ЛЭП со стальными проводами

Основное достоинство стальных проводов — их высокие механические свойства. В частности, временное сопротивление на разрыв стальных проводов достигает 600—700 МПа (60—70 кг/мм²) и более. Поэтому стальные провода применяют при выполнении больших переходов через естественные препятствия (широкие реки, горные ущелья

и т. п.).

Однако сталь обладает значительно более высоким электрическим сопро­тивлением (удельное сопротивление ρ достигает величины 130 Ом·мм²/км) по сравнению с медью и алюминием, которое зависит от сорта стали, способа изготовления провода и от величины тока, протекающего по проводу. Поэтому передача больших мощностей на значительные расстояния затруднена вследствие больших потерь напряжения и электроэнергии.

При передаче по распределительным сетям 6, 10 кВ небольших мощностей (до нескольких сотен кВт), в слабо загруженных сетях до 1000 В монтируют ВЛ со стальными проводами. Кроме того, провода из стали (тросы) используют как элементы повторного заземления низковольтных сетей и устройств грозозащиты высоковольтных ВЛ.

Стальные провода изготавливают из оцинкованных проволок. Без оцинков­ки срок службы стальных проводов мал, провода ржавеют и становятся непригод­ными для работы на воздушных линиях электропередачи [11].

Сталь — это ферромагнитный материал, и поэтому стальные провода обла­дают большой внутренней индуктивностью. Активные сопротивления стальных проводов, так же как и реактивные, зависят от величины протекающего в них то­ка. При токах, близких к нулю, когда магнитный поток в проводе очень мал, ак­тивное и омическое сопротивления проводов практически одинаковы. Разница между этими сопротивлениями тем больше, чем больше магнитная проницае­мость стали и диаметр провода. Стальные провода на линиях переменного тока подвергаются постоянному перемагничиванию, что связано с затратами энергии, возрастающими с увеличением тока. Кроме того, растут потери на вихревые токи и резко проявляется поверхностный эффект. Названные потери активной мощно­сти учитывают соответствующими составляющими активного сопротивления стальных проводов:

Основна перевага сталевих дротів - їх високі механічні властивості. Зокрема, тимчасовий опір на розрив сталевих дротів досягає 600-700 МПа (60-70 кг/мм2) і більш. Тому сталеві дроти застосовують при виконанні великих переходів через природні перешкоди (широкі ріки, гірські ущелини

і т. п.).

Однак сталь володіє значно більш високим електричним опору-тівленія (питомий опір ρ досягає величини 130 Ом • мм2/км) в порівнянні з міддю і алюмінієм, яке залежить від сорту сталі, способу виготовлення дроту і від величини струму, що протікає по дроту. Тому передача великих потужностей на значні відстані ускладнена внаслідок великих втрат напруги та електроенергії.

При передачі по розподільних мереж 6, 10 кВ невеликих потужностей (до декількох сотень кВт), в слабо завантажених мережах до 1000 В монтують ПЛ зі сталевими дротами. Крім того, дроти зі сталі (троси) використовують як елементи повторного заземлення низьковольтних мереж і пристроїв грозозахисту високовольтних ПЛ.

Сталеві дроту виготовляють з оцинкованих дротів. Без оцинковки термін служби сталевих дротів малий, дроти іржавіють і стає непридатний для роботи на повітряних лініях електропередачі [11].

Сталь - це феромагнітний матеріал, і тому сталеві дроти володіють великий внутрішній індуктивністю. Активні опору сталевих дротів, так само як і реактивні, залежать від величини протікаючого в них тструму. При струмах, близьких до нуля, коли магнітний потік в проводі дуже малий, активне і омічний опір проводів практично однакові. Різниця між цими опорами тим більше, чим більше магнітна проникність стали і діаметр проводу. Сталеві дроти на лініях змінного струму піддаються постійному перемагнічування, що пов'язане з витратами енергії, зростаючими зі збільшенням струму. Крім того, зростають втрати на вихрові струми і різко проявляється поверхневий ефект. Названі втрати активної потужності враховують відповідними складовими активного опору сталевих дротів:

где R'_o— сопротивление постоянному току (омическое),

де R'o-опір постійному струму (омічний),

Сталь обладает большей магнитной проницаемостью (μ >1), чем цветные металлы (медь и алюминий). Активное сопротивление переменному току ЛЭП со стальными проводами выше активного сопротивления ЛЭП того же сечения из меди или алюминия. Величина дополнительных потерь зависит от магнитного по­тока Ф в сечении провода, а магнитный поток определяется магнитной проницае­мостью материала провода р. и напряженностью магнитного поля Н:

Сталь володіє більшою магнітною проникністю (μ> 1), ніж кольорові метали (мідь і алюміній). Активний

опір змінному струму ЛЕП зі сталевими дротами вище активного опору ЛЕП того ж перетину з міді або алюмінію. Величина додаткових втрат залежить від магнітного по струму Ф в перерізі дроту, а магнітний потік визначається магнітною проникністью матеріалу дроти р. і напруженістю магнітного поля Н:

Ф = BF = μHF,

где В — магнитная индукция, a F — площадь поперечного сечения провода.

Напряженность магнитного поля пропорциональна току в проводе (H~I), a магнитная индукция определяется как током, так и степенью насыщения стали. Поэтому при малых значениях тока магнитный поток, а значит, и дополнительное сопротивление провода растут пропорционально его значению. При некоторой величине тока магнитная индукция становится практически постоянной величи­ной (насыщение стали) и сопротивление стабилизируется. При дальнейшем уве­личении протекающего тока сопротивление начинает уменьшаться вследствие уменьшения магнитной проницаемости стали. Кривые изменения активного со­противления стальных однопроволочных и многопроволочных проводов от тока нагрузки представлены на рис. 2.8 (кривая 1).

Активное сопротивление стальных проводов зависит от многих факторов (хи­мического состава стали, токовой нагрузки и др.), является очень сложной функцией и его трудно выразить математической формулой. Для определения активных со­противлений стальных проводов используют табличные данные (прил. 1, табл. П 1.7, П 1.8), составленные на основании измерений для разных марок и сечений проводов в зависимости от величины тока.

Индуктивное сопротивление стального провода также определяется двумя составляющими: внешним индуктивным сопротивлением и внутренним ин­дуктивным сопротивлением , Ом/км:

де В - магнітна індукція, a F - площа поперечного перерізу проводу.

Напруженість магнітного поля пропорційна току в проводі (H ~ I), a магнітна індукція визначається як струмом, так і ступенем насичення сталі. Тому при малих значеннях струму магнітний потік, а значить, і додатковий опір дроти ростуть пропорційно його значенню. При деякій величині струму магнітна індукція стає практично постійною величиною (насичення сталі) і опір стабілізується. При подальшому збільшенні протікаючого струму опір починає зменшуватися внаслідок зменшення магнітної проникності сталі. Криві зміни активного опору сталевих однодротяних і багатодротяних проводів від струму навантаження представлені на рис. 2.8 (крива 1).

Активний опір сталевих дротів залежить від багатьох факторів (хімічного складу сталі, струмового навантаження та ін), є дуже складною функцією і його важко виразити математичною формулою. Для визначення активних со ¬ спротиву сталевих дротів використовують табличні дані (дод. 1, табл. П 1.7, П 1.8), складені на підставі вимірів для різних марок і перерізів проводів в залежності від величини струму.

Індуктивний опір сталевого дроту також визначається двома складовими: зовнішнім індуктивним опором і внутрішнім індуктивним опором, Ом / км:

Внешнее индуктивное сопротивление, Ом/км, обусловлено внешним маг­нитным потоком, зависит от геометрических размеров линии и рассчитывается по формуле

Зовнішнє індуктивний опір, Ом / км, обумовлено зовнішнім магнітних потоком, залежить від геометричних розмірів лінії і розраховується по формулі

Рис.2.8. Активные (1) и индуктивные (2) сопротивления стальных проводов;

сопротивление постоянному току (3) и индуктивное сопротивление алюминиевых проводов (4)

Внутреннее индуктивное сопротивление обусловлено магнитным потоком, замыкающимся внутри провода, и определяется магнитной проницаемостью, ко­торая, в свою очередь, зависит не только от конструкции и химического состава стали провода, но и от тока, протекающего в проводе:

Рис.2.8. Активні (1) та індуктивні (2) опору сталевих дротів;

опір постійному струму (3) і індуктивний опір алюмінієвих проводів (4)

Внутрішнє індуктивний опір обумовлено магнітним потоком, замикається усередині дроти, і визначається магнітною проникністю, яка, в свою чергу, залежить не тільки від конструкції і хімічного складу сталі дроти, але і від струму, що протікає в проводі:

Для определения внутреннего индуктивного сопротивления пользуются экспериментальными данными (прил. 1, табл. П 1.7—П 1.8), внешнее индуктив­ное сопротивление определяется по формуле (2.31).

Внутреннее индуктивное сопротивление стальных проводов по своей вели­чине значительно превышает внешнее индуктивное сопротивление и значительно больше, чем у проводов из цветных металлов. У линии передачи с проводами из цветного металла индуктивное сопротивление в основном обусловлено внешним магнитным потоком. Например, у трехфазной линии с проводами А 50 при сред­негеометрическом расстоянии между ними D_cp=l,5 мдоля внутреннего индуктив­ного сопротивления Х'_ов полном Х_о составляет всего 4,1 %. Для ВЛ со стальны­ми проводами ПМС 50 при токе 25 А она составляет 58 %, т. е. в 14 раз больше.

Для визначення внутрішнього індуктивного опору користуються експериментальними даними (дод. 1, табл. П 1.7-П 1.8), зовнішнє індуктивний опір визначається за формулою (2.31).

Внутрішнє індуктивний опір сталевих дротів по своїй величині значно перевищує зовнішнє індуктивний опір і значно більше, ніж у проводів з кольорових металів. У лінії передачі з проводами з кольорового металу індуктивний опір в основному обумовлено зовнішнім магнітним потоком. Наприклад, у трифазній лінії з проводами А 50 при середовищ негеометричній відстані між ними Dcp = l, 5 м частка внутрішнього індукти - ного опору Х'о в повному Хо складає всього 4,1%. Для ПЛ зі сталевими проводами ПМС 50 при струмі 25 А вона становить 58%, тобто в 14 разів більше.

Дата добавления: 2013-12-14