Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрофизические основы электроэнергетики. Учебное пособие
.pdf
Вольт-кулоновая характеристика –
пр
q
пр
U
к
U
об
q
пр об
q q q
к
Е
зависимость мгновенного значения
напряжения от мгновенного значения
заряда (рис. 7.1).
До тех пор пока короны нет, существует линейная зависимость между
зарядом на проводе
и напряже-
нием
(участок 0–1, рис. 7.1). Если
напряжение на проводе превышает
напряжение
, линейность зависи-
мости нарушается. В этом случае заряд
равен сумме зарядов на проводе и в
объеме
симума напряжения (точка 2) иониза-
, окружающем провод,
(участок 1–2). После мак-
Рис. 7.1. Вольт-кулоновая харак-
теристика при коронировании
проводов ВЛ
ция прекращается. С этого момента величина объемного заряда практически остается постоянной (объемный заряд находится далеко от провода в области пониженной напряженности, скорость движения мала),
сток 2–3). Когда напряженность на поверхности провода достигает
при отрицательной полярности, вновь возникает ионизация и происхо-
дит излом вольт-кулоновой характеристики (точка 3).
Следовательно, при напряжении, меньшем напряжения начала короны, вольт-кулоновая характеристика представляет собой наклонную
прямую. В момент возникновения короны вольт-кулоновая характеристика приобретает вид петли. Это обстоятельство и используется для
экспериментального определения напряжения начала короны. Площадь
вольт-кулоновой характеристики
T
W udq Uidt
0
представляет собой энергию потерь на корону за один период Т приложенного напряжения. Таким образом, экспериментальное определение
потерь на корону можно свести к определению площади вольт-кулоновой характеристики.
91
Основной характеристикой общей короны является напряжение
к
U
,
r m
ф ф
С U
ф
U
ф
С
0
r
24,5 1 ,
к
E
0
0
T P
TP
к
E
к
.
r mE
начала короны (
), которое определяется напряженностью на поверх-
ности провода:
Q
где
– заряд на проводе;
ного напряжения;
E
пр
– фазная емкость;
Q
2
(7.1)
0 0
– действующее значение линей-
– радиус провода, см; m –
коэффициент негладкости провода (для витого сталеалюминиевого провода принимается равным 0,82).
Значение напряженности начала короны (критической напряженности) при напряжении промышленной частоты определяется по формуле
профессора А.М. Залесского [2, п. 12]:
0,613
( )
r
0
(7.2)
0,4
где
E m
к
– амплитудное значение напряженности начала короны, кВ/см;
– относительная плотность воздуха (принимается равной еди-
нице).
Приравнивая максимальную напряженность поля на поверхности
провода (7.1) критической напряженности короны
(7.2), получаем
выражение для определения напряжения начала короны на проводе:
2
U
к
0 0
C
ф
(7.3)
Из формул (7.1) и (7.3) видно, что увеличение радиуса провода приводит к уменьшению напряженности на его поверхности, повышению
напряжения начала короны и снижению потерь энергии на корону. На ВЛ
минимальный радиус провода (сечение) выбирают такой величины,
чтобы потери энергии на общую корону были равны нулю. Для этого
напряжение начала короны должно быть больше максимального рабочего напряжения на рассматриваемом классе напряжения на 15…20 %.
92
На линиях высших классов напряжения (в России начиная с
кВ
max
0
r
р
r
.
2sin
1 ( 1) ,
r
nr m r
ф ф
С U
0фэ
,
2
h
r
ном
330
) для уменьшения напряженности на проводе и потерь
U
энергии на общую корону применяются расщепленные провода. Расщепленная фаза представляет собой пучок проводов малого радиуса,
расположенных на некотором расстоянии друг от друга, обычно в вершинах правильного многоугольника. При таком расположении заряды
на составляющих одинаковы (по знаку и величине), но взаимное электростатическое влияние приводит к неравномерному распределению
напряженности по поверхности составляющих. Наибольшая напряженность
E возникает на внешней стороне составляющих.
Основными параметрами расщеп-
ленного провода являются число составляющих n, их радиус
расщепления
(радиус окружности,
, радиус
проведенной через центры составляющих), шаг расщепления d (рис. 7.2).
Эти параметры связаны выражением
Рис. 7.2. Провод, расщепленный
на три составляющие (n = 3)
rn
d
р
(7.4)
Максимальную напряженность на поверхности расщепленного провода можно определить по формуле
Q
где
Рабочая емкость провода зависит от параметров расщепленного провода и средней в пролете высоты подвеса провода h:
E n
max
Q
2
0 0 р
0
– заряд на расщепленном проводе.
2
C
(7.6)
ln
93
(7.5)
где
э
r
1
.
ф
.
n C
– эквивалентный радиус расщепленного провода (радиус такого
одиночного провода, который при том же потенциале имеет заряд Q),
определяемый по формуле
n
n
r r nr
э 0
(7.7)
p
Напряжение начала короны на расщепленных проводах определится
по формуле
2
U
mn r E
к
1 1
0 0 к
r
0
r
p
(7.8)
Как отмечалось ранее, одним из условий выбора конструкции фазы
ВЛ является отсутствие общей короны в нормальном эксплуатационном
режиме, следовательно, напряжение начала короны должно быть
больше максимального рабочего напряжения линии.
Потери напряжения на корону в линиях при этом связывают с «местной короной», существующей не по всей длине провода, а только на отдельных участках провода, например, в местах повреждения провода
при монтаже, при рабочем напряжении.
Однако на проводах ВЛ помимо неровностей, обусловленных проволоками верхнего повива, всегда встречаются повреждения поверхности, загрязнения и могут эпизодически появляться атмосферные отложения (капли, изморозь, роса, снег, гололед, иней). Это приводит к местному увеличению напряженности электрического поля и, как следствие,
к появлению местной короны в отдельных точках линии. Характеристики потерь при местной короне зависят от напряженности электрического поля на проводе, конструкции провода, состояния поверхности и
метеорологических условий.
Осадки оказывают сильное влияние на потери энергии и уровень радиопомех, поэтому потери зависят от среднегодовой продолжительности основных групп погоды, каждая из которых характеризуется своим
средним уровнем потерь:
группа 1 – хорошая погода;
группа 2 – сухой снег;
группа 3 – дождь;
группа 4 – изморозь.
При проектировании ВЛ определяется как энергия А, так и среднегодовая мощность Р потерь энергии на корону (А = 8760Р).
94
7.1. РАСЧЕТ СРЕДНЕГОДОВОЙ МОЩНОСТИ ПОТЕРЬ
C UEr n
ф
C
,
2
E E
0
p
1 ( 1) .
r
r
i
Q
2
кВт/см
,
i
PQr n
i
P
х.п х.п д д из из
3 ( ),
х.п д из
;
8760
i
T
ЭНЕРГИИ НА КОРОНУ НА ВЛ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
1. Вычисляется напряженность на поверхности провода при рабочем
напряжении по формуле
0,0147
ф
кВ/см (105 В/м), где
0
– ем-
кость фазы ВЛ, U – действующее линейное напряжение (максимальное
рабочее). При расчетах потерь на расщепленных проводах используется
эквивалентная напряженность электрического поля, определяемая по
формуле
1
K
э
где K – коэффициент неравномерности распределения заряда по поверх-
ности составляющей расщепленного провода, равный
K n
Для унификации расчета мощности потерь энергии на корону при
всех группах погоды в качестве базисной величины используем
амплитудное значение напряжения начала общей короны на проводах в
условиях хорошей погоды.
2. Мощность потерь энергии на корону для каждой группы погоды
определяется по обобщенным характеристикам
являются функцией отношения (рис. 7.3)
i
(
где
2
0
), которые
– мощность
потерь на корону при i-й группе погоды, кВт/км.
3. Значение среднегодовой мощности потерь на корону для трехфазной линии вычисляется суммированием по трем фазам для каждой
группы погоды:
2
i
P r n Q Q Q Q
, , ,
с
T
i
0
– вероятность разных групп погоды за год
– продолжительность за год i-й группы погоды (ч) при-
с с
Вт/м,
ведена в табл. 7.1.
95
Т а б л и ц а 7.1
Дождь и морось
2
Продолжительность видов погоды (в часах за год)
Пункт
Новосибирск 393 416 1282 6669
мокрого снега
(3)
кВт/см
Изморозь
(4)
Снег, снежные зерна,
ледяная крупа, вьюги
(2)
Хорошая
погода
(1)
Рис. 7.3. Обобщенные характеристики потерь на корону при m = 0,82
для разных видов погоды
96
7.2. ПРОВЕРКА ПРОВОДОВ НА ДОПУСТИМЫЙ
дБ,
пб
E
max
мб
E
5
24,4 10
0
r
об
r
0
0,0147 ,
CU
н
k
0
r
УРОВЕНЬ РАДИОПОМЕХ
Согласно [2] допустимый уровень радиопомех нормируется на следующих расстояниях от проекции крайнего провода ВЛ на землю [2,
п. 15]:
для ВЛ 110 и 220 кВ – 50 м;
для ВЛ 330 кВ и выше – 100 м.
Допустимая величина напряженности радиопомех от ВЛ на базисной частоте 0,5 МГц составляет 45 дБ [2, п. 15].
Расчет среднего уровня радиопомех в хорошую погоду на частоте
0,5 МГц определяется из выражения (9) ([2], п.25):
r
х.п 5
E E E E
max пб max мб
2,3 10 ( ) 40 lg ,
H
0
300
r
об
(7.9)
где
– базисный уровень радиопомех, равный 30 дБ для ВЛ 330-500 кВ
[2, п. 25], для 220 кВ принимается равным 40 дБ на расстоянии 50 м;
E – максимальная напряженность поля на средней фазе В/м;
базисная напряженность поля, равная
диус составляющей;
– базисный радиус составляющей (провода
В/м [2, п. 21];
–
– ра-
АСО-500/40), равный 15,3 мм [2, п. 21]; H – высота над уровнем моря
(для Новосибирской области принимается равной 100 м).
Максимальная напряженность поля на поверхности провода определяется из выражения [2, п. 9, 10]:
где
E knr
max н
– коэффициент неравномерности распределения напряжения по
кВ/см, (7.10)
поверхности расщепленного провода; C – рабочая емкость провода,
пФ/м; U – среднее линейное эксплуатационное напряжение (действующее значение), кВ; n – количество составляющих расщепленной
фазы;
– радиус составляющей, см.
97
7.3. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ ФАЗЫ ВЛ
к
U
к
U
( )
E f d
( )
U f d
Для такого выбора необходимо выполнить следующие расчеты.
1. Рассчитать напряжение начала короны
на проводах ВЛ СВН
заданного класса напряжения для нерасщепленного провода суммарного сечения.
2. Рассчитать напряжение начала короны
на проводах ВЛ СВН
заданного класса напряжения для расщепленного провода (исходные
данные приведены в табл. 7.2) при варьировании шага расщепления d от
10 до 80 см (Δd = 10 см). Построить зависимости
к
и выбрать оптимальный шаг расщепления.
Варианты для РГР
max
, С = f(d),
Т а б л и ц а 7.2
Вари-
U
, кВ
ант
1 330 2*АС-300/39 2 24,0 18,0
2 330 2*АС-400/51 2 27,5 19,0
3 330 2*АС-300/48 2 24,1 19,5
4 330 2*АС-400/64 2 27,7 17,5
5 500 3*АС-330/43 3 25,2 18,0
6 500 3*АС-400/51 3 27,5 18,5
7 500 3*АС-500/64 3 30,6 17,5
8 500 3*АС-300/57 3 24,5 17,0
9 500 3*АС-400/64 3 27,7 16,5
10 500 3*АС-500/26 3 30,0 16,0
11 500 4*АС-240/39 4 21,6 15,5
12 500 4*АС-240/56 4 22,4 15,0
13 750 5*АС-300/48 5 25,2 18,2
14 750 5*АС-240/56 5 22,4 30,0
15 750 5*АС-300/57 5 24,5 29,5
16 750 5*АС-240/39 5 21,6 29,0
17 750 5*АС-300/48 5 24,1 28,5
18 750 4*АС-600/72 4 33,2 28,0
ном
Провод n
Диаметр
провода, мм
Среднегеометриче-
ская высота
подвеса проводов, м
98
О к о н ч а н и е т а б л . 7.2
к
U
0
r
р
r
0
r
н
K
0
r
к
U
к
U
к
Р
к
U
Вари-
U
, кВ
ант
19 750 4*АС-400/93 4 29,1 27,5
20 750 4*АС-240/56 4 21,6 27,0
21 750 4*АС-500/64 4 30,6 26,5
22 750 4*АС-450/56 4 28,8 26,0
23 1150 8*АС-240/56 8 22,4 25,0
24 1150 8*АС-330/43 8 25,2 24,0
25 1150 8*АС-300/39 8 24,0 24,5
26 1150 8*АС-400/51 8 27,5 23,0
ном
Провод n
Диаметр
провода, мм
Среднегеометриче-
ская высота
подвеса проводов, м
3. Для выбранной на предыдущей практике конструкции фазы ВЛ
рассчитать среднегодовую мощность потерь энергии на корону.
4. Рассчитать уровень радиопомех и сравнить его с допустимым зна-
чением.
7.4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ХАРАКТЕРИСТИК КОРОНЫ НА ПРОВОДАХ
ПРИ ПЕРЕМЕННОМ НАПРЯЖЕНИИ
Для этого необходимо выполнить следующие работы.
1. Рассчитать напряжение начала короны
= 0,04 см (п = 1,
=
,
= 1, Н = 42 см) и для проводов таким же
для провода радиусом
же радиусом, расщепленных на две и три составляющие (шаг расщепления а = 1 см).
2. Для провода с
составляющие, измерить
жения U = 20…45 кВ с шагом 2 кВ и построить зависимость
= 0,04 см и проводов, расщепленных на две и три
и снять потери энергии при значениях напря-
= f(d).
3. Снять вольт-кулоновые характеристики проводов (одна, две и три
составляющие в фазе) при U = 30 кВ.
4. Сделать вывод о влиянии конструкции провода на
и
.
Методические указания
Измерения вольт-кулоновых характеристик (рис. 7.4) выполняются
с помощью измерительно-программного комплекса. В состав комплекса
99
входят аналого-цифровой преобразователь E14-440 производства
«L-Kard» и персональный компьютер.
Рис. 7.4. Принципиальная схема измерения вольт-кулоновых характеристик:
С1, С2 – делитель напряжения; С3 – шунт для измерения заряда
Для запуска комплекса необходимо включить компьютер и, дождавшись загрузки Windows, запустить программу «Корона», расположенную на рабочем столе. Внешний вид программы показан на рис. 7.5.
Рис. 7.5. Вольт-кулоновая характеристика при коронировании
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]