4.2 О явлении резонанса напряжения и схемах замещения линии электропередачи

 

Общеизвестно о явлении резонанса напряжения и тока в электротехнике. В последовательной электрической схеме с индуктивностью и емкостью, при какой-то резонансной частоте наступает резонанс напряжения, в параллельной — резонанс тока. В последовательной схеме этому явлению соответствует условие равенства индуктивного и емкостного сопротивлений. Электрическая цепь становится чисто активным.

При увеличении частоты индуктивное сопротивление растет, а емкостное – уменьшается. При резонансной частоте их значения равны и взаимно компенсируют друг друга, и наступает режим резонанса напряжения. Аналогичное явление происходит и при изменении тока в линии электропередачи. При какой-то нагрузке (токе) на ней наступает режим резонанса напряжения. Он имеет место при равенстве генерируемой емкостной и потребляемой индуктивной мощностей. Мощность, соответствующая этому условию называют «натуральной».

Расчеты показывают, что при резонансной частоте также имеет место равенство емкостной и индуктивной мощностей в последовательной схеме.

Физика явления резонанса напряжения в последовательной схеме с индуктивностью и емкостью и в линии имеет одинаковое объяснение – это равенство индуктивной и емкостной мощностей.

Используются различные схемы замещения линий. В учебниках приводятся следующие схемы замещения. Кабельная линия Uн<10 кВ представлена только активным сопротивлением, воздушная линия Uн<35 кВ — активным и индуктивным сопротивлением, воздушная линия 110-330 кВ — активным и индуктивным сопротивлением и емкостной проводимостью

(рис.4.2.1,а) или вместо емкостной проводимости учитывается реактивная мощность, генерируемая емкостью линии (рис.4.2.1,б). В этих схемах замещения реактивная проводимость или реактивная мощность приняты сконцентрированными и приложенными по половине в начале и в конце линии.

Для линий сверхвысокого напряжения Uн 330 кВ при длине более 300-400 км для составления схемы замещения предлагается учитывать равномерное распределение сопротивлений и проводимостей вдоль линии.

421

Рис. 4.2.1.

Расчеты по схемам замещения для линий электропередачи дают результаты, резко отличающиеся от расчетных данных по схеме замещения (рис.4.2.1а и 4.2.1б.). Причина в том, что в передаче переменного тока очень незначительны поперечные активная и емкостная проводимости и почти нет фазовых сдвигов и затухания.

Нами предлагается для составления схемы замещения линии электропередачи емкость линии принимать как последовательно включенный элемент (рис.4.2.2). Обоснованием для этого является физика процесса резонанса на линии, который представляет собой резонанс напряжений. Момент резонанса соответствует режиму равенства нагрузки линии натуральному (S = SНАТ), при котором имеет место равенство емкостного и индуктивного мощностей ( ).

Как известно, согласно законам электротехники, такой режим имеет место в последовательной схеме (рис. 4.2.2).

422
Рис. 4.2.2

При рассмотрении баланса реактивных мощностей не имеет значения способ включения источников реактивных мощностей (конденсаторов или других компенсирующих устройств): параллельное или последовательное. Линия, генерирующая реактивные мощности, может быть представлена как последовательно включенные емкостные и индуктивные источники. В схемах замещения (рис.4.2.3а и 4.2.3б) представлены просуммированные результаты реактивных сопротивлений.

Как нами было рассмотрено выше, линия сильно меняет свои свойства в зависимости от нагрузки. При Р < РНАТ в линии преобладает емкостная мощность, ей соответствует емкостное сопротивление и линия может быть замещена схемой (рис.4.2.3.а).

При S = SНАТ схема замещения будет состоять только из активного сопротивления (рис.4.2.3.б).

При нагрузке S > SНАТ в линии преобладает индуктивная мощность, ей соответствует индуктивное сопротивление Хл и схема замещения будет выглядеть как на рис. 4.2.3.в.

423
Рис. 4.2.3.

Подытоживая выше сказанное, можно сказать следующее: баланс реактивных мощностей на линии высокого напряжения сильно зависит от нагрузки. При малых передаваемых мощностях, на линии преобладает емкостная реактивная мощность, при натуральной мощности она равна 0, при больших мощностях на ней преобладает индуктивная реактивная мощность, соответственно линия должна иметь различную схему замещения.

Принятые схемы замещения линии сверхвысокого напряжения не соответствует реальному процессу в линии. Предлагается линию замещать последовательно включенными сопротивлениями. Правильность такого предложения подтверждается наличием места в ней резонанса напряжения.

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

Посмотреть все записи с меткой: