Изменение волновых свойств линии

 

Повышение пропускной способности линии можно осуществить путем воздействия на ее электромагнитные свойства за счет изменения конструкции линии и путем введения в нее равномерно распределенных компенсирующих устройств. Первый путь позволит изменить волновое сопротивление, не изменяя при этом волновую длину линии. Второй позволяет воздействовать как на волновое сопротивление, так и на волновую длину линии. Рассмотрим возможные способы реализации этих путей.

Изменение волнового сопротивления линии. Как следует из (8. 1), повышение пропускной способности возможно за счет снижения значения волнового сопротивления, связанного с конструкцией линии следующим соотношением:

(8. 6)

где  — среднегеометрическое расстояние;  — радиус эквивалентного провода.

Отсюда следует, что снизить значение волнового сопротивления можно или за счет увеличения радиуса эквивалентного провода (изменения конструкции фазы), или за счет уменьшения расстояния между фазами линии (сближения фаз).

Использование расщепленных проводов приводит к снижению волнового сопротивления из-за значительного увеличения радиуса эквивалентного провода. Для линий с одиночными проводами при большом разнообразии применяемых марок проводов среднее значение волнового сопротивления равно примерно 400 Ом. При двух проводах в фазе оно составляет 310 Ом, при восьми — 250 Ом. Таким образом, расщепление проводов можно рассматривать не только как средство снижения напряженности электрического поля на поверхности одиночного провода, но и как возможность повышения пропускной способности линии.

Уменьшение расстояние между фазами также приводит к уменьшению волнового сопротивления линии. Принятые для традиционных конструкций опор расстояния между фазами при горизонтальной подвеске проводов определяются следующими факторами:

- условиями допустимого сближения проводов в пролете в зависимости от стрелы провеса провода;

- необходимым воздушным промежутком между стойкой опоры и проводом при его отклонении под действием ветра;

- грозовыми и внутренними перенапряжениями;

- условиями безопасного подъема на опору.

Наименьшие расстояния между проводами отдельных фаз при их горизонтальной подвеске зависят от стрелы провеса и определяются «Правилами устройства электроустановок». Их средние значения для различных номинальных напряжений приведены в табл. 8. 2. Эти расстояния обусловлены допустимым сближением проводов в пролете под воздействием ветра. Здесь же приводятся минимально допустимые изоляционные расстояния по условиям грозовых и внутренних перенапряжений, а также по условиям безопасного подъема на опору.

Таблица 8. 2

Наименьшие расстояния между фазами линии, м

В этой таблице приведены фактические усредненные расстояния между точками крепления гирлянд изоляторов на опорах, которые и определяют электромагнитные свойства линии. Эти расстояния могут несколько изменяться в зависимости от конструкции опоры. Из таблицы видно, что они превышают значения остальных величин. Причины этого заключаются в следующем.

Как следует из (8. 6), уменьшение расстояния между фазами  приводит к уменьшению . При этом уменьшается индуктивное сопротивление линии , но возрастает ее емкостная проводимость . Это приводит, в свою очередь, к увеличению напряженности электрического поля на поверхности провода и, как следствие, к необходимости изменения конструкции фазы за счет увеличения радиуса расщепления и количества проводов. В результате происходит дальнейшее увеличение , напряженности поля и т. д. При этом одновременно увеличивается зарядная мощность линии.

Как показывают расчеты, при использовании традиционной конструкции фазы для уменьшения напряженности электрического поля на поверхности провода при сближении фаз необходимо значительно увеличивать радиус расщепления и количество проводов в фазе, что делает эту конструкцию нерациональной.

В то же время, если радикально изменить конструкцию фазы и зафиксировать взаимное расположение проводов отдельных фаз в пролете и на опорах, междуфазные расстояния можно существенно уменьшить. В пролете это можно сделать с помощью междуфазных изолирующих распорок, на опорах — с помощью У-образной подвески проводов на гирляндах изоляторов. Разумеется, это значительно усложнит конструкцию линии и приведет к ее удорожанию, но при этом повысится ее пропускная способность. Такие линии в литературе получили название компактных, или линий повышенной натуральной мощности (линий ПНМ).

Для линий ПНМ были предложены нетрадиционные конструкции фазы: плоская, эллиптическая и др. (рис. 8. 3). Характерной особенностью этих конструкций фазы является значительно большее (до 1 м) расстояние между отдельными проводами фазы. Это позволяет устранить взаимное влияние электрических полей отдельных проводов и обеспечить равномерное распределение зарядов по поверхности каждого из проводов в отличие от традиционной конструкции фазы, где заряды размещаются лишь на внешней поверхности проводов. При этом коэффициент использования провода близок к единице.

 

Рис. 8. 3. Возможные конструкции фаз (1, 2, 3) для компактных линий:

а — плоские; б — эллиптические (крайние 1 и средние 2); в — параболические

 

Зависимость пропускной способности линии от количества проводов в фазе становится линейной, и пропускную способность линии можно увеличивать путем увеличения количества проводов фазы.

Недостаток таких конструкций заключается в том, что для обеспечения свойств, присущих линиям ПИМ, провода всех фаз линии должны сохранять свое взаимное расположение не только при креплении на опорах, но и в пролетах, что выполнить достаточно сложно. Поэтому линии ПНМ пока не получили применения на практике, однако исследования в этом направлении продолжаются.

Комбинированное воздействие на волновое сопротивление и волновую длину линии. Этот способ можно осуществить путем параллельного или последовательного включения в линию емкостных компенсирующих устройств. Обязательным условием при этом является их равномерное распределение по линии с минимально возможными расстояниями между ними. Только при этом условии можно придать линии желаемые свойства.

Поскольку речь идет об увеличении пропускной способности линии, то эти компенсирующие устройства должны иметь емкостный характер. При их индуктивном характере эффект будет обратный.

Схема параллельного включения компенсирующих устройств, в которой каждое КУ имеет емкостную проводимость  приведена на рис. 8. 4. а. дополнительная удельная емкостная проводимость, создаваемая параллельными компенсирующими устройствами, может быть найдена как

Рис. 8. 4.  Равномерно распределенная емкостная компенсация:

а - параллельная; б — последовательная

Соответственно волновое сопротивление и фазный коэффициент  компенсированной линии будут определяться следующими соотношениями:

 (8. 7)

Отсюда можно сделать следующие выводы:

- -при параллельной емкостной компенсации волновое сопротивление компенсированной линии меньше, а натуральная мощность и пропускная способность больше, чем «естественной» линии без компенсирующих устройств;

- -фазный коэффициент распространения электромагнитной волны  и волновая длина компенсированной линии будут больше, чем для «естественной» линии при той же длине; иными словами, четверти волны ( ) будет соответствовать длина меньше 1500 км.

Мощность, передаваемая по линии при параллельной компенсации при

 (8. 8)

где  — эквивалентная волновая длина компенсированной линии.

Разделив мощность Р на натуральную мощность некомпенсированной линии и подставив значения  и  получим

 (8. 9)

откуда предел передаваемой мощности

 (8. 10)

Для распределенной последовательной емкостной компенсации (рис. 8. 4. б) удельное продольное емкостное сопротивление может быть найдено как

Волновое сопротивление и фазный коэффициент распространения электромагнитной волны для компенсированной линии в этом случае определяются следующими выражениями:

 (8. 11)

В данном случае волновое сопротивление, так же как при параллельном включении, меньше, чем у некомпенсированной линии; фазный коэффициент  и, следовательно, волновая длина линии  будут также меньше, чем у некомпенсированной линии (в отличие от предыдущего случая); четверти волны ( ) будет соответствовать длина линии больше 1500 км.

Применительно к последовательной распределенной емкостной компенсации выражение для максимальной мощности, передаваемой по линии, принимает вид

 (8. 12)

или в относительных единицах по отношению к натуральной мощности некомпенсированной линии:

 (8. 13)

На рис. 8. 5 приведены зависимости  от длины линии, для некомпенсированной линии и при параллельной и последовательной компенсации при значениях .

Рис. 8. 5. Зависимости максимальной передаваемой мощности от длины линии для некомпенсированной линии (кривая 1); линии с параллельной емкостной компенсацией (кривая 2); линии с последовательной емкостной компенсацией (кривая З)

 

Из анализа этих зависимостей вытекают следующие выводы:

- параллельная и последовательная емкостная компенсация изменяет волновую длину линии; при параллельной компенсации волновой длине (электрический угол) 90° ( ) соответствует длина линии 1124 км, при последовательной—2121 км;

- при одинаковой степени компенсации последовательная компенсация оказывается значительно более эффективной и позволяет повысить пропускную способность почти в 2 раза в диапазоне длины линий от 250 до 1000 км. Затем ее эффективность снижается, и при длине около 2100 км пропускные способности компенсированной и некомпенсированной линии становятся одинаковыми, однако при длине свыше 1500 км некомпенсированная линия переходит в режим повышенной генерации реактивной мощности и роста напряжения в промежуточных точках. В то же время компенсированная линия остается еще в зоне нормальных режимов при длине до 2120 км. Таким образом, последовательная компенсация позволяет сохранить нормальный режим до указанной длины, в то время как некомпенсированная линия при этой длине уже находится вне этого режима;

- параллельная емкостная компенсация оказывается значительно менее эффективной, чем последовательная. Незначительное повышение пропускной способности наблюдается при длине линий около 500 км и возрастает при длине до 1100 км. При этом пропускная способность возрастает примерно на 20 % по сравнению с некомпенсированной линией. При дальнейшем увеличении длины линии волновая длина некомпенсированной линии становится больше 90° и режим ее работы меняется. Поэтому рассматривать распределенную поперечную емкостную компенсацию как достаточно эффективное средство повышения пропускной способности нельзя.

 

⇐ Предыдущая37383940414243444546Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: