Особенности передачи мощности по протяженным КЛ 6-500 кВ переменного напряжения

Page 1
background image

Page 2
background image

52

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ

Особенности передачи 
мощности по протяженным 
КЛ 6–500 кВ переменного 
напряжения

УДК

 621.315.21

Дмитриев

 

М

.

В

.,

к

.

т

.

н

., 

доцент

 

Санкт

-

Петербургского

 

политехнического

 

университета

Ключевые

 

слова

:

кабельная

 

линия

кабель

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

передача

 

мощности

активная

 

мощность

реактивная

 

мощность

длинные

 

линии

 

электропередачи

Keywords:

cable line, XLPE cable, 
power transmission, active 
power, reactive power, 
long transmission lines

В

 

России

 

уже

 

накоплен

 

опыт

 

проектирования

строительства

 

и

 

эксплуатации

 

кабельных

 

линий

 (

КЛ

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

 (

СПЭ

). 

Разобравшись

 

с

 

типовыми

 

схемами

 

электроснабжения

ряд

 

инженеров

 

стал

 

рассматривать

 

возможность

 

исполь

 

зования

 

таких

 

кабелей

 

и

 

для

 

решения

 

более

 

амбициозных

 

задач

среди

 

которых

например

строительство

 

КЛ

 

переменного

 

тока

 

большой

 

протяженности

.

ВВЕДЕНИЕ

Лидерами

 

по

 

объемам

 

строи

-

тельства

 

силовых

 

КЛ

 

классов

 

6–500 

кВ

 

являются

 

крупные

 

го

-

рода

 

и

 

промышленные

 

предпри

-

ятия

также

 

тут

 

можно

 

упомянуть

 

и

 

сети

 

собственных

 

нужд

 

элек

-

трических

 

станций

Во

 

всех

 

на

-

званных

 

случаях

 

расстояние

 

от

 

центра

 

питания

 

до

 

нагрузки

как

 

правило

не

 

превосходит

 3–5 

км

Однако

 

имеется

 

ряд

 

объектов

где

 

длина

 

КЛ

 

значительна

 

и

 

достигает

 

10–15 

км

что

 

сопоставимо

 

с

 

по

-

перечными

 

размерами

 

крупного

 

современного

 

мегаполиса

то

 

есть

 

речь

 

идет

 

о

 

линиях

 110–500 

кВ

 

так

 

называемого

 

глубокого

 

ввода

 

мощности

 

в

 

города

 

или

 

же

 

о

 

коль

-

цевых

 

линиях

 

вокруг

 

них

Из

-

вестны

 

протяженные

 

линии

 

и

 

на

 

классы

 

напряжения

 6–35 

кВ

но

 

они

 

не

 

имеют

 

отношения

 

к

 

вводу

 

мощности

 

в

 

города

а

 

появляются

 

«

поневоле

» 

из

-

за

 

отсутствия

 

ря

-

дом

 

с

 

нагрузкой

 

удачно

 

располо

-

женного

 

центра

 

питания

 

или

 

же

 

с

 

его

 

наличием

но

 

без

 

возмож

-

ности

 

расширения

 

и

 

подключения

 

новых

 

фидеров

.

КЛ

 

переменного

 

напряжения

 

6–500 

кВ

 

длиной

 

свыше

 10–15 

км

 

считаются

 

уже

 

сложными

 

с

 

тех

-

нической

 

точки

 

зрения

не

 

говоря

 

уже

 

об

 

их

 

огромной

 

стоимости

Тем

 

не

 

менее

за

 

последнее

 

время

 

несколько

 

раз

 

приходилось

 

слы

-

шать

 

о

 

куда

 

более

 

масштабных

 

проектах

 — 

планах

 

строительства

 

ряда

 

линий

 

переменного

 

напря

-

жения

 

длиной

 

до

 50 

км

Напри

-

мер

нефтяные

 

компании

 

рассма

-

тривают

 

варианты

 

питания

 

своих

 

прибрежных

 

платформ

 

с

 

матери

-

ка

 

по

 

кабелям

 

до

 110 

кВ

К

 

длин

-

ным

 

кабелям

 

присматриваются

 

и

 

на

 

железных

 

дорогах

где

 

такие

 

линии

 

было

 

бы

 

полезно

 

иметь

 

для

 

электроснабжения

 

потреби

-

телей

 

между

 

соседними

 

тяговыми

 

подстанциями

отстоящими

 

друг

 

от

 

друга

 

порой

 

на

 40 

км

 

и

 

более

Важной

 

областью

 

применения

 

протяженных

 

КЛ

 

могла

 

бы

 

также

 

стать

 

и

 

прокладка

 

по

 

территории

 

различных

 

заповедников

 

или

 

на

-

циональных

 

парков

где

 

строи

-

тельство

 

воздушных

 

линий

  (

даже

 

с

 

изолированными

 

проводами

 

типа

 

СИП

по

 

понятным

 

причинам

 

не

 

может

 

приветствоваться

.

Для

 

длинных

 

кабельных

 

линий

 

придется

 

решать

 

многие

 

техни

-

ческие

 

вопросы

Во

-

первых

это

 

показатели

 

надежности

так

 

как

к

 

сожалению

аварийность

 

КЛ

 

(

особенно

 

концевых

 

и

 

соедини

-

тельных

 

муфт

пока

 

еще

 

выше

чем

 

хотелось

 

бы

Во

-

вторых

это

 

испытания

 

и

 

поиск

 

повреждений

ведь

 

имеющиеся

 

в

 

сетях

 

уста

-

новки

 

рассчитаны

 

на

 

зарядный

 

ток

 

и

 

затухание

характерные

 

для

 

линий

 

малой

 

длины

В

-

третьих

это

 

обоснование

 

необходимости

 

повторного

 

заземления

 

экранов

 

по

 

трассе

 

линии

 

для

 

снижения

 

напряжения

 

на

 

оболочке

а

 

также

 

к

а

б

е

л

ь

н

ы

е

 л

и

н

и

и

кабельные линии


Page 3
background image

53

борьба

 

с

 

потерями

 

в

 

экранах

 

за

 

счет

 

рационального

 

выбора

 

схе

-

мы

 

их

 

соединения

В

-

четвертых

это

 

защита

 

КЛ

  (

изоляции

 

и

 

обо

-

лочки

от

 

грозовых

 

и

 

коммутаци

-

онных

 

перенапряжений

Не

 

будем

 

пока

 

рассматривать

 

перечисленные

 

проблемы

а

 

оце

-

ним

 

здесь

 

саму

 

возможность

 

ор

-

ганизации

 

передачи

 

мощности

 

по

 

протяженным

 

КЛ

 

на

 

перемен

-

ном

 

напряжении

Для

 

этого

 

из

-

учим

 

основные

 

установившиеся

 

и

 

квазиустановившиеся

 

режимы

 

работы

 

протяженных

 

кабельных

 

линий

К

 

таким

 

режимам

 

следует

 

отнести

:

 

режим

 

одностороннего

 

пита

-

ния

 

КЛ

 

без

 

нагрузки

  (

режим

 

«

холостого

 

хода

»),

 

различные

 

нагрузочные

 

режи

-

мы

  (

нормальный

 

и

 

послеава

-

рийный

).

«

ДАЛЬНИЕ

 

ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

»

Теория

 

передачи

 

электриче

-

ской

 

мощности

 

на

 

дальние

 

рас

-

стояния

 

достаточно

 

хорошо

 

из

-

учена

 

и

 

описана

 

в

 

ряде

 

известных

 

фундаментальных

 

работ

К

 

сожа

-

лению

практически

 

все

 

из

 

таких

 

трудов

 

подразумевают

 

передачу

 

мощности

 

по

 

воздушным

 

линиям

 

(

ВЛ

), 

а

 

анализ

 

особенностей

 

КЛ

 

встретить

 

затруднительно

Прояс

-

ним

в

 

чем

 

может

 

быть

 

различие

 

кабельных

 

линий

 

и

 

воздушных

но

 

прежде

 

определимся

 

с

 

термино

-

логией

.

Точного

 

значения

 

длины

начи

-

ная

 

с

 

которой

 

линия

 

называется

 

«

дальней

 

электропередачей

», 

на

-

верное

 

не

 

существует

Дальними

 

ВЛ

 

обычно

 

полагаются

 

такие

где

 

длина

 

превосходит

 300–400 

км

Названные

 

цифры

 

считаются

 

по

-

роговыми

 

по

 

той

 

причине

что

 

у

 

более

 

протяженных

 

ВЛ

 

для

 

рас

-

чета

 

установившихся

 

режимов

 

ра

-

боты

 

на

 

промышленной

 

частоте

 

50 

Гц

 

уже

 

не

 

вполне

 

корректно

 

ис

-

пользовать

 

простые

 

модели

 

с

 

со

-

средоточенными

 

параметрами

среди

 

которых

 

так

 

называемые

 

П

-

схемы

 

замещения

 (

или

 

Г

-

схемы

 

замещения

). 

Для

 

ВЛ

 

длиной

 

более

 

300–400 

км

 

в

 

расчетах

 

на

 

частоте

 

50 

Гц

 

необходимо

 

брать

 

или

 

це

-

почку

 

сразу

 

из

 

нескольких

 

П

-

схем

или

 

же

  «

точную

» 

модель

 

с

 

рас

-

пределенными

 

парамет

 

рами

.

Критическая

 

длина

 300–400 

км

 

связана

 

с

 

таким

 

понятием

как

 

вол

-

новая

 

длина

 

линии

 

которая

 

про

-

порциональна

 

скорости

 

распро

-

странения

 

электромагнитной

 

вол

-

ны

 

Поскольку

 

для

 

ВЛ

 

скорость

 

составляет

 

 

 300 · 10

8

 

м

/

с

для

 

КЛ

 

с

 

СПЭ

 

изоляцией

 — 

в

 

полто

-

ра

 

раза

 

меньше

 

 

 200 · 10

8

 

м

/

с

то

 

и

 «

критическая

 

длина

» 

для

 

КЛ

 

будет

 

в

 

полтора

 

раза

 

меньше

чем

 

для

 

ВЛ

и

 

может

 

быть

 

оцене

-

на

 

в

 200–250 

км

Итак

КЛ

 

длиной

 

сверх

 200–250 

км

 

могут

 

считаться

 

«

дальними

 

электропередачами

».

В

 

данный

 

момент

 

в

 

России

 

из

-

вестны

 

кабельные

 

передачи

 

дли

-

ной

 

в

 

основном

 

всего

 

до

 10–15 

км

но

 

специалистов

 

интересует

 

во

-

прос

 

о

 

предельном

 

расстоянии

на

 

которое

 

можно

 

передать

 

мощ

-

ность

 

по

 

кабельной

 

линии

 

на

 

пе

-

ременном

 

напряжении

Этот

 

же

 

вопрос

 

можно

 

сформулировать

 

иначе

начиная

 

с

 

какой

 

длины

 

не

-

обходим

 

переход

 

к

 

линиям

 

посто

-

янного

 

напряжения

не

 

имеющим

 

характерных

 

для

 50 

Гц

 

проблем

 

с

 

режимом

 

напряжения

 

и

 

балан

-

сом

 

реактивной

 

мощности

Выскажем

 

ряд

 

соображений

 

о

 

таком

 

предельном

 

расстоянии

но

 

основное

 

внимание

тем

 

не

 

менее

уделим

 

лишь

 

диапазону

 

длин

 

до

 50–100 

км

так

 

как

 

именно

 

он

 

может

 

оказаться

 

востребован

 

в

 

ближайшие

 

годы

Кабельные

 

линии

 

переменного

 

напряжения

 

длиной

 

до

 100 

км

 

формально

 

не

 

являются

  «

дальними

» (

ведь

 

они

 

короче

 200–250 

км

), 

и

 

здесь

 

они

 

будут

 

называться

 

длинными

 

или

 

протяженными

 

КЛ

.

РЕАКТИВНАЯ

МОЩНОСТЬ

 

ЛИНИИ

И

 

ЕЕ

 

НАТУРАЛЬНЫЙ

 

ТОК

На

 

рисунке

 1 

дана

 

общая

 

схема

 

протяженной

 

электропередачи

включающая

 

две

 

электроэнерге

-

тические

 

системы

 

E

1

E

2

и

 

линию

 

с

 

шунтирующими

 

реакторами

  (

Р

на

 

концах

Схема

 

замещения

 

эле

-

ментарного

 

участка

  «

mn

» 

линии

 

приведена

 

на

 

рисунке

 2 

и

 

имеет

 

продольные

 

активное

 

сопротив

-

ление

 

R

mn

 

и

 

индуктивность

 

L

mn

по

-

перечные

 

активную

 

проводимость

 

G

mn 

и

 

емкость

 

C

mn

Пренебрегая

 

на

 

данном

 

этапе

 

R

mn

 

и

 

G

mn

запишем

 

баланс

 

реактивной

 

мощности

 

участка

  «

mn

», 

используя

 

величи

-

ны

 

фазных

 

токов

 

I

m

I

n

 

и

 

фазных

 

напряжений

 

U

m

 

и

 

U

n

.

Мощность

вырабатываемая

 

ем

-

костью

 

линии

и

 

мощность

потреб

-

ляемая

 

в

 

ее

 

индуктивности

могут

 

быть

 

оценены

 

соответственно

 

как

Q

C

 = 

U

n

2

 · 

C

mn

 

и

 

Q

L

 = 

I

m

2

 · 

L

mn

,

где

 

 = 2

f

 — 

круговая

 

частота

f

 = 50 

Гц

.

Эквивалентная

 

реактивная

 

мощ

-

 

ность

вырабатываемая

 

участком

 

линии

равна

Q

 = 

Q

C

 – 

Q

L

.

Чтобы

 

линия

 

была

 

сбаланси

-

рована

 

по

 

реактивной

 

мощности

не

 

являлась

 

ни

 

ее

 

источником

ни

 

ее

 

потребителем

должно

 

выпол

-

няться

 

условие

 

Q

 = 0, 

откуда

 

______________

U

n

/

I

m

 = 

L

mn 

/

C

mn

 = 

Z

B

,

где

 

Z

B

 — 

волновое

 

сопротивле

-

ние

 

линии

которое

 

связано

 

с

 

ин

-

дуктивностью

 

L

mn

 

и

 

емкостью

 

C

mn

 

участка

 «

mn

».

линия

L

C

1

E

1

E

2

U

1

U

2

L

C

2

I

1

I

2

P

1

2

P

L

mn

U

m

U

n

R

mn

C

mn

I

m

I

n

G

mn

Рис

. 1. 

Общая

 

схема

 

протяженной

 

электропередачи

Рис

. 2. 

Схема

 

за

-

мещения

 

участ

-

ка

 «

mn

» 

линии

 

электропередачи

 2 (41) 2017


Page 4
background image

54

Фазный

 

ток

 

I

m

отвечающий

 

усло

 

вию

 

Q

 = 0, 

называется

  «

на

-

туральным

 

током

» 

I

НАТ

 

= U

/

 Z

B

 = (

U

НОМ

 

/

3) / 

Z

B

,

где

 

U

НОМ

 — 

номинальное

 

напряже

-

ние

 

сети

.

Режимы

 

работы

 

линии

 

можно

 

классифицировать

 

в

 

зависимости

 

от

 

отношения

 

ее

 

фактического

 

фазного

 

тока

 

I

 

и

 

ее

 

натурального

 

тока

 

I

НАТ

:

 

при

 0 

 

I

НАТ

<1 

линия

 

является

 

источником

 

реактивной

 

мощ

-

ности

 

Q

 > 0;

 

при

 

I

НАТ

 

= 1 

линия

 

сбаланси

-

рована

 

по

 

реактивной

 

мощно

-

сти

 

Q

 = 0;

 

при

 

I

НАТ

 

> 1 

линия

 

является

 

по

-

требителем

 

реактивной

 

мощ

-

ности

 

Q

 < 0.

При

 

введении

 

понятия

 

нату

-

рального

 

тока

 

I

НАТ

 

не

 

были

 

учтены

 

активные

 

сопротивление

 

R

 

и

 

про

-

водимость

 

G

 (

рисунок

 2). 

Наличие

 

R

 

и

 

G

 

мешает

 

дать

 

простые

 

ана

-

литические

 

выражения

описыва

-

ющие

 

процессы

 

в

 

линиях

режимы

 

напряжения

 

и

 

балансы

 

реактив

-

ной

 

мощности

Учет

 

R

 

и

 

G

 

приводит

 

к

 

тому

что

 

на

 

линии

 

возникают

 

дополни

-

тельные

 

потери

 

напряжения

 

и

во

-

первых

снижается

 

генерируемая

 

емкостью

 

реактивная

 

мощность

 

Q

C

а

 

во

-

вторых

определенная

 

ее

 

часть

 

безвозвратно

 

теряется

 

в

 

виде

 

потерь

 

в

 

R

G

Все

 

это

 

из

-

меняет

 

баланс

 

реактивной

 

мощно

-

сти

 

линии

и

 

при

 

токе

 

I

НАТ

 

скорее

 

всего

 

уже

 

не

 

получится

 

добиться

 

идеального

 

Q

 = 0.

ВОЛНОВОЕ

 

СОПРОТИВЛЕНИЕ

 

КЛ

Как

 

следует

 

из

 

выражения

 

для

 

натурального

 

тока

 

линии

 

I

НАТ

важ

-

ную

 

роль

 

играет

 

волновое

 

сопро

-

тивление

 

Z

B

 («

прямой

 

последова

-

тельности

»).

Волновое

 

сопротивление

 

ВЛ

 

зависит

 

от

 

ряда

 

факторов

среди

 

них

расстояние

 

между

 

фазными

 

проводами

 

и

 

до

 

земли

число

 

и

 

се

-

чение

 

проводников

 

в

 

фазе

число

 

и

 

расположение

 

молниезащитных

 

тросов

Для

 

типовых

 

ВЛ

 

волновое

 

сопротивление

 

варьируется

 

в

 

ди

-

апазоне

 

от

 250 

до

 500 

Ом

Волновое

 

сопротивление

 

КЛ

 

с

 

изоляцией

 

из

 

СПЭ

 

зависит

 

от

 

меньшего

 

числа

 

факторов

 — 

это

 

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ

Рис

. 3. 

Волновое

 

сопротивление

 

современного

 

кабеля

 6–500 

кВ

10 кВ

Z

, Ом

F

Ж

, мм

2

20 кВ

35 кВ

110 кВ

150 кВ

220 кВ

330 кВ

500 кВ

Cu, Al

B

I

ДОП

/I

НАТ

, о.е.

F

Ж

, мм

2

10 кВ

20 кВ

35 кВ

110 кВ
150 кВ

220 кВ
330 кВ

500 кВ

Cu

а)

I

ДОП

/I

НАТ

, о.е.

F

Ж

, мм

2

10 кВ

20 кВ

35 кВ

110 кВ
150 кВ

220 кВ
330 кВ 500 кВ

Al

б)

Рис

. 4. 

Отношение

 

допустимого

 

тока

 

жилы

 

однофазного

 

кабеля

 6–500 

кВ

 

к

 

его

 

натуральному

 

току

 

при

 

базовых

 

условиях

 

прокладки

а

медная

 

жила

б

алюминиевая

 

жила


Page 5
background image

55

толщина

 

изоляции

  «

жила

-

экран

» 

(

класс

 

напряжения

 

КЛ

и

 

сечение

 

токоведущей

 

жилы

Значения

 

со

-

противления

 

Z

B

 

для

 

КЛ

 

приведены

 

на

 

рисунке

 3, 

откуда

 

видно

что

 

Z

B

 

может

 

изменяться

 

в

 

широком

 

диа

-

пазоне

 

значений

 

от

 5 

до

 40 

Ом

Если

 

говорить

 

о

 

распространен

-

ных

 

сечениях

 

жилы

то

:

 

на

 

классы

 6–35 

кВ

 

имеем

 

Z

B

 

 

10÷15 

Ом

;

 

на

 

класс

 110 

кВ

 

имеем

 

Z

B

 

 15÷ 

20 

Ом

;

 

на

 

классы

 220–500 

кВ

 

имеем

 

Z

B

 

 20÷30 

Ом

.

НАТУРАЛЬНЫЙ

 

ТОК

 

КЛ

В

 

нормальном

 

режиме

 

работы

 

ток

 

жилы

 

кабельной

 

линии

 

не

 

пре

-

восходит

 

ее

 

длительно

 

допусти

-

мого

 

тока

 

I

ДОП

отвечающего

 

на

-

греву

 

жилы

 

и

 

примыкающей

 

к

 

ней

 

изоляции

 

до

 

предельно

 

допусти

-

мой

 

для

 

СПЭ

 

температуры

 90°

С

Следовательно

для

 

КЛ

 

соотноше

-

ние

 

фазного

 

тока

 

в

 

жиле

 

и

 

нату

-

рального

 

тока

 

I

НАТ

 

достигает

 

мак

-

симального

 

значения

 

при

 

I

ДОП

.

Отношение

 

I

НАТ

 (

и

в

 

частнос

 

ти

его

 

предельное

 

значение

 

I

ДОП

 

I

НАТ

)

является

 

важной

 

характеристикой

 

нагрузочных

 

режимов

 

кабельных

 

линий

Его

 

вычисление

 

всегда

 

мож

-

но

 

провести

 

с

 

помощью

 

каталогов

где

 

есть

 

сведения

 

по

 

токам

 

I

ДОП

.

При

 

построении

 

графиков

приведенных

 

на

 

рисунке

 4 (

а

б

), 

допустимый

 

ток

 

принят

 

по

 

дан

-

ным

 

каталога

 

АВВ

 

для

 

базовых

 

условий

 

прокладки

фазы

 

уложе

-

ны

 

в

 

грунте

 

сомкнутым

 

треуголь

-

ником

глубина

 1 

м

температура

 

грунта

 20°

С

удельное

 

тепловое

 

сопротивление

 1 

мК

/

Вт

экраны

 

лишены

 

потерь

  (

одностороннее

 

заземление

 

экранов

 

или

 

их

 

транс

-

позиция

). 

Заметный

 

«

скачок

»

I

ДОП

 

I

НАТ

 

при

 

сечении

 1200 

мм

2

 

обусловлен

 

сменой

 

конструкции

 

жилы

 

с

 

обычной

 

проволочной

 

на

 

сегментированную

.

Из

 

рисунка

 4 

видно

что

 

для

 

КЛ

 

почти

 

всегда

 

I

ДОП

 

I

НАТ

 

< 1, 

а

 

значит

 

режимы

 

работы

 

кабельных

 

ли

-

ний

 — 

это

 

режимы

 

I

 / 

I

НАТ

 

< 1, 

когда

 

линии

 

являются

 

источниками

 

ре

-

активной

 

мощности

.

Интересно

что

 

соотношение

 

I

ДОП

 

I

НАТ

 

заметно

 

отличается

 

для

 

КЛ

 

классов

 6–35 

кВ

 

и

 

КЛ

 

классов

 

110–500 

кВ

.

КЛ

 110–500 

кВ

 

имеют

 

малое

 

I

ДОП

 

I

НАТ

 

= 0,1÷0,3, 

а

 

значит

 

в

 

ре

-

жимах

 

с

 

токами

 

I

 

 

I

ДОП

 

реактивная

 

мощность

 

Q

C

генерируемая

 

емко

-

стью

 

КЛ

в

 

разы

 

превосходит

 

ее

 

потребление

 

Q

L

 

в

 

индуктивности

 

КЛ

то

 

есть

 

нагрузочные

 

режимы

 

КЛ

 

с

 

точки

 

зрения

 

баланса

 

реак

-

тивной

 

мощности

 

почти

 

не

 

отли

-

чаются

 

от

 «

холостого

 

хода

».

Малое

 

волновое

 

сопротивле

-

ние

 

кабелей

 

Z

B

 = 

L

/

C

 

означает

что

 

в

 

сравнении

 

с

 

ВЛ

 

они

 

облада

-

ют

 

значительной

 

емкостью

 

C

По

-

этому

 

величина

 

Q

 = 

Q

– Q

 

Q

в

 

десятки

 

раз

 

превосходит

 

реак

-

тивную

 

мощность

 

для

 

ВЛ

 

анало

-

гичной

 

длины

 

и

 

класса

 

U

НОМ

.

Чрезмерная

 

генерируемая

 

КЛ

 

реактивная

 

мощность

 — 

важней

-

ший

 

фактор

из

-

за

 

которого

 

возни

-

кают

 

сложности

 

со

 

строительством

 

и

 

эксплуатацией

 

протяженных

 

ка

-

бельных

 

линий

 

переменного

 

на

-

пряжения

.

Эксплуатация

 

протяженных

 

КЛ

 110-500 

кВ

 

без

 

установки

 

по

 

концам

 

мощных

 

потребителей

 

вырабатываемой

 

линией

 

реактив

-

ной

 

мощности

 

едва

 

ли

 

возможна

Такими

 

потребителями

 

могли

 

бы

 

выступать

 

шунтирующие

 

реакто

-

ры

показанные

 

на

 

рисунке

 1. 

Вы

-

бор

 

мощности

 

реакторов

их

 

чис

-

ла

 

и

 

типа

  (

управляемый

 

или

 

нет

следует

 

проводить

 

отдельно

 

для

 

каждого

 

конкретного

 

случая

КЛ

 20, 35 

кВ

 

обладают

 

I

ДОП

 

I

НАТ

 

=

= 0,5÷1,0. 

Это

 

выше

чем

 

для

 

КЛ

 

110–500 

кВ

и

 

линии

 20 

и

 35 

кВ

 

в

 

режимах

 

максимальной

 

нагруз

-

ки

 

I

 

 

I

ДОП

 

вполне

 

можно

 

было

 

бы

 

считать

 

достаточно

 

сбалансиро

-

ванными

 

по

 

реактивной

 

мощно

-

сти

Q

 

 0. 

Отсюда

 

следует

что

 

эксплуатацию

 

протяженных

 

КЛ

 

20 

и

 35 

кВ

по

 

всей

 

видимости

удастся

 

наладить

 

и

 

без

 

реакторов

КЛ

 10 

кВ

 

имеют

 

I

ДОП

 

I

НАТ

 

= 1,0÷

1,5, 

и

 

это

 

единственный

 

класс

где

 

кабели

 

в

 

режиме

 

максимальной

 

загрузки

 

обладают

 

Q

 < 0, 

то

 

есть

 

являются

 

дефицитными

 

по

 

реак

-

тивной

 

мощности

 

и

 

забирают

 

ее

 

из

 

сети

Эксплуатация

 

протяжен

-

ных

 

КЛ

 10 

кВ

 

может

 

оказаться

 

про

-

блемной

 

по

 

причине

 

недостатка

 

реактивной

 

мощности

 

и

следова

-

тельно

низкого

 

уровня

 

напряже

-

ния

 

на

 

конце

 

линии

 

у

 

потребителя

РЕЖИМ

 

НЕНАГРУЖЕННОЙ

 

КЛ

(

РЕЖИМ

 «

ХОЛОСТОГО

 

ХОДА

»)

Напряжение

 

в

 

конце

 

КЛ

Повышение

 

напряжения

 

про

-

мышленной

 

частоты

 50 

Гц

 

на

 

разомкнутом

 

конце

 

односторонне

 

питаемой

 

линии

 

связано

 

с

 

тем

что

 

данная

  «

холостая

» 

линия

 

яв

-

ляется

 

источником

 

реактивной

 

мощ

 

ности

 

Q

 

 

Q

C

 > 0 — 

она

 

пере

-

носится

 

от

 

емкости

 

линии

 

C

 

к

 

пи

-

тающей

 

сети

то

 

есть

 

от

 

конца

 

ли

-

нии

 

к

 

ее

 

началу

В

 

результате

 

на

 

индуктивности

 

линии

 

L

  (

и

 

на

 

ин

-

дуктивности

 

сети

возникает

 

паде

-

ние

 

напряжения

 

такого

 

знака

что

 

напряжение

 

в

 

конце

 

линии

 

боль

-

ше

чем

 

в

 

начале

.

X

C

, Ом

1 — 

Z

B

 = 10 Ом

2 — 

Z

B

 = 12,5 Ом

3 — 

Z

B

 = 15 Ом

4 — 

Z

B

 = 20 Ом

5 — 

Z

B

 = 30 Ом

 l

КЛ 

= 100 км

K

U

, о.е.

1

2

3

5

4

 l

КЛ 

= 25 км

1

2

3

5

4

Рис

. 5. 

Режим

 

ненагруженной

 

КЛ

 (

режим

 «

холостого

 

хода

»). 

Повышение

напряжения

 

в

 

конце

 

КЛ

 

в

 

зависимости

 

от

 

сопротивления

 

питающей

сети

 (0–20 

Ом

). 

Варьируется

 

длина

 

линии

 (25, 100 

км

и

 

ее

 

волновое

сопротивление

 (10–30 

Ом

)

 2 (41) 2017


Page 6
background image

56

На

 

рисунке

 5 

даны

 

результаты

 

расчетов

 

K

U

 = 

U

2

 / (

U

НОМ

 / 

3) 

по

-

вышения

 

напряжения

 

в

 

конце

 

КЛ

 

в

 

зависимости

 

от

 

ее

 

длины

волно

-

вого

 

сопротивления

 

Z

B

сопротив

-

ления

 

сети

 

X

C

Видно

что

 

наиболь

-

шее

 

K

U

 

имеет

 

место

 

для

 

КЛ

:

 

значительной

 

протяженности

 

l

КЛ

;

 

с

 

низким

 

волновым

 

сопротив

-

лением

 

Z

B

 (

характерно

 

для

 

ка

-

белей

 6–35 

кВ

причем

 

повы

-

шенного

 

сечения

 

жилы

 

F

Ж

ри

-

сунок

 3);

 

с

 

большим

 

X

C

 (

характерно

 

для

 

сетей

 

с

 

малыми

 

токами

 

корот

-

кого

 

замыкания

).

Для

 

сетей

 6–35 

кВ

 

волновое

 

сопротивление

 

Z

B

 

 10 

Ом

а

 

токи

 

трехфазного

 

короткого

 

замыкания

  

I

K(3)

как

 

правило

таковы

что

X

= (

U

НОМ

 / 

3) / 

I

K(3)

 < 5 

Ом

Для

 

сетей

 110–500 

кВ

 

обычно

 

Z

B

 

 20 

Ом

 

и

 

X

C

 <

 10 

Ом

Следователь

-

но

согласно

 

рисунку

 5, 

для

 

лю

-

бых

 

даже

 

весьма

 

протяженных

 

КЛ

(

длиной

 

до

 100 

км

классов

 

от

 6 

до

500 

кВ

 

повышение

 

напряжения

в

 

конце

 

не

 

превосходит

 

K

U

 = 1,05÷

1,1, 

то

 

есть

 

не

 

представляет

 

ника

-

кой

 

опасности

 

для

 

оборудования

Ток

 

в

 

начале

 

КЛ

Определим

 

значение

 

тока

 

про

-

мышленной

 

частоты

 50 

Гц

кото

-

рый

 

переносит

 

в

 

питающую

 

сеть

 

мощность

генерируемую

 

линией

Такой

 

ток

 

меняет

 

свою

 

величину

 

вдоль

 

трассы

 

линии

 

от

 

нулевого

 

значения

 

в

 

ее

 

конце

 

до

 

макси

-

мального

 

в

 

ее

 

начале

Следова

-

тельно

самый

 

большой

 

нагрев

 

жилы

 

КЛ

 

током

  «

холостого

 

хода

» 

будет

 

в

 

начале

 

линии

то

 

есть

 

вблизи

 

от

 

питающей

 

сети

На

 

рисунке

 6 

приведены

 

оценки

тока

 

холостого

 

хода

 

для

 

КЛ

 

с

 

раз

-

ными

 

волновыми

 

сопротивления

-

ми

 

Z

B

 

в

 

расчете

 

на

 1 

кВ

 

номинально

-

го

 

напряжения

Например

для

 

КЛ

длиной

 

l

КЛ

 = 100 

км

 

и

 

Z

B

 = 10 

Ом

 

ток

  «

холостого

 

хода

» 

будет

 9,1 

А

 

на

 

каждый

 1 

кВ

 

номинального

 

на

-

пряжения

Если

 

КЛ

 

U

НОМ

 = 10 

кВ

то

 

тогда

 

I

ХХ

 = 9,1 · 10 = 91 

А

.

КЛ

 110–500 

кВ

как

 

следует

 

из

 

рисунка

 6, 

при

 

длине

 

l

КЛ

 = 100 

км

 

имеют

 

токи

 

I

ХХ

 

величиной

 

в

 

сот

-

ни

 

ампер

которые

 

оказываются

 

близки

 

к

 

допустимым

 

нагрузкам

 

на

 

жилы

 

типового

 

сечения

так

-

же

 

обычно

 

составляющим

 

сотни

 

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ

ампер

Следовательно

создание

 

КЛ

 110–500 

кВ

 

переменного

 

на

-

пряжения

 

длиной

 

сверх

 100 

км

 

не

-

возможно

 

по

 

причине

 

перегрева

 

изоляции

 

по

 

концам

 

линии

 

токами

 

«

холостого

 

хода

».

КЛ

 10, 20, 35 

кВ

 

имеют

 

уже

 

не

 

столь

 

большие

 

токи

 

I

ХХ

хотя

 

и

 

сечение

 

жилы

 

для

 

линий

 

таких

 

классов

 

напряжения

как

 

правило

небольшое

Поэтому

 

создание

 

КЛ

 

10, 20, 35 

кВ

 

переменного

 

напря

-

жения

 

длиной

 

сверх

 100 

км

ско

-

рее

 

всего

возможно

но

 

только

 

если

 

сечение

 

жилы

 

будет

 

выбра

-

но

  «

с