4.7. Лэп со стальными проводами

Основное достоинство стальных проводов - их высокие механические свойства. В частности, временное сопротивление на разрыв стальных прово­дов достигает 600-700 МПа (60-70 кг/мм² ) и более. Поэтому стальные про­вода применяют при выполнении больших переходов через естественные препятствия (широкие реки, горные ущелья и т. п.).

Однако сталь обладает значительно более высоким электрическим сопро­тивлением (удельное сопротивление р достигает величины 130 Ом•мм²/км) по сравнению с медью и алюминием, которое зависит от сорта стали, способа изготовления провода и от величины тока, протекающего по проводу. По­этому передача больших мощностей на значительные расстояния затруднена вследствие больших потерь напряжения и электроэнергии.

При передаче по распределительным сетям 6,10 кВ небольших мощно­стей (до нескольких сотен кВт) в слабо загруженных низковольтных сетях монтируют ВЛ со стальными проводами. Кроме того, провода из стали (тро­сы) используют как элементы повторного заземления низковольтных сетей и устройств грозозащиты высоковольтных ВЛ.

Стальные провода изготавливают из оцинкованных проволок. Без оцинковки срок службы стальных проводов мал, провода ржавеют и стано­вятся непригодными для работы на воздушных линиях электропередачи.

Сталь - это ферромагнитный материал, и поэтому стальные провода обладают большой внутренней индуктивностью. Активные сопротивления стальных проводов, так же как и реактивные, зависят от величины проте­кающего в них тока. При токах, близких к нулю, когда магнитный поток в проводе очень мал, активное и омическое сопротивления проводов практиче­ски одинаковые. Разница между этими сопротивлениями тем больше, чем больше магнитная проницаемость стали и диаметр провода. Стальные прово­да на линиях переменного тока подвергаются постоянному перемагничиванию, что связано с затратами энергии, возрастающими с увеличением тока. Кроме того, растут потери на вихревые токи, и резко проявляется поверхностный эффект. Названные потери активной мощности учитывают соответст­вующими составляющими активного сопротивления стальных проводов:

где R₀^' - сопротивление постоянному току (омическое),

Сталь обладает большей магнитной проницаемостью ( > 1), чем цвет­ные металлы (медь и алюминий). Активное сопротивление переменному току ЛЭП со стальными проводами выше активного сопротивления ЛЭП того же сечения из меди или алюминия. Величина дополнительных потерь зависит от магнитного потока Ф в сечении провода, а магнитный поток определяется магнитной проницаемостью материала провода и напряжённостью маг­нитного поля H:

Ф=BF= HF,

где В - магнитная индукция, а F - площадь поперечного сечения провода.

Напряжённость магнитного поля пропорциональна току в проводе (H ~ I), а магнитная индукция определяется как током, так и степенью на­сыщения стали. Поэтому при малых значениях тока магнитный поток, а зна­чит, и дополнительное сопротивление провода растут пропорционально его значению. При некоторой величине тока магнитная индукция становится практически постоянной величиной (насыщение стали), и сопротивление стабилизируется. При дальнейшем увеличении протекающего тока сопротив­ление начинает уменьшаться вследствие уменьшения магнитной проницае­мости стали. Кривые изменения активного сопротивления стальных однопроволочных и многопроволочных проводов от тока нагрузки представлены на рис. 4.8 (кривая 1).

Активное сопротивление стальных проводов зависит от многих факто­ров (химического состава стали, токовой нагрузки и др.), является очень сложной функцией и его трудно выразить математически. Для определения активных сопротивлений стальных проводов используют табличные данные, составленные на основании измерений для разных марок и сечений проводов в зависимости от величины тока.

Индуктивное сопротивление стального провода также определяется двумя составляющими: внешним индуктивным сопротивлением X₀^' и внут­ренним индуктивным сопротивлением X₀^'', Ом/км:

Внешнее индуктивное сопротивление, Ом/км, обусловлено внешним магнитным потоком, зависит от геометрических размеров линии и рассчиты­вается по формуле

(4.31)

Внутреннее индуктив­ное сопротивление обуслов­лено магнитным потоком, замыкающимся внутри про­вода, и определяется магнит­ной проницаемостью, кото­рая, в свою очередь, зависит не только от конструкции и химического состава стали провода, но и от тока, проте­кающего в проводе:

Для определения внут­реннего индуктивного со­противления пользуются экспериментальными дан­ными, приведёнными в спра­вочной литературе, внешнее индуктивное сопротивление определяется по формуле (4.31)

Внутреннее индуктивное сопротивление стальных проводов по своей величине значительно превышает внешнее индуктивное сопротивление и значительно больше, чем у проводов из цветных металлов. У линии передачи с проводами из цветного металла индуктивное сопротивление в основном обусловлено внешним магнитным потоком.

На рис. 4.8 показаны для провода ПС 25 кривые изменения активного (резистивного) (кривая 1) и реактивного (кривая 2) сопротивлений в зависи­мости от величины переменного тока. Для сравнения слабовыраженная кри­вая 3 показывает изменение сопротивления провода постоянному току, а прямая 4 - индуктивного сопротивления для алюминиевых проводов.

Активные и реактивные сопротивления однопроволочного провода бы­стро растут с увеличением его диаметра. Поэтому в электрических сетях однопроволочные провода применяют с диаметром не более 5 мм. Провода с сечением 25 мм² и выше выполняют многопроволочными.

Многопроволочные провода имеют значительно лучшие электрические характеристики, чем однопроволочные, и почти не зависят от сечения прово­да. В многопроволочных проводах благодаря воздушным промежуткам меж­ду отдельными проволоками, из которых свит провод, сопротивление маг­нитному потоку резко возрастает. Магнитный поток внутри провода умень­шается - уменьшаются активное и реактивное сопротивления провода. В це­лом удельные активное и реактивное сопротивления стальных проводов в не­сколько раз превышают аналогичные величины проводов из цветного метал­ла. Это означает, что в таких ЛЭП с увеличением тока нагрузки увеличивает­ся сопротивление стального провода, значительно выше потери напряжения и соответственно снижается пропускная способность электропередачи. Вследствие этих причин применение стальных проводов ограничено.