Ёмкостные токи в линиях ДПЗ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Том 82 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1956 г.

'ЕМКОСТНЫЕ ТОКИ в линиях дпз

В. К. ЩЕРБАКОВ и К. П. МЕЩЕРЯКОВ

1. Трехфазные линии электропередач с одной заземленной фазой, в которой нет проводов и ток этой фазы протекает в земле,—ДПЗ (фиг. 1) до сего времени строили на номинальные напряжения до 35 кв.

Поэтому при расчетах линий ДПЗ не возникала необходимость в учете емкостных токов. Это объясняется также и тем обстоятельством, что электрические сети сельскохозяйственных районов, где получили распространение трехфазные системы с одной заземленной фазой, выполня-

ются исключительно воздушными линиями, т. е. линиями, обладающими малой емкостью. Линии 35 кв в сельскохозяйственных районах могут до* стигать экономически целесообразной предельной длины 100—150 км [1]. Такая линия обусловила бы емкостный ток в 5—7 ампер, влияние которого «а режимы работы линии было бы малозаметным. '

Однако рост электрификации сельского хозяйства СССР с каждым годом увеличивает передаваемые и распределяемые высоковольтными сетями мощности. Рост механизации сельского хозяйства вызывает целесообразность строительства сравнительно крупных районных электростанций .для электрификации сельского хозяйства и объединения электростанций сельскохозяйственных районов в электрические системы. Высоковольтные электрические сети, распределяющие электроэнергию от районных электростанций и связывающие отдельные электростанции в системы, получили большое распространение, и уже построены и эксплуатируются тысячи километров линий электропередач на напряжение в 35 кв.

Электрификация отдаленных колхозов и совхозов от крупных межрайонных гидростанций и тепловых районных электростанций становится целесообразной при использовании электрических сетей на напряжение 110000 вольт. Линии и сети на номинальное напряжение 110 кв уже начинают строить для целей электрификации сельского хозяйства, и в ближайшее время эти сети, несомненно, получат широкое распространение в сельскохозяйственных районах.

Характерной особенностью электрических высоковольтных сетей сельскохозяйственных районов является их большая протяженность при относительно небольших передаваемых и распределяемых мощностях. В этих условиях мыслимы линии электропередач на напряжение 110 кв длиною в несколько сот километров.

.-/,•'/'////////////////////'///////у.'/777?

Фиг. 1. Схема трехфазной линии электропередачи „два провода—земля".

Линия электропередач на номинальное напряжение 110 ке при длине в 200—300 километров обусловливает емкостный ток в начале линии в, 40—60 ампер. Как будет показано ниже, с емкостным током такой величины не считаться нельзя; больше того, в некоторых случаях этот емкостный ток становится определяющим режим работы электропередачи.

Успешная и экономичная эксплуатация сетей ДПЗ 35 кв дает уверенность предполагать, что и сети с номинальным напряжением НО ке в сельскохозяйственных районах также целесообразно строить с одной заземленной фазой. Проведенные ранее исследования [2], а также дополнительные и специальные исследования последнего времени по вопросам работы электропередач с заземленной фазой в значительной степени внесли ясность в отношении работы изоляции линий и трансформаторов ПО кв электропередач с заземленной фазой, применения проводов марок АС-70 по условиям короны на линиях этих электропередач и т. д. В настоящей статье рассматриваются лишь особенности проявления емкостных токов в. электропередачах ДПЗ при напряжении 110 кв.

2. Емкостные токи в фазах линии ДПЗ можно подсчитать по формулам [2]:

где ССп и С23 — частичные емкости линии на землю и между про-

На фиг. 2 дана векторная диаграмма емкостных токов линии ДПЗ„ причем положено, что. фаза а заземлена.

4(С) = — {1ь{с) + /с(с)У'3.ю = иа

а

1ь(с) =7® иа(С22~<х.С23).(а— 1);

водами.

Фиг. 2. Векторная диаграмма емкостных токов линии ДПЗ.

Емкостные токи в фазах образуют несимметричную трехфазную систему, при разложении которой на симметричные составляющие выделяются токи обратной последовательности в фазах, как это видно на фиг. 3.

Емкостные токи обратной последовательности складываются в фазах ■с токами обратной последовательности за счет протекания в линии токов нагрузки, и в результате получается суммарная несимметрия в элементах электропередачи—генераторе, трансформаторе, линии и т. д.

Фиг. 3. Векторная диаграмма емкостных токов линии ДПЗ—110 кв и их симметричных составляющих.

На фиг. 4 (кривая 2) показана степень несимметрии в генераторе, •питающем линию различной длины по схеме фиг. 5. Линия выполнена проводами АС-185, передаваемая мощность по линии ограничена поте-

о -л m

»» »»

«g за,

И

i

Г и <

л

■г

1 ' -Î J >«*г 1

J У

гИ {

¿г' »

Т - _

i -- _ i

1 - L-i _ 1

1 да/г ш 3Ù0 щ им

Î i i

! !

i ч i i

1 ■Ч i i i j

1 т 1

Фиг. 4. Зависимость степени несимметрии в генераторе от длины линии ДПЗ—110 кв.

рей напряжения прямой последовательности в линии в 10% ;соб ®нагр — 0,85. Кривая 2 указывает на очень высокую степень несимметрии токов при длинах линии порядка 300 км. (20—25%). Роль емкостного тока в создании несимметрии токов в генераторе показывает кривая 3, фиг. 4. В ли*

лиях длиною до 150 км емкость линии благоприятно сказывается на соотношении токов обратной и прямой последовательностей в генераторе и, очевидно, в других элементах электропередачи. При этих длинах линии несимметрия токов в генераторе, подсчитанная без учета емкостного тока,—кривая 1 (фиг. 4)—выше, чем суммарная (действительная), подсчитанная с учетом емкостного тока—кривая 2.

Однако в линиях, длина которых превышает 150 км, емкость линии сказывается уже отрицательно на соотношении токов обратной и прямой последовательностей в генераторе и является определяющей в этом смысле. Электропередача без нагрузки дает наибольшую степень несиммет-

В разветвленной сети 110 кв сельскохозяйственных районов, выполненной, как правило, проводами сечением меньшим, чем 185 мм- и, следовательно, рассчитанной на передачу по участкам сети'сравнительно небольших мощностей,—„емкостный эффект" в создании несимметрии токов в генераторе и других элементах электропередачи будет проявляться еще более значительно. В этом случае не будет большим преувеличением равняться на предельную несимметрию, т. е. н а несимметрию сети н.& холостом ходу.

I

«

ч ь.

V,

***** «•i

«SSSï,

|

f" «о* jj

i0> о»-1 Bs^y; acsgtfc; -

g* I I

Ш 200 m щ к».

Фиг. 6. Зависимость тока нагрузки и емкостного тока в заземленной фазе от длины линии ДПЗ.

3. Емкостный ток в линии ДПЗ при напряжении 110 кв в сильной: степени сказывается на величине тока линии в земле. Соотношение емкостного и нагрузочного токов по величине в заземленной фазе линии показывает фиг. 6. Как видно, величина емкостного тока при больших длинах линий равна или больше величины нагрузочного тока в заземленной фазе. Эти два тока, складываясь геометрически, образуют ток в земле линии.

Большое влияние на величину общего тока в земле оказывает коэффициент мощности нагрузочного тока. Векторная диаграмма токов в за-

земленной фазе, фиг. 7, и график фиг. 8 ясно показывают, в каких широких пределах может изменяться величина общего тока в земле в зависимости от коэффициента мощности нагрузки линии при частном, но наиболее вероятном соотношении емкостного и нагрузочного токов.

Если принять, что чаще всего линии сельскохозяйственных районов

будут нести нагрузку с коэффициентом мощности порядка 0,85, то в это» частном случае общий ток в земле линии {¡нагр -+-) будет сравнительно-мало отличаться по величине от тока нагрузки линии, фиг. 9.

о/

/о

1,2 1,0

0,8 0,6 0,4

о,г

/ г L 1 1 1 - J- 1

i (

1 t

■ I

7 i

J It-1*" . 1

А 1

у6

I *

р0»

to яягз

Dosf\

о

0,25

0,5

0,15

1,t9

Фиг. 8. Зависимость тока в земле от величины cos ? при -= 0,75.

Важно отметить, что наибольшая величина общего тока в земле линии не совпадает с наибольшей нагрузкой линии. Наоборот, наибольшая величина общего тока в земле линии может получиться при холостом ходе линии, при некоторых значениях коэффициента мощности нагрузки.

4. 1) в протяженных линиях ДПЗ 110 кв, обслуживающих электроснабжение сельскохозяйственных районов, емкостные токи могут дости-

гать величины равной или даже большей тока, обусловленного нагрузкой линии;

2) несимметрия токов в линии и у нагрузки, а также в генераторах, питающих линии ДПЗ, в значительной степени, а часто и исключительно определяется емкостным током линии;

[иазр 13

1, Й

1,1

10

0,9

о,ь

О 100 »00 300 4-00 £г;м.

Фиг. 9. График влияния емкостного тока на ток в земле при различных длинах линии ДПЗ.

3) при определении наибольшей величины общего тока в земле линии необходимо исследовать изменение этого тока в зависимости от колебания нагрузки линии с учетом переменности коэффициента мощности нагрузки.

ЛИТЕРАТУРА

1. ЦД ер б а ков В. К. Электроснабжение сельскохозяйственных районов от высоковольтных сетей. Известия Томского политехнического института т. 72, 1952.

2. Щербаков В. К. Несимметричные электропередачи. Электпический расчет. Томск, 1946.

1 1 1

1

/ А, - 5000 кбт.

Я у

/

f

/ Р ч = 10 ОООквт.

{ и |

/ Ри = 15000x6 'т.

/ И /

ш ЙвЯ ■«Н »РЙВв! 1

1

о. 0.0000 квт.

\ |