Perlawanan, Konduktansi dan Sirkuit Ekuivalen Saluran Listrik

Saluran listrik memiliki resistansi aktif dan induktif serta konduktansi aktif dan kapasitif yang didistribusikan secara merata di sepanjang panjangnya.

Dalam perhitungan kelistrikan praktis dari jaringan transmisi daya, merupakan kebiasaan untuk mengganti saluran DC yang terdistribusi secara merata dengan konstanta dalam kombinasi: r aktif dan resistansi induktif x dan konduktivitas g aktif dan b kapasitif. Rangkaian ekuivalen dari garis berbentuk U yang sesuai dengan kondisi ini ditunjukkan pada Gambar. 1, sebuah.

Saat menghitung jaringan transmisi daya lokal dengan tegangan 35 kV dan di bawah konduktivitas g dan b, Anda dapat mengabaikan dan menggunakan rangkaian ekuivalen yang lebih sederhana yang terdiri dari resistansi aktif dan induktif yang terhubung seri (Gbr. 1, b).

Resistensi linier ditentukan oleh rumus

di mana l adalah panjang kawat, m; s adalah penampang inti kawat atau kabel, mmg γ adalah konduktivitas desain spesifik material, m / ohm-mm2.

Beras. 1. Skema penggantian saluran: a — untuk jaringan transmisi daya regional; b — untuk jaringan transmisi daya lokal.

Nilai rata-rata yang dihitung dari konduktivitas spesifik pada suhu 20 ° C untuk kabel single-core dan multi-core, dengan mempertimbangkan penampang sebenarnya dan peningkatan panjang saat memutar kabel multi-core, adalah 53 m / ohm ∙ mm2 untuk tembaga, 32 m / ohm ∙ mm2 untuk aluminium.

Resistansi aktif kabel baja tidak konstan. Saat arus melalui kawat meningkat, efek permukaan meningkat dan oleh karena itu resistansi aktif kawat meningkat. Resistansi aktif kawat baja ditentukan oleh kurva atau tabel eksperimental, tergantung pada nilai arus yang mengalir melaluinya.

Garis resistensi induktif. Jika saluran arus tiga fasa dibuat dengan penataan ulang (transposisi) kabel, maka pada frekuensi 50 Hz, resistansi induktif fasa 1 km dari panjang saluran dapat ditentukan dengan rumus

di mana: asr adalah jarak rata-rata geometris antara sumbu kabel

a1, a2 dan a3 adalah jarak antara sumbu konduktor dari berbagai fase, d adalah diameter luar konduktor yang diambil sesuai dengan tabel GOST untuk konduktor; μ adalah permeabilitas magnetik relatif dari konduktor logam; untuk kabel logam non-besi μ = 1; x'0 - resistansi induktif eksternal dari saluran karena fluks magnet di luar konduktor; x «0 — resistensi induktif internal dari garis karena fluks magnet yang tertutup di dalam konduktor.

Resistensi induktif per panjang garis l km

Resistansi induktif x0 saluran udara dengan konduktor logam non-besi rata-rata 0,33-0,42 ohm / km.

Saluran dengan tegangan 330-500 kV untuk mengurangi kerugian koronal (lihat di bawah) dilakukan bukan dengan satu inti berdiameter besar, tetapi dengan dua atau tiga konduktor baja-aluminium per fase, yang terletak tidak jauh dari satu sama lain. Dalam hal ini, resistansi induktif saluran berkurang secara signifikan. Dalam gambar. 2 menunjukkan implementasi serupa dari fase pada saluran 500 kV, di mana tiga konduktor terletak di simpul segitiga sama sisi dengan sisi 40 cm Konduktor fase dipasang dengan beberapa striae kaku di bagian tersebut.

Menggunakan beberapa kabel per fase sama dengan meningkatkan diameter kabel, yang menyebabkan penurunan resistansi induktif saluran. Yang terakhir dapat dihitung dengan menggunakan rumus kedua, membagi suku kedua di sisi kanannya dengan n dan menggantinya dengan diameter luar d kawat, diameter ekuivalen de ditentukan oleh rumus

di mana n — jumlah konduktor dalam satu fase saluran; acp — jarak rata-rata geometris antara konduktor satu fasa.

Dengan dua kabel per fase, resistansi induktif saluran berkurang sekitar 15-20%, dan dengan tiga kabel - sebesar 25-30%.

Total penampang konduktor fase sama dengan penampang desain yang diperlukan, yang terakhir tetap dibagi menjadi dua atau tiga konduktor, itulah sebabnya garis seperti itu secara konvensional disebut garis konduktor terpisah.

Kabel baja memiliki nilai x0 yang jauh lebih besar karena permeabilitas magnetik menjadi lebih dari satu dan suku kedua dari rumus kedua menentukan, yaitu resistansi induktif internal x «0.

Beras. 2. 500 meter persegi single phase three split wire hanging garland.

Karena ketergantungan permeabilitas magnetik baja pada nilai arus yang mengalir melalui kawat, cukup sulit untuk menentukan x «0 dari kawat baja. Oleh karena itu, dalam perhitungan praktis, x» 0 kawat baja ditentukan dari kurva atau tabel yang diperoleh secara eksperimental.

Resistansi induktif kabel tiga inti dapat diambil berdasarkan nilai rata-rata berikut:

• untuk kabel tiga kabel 35 kV — 0,12 ohm / km

• untuk kabel tiga kawat 3-10 kv-0,07-0,03 ohm / km

• untuk kabel tiga kawat hingga 1 kV-0,06-0,07 ohm / km

Garis konduksi aktif ditentukan oleh hilangnya daya aktif dalam dielektriknya.

Di saluran udara dari semua tegangan, kehilangan melalui isolator kecil bahkan di daerah dengan udara yang sangat tercemar, sehingga tidak diperhitungkan.

Pada saluran udara dengan tegangan 110 kV ke atas, dalam kondisi tertentu, korona muncul pada kabel, karena ionisasi yang intens dari udara yang mengelilingi kabel dan disertai dengan cahaya ungu dan kresek yang khas. Mahkota kawat sangat kuat dalam cuaca basah. Cara paling radikal untuk mengurangi kehilangan daya pada korona adalah dengan meningkatkan diameter konduktor, karena dengan meningkatnya diameter, kekuatan medan listrik dan, oleh karena itu, ionisasi udara di dekat konduktor berkurang.

Untuk jalur 110 kV, diameter konduktor dari kondisi korona harus minimal 10-11 mm (konduktor AC-50 dan M-70), untuk jalur 154 kV - minimal 14 mm (konduktor AC-95), dan untuk saluran 220 kV — tidak kurang dari 22 mm (konduktor AC -240).

Kehilangan daya aktif untuk korona pada konduktor saluran udara 110-220 kV dengan diameter konduktor yang ditentukan dan besar tidak signifikan (puluhan kilowatt per 1 km panjang saluran), oleh karena itu tidak diperhitungkan dalam perhitungan.

Dalam saluran 330 dan 500 kV, dua atau tiga konduktor per fase digunakan, yang, seperti disebutkan sebelumnya, setara dengan peningkatan diameter konduktor, akibatnya kekuatan medan listrik di dekat konduktor secara signifikan berkurang, dan konduktor sedikit berkarat.

Pada saluran kabel 35 kV ke bawah, kehilangan daya di dielektrik kecil dan juga tidak diperhitungkan. Pada saluran kabel dengan tegangan 110 kV dan lebih, kerugian dielektrik berjumlah beberapa kilowatt per 1 km panjangnya.

Konduksi kapasitif saluran karena kapasitansi antara konduktor dan antara konduktor dan tanah.

Dengan akurasi yang cukup untuk perhitungan praktis, konduktansi kapasitif saluran udara tiga fasa dapat ditentukan dengan rumus

di mana C0 adalah kapasitas kerja saluran; ω — frekuensi sudut arus bolak-balik; acp dan d — lihat di atas.

Dalam hal ini, konduktivitas tanah dan kedalaman arus yang kembali ke tanah tidak diperhitungkan, dan diasumsikan bahwa konduktor diatur ulang di sepanjang saluran.

Untuk kabel, kapasitas kerja ditentukan menurut data pabrik.

Konduktivitas linier l km

Kehadiran kapasitansi di saluran menyebabkan arus kapasitif mengalir. Arus kapasitif adalah 90° di depan tegangan fasa yang sesuai.

Dalam saluran nyata dengan arus kapasitif konstan yang terdistribusi merata sepanjang saluran, arus kapasitif tidak seragam sepanjang saluran karena tegangan melintasi saluran tidak konstan besarnya.

Arus kapasitif pada awal saluran menerima tegangan DC

di mana Uph adalah tegangan fasa saluran.

Daya saluran kapasitif (daya yang dihasilkan oleh saluran)

di mana U adalah tegangan fase-ke-fase, sq.

Dari rumus ketiga dapat disimpulkan bahwa konduktivitas kapasitif saluran tidak banyak bergantung pada jarak antara konduktor dan diameter konduktor. Daya yang dihasilkan oleh saluran sangat bergantung pada tegangan saluran. Untuk saluran udara 35 kV dan di bawahnya sangat kecil. Untuk saluran 110 kV dengan panjang 100 km, Qc≈3 Mvar. Untuk saluran 220 kV dengan panjang 100 km, Qc≈13 Mvar. Memiliki kabel split meningkatkan kapasitas saluran.

Arus kapasitif jaringan kabel diperhitungkan hanya pada tegangan 20 kV ke atas.