Тема 3.2. Волновые характеристики линии

Корни характеристического уравнения  и волновое сопротивление  являются волновыми характеристиками линии. Величина  определяет условия распространения электромагнитной волны на единицу длины линии. Эта величина называется коэффициентом распространения электромагнитной волны и имеет комплексную форму, причем этот коэффициент характеризует распространение лишь одной из волн — падающей или отраженной, но не суммарной:

                (3. 17)

В дальнейшем  принимается положительной величиной.

Действительная часть (3. 17)  — коэффициент затухания определяет затухание электромагнитной волны на единицу длины линии. Для линии электропередачи, даже достаточно протяженной, затухание электромагнитной волны обычно очень невелико. На единицу длины линии, в качестве которой принимается 1 км,  имеет очень малой значение, равное , причем меньшее значение относится к линии с одним проводом в фазе, большее — к линиям с расщепленными фазами за счет больших потерь на корону.

Так, для линий 750 кВ с проводами 5хАС-300/66 при  и . Здесь значение определено по среднегодовым потерям на корону для линий этого класса напряжения. Оно может резко увеличиваться в условиях плохой погоды (туман, изморозь и т. д. ) с соответствующим увеличением коэффициента затухания^*.

Мнимая часть уравнения (3. 17)  называется коэффициентом изменения фазы электромагнитной волны при ее перемещении вдоль линии на 1 км длины последней.

Оценить значение  можно по уравнению

                   (3. 18)

где f — частота сети;  — скорость света.

При  и  (или ). Отсюда следует, что длина электромагнитной волны при  равна 6000 км. Для реальной линии с учетом различий в значениях величин  и  для различных марок проводов и конструкций опор значение  может незначительно меняться.

В ряде случаев при расчете режимов протяженных линий удобно пользоваться не географической длиной линии, определенной в километрах, а ее волновой длиной , выраженной в градусах:

                         (3. 19)

где L — полная длина линии, км.

Например, линия длиной 500 км имеет волновую длину 30°, линия 1000 км 60° и т. д. Линии длиной 1500 и 3000 км имеют волновую длину соответственно 90 и 180°. Иногда их называют четвертьволновыми и полуволновыми линиями. Такие линии обладают особыми свойствами, о чем будет сказано ниже.

Волновое сопротивление также относится к волновым характеристикам линии:

                  (3. 20)

— фазный угол волнового сопротивления.

Для реальной линии с учетом активного сопротивления проводов и потерь на корону, представленных величиной , волновое сопротивление имеет комплексный характер с незначительной отрицательной мнимой составляющей. Фазный угол волнового сопротивления  обычно составляет -(2÷ 4)°, поэтому обычно волновое сопротивление рассматривают как действительную величину. В то же время в некоторых расчетах его следует учитывать как величину комплексную.

Численное значение  в значительной мере определяется конструкцией фазы линии. Для линий 110—220 кВ с одиночными проводами в фазе его значение близко к 400 Ом. Для линий с расщепленными проводами оно определяется главным образом количеством проводов в фазе.

Средние значения волнового сопротивления  в зависимости от количества проводов в фазе составляют:

Этими данными можно пользоваться при предварительных оценочных расчетах, когда еще не выбраны конструкция фазы и марки проводов линии. Точное значение  определяется не только количеством проводов в фазе, но и всей конструкцией линии: междуфазными расстояниями, маркой используемых проводов и др. Однако, как правило, оно близко к вышеуказанным значениям.

Значения волновых параметров линии для обычно используемых проводов и их количества для разных классов напряжения приведены в табл. 3. 1.

Таблица 3. 1

Удельные погонные и волновые параметры воздушных линий 330—1150 кВ

Волновое сопротивление — важная характеристика линии, поскольку оно является одной из составляющих, определяющих ее пропускную способность. При работе линии на нагрузку, эквивалентное сопротивление которой равно волновому, в линии отсутствуют отражённые волны и передаваемая при этом активная мощность (для протяженных линий) близка к предельно допустимой. Поэтому целесообразно снижать волновое сопротивление линии путем изменения ее конструкции.