki çoğu hesaplama için, enerji nakil hattı genellikle daha basit bir eşdeğer devre ile temsil edilir (Şekil 3.3, b). Bu şemada kapasitif iletkenlik yerine (Şekil 3.3, a), hat kapasitansının ürettiği reaktif güç dikkate alınır. Hattın kapasitif (şarj) gücünün yarısı Mvar şuna eşittir:
UФ ve U – faz ve faz-faz voltajı, kV;
Ib – toprağa kapasitif akım.
Pirinç. 3.3. Enerji hatları için değiştirme şemaları:
a, b - havai hat 110-220-330 kV;
c - havai hat Unom £35 kV;
g-kablo hattı Unom £ 10 kV
(3.8)'den, hat tarafından üretilen Qb gücünün büyük ölçüde gerilime bağlı olduğu sonucu çıkar. Gerilimi 35 kV ve altında olan havai hatlar için kapasitif güç göz ardı edilebilir (Şekil 3.3, c). Uzunluğu 300-400 km'den fazla olan Unom ³ 330 kV hatlar için, hat boyunca direnç ve iletkenliğin eşit dağılımı dikkate alınır. Bu tür hatların eşdeğer devresi dört terminalli bir ağdır.
Kablo güç hatları da U şeklinde bir eşdeğer devre ile temsil edilir. Belirli aktif ve reaktif dirençler ro, xo, havai hatların yanı sıra referans tablolarından belirlenir. (3.3), (3.7)'den, faz iletkenleri birbirine yaklaştıkça xo'nun azaldığı ve bo'nun arttığı açıktır. Kablo hatları için, iletkenler arasındaki mesafeler havai hatlardan çok daha küçüktür, bu nedenle xo küçüktür ve 10 kV ve daha düşük gerilime sahip kablo ağları için modlar hesaplanırken yalnızca aktif direnç dikkate alınabilir (Şekil 3.3, d). ). Kablo hatlarındaki kapasitif akım ve şarj gücü Qb, hava hatlarından daha yüksektir. Yüksek gerilim kablo hatlarında Qb dikkate alınır (Şekil 3.3, b). 110 kV ve üzeri kablolar için aktif iletkenlik Gl dikkate alınır.
3.2. Hatlardaki güç kayıpları
Güç hatlarındaki aktif güç kayıpları, yüksüz kayıplar DRХХ (korona kayıpları) ve yük kayıpları (tel ısıtma) DРН olarak ikiye ayrılır:
Hatlarda reaktif güç kayıpları telin içinde ve çevresinde manyetik akı oluşturmak için harcanır. 