دوائر المقاومة والتوصيل والدوائر المكافئة لخطوط الطاقة

تتمتع خطوط الكهرباء بمقاومة نشطة واستقرائية وموصلية نشطة وسعوية موزعة بالتساوي على طولها.

في الحسابات الكهربائية العملية لشبكات نقل الطاقة ، من المعتاد استبدال خطوط التيار المستمر الموزعة بشكل موحد بثوابت في تركيبة: المقاومة النشطة r والمقاومة الاستقرائية x والموصلية g النشطة والتوصيل السعوي b. تظهر الدائرة المكافئة لخط على شكل حرف U يتوافق مع هذه الحالة في الشكل. 1 ، أ.

عند حساب شبكات نقل الطاقة المحلية بجهد 35 كيلو فولت وأقل من الموصلية g و b ، يمكنك تجاهل واستخدام دائرة مكافئة أبسط تتكون من مقاومات نشطة واستقرائية متصلة بالسلسلة (الشكل 1 ، ب).

يتم تحديد المقاومة الخطية بواسطة الصيغة

حيث l طول السلك ، م ؛ s هو المقطع العرضي للسلك أو قلب الكبل ، mmg هو الموصلية التصميمية المحددة للمادة ، m / ohm-mm2.

أرز. 1. مخططات استبدال الخط: أ - لشبكات نقل الطاقة الإقليمية. ب - لشبكات نقل الطاقة المحلية.

يبلغ متوسط ​​القيمة المحسوبة للموصلية المحددة عند درجة حرارة 20 درجة مئوية للأسلاك أحادية النواة ومتعددة النواة ، مع مراعاة المقطع العرضي الفعلي والزيادة في الطول عند لف الأسلاك متعددة النواة ، 53 م / أوم ∙ مم 2 للنحاس ، 32 م / أوم ∙ مم 2 للألمنيوم.

المقاومة النشطة للأسلاك الفولاذية ليست ثابتة. مع زيادة التيار عبر السلك ، يزداد تأثير السطح وبالتالي تزداد المقاومة النشطة للسلك. يتم تحديد المقاومة النشطة للأسلاك الفولاذية من خلال منحنيات أو جداول تجريبية ، اعتمادًا على قيمة التيار المتدفق عبرها.

خط المقاومة الاستقرائي. إذا تم إجراء خط تيار ثلاثي الأطوار من خلال إعادة ترتيب (تبديل) الأسلاك ، فعندئذٍ عند تردد 50 هرتز ، يمكن تحديد المقاومة الاستقرائية للطور بمقدار كيلومتر واحد من طول الخط بواسطة الصيغة

حيث: العصر هو متوسط ​​المسافة الهندسية بين محاور الأسلاك

a1 و a2 و a3 هي المسافات بين محاور الموصلات في المراحل المختلفة ، d هو القطر الخارجي للموصلات المأخوذة وفقًا لجداول GOST للموصلات ؛ μ هي النفاذية المغناطيسية النسبية للموصل المعدني ؛ لأسلاك المعادن غير الحديدية μ = 1 ؛ x'0 - المقاومة الاستقرائية الخارجية للخط بسبب التدفق المغناطيسي خارج الموصل ؛ x «0 - المقاومة الحثية الداخلية للخط بسبب التدفق المغناطيسي المغلق داخل الموصل.

المقاومة الاستقرائية لكل خط طول l كم

تبلغ المقاومة الاستقرائية x0 للخطوط العلوية مع موصلات من المعادن غير الحديدية في المتوسط ​​0.33-0.42 أوم / كم.

الخطوط ذات الجهد الكهربائي من 330-500 كيلو فولت لتقليل الخسائر الإكليلية (انظر أدناه) لا يتم إجراؤها باستخدام نواة واحدة ذات قطر كبير ، ولكن مع اثنين أو ثلاثة موصلات من الصلب والألمنيوم لكل مرحلة ، وتقع على مسافة قصيرة من بعضها البعض. في هذه الحالة ، يتم تقليل المقاومة الاستقرائية للخط بشكل كبير. في التين. يوضح الشكل 2 تنفيذًا مشابهًا لمرحلة على خط 500 كيلو فولت ، حيث توجد ثلاثة موصلات عند رؤوس مثلث متساوي الأضلاع بطول 40 سم ، وموصلات الطور مثبتة بعدة خطوط صلبة في المقطع.

إن استخدام أسلاك متعددة لكل مرحلة يكافئ زيادة قطر السلك ، مما يؤدي إلى انخفاض المقاومة الاستقرائية للخط. يمكن حساب الأخير باستخدام الصيغة الثانية ، قسمة المصطلح الثاني على جانبه الأيمن على n واستبداله بدلاً من القطر الخارجي d للسلك ، القطر المكافئ de الذي تحدده الصيغة

حيث n - عدد الموصلات في مرحلة واحدة من الخط ؛ acp - المسافة الهندسية المتوسطة بين الموصلات لطور واحد.

مع وجود سلكين لكل مرحلة ، تنخفض المقاومة الاستقرائية للخط بحوالي 15-20 ٪ ، وثلاثة أسلاك - بنسبة 25-30 ٪.

إجمالي المقطع العرضي لموصلات الطور يساوي المقطع العرضي للتصميم المطلوب ، والأخير مقسم على أي حال إلى اثنين أو ثلاثة موصلين ، وهذا هو السبب في أن هذه الخطوط تسمى تقليديًا خطوط الموصلات المنقسمة.

الأسلاك الفولاذية لها قيمة x0 أكبر بكثير لأن النفاذية المغناطيسية تصبح أكثر من واحد ، ويكون المصطلح الثاني من الصيغة الثانية حاسمًا ، أي المقاومة الاستقرائية الداخلية x «0.

أرز. 2. 500 متر مربع أحادي الطور ثلاثة إكليل معلق من الأسلاك المنقسمة.

نظرًا لاعتماد النفاذية المغناطيسية للفولاذ على قيمة التيار المتدفق عبر السلك ، من الصعب تحديد x «0 من الأسلاك الفولاذية. لذلك ، في الحسابات العملية ، يتم تحديد x »0 من الأسلاك الفولاذية من المنحنيات أو الجداول التي تم الحصول عليها تجريبياً.

يمكن أخذ المقاومة الاستقرائية للكابلات ثلاثية النواة بناءً على القيم المتوسطة التالية:

• للكابلات ثلاثية الأسلاك 35 ك.ف - 0.12 أوم / كم

• للكابلات ثلاثية الأسلاك 3-10 كيلوفولت -0.07-0.03 أوم / كم

• للكابلات ثلاثية الأسلاك حتى 1 كيلو فولت - 0.06-0.07 أوم / كم

يتم تعريف خط التوصيل النشط بفقدان الطاقة النشطة في عوازله.

في الخطوط العلوية لجميع الفولتية ، تكون الخسائر من خلال العوازل صغيرة حتى في المناطق ذات الهواء الملوث للغاية ، لذلك لا يتم أخذها في الاعتبار.

في الخطوط العلوية بجهد 110 كيلو فولت وما فوق ، في ظل ظروف معينة ، يظهر الهالة على الأسلاك ، بسبب التأين الشديد للهواء المحيط بالسلك ويصاحبه توهج بنفسجي وشعرة مميزة. يكون تاج السلك شديدًا بشكل خاص في الطقس الرطب. إن أكثر الوسائل جذرية لتقليل فقد القدرة على الإكليل هي زيادة قطر الموصل ، لأنه كلما زاد هذا الأخير ، تقل قوة المجال الكهربائي ، وبالتالي تقل تأين الهواء بالقرب من الموصل.

بالنسبة لخطوط 110 كيلو فولت ، يجب أن يكون قطر الموصل من ظروف الاكليل 10-11 مم على الأقل (الموصلات AC-50 و M-70) ، لخطوط 154 كيلو فولت - 14 مم على الأقل (الموصل AC-95) ، و لخط 220 كيلو فولت - لا يقل عن 22 مم (موصل التيار المتردد -240).

خسائر الطاقة النشطة للإكليل في الموصلات التي تتراوح من 110 إلى 220 كيلو فولت في الخطوط العلوية لقطر الموصل المحدد والكبير ضئيلة (عشرات الكيلوواط لكل كيلومتر من طول الخط) ، وبالتالي لا يتم أخذها في الاعتبار في الحسابات.

في خطوط 330 و 500 كيلو فولت ، يتم استخدام موصلين أو ثلاثة لكل مرحلة ، والتي ، كما ذكرنا سابقًا ، تعادل زيادة في قطر الموصل ، ونتيجة لذلك تكون قوة المجال الكهربائي بالقرب من الموصلات بشكل كبير مخفضة ، وتآكلت الموصلات قليلاً.

في خطوط الكابلات التي يبلغ قطرها 35 كيلو فولت وما دونها ، تكون خسائر الطاقة في العوازل صغيرة ولا يتم أخذها في الاعتبار أيضًا. في خطوط الكابلات بجهد 110 كيلو فولت أو أكثر ، تصل خسائر العزل الكهربائي إلى عدة كيلووات لكل كيلومتر من الطول.

التوصيل بالسعة للخط بسبب السعة بين الموصلات وبين الموصلات والأرض.

بدقة كافية للحسابات العملية ، يمكن تحديد التوصيل السعوي لخط علوي ثلاثي الطور بواسطة الصيغة

حيث C0 هي القدرة التشغيلية للخط ؛ ω - التردد الزاوي للتيار المتردد ؛ ACP و D - انظر أعلاه.

في هذه الحالة ، لا تؤخذ في الاعتبار موصلية التربة وعمق العودة الحالية إلى الأرض ، ومن المفترض أن يتم إعادة ترتيب الموصلات على طول الخط.

بالنسبة للكابلات ، يتم تحديد سعة العمل وفقًا لبيانات المصنع.

الموصلية الخطية l كم

يؤدي وجود السعة في الخط إلى تدفق التيارات السعوية. تكون التيارات السعوية 90 درجة قبل الفولتية المقابلة للطور.

في الخطوط الحقيقية ذات التيارات السعوية الثابتة الموزعة بشكل موحد على طول الطول ، فإن التيارات السعوية ليست موحدة على طول الخط لأن الجهد عبر الخط ليس ثابتًا من حيث الحجم.

التيار السعوي في بداية الخط يقبل جهد التيار المستمر

حيث Uph هو جهد طور الخط.

طاقة الخط السعوي (الطاقة التي يولدها الخط)

حيث U هو جهد الطور إلى الطور ، مربع.

من الصيغة الثالثة ، يتبع ذلك أن الموصلية السعوية للخط تعتمد قليلاً على المسافة بين الموصلات وقطر الموصلات. تعتمد الطاقة التي يولدها الخط بشكل كبير على جهد الخط. بالنسبة للخطوط الهوائية 35 كيلو فولت وما دونها فهي صغيرة جدًا. لخط 110 كيلو فولت بطول 100 كم ، Qc≈3 Mvar. لخط 220 كيلو فولت بطول 100 كم ، Qc≈13 Mvar. يزيد وجود الأسلاك المنقسمة من سعة الخط.

تؤخذ التيارات السعوية لشبكات الكابلات في الاعتبار فقط عند الفولتية 20 كيلو فولت وما فوق.