6.1. Реактивные мощности линии электропередачи

6.1. Реактивные мощности линии электропередачи
В отличие от других элементов электрической системы линии электропередачи одновременно обладают соизмеримой индуктивностью и емкостью. Генераторы, трансформаторы, двигатели обладают в основном индуктивностью. Емкость в них незначительна и ею в расчетах пренебрегают. Конденсаторы наоборот обладают в основном емкостью и наличием в них незначительной индуктивностью пренебрегают.
Индуктивная мощность на 1 км линии пропорциональна квадрату нагрузки (тока):

QL0 = 3I2x0         (6.1.1)

Емкостная мощность на 1 км линии пропорциональна квадрату напряжения:
QC0 = U2b0         (6.1.2)

Емкостная мощность зависит только от величины напряжения и
емкостной проводимости и при неизменном напряжении она постоянна и не зависит от мощности, передаваемой по линии. Индуктивная мощность линии сильно зависит от передаваемой мощности по линии и изменяется пропорционально квадрату этой мощности.
При определенной нагрузке индуктивная и емкостная мощности линии становятся равными и они компенсируют друг друга. Линия становится «идеальной», потребляющей столько реактивной мощности, сколько ее вырабатывает, т.е.
QL0 = QC0         (6.1.3)

Ток, протекающий по линии, при котором имеет место равенство ее индуктивной и емкостной мощностей, можно найти из равенства (6.3)

Обозначив буквой Zв подкоренное выражение

Zв = √x0 / √b0         (6.1.5)

найдем мощность, соответствующую условию (6.3)
SНАТ=UН2/ZВ         (6.1.6)

На рис.6.1 показаны изменения реактивной мощности линии в зависимости от нагрузки. Емкостная мощность не зависит от нагрузки. Индуктивная мощность увеличивается пропорционально квадрату нагрузки. При определенной нагрузке они компенсируют друг друга.


Рис. 6.1.1

Некоторые авторы считают, что при передаче натуральной мощности, по линии без потерь протекает только активная мощность. Так считать нет никаких оснований. По линии будет протекать полная мощность, состоящая из активной и реактивной частей.
Подставив в (6.4) значения xo и bo , получим

которые пропорциональны индуктивности и емкости единицы длины линии

x =2π f L и b =2π f С ,
где L и C -индуктивность и емкость единицы длины линии, которые зависят от магнитных и электрических свойств окружающего проводник диэлектрика и
геометрических размеров линии электропередачи L = μ φ(Г) и С = ε / f(Г),где f(Г) — функция, зависящая от геометрических размеров Д и r.
Для линии электропередачи

f (Г) = lg (Д/ r).         (6.1.7)

Подставив в (6.6) значение Z , получим

Эту мощность общепринято называть «натуральной». Она является для данной линии с параметрами xo и bo постоянной величиной, так как величина Zв не зависит от длины линии.
Значение √x0 / b0 в литературе обычно называют «волновым» сопротивлением, так как оно имеет размерность сопротивления. Это сопротивление зависит от эквивалентного диаметра провода и расстояния между ними.
Нами предлагается этот коэффициент между натуральной мощностью и напряжением (Zв) и натуральную мощность SНАТ также считать параметрами линии.
При расщеплении проводов за счет уменьшения индуктивного сопротивления и увеличения емкостной проводимости линии, согласно выражению (6.7), уменьшается коэффициент Zв и увеличивается натуральная мощность (точка 2, рис.6.1.2.). При увеличении расстояния между проводами натуральная мощность уменьшается (точка 3, рис.6.1.2.) и, наоборот, для повышения натуральной мощности необходимо уменьшать расстояние между проводами.
Наибольшей натуральной мощностью обладают кабельные линии, имеющие большую емкостную проводимость и малую индуктивность. При передаче по линии мощности, меньшей SНАТ, линия будет иметь избыток емкостной мощности, и, наоборот, при S > SНАТ на линии будет иметь место избыток индуктивной мощности.
Результирующая реактивная мощность QΣ (рис.6.1.1) при S < SНАТ будет иметь емкостной характер и уменьшается до нуля при достижении передаваемой мощности до величины равной натуральной. Затем, при росте нагрузки линии большей, чем натуральная, на линии появляется избыток индуктивной реактивной мощности, которая увеличивается пропорционально квадрату мощности на линии.


Рис. 6.1.2
При S < SНАТ
ΔQC= QΣ = QC — QL.         (6.1.9)

При S > SНАТ
.
ΔQL= QΣ = QL — QC        (6.1.10)

При протекании по линии натуральной мощности (тока) емкостная и индуктивная мощности компенсируют друг друга, и линия представляет собой чисто активное сопротивление. В этом случае на линии имеет место минимум падения напряжения, обусловленное только активным сопротивлением. В таком режиме не требуется компенсации ни емкостной, ни индуктивной мощности. При избытке емкостной мощности напряжение на линии будет повышаться. Для компенсации емкостной мощности на линии включают иногда шунтирующие реакторы. При нагрузках больших, чем натуральная, линия тем больше потребляет реактивную мощность, чем больше нагрузка. В таком режиме напряжение на линии будет снижаться. Для компенсации потребления индуктивной мощности необходимо подключать источники емкостной мощности. В качестве их можно использовать батареи конденсаторов или синхронные компенсаторы. Обычно на сверхвысоковольтных линиях ничего такого не предусматривают, поэтому нагрузку на линии приходиться ограничивать. По величине натуральной мощности можно ориентировочно судить о пропускной способности линии электропередачи. При передаче такой мощности на линии имеет место минимальные потери мощности, режим ее работы является оптимальным. О пропускной способности линии электропередачи в зависимости от различных условий будет рассмотрено ниже. Практически, имеются реальные возможности для повышения натуральной мощности линий электропередач путем расщепления и увеличения сечения проводов, сближения расстояния между проводами. Искусственное увеличение радиуса провода уменьшает индуктивное сопротивление и увеличивает емкостную проводимость линии, изменяется их соотношение, уменьшается волновое сопротивление, обратно пропорционально увеличивается натуральная мощность. Такой путь может быть экономически выгодным для увеличения их пропускной способности линии. Не обязательно все время повышать напряжение линии электропередачи. Можно на применяемых напряжениях значительно увеличить пропускную способность линии.

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме: